DE2844340A1

DE2844340A1 - Vorrichtung zum erzeugen elektrischer energie und heisser luft

Info

Publication number: DE2844340A1
Application number: DE2844340A
Authority: DE
Inventors: Sigeru Onishi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1977-10-11
Filing date: 1978-10-11
Publication date: 1979-04-19
Also published as: NL170036B; DK148104B; ATA730778A; AT368667B; JPS5634779B2; JPS5456234A; NO148387C; ES474139A1; FI61095C; FR2406104A1; NL170036C; NO783407L; US4231717A; AU4050578A; DE2844340C2; PH16687A; CH625599A5; BR7806697A; IN148962B; ZA785722B

Description

28U34Q

Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie und heißer Luft

Auf Baustellen, insbesondere beim Arbeiten in abgeschlossenen Räumen, wie beispielsweise in Kesseln, Tunnels, Kanälen und dgl., ist es häufig notwendig, den Arbeitsplatz zu belüften. In solchen Fällen, insbesondere bei den zuletzt genannten, ist es zumeist auch notwendig, für eine künstliche Beleuchtung zu sorgen. Aufgrund der örtlichen Verhältnisse erfolgt die Belüftung und Beleuchtung zumeist mit Hilfe transportabler Aggregate, die von Brennkraftmaschinen angetrieben werden. Da eine Brennkraftmaschine im allgemeinen recht laut ist und außerdem erhebliche Mengen von Schadstoffen mit ihren Abgasen abgibt, ist es notwendig, die Brennkraftmaschine soweit wie möglich von dem abgeschlossenen Arbeitsplatz entfernt aufzustellen. Aus diesem Grunde benutzt man zur Belüftung und Beleuchtung bislang eine Brennkraftmaschine, die einen elektrischen Generator antreibt, dessen von ihm abgegebene elektrische Energie einerseits für die Beleuchtung und andererseits für den Antrieb eines Elektromotors verwendet wird, der nahe am Arbeitsplatz die Belüftung besorgt. Durch die zweimalige Umsetzung der Energie für die Belüftungszwecke ist der Gesamtwirkungsgrad der Anordnung relativ gering.

Beim Arbeiten im Freien ist darüber hinaus häufig auch eine Beheizung des Arbeitsplatzes erforderlich, insbesondere in der kalten Jahreszeit. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie und zum Belüften eines Arbeitsplatzes anzugeben, die in der Lage ist, den Arbeitsplatz zugleich auch zu beheizen und dabei einen hohen thermischen Wirkungsgrad aufweist.

909816/0931

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung schafft demnach eine Anordnung, bei der das Gebläse für die Belüftung des Arbeitsplatzes und der Generator zum Erzeugen des notwendigen Licht- und gegebenenfalls Arbeitsstroms direkt mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine verbunden sind und bei der die von der Brennkraftmaschine abgegebene Abwärme, und zwar die von der Zylinderwand als auch vom Abgas stammende dazu verwendet wird, die dem Arbeitsplatz zugeführte Ventilationsluft zu erwärmen.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigt;

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit teilweise weggebrochenem Gehäuse;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht davon;

Fig. 4 eine rückwärtige Ansicht;

Fig. 5 eine stirnseitige Ansicht;

Fig. 6 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung des"-in. Fig. 3 mit Kreis A umrissenen Abschnitts, und

Fig. 7 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung durch das Ende des Abgasrohres.

9 09816/0931

Die Vorrichtung nach den Fig. 1 bis 5 besteht aus einer Brennkraftmaschine 1, einem Vergaser 2, einem mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine 1 direkt verbundenen elektrischen Generator 3 und einem Gebläse 4. Weiterhin sind erkennbar ein Luftauslaßrohr 5, ein Abgasrohr 6, ein mit dem Abgasrohr 6 verbundener katalytischer Konverter und ein Wärmetauscher 8, der an seiner Außenwand mit einer Mehrzahl von Rippen 10¹ versehen ist und der mit dem Gasauslaß des katalytischen Konverters 7 verbunden ist. Von diesem Wärmetauscher 8 führt ein Abgasauslaß 10 vertikal ins Freie. Stirnseitig an der Brennkraftmaschine 1 ist ein Ventilator 11 angeordnet, der in üblicher Weise den Motorblock der Brennkraftmaschine 1 kühlt und direkt von deren Kurbelwelle angetrieben wird. Der Motorblock 1 und der Generator 3 sind auf einer Grundplatte 12 befestigt.

Beim hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Abtriebswelle der Brennkraftmaschine 1 und die Antriebswelle des Generators 3 direkt miteinander verbunden, der Antrieb zwischen diesen beiden Wellen kann aber auch über Riemenscheiben und einen Treibriemen erfolgen.

Der Wärmetauscher 8 ist als ein hohles Gefäß ausgebildet und wirkt zugleich als Schalldämpfer. An der Grundplatte 12 ist eine flache Bodenplatte 13 zu einer Seite des Motorblocks befestigt (Fig. 1). An dieser ist ein Gehäuse 14 beispielsweise mit Schrauben befestigt, das den Motorblock 1 umgibt. Dieses Gehäuse 14 umschließt auch den katalytischen Konverter 7 und den Wärmetauscher 8. Das Gehäuse 14 ist an seinen vorderen und hinteren Enden jeweils mit einer Öffnung 16 bzw. 15 versehen. Die Öffnung 16 ist von einem Deckel 18 verschlossen, der mit einem Lufteinlaß 17 versehen ist. Dieser Deckel 18 hat einen Abschnitt 18a, der den Ventilator 11 umgibt,und einen Abschnitt 18b, der sich davon nach oben erstreckt und dazu dient, die angesaugte Luft über dem Motorblock zu verteilen.

909816/0931

Das Gebläse 4 besteht aus einem hohlen Gehäuse 19, einem L-förmigen Luftführungskanal 20 (Fig. 2) und einem Flügelrad 22, das mit Hilfe einer Schraube 21 (Fig. 4) auf der Welle des Generators 3 befestigt ist. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, umfaßt das Gehäuse 19 einen mittleren zylindrischen Abschnitt 23, einen sich daran anschließenden Abschnitt 24 vergrößerten Durchmessers und einen sich auf der anderen Seite daran anschließenden Abschnitt 25 verringerten Durchmessers. Dieses Gehäuse 19 ist an dem Generator 3 so befestigt, daß der Abschnitt 24 vergrößerten Durchmessers auf das Ende des Generators 3 aufgepaßt und beispielsweise mit Hilfe von Schrauben befestigt ist. Im mittleren zylindrischen Abschnitt 23 sind eine Mehrzahl rechteckiger Schlitze 26 ausgebildet. Der mittlere Abschnitt 23 ist von einem ringförmigen Gehäuse 20 umgeben, der auf ihm gedreht werden kann, um die Schlitze 26 abzuschließen. Wie die Fig. 1, 2 und 6 zeigen, weist der Luftführungskanal 20 nahe den Schlitzen 26 einen Abschnitt 20a von im Querschnitt U-förmiger Gestalt auf, der einen Leitkanal 27 ausbildet. Wie die Fig. und 6 zeigen, sind in der Seitenwand 28 dieses Abschnitts 20a außen mehrere halbkugelförmige Vertiefungen 29 in gleichen Zentriwinkelabständen ausgebildet. An einem ringförmigen Bauteil 30, das an dem Gehäuse 19 beispielsweise mit Hilfe von Schrauben befestigt ist, ist andererseits ein Loch 31 vorhanden, mit welchem eine der halbkugelförmigen Vertiefungen 29 in Deckung gebracht werden kann (Fig. 6). In das Loch 31 ist eine Kugel 32 eingesetzt, die von einer Druckfeder 33 gegen die Seitenwand 28 gedrückt wird. Wenn man den L-förmigen Luftleitkanal 20 um das Gehäuse 19 dreht, dann springt die Kugel 32 in eine der Vertiefungen 29 und hält den Kanal 20 in dieser Lage fest. Der Kanal 20 weist an seinem stromaufwärts gelegenen Ende 34 eine öffnung 35 auf, die mit der Öffnung 15 des Gehäuses 14 in Deckung gebracht werden kann. Wenn man den L-förmigen Kanal 20 so ausrichtet, daß seine

909816/0931

28U340

Öffnung 35 der Auslaßöffnung 15 des Gehäuses 14 gegenübersteht, dann steht der Innenraum des Gehäuses 14 direkt mit dem Innenraum des Kanals 20 in Verbindung. Wenn man den Kanal 20 hingegen verdreht und in einer Stellung beläßt, die in Fig. 4 mit gestrichelten Linien eingezeichnet ist, dann münden beide Öffnungen 15 und 35 in die freie Atmosphäre.

Wie Fig. 3 zeigt, erstreckt sich das Abgasrohr 10 durch ein Loch 36 im Gehäuse 14 senkrecht nach oben und ist, wie Fig. zeigt, an seinem Ende mit einer Kappe 38 versehen, die auf das Rohrende aufgeschoben ist und im Inneren einen trichterförmigen Schirm 37 aufweist, der den Eintritt von Regenwasser in die Abgasleitung 10 verhindert.

Im Betrieb gelangt das von der Brennkraftmaschine abgegebene Abgas über die Abgasleitung 6 in den katalytischen Konverter Die unverbrannten Komponenten im Abgas werden im katalytischen Konverter 7 oxidiert. Das so gereinigte Abgas gelangt über ein weiteres Abgasrohr 9 in den Wärmetauscher 8. Von diesem gelangt es durch das Abgasrohr 10 in die freie Atmosphäre. Die Oxidation im katalytischen Konverter 7 ist eine exotherme Reaktion und als Folge davon weist das dem Wärmetauscher 8 zugeführte Abgas eine beachtlich hohe Temperatur auf.

Weiterhin rotieren der Ventilator 11 und das Flügelrad 22 zusammen mit der Welle des Generators 3. Die Umgebungsluft, die durch den Lufteinlaß 7 im Deckel 18 aufgrund der Ansaugwirkung des Ventilators 11 in das Gehäuse 14 gelangt, wird über den Zylinderblock des Motorblocks 11 geleitet, wo sie den Zylinderblock kühlt. Die Temperatur dieser Luft steigt dadurch an. Die so vorgewärmte Luft streicht an dem katalytischen Konverter 7 und an dem Wärmetauscher 8 vorbei und wird hierdurch weiter aufgeheizt. Die so aufgeheizte Temperatur gelangt dann über den L-förmigen Luftleitkanal 20, die Schlitze 26 und unter der Wirkung des Lüfterrades 22 in die

909816/0931

Heißluftauslaßleitung 5, von der sie zu dem erwünschten Platz geleitet wird.

Wenn keine Beheizung des Arbeitsplatzes, sondern nur eine Belüftung desselben verlangt wird, dann wird der L-förraige Luftleitkanal 20 in eine Position gebracht, die in Fig. 4 mit gestrichelten Linien dargestellt ist. In diesem Falle strömt die von der Brennkraftmaschine und seinem Abgassystem aufgeheizte Luft aus der öffnung 15 des Gehäuses 14 ins Freie. Der Einlaß 35 des L-förmigen Luftleitkanals 20 liegt auf der gegenüberliegenden Seite der Brennkraftmaschine 1 im Freien, so daß von dem Flügelrad 2 2 nicht vorgewärmte Luft angesaugt wird. Für den L-förmigen Luftleitkanal 20 sind, wie die Vielzahl der halbkugelförmigen Vertiefungen 29 in Fig. 4 zeigt, auch Zwischenstellungen möglich.

Um vollständig zu verhindern, daß die vom Motorblock 1 abgegebene Wärme in den L-förmigen Luftleitkanal 20 eintritt, kann an die Öffnung 35 des Kanals 20 auch eine Luftansaugleitung ähnlich der Auslaßleitung 5 angeschlossen werden, deren freies Ende fern vom Motorblock 1 gelegen ist. Wenn man den L-förmigen Kanal 20 in einer Lage anordnet, in der seine Einlaßöffnung 35 sich teilweise mit der Auslaßöffnung 15 des Gehäuses 14 überschneidet, dann ist es möglich, teilweise vorgewärmte und teilweise frische Luft in den Kanal 20 anzusaugen. Man kann hierdurch die an der Auslaßleitung 5 abgegebene Temperatur nach Wunsch einstellen.

Bei der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist es erforderlich, das Ende der Abgasleitung 10 soweit wie möglich entfernt vom Lufteinlaß 17 des Deckels 18 anzuordnen, wenn sich die Öffnungen 15 und 35 einander gegenüberstehen, wie es Fig. 4 zeigt. Andererseits ist es auch notwendig, das Ende der Abgasleitung 10 fern von der Öffnung 35 des L-förmigen Kanals 20 anzuordnen,damit in dessen in Fig. 4 gestrichelt eingezeichneter Stellung von ihm keine verunreinigte Luft

9 09816/0931

-ϊύ-

aufgenommen wird. Wenn man die Abgasleitung 10 so wie in Fig. eingezeichnet enden läßt, dann ist es möglich, die Ansaugung von Abgas in beiden Fällen zu unterbinden. Da das Abgas aufgrund seiner Wärme nach oben strömt, besteht nicht die Gefahr, daß es nach unten in die Ansaugöffnungen einströmt.

Als Brennkraftmaschine zur Verwendung in einer Vorrichtung der erfindungsgemäßen Art kann eine aktive thermoatmosphärische Zweitaktbrennkraftmaschine eingesetzt werden, wie sie in der japanischen Patentanmeldung 52-120895 vorgeschlagen wurde. Diese Zweitaktmaschine weist verschiedene Vorteile auf, beispielsweise ist ihr Laufgeräusch gering, der Kraftstoffverbrauch gegenüber herkömmlichen Zweitaktmaschinen weit verringert und der Anteil von Schadstoffen im Abgas sehr klein. Mit einer solchen Zweitaktmaschine läßt sich bei relativ kleinem katalytischen Konverter eine vollständige Abgasentgiftung erreichen. Selbst wenn man eine mit einer solchen Brennkraftmaschine ausgerüstete Vorrichtung nahe dem Arbeitsplatz aufstellt, dann besteht nicht die Gefahr, daß Maschinenlärm die Arbeiter stört. Selbst wenn diese Maschine geringe, selbsterzeugte Abgasmengen in die Ventilationseinläße aufgrund ungünstiger Windverhältnisse ansaugen sollte, dann besteht keine Vergiftungsgefahr für die Arbeiter.

Durch die Erfindung wird eine an die speziellen Bedürfnisse jederzeit leicht anpaßbare Vorrichtung angegeben, die mit hohem thermischen Wirkungsgrad arbeitet, in-dem sie auch die Abwärme der Brennkraftmaschine nutzbar macht. Sie läßt sich kompakt und leichtgewichtig aufbauen, was für transportablen Einsatz von hoher Bedeutung ist.

Kö/IIi

909816/0931

Claims

Ansprüche

ί 1. /Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie und heißer Luft, bestehend aus einem Maschinenrahmen mit einem
elektrischen Generator und einer Brennkraftmaschine,
deren Abtriebswelle mit der Antriebswelle des Generators verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem
Maschinenrahmen (12) ein Gebläse (4) befestigt ist, das ein mit der Generatorwelle verbundenes Ansaugflügelrad
(22), einen Heißlufteinlaß (26) und einen Heißluftauslaß (5) aufweist, daß ein die Brennkraftmaschine (1) umgebendes Heißluftführungsgehäuse (14) vorgesehen ist,
das einen Kaltlufteinlaß (17) aufweist und mit dem Heißlufteinlaß (26) des Gebläses (22) verbunden ist, und daß das Abgasleitungssystem (6 bis 10) der Brennkraftmaschine (1) quer durch das Heißluftführungsgehäuse (14) verläuft und in die freie Atmosphäre mündet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine (1) einen Ventilator (11) aufweist, der im Bereich des Kaltlufteinlasses (17) angeordnet ist.

909816/0931

MÜNCHEN: TELEFON (089) 025585
KABEL: PROPINDUS- TELEX Ο524244

BERLIN: TELEFON (03O) 8312Ο88
KABEL: PROPINDUS -TELEXO184O6 7
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasleitungssystem der Brennkraftmaschine (1) einen katalytischen Konverter (7) aufweist, der in dem Heißluftführungsgehäuse (14) gelegen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgassystem der Brennkraftmaschine (1) einen Wärmetauscher aufweist, der mit dem Ausgang des Konverters (7) verbunden und in dem Heißluftführungsgehäuse (14) gelegen ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle des Generators (3) direkt mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine (1) und das Ansaugflügelrad (22) des Gebläses (4) direkt mit der Antriebswelle des Generators (3) verbunden sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißluftführungsgehäuse (14) aus einem die Brennkraftmaschine (1) umgebenden stationären Teil und einem den Heißlufteinlaß (26) des Gebläses (4) umgebenden beweglichen Teil (20) besteht, wobei der die Brennkraftmaschine (1) umgebende Teil den Kaltlufteinlaß (17) aufweist und an dem Maschinenrahmen (12) befestigt ist und der bewegliche Teil (20) beweglich auf dem Gebläse (4) angebracht ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der stationäre Teil des Luftführungsgehäuses (14) eine Auslaßöffnung (15) aufweist, daß der bewegliche Teil (20) des Luftführungsgehäuses (14) eine mit jener Auslaßöffnung (15) in Deckung bringbare Einlaßöffnung (35) aufweist, und daß diese Einlaßöffnung (35) in eine den freien Zutritt von Umgebungsluft ermöglichende Stellung

' bewegbar ist.

9 09816/0931

~³~ 28443A0
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (4) ein zylindrisches Gehäuse (23) umfaßt, welches das Ansaugflügelrad (22) umgibt und eine Vielzahl von Öffnungen (26) aufweist, die den Heißlufteinlaß bilden, daß der bewegliche Teil (20) des Luftführungsgehäuses (14) auf dem zylindrischen Gehäuse (2 3) verdrehbar ist, und daß Einrichtungen (29 bis 33) vorgesehen sind, die den beweglichen Gehäuseteil (20) in seinen eingestellten Lagen sichern.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungseinrichtungen aus einer Mehrzahl von Vertiefungen (29) bestehen, die in dem beweglichen Gehäuseteil (20) ausgebildet sind, sowie einer Kugel (32), die federnd an dem Gebläse (4) gelagert ist und in jeweils eine der Vertiefungen (29) einfallen kann.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgassystem ein offenes Ende (10) aufweist, das in der freien Atmosphäre fern vom Kaltlufteinlaß (17) und der Stelle liegt, in welcher sich die Einlaßöffnung (35) des beweglichen Gehäuseteils (20) befindet, wenn vom Gebläse (4) Frischluft angesaugt wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß über dem offenen Ende (10) des Abgassystems eine Schutzkappe (3 8) angeordnet ist, die den Zutritt von Regenwasser verhindert.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine (1) eine aktive thermoatmosphärische Zweitaktmaschine ist.

909816/0931