DE2262545A1

DE2262545A1 - Heissgasmotor

Info

Publication number: DE2262545A1
Application number: DE2262545A
Authority: DE
Inventors: Anton Marie Nederlof
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-01-13
Filing date: 1972-12-21
Publication date: 1973-07-19
Also published as: JPS4878350A; US3831380A; NL7200483A; DE2262545B2; CA967376A; SE383551B; GB1413563A; FR2167873A5; JPS522047B2; DE2262545C3

Description

PHN. 6086.

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Ani.-iü!jär: N. Y. Philips'Gicöiiciinpsiiicibriöken

Akte No.. PHTT- 6086 " 9 ? K 9 ζ Λ R

Anmeldung vom: 1«. "Dez. 197'⁵ ^ ^^U ^

"Heissgasmotor".

Die Erfindung bezieht sich auf einen Heissgasmotor mit

einem Erhitzer, der mindestens eine Reihe in einer Zylinderform um einen Raum für Verbrennungsgase angeordneter und im wesentlichen sich parallel zu der Zylinderachse erstreckender Rohre enthält, welcher Erhitzer ein freies Ende aufweist, auf dem eine Brennervorrichtung ruht, die mit einer Kammer für Luft und Brennstoff versehen ist, welche Kammer an der vom Erhitzer abgewandten Seite durch eine Brennstoffzerstäubungsvorrichtung mit einem in die genannte Kammer mündenden Zerstäuber begrenzt wird, wobei die Brennstoffzerstäubungsvorrichtung durch eine Wand eines Gehäuses, das den Erhitzer und die Brennervorrichtung umgibt, nach aussen geführt ist.

Keissgasmotoren dieser Art sind, wie aus Fig. 1 der

britischen Patentschrift 892.962 und aus Fig. 13 des Artikels "Der Philips Stirlingmotor" (MTZ-Motortechnische Zeitschrift 2%_, Nr. 7, Juli I968) her-

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vorgeht, bekannt.

Diese bekannten Heissgasmotoren weisen einige Nachteile auf.

Die Erhitzerrohre nehmen beim Einschalten des Motors eine hohe Betriebstemperatur von 700⁰C oder höher an. Dadurch weisen die Erhitzerrohre eine grosse thermische Ausdehnung auf_f wodurch die Rohrlänge wesentlich zunimmt.

Die Längenzunahme der JIi¹I^U;ζerrohre.. An Axialer .Richtung also des durch die Rohre gebildeten Zylinders, ist dabei viel grosser als die in derselben Richtung auftretende Ausdehnung des dem Erhitzer umgebenden Gehäuses und des meistens um den Erhitzer innerhalb des Gehäuses angeordneten Vorerhitzers ι in dem Verbrennungsluft durch den Motor verlassende Verbrennungsgase, die vorher den grossten Teil ihrer Wärme den Erhitzerrohren abgegeben haben, vorgeheizt wird.

Selbstverständlich wird dieser Unterschied in der Ausdehnung im wesentlichen verursacht durch die Tatsache, dass die mittleren Temperaturen, die das Gehäuse und der Vorerhitzer annehmen, wesentlich niedriger sind als die des Erhitzers.

Der grosse Unterschied in der Ausdehnung zwischen dem Erhitzer und dem umgebenden Gehäuse bzw. dem Vorerhitzer ist nun die Quelle vieler Unannehmlichkeiten.

Bei dem aus der britischen Patentschrift 892.962 bekannten Heiss^asmotor, bei dem die auf dem Erhitzer ruhende Brennervorrichtung gegenüber dem usigebenden Gehäuse innerhalb dieses Gehäuses unbeweglich angeordnet ist, führt die unterschiedliche Ausdehnung zu Verformung.der Erhitzerrohre und der Wände der Brennervorrichtung. Die Erhitzerrohre können dadurch leicht undicht werden, so dass das im Arbeitsraum des Motor

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befindliche Arbeitsmedium dann herausströmt und der Motor unbrauchbar wird. Durch die Verformung der Wände der Erennervorrichtung ändert sich die Richtung der Brenner und es besteht die Gefahr, dass die Flammen auf die Erhitzerrohre gerichtet werden» was unerwünscht ist. Auch kann die Einstellung der Brenner und damit die Brennstoffdosierung geändert verden.

Bei dem aus "MTZ-Motortechnische Zeitschrift" bekannten Heissgasmotor kann die auf dem Erhitzer ruhende Brennervorrichtung der Ausdehnung des Erhitzers zwar folgen.9$abei tut siehvj^ock iiajs^3^^b^mv ^ dar, dass beim Aufwärtsbewegen der Brennervorrichtung der Zerstäuber der fest mit dem Gehäuse verbundenen Brennstoffzerstäubungsvorrichtung tiefer in der Kammer zu liegen kommt, wo in diesem Fall die Verbrennung des Luft/ Brennstoffgemisches stattfindet* Die Zerstäuberdüse wird dann unerwünscht hohen Temperaturen ausgesetzt mit der Folge einer Verformung und Verkürzung der Lebensdauer des Zerstäubers.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Heissgasmotoren ist, dass Montage und Demontage der Brennervorrichtung und der Zerstäubungsvorrichtung nur möglich ist nachdem der Vorerhitzer entfernt worden ist. Dies macht die Montage bzw. Demontage zeitraubend und teuer.

Die Erfindung bezweckt nun, einen Heissgasmotor der beschriebenen Art zu schaffen, wobei die genannten Nachteile auf einfache Art und Weise ausgeschaltet sind.

Der erfindungsgemässe Heissgasmotor ist dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoff zerstäubungsvorrichtung sit der Brenn ervorrichtur»*· ein starres Ganzes bildet, das als Gefüge gegenüber dem Gehäuse darin in axialer Richtung des Erhitzers verschiebbar ist und thermischen Längenänderungen des Erhitzers folgen kann, wobei zwischen dem Gehäuse und dem Gefüge mindestens eine biegsame Abdichtung vorhanden ist.

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Beim Ausdehnen und Schrumpfen der Erhitzerrohre bewegt sich das darauf ruhende Gefüge aus der Brennervorrichtung und der Brennstoffzerstäubungsvorrichtung frei mit dem Erhitzer mit und zwar gegenüber dem umgebenden Gehäuse und dem Vorerhitzer, die eine geringere absolute thermische Ausdehnung bzw. Schrumpfung aufweisen.

Es treten folglich keine Materialspannungen zwischen einerseits dem Erhitzer mit dem Gefüge aus der Brennervorrichtung und der Brennstoff zerstäubungsvorrichtung und andererseits dem Gehäuse, gegebenenfalls mit dem Vorerhitzer, auf.

Der Zerstäuber bleibt nun gegenüber der Brennervorrichtung immer in derselben Lage.

Das Gefüge aus der Brennervorrichtung und der Brennstoffzerstäubungsvorrichtung lässt sich leicht in das Gehäuse schieben oder aus demselben entfernen ohne dass eine Entfernung des Vorerhitzers dieser Handlung vorhergehen muss.

Die biegsame Abdichtung kann durch ihre Eigenschaften der relativen Bewegung des Gefüges und des Gehäuses leicht folgen und sorgt

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durch die abdichtende Wirkung zugleich dafür, dass der Überdruck, unter dem die Verbrennungsluft dem Motor zugeführt wird, nicht verlorengeht. Durch

den überdruck werden die Ströraungswiderstände, denen die Verbrennungsgas«* auf ihrem Weg zur Abfuhr begegnen, überwunden» Die Verbrennungsgas!} strönen dann ohne weitere Hilfsmittel in die Atmosphäre*

An Hand der Zeichnung, wobei als Beispiel in ^ Pier, .1 und 2

zwei AusführungGformen aes Ernitzersvstens eines Heissgasaotors auf ssheisatische und nicht massgerechte Weise dargestellt sind, wird die Erfindung nfther erläutert.

In Pig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Zylinder ange-

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geben, in dem ein Kolben 2 und ein Verdränger 3 mit einem Phasenunterschied untereinander bewegen können. Der Kolben 2 und der Verdränger 3 sind 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 oberhalb des Verdrängers verbunden ist. Der Erhitzer 9 ist durch eine Reihe von Rohren, die in einem Kreis um einen Raum 11 für die Verbrennungsgase angeordnet sind, gebildet.

Der Erhitzer 9 besteht aus einer Anzahl erster Rohre 12, die sich einerseits an den Regenerator 8 anschliessen und andererseits in einen Ringkanal 13 münden, und aus einer Anzahl wechselweise zwischen den ersten Rohren 12 angeordneter zweiter Rohre 14» die den Ringkanal mit dem Expänsionsraum 10 verbinden. Der Deutlichkeit halber sind nur zwei Sätze erster und zweiter Rohre dargestellt.

Der Erhitzer 9 trägt über eine auf dem Ringkanal 13 ruhende zentral durchbohrte Platte 16 eine Brennervorrichtung 17 mit einer Verbrennungskammer 18, deren obere Seite durch eine Brennstoffzerstäubungsvorrichtung 19 begrenzt wird. Die Brennstoffzerstäubungsvorrichtung 19 weisst einen Zerstäuber 20 auf, der in die Verbrennungskammer 18 mündet. An den Zerstäuber 20 schliessen sich eine Brennstoffzufuhr 21 und eine Zufuhr für Zerstäubungsluft 22 an. Die Verbrennungskammer 18 weist Zuführur.£s'dffnun£en 23 für Luft auf.

Eie Brennervorrichtung 17 und die Brennstoffzerstäubungsvorrichtung 19 bilden zusammen ein starres Ganzes, ein Gefüge 24·

Der Heissgasmotor ist weiter mit einem Gehäuse 25 versehen, das einen Erhitzer 9 sowie zum grSssten Teil das Gefüge 24 umgibt« Das

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Gehäuse 25 enthSlt eine Zufuhr 26 für Verbrennungsluft und eine Abfuhr 27 for Verbrennungsgase.

Innerhalb des Geniuses 25 befindet sich ein ua den Erhitzer 9 angeordneter Wärmeaustauscher 28, der Vorerhitzer, in dem Verbrennungsgase auf ihrem Weg zur Abfuhr 27 der durch die Zufuhr 26 eintretenden Verbrennungsluft Wärme abgeben können.

Von der Zufuhr 26 geht die Verbrennungsluft zunächst durch einen ringförmigen Kanal 29 nach oben, danach durch die Kanäle 30 nach unten und dann wieder über einen ringförmigen Kanal 31 nach oben, wonach

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die Verbrennungsluft durch Offnungen 23 in die Brennervorrichtung 17 eintritt.

In den Kanälen 30 nimmt die Verbrennungsluft durch Wärmeaustausch im Gegenstrom mit in Rauchgaskanälen 32 aufsteigenden Verbrennungegasen. Wärme aus diesen Gasen auf. Die Verbrennungsgase, die in der Verbrennungskammer 18' gebildet werden, haben über den Raum 11 und nach dem Durchgang der Erhitzerrohre 12 und 14 unter Abgabe von Wärme an dieselben, den Eingang 33 der Rauchgaskanäle 32 erreicht.

Die Rauchgaskanäle 32 münden an ihrer Oberseite in eine gemeinsame ringförmige Sammelkammer 34t an die sich die Abfuhr 27 anachliesst. ' .

Das Gefüge 24 ist gegenüber dem Gehäuse 25 in vertikaler Richtung beweglich. Als biegsame Abdichtung ist zwischen de» Gehäuse 25 und dem Gefüge 24 ein Balgen 35 vorhanden, der an der Stelle 36 am Gehäuse und an der otelle 37 ani Sefüge 24 Gefestigt ist.

Der Balgen 35 befindet sich hier innerhalb des Gehäuses Wenn nun der Motor eingeschaltet wird und die Erhitzerrohre 12 und 14 eine hohe Temperatur bekommen, nimmt die Länge der Rohre durch die ther-

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mische Dehnung wesentlich zu. Die thermische Dehnung des Gehäuses 25.und des Vorerhitzers 28 ist wegen des niedrigeren Temperaturpegels viel geringer. In vertikaler Richtung findet also eine relative Verschiebung nach oben des Erhitzers 9 gegenüber dem Gehäuse 25 und dem Vorerhitzer statt. Das Gefüge 24 wird dabei durch den Erhitzer 9 nach oben geschoben. Da dieses Gefüge gegenüber dem Gehäuse 25 frei bewegen kann, bleibt das ganze Erhitzungssystem frei von Materialspannungen, die zu vielen Materialverformungen und zu Undichtigkeit der^Srjiitzerrohre, führen Jcpnnten. Dadurch, dass die Brennstoffzerstäubungsvorrichtung 19 mit der Brennervorrichtung 17 mitbewegt, ändert sich die Lage des Zerstäubers 20 gegenüber der Verbrennungskammer 18 nicht. Es besteht dann keine Gefahr, dass der Zerstäuber überhitzt wird und frühzeitig ersetzt werden muss.

Das Gefüge 24 kann einfach von der Platte 16 gehoben und dem Gehäuse 25 entnommen werden, nachdem der Balgen 35 an der Stelle 36 gelöst worden ist, ohne dass der Vorerhitzer 28 zunächst demontiert werden muss. Eine Montage des Gefüges 24 erfolgt selbstverständlich ebenfalls sehr leicht.

Der Balgen 35 folgt nicht nur der relativen Bewegung des Gefüges 24 und des Gehäuses 25, sondern sorgt auch dafür, dass über den ringförmigen Kanal 31 zugeführte Verbrennungsluft nicht in die Umgebung entweichen kann.

In Fig. 2 ist nur der obere Teil eines Heissgasmotors dargestellt. Für den Kotor nach Fig. 1 entsprechende Einzelteile sind dieselben Bezugszeichen -verwendet woruen.

Der ringförmige Kanal 31 ist hier vom Vorerhitzer 28 .durch einen Mantel 40 aus wärmeisolierendem Material getrennt.

Der Balgen 35 befindet sich im betreffenden Fall nicht

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innerhalb sondern ausserhalb des Gehäuses 25. Zum übrigen entspricht die Wirkungsweise derjenigen, die für den Heissgasmotor nach Fig. 1 beschrieben wurde, so dass auf eine Beschreibung der Wirkungsweise verzichtet werden kann.

Obschon in den Fig. 1 und 2 Balgen als biegsame Abdichtung dargestellt sind, sind selbstverständlich andere Ausbildungen möglich, wie beispielsweise Membranabdichtungen.

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Claims

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PATENTANSPRUCH;

Heissgasmotor mit einem Erhitzer,, der mindestens eine Reihe in eineT Zylinderform um einen Raum für Verbrennungsgase angeordneter und im wesentlichen sich parallel zu der Zylinderachse, erstreckender Rohre enthält, welcher Erhitzer ein freies Ende aufweist, auf dem eine Brennervorrichtung ruht, die mit einer Kammer für Luft und Brennstoff versehen ist, welche Kammer an der vom Erhitzer abgewandten Seite durch eine Brennstoff zerstäubungsvorrichtung mit einei?*Lti*die genän^i1te\$ia&i8eii *iaiinUän&e\i\ \ Zerstäuber begrenzt wird, wobei die Brennstoffzerstäubungsvorrichtung durch eine Wand eines Gehäuses, das den Erhitzer und die Brennervorrichtun= umgibt, nach aussen geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzerstäubungsvorrichtung mit der Brennervorrichtung ein starres Ganzes bildet, das als Gefüge gegenüber dem Gehäuse darin in der axialen Richtung· des Erhitzers verschiebbar ist und thermischen Längenänderungen des Erhitzers folgen kann, wobei zwischen dem Gehäuse und dem Gefüge mindestens eine biegsame Abdichtung vorhanden ist.

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BAD ORlGfNAL