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Heißgasmaschine
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Die Erfindung betrifft eine doppelt wirkende, mehrzylindrische Heißgasmaschine
mit einer oben liegenden Heizeinrichtung, in der eine einzige Brennkammer zum Erwärmen
einer Mehrzahl von Heizrohren angeordnet ist, die die heißen Expansionskammern der
Zylinder mit den Regeneratoren der entsprechenden regenerativen Kühleinrichtung
verbinden. Vorzugsweise ist in der Brennkammer eine-einzige Brenneinrichtung vorgesehen,
die vorzugsweise koaxial in der oben liegenden Heizeinrichtung angeordnet ist.
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Es ist bekannt, derartige Heizgasmaschinen so auszubilden, daß
die
regenerativen Kühleinrichtungen entweder zwischen den Zylindern in beinahe dem gleichen
radialen Abstand, den die Zylinder zu der Mittelachse der oben liegenden Heizeinrichtung
einnehmen, oder in einem größeren radialen Abstand anzuordnens als dem den die Zylinder
von der Mittelachse einnehmen.
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Bei Heißgasmaschinen wird Wärme über die Wände der Heizrohre der oben
liegenden Heizeinrichtung den Füllungen aus Betriebsgas zugeführt, das sich jeweils
zwischen einer heißen Egpatlsionskammer und einer kalten Kompressionskammer über
die entsprechenden Heizrohre und den entsprechenden regenerativen Kühleinrichtungen
hin und her bewegt. Während der Gasströmung in Richtung von der oben liegenden Heizeinrichtung
zu der Kühleinrichtung gibt das erwärmte Betriebsgas Wärme zu dem Regenerator ab.
Diese Wärme wird im Regenerator gespeichert und dem Betriebsgas zurückgegeben, wenn
dieses in umgekehrte Richtung strömt.
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Um eine hohe Leistungsfähigkeit bzw. einen hohen Wirkungsgrad zu gewährleisten,
ist es von Bedeutung, daß Totvolumina, wie z.B, Leitungsteile, so klein wie möglich
bemessen sein sollten, und daß das Oberteil des Regenerators der benachbarten Teile
der Heizrohre an Stellen in der Breriranimer liegen, an denen hohe Temperaturen
auftreten.
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Erfindungsgemäß zeichnet sich eine Heißgasmaschine der eingangs genannten
Art dadurch aus, daß die regenerativen Kühleinrichzungen in mehrfacher Anzahl um
eine Mittelachse der oben liegenden Heizeinricht"ung angeordnet sind, und daß die
Expansionskammern der Zylinder in größeren radialen Abständen angeordnet sind, als
die Abstände zwischen den Regeneratoren von der Achse.
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Vorzugsweise weisen die Heizrohre Abschnitte auf, die sich ungefähr
radial bezüglich der Achse von den Re generatoren nach außen erstrecken.
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Bei einer sehr gedrängten Bauweise sind die Abschnitte der Heizrohre
die sich ungefähr radial nach außen erstrecken, ungefahr in gleicher Ebene liegend
angeordnet.
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Vorzugsweise ist eine einzige Befeuerungseinrichtung vorgesehen, die
an dem Teil der Brennkammer angeordnet ist, die den Heizrohrabschnitten gegenüberliegt,
die sich ungefähr radial nach außen erstrecken, wobei die Befeuerungseinrichtung
so angeordnet ist, daß Verbrennungsgase in Richtung auS die Rohrabschnitte gelenkt
werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Zylinder
der Heißgasmaschine in V-Form angeordnet, und die Kolben sind mit einer gemeinsamen
Kurbelwelle verbunden. Die Befeuerungseinrichtung ist so angeordnet, daß heiße Verbrennungsrückstände
auf die Achse der Kurbelwelle gerichtet werden.
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Vorzugsweise sind die regenerativen Kühleinrichtungen in einem gemeinsamen
Gehäuse untergebracht.
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Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung an bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig. 1 ist eine schematische VertikalschnittansiMt einer Heißgasmaschine
gemäß der Erfindung längs einer Schnittlinie I-I in Fig. 2; und Fig. 2 ist eine
schematische Ansicht der Verbindungen zwischen den Zylindern und den Regeneratoren
in einer Draufsicht.
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Die dargestellte Heißgasmaschine weist vier Zylinder 1 bis 4 auf,
wobei sich in jedem Zylinder ein Kolben 5 hin und her bewegt, der mit einer Kurbelwelle
6 über eine entsprechende Kolbenstange 7, ein Querhaupt 8 und eine- Verbindungsstange
9 verbunden ist. Der Kolben 5 des Zylinders 1 unterteilt den Innenraum des Zylinders
1 in eine obere heiße Expansionskammer 10 und
eine untere kalte
Kompressionskammer 11.
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Heizrohre 12 sind mit dem oberen Raum 10 des Zylinders 1 über eine
Leitung 13 verbunden, und ebenfalls ist der obere Raum 10 mit dem Oberteil eines
Regenerators 14 verbunden. Weitere Heizrohre 12 verbinden das obere Ende des Zylinders
2 mit einem Regenerator 15, den Zylinder 3 mit einem Regenerator 16 und den Zylinder
4 mit einem Regenerator 17.
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Die vier Regeneratoren 14 bis 17 sind aB Segmente der Zylinderalsgebildet
und derart angeordnet, daß sie in mehrfacher Anzahl um eine Mittelachse der oben
liegenden Heizeinrichtung angeordnet werden können, in der sich eine einzige BrenScaemer
beindetO Somit sind die Regeneratoren, die jeweils mit einer entspre&aaid£n
Kühleinrichtung 18 verbunden sind, zentral in der Mitte liegend relativ zu den Zylindern
1 bis 4 angeordnet, die in V-Form angeordnet sind. Die Rohre 12 verlaufen von den
Regeneratoren nach außen, wobei an den Innenenden zur Verbindung mit den Regeneratoren
keine Leitungen vorgesehen zu sein brauchen.
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Jeder Regenerator 14 bis 17 ist am Oberteil der regenerativen Kühleinrichtung
angeordnet, die eine Kühleinrichtung 18 aufweist Das Gas von den Kühleinrichtungen
kann zu den betreffenden, tiefer liegenden Räumen 11 unterhalb des Kolbens 5 gelangen.
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Luft zur Verbrennung wird mit Hilfe von Einrichtungen, die nicht gezeigt
sind, in die Kammer 19 am Oberteil der oben liegenden Heizeinrichtung der Brennkraftmaschine
eingeblasen, und diese strömt in einen Wärmeaustauscher 20, wie dies mit Pfeilen
21 ein gezeichnet ist. Hierbei wird die Luft durch den Strom der heißen Abgase,
die mit Pfeilen 22 gekennzeichnet sind, vorenvärmt, und die vorerfärmte Luft wird
zur Verbrennung in Verbindung mit einem Brennstoff in einen Brenner 23 eingespeist.
Die heißen Verbrennung.sprodukte und die abgestrahlte Flammwärme geben Wärme an
die Rohre 12 ab und verlassen die Heißgasmaschine über die
Vorerwärmungseinrichtung,
wie mit den Pfeilen 22 gezeigt.
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Die Regeneratoren 14 bis 17, die als eine gemeinsame Einheit in Fig.
2 gezeigt sind, können in einem gemeinsamen Gehäuse 24, wie in Fig. 1 gezeigt, untergebracht
sein, jedoch muß das Betriebsgas separat in jeden Regenerator in dem Gehäuse 24
strömen können.
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Bei der dargestellten Äusführungsform einer Heißgasmaschine sind vier
separate Füllungen des Betriebsgases vorgesehen, wQ-bei eine Füllung zwischen dem
Raum 10 des Zylinders 1 und dem Raum des Zylinders 2 über Rohre 12 und Leitungen
13 und dem Regenerator 14 und einer Kühleinrichtung 18 hin- und herströmt.
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Die anderen drei Füllungen strömen analag.
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In Fig. 2 sind nur zwei Heizrohre gezeigt, die sich von der Leitung
am Oberteil des Zylinders 2 zu dem Oberteil des Regenew rators 5 erstrecken. Aus
übersichtlichkeitsgründen sind die zahlreichen anderen Heizrohre in Fig. 2 weggelassen
worden, so daß beispielsweise nur zwei Heizrohre von der in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsform gezeigt sind. Wie dargestellt, sind die Expansionskammern 10 der
Zylinder 1 bis 4 in größeren radialen Abständen als die Regeneratoren 14 bis 17
von der Achse angeordnet, und die Heizrohre 12 weisen Abschnitte auf, die bezüglich
der Achse von den Regeneratoren 14 bis 17 ungefahr radial nach außen verlaufen.
Diese Heizrohrabschnitte, die ungefähr radial nach außen verlaufen, sind ungefähr
koplanar oder in gleichen Ebenen zueinander liegend angeordnet, und es ist eine
einzige Befeuerungseinrichtung 23 vorgesehen, die in einem Teil der Brennkammer
angeordnet ist, die den Heizrohrabschnitten gegenüberliegt, die sich ungefähr radial
nach außen erstrecken. Die Befeuerungseinrichtung 23 liefert Verbrennungsgase in
Richtung auf diese Rohrabschnitte.
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Die Zylinder 1 bis 4 sind in V-Form angeordnet, und die Kolben
sind
mit einer gemeinsamen Kurbelwelle 6 verbunden, und die Befeuerungseinrichtung 23
ist so angeordnet, daß die heißen Verbrennungsgase in Richtung auf die Achse der
Kurbelwelle gerichtet sind.