DE2243750A1

DE2243750A1 - Heissgasmotor

Info

Publication number: DE2243750A1
Application number: DE2243750A
Authority: DE
Inventors: G-T M Neelen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1971-09-17
Filing date: 1972-09-06
Publication date: 1973-03-29
Also published as: IT967445B; SE373909B; NL7112770A; US3813881A; GB1403429A; FR2154092A5; JPS5424045B2; JPS4837532A

Description

• . PHM.5377.

BOSS/EVK.

Dr. mrUrt Sehol, 2243750 Patentanwalt «,

Anmelder: ^V. Philips'Gloeilampenfabrlekea

AkIeNo_4-PHN- 5877
Anmeldung vomt 4. Sept ο 1972 ".'.-■ '

"Heissgasmotor".

Die'Erfindung betrifft einen Heissgasmotor, der einen Raum mit veränderlichem Volumen und höherer mittlerer Temperatur enthält, der mit einem Raum mit gleichfalls veränderlichem Volumen und niedrigerer mittlerer Temperatur verbunden ist, wobei sich in der Verbindung zwischen beiden genannten

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Räumen ein Erhitzer, ein Regenerator und ein Kühler befinden' und der Motor ferner eine Breniiervorrxchtung für die Zufuhr von Ti arme zum Erhitzer enthält, welche Brennervorrichtung mit einer Brennstoffzufuhr sowie mit einem mit der Motorwelle gekoppelten Ventilator für die Zufuhr von Verbrennungsluft zum Brenner versehen ist, wobei die durch den Motor abgegebene Leistung durch Aenderung des mittleren Drucks im Arbeitsraum änderbar und die Fördermenge des Ventilators in Abhängig-'

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keit vom mittleren Druck im Arbeitsraum regelbar ist.

Ein Heissgasraotor der Art, auf* die sich die vorliegende Erfindung bezieht, ist aus der niederländischen Patentanmeldung 6611690 bekannt. Um eine effiziente Verbrennung in der Brennervorrichtung in den verschiedenen Betriebsumständen des Motors, wie mittlerer Druck und Drehzahl zu erreichen, wird die Brennstoffzufuhr bei diesem bekannten Motor in Abhängigkeit von der Temperatur des Erhitzers -geregelt, während die zugeführte Verbrennungsluftmenge durch Einstellen des Uebertragungsverhältnisses der Kopplung zwischen Motorwelle und Ventilatorwelle in Abhängigkeit von dem im Arbeitsraum herrschenden mittleren Druck geregelt wire?. Auf diese verhältnismässig einfache Weise gehört zu jedei durch den Motor gelieferten Leistung eine bestimmte Menge durch den Ventilator geförderter Verbrennungsluft, Da die gelieferte Leistung in einer direkten Beziehung zum zugeführten Brennstoff steht, wird mithin stets ein bestimmtes Brennstoff-Luft-Verhältnis erzielt.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei einem konstanten Drehmoment, also konstantem, mittlerem Druck, jedoch sinkender Drehzahl, die Fördermenge dos Ventilators linear zur Drehzahl abnimmt, denn durch den konstanten mittleren Druck bleibt das Uebertragungsverhältnis zwischen Motorwelle und Ventilator dasselbe. Der Luftbedarf des Motors nimmt jedoch weniger

schnell als linear ab, so dass bei niedrigeren Motordrehzahlen der Luftüberschuss im Brenner kleiner wird. Dies wird durch die konstanten Verluste verursacht, die der Stirlingmotor auch bei niedrigeren Drehzahlen hat,

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Die Erfindung bezweckt eine Lösung für diesen bei niedrigeren Drehzahlen auftretenden nachteiligen Effekt zu schaffen. -¹

Der erfindungsgemSsse Heissgasmotor ist dadurch gekennzeichnet , dass ein kleiner Hilfsventilator mit geringer Druckerhöhung und grossem Volumenstrom mit dem zuerst genannten Ventilator in Serie angeordnet und mit einer konstanten Drehzahl antreibbar ist*

Ein derartiger mit einer konstanten Drehzahl umlaufender kleiner Hilfsventilator hat 'mithin einen nahezu konstanten Einfluss auf den insgesamt gelieferten Druck der* Verbrennungsluft für den Vorerhitzer, Dieser Einfluss ist " bei hohen Drehzahlen des Motors verhältnismäseig gering und bei niedrigeren Drehzahlen grosser, so dass genau dfi· angestrebte Effekt erzielt wird und dem Eingang des Vorerhitzers auch bei niedrigeren Drehzahlen ein so grosser Luftdruck geliefert wird, dass der erwünschte Luftüberschuss entsteht und die Verbrennung im gesamten.Bereich der Drehzahlen des Motors optimal verlaufen kann. Der zugeordnete Hilfsventilator verbraucht dabei nur eine geringe Leistung, so dass ein elektrischer Antrieb- in Betracht kommt. Der Hilfsventilator kann dabei als Radial- oder als Axialventilator ausgeführt sein.

Komplizierte Regelungen des Verbrennungsluftventilatorsind hierdurch überflüssig geworden.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine scliGinatisehe und nicht masstabgereohte Darstcl ltirifj cine rs Ilöissgasmotors , .

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Fig· 2 eine graphische Darstellung der Art Und Weise, wie sich beim Motor nach Pig, 1 der Verbrennungsluftbedarf und die durch.den Verbrennungsluftventilator geförderte Luft- · menge mit der Motordrehzahl ändern.

In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 1 ein Zylinder angegeben, in dem sich ein Kolben 2 und ein Verdränger 3 befinden. Der Kolben 2 und der Verdränger 3 sind durch eine Kolbenstange h bzw, eine Verdrängerstange 5 mit einem im Kiirbelkasten 6 befindlichen, in der Zeichnung nicht näher dargestellten Getriebe verbunden, das den Kolben und den Verdi'änger phasenverschoben bewegt. Zwischen dem Kolben 2 und dem Verdränger 3 befindet sich ein Kompressionsraum 71 während eich Ober dem Verdränger 3 ein Expanβionsraum 8 befindet, die über einen Erhitzer 9, einen Regenerator 10 und einen Kühler 11

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miteinander verbunden sind. Der Erhitzer besteht dabei aus einer Anzahl von Rohren 12, die sich einerseits an den Expansionsraum 8 und andererseits an einen Ringkanal 13 anschliessen, und einer Anzahl von Rohren 14, die den Rlttgkanal 13 mit dem Regenerator 10 verbinden.

Um den Erhitzer 9 ist ein echematisch angegebener Vorerhitzer 15 angebracht. In diesem Vorerhitzer is.t eine grosse Anzahl von Wärmeaustauschkanälen vorhanden, von denen sich ein Satz einerseits an eine Zufuhr 16 für Verbrennungsluft und andererseits an einen Kanal 17 alnschliesst, der in den Brenner 18 mündet, während sich der andere Satz von Kanälen einerseits an eine Abfuhr 19 für Verbrennungsgaee ■aus¹ dem Erhitzer und andererseits an einen Auslass 20 für die Vcrbrennungscase anschliesst.

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Ueber eine Leitung 21 kann dem Brenner 18 Brennstoff zugeführt werden, wobei sich in jener Leitung ein Regelventil 22 befindet, das durch ein temperaturempfindliches Element 23 gesteuert wird, das die Temperatur des Erhitzers aufnimmt.

Der Zufuhr 16 wird Verbrennungsluft, durch einen Verbrennungsluftventilator 25 geliefert, der, über eine variable Uebertragung 26 mit der Welle 27 des Heissgasmotors gekoppelt ist. Ein kleiner Hilfsventilator 28 ist mit dem Verbrennungsluftventilator 25 in Serie geschaltet. Der Hilfsventilator 28 wird durch einen Elektromotor 29 mit konstanter Drehzahl angetrieben, ' ·

Die variable Uebertragung 26'wird dabei durch die Riemenscheiben 30 und 30^f, von denen die Scheibe 30 auf der Ventilatorwelle verschiebbar ist und durch die Feder 31 in, Richtung der Scheibe 30' gedrückt wird, den Riemen 32 und die Riemenscheiben 33 und 33' gebildet, von denen die Scheibe 33 auf der Motorwelle verschiebbar ist und unter Einfluss der durch die Feder 3^ gelieferten Kraft und des im Raum 35 herrschenden mittleren Arbeitsdrucks - w'Jil dieser über den Kanal 36 mit dem Kompressionsraum 7 verbunden ist eine bestimmte Stellung einnimmt,

Auf die ' Wirkungsweise dieser Uebertragung wird .-hier nicht näher eingegangen, da sie in der niederländischen Patentanmeldung 6611690 boschrieben ist.

"Xn Fig. 2 ist eingegeben, wie der Verbrennung=,luftbedarf bei einem bestiniuten mittleren Druck im Arbeit «räum

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bei einem bestimmten Luftüberschuss entsprechend der Linie b als Funktion der Motordrehzahl verläuft, während die durch den Ventilator 25 geförderte Luftmenge nach der Linie a verläuft. Hieraus geht hervor, dass die gelieferte Menge bei den niedrigeren Drehzahlen stets mehr hinter der erwünschten Menge zurückbleibt.

Im linken Teil der Fig. 2 ist mit der Linie c der Widerstand des Vorerhitzers in Zentimetern der Wassersäule bei der vorgeschriebenen Verbrennungsluftmenge angegeben.

Aus Fig. 2 geht nun hervor, dass bei der Vollastdrehzahl des Motors von. 2500 Umdrehungen/Minute diet durch den Ventilator 25 geförderte Luftmenge der für den Motor erforderlichen Menge genau entspricht. Wie aus dem linken Teil von Fig. 2 hervorgeht, bedeutet dies, dass der durch den Ventilator gelieferte Druck gerade gross genug ist, 'im den Widerstand des Vorerhitzers zu überwinden. Bei einer Motordrehzahl von 1250 Umdrehungen/Minute ist die durch den Ventilator 25 geförderte Luftmenge um einen dem Abstand h entsprechenden Betrag zu niedrig. Der durch den Ventilator gelieferte Druck ist dann der dem Punkt h\ der Linie c entsprechende Druck, wflhroitd zum Erreichen der erwünschten Luftmenge ein dem Punkt hZ der Linie c entsprechender Druck· notwendig ist. Dies bououtot, dass der durch den Ventilator gelieferte Druck um olnon Betrag ^3 zu niedrig 1st, Eine derartige Argumentation LUfsst sich für jode Motordrehzahl

nuPfi te Ll en, wobt; L nan dann stet.·; zu dor 5chluf>r,folcerun^

gelangt, dass der Ventilator k\^r> einen !)ruck liefert, der im·

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einen (dem Betrag hj entsprechenden) Betrag niedriger ist, als für die erwünschte Luftmenge erforderlich ist. Auf diese Weise wird die Linie d erzielt. Für jede Luftmenge kann man dann ablesen, um welchen Betrag der durch den Ventilator gelieferte Druck, zu niedrig ist, 'und umgekehrt, wieviel Druck der mit dem Ventilator 25 in Serie liegende Ventilator 28 liefern muss. Dieser Druck ist nur gering und über einen grossen Bereich nahezu gleich dem Betrag kj bei 1 25OJ Umdrehungen Minute. 3ei höheren Drehzahlen "nimmt der Unterschied zwischen' dem erforderlichen Druck und dem durch, den Ventilator 25 gelieferten Druck ab, so dass dann der Ventilator 28 weniger zu liefern braucht. Ein Ventilator 28 mit einer derartigen Kennlinie lässt sich leicht herstellen. Nur im Bereich der niedrigsten Drehzahlen tritt eine Abweichung auf, weil der Unterschied zwischen dem durch den Ventilator 25 gelieferten Druck und dem erforderlichen Druck in dem Bereich wieder . kleiner wird, wahrend der Ventilator 25 dort mehr Druck liefert als notwendig ist. Dies ergibt jedoch keine Probleme, da es bedeutet, dass der Luftüberschuss in diesem Bereich der niedrigsten Motordrehzahlen noch etwas grosser wird.

Auf diese Weise ist mittels einer verhältnismässig einfachen Vorkehrung ein Heissgasmotor mit einer unter allen Umständen effizienten Verbrennung erhalten.

Obwohl die Erfindung anhand eines Heissgasniotors erläutert wurde, bei dem der Hauptventilator über eine regelbare Uebertragung mit der Motorwelle gekoppelt ist, dürfte einleuchten, dass sich die Erfindung ebensogut bei . Heissgasmotoron anwenden lässt, bei denen die Fördermenge

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des Hauptventilators in Abhängigkeit vom Druckpegel im Motor auf andere Weise geregelt ist. So kann beispielsweise ein

Ventilator mit regelbaren Leitschaufeln angewendet werden.

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Claims

N. 5877. PATENTANSPRUCH:

1.) Heissgasmotor mit zumindest einem Raum mit verändex- · lichem Volumen und höherer mittlerer Temperatur, der mit einem Raum mit gleichfalls veränderlichem Volumen und einer niedrigeren mittleren Temperatur verbunden ist, wobei sich in der Vorbindung zwischen beiden genannten Räumen ein Erhitzer, ein Regenerator und ein Kühler befinden und der" Motor ferner eine Brennervorrichtung enthält, um dem Erhitzer Wärme zuzuführen, welche Brennervorrichtung mit einer Brennstoffzufuhr sowie einem rait der Motorwelle gekoppelten Ventilator für die Zufuhr von Verbrennungsluft zur Brennervorrichtung versehen ist, wobei oie~durch den Motor abgegebene. Leistung durch Aenderung. des mittleren Drucks im Arbeitsraum veränderbar ist und die Fördermenge des Ventilators in Abhängigkeit vom mittleren Druck im Arbeitsraum regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein kleiner Hilfsventilator mit geringer Druckerhöhung und grossem Volumenstrom mit dem zuerst genannten Ventilator "in Serie angeordnet und mit einer konstanten Drehzahl antreibbar ist, '

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