DE2258869B2

DE2258869B2 - Heißgaskolbenkraftmaschine

Info

Publication number: DE2258869B2
Application number: DE2258869A
Authority: DE
Inventors: Anton Marie Eindhoven Nederlof (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1971-12-11
Filing date: 1972-12-01
Publication date: 1978-12-07
Also published as: DE2258869C3; CA967011A; JPS4865333A; GB1410229A; SE382094B; US3835648A; FR2164360A5; DE2258869A1; NL7117032A

Description

JO

Die Erfindung betrifft eine Heißgaskolbenkraftmaschine mit geschlossenem Arbeitsmittelkreislauf mit mindestens einem Arbeitsraum, welcher einen Kompressionsraum enthält, der über einen Kühler, einen Regenerator und einen Erhitzer mit einem Expansionsraum in Verbindung steht, wobei der Erhitzer mindestens eine Reihe um einen mit dem Auslaß einer Brennervorrichtung in Verbindung stehenden Verbrennungsgasraum herum angeordneter und im wesentlichen parallel verlaufender Rohre gleicher Wanddicke enthält, deren Mittellinien auf einem gemeinsamen Kreis liegen, wobei die Rohre in tangentialer Richtung des Kreises gleiche Breiten haben und wobei zwischen den Rohren gleich breite Durchgänge für Verbrennungsgase vorhanden sind.

Heißgasmotoren dieser Art sind bekannt, etwa aus den NL-PS 82 253 und 99 795 und der GB-PS 10 53 052. Bei diesen bekannten Heißgasmotoren besteht der Erhitzer aus einer Anzahl von runden Rohren gleichen Durchmessers.

Die Verbrennungsgase umspülen die Erhitzerrohre unter Abgabe von Wärme durch die Rohrwände hindurch und das durch diese Rohre strömende Arbeitsmedium des Motors, das in einem geschlossenen Arbeitsraum des Motors einen thermodynamischen ^v> Kreislauf vollzieht

Dadurch, daß die in einem Kreis angeordneten Rohre gleiche Wanddicken und Durchmesser aufweisen und da zwischen den Rohren gleiche Durchgänge vorhanden sind, findet eine gleichmäßig über die verschiedenen ^Wl Rohre verteilte und für jedes Rohr nahezu gleiche Wärmeübertragung statt Alle Erhitzerrohre befinden sich dann nahezu auf derselben Temperatur.

Aus der CH-PS 2 55 217 ist ein Heißgasmotor bekannt bei dem das Arbeitsmedium mittelbar erhitzt ''"> wird, bei dem eine in einem Leitungssystem befindliche Flüssigkeit aufgeheizt wird. In der Flüssigkeitsleitung ist ein Temperaturfühler untergebracht.

Zu Regelzwecken (Regelung des Luft/Brennstoffverhältnisses; Leistungsregelung usw.) wirkt die Temperatur des Arbeitsmediums in den Erhitzerrohren häufig als Parameter. Dazu werden in einem oder mehreren der Erhitzerrohre temperaturempfindliche Elemente wie Thermoelemente angebracht

Dies hat den Nachteil, daß der Durchgang des betreffenden ErhitzeiTohrs verringert und sein Strömungswiderstand vergrößert wird. Demzufolge ändert sich der Arbeitsmedium-Massenstrom durch dieses Rohr und die Strömungsgeschwindigkeit wird größer. Die Wärmeübertragung für dieses Rohr weicht dann von derjenigen der übrigen Rohre ab. Das Ergebnis ist, daß der durch das temperaturempfindliche Element gelieferte Wert für die Arbeitsmediumtemperatur von der in allen übrigen Rohren herrschenden und zu Regelzwecken relevanten Temperatur abweicht Dem Regelsystem, in dem die Temperatur des Arbeitsmediums in den Erhitzerrohren als Parameter wirksam ist, wird mithin ein falsches Temperatursignal zugeführt, wodurch die Regelung ungenau und unzuverlässig wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Heißgaskolbenkraftmaschine der eingangs genannten Art unter Beibehaltung gleicher Wärmeübertragung bei den Erhitzerrohren untereinander einen Temperaturfühler anzuordnen.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß zumindest ein Rohr vorhanden ist das zur Aufnahme eines Temperaturfühlers über wenigstens einen Teil seiner Längenabmessung in radialer Richtung des Kreises weiter ist als die übrigen Rohre unter Beibehaltung gleicher Wärmeübertragung vom Verbrennungsgas zum durch dieses Rohr strömenden Arbeitsmittel wie die bei den übrigen Rohren.

Durch die Erweiterung des Rohrs in radialer Richtung werden die folgenden Vorteile erzielt Zunächst ist der Durchgang (hydraulischer Durchmesser) dieses Rohrs größer als der der übrigen Rohre. Die Vergrößerung des Durchgangs ergibt nun einen zusätzlichen Raum, in dem das temperaturempfindliche Element untergebracht werden kann, so daß der übrigbleibende Durchgang (der hydraulische Durchmesser) nach dem Montieren dieses Elements demjenigen der übrigen Rohre entspricht

Da eine Erweiterung in radialer Richtung vorliegt und die Rohrbreite in tangentialer Richtung unverändert ist kann das Rohr unter Beibehaltung des Durchgangs zwischen diesem Rohr und den übrigen Rohren, der gleich dem Durchgang zwischen den übrigen Rohren ist auf dem gemeinsamen Kreis angeordnet bleiben. Die Wärmeübertragung für das erweiterte Rohr ist dann praktisch identisch derjenigen für die übrigen Rohre.

Da das erweiterte Rohr unter Beibehaltung der überall gleichen Durchgänge zwischen den Rohren auf dem gemeinsamen Kreis bleiben kann, wird das obere Ende des erweiterten Rohrs in den Fällen, in denen alle oberen Enden der Rohre in einen Ringkanal münden (GB-PS 1053 052; NL-PS 99 795) auch weiterhin an dieser Stelle in den Ringkanal münden. Der Vorteil ist daß der Ringkanal nicht unnötig breit ausgebildet werden muß.

Wenn als erweitertes Rohr ein rundes Rohr mit größerem Durchmesser als derjenige der übrigen Rohre verwendet würde, so würde einerseits dann, wenn dieses Rohr auf dem gemeinsamen Kreis angeordnet wird, die Symmetrie der Rohranordnung gestört werden, da die übrigen Rohre mit kleinerem Durchmesser verschoben werden müssen, um gleiche Durchgänge zwischen allen Rohren zu erzielen, und andererseits müßte wegen der

größeren Rohrbreite in tangentieller Richtung des Kreises die Wärmeübertragung bei dem Rohr mit größerem Durchmesser geändert werden, da die Verbrennungsgase gegen eine größere Rohroberfläche strömen.

Wenn man ein Rohr mit größerem Durchmesser außerhalb des gemeinsamen Kreises anordnet, erreicht man, daß der Durchgang zwischen diesem Rohr und uen benachbarten Rohren gleich demjenigen zwischen den übrigen Robren ist Es bleiben dann jedoch die beiden Nachteile, daß die Verbrennungsgase gegen eine größere Rohroberfläche strömen und daß das obere Ende des Rohre mit größerem Durchmesser an eine Stelle außerhalb des Ringkanals mündet Um diesen letzteren Nachteil zu beseitigen, wären wiederum besondere konstruktive Vorkehrungen erforderlich, etwa eine Verbreiterung des Ringkanals oder das Anbringen eines Bogenstücks, um das obere Ende des Rohrs mit größerem Durchmesser an dei. Ringkanal anzuschließen. Solches macht die Erhitzerkonstruktion kompliziert und kostspielig und ist somit unerwünscht

Die Konstruktion nach der Erfindung kann demgegenüber einfach und preisgünstig ausgeführt werden, indem man etwa von einem runden Rohr mit größerem Durchmesser ausgeht das derart in nur einer Richtung plattgedrückt wird, daß eine Rohrbreite erzielt wird, die praktisch gleich dem Durchmesser der übrigen Rohre ist Automatisch tritt dann eine Erweiterung des Rohrs in der senkrecht auf der Drückrichtung stehenden Richtung auf.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten schematischen und nicht maßstabgerechten Ausführungsbeispiels näher erläutert

In Fig. la ist mit der Bezugsziffer 1 ein Zylinder angegeben, in dem sich ein Kolben 2 und ein Verdränger 3 mit einem Phasenunterschied bewegen können. Der Kolben 2 und der Verdränger 3 sind jeweils mittels einer Kolbenstange 4 bzw. einer Verdrängerstange 5 mit einem nicht dargestellten Getriebe verbunden. Zwischen dem Kolben 2 und dem Verdränger 3 befindet sich ein Kompressionsraum 6, der über einen Kühler 7, einen Regenerator 8 und einen Erhitzer 9 mit einem Expansionsraum 10 über dem Verdränger in Verbindung steht Der Erhitzer 9 ist durch eine Reihe von Rohren gebildet, die in einem Kreis um einen Raum 11 für Verbrennungsgase herum angeordnet sind. Ferner gibt es einen Brenner 12 und eine Zufuhr 13 für Verbrennungsluft sowie eine Abfuhr 14 für Verbrennungsgase.

Der Erhitzer 9 besteht aus einer Anzahl erster Rohre 15, die sich einerseits an den Regenerator 8 anschließen und andererseits in einen Ringkanal 16 münden, und aus einer Anzahl wechselweise zwischen den ersten Rohren 15 angeordneter zweiter Rohre 17, die den Ringkanal 16 mit dem Expansionsraum 10 verbinden. Der Deutlichkeit halber sind nur zwei Sätze erster und zweiter Rohre dargestellt

Beim Betrieb des Heißgasmotors strömen die von dem Brenner 12 und der Zufuhr 13 herrührenden heißen Verbrennungsgase entlang den ersten Rohren 15 und den zweiten Rohren 17, denen sie Wärme abgeben, und danach verlassen sie den Motor über die Abfuhr 14.

Wie aus Fig. Ib hervorgeht in der in einem Querschnitt an der Stelle der Linie Ib-Ib nach Fig. la einige der auf einem gemeinsamen Kreis mit dem Halbmesser R angeordneten Rohre dargestellt sind, haben die Rohre gleiche Wanddicken und gleiche Breiten in tangentialer Richtung des Kreises, während sie ferner derart angeordnet sind, daß gleiche Durchgänge zwischen den Rohren vorhanden sind.

Von den dargestellten Rohren ist das mittlere 15 gegenüber den anderen Rohren in radialer Richtung des Kreises erweitert Demzufolge hat dieses Rohr einen größeren hydraulischen Durchmesser. Der durch die Erweiterung erhaltene zusätzliche Raum steht nun zum Unterbringen eines oder mehrerer temperaturempfindlicher Elemente, etwa Thermoelemente, zur Verfügung. Nachdem diese montiert sind, bleibt im erweiterten Rohr ein Durchgang übrig, der gleich dem Durchgang der übrigen Rohre ist Da das mittlere Rohr 15 in tangentialer Richtung des Kreises eine Breite hat, die gleich dem Durchmesser der übrigen Rohre ist strömen die Verbrennungsgase vom Raum 11 aus gegen nahezu dieselbe Rohroberfläche, so daß die Wärmeübertragung durch dieses mittlere Rohr 15 praktisch dieselbe ist wie bei den übrigen Rohren. Außerdem bleibt eine symmetrische Anordnung der Rohre mit gleichen Durchgängen zwischen den Rohren erhalten.

Da das mittlere Rohr 15 auf dem gemeinsamen Kreis angeordnet ist, mündet es an der Oberseite in den Ringkanal 16, so daß keine besonderen konstruktiven Vorkehrungen erforderlich sind, damit sich das genannte Rohr an den genannten Kanal anschließt.

Mit der beschriebenen einfachen und preisgünstigen Konstruktion wird erreicht, daß das durch ein temperaturempfindliches Element im mittleren Rohr 15 gelieferte Temperatursignal tatsächlich eine Temperatur darstellt, die in den übrigen Erhitzerrohren herrscht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Heißgaskolbenkraftmaschine mit geschlossenem Arbeitsmittelkreislauf mit mindestens einem Arbeitsraum, welcher einen Kompressionsraum ent- hält, der über einen Kühler, einen Regenerator und einen Erhitzer mit einem Expansionsraum in Verbindung steht, wobei der Erhitzer mindestens eine Reihe um einen mit dem Auslaß einer Brennervorrichtung in Verbindung stehenden Verbrennungsgasraum herum angeordneter und im wesentlichen parallel verlaufender Rohre gleicher Wanddicke enthält, deren Mittellinien auf einem gemeinsamen Kreis liegen, wobei die Rohre in tangentialer Richtung des Kreises gleiche Breiten ^ls haben und wobei zwischen den Rohren gleich breite Durchgänge für Verbrennungsgase vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Rohr (IS) vorhanden ist, das zur Aufnahme eines Temperaturfühlers über wenistens einen Teil seiner Längenabmessung in radialer Richtung des Kreises weiter ist als die übrigen Rohre (17) unter Beibehaltung gleicher Wärmeübertragung vom Verbrennungsgas zum durch dieses Rohr strömenden Arbeitsmittel wie die bei den übrigen Rohren (17).