DE2612909A1

DE2612909A1 - Stromerzeugeraggregat

Info

Publication number: DE2612909A1
Application number: DE19762612909
Authority: DE
Inventors: Herbert Ing Grad Blieske; Karl-Joachim Ing Grad Rowold
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1976-03-26
Filing date: 1976-03-26
Publication date: 1977-10-06
Also published as: FR2345589A1; SE7702754L; NL7702718A; JPS52118145A; GB1528714A; IT1085110B

Description

388-63 - 1/76 19„ März 1976

KDB/UMA

BATTELLE - INSTITUT E.V₀, Frankfurt/Main

Stromerzeugeraggregat

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stromerzeugeraggregat, daß im wesentlichen aus einem Verbrennungsmotor, einem
Triebwerk und dem Generator besteht„

Stromerzeugeraggregate dieser Art werden für netzunabhängige Stromversorgung, einschließlich Notstromversorgung, in vielfältigen Ausführungsformen angeboten., Üblich ist ein Aufbau mit getrenntem Antriebsmotor und Generator, wobei

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zum Antrieb überwiegend Motoren mit innerer Verbrennung, ZcBo Otto- oder Dieselmotoren, verwendet werden_o Allerdings ist es auch bereits bekannt, Antriebsmotoren mit äußerer Verbrennung, z_uB_o Stirlingmotoren, einzusetzen,,

Bei den Motoren mit innerer Verbrennung wird es häufig als störend empfunden, daß sie ein großes Bauvolumen benötigen und hohes Gewicht besitzen„ Außerdem sind die Körper- und Luftschallwerte recht hoch₀ Eine ungünstige Abgaszusammensetzung und verhältnismäßig geringer Wirkungsgrad sind ebenfalls zu beanstanden«. Bei Verwendung von Antriebsmotoren mit äußerer Verbrennung sind zwar für Körper- und Luftschall, Abgaszusammensetzung und Wirkungsgrad bessere Werte zu erwarten, doch bleibt der Nachteil, daß die Aggregate dann ebenfalls ein großes Bauvolumen benötigen und hohes Gewicht besitzen»

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile zu überwinden und ein Stromerzeugeraggregat zu entwickeln, daß alle bekannten Geräte dieser Art vor allem durch einen kompakten Aufbau mit verhältnismäßig geringen Außenabmessungen, durch einen erheblich gesteigerten Wirkungsgrad sowie durch relativ saubere Abgase übertrifft O

Es hat sich nun gezeigt, daß diese Aufgabe in technisch sehr fortschrittlicher Weise durch ein Stromerzeugeraggregat ge-

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- i.

löst werden kann, das als Verbrennungsmotor einen Mehrzylinder-Stirling-Heißgasmotor mit doppeltwirkenden Hubkolben besitzt, welche über Flüssigkeitssäulen mit einem Rotationskolbenverdrängertriibwe""k verbunden sind, wobei die Abtriebswelle dieses Triebwerks direkt auf den Rotor des Generators einwirkt; außerdem ist die Rotorwelle des Generators in Form eines Hohlzylinders ausgebildet und das Rotationskolbenverdrängertriebwerk in dec Innenraum der Rotorwelle eingefügt=

Bei dem erfindungsgemäßen Stromerzeugeraggregat wurden also Motor, Triebwerk und Generator konstruktiv zu einer kompakten Einheit integriert=, Dies gelangt durch die Wahl des besonderen, mit einem Potationskolbenverdrängertriebwerk versehenen Stirling-Motors als Antrieb und vor allem durch die besondere Gestaltung des Generators, die einen Einbau des Triebwerkes in die hohle Rotorwelle ermöglichte= Die sich aus Auswahl und Kombination der genannten Einheiten und durch die spezielle Gestaltung des Aggregats ergebenden Vorteile liegen in dem kompakten Aufbau, in dem relativ geringen Gesamtgewicht, in dem gesteigerten Wirkungsgrad und in anderen Merkmalen^die im folgenden noch näher erläutert werden_o

Nach einer vorteilhaften Ausführungsart der Erfindung ist eine gemeinschaftliche Lagerung für das Rotationskolbenverdrängertriebwerk und für eine Seite der Rotorwelle des Generators vorgesehene

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Des weiteren ist es erfindungsgemaß vorgesehen, die Rotorachse mit einem Gehäuse zu verbinden, dessen geförderte Luft zuerst der Kühlung des Generators und nach einer weiteren Äufheizung in einem von den Abgasen des Stirlingmotors beaufschlagten Wärmetauscher als Verbrennungsluft für die Brennkammer des Stirlingmotors dient_o Auch dies trägt zu der Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades des erfindungsgemäßen Aggregats bei, weil die Energie für die Brennerluft-Vorwärmung zum Teil durch die im Betrieb des Generators entstehenden Wärmeverluste und zum anderen Teil über Abgase des Motors aufgebracht wird» Außerdem wird das Streben nach kompaktem Aufbau durch die geschilderte Kühlluft- bzwo Verbrennungsluft-Führung unterstützt»

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung an Hand der beigefügten Abbildungen hervor_o

Es zeigen

Figur 1 schematisch den Aufbau des erfindungsgemäßen Aggregats und

Figur 2 in weiteren Details, wenn auch weiterhin schematisch vereinfacht, das Aggregat nach Figo 1»

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Nach der Prinzipdarstellung gemäß Figur 1 besteht das erfindungsgemäße Aggregat im wesentlichen aus dem Mehrzylinder-Stirling-Heißgasmotor 1, aus dem Triebwerk 3 und aus dem Generator 5_e Der angedeutete Rotor 4 des Generators 5 ist dabei in Form eines Hohlzylinders 2 ausgebildet, in dessen Innenraum das Rotationsverdrängertriebwerk 3 eingefügt ist; hier wird etwa die Hälfte dieses Innenraums durch das Triebwerk 3 ausgefüllt„ Die für den Gesamtwirkungsgrad des Aggregats wichtige Führung der angesaugten Luft, die zunächst als Kühlluft, danach als Verbrennungsluft dient, ist in Figur 1 durch die Pfeile symbolisiert_o

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Aggregats sind Figur 2 zu entnehmen. Der Mehrzylinder-Stirling-Heißgasmotor 1 verfügt hier über doppeltwirkende Hubkolben 10» Die Kraftübertragung von diesen Hubkolben auf das Rotationskolbenverdrängertriebwerk 3 erfolgt über Flüssigkeitssäulen 11, während die Abtriebswelle 12 des Triebwerks 3 direkt auf den Rotor 4 des Hohlwellengenerators 5 einwirkt»

Die in der Brennkammer 8 des Stirling-Motors I erzeugte Energie wird über einen Wärmetauscher 9 dem Arbeitsmedium des Stirling-Motors zugeführt, wodurch der Hubkolben 10 in axialer Richtung bewegt wird_o Dessen Energie wird dann, wie bereits erwähnt, über die Flüssigkeitssäule 11 auf das Triebwerk 3 und von dort schließlich direkt auf den Generator übertragen; hierzu ist die Abtriebswelle, d„h. die Trxebwerksausgangswelle mit dem Rotor 4 verbunden.

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Die Lagerung 13 des Verdrängertriebwerkes 3 bildet zusammen mit einem in der vorderen Stirnwand eingebauten Stützlager 14 die Rotorlagerung des Generators 3₃ Die Mitverwendung der relativ aufwendigen, mit eingeengtem Spielraum ausgebildeten Rotationskolbenlagerung als Rotorlagerung ermöglicht einen kleinen Luftspalt zwischen Rotor und Stator, was schließlich zur Verringenng der Verluste führt und ebenfalls zur Erhöhung des Wirkungsgrades beiträgt«

Der Generator 5 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Innenpol-Drehstrom-Synchrongenerator flacher Bauart mit hohler Rotorwelle ο In den Innenraum der Rotorwelle ist das hydrostatische Rotationskolbenverdrängertriebwerk 3 eingebaute Die Erregung des Generators erfolgt bürstenlos über eine direkt angebaute Erregermaschine 15ο Bei entsprechender Ausbildung läßt sich diese auch gleichzeitig als Anlasser für das Aggregat verwenden.

Zur Gleichstromerzeugung wurde hier Mehrphasen-Gleichrich-1ung angewandt.

Im Prinzip läßt sich anstelle des beschriebenen Drehstromgenerators auch ein Gleichstromgenerator mit Kollektor verwenden 5 wobei der Bauraum für den hier erforderlichen Kollektor durch eine Verkürzung der Hohlwelle geschaffen wird,,

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Claims

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KDB/UMA

Patentansprüche

1J Stromerzeugeraggregat, bestehend im wesentlichen aus
einem Verbrennungsmotor, einem Triebwerk und einem Generator, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbrennungsmotor ein Mehrzylinder-Stirling-Heißgasmotor (1) mit
doppeltwirkenden Hubkolben (10) vorgesehen ist, die
über Flüssigkeitssäulen (11) mit einem Rotationskolbenverdrägertriebwerk (3) verbunden sind, dessen Abtriebswelle (12) direkt auf den Rotor (4) des Generators (5) einwirkt, sowie daß der Rotor (4) des Generators (5)
in Form eines Hohlzylinders (2) ausgebildet und in dessen Innenraum das Rotationskolbenverdrängertrieb (3) angeordnet ist.
2. Stromerzeugeraggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinschaftliche Lagerung (13) für das Rotationskolbenverdrängertriebwerk (3) und für eine Seite der Rotorwelle (12) vorgesehen ist.

ο Stromerzeugeraggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, daß diese über, ein mit der Rotorachse (12) verbundenes Gebläse (6) verfügt, das zum Ansaugen der
Kühlluft für den Generator (5) dient und das über den Generator die Generator-Kühlluft über einen Luftvorwärmer (7) unmittelbar in die Brennkammer (8) des Stirling-Motors (I^ drückt.

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ORIGINAL INSPECTED