DE940024C - Heizverfahren und -vorrichtung, insbesondere fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

• Heizverfahren und -vorrichtung, insbesondere für Brennkraftmaschinen Das Anlassen der Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen ist bei tiefen Temperaturen oder unter schwierigen Witterungsverhältnissen manchmal unmöglich, sofern nicht ein geheizter Unterstellraum vorhanden ist. Die für normale Verhältnisse vorgesehenen Maßnahmen, wie Verwendung von Winteröl, Einfüllen von warmem Wasser in den Kühler, Ausrüstung mit einer Kühlerschutzhaube, Einspritzen von Petroleum in die Ansaugleitung und selbst das Anzünden von offenen Feuern unter den Brennkraftmaschinen und das Anschleppen der Fahrzeuge führen oft nicht zu einem sicheren Erfolg. Die Betriebsbereitschaft und die Einsatzfähigkeit von Einzelfahrzeugen und insbesondere von ganzen Fahrzeugkolonnen sind damit in Frage gestellt. In entscheidenden Augenblicken kann z. B. der Einsatz und der Transport von militärischen Verbänden aller Art nur unter großen Schwierigkeiten möglich, wenn nicht gar ausgeschlossen sein. Das erforderliche tagelange Durchlaufen der Brennkraftmaschinen im Leerlauf, das stundenlange Vorwärmen durch offene Feuer und das Andrehen durch Anschleppen bedingen einen Brennstoffmehrverbrauch, der ein Vielfaches des Normalen darstellt. Fers ist bekannt, elektrische Heizöfen, Glühöfen oder auch mit einer Hilfsbrennkraftmaschine versehene Heizvorrichtungen zu verwenden, die jedoch unter den geschilderten Verhältnissen nicht in Frage kommen können.
• Die Erfindung will diese erheblichen Schwierigkeiten beheben. Das Verfahren gemäß der Erfindung, das sich zum Anwärmen von Luft, insbesondere von Luft zum Anwärmen von anzudrehenden Brennkraftmaschinen bezieht, besteht d iarin, daß Frischluft, die von einem durch eine Gasturbine angetriebenen Turboverdichter angesaugt und vorverdichtet ist, in einer dem Verdichter nachgeschalteten Brennkammer erhitzt, in der Gasturbine teilweise entspannt und nach dem Verlassen der Turbine als Anwärmluft verwendet wird., wobei die Turbinenleistung- fast ausschließlich zur Verdichtung der Luft verwendet wird. .
• Es ist bekannt, in Verpuffungsbrennkraftturbinen zur Fernkraftübertragung bestimmte Druckmittel in Gestalt gespannter Feuergase zu erzeugen und ihnen vor der Weiterleitung den Wärmeinhalt ganz oder teilweise zu entziehen, wobei die entzogene Wärme nutzbar gemacht werden kann. Der Zweck ,dieser Anlage ist jedoch in der Hauptsache auf die Gewinnung des gespannten Mittels gerichtet, während es bei der Erfindung darum geht, Heißluft zum Anwärmen zu erhalten, wobei die von der Gasturbine erzeugte Leistung etwa gleich der vom Verdichter aufgenommenen Leistung ist oder sie jedenfalls nicht wesentlich überschreitet.
• Die Zeichnung zeigt in Abb. i das Schaltschema einer erfindungsgemäß ausgebildeten Heizvorrichtung. io stellt den Turboverdichter dar"der Frischluft verdichtet und zur Brennkammer ii drückt. Von der B,rennkammer i i strömt die mit Verbrennungsgasen gemischte Luft zu der mit' dem Verdichter io gekuppelten Gasturbine 12 und von dieser nach ihrer teilweisen Entspannung durch die Leitung 13 zu den Heizstellen. Durch die Leitung 14 kann Kaltluft hohen Druckes und durch die Leitung 15 Heißlufthohen, Druckes, vermischt mit geringen Mengen Verbrennungsgasen, entnommen werden. Der Brennstoff wird der Brennkammer i i durch die Leitung 16 mit Regelventil 17 zugeführt.
• Das Andrehen der Heizvorrichtung erfolgt von Hand unter stetigem Leistungsüberschuß der Gasturbine,. der -.die weitere Drehzahlsteigerung bewirkt. Der Radsatz -wird über ein mehrstufiges Getriebe durch eine Handkurbel angedreht, die durch eine Überholkupplung abschaltbar ist.
• Die Zeichnung zeigt in Abb.2 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Anlage. Das Verdichterlaufrad 18 ist direkt mit dem Turbinenlaufrad i9 verbunden. Die kalte Frischluft wird vom Verdichterlaufrad i8 bei 2ö angesaugt, verdichtet und dann der Brennkammer 21 mit den Brennern 22 zugeführt. Die Brennkammer 21 ist hierbei als Ringraum zwischen Verdichterlaufrad 18 und Turbinenlaufrad ig ausgebildet. Zur Erzielung einer guten Verbrennung und Durchmischung der Brenngase wird die verdichtete Luft vorteilhaft tangential von außen zugeführt und .durch besondere Leitbleche axial zu den Einströmdüsen 23 der Turbine geleitet. Hierdurch entsteht ein natürlicher Wirbel, der eine ausgezeichnete Durchmischung der Brenngase bewirkt. Die in der Beginnkammer 21 sitzenden Brenner 22 sind von außen leicht zugänglich und ,herausnehmbar. Die Brennkammer 21 kann dabei gegebenenfalls auch in der gestrichelt angedeuteten Weise gestaltet sein. Zum Andrehen dienet die Handkurbel. 24, die über das Zahnradgetriebe 25 und die Überholkupplung 26 mit der Welle des Verdichters und der Turbine gekuppelt werden kann. Das Andrehen kann natürlich auch durch einen kleinen elektrischen Andrehmotor erfolgen, der z. B. aus dem Sammler des Fahrzeuges .gespeist wird.
• Als Kraftstoff für das Erhitzen der Luft wird zweckmäßig der stets vorhandene Kraftstoff der Brennkraftmaschine verwendet, d..h. bei Ottomotoren Benzin und bei Dieselmotoren Dieselöl. Bei Ottomotoren können beispielsweise lötlampenähnliche Bren rner 22 verwendet werden. Die Abgase der Gasturbine werden unmittelbar zum Heizen oder zum Vorwärmen der Bremskraftmaschine verwendet, indem sie z: B. am Maschinengehäuse vorbeigeführt oder in .das Kurbelgehäuse der Maschine geleitet werden.
• Die Zeichnung zeigt in Abb. 3 fand 4 hierfür ein Ausführungsbeispiel in zwei Ansichten. Die aus Verdichter, Brennkammer, Turbine und Andrehmotor bestehende Heizvorrichtunig 27 ist unterhalb der Fahrzeugbrennkraftmaschine 28 an zugänglicher Stelle angebracht. Die Heizgase treten aus vier Düsen 29 unterhalb .der Maschine 28 aus. Hierdurch wird diese gleichmäßig umspült, wie es in der Zeichnung durch Pfeile- angedeutet ist. Besondere Formstücke 30 verbinden .die Düsen 29 mit dem Austrittsstutzen 31 der Heizvorrichtung 27.
• Die erzeugten Heizgase können auch unmittelbar zum Heizen des Fahrzeuges verwendet werden, wobei abschaltbare Leitungen zum Wageninnern führen. In fast allen Fällen ist ,hierbei der Luftüberschuß der Heizgase derart groß, daß schädliche Einwirkungen durch die Verbrennungsgase der Brennkammer entfallen. Da die Gasturbine lediglich -die Leistung des Verdichters zu decken hat, ist diese Leistung in allen Fällen bequem und auch mit weniger guten Wirkungsgraden von Verdachter und; Turbine aufzubringen. Dies ist wirtschaftlich von erheblicher Bedeutung, da die Heizvorrichtung hierdurch in -der Herstellung .sehr billig und ferner auch gegen eine etwaige, im Laufe der Betriebszeit auftretende Wirkungsgradversehlechterun@g weitgehend unempfindlich ist.
• Bei guten Einzelwirkungsgraden von Verdichter unfd Turbine- ist die vom Verdichter erzeugte Druckluftmenge wesentlich größer als die für die Turbine benötigte Gasmenge, so daß ein übersghuß an Druckluft frei wird und anderen Zwecken zugeführt werden kann. Zur Regelung der Hezgastemperatur kann,die überschüssige Druckluft auch den Abgasen der Turbine beigemischt werden, wobei die Entspannung über besondere Düsen der Turbine- erfälge-n kann, die dadurch wirksam gekühlt werden..
• Erfindungsgemäß -wird nur ein Teti-1 der erzeugten Druckluft der Turbine zugeführt, und zwar je nach der gewünschten Heizgasmenge und dem Heizgasdruck. Die gewünschte Endtemperatur wird durch Änderung der den Brennern zugeführten Brennstoffmenge über einen Thermostaten geregelt, wobei gleichzeitig die Heizga-ümenge und der Heizgasd ruck durch Änderung der der Turbine zugeführten Treibgasmenge geregelt werden. Zur Vermeidung von Überbeanspruchungen und es Durchgehens ist die Heizvorrichtung mit einem drehzahlabhängigen Schnellschlußventil ausgerüstet, das bei Überschreiten der höchstzulässigen Drehzahl die Brennstoffzufuhr zur Brennkammer abstellt.
• Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird das Anspringen der Brennkraftmaschine wesentlich dadurch erleichtert, daß den Brennräumen der Maschine durch die Heizvorrichtung zum Anlassen vorverdichtete und/oder erhitzte Luft zugeführt wird. Die Zündung im Zylinder wird hierdurch sehr erleichtert. Darüber hinaus kann die Heizvorrichtung nach dem Anlaufen der Maschine in überaus wirtschaftlicher Weise dadurch ausgenutzt werden, daß sie als Aufladegebläse für die Brennkraftmaschine verwendet wird. Hierbei, wird die Brennstoffzufuhr zur Brennkammer der Gasturbine abgestellt und die Turbine durch die Abgase der Brennkraftmaschine angetrieben. Das Gebläse erhält hierfür einen besonderen Luftaustrittsstutzen; die Verbindung von Verdichter und Turbine kann hierbei .durch einen Ringschieber abgedeckt werden. Für diesen Anwendungsfall kann die Brennkammer auch außerhalb des Verdichter-und Turbinengehäuses liegen und durch abschaltbare Leitungen wahlweise die Heizvorrichtung mit der Brennkammer nur als Heizvorrichtung und mit dazwischenliegender Brennkraftmaschine auch als Aufladegruppe betrieben werden.
• Wird in besonderen Fällen die Erzeugung von reiner, abgasfreier Heißluft gefordert, so kann gemäß Abb. 5 der Zeichnung für .die Heißluft und die Verbrennungsluft je ein besonderer Verdichter 3a, 33 vorgesehen und die Abgaswärme der Gasturbine 34 in einem Wärmeaustau.scher 35 an die verdichtete Luft übertragen werden. Bei 36 können dann die Abgase und bei 37 die reine Heißluft abgeführt werden. Auch hier kann die Brennkraftmaschine 39 nach ihrem Anlaufen die Brennkammer 38 ersetzen. Bei guten Wirkungsgraden von Verdichtern und Turbine kann der die Heizluft fördernde Verdichter eingeschaltet bleiben, um reine Heizluft für die Fahrzeugheizung neben der Brennkraftm.aschinenaufladung zu erhalten.
• Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung kann auch zum Antrieb von Notstromanlagen verwendet werden, die gegenüber den im Gebrauch befindlichen Brennkraftkolbenmaschinenanlagen manche Vorteile aufweisen. Der Anwendungsbereich liegt im übrigen allgemein nicht nur bei mit Brennkraftmaschinen ausgerüsteten Fahrzeugen, sondern ebenso bei Flugzeugen usw.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Anwärmen von Luft, insbesondere von Luft zum Anwärmen von anzudrehenden Brennkraftmaschinen,dadurch gekennzeichnet, daß Frischluft, die von einem durch eine Gasturbine angetriebenen Turboverdichter angesaugt und vorverdichtet ist, in einer dem Verdichter nachgeschalteten Brennkammer erhitzt, in,der Gasturbine teilweise entspannt und nach dem Durchgang durch die Turbine als. Anwärm'luft verwendet wird, wobei die Turbinenleistung fast ausschließltich zur Verdichtungder Luft verwendet wird. a. Verfahren nach Anspruch i in Verbindung mit Brennkraftmaschinen, dadurchgekennzeichnet, daß die Brennkammer mit dem Kraftstoff der Brennkraftmaschine gespeist wird. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der vom Verdichter erzeugten Druckluft in der Brennkamm-er erhitzt wird und/oder der Turbine zugeführt wird. 4. Verfahren nach Anspruch i in Verbindung mit Brenmkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Andrehen der Brennkraftmasthine ein Teil der im Verdichter verdichteten Luft vor oder nach der Brennkammer abgezweigt und den Brennräumen der Brennkraftmaschine zugeführt wird. 5. Verfahren nach Anspruch i, dadurch g-ekennzeiohnet, daß die Menge und der Druck der erzeugten Heißluft mittels Drehzahländerung durch Änderung der die Gasturbine beaufschlagenden Gasmenge geregelt wird. 6. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß :der Überschuß der im Verdichter verdichteten Luftmenge den., Abgasen der Turbine zugemischt wird und/oder in der Turbine zu deren Kühlung über besondere Düsen entspannt wird. 7. Heizvorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Turboverdichter, die Brennkammer, die Gasturbine und eine handbetätigte oder aus einem elektrischen Andrehmotor bestehende Vorrichtung zum Andrehender Heizanlage verwendet und zweckmäßig zu einer baulichen Einheit verbunden sind. B. Heizvorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß .ein drehzahlabhängiges Schnellschlußventil vorgesehen ist, das bei überschreiten der höchstzulässigen Drehzahl die Brennstoffzufuhr zur Brennkammer abstellt. g. Heizvorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, ,dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer als Ringraum zwischen Verdichter und Turbine ausgebildet ist, wobei die im Verdichter erzeugte Druckluft tangential von außen zugeführt und axial zu den Einströmdüsen der Turbine abgezogen wird. io. Heizvorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i zum Vorwärmen einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach Anlaufen der Brennkraftmaschine als Auflade ,gebläse für die Brennkraftmaschine benutzt wird, wobei die Turbine durch die Abgase der Brennkraftmaschine angetrieben wird und die Brenner abgeschaltet werden können. f i. Heizvorrilchtung zur Ausübung des Verfaihrens nach Anspruch i, gekennzeichnet durch ihre Anwendung zum Betrieb einer Notstromanlage. 12. Heizvorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet"daß die Abgaswärme in einem Wärmeaustauscher an reine Frischluft übertragen wird, die durch einen besonderen, gegebenenfalls abschaltbaren Verdichter gefördert wird. 13. Heizvorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i in Verbindung mit Brennkraftm.ascbinen, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Aufladegruppe betrieben wird; wobei ein zusätzlicher Verdichter vorgesehen ist, der Luft für Heizzwecke liefert, z. B,. bei Fahrzeugen: zum Beheizen derselben. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 714 531, 713 548, 713431, 572 395 österreichische Patentschrift Nr. 114 733; französische Patentschrift Nr. 8642,50; britische Patentschrift Nr. 343 029.