DE3806114A1 - Thermisch isolierende erhitzer-gehaeuse-auskleidung und verbrennungsluftfuehrung fuer stirling- bzw. heissgasmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stirling- bzw. Heißgasmotor mit Merkmalen entsprechend den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 8.

Als thermische Auskleidung des Gehäuses eines Erhitzersy­ stems ist folgende Lösung bekannt geworden, bei der ein Erhitzer-Raum durch eine sich innen direkt an der Außenwand des Gehäuses anschließende Ausmauerung mit Schamott-Steinen thermisch isoliert ist. Solche Ausmauerungen erweisen sich aber nicht in allen Fällen als geeignet, weil deren Wärme­ dämmung nach außen ungenügend sein kann. Die im Erhitzer- Raum üblicherweise herrschenden Rauchgastemperaturen von ca. 2000°C können mit einer solchen Ausmauerung nur begrenzt eingedämmt werden, d.h., die Außenwand des Gehäuses des Er­ hitzersystems strahlt Wärme mit so hohen Temperaturen ab, daß ein Einsatz des so ausgestatteten Stirling- bzw. Heiß­ gasmotors in eng begrenzten Räumen, in denen sich auch Per­ sonen aufhalten müssen, weitestgehend ausgeschlossen ist.

Ähnlich nachteilige Lösungen waren bisher auch hinsichtlich der Verbrennungsluftführung gegeben. Die Verbrennungsluft­ führung erfolgt bei bekannten Stirlingmotoren (siehe bei­ spielsweise US-PS 38 11 272, GB-PS 13 94 033, GB-Anm. Nr. 15 386/75, SE-Anm. Nr. 73 01 058-9) über einen einzigen, durchge­ henden Kanal zwischen Luftvorwärmer und Brenner. Dabei wur­ den diese Kanäle durch gerade Blechschächte mit ebenen Wän­ den oder - bei kleineren Motoren mit nur einem Brenner und runder Anordnung der Erhitzerrohre und Luftvorwärmer - durch konzentrisch ineinander angeordnete, kegelförmige Blechmän­ tel gebildet. Bei Stirlingmotoren mit Erhitzerräumen größerer Ausdehnung und besonders bei Motoren mit mehreren in Reihe angeordneten Erhitzerräumen führt die hohe thermi­ sche Belastung zum Ausbeulen und Knicken dieser ebenen bzw. schwach gewölbten Wände der Verbrennungsluftschächte. Da­ durch entstehen wiederum schlechte Strömungsverhältnisse an der luftseitigen Blechoberfläche, was zu verminderter Küh­ lung durch die vorgewärmte Verbrennungsluft und schließlich zu Überhitzungen, schlimmstenfalls gar zum Durchbrennen der Blechwände führt.

Bei erhöhten Luftdurchsätzen müssen diese Blechschächte we­ gen des höheren Druckunterschiedes außerdem durch Rippen oder Stege versteift werden, was sehr kostspielig sein kann.

Es ist daher erste Aufgabe der Erfindung, eine thermisch isolierende Auskleidung für das Gehäuse des Erhitzersystems eines Stirling- bzw. Heißgasmotors zu schaffen, die die im Erhitzer-Raum auftretenden hohen Rauchgastemperaturen so weit dämmt, daß an der Außenseite des Gehäuses nur eine ge­ ringfügig über normalen Raumtemperaturen liegende Wärmeab­ strahlung auftreten kann.

Zweite Aufgabe der Erfindung ist es, für den Stirling- bzw. Heißgasmotor eine Einrichtung zur Verbrennungsluftführung zu schaffen, die aus einfachen und formstabilen Organen besteht, welche gleichbleibend günstige Strömungsverhältnisse ermög­ lichen und immer hinreichend wirksam durch die durchströmen­ de Verbrennungsluft kühlbar sind.

Die erfindungsgemäße Lösung der ersten Aufgabe ist im Kenn­ zeichen des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestal­ tungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 gekennzeichnet.

Durch die mehrschichtige keramische Auskleidung des Gehäuses des Erhitzersystems erfolgt der Temperaturabbau von innen nach außen praktisch in zwei Stufen. Die innere Dämmwand mit ihren keramischen Isolationselementen wirkt als Hitzeschild. An der Rückseite dieser Isolationselemente herrscht bereits ein niedrigeres Temperatur-Niveau als im Erhitzer-Raum. Die­ se Temperatur wird durch die Zwischenraum-Ausfüllung mit ke­ ramischem Faser- oder Schüttgut-Dämmaterial noch soweit ab­ gebaut, daß an der Außenseite des Gehäuses des Erhitzersy­ stems an den für Personen, z.B. Bedienungs- oder Wartungs­ personal, zugänglichen Stellen nur noch Temperaturen unter 100°C herrschen. Außerdem ist es aufgrund der erfindungsge­ mäßen Konstruktion möglich, etwaige defekte Teile der inne­ ren Dämmwand mit wenigen Handgriffen auszutauschen. Letzte­ res erweist sich insbesondere bei Stirling- bzw. Heißgasmo­ toren in instationären Anlagen, an denen starke Vibrationen oder sonstige möglicherweise zum Bruch des Keramikmaterials führende Erschütterungen auftreten, als sehr zweckmäßig.

Die erfindungsgemäße Lösung der zweiten Aufgabe ist im Kenn­ zeichen des Anspruches 8 angegeben. Vorteilhafte Ausgestal­ tungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen 9 bis 23 angegeben.

Dabei ist die Einrichtung zur Verbrennungsluftführung durch eine größere Anzahl von zwischen einem Luftvorwärmer und ei­ nem Brenner in wenigstens einer Reihe nebeneinander zu einer Rohrwand angeordneten Rohren gebildet.

Diese Rohre sind vergleichsweise billig, außerdem leicht mit dem Luftvorwärmer und Brenner zu verbinden und garantieren wegen ihrer Formbeständigkeit immer gleichbleibend günstige Strömungsverhältnisse zwischen Luftvorwärmer und Brenner so­ wie eine hinreichende innere Kühlung.

Nachstehend sind die erfindungsgemäßen Lösungen anhand meh­ rerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Erhitzersystem eines Stir­ ling- bzw. Heißgasmotors quer zur Rauchgasströ­ mungsrichtung mit einer Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Auskleidung,

Fig. 2 das Erhitzersystem gemäß Fig. 1 mit einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Auskleidung,

Fig. 3 einen Schnitt durch das Erhitzersystem gemäß Fig. 1 entlang Linie III-III,

Fig. 4 einen Schnitt durch das Erhitzersystem gemäß Fig. 2 entlang Linie IV-IV,

Fig. 5 einen Schnitt durch die Auskleidung des Erhitzersy­ stems gemäß Fig. 1 entlang Linie V-V von Fig. 3,

Fig. 6 einen Schnitt durch die Auskleidung des Erhitzersy­ stems gemäß Fig. 1 entlang Linie VI-VI von Fig. 5,

Fig. 7 einen Schnitt durch die Auskleidung des Erhitzer­ systems gemäß Fig. 2 entlang Linie VII-VII von Fig. 4,

Fig. 8 einen Schnitt durch die Auskleidung des Erhitzer­ systems gemäß Fig. 2 entlang Linie VIII-VIII von Fig. 7,

Fig. 9 eine Querschnittsvariante zu den bei der Ausklei­ dung gemäß Fig. 2 verwendeten Rohren,

Fig. 10 einen Querschnitt durch einen Stirling- bzw. Heiß­ gasmotor mit in Reihe angeordneten Zylindern,

Fig. 11 einen Querschnitt durch einen Stirling- bzw. Heiß­ gasmotor mit V-förmig angeordneten Zylindern,

Fig. 12 einen Querschnitt durch einen hinsichtlich der Ver­ brennungsluftführung von jenem nach Fig. 11 ver­ schiedenen Stirling- bzw. Heißgasmotor mit V-förmig angeordneten Zylindern, und

Fig. 13 Details einer Ausführungsform der erfindungsgemä­ ßen Verbrennungsluftführung.

In den Figuren sind gleiche bzw. einander entsprechende Bau­ teile oder Teile derselben mit gleichem Bezugszeichen angezogen.

Die in den Fig. 10 bis 12 weitgehend schematisiert darge­ stellten Stirling- bzw. Heißgasmotoren 1 haben hinsichtlich Ausbildung und Anordnung des Triebwerks 1/1, des Maschinen­ gehäuses 1/2, der Zylinder 1/3 mit darin arbeitenden Kolben, der Kolbenstangendichtungen 1/4, der Regenerator-Kühler- Einheiten 1/5 und der arbeitsgasführenden Leitungswege eine übliche Konstruktion. Für das Verständnis der erfindungsge­ mäßen Lösungen ist nur der Bereich des Erhitzersystems 1/6 notwendig, das praktisch den Kopf eines Motors 1 bildet.

Das Erhitzersystem 1/6 hat ein Gehäuse mit einer Außenwand 1/7, die innseitig durch eine Auskleidung thermisch iso­ liert ist. Außerdem umfaßt das Erhitzersystem 1/6 wenigstens einen Brenner 1/8 zur Rauchgaserzeugung sowie wenigstens ei­ nen, beispielsweise durch einen ein- oder mehrstufigen Kreuz­ stromplattenwärmetauscher gebildeten Luftvorwärmer 1/9 und eine Einrichtung 6 zur kanalisierten Verbrennungsluftfüh­ rung. Der Luftvorwärmer 1/9 wird sowohl von vom Brenner 1/8 erzeugten Rauchgasen (in Richtung des Pfeiles 1/10) als auch von mittels eines nicht dargestellten Gebläses geförderter Luft (in Richtung des Pfeiles 1/11) durchströmt, die dabei erwärmt wird.

Der Brenner 1/8 ist als für Stirling- bzw. Heißgasmotoren 1 übliches Gesamtaggregat mit Luftverwirbelungseinrichtung, Einspritzvorrichtung, Zündeinrichtung, Brennkammer, Rezirku­ lationseinrichtungen und dergleichen zu verstehen.

Der mit vorgewärmter Luft und Brennstoff, z.B. Öl oder Gas, versorgte Brenner 1/8 erzeugt Rauchgas mit einer Temperatur in der Größenordnung von 2000°C, das zunächst im räumlich begrenzten Erhitzerraum 2 Wärme an Erhitzerrohre 3 zur Er­ wärmung des diese durchströmenden Arbeitsgases (z.B. Helium) auf Arbeitsprozeßtemperatur abgibt, dann im Luftvorwärmer 1/9 noch Wärme abgibt und schließlich außerhalb des Erhitzersy­ stems 1/6 mittels eines Abgasrohres abgeführt wird.

Die Erhitzerrohre 3 sind in an sich bekannter Weise an nicht dargestellten Sammelkanälen angeschlossen und führen im Bei­ spiel gemäß Fig. 1 und 2 in einer unteren Ebene - strich­ punktierte Linie 4 - mit Teilabschnitten 3/1 parallel ver­ laufend in den Erhitzer-Raum 2 hinein und sind dort mit U-förmig gebogenen, beabstandet parallel nebeneinander verlaufenden Abschnitten 3/2 angeordnet, die eine quer zur Rauchgasströ­ mungsrichtung ausgerichtete Erhitzerrohrwand bilden. Im Fall von Fig. 11 und 12 sind wegen der V-förmigen Anordnung der Zylinder 1/3 und zugeordneten Regenerator-Kühler-Einheiten 1/5 zwei solcher Erhitzerrohrwände im Erhitzer-Raum 2 vorhanden.

Der von den Rauchgasen durchströmte Erhitzer-Raum 2 ist zur Bildung eines Rauchgaskanals allseitig begrenzt, und zwar unten durch eine im einzelnen nicht näher erläuterte ther­ misch isolierende Wärmedämmschicht 5, oben durch die Ein­ richtung 6 zur Verbrennungsluftführung und eine außen davor angrenzende oder geringfügig beabstandete Wärmedämmschicht 7, sowie links und rechts durch eine isolierende Auskleidung 8, Details siehe Fig. 1 bis 9.

Jede Auskleidung 8 besteht erfindungsgemäß aus einer im Ge­ häuse des Erhitzersystems 1/6 von der Außenwand 1/7 beab­ standet angeordneten inneren Dämmwand 9 aus einzeln nebenein­ ander angeordnet austauschbar fixierten Isolationselementen aus Keramikmaterial, und der, gegebenenfalls durch eine Zwi­ schenlage aus Keramikpapier 10 begrenzte Zwischenraum zwi­ schen Außenwand 1/7 und Dämmwand 9 ist durch keramisches Faser- oder Schüttgut-Dämmaterial 11 ausgefüllt.

Die innere Dämmwand 9 erstreckt sich zwischen zwei Randlei­ sten 12, 13 aus hitzebeständigem Metall, die äußerhalb des rauchgasdurchströmten Erhitzer-Raumes 2 innen an der Außen­ wand 1/7 befestigt, z.B. angeschweißt oder angeschraubt sind und sowohl als Tragleisten für die Dämmwand 9 als auch als obere und untere Begrenzungswand für den mit Dämmaterial ausgefüllten Zwischenraum dienen.

Im Fall von Fig. 1 ist die innere Dämmwand 9 der Auskleidung 8 durch eine Vielzahl von rechteckigen Keramikplatten 14 ge­ bildet, die - wie im Detail aus Fig. 3, 5 und 6 ersichtlich - an ihren Längsseiten Nuten 15, 16, insbesondere mit etwa halbrundem Querschnitt, aufweisen und über diese Nuten 15, 16, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Keramikpa­ pierlage 17, 18 von Keramikrohren 19 getragen werden. Diese Keramikrohre 19 erstrecken sich zwischen den beiden Randlei­ sten 12, 13 und sind endseitig jeweils an einer derselben lösbar fixiert. Mit besonderem Vorteil ist jedes der Keramik­ rohre 19 mit einer durchgehenden Keramikschnur bzw. einem durchgehenden Keramikzopf 20 ausgefüllt, der verhindert, daß bei einem etwaigen Bruch eines Rohres 19 dessen Bruchstücke und in deren Bereich angeordnete Keramikplatten 14 in den Erhitzer-Raum 2 fallen können. Die Befestigung der Keramik­ rohre 19 erfolgt durch Stahl- oder Keramik-Nägel 21, die durch abstandsmäßig exakt auf die Rohrlagen abgestimmt in den Randleisten 12, 13 vorhandene Löcher 22 hindurch stirn­ seitig in den Rohrinnenraum, dort insbesondere in die Fül­ lung 20, eingetrieben werden. Die Keramikplatten 14 haben eine Dicke von beispielsweise 30 mm; die zugehörigen Keramik­ rohre 19 haben einen Außendurchmesser von etwa 18 mm.

Im Fall von Fig. 2 ist die innere Dämmwand 9 der Auskleidung 8 durch eine Lage von unmittelbar aneinander oder über einen zwischengelegten Keramikpapierstreifen 23 aneinander angren­ zend angeordneten Keramikrohren 24 gebildet. Diese weisen als Füllung 25 ebenfalls eine Keramikschnur bzw. einen Kera­ mikzopf auf, erstrecken sich ebenfalls zwischen den beiden Randleisten 12, 13 und sind endseitig jeweils an einer der­ selben ebenfalls mittels Stahl- bzw. Keramik-Nägeln 26 lös­ bar fixiert, welche letztere durch in den Randleisten 12, 13 entsprechend dem Rohrabstand vorbereitete Löcher 27 hin­ durchgeführt und in den Bereich der Füllung 25 eingetrieben sind. Die Keramikrohre 24 können einen Kreisring-Querschnitt, wie in Fig. 7, 8 gezeigt, oder einen etwa rechteckigen Ring­ querschnitt mit einer Nut 28 längs der einen Längsseite und einen für Einpassung in jene Nut des benachbarten Rohres ge­ eigneten Randwulst 29 auf der gegenüberliegenden Längsseite - wie aus Fig. 9 ersichtlich - haben. Der Durchmesser bzw. die Dicke dieser Keramikrohre 24 beträgt beispielsweise 35 mm.

Bei dem Dämmaterial 11 im Zwischenraum zwischen Außenwand 1/7 und innerer Dämmwand 9 kann es sich um Wirrfliesmatten aus keramischen Fasern oder Schüttgut aus Keramikfaserbruchstücken, Keramikplatten-Bruchstücken oder keramisches Mahlgut handeln. Durch die Dichte des Wirrflieses bzw. die Korn- oder Bruch­ stückgröße des Schüttgutes kann der Luftanteil und damit die Isolationswirkung dieser Wärmedämmschicht eingestellt werden. Die Dicke dieser äußeren Schicht von Dämmaterial 11 beträgt etwa das 2- bis 4-fache der Dicke der inneren Dämm­ wand 9.

Im Fall der Verwendung von Wirrfliesmatten als Dämmaterial kann auf die Zwischenlage der Keramikpapierschicht 10 zur inneren Dämmwand 9 hin verzichtet werden, während diese Ke­ ramikpapierschicht 10 bei Verwendung von Schüttgut als Dämm­ material 11 deshalb zweckmäßig ist, weil letzteres im Falle eines Austausches eines gebrochenen Teiles der inneren Dämm­ wand 9 somit im Zwischenraum zwischen letzterer und der Au­ ßenwand 1/7 gehalten bleibt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Verbrennungsluftführung 6 besteht aus einer größeren Anzahl von in wenigstens einer Reihe (siehe Fig. 1 und 2) dicht nebeneinander verlaufend angeordneten Rohren 6/1 aus geeignetem, hochtemperaturbe­ ständigem Metall- und/oder Keramikmaterial. Diese Rohre 6/1 bilden eine durchgehende Rohrwand und sind einerseits an ei­ nem Luftvorwärmer 1/9, andererseits an einem Brenner 1/8 an­ geschlossen. Durch diese Rohre 6/1 wird die im Luftvorwärmer 1/9 auf etwa 800-950°C vorgewärmte Luft zum Brenner 1/8 hin­ durchgeleitet.

Dabei sind äußerst günstige, gleichmäßige Strömungsverhält­ nisse und eine hinreichend gleichmäßige innere Kühlung al­ ler außen von etwa 2000°C heißem Rauchgas beaufschlagten Rohre 6/1 erzielbar, denn letztere halten aufgrund ihrer Form (Kreisringquerschnitt) einem hohen Innendruck stand und beulen nicht aus.

Die verbrennungsluftführenden Rohre 6/1 können direkt anein­ ander anliegend oder mit geringem Abstand nebeneinander an­ geordent sein. Diese so erhaltene Rohrwand kann im Gehäuse des Erhitzersystems 1/6 unmittelbar angrenzend (siehe Fig. 10 und 11) oder geringfügig vor der thermisch isolierenden Wär­ medämmschicht 7 (siehe Fig. 1, 2 und 12) angeordnet sein und bildet so nach oben hin eine zusätzliche thermische Abschir­ mung.

Die verbrennungsluftführenden Rohre 6/1 bestehen in jedem Fall aus hochtemperaturbeständigem Material, entweder metal­ lischem Werkstoff, insbesondere geeignetem Stahl, oder Kera­ mik, wie Siliziumkarbid (SiSiC) oder dergleichen, oder Me­ tallkeramik. Keramik- bzw. Metallkeramik-Rohre 6/1 können auch metallische Endbereiche aufweisen.

Die verbrennungsluftführenden Rohre 6/1 können durch Schwei­ ßen, Kleben oder Löten mit jeweils hochtemperaturbeständigen Mitteln luftdicht und fest einerseits mit dem Luftvorwärmer 1/9, andererseits mit dem Brenner 1/8 verbunden sein, siehe Fig. 11. Damit sind sie als Rohrwand ausreichend steif, um beispiels­ weise den Brenner 1/8 freitragend zu halten. Dieser stoff­ schlüssig verschweißte Verbund eignet sich hauptsächlich für thermisch relativ gleichmäßig beanspruchte Rohre 6/1, also solche, die alle von Rauchgas mit örtlich im wesentlichen gleich hoher Temperatur von außen beaufschlagt werden.

Bei thermisch höher beanspruchten Verbrennungsluftführungen, hervorgerufen durch Brennerflammen mit kurzer Ausbrennlänge, würden örtlich unterschiedliche Temperaturen im Erhitzer- Raum 2 zu ungleicher Längenänderung der Rohre 6/1 führen. Insbesondere könnte sich dabei die Position des von den Roh­ ren 6/1 gehaltenen Brenners 1/8, der gemäß Fig. 11 zentrisch im Gehäuse des Erhitzersystems 1/6 ausgerichtet ist, nach relativ kurzer Betriebsdauer unzulässig verändern, d.h., der Brenner 1/8 könnte sich schief stellen und dadurch eine unerwünschte örtliche Überhitzung im Erhitzersystem 1/6 be­ wirken. Um dem vorzubeugen, sind in solchem Fall, wie Fig. 10 und 12 zeigen, die luftführenden Rohre 6/1, der/die Luftvor­ wärmer 1/9 und der/die Brenner 1/8 in Modulbauweise lösbar miteinander als lose Bauteile aneinandergesteckt sowie ge­ genseitig aneinander abgestützt verbunden. Dabei sind die verbrennungsluftführenden Rohre 6/1, wie aus Fig. 13 er­ sichtlich, jeweils endseitig auf Anschlußrohrstutzen 30 am Brennereinlaß 31, bzw. 32 am Luftvorwärmerauslaß 33 aufge­ steckt. Außerdem sind diese Verbindungen durch stirnseitig zwischengelegte Dichtungen 34, 35 aus hochtemperaturbestän­ digem Material, z.B. Keramikpapier, abgedichtet. Vorzugswei­ se sind die Dichtungen 34 bzw. 35 für mehrere nebeneinander­ liegende Rohranschlüsse in einer zusammenhängenden Dich­ tungsplatte zusammengefaßt. Außerdem sind, wie ebenfalls aus Fig. 13 ersichtlich, die Anschlußrohrstutzen 30, 32 ballig ausgebildet und deren Außendurchmesser im balligen Bereich, um eine ausreichende Winkelabweichung der Mittelachsen von Anschlußrohrstutzen 30, 32 und Rohren 6/1 ohne Klemmen und Verkanten zu ermöglichen, so auf den Innendurchmesser der aufzusteckenden Rohre 6/1 abgestimmt, daß sich ein gegebener Spalt bis zum Erreichen der Betriebstemperatur zumindest weitestgehend schließt. Um dies zu erreichen, ist der Werk­ stoff der Anschlußrohrstutzen 30, 32 entsprechend in Bezug auf den Werkstoff der Rohre 6/1 und deren Wärmeausdehungs­ faktoren abgestimmt und so gewählt, daß die Anschlußrohr­ stutzen 30, 32 bei Erwärmung eine größere Ausdehnung als die Rohre 6/1 erfahren und sich dabei ein fertigungsseitig genau hierauf abgestimmter Spalt zwischen Anschlußrohrstutzen 30, 32 und Rohr 6/1 bis zum Erreichen der Betriebstemperatur zu­ mindest weitestgehend schließt.

Der bzw. die Luftvorwärmer 1/9 können mittelbar und starr mit dem Gehäuse des Erhitzersystems 1/6 oder dem Maschinen­ gehäuse 1/2 des Motors 1 verbunden sein. In diesem Fall ist/sind der/die Brenner 1/8, wie aus Fig. 10 ersichtlich, um Lager 36 schwenkbar, bzw. wie aus Fig. 12 ersichtlich, axial verschiebbar im Gehäuse des Erhitzersystems 1/6 gela­ gert; außerdem sind in diesem Fall Luftvorwärmer 1/9, Bren­ ner 1/8, Rohre 6/1 und Dichtungen 34, 35 mittels im kälteren Bereich des Erhitzersystems 1/6 angeordneter Druckfedern 37 über Druckstücke 38 so zusammengepreßt, daß die Verbindungen luftdicht abgeschlossen sind. Es ist demgegenüber aber auch der umgekehrte Fall möglich, nämlich den/die Brenner 1/8 mittelbar fest im Gehäuse des Erhitzersystems 1/6 zu ver­ ankern, den/die Luftvorwärmer 1/9 dagegen schwenkbar bzw. verschiebbar im Gehäuse des Erhitzersystems 1/6 bzw. am Ma­ schiengehäuse 1/2 zu lagern und über besagte Druckfedern 37 und Druckstücke 38 die nötige Dichtheit der Verbindungen herzustellen.

Somit ist letztendlich eine Einrichtung zur Verbrennungs­ luftführung geschaffen, die den hohen thermischen Belastun­ gen bestens standhält und außerdem sehr wartungsfreundlich ist.

Claims (23)

1. Stirling- bzw. Heißgasmotor mit einem Erhitzersystem, dessen durch eine Außenwand räumlich begrenztes Gehäuse eine thermisch isolierende Auskleidung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse des Erhitzersystems (1/6), beabstandet von der Außenwand (1/7), eine innere Dämmwand (9) aus einzeln nebeneinander angeordnet austauschbar fixierten Isola­ tionselementen (14 und 19 bzw. 24) aus Keramikmaterial angeordnet ist, und daß der gegebenenfalls durch eine Zwischenlage (10) aus Keramikpapier begrenzte Zwischen­ raum zwischen Außenwand (1/7) und innerer Dämmwand (9) durch keramisches Faser- oder Schüttgut-Dämmaterial (11) ausgefüllt ist.

2. Stirling- bzw. Heißgasmotor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich jede Dämmwand (9) zwischen zwei Randleisten (12, 13) aus hitzebeständigem Metall er­ streckt, die außerhalb des rauchgasdurchströmten Erhitzer- Raumes (2) innen an der Außenwand (1/7) befestigt, bei­ spielsweise angeschweißt oder angeschraubt sind, und so­ wohl als Tragleisten für die Dämmwand (9) als auch als Begrenzungswände für den mit Dämmaterial (11) ausgefüll­ ten Zwischenraum dienend ausgebildet sind.

3. Stirling- bzw. Heißgasmotor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Dämmwand (9) durch sich zwischen den beiden Randleisten (12, 13) erstrecken­ de, dort endseitig lösbar fixierte, unmittelbar aneinan­ der oder über je einen zwischengelegten Keramikpapier­ streifen (23) aneinander angrenzend angeordnete Keramik­ rohre (24) gebildet ist.

4. Stirling- bzw. Heißgasmotor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Dämmwand (9) durch eine Vielzahl von aneinander angrenzenden Keramikplatten (14) gebildet ist, die an ihren Längsseiten Nuten (15, 16) aufweisen und über diese Nuten, gegebenenfalls über je eine Zwischenlage (17, 18) aus Keramikpapier, von Keramik­ rohren (19) getragen sind, die sich zwischen den beiden Randleisten (12, 13) erstrecken und endseitig an letzte­ ren lösbar fixiert sind.

5. Stirling- bzw. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikrohre (19 bzw. 24) mit einer durchgehenden Keramikschnur oder einem durchgehenden Keramikzopf (20) ausgefüllt sind.

6. Stirling- bzw. Heißgasmotor nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikrohre (19 bzw. 24) mittels Stahl- oder Keramiknägeln (21 bzw. 26) an den Randleisten (12, 13) lösbar fixiert sind, wobei die Nägel in den Randleisten (12, 13) abstandsmäßig exakt auf die Rohrlagen abgestimmt vorhandene Löcher (22 bzw. 27) durchdringen und in den Innenraum der Rohre (19 bzw. 24) von deren Stirnseite her eingesteckt sind.

7. Stirling- bzw. Heißgasmotor nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Dämmwand (9) eine Dicke von etwa 30 bis 40 mm und der mit Dämmaterial (11) ausgefüllte Zwischenraum demgegenüber etwa die 2- bis 4-fache Dicke aufweist.

8. Stirling- bzw. Heißgasmotor mit einem Erhitzersystem, in dessen durch eine mit einer thermisch isolierenden Aus­ kleidung versehenen Außenwand begrenztem Gehäuse eine Einrichtung zur Verbrennungsluftführung angeordnet ist, die sich zwischen wenigstens einem von Luft und - zwecks Vorwärmung der Luft - von Rauchgas durchströmten Luft­ vorwärmer und wenigstens einem, besagte Rauchgase erzeu­ genden Brenner erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verbrennungsluftführung (6) durch eine größere Anzahl von zwischen einem Luftvorwärmer (1/9) und einem Brenner (1/8) in wenigstens einer Reihe neben­ einander zu einer Rohrwand angeordneten Rohren (6/1) ge­ bildet ist.

9. Stirling- bzw. Heißgasmotor nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die verbrennungsluftführenden Rohre (6/1) aneinander anliegend bzw. mit geringem Abstand voneinan­ der angeordnet und innerhalb des Gehäuses des Erhitzer­ systems (1/6) eine zusätzliche thermische Abschirmung bildend unmittelbar angrenzend an oder geringfügig vor einem thermisch isolierten oberen Wandabschnitt (7) ver­ legt sind.

10. Stirling- bzw. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die verbrennungsluft­ führenden Rohre (6/1) aus hochtemperaturbeständigem Me­ tall-Werkstoff, insbesondere geeignetem Stahl, bestehen.

11. Stirling- bzw. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die verbrennungsluft­ führenden Rohre (6/1) aus Keramik, wie Siliziumkarbid (Si SiC) oder dergleichen, bestehen.

12. Stirling- bzw. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die verbrennungsluft­ führenden Rohre (6/1) aus Metallkeramik-Werkstoff bestehen.

13. Stirling- bzw. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die verbrennungs­ luftführenden Rohre (6/1) jeweils metallische Endbe­ reiche aufweisen.

14. Stirling- bzw. Heißgasmotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die verbrennungsluftführenden Rohre (6/1) durch Schweißen luftdicht und fest einerseits mit dem Luftvorwärmer (1/9), andererseits mit dem Brenner (1/8) verbunden sind.

15. Stirling- bzw. Heißgasmotor nach den Ansprüchen 10, 11, 12, dadurch gekennzeichnet, daß die verbrennungsluftfüh­ renden Rohre (6/1) durch Kleben mittels eines hochtempe­ raturbeständigen Klebers luftdicht und fest einerseits mit dem Luftvorwärmer (1/9), andererseits dem Brenner (1/8) verbunden sind.

16. Stirling- bzw. Heißgasmotor nach den Ansprüchen 10, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die verbrennungs­ luftführenden Rohre (6/1) durch Löten mittels hochtempera­ turbeständigem Lotmaterial luftdicht und fest einerseits mit dem Luftvorwärmer (1/9), andererseits mit dem Bren­ ner (1/8) verbunden sind.

17. Stirling- bzw. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die verbrennungs­ luftführenden Rohre (6/1), der Luftvorwärmer (1/9) und der Brenner (1/8) in Modulbauweise lösbar miteinander verbunden und als lose Bauteile aneinandergesteckt sowie gegenseitig aneinander abgestützt sind.

18. Stirling- bzw. Heißgasmotor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die verbrennungsluftführenden Roh­ re (6/1) jeweils endseitig auf einem Anschlußrohrstut­ zen (30) am Brenner-Einlaß (31) bzw. (32) am Luftvorwär­ mer-Auslaß (33) aufgesteckt und diese Verbindungen durch stirnseitige Dichtungen (34, 35) aus hochtemperaturbe­ ständigem Material abgedichtet sind.

19. Stirling- bzw. Heißgasmotor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (34, 35) für mehrere nebeneinanderliegende Rohranschlüsse in einer zusammen­ hängenden Dichtungsplatte zusammengefaßt sind.

20. Stirling- bzw. Heißgasmotor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußrohrstutzen (30, 32) ballig ausgebildet und deren Außendurchmesser im balli­ gen Bereich, um eine ausreichende Winkelabweichung der Mittelachsen von Anschlußrohrstutzen und Rohren ohne Klammern und Verkanten zu ermöglichen, so auf den Innen­ durchmesser der aufzusteckenden Rohre (6/1) abgestimmt sind, daß sich ein gegebener Spalt bis zum Erreichen der Betriebstemperatur zumindest weitestgehend schließt.

21. Stirling- bzw. Heißgasmotor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der Anschlußrohrstut­ zen (30, 32) in Bezug auf den Werkstoff der Rohre (6/1) und deren Wärmeausdehnungsfaktoren so gewählt sind, daß die Anschlußrohrstutzen (30, 32) bei Erwärmung eine grö­ ßere Ausdehnung als die Rohre (6/1) erfahren und sich dabei ein fertigungsseitig genau hierauf abgestimmter Spalt zwischen einem Anschlußrohrstutzen (30 bzw. 32) und ei­ nem Rohr (6/1) bis zum Erreichen der Betriebstemperatur zumindest weitestgehend schließt.

22. Stirling- bzw. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Luft­ vorwärmer (1/9) mittelbar und starr mit dem Gehäuse des Erhitzersystems (1/6) oder Maschinengehäuse (1/2) des Motors verbunden und der bzw. die Brenner (1/8) schwenk­ bar im Gehäuse des Erhitzersystems (1/6) gelagert ist bzw. sind, und daß Luftvorwärmer (1/9), Brenner (1/8), ver­ brennungsluftführende Rohre (6/1) und Dichtungen (34, 35) mittels im kälteren Bereich des Erhitzersystems (1/6) angeordneter Druckfedern (37) über Druckstücke (38) zu­ sammengepreßt und dadurch luftdichte Verbindungen er­ zeugt sind.

23. Stirling- bzw. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Bren­ ner (1/8) mittelbar und fest im Gehäuse des Erhitzersy­ stems (1/6) verankert ist bzw. sind, während der bzw. die Luftvorwärmer (1/9) schwenkbar im Gehäuse des Erhitzer­ systems (1/6) oder am Maschinengehäuse (1/2) des Motors (1) gelagert ist bzw. sind, und daß Luftvorwärmer (1/9), Brenner (1/8), verbrennungsluftführende Rohre (6/1) und Dichtungen (34, 35) mittels im kälteren Bereich des Er­ hitzersystems (1/6) angeordneter Druckfedern (37) über Druckstücke (38) zusammengepreßt und dadurch luftdichte Verbindungen erzeugt sind.