DE1038342B - Waermemotor zur Betaetigung von Hilfseinrichtungen an Feuerungsanlagen und Verfahren zu seinem Betrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmemotor, bei dem die hohe Temperatur eines wärmeausstrahlenden Gerätes und eine niedrigere Temperatur, z. B. die Umgebungstemperatur, zur Betätigung des Motors ausgenützt werden, indem ein Ausdehnungskörper über eine Umschalteinrichtung von den verschieden hohen Temperaturen beeinflußt wird und der zur Betätigung von Hilfseinrichtungen an Feuerungsanlagen verwendet wird.

Für die betriebssichere Betätigung von Rauch-Schiebern und Verbrennungsluftklappen bei Heizungskesseln sowie auch für sonstige Regelaufgaben werden bisher elektrische oder pneumatisch angetriebene Servomotore verwendet, die wiederum von den eigentlichen Impulsgebern gesteuert werden. Auch die üblichen automatischen Feuerungsanlagen werden durch Elektromotore betätigt. Alle derartigen Einrichtungen zur Automatisierung des Kesselbetriebes benötigen eine zusätzliche Energiequelle und sind insbesondere für Kleinanlagen zu kompliziert und zu kostspielig. Es sind auch bereits thermische Verstärker bekannt, bei denen der Verstärkerthermostat nur einen einzigen Verstärkungshub ausführt.

Die Erfindung sieht nun die Verstärkung eines Steuerimpulses in eine kontinuierliche Bewegung oder den Antrieb einer Hilfseinrichtung durch einen Wärmemotor vor, welcher die sich aus der Funktion einer Feuerungsanlage oder eines sonstigen wärmetechnischen Gerätes für den primären Zweck ergebenden Temperaturunterschiede zu einer sekundären Arbeitsleistung ausnutzt. Der Wärmemotor wird dabei derart zur kontinuierlichen Bewegung von Hilfseinrichtungen von Feuerungsanlagen verwendet, daß eine automatische Umschalteinrichtung für die wechselweise Temperaturbeeinflussung des Ausdehnungskörpers, dessen Arbeit mechanisch oder pneumatisch an Hilfseinrichtungen übertragen wird, vorgesehen ist. Hierbei werden die verschieden hohen Temperaturen, die an einer Feuerungsanlage vorhanden sind, z. B. die Dampf- oder Rauchgastemperatur eines Heizungskessels einerseits und die Umgebungstemperatur andererseits, verwendet.

Hub mal Kraft stellt die gewonnene Arbeit des Ausdehnungskörpers dar, welche durch eine mechanisehe oder pneumatische Übertragung in die gewünschte Steuer- bzw. Bedienungsbewegung umgeformt wird. Entsprechend der Anzahl der Hubwechsel vergrößert sich die gewonnene Arbeit.

Nach der Erfindung sind also keine zusätzlichen Energiequellen wie z. B. Elektrizität, Drucköl u. dgl. erforderlich- An dem Beispiel eines Heizungskessels ergeben sich zwei Anwendungsmöglichkeiten des Erfindungsgedankens:

Wärmemotor zur Betätigung von

Hilfseinrichtungen an Feuerungsanlagen und Verfahren zu seinem Betrieb

Anmelder:

Dipl.-Ing. Gerhard Göbel, Gießen/Lahn, Westanlage 9

Dipl.-Ing. Gerhard Göbel, Gießen/Lahn, ist als Erfinder genannt worden

1. Verstärkung der Impulse der bisher üblichen Temperatur- und Druckregler auf das erforderliche Arbeitsvermögen zur betriebssicheren Betätigung der Verbrennungsluftklappe und Rauchgasklappe.

2. Kontinuierlich arbeitender und selbstgesteuerter Wärmemotor zur Betätigung einer Rostrütteleinrichtung, Aschaustragung, Brennstoffbeschikkung usw.

Zur Erzielung der gewünschten Wirkung des Wärmemotors können die Beeinflussungstemperaturen für den Ausdehnungskörper an den geeigneten Stellen des Heizungskessels entnommen werden, deren Temperaturen wiederum selbst durch die Wirkung des vom Wärmemotor bedienten Gerätes verändert werden.

Die Zeichnungen zeigen Anwendungsbeispiele des Wärmemotors nach der Erfindung, und zwar:

Fig. 1 und 2 zeigen das Grundprinzip des Wärmemotors ;

Fig. 3 und 4 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmemotors;

Fig. 5 zeigt im Längsschnitt,

Fig. 6 im Querschnitt und die

Fig. 7 als Ausschnitt das Schema einer Rostrütteleinrichtung mit Wärmemotor;

Fig. 8 zeigt im Längsschnitt und die

Fig. 9 bis 11 in verschiedenen Querschnitten das Schemabeispiel einer durch einen Wärmemotor angetriebenen Schüreinrichtung;

Fig. 12 zeigt im Querschnitt, die

Fig. 13 im Längsschnitt den Antrieb einer Brennstoffbeschickungsanlage ;

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Fig. 14 zeigt das Schema einer pneumatischen Kraftübertragung.

Gemäß dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Grundprinzip des Wärmemotors befindet sich ein Ausdehnungskörper 1 in einem Luftschacht 2, welcher an seinem unteren Ende mit den beiden öffnungen 3 und 4 versehen ist. Die öffnung 3 ist mit einem Kaltluftkanal 5, die öffnung 4 mit einem Warmluftkanal 6 verbunden. Die öffnungen können wechselweise durch die Klappe 7 verschlossen werden. Zum Kaltluftkanal 5 strömt Luft von einer kalten Stelle des wärmeausstrahlenden Gerätes oder die umgebende Raumluft, während der Warmluftkanal 6 die erwärmte Luft von einer geeigneten heißen Stelle des Gerätes bezieht. Je nach Stellung der Klappe 7 ist eine Verbindung des Schachtes 2 mit dem Kalt- oder Warmluftkanal hergestellt, und der Ausdehnungskörper 1 kühlt sich ab oder erwärmt sich. In dem Ausdehnungskörper 1 befindet sich beispielsweise eine verdampfbare Flüssigkeit, deren Dampfdruck sich mit der Temperatur ändert. Entsprechend der jeweiligen Temperatur legt der Ausdehnungskörper 1 einen Weg gegen eine gewisse Kraft zurück, leistet also Arbeit. An Stelle des mit einer verdampfbaren Flüssigkeit dampfgefüllten Metall-Faltenbalges könnte auch ein mit einer Ausdehnungsflüssigkeit gefüllter Metall-Faltenbalg, ein Bimetallkörper oder sonstige Ausdehnungskörper verwendet werden.

Die Umschalteinrichtung, welche aus der Klappe 7 und einem Gestänge besteht, kann entweder durch einen Impulsgeber gewöhnlicher Bauart oder durch eine kontinuierlich arbeitende selbsttätige Steuerung bedient werden. In diesem Beispiel arbeitet der Ausdehnungskörper 1 über das Gestänge 8 und die Klinke 9 auf das Klinkenrad 10.

In dem nächsten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 legt sich der Ausdehnungskörper 1 wechselweise an eine warme und kalte Wandung an. Die Fig. 3 zeigt in der Seitenansicht und in der Draufsicht die Anlage des Ausdehnungskörpers 1 an die warme Wand 11; in Fig. 4 wird die Anlage an die kalte Wand 12 dargestellt. Durch die Hubänderung des Ausdehnungskörpers 1 wird das Hebelgestänge 13 mit dem Gewichtshebel 14 über seine Mittellage hinausgedrückt und bewegt sich dann, durch sein Schwergewicht fallend, zusammen mit dem Ausdehnungskörper 1 bis zur entgegengesetzten Anlagefläche. Es handelt sich hier um eine kontinuierlich arbeitende, selbsttätige Steuerung, die eine Pendelbewegung des Gewichtshebels 14 hervorruft. Um diese kontinuierliche Steuerung zu erhalten, ist es wichtig, daß das Umschalten von der einen Temperatur auf die entgegengesetzte Temperatur plötzlich erfolgt und insbesondere ohne die Möglichkeit einer Zwischenlage, da sich sonst der Wärmemotor auf eine feste Zwischenlage einstellen und stehenbleiben würde.

Ein nächstes Beispiel stellt in den Fig. 5 und 6 eine Rostrütteleinrichtung dar, die durch den Wärmemotor automatisch betätigt wird. Der Ausdehnungskörper 1 ist seitwärts des Kessels 15 in einem Schacht 16 untergebracht, welcher die Auftriebsströmung um den Ausdehnungskörper des Wärmemotors verstärkt. Der Hebel 17 ist mit dem Rost 18 des Kessels 15 durch das Gestänge 19 verbunden. Der Ausdehnungskörper 1 ist von dem Strahlungsschutz 20 seitlich umgeben; dadurch wird bei durchfließender Kaltluft ein unmittelbarer Wärmeübergang von den Taschen 21, welche innen vom Heizmittel beaufschlagt sind, auf den Ausdehnungskörper 1 vermieden. Der andere Arm des Hebels 17 steuert durch die Hubbewegung des Ausdehnungskörpers 1 mit Hilfe des Gewichtshebels 22 die Klappe 23 für die Kaltluftöffnung.

Die Kaltluft durchströmt, von außen kommend, erst die Heiztasche 24, welche sich im Aschenraum 15 befindet, ehe sie bei geöffneter Klappe 23 an dem Ausdehnungskörper 1 vorbeistreicht (s. Fig. 5).

Entsprechend der Aschentemperatur und insbesondere der Glut auf dem Rost 18 wird die Kaltluft in der Heiztasche 24 vorgewärmt. Hat sich der Ausdehnungskörper 1 durch die Kaltluft bis zu einem gewissen Grade zusammengezogen, so bewegt er über den Hebel 17 die Klappe 23 bis zu ihrer Mittellage, worauf sie durch den Gewichtshebel 22 plötzlich nach unten fällt und die Kaltluft absperrt. Da jetzt der Kühlluftstrom unterbrochen ist, erwärmt sich durch Wärmeleitung und Konvektion von den Taschen 21 der Ausdehnungskörper 1 und dehnt sich entsprechend aus. Durch die Konstruktion des unteren Armes von Hebel 17 wird die Klappe 23 mit dem Gewichtshebel 22 nicht sofort mitgenommen, sondern sie wird erst im letzten Teil des Hubes vom Ausdehnungskörper 1 sehr plötzlich geöffnet. Die Fig. 7 zeigt gerade die Stellung, bei der der Hebel 17 die Klappe 23 zu öffnen beginnt. In der Fig. 5 ist der Ausschlag des Hebels 17 nur wenig größer, als in Fig. 7 gezeigt, die Klappe aber schon vollständig geöffnet. Durch die aufeinanderfolgenden Bewegungen des Ausdehnungskörpers 1 wird der Rost 18 ständig mitbewegt. Wird nun die Asche durch das Rütteln von dem Rostbett entfernt, so liegt der glühende Brennstoff unmittelbar über dem Aschenraum 25 und erhitzt durch Strahlung die Heiztasche 24. Die Kaltluft wird dadurch vorgewärmt, unter Umständen bis über die Kesseltemperatur, wodurch die Hubbewegung des Ausdehnungskörpers 1 verkleinert und sogar ganz unterbunden wird. Für den Fall, daß die Kaltluft zu stark erwärmt wird und den Ausdehnungskörper 1 überheizt, ist eine Sicherheitsvorrichtung vorgesehen. Sowie der Ausdehnungskörper 1 einen gewissen Hub überschreitet, öffnet er über den Hebel 17 und 26 die Kaltluftklappe 27, wodurch der Ausdehnungskörper 1 wieder abgekühlt wird, unabhängig von der Umschalteinrichtung.

Das nächste Beispiel zeigt in den Fig. 8 bis 11 eine Schüreinrichtung, welche mit einer Aschausbringung in Schneckenform verbunden ist. Es ist ein ähnliches Prinzip wie bei den vorstehenden Beispielen angewendet worden.

Der Ausdehnungskörper 1 betätigt über den Hebel 28, wie auch bereits in Fig. 2 gezeigt, eine Klinke 9 mit dem Klinkenrad 10. Das Klinkenrad 10 sitzt auf einer Welle mit der Schnecke 29, welche durch fortlaufende Drehung die Asche bis zu dem Kanal 30 weiterschiebt. Der Kanal 30 ist ein Stück aufwärts geführt, damit er sich voll Asche setzt und dadurch den Eintritt von Nebenluft verhindert (s. Fig. 8). Die Schnecke 29 hebt bei jeder Umdrehung durch die oberste Stelle des Schneckenganges 31 die Schürplatten 32 einmal an und versetzt diese damit in eine auf- und abgehende Bewegung. Die Schürplatten 32 durchstoßen die Rostfugen, lockern die Asche auf dem Rost 18 und schlagen bei der Abwärtsbewegung auf die Aschenwanne 33, wobei die anhaftenden Aschenteile herabgleiten (s. Fig. 11). Die automatische Steuerung des Ausdehnungskörpers 1 durch kalte oder warme Luft erfolgt hier über den Hebel 34 durch den Schieber 35, der den Eintritt zum Ausdehnungskörper 1 entweder für die Kaltluft durch den Kanal 36 oder für die Warmluft durch den Kanal 37 frei-

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gibt (s. Fig. 10). Während die Kaltluft wieder erst durch eine Heiztasche 24 strömt, wird die Warmluft beispielsweise durch den Kanal 37 zugeführt, welcher sich in dem Feuerraum befindet. Die am Ausdehnungskörper 1 vorbeistreichende Luft wird als Verbrennungsluft durch die Verbrennungsluftklappe 38 abgesaugt (s. Fig. 8). Die Heiztasche 24 ist an der Aschenwanne 33 angesetzt und damit auch direkt der Strahlung durch den Rost 18 ausgesetzt. Zur Abschirmung des Strahlungseinflusses der unteren Kesselwandung auf die Heiztasche 24 kann der Zwischenraum mit Isolierstoff 39 ausgefüllt werden. Als Sicherheitseinrichtung gegen zu starke Temperaturbeaufschlagung kann die absolute Ausdehnungsbegrenzung des Ausdehnungskörpers 1 dadurch erreicht werden, daß er mit einer genau dosierten Teilfüllung einer leicht siedenden Flüssigkeit versehen ist, welche bei einer bestimmbaren Höchsttemperatur vollkommen verdampft ist. Bei einer weiteren Temperaturerhöhung dehnt sich die Flüssigkeit dann nur noch nach den Gasgesetzen im Verhältnis der absoluten Temperaturen aus.

Das nächste Beispiel zeigt in den Fig. 12 und 13 den Antrieb einer Brennstoffbeschickungsanlage. Durch den vom Ausdehnungskörper 1 betätigten Stoker 40 wird hier der Brennstoff aus dem Trichterende des Brennstoffbunkers 41 in den Füllraum 42 geschoben. Die Regelung der Kalt- und Warmluftzuführung geschieht hier wie im vorigen Beispiel (Fig. 8 bis 11) durch einen Schieber 35. Die Kaltluft wird direkt dem Raum entnommen, während die Warmluft eine Heiztasche 24, welche sich im oberen Teil des Füllraumes 42 befindet, durchströmt. Bei Heizungskesseln mit unterem Abbrand brennt das Feuer durch, sobald der Brennstoffvorrat im Füllraum 42 etwa bis auf die Linie 43 heruntergebrannt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird dann die Heiztasche 24 an der Decke des Füllraumes 42 durch Strahlung, dargestellt durch die Pfeile 66, erhitzt und somit der Stoker 40 durch den Ausdehnungskörper 1 hin- und herbewegt. Der Brennstoff fällt in den Füllraum 42 und füllt diesen etwa bis zur Linie 65 aus. Sowie die Glut zugeschüttet ist, fällt die Strahlung auf die Heiztasche 24 fort, und der Ausdehnungskörper stellt seine Bewegung ein und schließt beim Zusammenziehen die öffnung des Füllraumes 42 ab. Der Wärmemotor ist in diesem Beispiel durch den Kanal 44 mit dem Kamin verbunden, welcher für den nötigen Sog sorgt.

Als letztes Beispiel ist in Fig. 14 ein Ausdehnungskörper für pneumatische Kraftübertragung gezeigt. Der Ausdehnungskörper enthält in dem äußeren Raum 60 beispielsweise eine leicht verdampfende Flüssigkeit. Durch den Dampfdruck dieser Flüssigkeit wird ein Metall-Faltenbalg 61 je nach Temperatür zusammengedrückt. Der so verursachte Hub des Metall-Faltenbalges 61 wird von einer neutralen Flüssigkeit 62 über eine beliebig lange Leitung 63 auf einen Arbeitskolben 64 übertragen.

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Claims (8)

Patentansprüche:

1. Wärmemotor, bei dem die hohe Temperatur eines wärmeausstrahlenden Gerätes und eine niedrigere Temperatur, z.B. die Umgebungstemperatur, zur Betätigung des Motors ausgenützt werden, indem ein Ausdehnungskörper über eine Umschalteinrichtung von den verschieden hohen Temperaturen beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Wärmemotor derart zur kontinuierlichen Bewegung von Hilfseinrichtungen an Feuerungsanlagen verwendet ist, daß eine automatische Umschalteinrichtung für die wechselweise Temperaturbeeinflussung des Ausdehnungskörpers, dessen Arbeit mechanisch oder pneumatisch an Hilfseinrichtungen übertragen wird, vorgesehen ist.

2. Wärmemotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdehnungskörper die Rostrüttel- bzw. Schüreinrichtung eines Kessels oder eines Ofens (17 bis 19, 31 und 32) betätigt, wobei der Ausdehnungskörper einmal von der Kessel- bzw. Ofentemperatur, zum anderen von der Raumlufttemperatur beeinflußt wird, und daß die Raumluft, bevor sie den Ausdehnungskörper beaufschlagt, durch eine Heiztasche (24), welche sich im Aschraum des Kessels bzw. Ofens (25) befindet, strömt.

3. Wärmemotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdehnungskörper (1) in der Stellung seiner höchstzulässigen Ausdehnung eine Einrichtung betätigt, welche ihn unabhängig von der Umschalteinrichtung einer kalten Temperatur aussetzt (Fig. 5).

4. Wärmemotor nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdehnungskörper (1) eine Aschaustrageeinrichtung betätigt (Fig. 8 bis 11).

5. Wärmemotor nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdehnungskörper (1) einen Stoker (40), eine Brennstoffschnecke (29) oder eine sonstige Brennstoffbeschickungseinrichtung betätigt, wobei als warme Beeinflussungstemperatur des Ausdehnungskörpers die Temperatur der Feuerraumwandung dient.

6. Wärmemotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem Ausdehnungskörper, welcher eine Teilfüllung einer leicht siedenden Flüssigkeit besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß diese Teilfüllung derart dosiert ist, daß bei einer bestimmten Höchsttemperatur, für welche der Dampfdruck noch innerhalb des zulässigen Bereichs liegt, der gesamte Flüssigkeitsinhalt verdampft ist.

7. Verfahren zum Betrieb eines Wärmemotors nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Warm- oder Kaltluft, welche den Ausdehnungskörper (1) beaufschlagt, als Verbrennungsluft oder unmittelbar von dem Schornstein abgesaugt wird.

8. Verfahren zum Betrieb eines Wärmemotors nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Warm- oder Kaltluft, welche den Ausdehnungskörper (1) beaufschlagt, durch den Auftriebssog eines besonderen Hilfsschachtes (16 oder 50) abgesaugt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 84 858, 99 321,
414, 268 519, 686 724, 827 857, 841944;
französische Patentschrift Nr. 828 809;
belgische Patentschrift Nr. 512 714.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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