DE3403856C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbüchsenregenerator­ anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Anordnung ist aus der GB-PS 15 62 897 bekannt, bei der Regenerator und Kühler unmittelbar übereinanderliegend in einem gemeinsamen ringförmigen Gehäuse angeordnet sind, das in einem radialen Abstand die Zylinderlaufbüchse umgibt.

Es ist bekannt, daß die Leistung einer Heißgasmaschine davon abhängt, eine Arbeitsgasladung zwischen zwei Kammern mit va­ riablem Volumen zu bewegen, die auf möglichst unterschiedli­ chen Temperaturen gehalten werden. Gegenwärtig beträgt die hohe Temperatur oftmals mehr als 700°C, während die niedrige Temperatur bei etwa 70°C liegt. Ein Wärmestrom zwischen den beiden Kammern, beispielsweise aufgrund der Leitfähigkeit der Baueelemente, führt zu einem Energieverlust und damit zu einem niedrigeren Wirkungsgrad der Maschine. Bei der bekannten An­ ordnung treten auf Grund des gemeinsamen Gehäuses von Kühler und Regenerator derartige Energieverluste auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zylinderlauf­ büchsengeneratoranordnung der eingangs angegebenen Art so aus­ zubilden, daß sich ein Minimum an Wärmeleitung in radialer und axialer Richtung ergibt.

Dies wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnen­ den Teil des Anspruchs 1 erreicht. Durch die Ausbildung von Zylinderlaufbüchsenelement und Regenerator als Einheit mit Dichtungselementen auf dem äußeren Wandelement zur dichten Ineingriffnahme mit dem Gaskühler wird die Wärmeleitung in radialer und axialer Richtung auf ein Minimum zurückgeführt, so daß der Wirkungsgrad der Maschine erhöht werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Axialschnittansicht des Ausfüh­ rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung; und

Fig. 2 eine Axialschnittansicht eines Teils einer Heißgasmaschine mit der in Fig. 1 dargestellten Anordnung.

Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel der er­ findungsgemäßen Anordnung besteht aus einem inneren zylindri­ schen Wandelement 3, das mit einem äußeren zylindrischen Wandelement 4 durch Vakuumlöten verbunden ist. Die beiden Wandelemente 3 und 4 bestehen aus wärmebeständigem Edelstahl, beispielsweise aus einem Stahl, der 25% Chrom enthält.

Das Wandelement 3 ist etwa 3 mm stark und hat einen Durchmes­ ser von 85 mm sowie eine Länge von 115 mm. Das Wandelement 4 ist etwas dünner und hat beispielsweise eine Stärke von etwa 2,5 mm, wobei ein Zwischenraum 5 mit einer Stärke von 2 mm zwischen den beiden Wandelementen 3 und 4 gebildet ist.

Ein Regenerator 6, der den oberen Teil des Wandelementes 4 umgibt, besteht aus einer großen Anzahl von ringförmigen Stanzteilen aus Maschendraht, die übereinander gestapelt sind und von einer Umhüllung 7 aus Edelstahl umgeben sind. Die Drähte des Regenerators bestehen gleichfalls aus Edel­ stahl, vorzugsweise dem üblichen Typ, der 18% Chrom und 8% Nickel enthält.

Der Regenerator 6 hat einen herkömmlichen Aufbau, ist jedoch mit dem Wandelement 4 vorzugsweise beim Löten der Elemente 3 und 4 vakuumverlötet.

Es sei darauf hingewiesen, daß sich der Zwischenraum 5 weiter als der Regenerator 6 nach unten erstreckt.

Das Wandelement 3 ist mit einer Nut 8 versehen, in der ein Dichtungselement in Form eines O-Ringes aufgenommen werden kann, wobei das Wandelement 4 mit einer ähnlichen Nut 9 ver­ sehen ist.

Das äußere Wandelement 4 ist mit einer Bohrung 10 versehen,in die ein Rohr 11 eingesetzt ist, das das Innere des Zwischen­ raums 5 mit der Außenluft verbindet.

Fig. 2 zeigt, wie die in Fig. 1 dargestellte Anordnung zwischen dem Zylinderkopf 12 und einem Kühler 13 vorgesehen ist. Schul­ terflächen 14 und 15 stehen in Eingriff miteinander und O-Rin­ ge 16, 17 und 18 sind als gasdichte Dichtungen vorgesehen. Der O-Ring 18 bildet die Dichtung zwischen dem unteren Teil des Wandelementes 3 und einer Zylinderlaufbüchse 19.

Der Kolben 1 ist mit nicht dargestellten Kolbenringen verse­ hen, die an der Zylinderlaufbüchse 19 entlanggleiten. Die oberste Lage des oberen Kolbenringes ist durch einen Pfeil 20 in Fig. 2 bezeichnet.

Die im Obigen beschriebene und in der Zeichnung dargestellt Anordnung arbeitet in der folgenden Weise:

Die Maschinenkammern mit variablem Volumen, das Innere des Regenerators 6 und des Kühlers 13 sowie die nicht darge­ stellten Gasverbindungen, beispielsweise zwischen der Kammer 2 mit variablem Volumen und dem Regenerator 6 enthalten ein unter hohem Druck, beispielsweise einem Hauptdruck von 15 mPa stehendes Arbeitsgas. Die Temperatur des Gases in der Kammer 2 und im oberen Teil des Regenerators 6 kann über 700°C liegen.

Wenn die Maschine mit Helium als Arbeitsgas arbeiten kann, was bei einer langsam laufenden Maschine der Fall sein kann, kann die Belüftungsöffnung 10, 11 fehlen. Der Zwischenraum 5 wird anschließend vollständig während des unter einem Vakuum erfolgenden Lötens der Einheit evakuiert. Nachdem die Maschine jedoch eine gewisse Zeit gelaufen ist, wird die hohe Tempera­ tur, der hohe Druck des Gases, die kleinen Moleküle des Ga­ ses und das sehr dünne Wandelement 3 bewirken, daß Helium in den Zwischenraum eintritt, der dadurch mit Helium unter Druck gefüllt wird. Helium ist jedoch kein guter Wärmeleiter, so daß der Zwischenraum als Isolierung wirken wird, die einen wesentlichen Wärmestrom radial nach außen verhindert. Das dünne Wandelement 3 verhindert einen größeren Wärmestrom axial nach unten.

Die Temperatur des Wandelementes 3 liegt am oberen Teil bei etwa 700°C und unter 200°C am unteren Teil. Die Temperatur des Regenerators liegt am oberen Teil bei 700°C und unter 100°C am unteren Teil.

Es versteht sich, daß alle dargestellten Bauelemente starken Beanspruchungen aufgrund der Temperaturänderungen beim An­ lassen und Abkühlen der Maschine ausgesetzt sind. Die O- Ringe 16, 17 und 18 befinden sich dicht an den Kühlwasserka­ nälen, so daß die Temperatur der O-Ringe leicht unter dem Grenzwert von etwa 250°C gehalten werden kann, der für ihr richtiges Arbeiten besteht. Die Kontaktflächen zwischen dem Wandelement 3 und dem Kühler 13 oder der Laufbüchse 19 kön­ nen sehr klein ausgebildet sein, was weiter einen Wärmestrom axial nach unten begrenzt.

Wenn das Arbeitsgas aus Wasserstoff besteht, sollten die Be­ lüftungsöffnung 10 und das Rohr 11 beibehalten werden. Was­ serstoff, der ein sehr guter Wärmeleiter ist, wird dann zur Außenluft mit einer extrem geringen Geschwindigkeit oder mit einem extrem geringen Durchsatz abströmen, der vom Standpunkt der Sicherheit ohne Bedeutung ist.

Claims (3)

1. Zylinderlaufbüchsenregeneratoranordnung für eine Heißgas­ masshine, bei der jeder Zylinder von einem Regenerator mit ringförmigem Querschnitt umgeben ist, der axial an einem Gaskühler anliegen kann, der gleichfalls einen ringförmigen Querschnitt hat und den entsprechenden Zy­ linder umgibt, wobei die Zylinderlaufbüchsenregenerator­ anordnung ein Laufbüchsenelement mit zwei zylindrischen Wandelementen mit im wesentlichen gleicher Länge umfaßt, die nahe an ihren Enden miteinander verbunden sind, wobei die Elemente koaxial zueinander und im Abstand vonein­ ander so angeordnet sind, daß dazwischen ein Zwischenraum gebildet ist und das äußere Wandelement an den umgebenden Regenerator angrenzend angeordnet ist, der eine axiale Länge hat, die wesentlich kleiner als die axiale Er­ streckung des Zwischenraums ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylinderlaufbüchsenelement (3, 4) und der Regene­ rator (6) als Einheit ausgebildet sind, die auf dem äuße­ ren Wandelement (4) Dichtungselemente (16, 17) zur dichten Ineingriffnahme mit dem Gaskühler (13) aufweist.

2. Zylinderlaufbüchsenregeneratoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Wandelement (4) mit einer zur Außenluft be- lüfteten Öffnung (10) versehen ist.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wandelemente (3, 4) durch Vakuumlöten miteinander verbunden sind.