DE2166364A1 - Oelabscheider fuer eine umlaufende thermische maschine - Google Patents

Description

Patentanmeldung ? 21 66 364.9 2166364

DK 6921/6a-4

Dr. W. PFEIFFER

PATENTAf. Mt

TELEFON 333026

Nikolaus Laing

Aldingen bei Stuttgart

ölabscheider für eine umlaufende thermische

Maschine

Die Erfindung betrifft ein thermisches Triebwerk mit geschlossenem Dampfkreislauf, bestehend aus einem umlaufenden Verdampfer-Wärmetauscher, einer Expansionkraftmaschine, einem umlaufenden Kondensator-Wärmetauscher, einer Wärmequelle und einer Leistungsübertragungseinrichtung. '

Durch unvermeidliche Undichtigkeiten gelangt das Schmieröl der Entspannungskraftmaschine vom Schmierölkreislauf in den Wärmeträgerkreislauf und vermischt sich mit dem Wärmeträger« Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diesen Schmierölverlust wirksam einzuschränken, indem das Ul aus dem Wärmeträgerkraislauf zurückgewonnen wird.

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Dies erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß im Verdampfer-Wärmetauscher .Gefäße vorgesehen sind, die mit dem Inneren des Kondensator-Wärmetauschers kommunizieren und in die das im Kondensator anfallende Wärmeträger-Öl-Gemisch eingeleitet wird, so daß in diesen Gefäßen der Wärmeträger fraktioniert ausdestilliert wird, un daß das in diesen Gefäßen verbleibende öl durch eine Fördereinrichtung in die Expansionskraftmaschine zurückgeleitet wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind im Verdampfer-Wärmetauscher-Gebläse in Ringzonen angeordnete Rohre für den inneren Kreislauf vorgesehen, von denen die in Richtung der Heißgasströmung außerdem Rohre ein getrenntes Gefäß bilden in das das Öl-Kondensatgemisch eingeleitet wird. Durch fraktionierte Destillation wird dieses öl in den Rohren von dem Kondensat getrennt und mittels einer Förderpumpe dem Schmiermittelkreis erneut zugeführt. Das in dem Verdampfer-Wärmetauscher einer Destillation unterworfene Kondensat-öl-Gemisch wird vorzugsweise Kondensator aufgefangen und mittels einer Fördereinrichtung der äußeren Ringzone in den Verdampfer-Wärmetauscher zugeführt.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren erläutert werden.

Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Triebwerk in einem Schnitt parallel zur Achse.

Figur 2 zeigt einen ölabscheider für eine umlaufende thermische Maschine.

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Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Triebwerk in einem Schnitt parallel zur Achse. Der Wärmeträger wird in Rohren 121 des Verdampfer-Wärmetauschers 1 verdampft, gelangt in die Verdrängermaschine 2 und nach der Entspannung in Rohre 31 des ringförmigen Kondensator-Wärmetauschers 3. Die Elemente 1, 2 und 3 werden durch ein umlaufendes Gehäuse 4 getragen, welches mit einer hohlen Welle 41 eine Einheit bildet, die im stationären Gehäuse 6 über die Lager 61 und 62 gelagert ist. Die Baugruppe, bestehend aus: Verdampfer-Wärmetauscher 1, Verdrängermaschine 2, Kondensator-War me tauscher 3, umlaufendem Gehäuse 4, hohle Welle 41, ist als rotierende Einheit ausgebildet und im stationären Gehäuse 6 gelagert. Das Drehmoment der Verdrängermaschine 2 wird durch eine Magnetkupplung 8 in die Welle 81 auf das Getriebe 7 übertragen. Die Wärmequelle 9 versorgt den Verdampfer-Wärmetauscher 1 mit Wärme und besteht aus einem ölbrennerkopf 91, einer Luftregeleinrichtung 92, einem Latentspeicherkörper 93, einem Ringventil 94 und einer Isolation 95 und 96.

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Di^e Magnetkupplung 8 besteht aus einem ersten magnetischen Polring , 82 mit zum. Luftspalt konvexer Oberfläche, der auf der Welle 21 der Verdrängermaschine 2 angeordnet ist, einer magnetisch durchlässigen kreisrinnenförmigen Trennwand 83 und einem konvexen permanentmagnetischen Polring 84, der auf der Welle 81 befestigt ist. Zum Verbrennungsraum 11 ist das umlaufende Gehäuse 4 mit einer Isolierschicht 42 und einem Strahlungsreflektor 43 ausgebildet. Das Innere des umlaufenden Gehäuses 4, dessen Wandbereich 44 durch die magnetisch durchlässige Trennwand 83 mit dem übrigen Gehäuse verbunden ist, kommuniziert mit.den axial verlaufenden, einseitig geschlossenen Rohren 121 und 31 und ist nach aussen hin hermetisch abgedichtet. Die Wärmetauscher 1 und 3 weisen annähernd radial verlaufende Rippen 13 und 32 auf, zwischen denen die Gase durch Reibung nach aussen geschleudert werden, so dass die Wärmetauscher 1 und 3 gleichzeitig als Ventilatoren dienen. Die Wärmeenergie wird wahlweise vom Ölbrenner 911/92 oder vom Sekundärspeicherkörper 93 zur Verfügung gestellt. Der Stator 63 eines Anlasselektromotors versetzt den Rotor 411 und damit das umlaufende Gehäuse 4 in Rotation. Die Wärmetauscher 1 und fördern Luft, die das Triebwerk durch den ovalen Ringspalt 64 verlässt. Die vom' Verdampfer-Wärmetauscher 1 angesaugte Luft mischt sich im ölbrennerkopf 91 mit dem Kraftstoffnebel der Düse 911. Das Gemisch

P wird einmalig durch eine nicht gezeigte Zündkerze gezündet, die Luftmenge durch die Luftregeleinrichtung 92 vorgegeben, die heissen Verbrennungsgase durchsetzen den Verdampfer-Wärmetauscher 1 und strömen danach durch das Ringventil 94 entsprechend dem Pfeil .111. In den Rohren 12ibefindet sich Wärmeträger in flüssiger Form, der verdampft und in beschriebener Weise der Verdrängermaschine 2 zugeleitet wird. In den Rohren 31 erfolgt die Kondensation des bei der Expansion abgekühlten Wärmeträgergases, wodurch die gemäss Pfeil 35

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angesaugte Luft erwärmt wird und gemäss Pfeil 351 den Wärmetauscher verlässt. Der Kondensator-Wärmetauscher 3 ist aus zum umlaufenden Gehäuse hin breiter werdenden Rippen 32 aufgebaut. Die Vergrösserung erfolgt in der Weise, dass die Geschwindigkeitsverteilung im Ansaugluftstrom gemäss den Pfeilen 35 annähernd konstant ist. Der Abstand der Rippen 32 voneinander ist umso grosser, je grosser die radiale Erstreckung der Rippen ist.

Im Ringraum 45 sammelt sich das Kondensat des Wärmeträgers und wird durch eine nicht gezeigte Pumpe wieder in die Rohre 12 hinein-; geleitet. Das Drehmoment der Verdrängermaschine 2 wird über die Polringe 82 und 84 aus permanent- oder Elektromagneten auf das Getriebe 7 übertragen. Das Drehmoment der Verdrängermaschine 2 bewirkt gleichzeitig den Antrieb des umlaufenden Gehäuses 4 in entgegengesetzter Richtung, so dass bei Erreichung einer vorgegebenen Mindestdrehzahl der elektrische Anlasserstator 63 ausgeschaltet

werden kann. Mit zunehmendem Drehmoment erhöht sich der Leistungsbedarf des Dampfkreislaufes. Da das umlaufende Gehäuse 4 "durch das Reaktionsdrehmoment der Verdrängermaschine 2 angetrieben wird, erfolgt in erster Näherung eine automatische Anpassung von Brennluftmenge und Kondensatorlxiftm.enge an die Erfordernisse des Dampf kr eislaufe s in Abhängigkeit vom über die Welle 81 abgegebenen Drehmoment. Bei Leerlaufbetrieb wird die Welle 81 blockiert. Die gesamte von der Verdrängermaschine 2 abgegebene Leistung wird dann zum Antrieb der Wärmetauscher 1 und 3 verbraucht. Die Leistung der Maschine wird so bemessen, wie sie zur Erreichung der vorgegebenen Fahrzeughöchstgeschwindigkeit erforderlich ist. Innerhalb dec Wärmetauschers 1 sind eine Vielzahl von Sekundär speicher gefäs sen 15 angeordnet, die mit einer Latentspeichermasse gefüllt sind, deren Schmelztemperatur oberhalb der Maximaltemperatur des Wärmeträgers und unterhalb der Schmelztemperatur der

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Speichermasse der Latentspeicherkörper 93 liegt. Diese Skundärspeichergefässe 15 haben eine grosse, nach innen weisende, wärmeabgebende Oberfläche. Wird vorübergehend eine sehr hohe Leistung vom Triebwerk gefordert, so wird durch ein nicht gezeigtes Verteilungssystem Wärmeträgerkondensat in die Sekundär speicher gefässe eingespeist, wodurch vorübergehend ein Mehrfaches an Dampfmenge bei höherem Druck für die Verdrängermaschine 2 bereitgestellt wird. Die Anordnung der Selcundär speicher ge- fasse 15 erfolgt zwischen den Rohren 12 und 121 an eine Stelle, an der eine ausreichende Aufheizung gewährleistet ist, ohne dass jedoch für die Speichermasse und

Behälterwerkstoffe zu hohe Temperaturen erzielt werden.

Auch im Kondensator-Wärmetauscher 3 können durch gestrichelte Linien angedeutete Behälter 36 in Form dünner. Rohre vorgesehen sein, die mit schmelzbarer Speichermasse, vorzugsweise einem Metallsalz-Hydrat (z. B. Trinatriumphosphatdodekahydrat oder Bariumhydroxidoktahydrat) gefüllt sind. Die während eines Überholvorganges anfallende zusätzliche Kondensationswärme wird teilweise durch höhere Luftaufheizung abgeführt, teilweise durch Aufschrnelzung der Speichermasse in den Rohren 36 und Aufheizung des vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Kondensator-Wärmetauschers 3 vorübergehend gespeichert. Die Energie der Sekundär speicher 15 wird vorzugsweise so bemessen, dass während der zu einem Überholvorgang notwendigen Zeitdauer ein Mehrfaches der Dauerleistung zur Fahrzeugbeschleunigung bereitsteht. Die Sekundär speicher 15 und 36 dienen auch als Energiequelle und -senke bei plötzlicher Wiederbeschleunigung, z. B. nach einer Talfahrt, bei der die Drehzahl des umlaufenden Systems 1, 2, 3 und 4 entsprechend dem geringen geforderten Drehmoment während der Talfahrt stark abgefallen ist. Das dem Getriebe 7 zugeführte Drehmoment wird über Planetengetriebe dem Tellerrad 71 zugeleitet, welches mit dem Zahnrad 72 fest verbunden ist, dieses treibt das Zahnrad 73 an, welches mit den Bädern des Fahrzeuges über die Welle 74 verbunden

ist; ·■ 309849/0004 -. ·

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Figur 2 zeigt vergrößert die ein getrenntes Gefäß bildende äußere Reihe 122 der Rohre 121. Die Temperatur der zwischen den Rippen 13 hindurchtretenden Verbrennungsgase 115 ist an der Peripherie so wiet abgefallen, daß sie unterhalb der Verdampfungstemperatur des Wärmeträgers bei Betriebsdruck liegt. Die Erfindung sieht desnalD vor, mindestens die .äussere Rohrreihe 122 zur Rückgewinnung des Schmieröles zu verwenden. .Hierzu wird das den Schmierkreislauf verlassende Ö.l~ Kondensat-Gemisch 123 in die äusseren Rohre eingeleitet, der nach innen gerichtete Dampfraum 124 wird unter Zwischenschaltung eines Entspannungsventils oder eines Strömungswiderstandes mit dem Kondensatorraum, der mit den Rohren 31 kommuniziert, verbunden. Hierdurch wird das Schmieröl ständig regeneriert, indem der leichter siedende Wärmeträger herauadestilliert wird. In der gleichen Figur ist dar ge stell X, wie durch eine Ringleitung 125 Kondensat in die Rohre 121 eingespritzt wird und dort verdampft.

BAD ORfGIMAL

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Claims (4)

Patentansprüche

1. Thermisches Triebwerk mit geschlossenem Dampfkreislauf, bestehend aus einem umlaufenden Verdampfer-Wärmetauscher, einer Expansionskraftmaschine, einem umlaufenden Kondensator-Wärmetauscher, einer Wärmequelle-und einer Leistungsübertragungseinrichtung dadurch gekennzeichnet, daß im.Verdampfer-Wärmetauscher· (1) Gefäße (122) vorgesehen sind, die mit dem Inneren (31) des Kondensator-Wärmetauschers kommunizieren und in die das im Kondensator anfallende Wärmeträger-öl-Gemisch eingeleitet wird, so daß in diesen Gefäßen der Wärmeträger fraKtioniert ausdestilliert wird, und daß das in " diesen Gefäßen verbleibende öl durch eine Fördereinrichtung in die Expansionskraftmaschine zurückgeleitet wird.

2. Thermisches Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefäße Rohre (122) sind, die in Richtung der Brenngasführung hinter den Verdampferrohren (121) angeordnet sind.

3. Thermisches Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekenn-, zeichnet, daß der Verdampfer-Wärmetauscher (1) mit Speicherkörpern (15) , die Latentspeichermasse in Speichergefäßen (153) enthalten, in gut wärmeleitender Ver bindung steht und daß die Speicher (15) in radialer Richtung zwischen Verdampferrobren (121) und/oder Destillationsrohren (122) angeordnet sind.

4. Thermisches Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ölvorrat an der Peripherie (45) des Gehäuses (4) gespeichert wird.

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