DE2258869A1

DE2258869A1 - Heissgasmotor

Info

Publication number: DE2258869A1
Application number: DE19722258869
Authority: DE
Inventors: Anton Marie Nederlof
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1971-12-11
Filing date: 1972-12-01
Publication date: 1973-06-14
Also published as: US3835648A; FR2164360A5; JPS4865333A; NL7117032A; SE382094B; DE2258869B2; GB1410229A; DE2258869C3; CA967011A

Description

Heissgasmotor»

Die Erfindung betrifft einen Heissgasmotor mit einem Erhitzer,, der mindestens eine Reihe um einen Raum für Verbrennungsgase herum angeordneter und im wesentlichen parallel verlaufender Rohre gleicher Wanddicke enthält, deren Mittellinien auf einem gemeinsamen Kreis liegen, wobei die Rohre in tangentialer Richtung des Kreises gleiche Breiten aufweisen und wobei zwischen den Rohren gleiche Durchgänge für Verbrennungsgase vorhanden sind.

Heissgasmotoren dieser Art sind bekannt, etwa aus den niederländischen Patentschriften 82.253 und 99.795 und der britischen Patentschrift 1.053*052. Bei diesen bekannten

Heissgasmotoren besteht der Erhitzer aus einer Anzahl von runden Rohren gleichen Durchmessers,

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Die Verbrennungsgase umspülen die Erhitzerrohre unter Abgabe von Wärme durch die Rohrwände hindurch und das durch diese Rohre strömende Arbeitsmedium des Motors, das in einem geschlossenen Arbeitsraum des Motors einen thermodynamisehen Kreislauf vollzieht.

Dadurch, dass die in einem Kreis angeordneten Rohre gleiche Wanddicken und Durchmesser aufweisen und da zwischen den Rohren gleiche Durchgänge vorhanden sind, findet eine gleichmässig Über die verschiedenen Rohre verteilte und für jedes Rohr nahezu gleiche Wärmeübertragung statt. Alle Erhitzerrohre befinden sich dann nahezu auf derselben Temperatur,

Zu Regelzwecken (Regelung des Luft/BrennstoffVerhältnisses; Leistungsregelung usw.) wirkt die Temperatur des Arbeitsmediums in den Erhitzerrohren häufig als Parameter. Dazu werden in einem oder mehreren der Erhitzerrohre temperaturempfindliche Elemente wie Thermoelemente angebracht.

Dies hat den Nachteil, dass der Durchgang des betreffenden Erhitzerrohrs verringert und sein Strömungswiderstand vergrössert wird. Demzufolge ändert sich der Arbeitsmedium-Massenstrom durch dieses Rohr und die Strömungsgeschwindigkeit wird grosser. Die Wärmeübertragung für dieses Rohr weicht dann von derjenigen der übrigen Rohre ab. Das Ergebnis ist, dass der durch das temperaturempfindliche Element gelieferte Wert für die Arbeitsniediumtemperatur von der in alLen übrigen Rohren herrschenden und zu Regelzwecken relevanten Temperatur abweicht. Dem Regelsystem, in dem die Temperatur des Arbeitsmediums in den Erhitzerrohren als Parameter wirksam ist, wird mithin ein falsches Temperatursignal zugeführt, wodurch die Regelung ungenau und unzuverlässig wird,

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Die Erfindung bezweckt, den genannten Nachteil auf einfache und preisgünstige Weise zu beheben. Um das angestrebte Ziel zu erreichen, ist der erfindungsgemässe Heissgasmotor dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Rohr vorhanden ist, das über wenigstens einen Teil seiner Längenabmessung in radialer Richtung des Kreises weiter ist als die übrigen Rohre.

Durch die Erweiterung des Rohrs in radialer Richtung werden die folgenden Vorteile erzielt. Zunächst ist der Durchgang (hydraulischer Durchmesser) dieses Rohrs grosser als der der übrigen Rohre, Die Vergrösserung des Durchgangs ergibt nun einen zusätzlichen Raum, in dem das temperaturempfindliche Element untergebracht werden kann, so dass der übrigbleibende Durchgang (der hydraulische Durchmesser) nach dem Montieren d-ieses Elements demjenigen der übrigen Rohre entspricht.

Da eine Erweiterung in radialer Richtung vorliegt und die Rohrbreite in tangentialer Richtung unverändert ist, kann das Rohr unter Beibehaltung des Durchgangs zwischen diesem Rohr und den übrigen Rohren, der gleich dem Durchgang zwischen den übrigen Rohren ist, auf dem gemeinsamen Kreis angeordnet bleiben. Die Wärmeübertragung für das erweiterte Rohr ist dann praktisch identisch derjenigen für die übrigen Rohre. '

Da das erweiterte Rohr unter Beibehaltung der überall gleichen Durchgänge zwischen den Rohren auf dem jjeraeinsamen Kreis bleiben kann, wird das obere Ende des erweiterten Rohrs in den Fällen, in denen alle oberen

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Enden der Rohre in einen Ringkanal münden, (britische Patentschrift 1.053.052; niederländische Patentschrift 99.975) auch weiterhin an dieser Stelle in den Ringkanal münden. Der Vorteil ist, dass der Ringkanal nicht unnötig breit ausgebildet werden muss.

Wenn als erweitertes Rohr ein rundes Rohr mit grösserem Durchmesser als derjenige der übrigen Rohre verwendet würde, so würde einerseits dann, wenn dieses Rohr auf dem gemeinsamen Kreis angeordnet wird, die Symmetrie der Rohranordnung gestört werden, da die übrigen Rohre mit kleinerem Durchmesser verschoben werden müssen, um gleiche Durchgänge zwischen allen Rohren zu erzielen, und andererseits müsste wegen der grösseren Rohrbreite in tangentieller Richtung des Kreises die Wärmeübertragung bei dem Rohr mit grösserem Durchmesser geändert werden, da die Verbrennungsgase gegen eine grössere Rohroberflache strömen.

Wenn man ein Rohr mit grösserem Durchmesser ausserhalb des gemeinsamen Kreises anordnet, erreicht man, dass der Durchgang zwischen diesem Rohr und den benachbarten Rohren gleich demjenigen zwischen den übrigen Rohren ist. Es bleiben dann jedoch die beiden Nachteile, dass die Verbrennungsgase gegen eine grössere Rohroberfläche strömen und dass das obere Ende des Rohrs mit grösserem Durchmesser an eine Stelle ausserhalb des Ringkanals mündet. Um diesen letzteren Nachteil zu beseitigen wären wiederum besondere konstruktive Vorkehrungen erforderlich, etwa eine Verbreiterung des Ringkanals oder das Anbringen eines Bogenstücks,

um das obere Ende des Rohrs mit grösserem Durchmesser an don

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Ringkanal anzuschliessen. Solches macht die Erhitzerkonstruktion kompliziert und kostspielig und ist somit unerwünscht.

Die Konstruktion nach der Erfindung kann demgegenüber einfach und preisgünstig ausgeführt werden, indem man etwa von einem runden Rohr mit grösserem Durchmesser ausgeht, das derart in nur einer Richtung plattgedrückt wird, dass eine Rohrbreite erzielt wird, die praktisch gleich dem Durchmesser der übrigen Rohre ist. Automatisch tritt dann eine Erweiterung des Rohrs in der senkrecht auf der Drückrichtung stehenden Richtung auf»

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten schematischen und nicht masstabgerechten AusfUhrungsbeispiels näher erläutert.

In Fig. 1a ist mit der Bezugsziffer 1 ein Zylinder angegeben, in dem sich ein Kolben 2 und ein Verdränger 3 mit einem Phasenunterschied bewegen können. Der Kolben 2 und der Verdränger 3 sind jeweils mittels einer Kolbenstange k bzw, einer Verdrängerstange 5 mit einem nicht dargestellten Getriebe verbunden. Zwischen dem Kolben 2 und dem Verdränger 3 befindet sieh ein Kompressionsraum 6, der über einen Kühler 7» einen Regenerator 8 und einen Erhitzer 9 mit einem Expansionsraum 10 über dem Verdränger in Verbindung steht. Der Erhitzer 9 ist durch eine Reihe von Rohren gebildet, die in einem Kreis um einen Raum 11 für Verbi-ennungsgase herum angeordnet sind, Ferner gibt es einem Brenner 12 und eine Zufuhr 13 für Verbrennungsluft, sowie eine Abfuhr \k für Verbrennungsgase,

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Der Erhitzer 9 besteht aus einer Anzahl erster Rohre 15, die sich einerseits an den Regenerator 8 anschliessen und andererseits in einen Ringkanal 16 münden, und aus einer Anzahl wechselweise zwischen den ersten Rohren 15 angeordneter zweiter Rohre 17, die den Ringkanal 16 mit dem Expansionsraum 10 verbinden. Der Deutlichkeit halber sind nur zwei Sätze erster und zweiter Rohre dargestellt.

Beim Betrieb des Heissgasmotors strömen die von dem Brenner 12 und der Zufuhr 13 herrührenden heissen Verbrennungsgase entlang den ersten Rohren 15 und den zweiten Rohren 17, denen sie Wärme abgeben, und danach verlassen sie den Motor über die Abfuhr 1U.

Wie aus Fig. 1b hervorgeht, in der in einem Querschnitt an der Stelle der Linie Ib - Ib nach Fig. 1a einige der auf einem gemeinsamen Kreis mit dem Halbmesser R angeordneten Rohre dargestellt sind, haben die Rohre gleiche Wanddicken und gleiche Breiten in tangentialer Richtung des Kreises, während sie ferner derart angeordnet sind, dass gleiche Durchgänge zwischen den Rohren vorhanden sind.

Von den dargestellten Rohren ist das mittlere 15 gegenüber den anderen Rohren in radialer Richtung des Kreises erweitert. Demzufolge hat dieses Rohr einen grösseren hydraulischen Durchmesser. Der «lurch die Erweiterung erhaltene zusätzliche Raum steht nun zum Unterbringen eines oder mehrerer teinperaturempf iridL Lcher Elemente, etwa Thermoelemente, zur Verfugung. Nachdem diese montiert sind, bleibt im erweiterten Rohr ein Durchgang übrig, tier ,^leLch dem Durchgang der übrigen Unhro ist. Da da;i mittlere Rohr

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in tangentialer Richtung des Kreises eine Breite hat ₉ die gleich dem Durchmesser der Übrigen Rohre ist, strömen die Verbrennungsgase vom Raum 11 aus gegen nahezu dieselbe Rohroberfläche, so dass die Wärmeübertragung durch dieses mittlere Rohr 15 praktisch dieselbe ist wie bei den übrigen Rohren. Ausserdem bleibt eine symmtrische Anordnung der Rohre mit gleichen Durchgängen zwischen den Rohren erhalten«,

Da das mittlere Rohr 15 auf dem gemeinsamen Kreis angeordnet ist, mündet es an der Oberseite in den Ringkanal 16, so dass keine besonderen konstruktiven Vorkehrungen erforderlich sind, damit sich das genannte Rohr an den genannten Kanal anschliesst.

Mit der beschriebenen einfachen und preisgünstigen Konstruktion wird erreicht, dass,das durch ein temperaturempfindliches Element im mittleren Rohr 15 gelieferte Temperatursignal tatsächlich eine Temperatur darstellt, die in den übrigen Erhitzerrohren herrscht.

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Claims

PATENTA NSPRUCIl:

Heissgasrnotor mit einem Erhitzer, der mindestens eine Reihe um einen Raum für Verbrennungsfjase herum angeordneter und im wesentlichen parallel verlaufender Rohre gleicher Wanddicke enthält, deren Mittellinien auf einem gemeinsamen Kreis liegen, wobei die Rohre in tangentialer Richtung des Kreises gleiche Breiten haben und wobei zwischen den Rohren gleiche Durchgänge für Verbrennungsgase vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Rohr vorhanden ist, das über wenigstens einen Teil seiner Längenabmessung in radialer Richtung des Kreises weiter ist als die übrigen Rohre.

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BAD ORfQINAL