DE2154714B2 - HEATER FOR A HOT GAS ENGINE - Google Patents
HEATER FOR A HOT GAS ENGINEInfo
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Description
te8 Erhitzer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmigen Rohrelemente (1,6,10, Aus zwei geraden Rohrstücken (2 4,8 J3, 7 21) und einem Rohrbogen (5, 7, 11, 15, 19) te 8 heater according to claim 1, characterized in that the U-shaped pipe elements (1, 6, 10, from two straight pipe sections (2, 4.8 J3, 7 21) and a pipe bend (5, 7, 11, 15, 19)
'Ä 8 «,durch -taj'Ä 8', through -taj
^«legierungen aufgebaut sind, -f^^ handene Warmeübertragungsrippen (3,9,12,16,20) 3If SSr'nach Anspruch 1. für einen Heißgas motor mit Reihenanordnung der Zylinder, dadurch gekennzeichnet, daß die Erh.tzer der e.nzelnen Zvlindereinheiten nebeneinander in einem einigen Heizmmelschacht (36) untergebracht sind. ^ «Alloys are built up, -f ^^ existing heat transfer ribs (3,9,12,16,20) 3 If SSr 'according to claim 1 for a hot gas engine with an in-line arrangement of the cylinders, characterized in that the heaters of the e .individual cylinder units are housed next to each other in a single heating tube (36).
Π Erhitzer nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet daß in dem Heizmittelschacht (36) mehrere Brennkammern (32) angeordnet sind.Π Heater according to claim 10, characterized that a plurality of combustion chambers (32) are arranged in the heating medium shaft (36).
12 Erhitzer nach Anspruch 10. dadurch gekennzeichnet, daß nur eine für alle Zylindereinheiten gemeinsame Brennkammer (32) in dem He.zmiuelscha-ht (36) angeordnet ist.12 heater according to claim 10, characterized in that that only one combustion chamber (32) common to all cylinder units in the He.zmiuelscha-ht (36) is arranged.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Erh.tzer fur einen Heißgasmotor, bestehend aus mehreren U-formigen Rohrelementen, in denen das Arbeitsmedium unter Aufnahme von Wärme aus einem von e.ner äußeren Wärmequelle gelieferten Heizmittelstrom von dem heißen in den kalten Raum des Heißgasmotors aut dem Wege über einen Regenerator und e.nen Kühler sowie in umgekehrter Richtung strömen kann, wöbe, der eine der beiden im Strömungsweg des Heizmittel? h.ntere.nanderliegenden Rohrschenkel jedes U-förmigen Rohrelementes an den heißen Raum und der andere Rohrschenkel an den Regeneratorraum angeschlossenThe invention relates to a heater for a hot gas engine, consisting of several U-shaped Pipe elements in which the working medium absorbs heat from one of e.ner's external Heat source supplied heating medium flow from the hot into the cold space of the hot gas engine aut the Ways over a regenerator and a cooler as well as in the opposite direction can flow, wöbe, the one of the two in the flow path of the heating medium? h.tere.joint Pipe legs of each U-shaped pipe element to the hot room and the other Pipe legs connected to the regenerator space
Der Erhitzer ist der Wärmetauscher auf der Seite der Energiezufuhr beim Heißgasmotor und hat die Aufgabe, Wärme aus einem Heizmittelstrom, z. B. Verbrennungsgas unter Abkühlung des Heizmittelstromes aufzunehmen und an das innere Kreislaufmed.um, z. B. Helium, abzugeben. Die Temperatur- bzw. Energ.espanne des Heizmittelstromes muß dabei möglichst vollständig bis herab zur Temperatur des Kreislaufmediums ausgenutztThe heater is the heat exchanger on the side of the energy supply in the hot gas engine and has the task of Heat from a heating medium flow, e.g. B. take up combustion gas while cooling the flow of heating medium and to the inner circulatory med. B. helium to deliver. The temperature or energy range of the The flow of heating medium must be used as completely as possible down to the temperature of the circulating medium
^Demgegenüber darf der Erhitzer nur eine beschränkte Größe haben, da der innere Raum fur da< Kreislaufmedium einen Schadraum für den Heißgasmotor bedeutet. ,^ On the other hand, the heater may only have a limited Large, since the inner space for the circulating medium is a dead space for the hot gas engine means. ,
Ein Erhitzer, ebenfalls bestehend aus Rohrelementen ist ζ B. in der DT-PS 8 06 740 dargestellt unc beschrieben. Er erfüllt die in den beiden vorstehender Absätzen erwähnten Forderungen nur durch ein« schwer zu fertigende und im Betneb anfällig. Konstruktion. Bei diesem bekannten Erhitzer sind du U-förmigen Rohrelemente am Umfang eines zylindri sehen Verbrennungsraumes angeordnet, dessen ein Stirnseite von der äußeren Wärmequelle in Gestal eines Brenners und dessen andere Stirnseite von de Wand des heißen Raumes gebildet wird. Die Verbrer nungsgase strömen zunächst in Achsrichtung de Verbrennungsraumes und werden an der Wand de heißen Raumes in Richtung auf die RohrelementA heater, also consisting of tubular elements, is shown in DT-PS 8 06 740, for example, unc described. It fulfills the requirements mentioned in the two preceding paragraphs only through a « difficult to manufacture and susceptible to bedtime. Construction. At this famous heater you are U-shaped tubular elements on the circumference of a cylindri see combustion chamber arranged, its one Front side of the external heat source in the form of a burner and the other front side of de Wall of the hot room is formed. The combustion gases initially flow in the axial direction de Combustion chamber and are on the wall de hot room in the direction of the pipe element
umgelenkt Hierzu ist ein Hitzeschild erforderlich, dessen Haltbarkeit unter der Einwirkung der bis zu 20000C heißen Verbrennungsgase ungenügend ist Ein weiterer Nachteil der bekannten Bauart besteht darin, daß jeder Zylinder eines mehrzylindrigen Heißgasmotors in Reihenbauart mit einem eigenen Brenner mit allen zugehörigen Hilfseinrichtungen, wie Luttvorwärmer una Brennstoffzerstäuber separat ausgerüstet sein muß.deflected For this purpose, a heat shield is required, the durability of which is insufficient under the influence of the combustion gases with a temperature of up to 2000 ° C. Another disadvantage of the known design is that each cylinder of a multi-cylinder hot gas engine in an in-line design has its own burner with all associated auxiliary equipment, such as lut preheaters a fuel atomizer must be equipped separately.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, den Erhitzer so zu gestalten, daß er für Heißgasmotoren mit mehreren Zylindereinheiten in Reihenanordnung geeignet ist.In contrast, the object of the invention is to make the heater so that it is for Hot gas engines with several cylinder units in an in-line arrangement is suitable.
Diese Aufgabe wird an einem Erhitzer der eingangs genannten Bauart erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rohrschenkel nebeneinander in Ebenen angeordnet sind, wobei der eine Rohrschenke! eines U-förmigen Rohrelements jeweils in einer ersten Ebene und der andere Rohrschenkel jeweils in einer zweiten, zu der ersten parallelen Ebene liegt, und wobei das Heizmittel quer zu den Längsachsen der Rohrschenkel und quer zu den Ebenen strömt, in denen die Rohrschenkel angeordnet sind. This object is achieved according to the invention in a heater of the type mentioned at the outset in that the pipe legs are arranged next to one another in planes, one pipe leg! of a U-shaped pipe element in each case in a first plane and the other pipe leg in each case in a second plane parallel to the first, and wherein the heating medium flows transversely to the longitudinal axes of the pipe legs and transversely to the planes in which the pipe legs are arranged.
Durch diese Anordnung der Rohreiemente wird die schädliche Umlenkung des Heizmittelstromes durch ein ungekühltes Bauteil, wie einen Hitzeschild, völlig vermieden. Durch den Fortfall der Umlenkung hat das Verbrennungsluftgebläse weniger Widerstand zu überwinden und benötigt demgemäß weniger Antriebsleistung. Die Zuordnung des oder der Brenner zu den Arbeitszyündern des Heißgasmotors wird wesentlich freizügiger und es können mehrere Arbeitszylinder eines Reihenmotors auch von einem Brenner versorgt werden. Im Gegensatz zu den Verhältnissen bei der bekannten Anordnung der Rohrelemente auf einem Kreis können sich Wärmedehnungen bei den U-förmigen Rohrelementen unter dem Einfluß des in einer Richtung durch den Erhitzer strömenden Heizmittels und der damit verbundenen höheren Temperatur auf der Anströmseite frei entfalten. Dabei ergibt sich eine Auswärtskrümmung des bogenförmigen Endes in Richtung des Heizmittelstromes, wobei die erfindungsgemäße Anordnung der flachen Rohrgitter keine Veränderungen der Durchtrittsquerschnitte zwischen den Rohren für den Heizmittelstrom mehr auftreten läßt. Diese Durchtrittsquerschnitte müssen genau eingehalten werden und während des Betriebes unverändert bleiben, da ihre Größe die Wärmeaufnahme aus dem Heizmittelstrom bestimmt.This arrangement of the Rohriemente is the harmful diversion of the heating medium flow by a uncooled component, such as a heat shield, is completely avoided. By eliminating the redirection, the Combustion air fan to overcome less resistance and accordingly requires less drive power. The assignment of the burner or burners to the working cylinders of the hot gas engine is essential more permissive and several working cylinders of an in-line engine can also be supplied by one burner will. In contrast to the situation in the known arrangement of the pipe elements on one Heat expansions in the U-shaped tubular elements under the influence of the in a circle can occur Direction through the heater flowing heating medium and the associated higher temperature unfold freely on the upstream side. This results in an outward curvature of the curved end in Direction of the heating medium flow, the inventive arrangement of the flat tubular grids no Changes in the passage cross-sections between the pipes for the heating medium flow occur more leaves. These passage cross-sections must be strictly adhered to and during operation remain unchanged, since their size determines the heat absorption from the heating medium flow.
Zwar ist es durch die DT-PS 8 92 533 bekannt, die Rohre eines Erhitzers für Heißgasmotoren auf einem Teil ihrer Längserstreckung so zu gestalten, daß sie in diesem Teilbereich ein ebenes Rohrgitter bilden. Diese Bauart ist jedoch zur Lösung der gestellten Aufgabe ungeeignet, da der insgesamt die Verbindung zwischen zwei Arbeitsräumen des bekannten Heizgasmotors darstellende Erhitzer kein flaches Bauteil ist, wodurch auch diesem Erhitzer die Nachteile der Ausführung nach der DT-PS 8 06 740 eigen sind.Although it is known from DT-PS 8 92 533, the tubes of a heater for hot gas engines on one To design part of their longitudinal extension so that they form a flat tubular grid in this sub-area. These However, design is unsuitable for solving the task at hand, as the overall connection between Two working spaces of the known heating gas engine representing heater is not a flat component, whereby The disadvantages of the design according to DT-PS 8 06 740 are also inherent in this heater.
Vorteilhaft wird eine gleich große Wärmedurchgangsleistung für alle beteiligten Rohre dadurch verwirklicht, daß alle oder, wie durch die CH-PS 2 76 825 an sich bekannt, nur die im Heizmittelstrom hinter dem ersten Rohrgitter liegenden Rohrschenkel mit Wärmeübertragungsrippen versehen sind, wobei, wie an sich bekannt durch das DT-Gbm 19 22 547, die Rippenflächen der jeweils zuerst angeströmten Rohrßitter kleiner sind als die Rippenflächen der nachfolgend angeströmten Rohrgitter. Dadurch Iä8t sich sowohl bei einer zweireihigen als auch bei einer vierreihigen Rohrgitteranordnung erreichen, daß in jedem Rohrgitter der gleiche Anteil des zur Verfügung stehenden Energiepotentials aus dem Heizmittelstrom in den inneren Kreislauf übergeht Eii einer dreireihigen Rohrgitteranordnung, bei der die zweiten und dritten Rohrgitter jeweils nur halb so viel Rohre aufweisen als das erste Rchrgitter, wird von dem ersten Rohrgitter ebensoviel Wärme übertragen wie von den beiden nachgeordneten Rohrgittern. An equally large heat transfer rate is advantageously achieved for all the pipes involved in that all or, as is known per se from CH-PS 2 76 825, only the pipe legs located in the heating medium flow behind the first pipe grille are provided with heat transfer fins, whereby, as per se known from DT-Gbm 19 22 547, the rib surfaces of the pipe grids that are flowed first are smaller than the rib surfaces of the pipe grilles that are subsequently flowed against . As a result, both in a two-row and a four-row pipe grid arrangement, the same proportion of the energy potential available from the heating medium flow is transferred into the inner circuit in each pipe grid Eii a three-row pipe grid arrangement, in which the second and third pipe grids each only half have as many tubes as the first tubular grille, the same amount of heat is transferred from the first tubular grille as from the two downstream tubular grids.
Eine bessere Freizügigkeit in der Auslegung der Berippung wird vorteilhaft dadurch erreicht, daß drei Rohrgitter vorhanden sind, wobei jeweils neben einem Rohrelement, dessen Rohrschenkel in der ersten und dritten Rohrgitterebene stehen, ein U-förmiges Rohrelement angeordnet ist, dessen Rohrschenkel in der ersten und zweiten Rohrgitterebene stehen, wobei die ersten, zweiten und dritten Rohrgitter nacheinander von dem Heizmittel durchströmt werden. Das Arbeitsmedium des inneren Kreislaufes durchströmt dabei zuerst das erste Rohrgitter, das ohne Rippen sein kann, und darauf von Rohrelement zu Rohrelement abwechselnd das zweite oder dritte Rohrgitter, wobei das zweite Rohrgitter mit relativ kleinen und das dritte Rohrgitter mit relativ großen breiten Rippen besetzt ist. Die Ausgänge des zweiten und dritten Rohrgitters sind hierbei in einem Sammelkanal zusammengefaßt. A better freedom of movement in the design of the ribs is advantageously achieved in that there are three pipe grids, a U-shaped pipe element being arranged next to a pipe element, the pipe legs of which are in the first and third pipe grid levels, the pipe legs of which are in the first and second Pipe grille level, the first, second and third pipe grids being flowed through by the heating means one after the other. The working medium of the inner circuit first flows through the first tubular grating, which can be without ribs, and then alternating from tubular element to tubular element through the second or third tubular grating, the second tubular grating having relatively small and the third tubular grating having relatively large, wide ribs. The outputs of the second and third pipe grids are combined in a collecting channel.
Eine bedeutende Verkleinerung der Anströmfläche des Erhitzers wird vorteilhaft dadurch erreicht, daß vier Rohrgitter vorhanden sind, wobei jeweils neben einem U-förmigen Rohrelement, dessen Rohrschenkel in der ersten und vierten Rohrgitterebene stehen, ein U-förmiges Rohrelement angeordnet ist, dessen Rohrschenkel in der zweiten und dritten Rohrgitterebene stehen, wobei die ersten, zweiten, dritten und vierten Rohrgitter nacheinander von dem Heizmittel durchströmt werden. Das Arbeitsmedium des inneren Kreislaufes durchströmt zuerst das erste und zweite Rohrgitter. gespeist aus einem gemeinsamen Sammelkanal, und darauf das dritte und vierte Rohrgitter, deren Ausgänge in einem Sammelkanal zusammengefaßt sind. Durch diese Anordnung werden Höhe und/oder Breite (Rohrgitterlänge) des Erhi'zers kleiner als bei der Anordnung mit zwei Rohrgittern. Bei gleicher Höhe des Rohrgitters hat der vierreihige Erhitzer eine um etwa 30-40% geringere Breite als der zweireihige Erhitzer, da entsprechend weniger Rohrschenkel zu einem Roiirgitter gehören. Bei gleicher Breite wird der vierreihige Erhitzer etwa 10-20% niedriger als ein zweireihiger Erhitzer Das Bauvolumen des Heißgasmotors wird durch die Verkleinerung der Anströmfläche des Erhitzers entscheidend vermindert. Bei dem vierreihigen Erhitzer ergeben sich erheblich größere Spalte zwischen den Rohren als bei dem zweireihigen Erhitzer. Dadurch lassen sich die Erhitzer und die zugehörigen Sammelkanäle bei einem Mehrzylinder-Reihenmotor problemloser nebeneinander setzen.A significant reduction in the inflow area of the heater is advantageously achieved by four Pipe grids are present, each in addition to a U-shaped pipe element, the pipe legs in the first and fourth pipe grating level, a U-shaped pipe element is arranged, the pipe legs stand in the second and third pipe grating level, with the first, second, third and fourth pipe grating successively flowed through by the heating means. The working medium of the internal circuit flows through it first the first and second pipe grids. fed from a common collecting duct, and then that third and fourth pipe grids, the outputs of which are combined in a collecting channel. Through this Arrangement, the height and / or width (pipe grid length) of the heater are smaller than with the arrangement with two pipe grids. With the same height of the pipe grille, the four-row heater has an approx. 30-40% smaller width than the two-row heater, since there are correspondingly fewer pipe legs to a roiir grille belong. With the same width, the four-row heater will be around 10-20% lower than a two-row heater Heater The overall volume of the hot gas engine is increased by reducing the inflow area of the Heater significantly reduced. With the four-row heater, there are considerably larger gaps between the pipes than with the two-tier heater. This allows the heater and the associated Putting the collecting ducts next to each other in a multi-cylinder in-line engine is easier.
Die U-förmigen Rohrelemente sind, wie bereits erwähnt, mit den freien Enden ihrer Rohrschenkel an Sammelkanäle angeschlossen, die aus Herstellungsgründen mit den Wänden des heißen Raumes bzw. des Regeneratorraumes vorteilhaft aus einem Stück bestehen können. Sie können aber auch lediglich mit den Wänden der erwähnten Räume verbunden sein.As already mentioned, the U-shaped pipe elements are connected to the free ends of their pipe legs Collective channels connected, which for manufacturing reasons with the walls of the hot room or the Regeneratorraumes can advantageously consist of one piece. But you can also just use the Walls of the rooms mentioned.
Zur Erhöhung des Wärmeüberganges vom Heizmittelstrom an die Rippen können die Oberflächen der Wärmeübertragungsrippen zur Steigerung der Strö-To increase the heat transfer from the heating medium flow to the ribs, the surfaces of the Heat transfer fins to increase the flow
mungsturbulenz vorteilhaft genarbt sein.mung turbulence be advantageously grained.
Eine wirtschaftliche Herstellung der U-förmigen Rohrelemente wird vorteilhaft dadurch erreicht, daß die Rohrelemente aus je zwei geraden Rohrstücken und einem Rohrbogen zusammengesetzt sind. Dadurch ergeben sich Einzelteile, die den Anforderungen des Feingußverfahrens, insbesondere hinsichtlich der Kernherstellung und -lagerung gerecht werden. Die Anwendung des Feingußverfahrens erlaubt die Verwendung von hochhitzebeständigen Werkstoffen, die einer knetenden oder spanabhebenden Formgebung nicht mehr zugänglich sind. Dadurch wird es möglich, Arbeitstemperatur oder -druck des Heißgasimotors bei gleicher Lebensdauer der Erhitzerelemente zu erhöhen und damit die Leistungsdichte zu steigern. An economical production of the U-shaped pipe elements is advantageously achieved in that the pipe elements are each composed of two straight pipe sections and a pipe bend. This results in individual parts that meet the requirements of the investment casting process, in particular with regard to core production and storage. The application of the investment casting process allows the use of highly heat-resistant materials that are no longer accessible to kneading or machining. This makes it possible to increase the working temperature or pressure of the hot gas engine with the same service life of the heater elements and thus to increase the power density.
Vorteilhaft können die U-förmigen Rohrelemente auch aus gezogenen Rohren aus hitzebeständigen Knetlegierungen aufgebaut sein, wobei etwa vorhandene Wärmeübertragungsrippen aufgelötet sind. Dadurch wird ein Biegen und Verformen der Rohre und damit eine örtliche Überdehnung, die zu Rissen führen kann, vermieden. Die geraden Rohrschenkel ermöglichen die Einsparung von Arbeitsgängen bei der Herstellung. ^The U-shaped tubular elements can also advantageously be made from drawn tubes made of heat-resistant Wrought alloys may be built up, with any heat transfer fins that may be present being soldered on. Through this bending and deformation of the pipes and thus local overstretching, which can lead to cracks, avoided. The straight pipe limbs enable manufacturing operations to be saved. ^
Damit ein möglichst gleichmäßiger Wärmefluß von den Rippen zum Kernrohr stattfindet, können die Wärmeübertragungsrippen vorteilhaft auf der Anströmseite kürzer als auf der Abströmseite sein.To ensure that the heat flow from the ribs to the core tube is as uniform as possible, the Heat transfer fins advantageously be shorter on the upstream side than on the downstream side.
Einen baulich einfachen gemeinsamen Heizmittelschacht und eine gemeinsame Luftvorwärmanlage erhält man dadurch, daß die Erhitzer der einzelnen Zylindereinheiten bei Mehrzylindermotoren nebeneinander in einem einzigen Heizmittelkanal untergebracht sind.A structurally simple common heating medium shaft and a common air preheating system is obtained by having the heaters of the individual cylinder units next to one another in multi-cylinder engines are housed in a single Heizmittelkanal.
Zur Vergleichmäßigung der Wärmebeaufschlagung der Erhitzer können zweckmäßig in dem Heizmittelschacht mehrere Brennkammern angeordnet sein.In order to even out the application of heat to the heater, it is expedient to place it in the heating medium shaft several combustion chambers can be arranged.
Der Aufwand für die Verbrennungsregelung vermindert sich jedoch erheblich, wenn nur eine für alle Zylindereinheiten gemeinsame Brennkammer in dem Heizmittelschacht angeordnet ist.However, the effort involved in controlling the combustion is considerably reduced, if only one for all Cylinder units common combustion chamber is arranged in the heating medium shaft.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie ein Beispiel der Anwendung des Erfindungsgegenstandes an einem Heißgasmotor dargestellt. In the drawings, exemplary embodiments of the invention and an example of the application of the Subject of the invention shown on a hot gas engine.
F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Rohrelement eines zweireihigen Erhitzers längs der Linie I-I in Fig. 3;F i g. 1 shows a section through a tubular element of a two-row heater along the line I-I in FIG Fig. 3;
Fig. 2 zeigt eine Stirnansicht des Erhitzers aus Rohrelementen gemäß Fig. 1 in Richtung der Pfeile A in F i g. 1 gesehen; FIG. 2 shows an end view of the heater made of tubular elements according to FIG. 1 in the direction of the arrows A in FIG. 1 seen;
Fig.3 zeigt eine Draufsicht auf den in Fig.2 dargestellten zweireihigen Erhitzer;Fig.3 shows a plan view of the in Fig.2 illustrated double row heater;
Fig.4 zeigt einen Teilschnitt durch zwei Rohrelemente eines dreireihigen Erhitzers längs der Linie IV-IV in F i g. 5; FIG. 4 shows a partial section through two tubular elements of a three-row heater along the line IV-IV in FIG. 5;
Fig.5 zeigt eine Draufsicht auf den in Fig.4 dargestellten dreireihigen Erhitzer;Fig.5 shows a plan view of the in Fig.4 illustrated three-row heater;
Fig.6 zeigt einen Teilschnitt durch zwei Rohrelemente eines vierreihigen Erhitzers längs der Linie VI-VI in F i g. 7;6 shows a partial section through two tubular elements of a four-row heater along the line VI-VI in Fig. 7;
Fig.7 zeigt eine Draufsicht auf den in Fig.6 dargestellten vierreihigen Erhitzer;FIG. 7 shows a top view of the in FIG illustrated four-row heater;
Fig.8 zeigt einen zweireihigen Erhitzer sowie einen Schnitt durch die zugehörigen Sammelkanäle und durch die oberen Wandpartien des heißen Raumes und des Regeneratorraumes;Fig.8 shows a two-tier heater and one Section through the associated collecting ducts and through the upper wall parts of the hot room and the Regenerator room;
Fig.9 zeigt eine Draufsicht auf den in Fig.8 dargestellten Erhitzer;FIG. 9 shows a top view of the in FIG illustrated heater;
F i g. 10 zeigt die Anströmfläche des Erhitzers gemäß F i g. 8;F i g. 10 shows the inflow surface of the heater according to FIG. 8th;
F i g. 11 zeigt einen dreireihigen Erhitzer sowie einen Schnitt durch die zugehörigen Sammelkanäle und durch die oberen Wandpartien des heißen Raumes und des Regeneratorraumes;F i g. 11 shows a three-row heater as well as one Section through the associated collecting ducts and through the upper wall parts of the hot room and the Regenerator room;
Fig. 12 zeigt einen Schnitt durch eine Zylindereinheit und durch das Erhitzungssystem eines Heißgasmotors mit dem erfindungsgemäßen Erhitzer;Fig. 12 shows a section through a cylinder unit and by the heating system of a hot gas engine with the heater according to the invention;
ίο Fig. 13 zeigt eine Draufsicht auf das Erhitzungssystem eines Heißgasmotors in Vierzylinder-Reihenanordnung, dessen Zylindereinheiten der in Fig. 12 dargestellten Ausführung entsprechen.13 shows a top view of the heating system of a hot gas engine in a four-cylinder in-line arrangement, the cylinder units of which have the cylinder units shown in FIG correspond to the execution shown.
Der Hauptbestandteil des zweireihigen Erhitzers ist ein U-förmiges Rohrelement 1, das in Fig. 1, 2 und 3 dargestellt ist und aus einem glatten Rohr 2, einem mit großen schmalen Wärmeübertragungsrippen 3 besetzten Rohr 4 und dem Rohrbogen 5 besteht. Abweichend von der dargestellten Ausführung kann auch das Rohr 2 mit kleinen Wärmeübertragungsrippen besetzt sein. Bei der in F i g. 4 und 5 gezeigten dreireihigen Ausführung des Erhitzers sind zwei Arten von U-förmigen Rohrelementen vorhanden. Das eine Rohrelement 6 besteht aus einem glatten Rohr 2, einem kurzen Rohrbogen 7 und einem Rohr 8, das mit kleinen kreisförmigen Wärmeübertragungsrippen 9 besetzt ist. Das andere Rohrelement 10 besteht aus einem glatten Rohr 2, einem mittelgroßen Rohrbogen U und einem mit großen breiten Wärmeübertnigungsrippen 12 besetzten Rohr 13. Bei der in F i g. 6 und 7 dargestellten Ausführung eines vierreihigen Erhitzers sind ebenfalls zwei Arten von U-förmigen Rohrelementen vorhanden. Das eine Rohrelement 14 besteht aus einem glatten Rohr 2, einem großen Rohrbogen 15 und einem mit großen schmalen einseitig in Strömungsrichtung A versetzten Wärmeübertragungsrippen 16 versehenen Rohr 17. Das andere Rohrelement 18 besteht aus einem mit kleinen kreisförmigen Wärmeübertragungsrippen 9 besetzten Rohr 8, einem kurzen flachen Rohrbogen 19 und aus einem mit mittelgroßen kreisförmigen Wärmeübertragungsrippen 20 besetzten Rohr 21. Die Rohre 2 und 4, 2 und 8, 2 und 13, 2 und 17, 8 und 21 bilden jeweils die Schenkel eines U, dessen Verbindungsbogen jeweils durch die Rohrbogen 5,7,11,15 und 19 gebildet werden. Bei allen in Fig. 1 bis 7 dargestellten Erhitzerausführungen sind die Rohrschenkel 2, 4, 8, 13, 17, 21 in Form von flachen Rohrgittern nebeneinander in Reihen angeordnet. Das Heizmittel strömt in Richtung der Pfeile A senkrecht zu den Rohrgitterebe- nen, die bei der zweireihigen Ausführung mit 22 und 23 (Fig. 3) bezeichnet sind, sowie senkrecht zu den Achsen der Rohrschenkel 2,4,8,13,17,21. Bei der in F i g. 4 und 5 dargestellten dreireihigen Erhitzerbauart ist die erste Rohrgitterebene mit 22, die zweite Rohrgitterebene mit 23 und die dritte Rohrgitterebene mit 24 bezeichnet Bei der in F i g. 6 und 7 dargestellten vierreihigen Erhitzerausführung ist die erste Rohrgitterebene mit 22, die zweite Rohrgitterebene mit 23, die dritte Rohrgitterebene mit 24 und die vierte Rohrgitterebene mit 25 (F i g. 7) The main component of the two-row heater is a U-shaped tube element 1, which is shown in FIGS. 1, 2 and 3 and consists of a smooth tube 2, a tube 4 occupied with large, narrow heat transfer fins 3 and the tube bend 5. In a departure from the embodiment shown, the tube 2 can also be fitted with small heat transfer ribs. In the case of the in FIG. 4 and 5, there are two types of U-shaped tubular members. One pipe element 6 consists of a smooth pipe 2, a short pipe bend 7 and a pipe 8 which is fitted with small circular heat transfer fins 9. The other pipe element 10 consists of a smooth pipe 2, a medium-sized pipe bend U and a pipe 13 fitted with large, wide heat transfer fins 12. In the embodiment of a four-row heater shown in FIGS. 6 and 7, there are also two types of U-shaped tubular elements. One pipe element 14 consists of a smooth pipe 2, a large pipe bend 15 and a pipe 17 provided with large narrow heat transfer fins 16 offset on one side in flow direction A. The other pipe element 18 consists of a short, flat pipe 8 with small circular heat transfer fins 9 Pipe bend 19 and a pipe 21 fitted with medium-sized circular heat transfer fins 20. The pipes 2 and 4, 2 and 8, 2 and 13, 2 and 17, 8 and 21 each form the legs of a U, the connecting bend of which is passed through the pipe bends 5, 7, 11, 15 and 19 are formed. In all of the heater designs shown in FIGS. 1 to 7, the pipe legs 2, 4, 8, 13, 17, 21 are arranged in rows next to one another in the form of flat pipe grids. The heating means flows in the direction of arrows A perpendicular to the NEN Rohrgitterebe- designated in the two-row design with 22 and 23 (Fig. 3), and perpendicular to the axes of the tube legs 2,4,8,13,17,21 . In the case of the in FIG. 4 and 5, the three-row heater design shown is the first tubular grid level with 22, the second tubular grid level with 23 and the third tubular grid level with 24. 6 and 7, the four-row heater version shown is the first pipe grating level with 22, the second pipe grating level with 23, the third pipe grating level with 24 and the fourth pipe grating level with 25 (Fig. 7)
te bezeichnet Bei der in F i g. 1, 2 und 3 dargestellten zweireihigen Erhitzerausführung sind die freien Enden der Rohrschenkel 2 und 4 jeweils an einflutige Sammeikanäle 26 und 27 angeschlossen (Fig. 1, 2, 8, 9 und 10). Der Sammelkanal 26 führt zu dem heißen Raumte denotes In the case of the in FIG. 1, 2 and 3, the two-row heater version shown are the free ends the pipe legs 2 and 4 are each connected to single-flow collecting ducts 26 and 27 (FIGS. 1, 2, 8, 9 and 10). The collecting channel 26 leads to the hot room 28 und der Sammelkanal 27 führt zu dem Regeneratorraum 29. Bei der in Fig.4 und 5 dargestellten dreireihigen Erhitzerausführung sind die freien Enden der Rohrschenkel 8 und 13, wie in F i g. 11 gezeigt an28 and the collecting duct 27 leads to the regenerator chamber 29. In the case of the one shown in FIGS Three-row heater design are the free ends of the pipe legs 8 and 13, as in F i g. 11 shown
einen zweiflutigen Sammelkanal 30 angeschlossen, der zu dem Regeneratorraum 29 führt. Die freien Enden der Rohrschenkel 2 sind wie bei der zweireihigen Ausführung an einen einflutigen Sammelkanal 26 angeschlossen, der zu dem heißen Raum 28 führt. Bei s der in Fig.6 und 7 dargestellten vierreihigen Erhitzerausführung sind die Rohrschenkel 2 und 8 an einen zweiflutigen Sammelkanal 31 angeschlossen, der zu dem heißen Raum 28 führt. Die Verbindung der Rohrschenkel 17 und 21 mit dem Regeneratorraum 29 geschieht wie bei der dreireihigen Ausführung mit Hilfe eines zweiflutigen Sammelkanals 30. Die Sammelkanäle 26, 27, 30 und 31 bestehen gemäß F i g. 1. 2. 6, 8, 9, 10, 11.12 aus einem Stück mit den Wänden der Räume 28 und 29. Sie können aber auch lediglich mit diesen Wänden verbunden sein. Die Rohre 2, 4, 8, 13, 17, 21 sind im Vakuuni-Hochtemperaturlötverfahren mit den Rohrbogen 5,7,11,15,19 und mit den Sammelkanälen 26,27, 30 und 31 verbunden. Die Wärmeübertragungsrippen 3, 9, 12, 16 und 20 können mit den Rohren 2, 4, 8, 13, 17 und 21 aus einem Stück bestehen, wobei sie im Feingußverfahren hergestellt sind. Sie können aber auch auf diese Rohre aufgelötet sein, die in diesem Fall aus hitzebeständigen Knetlegierungen gezogen sind. Die Oberflächen der Wärmeübertragungsrippen 3, 9, 12, 16 und 20 können zur Verbesserung des Wärmeübergangs genarbt sein. Sie können, wie in F i g. 6 am Beispiel der Rippen 16 dargestellt, auf der Anströmseite kürzer sein als auf der Abströmseite, um einen möglichst gleichmäßigen Wärmefluß zum Kernrohr 17 zu gewährleisten. Das Heizmittel wird bei den in Fig. 12 und 13 dargestellten Anwendungsbeispielen von einer oder mehreren Brennkammern 32 geliefert, denen die Verbrennungsluft von einem nicht dargestellten Gebläse über die Eintrittsöffnung 33 und den Luftvorwärmer 34, wie durch die eingezeichneten Pfeile veransrhaulicht. zugeführt wird. Die Verbrennungsgase treten.a double-flow collecting duct 30 is connected, which leads to the regenerator chamber 29. As in the two-row design, the free ends of the pipe legs 2 are connected to a single-flow collecting duct 26 which leads to the hot space 28. In the s in Figures 6 and 7, the four-row Erhitzerausführung tube legs 2 and 8 connected to a double-flow collection channel 31 which leads to the hot room 28th The connection of the pipe legs 17 and 21 to the regenerator space 29 takes place, as in the three-row design, with the aid of a double-flow collecting duct 30. The collecting ducts 26, 27, 30 and 31 consist according to FIG. 1. 2. 6, 8, 9, 10, 11.12 made of one piece with the walls of rooms 28 and 29. However, they can also only be connected to these walls. The tubes 2, 4, 8, 13, 17, 21 are connected to the tube bends 5, 7, 11, 15, 19 and the collecting channels 26, 27, 30 and 31 using the vacuum high-temperature soldering process. The heat transfer fins 3, 9, 12, 16 and 20 can be made in one piece with the tubes 2, 4, 8, 13, 17 and 21, and they are manufactured in an investment casting process. But they can also be soldered onto these tubes, which in this case are drawn from heat-resistant wrought alloys. The surfaces of the heat transfer fins 3, 9, 12, 16 and 20 can be grained to improve the heat transfer. You can, as shown in FIG. 6 using the example of the ribs 16, be shorter on the upstream side than on the downstream side in order to ensure the most uniform possible heat flow to the core tube 17. In the application examples shown in FIGS. 12 and 13, the heating means is supplied by one or more combustion chambers 32 to which the combustion air is supplied by a fan (not shown) via the inlet opening 33 and the air preheater 34, as indicated by the arrows. is fed. The combustion gases occur.
nachdem sie ihre Wärme zum größten Teil über die U-förmigen Rohrelemente 1, 6, 10, 14, 18 an das darin befindliche Arbeitsmedium des inneren Kreislaufes des Heißgasmotors abgegeben haben sowie im Luftvorwärmer 34 die Verbrennungsluft angewärmt haben, aus der öffnung 35 aus. Die Erhitzer der einzelnen /ylindereinheiten eines Heißgasmotors mit Reihenanordnung der Zylinder können, wie in Fig. 13 gezeigt, in einem einzigen Heizmittelschacht 36 nebeneinander angeordnet werden. In dem Heizmittelschacht 36 können, wie in F i g. 1 3 gezeigt, mehrere Brennkammern 32 angeordnet werden. Es kann aber auch nur eine Brennkammer 32 pro Heizmittelschacht 36 vorgesehen werden, die mehreren Zylindereinheiten gemeinsam ist. Die U-förmigen Rohrelemente 1, 6, 10, 14, 18 können in beliebigen Lagen zu der Motorachse 37 über den heißen Räumen 28 und über den Regeneratorräumen 29 je nach den Platzverhältnissen angeordnet werden. Es ist möglich, mit identischen Einheiten, gebildet aus den Wänden des heißen Raumes 28 und des Regeneratorraumes 29, den Sammelkanälen 26 und 27 oder 26 und 30 oder 30 und 31, die warmfeste Bauteile darstellen, zusammen mit einer der beschriebenen Erhiizerbauarten Ein- und Mehrzylinder-Heißgasmotoren sowie doppeltwirkende Heißgasmotoren aufzubauen. Die Rohrgitterebenen 22, 23, 24 und 25 brauchen nicht unbedingt absolut eben zu sein. Sie können auch eine leicht gewölbte Gestalt haben, vorausgesetzt, daß die Wärmedehnungen der U-förmigen Rohrelemente 1, 6, 10, 14 und 18 keine schädliche Veränderung der Durchtrittsspalte zwischen den Rohrschenkeln 2, 4, 8, 13, 17 und 21 bzw. den Wärmeübertragungsrippen 3, 9 12, 16, 20 zur Folge haben. Die Rohrbogen 5, 7, 11, 15 und 19 brauchen nicht, wie in Fig. 2. J, 5 und 7 dargestellt, einzelne Stücke zu sein. Sie können auch w ie in F i g. 9 und 10 dargestellt, für ein Rohrgitter aui einem Stück bestehen.after their heat for the most part via the U-shaped tube elements 1, 6, 10, 14, 18 to the inside have given up the working medium of the internal circuit of the hot gas engine and in the air preheater 34 have warmed the combustion air from the opening 35. The heaters of the individual cylinder units a hot gas engine with an in-line arrangement of the cylinders, as shown in FIG. 13, in a single heating medium shaft 36 are arranged side by side. In the heating medium shaft 36, as in F i g. 1-3, a plurality of combustion chambers 32 can be arranged. However, only one combustion chamber 32 can also be used can be provided per heating medium shaft 36, which is common to several cylinder units. The U-shaped Pipe elements 1, 6, 10, 14, 18 can be in any position to the motor axis 37 via the hot Spaces 28 and above the regenerator spaces 29 are arranged depending on the space available. It is possible, with identical units, formed from the walls of the hot room 28 and the regenerator room 29, the collecting channels 26 and 27 or 26 and 30 or 30 and 31, which represent heat-resistant components, together with one of the described heater types, single and multi-cylinder hot gas engines and to build double-acting hot gas engines. The pipe grid levels 22, 23, 24 and 25 do not need absolutely to be absolutely level. They can also have a slightly curved shape, provided that the Thermal expansions of the U-shaped tube elements 1, 6, 10, 14 and 18 no harmful change in the Passage gaps between the pipe legs 2, 4, 8, 13, 17 and 21 or the heat transfer fins 3, 9 12, 16, 20 result. The pipe bends 5, 7, 11, 15 and 19 do not need J, 5 and 7, as in FIG depicted to be individual pieces. You can also, as shown in FIG. 9 and 10 shown for a tubular grid aui consist of one piece.
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen «09549/26 sheets of drawings «09549/2
Claims (7)
Priority Applications (3)
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SE7214219A SE374942B (en) | 1971-11-04 | 1972-11-02 | |
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Applications Claiming Priority (1)
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DE19712154714 DE2154714C3 (en) | 1971-11-04 | Heater for a hot gas engine |
Publications (3)
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Family
ID=
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE2154714A1 (en) | 1973-05-10 |
US3808815A (en) | 1974-05-07 |
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EGA | New person/name/address of the applicant | ||
EGA | New person/name/address of the applicant | ||
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Owner name: M A N TECHNOLOGIE GMBH, 8000 MUENCHEN, DE |
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