DE4000491A1 - Brennkraftmaschine fuer kontaminierte umgebung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In einer Umgebung, die durch strahlende Partikel und/ oder durch chemische und/oder biologische Giftstoffe kontaminiert ist, kommt es bei dem Betrieb von her­ kömmlichen Brennkraftmaschinen, wie beispielsweise einem Verbrennungsmotor oder einer Gasturbine zur Stromerzeugung oder zum Antrieb von Fahrzeugen mit Arbeitsgeräten, zu einer Verseuchung mit den Konta­ minationsstoffen. Während sich diese Kontaminations­ stoffe bei Fahrzeugen, Arbeitsgeräten und Stromer­ zeugern in der Regel durch Absaug- und Waschmaßnahmen entfernen lassen, insbesondere, wenn diese einen glattflächigen Aufbau und nicht zugängliche Innenräume aufweisen, besteht bei Brennkraftmaschinen das Problem, daß eine derartige einfach zu dekontaminierende Bau­ weise prinzipiell nicht möglich ist. Dies liegt daran, daß Brennkraftmaschinen von kontaminierter Luft durch­ setzt werden. Dabei handelt es sich um zum Betrieb der Brennkraftmaschine erforderliche Luft bzw. um Brennluft und/oder Kühlluft und/oder Luft in Verbindung mit Kraftstoff-, Kühlflüssigskeits- und elektrischen Ver­ sorgungssystemen.

Generelle Kapselungen von zu schützenden Anlagen exi­ stieren bereits. Die bisher für Brennkraftmaschinen bekannten Schutzkapselungen tragen jedoch nicht den Anforderungen in befriedigender Weise Rechnung, die beim Betrieb der Brennkraftmaschine in einer Umgebung vorliegen, die durch strahlende, chemische und/oder biologische Schadstoffe kontaminiert ist, weil spe­ zielle Maßnahmen zum Schutz gegen Verseuchung der Brennkraftmaschinen fehlen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brenn­ kraftmaschine der gattungsgemäßen Art verfügbar zu machen, die eine Arbeitsweise ohne Kontaminierung ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft weiterbilden, sind in den nachgeordneten Patentansprü­ chen genannt.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Brennkraftmaschine wird ein sicherer und ver­ seuchungsfreier Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet, wobei die Betriebssicherheit unter den besonderen Betriebsbedingungen durch die vorgesehenen Wärmeabfuhrmaßnahmen erhöht wird, die vorzugsweise auch im Inneren der Schutzkapselung integrierte Untersysteme umfassen.

Die für den Betrieb der Brennkraftmaschine notwendige Luft wird dabei vor Eintritt in die Schutzkapselung über einen an sich bekannten Filter für radioaktive, biologische und chemische Partikel eingeführt, um so einer Verseuchung der Brennkraftmaschine, insbesondere ihrer Innenbereiche vorteilhaft zu verhindern.

Vorzugsweise wird im Hinblick auf einen sicheren Be­ trieb der Brennkraftmaschine der durch die Schutz­ kapselung entstehende Wärmestau von der zutretenden Luft beseitigt. Es wird dabei die entstehende lei­ stungsmindernde Erwärmung der Brennluft nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung durch einen Brennluftkühler, insbesondere einen Luft-Wasser- Wärmetauscher, wieder beseitigt, wobei ein zugehöriger Kühlkreislauf, insbesondere ein Wasser- oder Kühl­ flüssigkeitskreislauf, geschlossen ist und mit einem externen Wärmetauscher, insbesondere einem Luft- Wasser-Wärmetauscher, in Verbindung steht. In ent­ sprechender Weise wird weiterhin auch die bei Ver­ brennungsmotoren abzuführende Kühlwärme in einem außen geschlossenen Kreislauf, insbesondere Flüssigkeits­ kreislauf, einen weiteren Wärmetauscher, wie einen Luft-Wasser-Wärmetauscher, zugeführt. Die beiden Wärmetauscher liegen in der kontaminierten Um­ gebungsluft und können nach einer weiteren Ausge­ staltung durch ein Gebläse zwangsbelüftet werden.

Vorzugsweise wird die aus dem Gebläse zur Zwangsbelüf­ tung der Wärmetauscher abgeführte Kühlluft wenigstens teilweise der Zuluft zum ABC-Filter, wie über eine regelbare Klappe beigemischt. Dies ist vor allem dann sinnvoll und nützlich, wenn die Zuluft einen derart hohen relativen Feuchtigkeitsgehalt hat, daß Konden­ satbildung im Filter mit anschließendem Filterverschluß zu befürchten ist. In solchen Betriebszuständen sorgt die Zumischung der erwärmten Gebläseabluft vorteilhaft für eine Senkung der relativen Luftfeuchtigkeit.

Des weiteren kann nach einer Ausgestaltung der Erfin­ dung in günstiger Weise für den Start einer kalten Verbrennungskraftmaschine in hoher Luftfeuchtigkeit ein elektrisches Heizelement vor dem ABC-Filter vorgesehen sein, um die noch fehlende Kühlerwärme zu ersetzen, wonach dann einige Minuten später auf die von dem Ge­ bläse gelieferte zugemischte Kühlerwärme zurückgegrif­ fen werden kann.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine in Form eines Verbrennungsmotores schematisch dargestellt. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine Gasturbine oder eine andere Brennkraft­ maschine einzusetzen, wie beispielsweise ein Sterling- Motor mit einer sehr einfach zu versorgenden Brenn­ kammer.

Der dargestellte Verbrennungsmotor 1 weist eine staub- und flüssigkeitsdichte Schutzkapselung 2 auf, die bei einer bevorzugten Ausgestaltung auch eine Schutzfunk­ tion gegen radioaktive Strahlung zu übernehmen vermag.

Aus dem Verbrennungsmotor 1 strömende Abgase gelangen über einen Krümmer 3 ungehindert in die Umgebung, während die aus der kontaminierten Umgebung angesaugte Luft über einen ABC-Filter 4 gereinigt der Schutz­ kapselung 2 zugeführt wird. Der ABC-Filter 4 ist abge­ dichtet in die Schutzkapselung 2 eingesetzt und weist wenigstens ein auswechselbares Filterelement auf.

Nach Eintritt der gefilterten Luft umströmt diese, wie durch Strömungspfeile angedeutet, den Verbrennungsmotor 1 und die in der Schutzkapselung 2 befindlichen Bau­ teile und verhindert so ein unzulässiges Aufheizen der Schutzkapselung 2 durch die Strahlungswärme des Ver­ brennungsmotors 1.

Die erwärmte angesaugte Luft tritt dann durch einen Luftkühler 5, der vorzugsweise als Ladeluftkühler aus­ gebildet ist, und wird in diesem vor Eintritt in den Verbrennungsmotor 1 rückgekühlt. Der Luftkühler 5 steht über einen Kühlflüssigkeitskreislauf mit Leitungen 6 und 7 sowie einer Umwälzpumpe 8 mit einem Wärmetauscher 9 in Verbindung, der außerhalb der Schutzkapselung 2 angeordnet ist und durch die kontaminierte Außenluft gekühlt wird.

Ein weiterer Kühlkreislauf ist mit Leitungen 10 und 11, einer Umwälzpumpe 12 und einem ebenfalls außerhalb der Schutzkapselung 2 liegenden Wärmetauscher 13 gebildet und sorgt für die Wärmeabfuhr aus dem Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors 1. Dargestellt ist weiterhin ein Wärmetauscher 14 für die Kühlung von schematisch dar­ gestellten geschlossenen Ölsystemen 15.

Die Wärmetauscher 9, 13 und 14 werden durch ein Gebläse 16 zwangsbelüftet, das von einem voll gekapselten Ge­ bläsemotor 16′ angetrieben wird. Auch die Umwälzpumpen 8 und 12, die außerhalb der Schutzkapselung 2 angeord­ net sind, sind voll gekapselt. Falls die Umwälzpumpen 8 und 12 alternativ in der Schutzkapselung 2 integriert sind, kann eine gesonderte Kapselung entfallen.

Das Gebläse 16 führt erwärmte Abluft von den Wärme­ tauschern 9, 13 und 14 in einen Kanal 17 ab, der über eine regelbare Klappe 18 mit einem Zuluftkanal 19 zu dem ABC-Filter 4 in Verbindung steht. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise bei hoher Luftfeuchtigkeit die Zu­ luft zu dem Filter 4 durch die Wärmetauscherabluft er­ wärmt werden. Für die Anfahrphase ist zudem zur Erwär­ mung ein elektrisches Heizelement 20 vorgesehen, das in dem Zuluftkanal 19 vor dem ABC-Filter angeordnet ist.

Außerhalb der Schutzkapselung 2 befinden sich aufgrund des Konzeptes nur geschlossene leicht säuberbare Bau­ elemente. Die Wärmetauscher 9, 13 und 14 sind vorzugs­ weise als Rohrkühler ohne unzugängliche Ecken und Winkel ausgestaltet.

Innerhalb der den Verbrennungsmotor 1 umgebenden Schutzkapselung 2 ist weiterhin ein Ausgleichsbehälter 21 für die Kühlflüssigkeitskreisläufe, insbesondere dessen Be- und Entlüftungsöffnung 22, angeordnet. Hier­ durch wird zuverlässig eine Verunreinigung der Kreis­ läufe vermieden. Außerdem befindet sich in der Schutz­ kapselung zumindest eine Befüll- und Belüftungsöffnung 24 eines Kraftstofftanks 23. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kraftstofftank 23 ebenfalls in der Schutzkapselung 2 integriert.

Der Verbrennungsmotor 1 weist eine Abtriebswelle 25 auf, die aus der Schutzkapselung 2 herausgeführt ist. Um ein Eindringen von kontaminierter Luft zu verhin­ dern, ist die Abtriebswelle 25 über eine Berührungs­ dichtung 26 an der Schutzkapselung 2 abgedichtet.

Der Verbrennungsmotor 1 weist weiterhin eine elek­ trisch-elektronische Steuerung 27 auf, die sich eben­ falls innerhalb der Schutzkapselung 2 befindet, wobei ein Steck(er)anschluß 28 für deren Ansteuerung luft- und wasserdicht aus der Schutzkapselung 2 herausgeführt ist. Gegen energiereiche Strahlung ist weiterhin eine zusätzliche Kapselung 29 für die Elektronik bzw. Steuerung 27 vorgesehen.

Alle peripheren Baugruppen sind mit leicht lösbaren Schnellkupplungen 30 und Flanschverbindungen 31, 32 an die Schutzkapselung 2 angeschlossen. Die Schnell­ kupplungen 30 und die Flanschverbindungen 31, 32 ent­ halten in nicht dargestellter Weise Elemente, die beim Lösen der Verbindungen die nicht kontaminierten Räume automatisch verschließen.

Claims (11)

1. Brennkraftmaschine mit einer Schutzkapselung zum Betrieb in wenigstens zeitweise durch strahlende, chemische und/oder biologische Schadstoffe konta­ minierter Umgebung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkapselung (2) einen ABC-Filter (4) für die zum Betrieb der Brennkraftmaschine (1) erforder­ liche Zuführung von Luft aufweist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die der Schutzkapselung (2) von der Brennkraftmaschine (1) zugeführte Luft vor dem Eintritt zur Kühlung von peripheren Baugruppen einsetzbar ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkapselung (2) zu­ sätzlich zur Brennkraftmaschine (1) auch zugehörige Untersysteme (21, 23) umschließt.

4. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkapselung (2) strahlungsempfindliche Maschi­ nenteile (27) zusätzlich über eine kernstrah­ lungssicheren Kapselung (29) einschließt.

5. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den ABC-Filter (4) in die Schutzkapselung (2) ein­ tretende erwärmte Luft vor Einlaß in die Brenn­ kraftmaschine (1) über einen Brennluftkühler (5) geführt wird.

6. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wärme­ abfuhr aus dem Inneren der Schutzkapselung (2) Kühlflüssigkeitskreisläufe (6-8, 10-12) vorgesehen sind, die außerhalb der Schutzkapselung (2) lie­ gende, von einem Gebläse (16, 16′) mit Kühlluft aus der kontaminierten Umgebung zwangsbelüftete Wärme­ tauscher (9, 13, 14) aufweisen.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeder Kühlflüssigkeitskreislauf (6-8, 10-12) eine in die Schutzkapselung (2) inte­ grierte Umwälzpumpe (8, 12) aufweist.

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeder Kühlflüssigkeitskreislauf (6-8, 10-12) eine gekapselte außerhalb der Schutz­ kapselung (2) liegende Umwälzpumpe (8, 12) aufweist.

9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (16′) des Gebläses (16) gekapselt ist.

10. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkapselung (2) glatte Oberflächen und schnell auswechselbare Kupplungen und Verschlüsse (30) aufweist.

11. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der Brennkraftmaschine (1) zugeführte Brennluft vor Eintritt in den Filter (4) erwärmbar ist.