DE2433591A1

DE2433591A1 - Thermo electric generator for light aircraft - operating on hot exhaust gases uses catalytic combustor to raise temperature and detoxify gases

Info

Publication number: DE2433591A1
Application number: DE2433591A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dietzel; Otto Pulch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-07-12
Filing date: 1974-07-12
Publication date: 1976-01-22

Abstract

Thermoelectric generator for aircraft engines has no moving parts. A catalyst unit in the exhaust gas stream raises the temperature of the exhaust gases and detoxifies them. It also acts as a silencer. The exhaust gases are mixed with air in the presence of the catalyst (4) and the exhaust gases now heated to a higher temperature leave via pipes (10) which give up radiant heat to the adjacently and adjustably situated hot junctions of the multiple thermo element (5). To increase the power produced, the cold junctions are cooled by the air for combustion passing into the air suction pipe (12). A power regulator (13) connected by leads (7) to the generator (5) is provided with a transistorised control circuit.

Description

Thermoelektri scher Generator0 Die Erfindung betrifft einen thermoelektrischen Generator für Blugnotoren, der die hohe Temperatur der Abgase unter Einschaltung eines die Temperatur erhöhenden Abgas-Eatalysators zur direkten Erzeugung von elektrischer Energie verwendet. Der Generator besteht aus einer größeren Zahl in bekannter Weise wirkender Thermoelemente, deren heiße Lötstellen durch die Strahlungswärme der die Abgase führenden Rohre beheizt werden, während die kalten ~lötstellen durch den Ansaug-LuStstrom der Verbrennungsluft gekühlt werden. Thermoelectric generator0 The invention relates to a thermoelectric Generator for Blugnotor, which the high temperature of the exhaust gases under activation a temperature-increasing exhaust gas catalytic converter for the direct generation of electrical Uses energy. The generator consists of a larger number in a known manner acting thermocouples whose hot soldering points are affected by the radiant heat of the The pipes carrying exhaust gases are heated, while the cold solder joints are through the The intake air flow of the combustion air can be cooled.

Bekanntlich erfolgt die Stromerzeugung für das elektrische Bordnetz von Kleinflugzeugen durch rotierende elektromagnetische Gleich-oder Drehstrom-Generatoren. Da nach dem Induktionsgesetz die von derartigen Generatoren abgegebene Spannung proportional ihrer Drehzahl ist, und somit also die Generatorspannung erheblich schwanken kann, muß zur Anpassung der Generatorspannung an das Bordnetz ein Regler eingeschaltet werden. Solche Regler schalten üblicherweise die Erregung der Generatoren in, von elektrischer Last und Drehzahl abhängenden, Intervallen stufenweise zu und ab. In der Praxis ergibt dies eine so hohe Schaltfrequenz, dass die Kontakte des Reglers einem erheblichen Verschleiß unterworfen sindO Ausserdem entstehen an diesen Kontakten und an den Kollektoren der Gleichstrom-Generatoren funken, deren Hochfrequenzstörungen durch geeignete Maßnahmen beseitigt werden müssen. Die Generatoren haben auch zusammen mit Entstörgliedern und Reglern ein nennenswertes Gewicht. Auch die moderneren Drehstromgeneratoren haben ein erhebliches Gewicht und durch die Verwendung rotierender Teile eine beschränkte ~lebensdauer. Unabhängig davon sind die heute auch an Kleinflugzeuge gestellten Forderungen bezüglich Abgasentgiftung und Lärmverminderung bei den derzeitig gebräuchlichen Flugzeugtypen oft nicht ausreichend berücksichtigt.As is known, electricity is generated for the on-board electrical system of small aircraft by rotating electromagnetic direct or three-phase generators. Since, according to the law of induction, the voltage delivered by such generators is proportional to their speed, and thus the generator voltage is considerable can fluctuate, a regulator must be used to adapt the generator voltage to the vehicle electrical system be switched on. Such regulators usually switch the excitation of the generators in intervals, depending on the electrical load and speed, gradually increasing to and away. In practice, this results in such a high switching frequency that the contacts of the Regulator are subject to considerable wear and tear Contacts and at the collectors of the direct current generators spark their high frequency interference must be eliminated by suitable measures. The generators also got together with suppressors and regulators a significant weight. Even the more modern three-phase generators are of considerable weight and limited by the use of rotating parts ~ lifetime. Regardless of this, those are also available to small aircraft today Requirements regarding exhaust gas decontamination and noise reduction in the currently common ones Aircraft types are often not sufficiently taken into account.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen. Dies geschieht erfindungsgemäss da#rch, dass ein thermoelektrischer Generator zusammen mit einem die Temperatur erhöhenden bleifesten Katalysator in der Abgasleitung der Flugmotore verwendet wird. Die Regelung der vom Thermogenerator abgegebenen elektrischen leistung erfolgt kontaktlos mittels ransistorregler.The invention is based on the object of eliminating these disadvantages. According to the invention, this occurs because a thermoelectric generator is put together with a lead-resistant catalyst that increases the temperature in the exhaust pipe of the Aero engines is used. The regulation of the electrical output from the thermogenerator power takes place contactlessly by means of a transistor regulator.

Im folgenden wird an Rand eines Ausführungsbeispiels die Funktion der Erfindung näher erläutert.In the following, the function the invention explained in more detail.

Die aus einem oder mehreren Zylindern (1) austretenden Abgase werden durch ein Rohr (2), das bei Motoren mit mehreren Zylindern auch ein Sammler sein kann, in das Katalysatorgefäß (5)-geleitet.The exhaust gases emerging from one or more cylinders (1) are through a pipe (2), which can also be a collector in engines with several cylinders can be passed into the catalyst vessel (5).

Dem Abgasstrom wird auf diesem Weg durch eine Zuleitung (6) die erforderliche Menge ~luft beigemischt, um die Verbrennung von CO-und Kohlewasserstoffanteilen im Katalysator zu ermöglichen. Das Abgas wird dadurch entgiftet und sowohl der Katalysator als auch der Gasstrom erhöht seine Temperatur beträchtlich. Der Gasstrom passiert anschließend den Thermogenerator, wobei die Strahlungswärme des abgasführenden Rohres (10) die heißen Lötstellen des Thermogenerators beheizt. Der Träger der Thernioelemente beste1# aus Isoliermaterial und ist an den Stirnflächen mit dem abgasfu~hrenden Rohr verbunden, wobei die Thermoelemente selbst einen bestinimten Abstand vom Rohr (10) haben. Das Isoliermaterial übernimmt auch die Wärmedämmung zwischen den heißen und den kalten Lötstellen.The exhaust gas flow is in this way through a feed line (6) the required Amount ~ air added to the combustion of CO and hydrocarbons to enable in the catalyst. This detoxifies the exhaust gas and both the catalytic converter as well as the gas flow increases its temperature considerably. The gas flow happens then the thermal generator, whereby the radiant heat of the exhaust gas pipe (10) the hot soldering points of the thermal generator are heated. The carrier of the thernio elements Best1 # made of insulating material and is at the end faces with the exhaust gas leading Pipe connected, with the thermocouples themselves a certain distance from the pipe (10) have. The insulation material also provides thermal insulation between the hot ones and the cold solder joints.

Um die kalten Lötstellen des Generators ist ein Mantel (9) angebracht, durch dessen Eintrittsöffnung (11) die zum Betrieb der Motoren nötige Verbrennungsluft eintritt. Damit wird eine Zwangskühlung der kalten Lötstellen erreicht und die für die Thermospannung verantwortliche U»emperaturdifferenz wird möglichst groß.A jacket (9) is attached around the cold soldering points of the generator, through its inlet opening (11) the combustion air required to operate the engines entry. This achieves a forced cooling of the cold soldering points and the for the temperature difference responsible for thermoelectric voltage is as large as possible.

Die Ansaugluft tritt an der motorenseitigen Öffnung (12) des Mantels (9) in den Vergaser ein. An die Enden (7) der Thermoelementkette ist der mit Transistoren bestückte elektronische Regler (13) angeschlossen, der mit seinen Ausgängen am Bordnetz liegt.The intake air enters the engine-side opening (12) of the jacket (9) into the carburetor. At the ends (7) of the thermocouple chain is the one with transistors equipped electronic controller (13) connected with its outputs on the on-board network lies.

Das die Abgase führende Rohr (2) und das Katalysatorgefäss (9) tragen außen eine wärmeisolierende Schicht, damit die Abgase auch dann ihre hohe Temperatur behalten, wenn nur eine geringe Abgasmenge anfällt.Carry the pipe (2) carrying the exhaust gases and the catalyst vessel (9) a heat-insulating layer on the outside so that the exhaust gases keep their high temperature retained when there is only a small amount of exhaust gas.

Durch die Verwendung eines Katalysators werden zwei Vorteile erreicht. Erstens wird durch die starke Temperaturerhöhung die für die Gesamtspannung erforderliche Zahl von Thermoelementen im Thermogenerator geringer und der Thermogenerator dadurch leichter. Zweitens ersetzt der Katalysator durch seinen Widerstand im Gasstrom einen Teil des erforderlichen Schalldämpfers, wodurch sein Eigengewicht den für die Abgasanlage erforderlichen Gewichtsaufwand kaum erhöht.There are two advantages to using a catalyst. First, the sharp rise in temperature makes the total voltage necessary The number of thermocouples in the thermogenerator is lower and the thermogenerator as a result easier. Secondly replaces the catalytic converter with its resistance part of the required silencer in the gas flow, reducing its own weight the weight required for the exhaust system hardly increases.

Durch die Verwendung des vorgeschlagenen Thermogenerators werden die mechanischen Antriebsteile eingespart, die für die herkömmlichen Generatoren nötig sind und die Erfindung trägt durch die Abgasentgiftung und Abgasgeräuschminderung den heute für den Umweltschutz gestellten Forderungen Rechnung.By using the proposed thermal generator, the Mechanical drive parts saved, which are necessary for the conventional generators are and the invention contributes through the exhaust gas detoxification and exhaust noise reduction the demands made today for environmental protection into account.

Durch die Ausnutzung bislang nicht genutzter Abwärme und das Einsparen mechanischer Antriebsenergie zur Stromerzeugung steigt auch der Wirkungsgrad eines mit einem derartigen Generator ausgerüsteten riebwerkes.By utilizing previously unused waste heat and saving mechanical drive energy to generate electricity also increases the efficiency of a engine equipped with such a generator.

Für eine weitere Erhöhung der Betriebssicherheit besteht die Nög lichkeit, zwei der vorgeschlagenen Thermogeneratoren in die Abgasleitungen einzubauen. Besonders bei Motoren mit z.B. zwei Zylindergruppen bietet sich die Möglichkeit an, in jeder der von einer Zylindergruppe kommenden Abgasleitung einen Generator einzubauen.To further increase operational safety, there is the option of to install two of the proposed thermal generators in the exhaust pipes. Particularly For engines with e.g. two cylinder groups, there is the option of using each to install a generator in the exhaust pipe coming from a cylinder group.

Werden ihre elektrischen Ausgänge über Halbleiterdioden auf das elektrische Bordnetz geführt, so fällt bei Auftreten eines Defektes in einem Thermogenerator lediglich ein Teil der verfügbaren elektrischen Energie aus. Ein Ausfall des gesamten elektrischen Bordnetzes kann dabei nicht vorkommen. Die Halbleiterdioden arbeiten ausserdem selbsttätig als kontaktlose Rückstromschalter.Their electrical outputs are connected to the electrical via semiconductor diodes On-board network out, so falls when a defect occurs in a thermal generator only part of the available electrical energy. A failure of the whole electrical on-board network cannot occur. The semiconductor diodes work also automatic as a contactless reverse current switch.

Bei dieser Art der Zusammenschaltung von Generatoren ersetzen die zuverlässigen Ralbleiterdioden alle bewegten Teile.With this type of interconnection of generators, the reliable conductor diodes all moving parts.

Claims

Claim

Claim $ Thermoelectric generator for Blugnotoren, characterized in, that the temperature of the engine exhaust gases is used directly to generate electricity without the use of moving parts is used, a catalytic converter located in the exhaust gas flow measuring the exhaust gas temperature increases, detoxifies the exhaust gases and dampens the exhaust noise.

Claim 2 Thermoelectric generator according to Claim 1, characterized in that that the cold side of the Generator is forcibly cooled by the sucked in combustion air.

Claim 3 Thermoelectric generator according to Claim 1 and 2, characterized characterized that to adapt the electrical power of the generator to the On-board network a contactless controller equipped with transistors is used.

Claim 4 Thermoelectric generator according to Claim 1 to 3, characterized marked that in an aircraft for the purpose of increasing safety or the generated electrical power uses two or more thermal generators that are electrically connected to one another by semiconductor diodes, so that if a generator fails, there is no breakdown of the on-board electrical system can.