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Dokumentenidentifikation DE19607902A1 12.09.1996
Titel In einem Stirlingmotor verwendbarer Erhitzer
Anmelder Aisin Seiki K.K., Kariya, Aichi, JP
Erfinder Tsubouchi, Osamu, Chiryu, Aichi, JP;
Yamaguchi, Susumu, Okazaki, Aichi, JP;
Andou, Masayasu, Anjo, Aichi, JP;
Itoh, Atsunao, Anjo, Aichi, JP
Vertreter Tiedtke, Bühling, Kinne & Partner, 80336 München
DE-Anmeldedatum 01.03.1996
DE-Aktenzeichen 19607902
Offenlegungstag 12.09.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.09.1996
IPC-Hauptklasse F02G 1/055
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Erhitzer zur Verwendung in einem Stirlingmotor für das Erhalten einer Ausgangskraft durch Expandieren und Komprimieren von darin enthaltenem Arbeitsgas mit einer Mehrzahl von Rohren, deren jeweils eines Ende mit einem Kompressionsraum und deren anderes Ende mit einem Regenerator des Stirlingmotors verbunden ist, wobei ein Oxidationskatalysator auf einer Oberfläche der Rohre aufgebracht ist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen in einem Stirlingmotor verwendbaren Erhitzer insbesondere einem Erhitzer, der für das Erhitzen und das Expandieren von Betriebsgas in dem Stirlingmotor verwendet wird.

Ein Stirlingmotor mit drei Wärmetauschern, nämlich einem Erhitzer, einem Regenerator und einem Kühler stellt einen Verbrennungsmotor dar. Mit dem Verbrennungsmotor kann eine Ausgangsleistung durch Betreiben eines Kolbens mittels des Verfahrens eines Erhitzens des Arbeitsgases in dem Erhitzer und eines Kühlens des Arbeitsgases in dem Kühler erhalten werden. Fig. 1 zeigt ein vergrößertes Detail des Erhitzers in dem Stirlingmotor. Gemäß der Fig. 1 besteht der Erhitzer 1 aus einer Anzahl von um einen zylindrischen Combustor 2 bestehend aus Keramik angeordneten Heizrohren 3. Ein Ende jedes Heizrohres 3 ist mit einem Expansionsraum 6 verbunden, welcher von einem Expansionsraumkolben 4 und einem Expansionsraumzylinder 5 umgeben ist. Das andere Ende eines jeden Heizrohres 3 ist mit einem nicht gezeigten Kompressionsraum über den Regenerator 7 und dem nicht gezeigten Kühler verbunden. Ein Arbeitsgas in dem Erhitzer wird erhitzt und expandiert, wobei es in den Expansionsraum 6 eindringt. Folglich wird der Expansionsraumkolben 4 bewegt.

Die Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Erhitzers gesehen aus einer Richtung, wie sie durch einen Pfeil A in Fig. 1 dargestellt ist. Gemäß der Fig. 2 ist ein Brenner 8 an einem Ende des zylindrischen Combustors bzw. Heißraumes 2 angeordnet, wobei Flammen aus dem Brenner 8 in einen inneren Raum aus schlagen, welcher von dem zylindrischen Combustor 2 umgeben ist. Es existieren eine Anzahl von Bohrungen bzw. Löchern 9 an einer Seitenwand des zylindrischen Combustors 2. Die Hitze der Flammen wird zu den Heizrohren 3 über die Löcher 9 übertragen.

Ein Abgas, welches verbrannt ist, strömt entsprechend der Pfeile in Fig. 1 und wird von der Abgasleitung 10 nach außen abgegeben.

Die Hitze der aus dem Brenner 8 schlagenden Flammen wird zu den Heizrohren 3 durch das Konvektionswärmeübertragungsverfahren und das Wärmestrahlungsübertragungsverfahren übertragen. Durch das Konvektionswärmeübertragungsverfahren wird Wärme von einer Wärmequelle (Brenner 8) auf einen Hitzeaufnehmer bzw. Wärmespeicher (Heizrohre 3) in einer solchen Weise übertragen, daß ein zwischen der Wärmequelle und dem Wärmeaufnehmer existierendes Medium von der Wärmequelle zu dem Wärmeaufnehmer sich bewegt. Das Medium wird infolge eines Temperaturgradienten zwischen der Wärmequelle und dem Wärmeaufnehmer bewegt. Durch das Konvektions-Wärmeübertragungsverfahren jedoch, wird ein Wärmeverlust erzeugt, da die für das Medium erhaltene Wärmequantität nicht immer zu der Wärmeaufnahme übertragen wird. Durch das andere Strahlungswärmeübertragungsverfahren wird Wärme von der Wärmequelle zu dem Wärmeaufnehmer in einer solchen Weise übertragen, daß eine Wärmestrahlung von der Wärmequelle in den Wärmeaufnehmer eindringt und in dem Wärmeaufnehmer absorbiert wird. Durch das Strahlungswärme-Übertraungsverfahren jedoch, wird ein Teil der Wärmestrahlung, welcher in den Wärmeaufnehmer eindringt absorbiert, wobei der andere Teil der Wärmestrahlung in den Wärmeaufnehmer eindringt und von dort reflektiert wird oder diesen durchdringt. Aus diesem Grund kann nicht die gesamte Wärmestrahlung, welche in den Wärmeaufnehmer eindringt in dem Wärmeaufnehmer absorbiert werden, ausgenommen, daß der Wärmeaufnehmer ein schwarzer Körper ist.

Wie aus den vorstehenden Erläuterungen zu entnehmen ist, weisen konventionelle Heizverfahren ein Problem bezüglich der Erzeugung eines Wärmeverlustes auf. Somit wird eine Verbesserung bezüglich der Wärmeeffizienz, welche definiert ist als ein Verhältnis der aufgenommenen Wärmequantität in den Wärmeaufnehmer zu einer Eingangswärmequantität durch den Wärmeverlust beschränkt.

Desweiteren hat das konventionelle Heizverfahren ein weiteres Problem dahingehend, daß der Combustor vergrößerte Baumaße annimmt. Um das Kraftstoffgas vollständig zu verbrennen ist es notwendig, daß eine Verweilzeit des in dem Brennraum sich befindlichen Kraftstoffgases erhöht wird. Um einen ausreichenden Brennraum zu gewährleisten, hat der Kombustor vergrößerte Baumaße angenommen.

Die vorliegende Erfindung wurde mit Blick auf die vorstehend beschriebenen Umstände entwickelt.

Es ist eine Hauptaufgabe der Erfindung, einen in einem Stirlingmotor verwendeten Erhitzer zu schaffen, dessen Heizeffizienz verbessert wird.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen in einem Stirlingmotor verwendeten Erhitzer zu schaffen, welcher kompakter baut.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat ein in einem Stirlingmotor verwendbarer Erhitzer für das Erlangen einer Ausgangsleistung durch Expandieren und Komprimieren von Arbeitsgas

eine Anzahl von Rohren, deren eines Ende mit einem Kompressionsraum und das andere Ende mit einem Regenerator des Stirlingmotors verbunden ist, wobei

ein Oxidationskatalysator auf eine Oberfläche der Rohre aufgetragen bzw. aufgeklebt ist. Durch das Anordnen des Oxidationskatalysators auf einer Fläche des Erhitzers wird eine Oxidationsreaktion auf der Fläche des Erhitzers erreicht, wobei die Oberfläche des Erhitzers ihrerseits durch die Reaktionshitze exothermisch wird. Diese exothermische Reaktion trägt zu der Erhitzung des Arbeitsgases in dem Erhitzer bei.

Gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, daß der Oxidationskatalysator aus Palladium besteht. Obgleich andere Oxidationskatalysatoren wie Platinum als Oxidationskatalysator verwendet werden können, so ist der Preis von Palladium weniger hoch als der Preis für die anderen Oxidationskatalysatoren.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat ein Erhitzer, welcher in einem Stirlingmotor für das Erhalten

einer Ausgangsleistung Expandieren und Komprimieren von Arbeitsgas darin verwendet

eine Mehrzahl von Rohren, deren eines Ende mit einem Kompressionsraum verbunden ist und deren anderes Ende mit einem Regenerator des Stirlingmotors verbunden ist,

wobei ein Träger auf einer Fläche des Erhitzers aufgetragen bzw. aufgeklebt ist und ein Oxidationskatalysator auf dem Träger aufgeklebt bzw. aufgetragen ist. Ein Oberflächenbereich des Erhitzers wird durch Überziehen der Oberfläche des Erhitzers mit dem Träger vergrößert. Folglich wird der Oberflächenbereich auf welchen der Oxidationskatalysator aufgeklebt ist, ebenfalls vergrößert. Aus diesem Grunde wird eine Quantität des Oxidationskatalysators auf der Oberfläche des Erhitzers vergrößert, wobei somit vermehrt Kraftstoffgas-Reaktionsoxidation darauf stattfindet.

Gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, daß der Träger ein Aluminium ist. Aluminium ist ausgezeichnet und haltbar.

Gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, daß eine Temperatur der Oberfläche des Erhitzers sich in dem Bereich von 700°C bis 840°C befindet. Bei dem vorstehend genannten Temperaturbereich wird die Wärmeeffizienz weiter verbessert.

Gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, daß der Oxidationskatalysator gleichförmig auf der gesamten Oberfläche des Erhitzers bzw. des Trägers aufgeklebt oder aufgetragen wird. Bei einer derartigen Ausführung wird die gesamte Oberfläche des Erhitzers gleichförmig erhitzt. Auf diese Weise wird eine Temperatur auf der Oberfläche des Erhitzers gleichförmig.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein vergrößertes Detail des Erhitzers in dem Stirlingmotor,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Erhitzers gesehen aus einer Richtung, wie sie durch einen Pfeil A in Fig. 1 dargestellt wird.

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht des Erhitzerrohres (Erhitzer) gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung, welche das Wirkungsprinzip des Stirlingmotors darstellt und

Fig. 5 einen Graphen, welcher die Beziehung zwischen der eingeleiteten Wärmequantität und der Erhitzereffizienz darstellt.

Mit Bezug auf die Fig. 1 besteht ein Erhitzer 1 aus einer Mehrzahl an Erhitzerrohren 3. Die Erhitzerrohre 3 sind um einen Combustor 2 angeordnet, der zylindrisch ausgeformt ist und aus einem Keramikmaterial besteht. Ein Ende der Erhitzerrohre 3 sind mit einem Expansionsraum 6 verbunden, der von einem Expansionsraumkolben 4 und einem Expansionsraumzylinder 5 umgeben wird. Auf diese Weise wird ein Arbeitsgas, welches in den Erhitzerrohren 3 aufgeheizt wird expandiert und dringt in den Expansionsraum 6 ein. Diese Expansionskraft bewirkt eine Bewegung des Expansionsraumkolbens 4. Eine Abgasleitung 10 ist oberhalb der Erhitzerrohre 3 angeordnet. Ein nach der Verbrennung entstehendes Abgas strömt entlang der in Fig. 1 dargestellten Pfeile und wird über die Abgasleitung 10 nach außen abgegeben. Die äußere Seite der Erhitzerrohre 3 sind mit einem Regenerator 7 verbunden. Bei der vorstehend beschriebenen Konstruktion ist ein innerer Raum des zylindrischen Combustors 2 ein Kombustor bzw. Verbrennungsraum, in dem ein Kraftstoffgas verbrannt wird, wobei ein Raum um die Erhitzerrohre 3 ein Heizraum darstellt, in welchem das Arbeitsgas aufgeheizt wird, wobei ein Raum nahe der Abgasleitung 10 ein Abgasraum des Abgases darstellt. Der Regenerator 7 ist desweiteren mit einem Kühler (nicht gezeigt) verbunden, wobei der Kühler (nicht gezeigt) desweiteren mit einem Kompressionsraum (nicht gezeigt) verbunden ist, der von einem Kompressionsraumkolben (nicht gezeigt) und einem Kompressionsraumzylinder (nicht gezeigt) umgeben wird.

Die Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Erhitzers gesehen aus einer Richtung, wie sie durch einen Pfeil A in Fig. 1 dargestellt wird. Ein Brenner 8 ist an einem Ende des zylindrischen Combustors 2 angeordnet, wobei eine Flamme aus dem Brenner 8 zu dem inneren Raum des Combustors 2 schlägt. Es existieren eine Mehrzahl an Löchern oder Bohrungen 9 auf einer Seite des zylindrischen Combustors 2. Auf diese Weise wird die Hitze der Flamme auf die Erhitzerrohre 3 über die Bohrungen 9 durch das Konvektionswärme-Übertragungsverfahren übertragen. Desweiteren wird die Wärme an der Oberfläche des Combustors 2 auf die Erhitzerrohre 3 durch das Strahlungswärmeübertragungsverfahren übertragen.

Fig. 3 ist eine erweiterte Schnittansicht des Erhitzerrohres 3. Wie in der Fig. 3 dargestellt wird ist γ-Aluminium 11 auf der Oberfläche des Erhitzerrohres 3 aufgetragen bzw. aufgeklebt. γ-Aluminium 11 wird als ein Träger verwendet. Auf dem γ-Aluminium 11 ist Palladium 12 aufgetragen bzw. aufgeklebt. Palladium 12 wird als ein Oxidationskatalysator verwendet. Palladium 12 ist auf der gesamten Oberfläche des Erhitzerrohres 3 gleichförmig aufgetragen bzw. aufgeklebt. Das Verfahren für das Auftragen von γ-Aluminium als Träger und Palladium als Oxidationskatalysator wird nachfolgend beschrieben. Rost auf der Oberfläche der Erhitzerrohre 3 wird beispielsweise durch ein Sandstrahlverfahren entfernt. Nach diesem Vorgang wird γ-Aluminium 11 auf die Oberfläche der Erhitzerrohre 3 beispielsweise durch ein Plasmasprühverfahren aufgetragen. Der Palladium- Oxidationskatalysator 12 wird auf der Oberfläche des γ-Aluminiums 11 aufgetragen bzw. aufgeklebt.

Im nachfolgenden wird für die vorstehend beschriebene Konstruktion des Erhitzers, wie er in dem Stirlingmotor verwendet wird, ein Betrieb des Stirlingmotors mit Bezug auf die Fig. 1 und die Fig. 4 beschrieben.

Die Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, welche das Prinzip der Arbeitsweise des Stirlingmotors zeigt. Bei dem Prozeß zwischen der Fig. 4(a) und der Fig. 4(b) wird das durch den Kühler abgekühlte Arbeitsgas in dem Kompressionsraum in einer solchen Weise komprimiert, daß der Kompressionsraumkolben in Richtung zu einem inneren Totpunkt des Kompressionsraumes bewegt wird, welcher sich nahe dem Kühler befindet. Dieser Prozeß ist isothermisch, da die durch die Kompression des Arbeitsgases erzeugte Wärme durch eine in den Kühler erzeugte Kälte ausgeglichen wird.

Aus diesem Grunde wird diese Prozeß als "isothermischer Kompressionsprozeß" bezeichnet. Bei dem Prozeß zwischen der Fig. 4(b) und der Fig. 4(c) wird der Kompressionsraumkolben in Richtung einem inneren Totpunkt des Kompressionsraumes bewegt und der Expansionsraumkolben in Richtung einem äußeren Totpunkt des Expansionsraumes bewegt, welcher sich entfernt von dem Erhitzer befindet. Anschließend wird das Arbeitsgas vom Kompressionsraum zum Expansionsraum isovolumentrisch wie es durch den Erhitzer erhitzt wurde gefördert. Dieser Prozeß wird als "Wärmezufuhr bei konstantem Volumen (Isokore)" bezeichnet. Bei dem Prozeß zwischen der Fig. 4(c) und der Fig. 4(d) expandiert das Arbeitsgas, welches durch den Erhitzer aufgeheizt wird und bewegt den Expansionsraumkolben in Richtung zu dem äußeren Totpunkt des Expansionsraumes. Dieser Prozeß findet isothermisch statt, da eine durch die Expansion des Arbeitsgases erzeugte Kälte durch die aus dem Erhitzer erhaltene Wärme ausgegeglichen wird, dieser Prozeß wird als "isothermischer Expansionsprozeß" bezeichnet. Bei dem Prozeß zwischen der Fig. 4(d) und der Fig. 4(a) bewegt sich der Kompressionskolben in Richtung zum äußeren Totpunkt des Kompressionsraumes, wobei der Expansionskolben sich in Richtung zu dem inneren Totpunkt des Expansionsraumes bewegt. Bei diesem Prozeß wird das Arbeitsgas vom Expansionsraum zum Kompressionsraum isovolumentrisch in durch den Kühler abgekühltem Zustand gefördert. Dieser Prozeß wird als "Wärmeabfuhr bei konstantem Volumen (Isokore)" bezeichnet. Ein Stirlingkreislauf besteht aus dem vorstehend beschriebenen vier Prozessen bzw. Zustandsänderungen. Eine Energie, welche durch das Arbeitsgas bei dem isothermischen Expansionsprozeß erzeugt wird, ist größer als eine Energie, welche an das Arbeitsgas bei dem isothermischen Kompressionsprozeß abgeben wird. Folglich kann dieser Stirlingkreislauf kontinuierlich aufrechterhalten werden.

Der wichtige Prozeß für die Beschreibung dieser Erfindung ist der isothermische Expansionsprozeß, welcher den Prozeß zwischen der Fig. 4(c) und der Fig. 4(d) betrifft. Wie in der Fig. 1 und der Fig. 2 dargestellt wird, schlägt eine Flamme aus dem Brenner 8 aus. Die Flamme erhitzt der Combustor 2. Die aus der in den Combustor 2 schlagende Flamme erhaltene Hitze wird auf den Erhitzer (Heizrohre 3) übertragen. Das Arbeitsgas in dem Erhitzer expandiert, wobei ein Druck in dem expandierenden Raum 6 erhöht wird. Folglich bewegt sich der Expansionskolben 4 in Richtung zum äußeren Totpunkt des Expansionsraumes 6. Um die Wirkung des Oxidationskatalysators auf der Oberfläche der Heizrohre 3 zu bestätigen wird die Erhitzerleistung bzw. die Erhitzerwirkung bei den nachfolgend beschriebenen Arbeitszuständen gemessen.

(Arbeitszustände)

  • - Pmin = 6, 8 Mpa
  • - N = 1000, 1500 r.p.m.


In den vorstehend erwähnten Zuständen bedeutet Pmin ein Minimaldruck des Stirlingmotors (ein Minimaldruck des Arbeitsgases in dem Stirlingmotor) . N ist eine Anzahl von Umdrehungen pro Minute des Stirlingmotors. Bei den vorstehend beschriebenen Zuständen bzw. Bedingungen wird eine Eingangswärmequantität Qin (kW), eine Luftvorwärmequantität Qa(kW), sowie eine Erhitzer erhaltene Wärmequantität Qh(kW) jeweils gemessen. Die Eingangswärmequantität Qin wird als eine Summe aus der exothermen Wärmequantität definiert, welche erzeugt wird, wenn ein Kraftstoffgas vollständig verbrannt wird, welches für die Erhaltung der vorbeschriebenen Temperatur der Erhitzerrohre 3 verwendet wird. Die Luftvorwärmequantität Qa ist definiert als eine Wärmequantität des Abgases nach Verbrennung, welche durch die Luft aufgefangen wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Wärmequantität des Abgases durch einen Wärmeaustausch mit der Luft aufgefangen, wobei die aufgefangene Wärmequantität für die Erwärmung der Erhitzerrohre 3verwendet wird. Aus diesem Grund ist eine Summe einer Eingangswärmequantität, die zur Erhitzung der Erhitzerrohre 3 dient gleich einer Summe der Eingangswärmequantität Qin und der Luftvorwärmequantität Qa. Die erhitzererhaltende Wärmequantität Qh ist definiert als eine Wärmequantität, welche in dem Erhitzer aufgenommen wird (endothermische Wärmequantität des Erhitzers). Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die erhitzererhaltende Wärmequantität Qh in einer solchen Weise geregelt, daß die Maximaltemperatur der Oberfläche der Erhitzerrohre 3 auf 840°C gehalten wird. Qin, Qa, Qh wird unter dem stabilen Zustand des Stirlingmotors gemessen, der den Erhitzer mit Palladium als dem Oxidationskatalysator hat. Zum Vergleich wird Qin, Qa, Qh auch unter dem stabilen Zustand des Stirlingmotors gemessen, welcher den Erhitzer ohne Katalysator hat.

Die Tafel 1 ist ein Ergebnis der Messung von Qin, Qa, Qh, wobei die Wärmeeffizienz ηh angegeben ist. Tafel 1



Die Wärmeeffizienz ηh wird durch die folgende Gleichung berechnet.

ηh = Qh / (Qin + Qa).

Wie in der Tafel 1 dargestellt wird ist die Wärmeeffizienz ηh, welche gemessen wird, wenn die Erhitzerrohr mit dem Oxidationskatalysator verwendet werden, höher als die Wärmeeffizienz ηh welche gemessen wird, wenn die Erhitzerrohre ohne den Oxidationskatalysator in dem Stirlingmotor verwendet werden. Insbesondere unter der Bedingung, daß Pmin = 8 Mpa und N = 1000 rpm, beträgt die Wärmeeffizienz ηh, welche gemessen wird, wenn die Erhitzerrohre mit dem Oxidationskatalysator verwendet werden, 55,57%, wohingegen die Wärmeeffizienz ηh, welche gemessen wird, wenn die Erhitzerrohre ohne den Oxidationskatalysator verwendet werden, 31,70% beträgt. Es ist festzustellen, daß die Wärmeeffizienz um eine Steigerung von 24% verbessert wird durch die Verwendung der Erhitzerrohre mit dem Oxidationskatalysator. Desweiteren liegt der Wert der erhitzererhaltenden Wärmequantität Qh gemäß der Tafel 1, welche gemessen wird, wenn die Erhitzerrohre mit dem Oxidationskatalysator verwendet werden um den gleichen Wert von Qh, welcher gemessen wird, wenn die Erhitzerrohre ohne den Oxidationskatalysator verwendet werden. Bei Beachtung einer Summe aus der Eingangswärmequantität Qin und der Luftvorwärmequantität Qa ist jedoch die Summe von Qin und Qa, welche gemessen werden, wenn die Erhitzerrohre mit dem Oxidationskatalysator verwendet werden, kleiner als die Summe von Qin und Qa, welche gemessen werden, wenn die Erhitzerrohre ohne den Oxidationskatalysator verwendet werden. Dieses Ergebnis läßt sich aus dem nachfolgenden Grund erklären. In dem Fall, daß der Oxidationskatalysator auf die Oberfläche der Erhitzerrohre aufgetragen bzw. aufgeklebt wird, dann tritt die Oxidationsreaktion auf der Oberfläche der Erhitzerrohre ein, wobei die Oberfläche der Erhitzerrohre exothermisch durch die Oxidationsreaktion werden. Folglich werden die Erhitzerrohre durch eine Konvektionswärmeübertragung von der Wärme der Flamme sowie durch eine Strahlungswärmeübertragung von der Oberfläche des zylindrischen Combustors und durch die exothermische Reaktion auf den Erhitzerrohren selbst aufgeheizt. Die exothermische Reaktion auf den Erhitzerrohren tritt nicht bei den Erhitzerrohren ohne den Oxidationskatalysator auf. Aus diesem Grund kann die Wärmequantität, welche durch die Konvektionswärmeübertragung und Strahlungswärmeübertragung übertragen wird relativ verringert werden. Aus dem vorstehend beschriebenen Grund kann die Summe aus der Eingangswärmequantität Qa verringert werden, so daß Kraftstoff für das Konstanthalten der Temperatur des Erhitzers eingespart werden kann.

Die Fig. 5 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der Wärmeeffizienz ηh und der erhitzererhaltenden Wärmequantität Qh zeigt. In Fig. 5 bezeichnet die Horizontalachse die erhitzeraufnehmende Wärmequantität Qh und die Vertikalachse die Wärmeeffizienz ηh. Für den Fall der Verwendung der Erhitzerrohre mit dem Oxidationskatalysator wird das Verhältnis zwischen ηh und Qh durch den Graphen A und B gezeigt. Der Graph A bezeichnet das gemessene Ergebnis von ηh und Qh unter der Bedingung, daß die Temperatur der Oberfläche des Erhitzers 700°C beträgt. Der Graph B zeigt das Meßergebnis von ηh und Qh unter der Bedingung, daß die Temperatur der Oberfläche des Erhitzers 750°C beträgt. Für den Fall der Verwendung der Erhitzerrohre ohne den Oxidationskatalysator wird die Beziehung zwischen ηh und Qh durch einen Graphen C dargestellt. Der Graph C zeigt das Meßergebnis von ηh und Qh unter der Bedingung, daß die Temperatur der Oberfläche der Erhitzerrohre 700°C beträgt. Selbst wenn die Temperatur der Oberfläche der Erhitzerrohre 700°C und 750°C beträgt, wird gemäß der Fig. 5 die Wärmeeffizienz durch Verwendung der Erhitzerrohre mit dem Oxidationskatalysator höher als die Wärmeeffizienz bei Verwendung der Erhitzerrohre ohne den Oxidationskatalysator.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Oxidationskatalysator auf die Oberfläche des in dem Stirlingmotor verwendeten Erhitzers aufgetragen bzw. aufgeklebt. Infolge der vorstehend beschriebenen Ausführung tritt die Oxidationsreaktion auf der Oberfläche des Erhitzers ein, wobei der Erhitzer seinerseits exothermisch wird. Die exothermische Hitzequantität, welche auf der Oberfläche des Erhitzers erzeugt wird, trägt zur Erwärmung des darin befindlichen Arbeitsgases bei. Auf diese Weise kann Kraftstoff zur Aufrechterhaltung der Temperatur der Oberfläche des Erhitzers verringert werden wobei somit der Kraftstoff eingespart werden kann. Desweiteren kann in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die vollständige Verbrennung des Kraftstoffs in effizienter Weise erreicht werden, infolge der exothermischen Reaktion auf der Oberfläche des Erhitzers. Aus diesem Grund kann der Kombustor kompakter ausgeführt sein, als der konventionelle Kombustor.

Desweiteren wird in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel Palladium als der Oxidationskatalysator verwendet. Als ein anderer Oxidationskatalysator kann Platin verwendet werden. Jedoch ist der Preis von Palladium wesentlich geringer als der Preis von Platin. Daher können durch Verwendung von Palladium als den Oxidationskatalysator die Herstellungskosten des Stirlingmotors verringert werden.

Desweiteren wird bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Träger auf die Oberfläche des Erhitzers aufgetragen, wobei der Oxidationskatalysator auf den Träger aufgetragen wird. Durch die vorstehend beschriebene Ausführung kann die Quantität des Oxidationskatalysators auf der Oberfläche des Erhitzers vergrößert werden, wobei eine vermehrte Kraftstoffgasreaktionsoxidation auf der Oberfläche des Erhitzers erzielt wird. Aus diesem Grund wird die Wärmeeffizienz weiter verbessert.

Desweiteren wird gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel Aluminium als Träger verwendet. Aluminium ist ausgezeichnet bezüglich seiner Haltbarkeit. Aus diesem Grund wird bei Verwendung von Aluminium als Träger die Haltbarkeit des Erhitzers ausgezeichnet.

Desweiteren wird bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Oxidationskatalysator auf der gesamten Oberfläche der Erhitzerrohre aufgetragen. Durch diese Ausbildung wird die gesamte Oberfläche des Erhitzers gleichförmig aufgeheizt. Somit wird eine Temperatur der Oberfläche des Erhitzers gleichförmig und erzeugt einen Wärmeverlust in dem Stirlingmotor verursacht durch einen Ungleichmäßigkeit der Temperatur an der Oberfläche des Erhitzers.

Die Erfindung betrifft einen Erhitzer zur Verwendung in einem Stirlingmotor für das Erhalten einer Ausgangskraft durch Expandieren und Komprimieren von darin enthaltenem Arbeitsgas mit einer Mehrzahl von Rohren, deren jeweils eines Ende mit einem Kompressionsraum und deren anderes Ende mit einem Regenerator des Stirlingmotors verbunden ist, wobei ein Oxidationskatalysator auf einer Oberfläche der Rohre aufgebracht ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Erhitzer zur Verwendung in einem Stirlingmotor für das Erhalten einer Ausgangs kraft durch das Expandieren und Komprimieren von darin enthaltenem Arbeitsgas mit einer Anzahl von Rohren, deren jeweils eines Ende mit einem Kompressionsraum verbunden ist und deren jeweils andere Ende mit einem Regenerator des Stirlingmotors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß

    eine Oxidationskatalysator auf einer Oberfläche der Rohre aufgebracht ist.
  2. 2. Erhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidationskatalysator gleichförmig auf der gesamten Oberfläche des Erhitzers aufgebracht ist.
  3. 3. Erhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidationskatalysator Palladium ist.
  4. 4. Erhitzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Palladium gleichförmig auf der gesamten Oberfläche des Erhitzers aufgebracht ist.
  5. 5. Erhitzer zur Verwendung in einem Stirlingmotor für das Erhalten einer Ausgangs kraft durch Expandieren und Komprimieren von darin enthaltenem Arbeitsgas mit einer Mehrzahl von Rohren, deren eines Ende mit einem Kompressionsraum verbunden ist und deren anderes Ende jeweils mit einem Regenerator des Stirlingmotors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger auf einer Oberfläche der Erhitzers aufgebracht ist, wobei ein Oxidationskatalysator auf dem Träger aufgebracht ist.
  6. 6. Erhitzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidationskatalysator gleichförmig auf der gesamten Oberfläche des Trägers aufgebracht ist.
  7. 7. Erhitzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidationskatalysator Palladium ist.
  8. 8. Erhitzer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Palladium gleichförmig auf der gesamten Oberfläche des Erhitzers oder des Trägers aufgebracht ist.
  9. 9. Erhitzer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger Aluminium ist.
  10. 10. Erhitzer nach Anspruch 1 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperatur der Oberfläche des Erhitzers sich in einem Bereich von 700°C bis 840°C befindet.






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