DE2807004C2 - Heißgaskolbenmaschine - Google Patents
HeißgaskolbenmaschineInfo
- Publication number
- DE2807004C2 DE2807004C2 DE2807004A DE2807004A DE2807004C2 DE 2807004 C2 DE2807004 C2 DE 2807004C2 DE 2807004 A DE2807004 A DE 2807004A DE 2807004 A DE2807004 A DE 2807004A DE 2807004 C2 DE2807004 C2 DE 2807004C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- piston
- space
- auxiliary
- cylinder
- working medium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/0435—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines the engine being of the free piston type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/045—Controlling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/045—Controlling
- F02G1/05—Controlling by varying the rate of flow or quantity of the working gas
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2225/00—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
- F05C2225/08—Thermoplastics
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/001—Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
- Compressor (AREA)
Description
dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal
(32; 56; 66; 95) im Hilfskolben (28; 53; 63; 92) mit dem anderen Ende in den I lilfszylinderraum (31; 55;
67; 93) mündet.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Heißgaskolbcnmaschine
— mit mindestens einem Arbeitsraum, der einen
Kompressionsraum und einen Expansionsraum mit im Betrieb untereinander verschiedenen mittleren
Temperaturen hat, aic über Wärmeaustauscher, unter denen ein Regenerator ist. miteinander verbunden
sind,
— mit mindestens einem in einem Zylinder hin und her beweglichen freien Kolben, der mit der einen Oberfläche
das Volumen des Arbeitsraumes ändert und mit der anderen Oberfläche einen Teil der Begrenzung
eines Pufferriiumcs bildet, in dem sich ebenfalls Arbeitsmedium unter einem im Betrieb nahezu
konstanten Druck befindet, der dem mittleren Arbeitsmediumdruck im Arbeitsraum entspricht.
— mit einem Rcgclmechanismus zum Beibehalten einer bestimmten mittleren .Stellung des freien Kolbens,
der zwei Elemente enthüll, von denen das eine mit dem freien Kolben verbunden und das andere
ortsfest angeordnet ist und die als I lilfs/ylimlcr und
;ils darin beweglicher I lillskolbcn ausgebildet sind,
— und mit mindestens einem Kanal im Hilfskolben, der mit einem Ende in die mil dir I lilfs/.ylinderwand
zusammenarbeitende Hilfskolbenwand mündet und dort in einer bestimmten Stellung des Hilfskolbcns
mil einem mit dem Pufferraum in Verbindung stehenden Kanal in der Hilfszylinderwand
übereinstimmt
Eine Hcißgaskolbenmaschine der oben genannten Art ist Gegenstand des Patenies DE-PS 26 53 4,35 der
Anmeldcrin (Fig. 4 und 5).
Bei der betreffenden Heißgaskolbenmaschine mündet der Kanal im Hilfskolben mil dem vom Pufferraum
abgewandicn Ende in den Arbeitsraum der Maschine, so daß eine bestimmte mittlere Stellung des freien Kolbens
dadurch beibehalten wird, daß zeitweise eine off ει 5 nc Verbindung zwischen dem Pufferraum und dem Arbeitsraum
vorhanden ist. Abhängig von der Lage strömt dann Arbeitsmedium vom Pufferraum zum Arbeitsraum
oder umgekehrt.
Ein Nachteil dieser Konstruktion ist, daß der im Arbcitsraum
durchgeführte thermodynamische Kreislauf beeinträchtigt wird. Das Maximum-Minimum-Druckverhältnis
des sich am Kreislauf beteiligenden Arbeilsmcdiums wird beeinträchtigt, während zugleich eine
Phasenverschiebung auftritt, d. h. der Phasenunterschied zwischen der Druck- und Volumenänderung des
Arbcitsmediums im A cbeitsraum ändert sich. Dies führt
zur Verringerung des Wirkungsgrades der Maschine.
Die Erfindung bezweckt nun, eine verbesserte Heißgaskolbcnmaschinc
der obengenannten Art zu schaffen,
jo wobei die Regelung der mittleren Stellung des freien
Kolbens derart ausgebildet ist. daß der thermodynamische Kreislauf keine negativen Einflüsse erfährt.
Dazu weist die erfindungsgeniäßc Heißgaskolbenmaschine
das Kennzeichen auf, daß der Kanal im Hilfskol-
j5 ben mit dem anderen Ende in den Hilfszylindcrraum
mündet.
Ausfi'ihrungsbcispiclc der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden '>m folgenden näher
beschrieben. Es zeigt
Kig. 1 einen Längsschnitt durch eine Gaskältemaschine,
wobei der Rcgelmechanismus zum Beibehalten einer bestimmten mittleren Stellung des freien Kolbens
einen im Pufferraum fest angeordneten Hilfskolben enthält, der in einem mit dem freien Kolben verbundenen
Hilfszylinder hin- und herbeweglich ist,
F i g. 2 eine graphische Darstellung des Druckes (P) als Funktion der Zeit (t) für das sich am Kreislauf im
Arbeitsraum der Maschine nach Fi g. 1 beteiligende Arbeitsmedium (Λ), für das Arbeitsmedium im Pufferraum
(Pi) und für das Arbeitsmedium im Hilfszylindcrraum (Γ\)ύοτ Maschine.
F i g. 3 einen Längsschnitt durch einen Hcißgasinotor
zum Erzeugen elektrischer Energie (Generator), wobei der Hilfskolben mit dem freien Kolben verbunden und
in einem mit dem Pufferraum verbundenen Hilfszylinder beweglich ist,
Fig.4 einen Längsschnitt durch eine Gaskältemaschine
mit einem im Pufferraum ortsfest ungeordneten Hilfszylinder und einem mit dem freien Kolben axial
W) verstellbar gekuppelten Hilfskolben,
Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine Gaskältemaschine mit einem am freien Kolben befestigten Hilfskolben
und einem im l'ufferraiim axial verstellbar angeordneten
Hilfszylinder.
Ii^. h einen Lüngssi'hnill durch eine (iaskiilk'ina
vfhine. wobei der Expaiisionsknlbcn einen freien Kolben
bildet, der mit einem Hilfskolben versehen ist, der
im I lilfs/ylinder hin- und herbeweglich ist,
Fig.7 eine etwas geänderte Ausführungsform des Heißgasmotors nach F i g. 3,
F i g. 8 eine graphische Darstellung des Druckes (P) als Funktion der Zeit (t) für das sich am Kreislauf im
Arbeitsraum des Heißgasmotors nach F i g. 7 beteiligende Arbeitsmedium (Pj), für das Arbeitsmedium im Pufferraum
(P2) und für das Arbeitsmedium im I lilfs/.ylindcrraum
(Pi), wobei Pi und Pi gleichphasig sind.
In Fig. 1 k* mit dem Bezugszeichen 1 ein Zylinder
bezeichnet, in dem ein freier Kolben 2 und ein freier Verdränger 3 mit einem gegenseitigen Phasenunterschied
hin- und herbeweglich sind. Zwischen der Arbeitsoberfläche 2a des Kolbens 2 und der Arbcitsoberfläche
3a des Verdrängers 3 befindet sich ein Kompressionsraum 4 mit einem darin angeordneten Kühler 5.
Der Verdränger 3 begrenzt mit der oberen Arbcitsoberfläche 36 einen Expansionsraum 6, der mit dem Kompressionsraum
4 den Arbeitsraum bildet. Im Verdränger 3 isi ein Regenerator 7 angeordnet, der auf der Unterseite
über Bohrungen 8 und auf der Oberseite über Bohrungen S für Arbeitsmedium zugänglich ist Die maschine
ist mit einem Gefrierer 10 als Wärmei^istauscher
zwischen expandiertem kaltem Arbeitsmedium und einem zu kühlenden Gegenstand versehen.
Wenn im Betrieb der Kolben 2 und der Verdränger 3 sich mit einem Phasenunterschied bewegen, wird ein
Arbeitsmedium (beispielsweise Helium oder Wasserstoff) im Arbeitsraum der Maschine abwechselnd verdichtet
und expandiert, wobei infolge der Expansion Kälte erzeugt wird. Die Verdichtung des Arbeitsmediums
erfolgt, wenn dieses Medium sich im wesentlichen im Kompressionsraum 4 befindet. Das Arbeitsmedium
strömt nacheinander über den Kühler 5 unter Abgabe von Kompressionswärme, Bohrungen 8. Regenerator 7
unter Abgabe von Wärme und Bohrungen 9 /um Expansionsraum 6. Expansion des Arbeitsmcdiums erfolgt,
wenn dieses Medium sich im wesentlichen im Expansionsraum 6 befindet. Das Arbeitsmedium strömt dann
wieder über die bezeichnete Strecke in umgekehrter Reihenfolge zurück, nachdem im Gefrierer 10 Wurme
aus dem nicht dargestellten zu kühlenden Gegenstand aufgenommen worden ist, während im Regenerator 7
die früher gespeicherte Wärme wieder aufgenommen wird.
Der freie Kolben 2 begrenzt mit der Unterseile 2b einen Pufierraum 11. in dem sich ebenfalls Arbeitsmedium
unter einem im Betrieb nahezu konstanten Druck befindet, der dem mittleren Arbeilsmediumdnick im Arbeitsraum
entspricht. Die Kolbenunterseite 2b enthält eine Leichtgewichtbüchse 12 aus nicht magnetischem
oder nicht magnetisierbarem Material, wie Hartpapier oder Aluminium. Um die Büchse 12 ist ein elektrischer
Stromleiter zu einer Ankerspule 13 gewickelt, an weiche Spule Stromzufübrungsdrähtc 14 und 15 angeschlossen
sind, die durch die Wand eines mit dem Zylinder 1 gasdicht verbundenen Gehäuses 16 hinausgeführt und dort
mit elektrischen Kontakten 17 bzw. 18 versehen sind. Die Ankerspule 13 ist in axialer Richtung des Kolbens 2
hin- und herbeweglich in einem ringförmigen Spalt 19, in dem ein Dauermagnet herrscht, dessen Kraftlinien
sich in radialer Richtung erstrecken und zwar quer zur Bewegungsrichtung der Ankerspule.
Das Dauermagnetfcld verläuft im betreffenden Fall durch einen ringförmigen Dauermagneten 20 mit auf
der Ober- und Unterseite befindlichen Polen, eine Weicheisenringscheibc 21, einen massiven Weicheisenzylinder
22 und eine kreisförmige Weicheisenscheibe 23. Der Dauermagnet und die Weicheisenclcmente bilden
zusammen einen geschlossenen Magnetkreis, d. h. einen Kreis geschlossener magnetischer Kraftlinien, im
Betrieb sind die Kontakte 17 und 18 an eine elektrische Wechselstromquelle (beispielsweise an das elektrische
Versorgungsnetz) mit einer Frequenz ^ (beispielsweise 50 Hz) angeschlossen. Auf die Wechselstrom führende
Ankerspule 13 werden nun unter dem Einfluß des Dauermagnetfeldes im Spalt 19 wechselweise aufwärts und
abwärts gerichtete Lorentzkräfte ausgeübt, wodurch das Gefüge aus Kolben 2. Büchse 12 und Ankerspule 13
ins Schwingen gerät. Dies erfolgt derart, daß die Resonanzfrequenz des Systems, das aus dem bewegenden
Gefüge und dem Arbeitsmedium im Raum besteht, der Wechselstromfrequenz /"n(eine Abweichung von 10% ist
noch akzepiierbar) nahezu entspricht. Dabei ist das Arbeitsmedium im Arbeitsraum als Federsystem wirksam.
Dem Schwingungssystem aus Koiben/Ankerspulengefüge und Arbeitsmedium braucht der Wechselstrom
über die Ankerspule 13 nur soviel Energie zuzuführen,
2(i wie es zum Ausgleichen der vom A'b-eitsmedium geleisteten
Arbeit sowie der Reibungsverlusf "· notwendig ist.
Der Verdränger 3 hat örtlich einen kleineren Durchmesser, wodurch ein ringförmiger Zwischenraum 24
zwischen dem Zylinder 1 und dem Verdränger 3 gebildet isi Die Wand des Zylinders 1 ist mit einem Vorsprung
25 versehen. Ein Federeiement 26 ist einerseits am Vorsprung 25 und andererseits an der Ringfläche 27
des Verdrängers 3 befestigt.
Das Federelemeni 26 begrenzt den Hub des Verdrän-
JO gcrs 3 und bildet zusammen damit ein Masse/Federsyslesn,
wodurch der Verdränger ebenso wie der Kolben eine rein harmonische Bewegung mit derselben Frequenz
macht wie der Kolben aber gegenüber demselben mit einem Phasenunterschied. Die Federkonstante
Y> des Federclementcs 26 und die Masse des Verdrängers
3 sind derart gewählt worden, daß die Resonanzfrequenz f\ dieses Systems höher liegt als die Resonanzfrequenz
f des Systems aus Kolben/Ankerspuler-gefüge und Arbeitsmedium. Im Betrieb mit gleichen Schwtngungsfrcquen/en
des Kolbens 2 und des Verdrängers 3 eilt die Volumenänderung des Expansionsraums 6 dann
gegenüber der in diesem Raum auftretenden Druckänderung vor mit der Folge, daß im Expansionsraum 6
Kälte erzeugt wird.
Im Pufferraum 11 ist ein Hilfskolben 28, der über eine
Stange 29 an dem Weicheisenzylinder 22 befestigt ist. ortsfest angeordnet. Der Hilfskolben 28 ist in einem mit
dem freien Kolben 2 verbundenen Hilfszylinder 30 beweglich und kann dabei das Volumen des Raumes 31
ändern.
Im Hilfskolben 28 ist ein Kanalsystem 32 vorgesehen,
das einerseits mit dem Raum 31 verbunden ist und andererseits an verschiedenen Stellen in die mit der Hilfszylinderwand
zusammenarbeitenden Hilfskclbemvand
γ-, 32a mündet und dort mit öffnungen 33 in der Wand des
Hilfszylinders 30 zusammenarbeitet. Die öffnungen 33 stehen mit dem Pufferraum 11 in offener Verbindung.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist während des Zeitintervalls
A der Kreislaufdruck Px im Arbeitsraum 4, 6 aus
bfi F i g. I größer als der Druck Pi im Pufferraum 11. Durch
Undichtigkeit durch den Spalt 34 zwischen der Wand des Kolbens 2 und dem Zylinder 1 strömt dann Arbeitsmedium
vom Arbeitsraum 4, 6 zum Pufferraum 11. Im
Zeitintervall S(F i g. 2) ist der Druck dagegen im Pufferte
raum 11 größer als im Arbeitsraum 4, 6, so daß dann
Medium aus dem Pufferraum 11 durch den Spalt 34 zum Arbeitsraum 4, 6 strömt. Der Druck des im Intervall A
aus dem Arbeitsraum strömenden Mediums iit ipilnrh
höher als der Druck des im Intervall H aus dem Puffer·
raum strömenden Mediums. Dies bedeutet zwar, daß die
Mediumvolumenslröme aus und zum Arbcitsraium gleich sind aber nicht die Massenströme. Der Mediummassenstrom
zum Pufferraum 11 ist größer als der zum
Arbeitsraum 4, 6. Das Resultat wäre, daß der Kolben 2 allmählich eine höhere mittlere Lage einnimmt, d. h., die
mittlere Lage des Kolbens würde sich in Richtung des Kompressionsraums 4 verschieben.
Letzleres wird nun durch die Wirkung des durch den Hilfskolben 28 und den Hilfszylinder 30 gebildeten Rcgelmcchanismus
vermieden.
Bewegt sich der Kolben hin und her und zwar um die gewünschte mittlere Nennslcllung. so passieren die Öffnungen
33 die Kanäle 32;) zu den Zeitpunkten Λ. t»und /(
(Fig. 2). wenn die Drücke in dem Arbeitsraum, dem
Pufferraum und dem Hilfszylindcrraum gleich sind. Fs
Mrfinn dann kein Arbeitsmedium durch die Öffnungen
33 und das Kanalsystem 32.
Verlagert sich die mittlere Stellung des Kolbens 2 nach oben und zwar wegen eines größeren Mediummassenstromes
vom Kompressionsraum 4 durch den Spalt 34 zum Pufferraum Il als in umgekehrte Richtung,
so passieren bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 2 die Öffnungen 33 die Kanäle 32a zu einem Zeitpunkt,
beispielsweise u, der später liegt als I2. während bei der
Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 die Öffnungen 33 die Kanäle 32a zu dem Zeitpunkt r-, passieren, der früher
liegt als der Zeitpunkt tv. Das Resultat ist, daß zu den
Zeitpunkten u und /5, wenn der Druck P1 im Hilfszylinderraum
31 größer ist als der Druck P1 im Pufferraum U. Arbeitsmedium aus dem Hilfszylinderraum 31 über
das Kanalsystem 32 und die öffnungen 33 zum Pufferraum Il strömt. Der Druckpegel im Hilfszylindcrraum
31 sinkt also mit der Folge einer zusätzlichen zurücktreibenden abwärts gerichteten Kraft auf den Kolben 2.
wodurch dessen ursprüngliche mittlere Lage wiederhergestellt
wird.
Sollte die mittlere Lage des Kolbens 2 sich beispielsweise unter dem Einfluß des Eigengewichtes abwärtsbewegen,
also in der Richtung des Weicheisenzylinders 22, so passieren bei Abwärtsbewegung des Kolbens 2 die
Öffnungen 33 die Kanäle 32j zu einem gegenüber /1
(Fig. 2) späteren Zeitpunkt, beispielsweise /*, und bei
der Abwärtsbewegung des Kolbens 2 zu einem gegenüber t; früheren Zeitpunkt ti. Zu den Zeitpunkten /„ und
fr. wenn der Druck P1 im Pufferraum 11 größer isi als
der Druck Pirn Hilfszylinderraum 31. strömt dann aus
dem Pufferraum II über die Öffnungen 33 und das Kanalsystem 32 Arbc^smedium zum Hilfszylindcrraum 31.
Der mittlere Druck im Hilfszylinderraum 31 steigt dann mit der Folge, daß sich die mittlere Kolbenlage nach
oben in die ursprüngliche mittlere Lage verschiebt.
Beim Heißgasmotor nach F i g. 3 sind Teile, die denen
der Gaskältemaschine nach Fig. 1 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen angegeben.
Der Kompressionsraum 4 steht dabei über den Kühler 5. den in einem Zylinder 40 ortsfest angeordneten
Regenerator 7 und einen Erhitzer 41 mit dem Expansionsraum 6 in Verbindung. Der Erhitzer 41 enthält eine
Anzahl Rohre 42. die sich einerseits an den Regenerator 7 und andererseits an einen Ringkanal 43 anschließen,
sowie eine Anzahl Rohre 44. die sich einerseits an den Ringkanal 43 und andererseits an den Expansionsraum 6
anschließen.
Dem im Betrieb durch die F.rhitzcrrohre 42, 44 strömenden
Arbeitsmedium wird Wärme zugeführt, die von einer Brennervorrichtung 45 herrührt. Die Brcnncrvorrichtung
45 umfaßt einen Brenner 46 mit Kraftstoffzufuhr 47 und Luftzufuhr 48. Nach Abgabe von Wärme an
den in einem Gehäuse 49 angeordneten Erhitzer 41 verlassen die Verbrennungsgase das Gehäuse 49 über den
<; Auspuff 50.
Der Verdränger 3 ist über eine Verdrängerstange 51 mit einem nicht dargestellten Getriebe verbunden. Im
Betrieb des Heißgasmotors, wobei der Verdränger 3 und der Kolben 2 sich phasenverschoben bewegen, wird
H) die dem Erhitzer 41 zugeführie Wärmeenergie dazu benutzt,
den Kolben 2 anzutreiben, wodurch in der Ankcrspule 13 elektrische Energie erzeugt wird. Dadurch,
daß der Verdränger 3 mit einem elektrodynamischen Antrieb versehen wird, kann nach Anlaufen des Hciß-
r> gasmotors ein Teil der in der Ankerspule 13 erzeugten
elektrischen Energie als Speisung für die mit der Vcrdrängerslange
3 verbundene Ankerspule verwendet werden.
Über eine Stange 52 ist ein Hilfskolben 53, der in einem Hilfszylinder 54 hin- und herbeweglich ist. mit
dem freien Kolben 2 verbunden. Der Hilfskolben 53 ändert das Volumen des Hilfszylinderraumes 55. Im
Hilfskolben 53 ist ein Kanal 56 vorgesehen, der mit einem Ende in den Hilfszylinderraum 55 mündet und mit
2Ί dein anderen Ende mit einer Öffnung 57 in der Wand
des Hilfszylinders 54 zusammenarbeitet, welche öffnung
57 ii^cr eine Leitung 58 mit dem Pufferraum 11 in
offener Verbindung steht.
Die Regelung der mittleren Lage des Kolbens 2 ent-
ju spricht der aus F i g. 2, so daß sich eine weitere Beschreibung
erübrigt.
Für die in Fig.4 dargestellte Gaskältemaschine sind
für Einzelteile, die denen der Maschine nach F i g. I entsprechen,
dieselben Bezugszeichen verwendet worden.
is Im betreffenden Fall ist eine mit Gewinde 60 versehene
Rohrung 61 im Kolben 2 vorgesehen, in der eine
Stange 62 gasdicht eingeschraubt ist. weiche Stange einen Hilfskolben 63 trägt, der in einem Hilfszylinder 64
hin- und herbeweglich ist. welcher Zylinder mit Öffnun-
4i) gen 65 versehen ist. In der dargestellten Lage ist der
Pufferraum Il über die öffnungen 65 und ein Kanaisystcm
66 im Hilfskolben 63 mit dem Hilfszylindcrraum 67 in offener Verbindung. Die Wirkungsweise des Mechanismus
zur Regelung der mittleren Lage entspricht der obenslehcnd bei F i g. 1 beschriebenen Wirkungsweise.
Dadurch, daß die Stange 62 mehr oder weniger in die
Bohrung 61 eingeschraubt wird, kann die gewünschte mittlere Stellung des Kolbens 2 eingestellt werden.
Bei der Gaskältemaschine nach F i g. 5 sind für Einzelteile,
die denen aus Fig.4 entsprechen, dieselbe: Bezugszeichen
angegeben.
Die Stange 62 ist nun mit dem Kolben 2 fest verbunden,
während der Hilfszylinder 64 mittels einer Einstellschraube 70 in einer Büchse 71 in axialer Richtung einstellbar
ist. Auf diese Weise läßt sich auch hier die mittlere Stellung des Kolbens 2 einstellen, wobei zugleich
der Vorteil erhalten worden ist. daß die Einstellung im Betrieb von außen her erfolgen kann.
In F i g. 6 ist eine Gaskältemaschine mit einem Zylin-
bo der 80 dargestellt, in dem ein Kompressionskolben 81
vorhanden ist. der über eine Kolbenstange 82 mit einem Getriebe 83 im Getrieberaum 83a verbunden ist. Der
Kompressionskolbcn 81 ändert bei Bewegung das Volumen des Kompressionsraums 84. Der Komprcssions-
bi raum 84 ist über den Kühler 85, den Regenerator 86 und
den Gefrierer 87 mit einem Expansionsraum 88 verbunden. Der Expansionsraum 88 wird durch einen F.xpansionskolbcn
89 begrenzt, der mit dem anderen Ende
7
einen Pufferraum 90 begrenzt, in dem sich Arbeitsmedium
unter einem Druck befindet, der dem mittleren Arbeilsmcdiumdruck
im Expansionsrauni 88 entspricht.
Der Expansionskulbcn 89 ist mit einer Kolbenstange 9t
verbunden, die einen Hilfskolben 92 trägt, der bei Bewc- ■>
j
giing das Volumen des Raumes 93 innerhalb eines Hilfs-
/ylinclcrs 94 ändert. |
Im Hlfskolben 92 ist ein Kanal 95 vorgesehen und im
Hilfszylinder 94 eine öffnung 96.
In der dargestellten Situation ist der Pufferraum 90 id
über die öffnung 96 und den Kanal 95 mit dem Hilfszylindcrraum
93 in offener Verbindung. Die Wirkungsweise des durch den Hilfskolben 92 und den l· lilfs/.ylindcr 94
gebildeten Regclmeehanismus für die mittlere Stellung des Kolbens 89 entspricht der in F i g. 1 beschriebenen r>
Wirkungsweise.
Selbstverständlich kann auch der Kompressionskolben 81 als freier Kolben ausgebildet und mit einer Regelung
füi die miiileie Stellung vei seilen sein, wie beispielsweise
nach Fig. 1. Der Kurbelwellenraum 8.3.i kann gewünschtenfalls mit dem Pufferratim 90 ein Ganzes
bilden.
Bei dem Heißgasmotor nach F i g. 7 sind für die Kinzelteile
die Bezugs/eichen aus Fig. 3 verwendet worden. Der betreffende Heißgasmotor weicht nur darin
von dem nach F i g. 3 ab, daß der Hilfskolben 53 nun mit der Oberseite das Volumen des Hilfs/ylinderraumes 55
ändert. Das bedeutet, daß die Druckänderung P, im Hilfszylinderraum 55 nun mit der Druckänderung P\ im
Kompressionsraum 4 gleichphasig ist, was in F i g. 8 dar- jo
gestellt ist.
Verlagert sich die mittlere Stellung des Kolbens 2 nach oben, so passiert bei Abwärtsbewegung des Kolbens
2, der Kanal 56 die Öffnung 57 zu dem Zeitpunkt /4.
der später liegt als />, während bei der Aufwärtsbewe- r>
gung des Kolbens 2 der Kanal 56 die öffnung 57 zu dem
Zeitpunkt l·. passier!, der früher lieg! als der Zeitpunkt' j.
Das Resultat ist, daß zu den Zeitpunkten U und l·,. wenn
der Druck P: im Pufferraum Il größer ist als der Druck
Pi im Hilfszylinderraum 55, Arbeitsmedium aus dem 40 |
Pufferraum 11 über die Leitung 58, die Öffnung 57 und %
den Kanal 56 zum Hilfszylinderraum 55 strömt, so daß \
der Druckpegel im letztgenannten Raum steigt. Der ψ
Kolben 2 wird auf diese Weise wieder in die ursprüngliehe
mittlere Stellung zurückgetrieben.
Verlagert sich die mittlere Stellung des Kolbens 2 nach unten, so passiert bei der Aufwärtsbewegung des
Kolbens 2 der Kanal 56 die öffnung 57 zu einem gegenüber ii (Fig.8) späteren Zeitpunkt /h und bei der Abwärtsbewegung
des Kolbens 2 zu einem gegenüber f> früheren Zeitpunkt fr. Zu den Zeitpunkten tb und tj ist
der Druck Pi im Hilfszylinderraum 55 größer als der
Druck P2 im Pufferraum 11. Dann fließt Arbeitsmedium
vom Hilfszylinderraum 55 zum Pufferraum 11. Der Druckpegel im Hilfszylinderraum 55 sinkt, wodurch der
Kolben 2 wieder die höhere ursprüngliche mittlere Stellung einnimmt
Aus dem Obenstehenden geht hervor, daß die Regelung der mittleren Stellung sowohl, wenn die veränderlichen
Drücke im Arbeitsraum und im Hilfszylinderraum w) gleichphasig sind (F i g. 8), als auch, wenn die genannten
Drücke gegenphasig sind (Phasenunterschied 180°) (F i g. 2), funktioniert
Hierzu 7 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:
Heißgaskolbenmaschine— mit mindestens einem Arbeitsraum, der einen Kompressionsraum und einen Expansionsraum mit im Betrieb untereinander verschiedenen mittleren Temperaturen hat. die Ober Wärmeaustauscher, unier denen ein Regenerator ist. miteinander verbunden sind,— mit mindestens einem in einem Zylinder hin und her beweglichen freien Kolben, der mit der einen Oberfläche das Volumen des Arbeitsraumes ändert und mit der anderen Oberfläche einen Teil der Begrenzung eines Pufferraumes bildet, in dem sich ebenfalls Arbeitsmedium unter einem im Betrieb nahezu konstanten Druck befinde», der dem mittleren Arbeitsmediumdruck int Arbeitsraum entspricht.— mit einem Regelmechanismus zum Beibehalten einer bestimmten mittleren Stellung des freien Kolbens, der zwei Elemente enthält, von denen das eine mit dem freien Kolben verbunden und das andere ortsfest angeordnet ist und die als Hilfszylinder und als darin beweglicher Hilfskolben ausgebildet sind.— und mit mindestens einem Kanal im Hilfskolben, der mit einem Ende in die mit der Hilfszylinderwa'd zusammenarbeitende Hilfskolbenwand mündet und dort in einer bestimmten Stellung des Hilfskolben mit einem mit dem Pufferraum in Verbindung siehenden Kanal in der Hilfszylinderwand übereinstimmt.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL7702207A NL7702207A (nl) | 1977-03-02 | 1977-03-02 | Heetgaszuigermachine. |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2807004A1 DE2807004A1 (de) | 1978-09-07 |
DE2807004C2 true DE2807004C2 (de) | 1984-08-02 |
Family
ID=19828081
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2807004A Expired DE2807004C2 (de) | 1977-03-02 | 1978-02-18 | Heißgaskolbenmaschine |
Country Status (12)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4188791A (de) |
JP (1) | JPS5852151B2 (de) |
AT (1) | AT351872B (de) |
AU (1) | AU3362478A (de) |
BE (1) | BE864410A (de) |
DE (1) | DE2807004C2 (de) |
DK (1) | DK88578A (de) |
FR (1) | FR2382592A1 (de) |
GB (1) | GB1600812A (de) |
IT (1) | IT1093122B (de) |
NL (1) | NL7702207A (de) |
SE (1) | SE437406B (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102016115164A1 (de) | 2016-08-16 | 2018-02-22 | Werner Schilling | Heißgasantrieb |
Families Citing this family (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4397155A (en) * | 1980-06-25 | 1983-08-09 | National Research Development Corporation | Stirling cycle machines |
WO1982000320A1 (en) * | 1980-07-14 | 1982-02-04 | Mechanical Tech Inc | Hermetic resonant piston posted displacer type stirling engine compressor alternator |
US4446698A (en) * | 1981-03-18 | 1984-05-08 | New Process Industries, Inc. | Isothermalizer system |
GB2249620B (en) * | 1981-08-19 | 1992-08-19 | British Aerospace | Cryogenic system |
US4404802A (en) * | 1981-09-14 | 1983-09-20 | Sunpower, Inc. | Center-porting and bearing system for free-piston stirling engines |
US4475335A (en) * | 1982-02-12 | 1984-10-09 | National Research Development Corporation | Free piston heat engines |
JPH0631569B2 (ja) * | 1982-04-30 | 1994-04-27 | 三洋電機株式会社 | スタ−リング機関 |
DE3366067D1 (en) * | 1982-06-30 | 1986-10-16 | British Aerospace | Sequencing means for stirling cycle, ericsson cycle or the like apparatus |
JPS5943946A (ja) * | 1982-09-03 | 1984-03-12 | Sanyo Electric Co Ltd | スタ−リング機関 |
JPH0633729B2 (ja) * | 1983-03-14 | 1994-05-02 | 三洋電機株式会社 | スタ−リング機関 |
US4553398A (en) * | 1984-02-03 | 1985-11-19 | Helix Technology Corporation | Linear motor compressor with pressure stabilization ports for use in refrigeration systems |
EP0188742A3 (de) * | 1985-01-25 | 1988-08-03 | Bomin Solar GmbH & Co KG | Wärmekraftmaschine |
SE455114B (sv) * | 1985-04-22 | 1988-06-20 | Carlqvist Stig G Motor Consult | Anordning vid vermemotor som arbetar enligt stirling- eller ericssoncykeln |
JPH076702B2 (ja) * | 1987-09-04 | 1995-01-30 | 三菱電機株式会社 | ガスサイクル機関 |
KR920701648A (ko) * | 1989-10-19 | 1992-08-12 | 원본미기재 | 자전기식 공진 기관 |
GB9008522D0 (en) * | 1990-04-17 | 1990-06-13 | Energy For Suitable Dev Limite | Reciprocatory displacement machine |
US5653112A (en) * | 1994-08-03 | 1997-08-05 | Hughes Electronics | Cryocooler system with welded cold tip |
AT505764B1 (de) * | 2008-03-20 | 2009-04-15 | Vkr Holding As | Stirlingmaschine |
US9382873B2 (en) * | 2012-07-24 | 2016-07-05 | Alan Carl HOLSAPPLE | Stirling engine with regenerator internal to the displacer piston and integral geometry for heat transfer and fluid flow |
US10087883B2 (en) * | 2012-07-24 | 2018-10-02 | Alan Carl HOLSAPPLE | Stirling engine with regenerator internal to the displacer piston and integral geometry for heat transfer and fluid flow |
JP7197615B2 (ja) * | 2021-01-28 | 2022-12-27 | 株式会社ツインバード | スターリング機関 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1534734A (fr) * | 1966-04-14 | 1968-08-02 | Philips Nv | Dispositif pour convertir de l'énergie mécanique en énergie calorique ou inversement |
AU448915B2 (en) * | 1969-02-14 | 1974-05-15 | Braun Anton | Free piston engine |
US3828558A (en) * | 1973-04-12 | 1974-08-13 | Research Corp | Means and method for prevention of piston creep in free-piston reciprocating device |
ZA753251B (en) * | 1974-06-07 | 1976-04-28 | Research Corp | Power piston actuated displacer piston driving means for free-piston stirling cycle type engine |
GB1478209A (en) * | 1975-08-12 | 1977-06-29 | United Stirling Ab & Co | Hot gas engine power control system |
NL7514182A (nl) * | 1975-12-05 | 1977-06-07 | Philips Nv | Heetgaszuigermachine. |
-
1977
- 1977-03-02 NL NL7702207A patent/NL7702207A/xx not_active Application Discontinuation
-
1978
- 1978-02-18 DE DE2807004A patent/DE2807004C2/de not_active Expired
- 1978-02-24 IT IT20644/78A patent/IT1093122B/it active
- 1978-02-27 DK DK88578A patent/DK88578A/da unknown
- 1978-02-27 AT AT139578A patent/AT351872B/de not_active IP Right Cessation
- 1978-02-27 GB GB7679/78A patent/GB1600812A/en not_active Expired
- 1978-02-27 SE SE7802198A patent/SE437406B/sv not_active IP Right Cessation
- 1978-02-27 AU AU33624/78A patent/AU3362478A/en active Pending
- 1978-02-27 US US05/881,576 patent/US4188791A/en not_active Expired - Lifetime
- 1978-02-28 BE BE185554A patent/BE864410A/xx unknown
- 1978-02-28 FR FR7805676A patent/FR2382592A1/fr active Granted
- 1978-03-02 JP JP53022883A patent/JPS5852151B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102016115164A1 (de) | 2016-08-16 | 2018-02-22 | Werner Schilling | Heißgasantrieb |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU3362478A (en) | 1979-09-06 |
AT351872B (de) | 1979-08-27 |
ATA139578A (de) | 1979-01-15 |
DE2807004A1 (de) | 1978-09-07 |
FR2382592A1 (fr) | 1978-09-29 |
JPS53109243A (en) | 1978-09-22 |
GB1600812A (en) | 1981-10-21 |
SE437406B (sv) | 1985-02-25 |
US4188791A (en) | 1980-02-19 |
JPS5852151B2 (ja) | 1983-11-21 |
IT7820644A0 (it) | 1978-02-24 |
DK88578A (da) | 1978-09-03 |
SE7802198L (sv) | 1978-09-03 |
BE864410A (fr) | 1978-08-28 |
IT1093122B (it) | 1985-07-19 |
NL7702207A (nl) | 1978-09-05 |
FR2382592B1 (de) | 1983-03-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2807004C2 (de) | Heißgaskolbenmaschine | |
DE2653455C3 (de) | HeiBgas-Freikolbenmaschine mit geschlossenem Arbeitsmittelkreislauf | |
DE2051203C2 (de) | Gaskältemaschine | |
DE10219549A1 (de) | Freikolben-Verbrennungsvorrichtung mit elektrischem Lineartrieb | |
DE102006029532A1 (de) | Freikolbenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung | |
DE2352336A1 (de) | Elektrischer generator, insbesondere fuer verbrennungsmaschinen | |
DE3920931A1 (de) | Elektromagnetisch arbeitende stelleinrichtung | |
DE60108115T2 (de) | Brennkraftmaschine mit freiem kolben und ventilen in den kolben | |
DE1933159B2 (de) | Nach dem Stfrling-ProzeB arbeitende Kolbenmaschine | |
DE2516591B2 (de) | Gaskältemaschine | |
DE102007035914A1 (de) | Freikolbenvorrichtung und Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Freikolbenvorrichtung | |
WO2010043469A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines stirling-kreisprozesses | |
DE2820526C2 (de) | Heißgas-Hubkolbenmotor mit elektromagnetisch angetriebenem Verdränger | |
DE2235296C2 (de) | Wärmekraftmaschine für den Stirling-Prozess | |
DE10210735A1 (de) | Stirling-Maschine | |
DE2432508A1 (de) | Verfahren und maschine zur kaelteerzeugung | |
DE102004062440B4 (de) | Freikolbenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung | |
DE60018933T2 (de) | Auswendige brennkraftmaschine | |
DE1902447C2 (de) | Wärmekraftmaschine | |
DE68903774T2 (de) | Gaskaeltemaschine. | |
EP0796392B1 (de) | Vorrichtung mit einem antrieb und einer vom antrieb antreibbaren maschine | |
EP1451919B1 (de) | Linearer generator mit schwingendem kolben | |
DE102018117066A1 (de) | Verfahren zum Betreiben eines Freikolbenlineargenerators | |
EP3301287A1 (de) | Doppelwirkende freikolben-stirling-kreislaufmaschine mit lineargenerator | |
DE10209858B4 (de) | Elektromechanischer Energiewandler |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |