DE931014C - Hot gas piston machine - Google Patents

Description

Heißgaskolbenmaschine Die Erfindung betrifft eine Neißgaskolbenmaschine, die mit mindestens zwei Räumen mit veränderlichem Volumen versehen ist, die mittels eines Erhitzers, Regenerators und Kühlers miteinander in Verbindung stehen und in denen ein Gas mit konstanter chemischer Zusammensetzung einen geschlossenen thermodynamischen Kreislauf ausführt, wobei der Regenerator einen Raum mit veränderlichem Volumen umgibt und der Wärmeaustauscher eine Anzahl parallel geschalteter Kanäle für das durch ihn strömende Medium aufweist und sowohl an den Regenerator als auch an den Raum mit veränderlichem Volumen anschließt und gleichfalls diesen Raum umgibt, während die Mittellinien der Kanäle in dem Wärmeaustauscher einen spitzen Winkel mit der Mittellinie des dem Wärmeaustauscher zugeordneten Raumes von veränderlichem Volumen einschließen und die Kanäle nach diesem Raum zu gerichtet sind.Hot gas piston machine The invention relates to a hot gas piston machine, which is provided with at least two rooms of variable volume, which by means of a heater, regenerator and cooler are in communication with each other and in which a gas with constant chemical composition has a closed thermodynamic Cycle executes, with the regenerator providing a space of variable volume surrounds and the heat exchanger has a number of channels connected in parallel for the having medium flowing through it and to both the regenerator and the Room with variable volume connects and also surrounds this room while the center lines of the channels in the heat exchanger make an acute angle with the Center line of the space of variable volume assigned to the heat exchanger and the channels are directed towards this space.

Die Heißgaskolbenmaschine kann hierbei -als Heißgasmotor, Kühlmaschine oder Wärmepumpe ausgebildet werden. Das Ziel der Erfindung ist eine Bauart, in welcher in dem Wärmeaustauscher das Volumen für das Arbeitsmedium so klein wie möglich ist, was insbesondere bei der Kühlmaschine wichtig ist. Gemäß der Erfindung münden die Kanäle in diesem Raum mit veränderlichem Volumen aus, und die Wände, welche diese Kanäle untereinander begrenzen, erstrecken sich bis an die innere Begrenzungswand des Raumes. Bei dieser Bauart schließen sich die zum Wärmeaustausch dienenden Teile der Kanäle ohne oder nahezu ohne schädlichen Raum an den zugeordneten Raum mit veränderlichem Volumen an.The hot gas piston machine can be used as a hot gas motor, cooling machine or heat pump. The aim of the invention is a type in which in the heat exchanger the volume for the working medium is as small as possible, which is particularly important for the refrigeration machine. According to the invention open the Channels in this room of variable volume, and the walls which these Bounding channels among each other, extend to the inner boundary wall of the room. With this design, the parts used for heat exchange close of the canals without or almost without harmful space to the assigned Room with variable volume.

Es ist bisweilen aus thermodynamischen Erwär gungen erwünscht, einem Wärmeaustauscher, insbesondere dem Wärmeaustauscher einer Kaltgaskühlmaschine, eine kleinere Durchströmungsoberfläche zu geben als dem Regenerator, so daß, wenn der Regenerator und dieser Wärmeaustauscher den gleichen lichten Durchmesser aufweisen, die radiale Dicke des Wärmeaustauschers kleiner als die des Regenerators ist. Infolgedessen ist der Anschluß des Wärmeaustauschers an den Regenerator etwas jäh, was einen ungünstigen Einfluß auf die Wirkung des sich anschließenden Teiles des Regenerators ausübt. Dieser Nachteil kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung behoben oder doch in wesentlichem Maße verringert werden, wenn eine jede der Mittellinien der Kanäle die auf der Seite dieser Kanäle liegende Endfläche des Regenerators an einer Stelle schneidet, die nahezu gleichen Abstand von den Seitenwänden des Regenerators hat.It is sometimes desirable for thermodynamic reasons, one Heat exchanger, in particular the heat exchanger of a cold gas cooling machine, a to give smaller flow surface than the regenerator, so that when the The regenerator and this heat exchanger have the same clear diameter, the radial thickness of the heat exchanger is smaller than that of the regenerator. Consequently the connection of the heat exchanger to the regenerator is a bit abrupt, which is an inconvenient Influence on the effect of the subsequent part of the regenerator. This disadvantage can be remedied according to a development of the invention or at least in can be substantially reduced if any of the center lines of the channels the end face of the regenerator on the side of these channels at one point cuts, which has almost the same distance from the side walls of the regenerator.

Gemäß einer baulich einfachen Weiterbildung der Erfindung besteht der Wärmeaustauscher aus zwei gleichachsigen Wänden, wobei die Innenseite der Innenwand einen Teil des Raumes von veränderlichem Volumen begrenzt und in wenigstens einer dieser Wände die Kanäle ausgespart sind, wobei diese Kanäle in die Begrenzungsfläche zwischen beiden Wänden münden. Zweckmäßig verläuft die Begrenzungsfläche kegelförmig.According to a structurally simple development of the invention, there is the heat exchanger consists of two equiaxed walls, the inside being the inner wall part of the space of variable volume bounded and in at least one these walls, the channels are recessed, these channels in the boundary surface open between the two walls. The boundary surface expediently runs conically.

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung an einem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel einer Heißgaskolbenmaschine nach der Erfindung und eines erfindungsgemäß ausgebildeten Wärmeaustauschers näher erläutert. In Fig. i ist die als Kaltgaskühlmaschine ausgebildete Heißgaskolbenmaschine und in Fig. 2 und 3 ist der Wärmeaustauscher in größerem Maßstabe dargestellt.The invention is shown schematically on the basis of the drawing Embodiment of a hot gas piston machine according to the invention and one according to the invention trained heat exchanger explained in more detail. In Fig. I it is used as a cold gas cooling machine trained hot gas piston machine and in Fig. 2 and 3 is the heat exchanger shown on a larger scale.

Die Kaltgaskühlmaschine der Fig. z ist nach der Verdrängungsart ausgebildet und mit einem Zylinder i versehen, in dem ein Verdränger 2 und ein Kolben 3 mit konstanter Phasendifferenz vor- und rückwärts beweglich sind. Der Verdränger 2 ist mittels des Triebgestänges 4 mit einer Kurbel der Kurbelwelle 5 gekuppelt, während der Kolben 3 mittels der Pleuelstangen 6 und 7 mit Kurbeln derselben Kurbelwelle gekuppelt ist.The cold gas cooling machine of FIG. Z is designed according to the displacement type and provided with a cylinder i, in which a displacer 2 and a piston 3 with constant phase difference are movable forwards and backwards. The displacer 2 is coupled by means of the drive linkage 4 with a crank of the crankshaft 5, while the piston 3 by means of the connecting rods 6 and 7 with cranks of the same crankshaft is coupled.

Der Raum 8 über dem Verdränger 2 ist der kalte Verdrängerraum, und dieser steht über den Wärmeaustauscher 9, den Regenerator io urid den Kühler i i mit dem gekühlten Raum 12 zwischen dem Verdränger 2 und dem Kolben 3 in Verbindung. Die Kühlmaschine wird mittels des Elektromotors 13 angetrieben. In dem kalten Verdrängerraum und in dem Wärmeaustauscher ergibt sich infolgedessen eine niedrige Temperatur von z. B. - igo° C, wodurch sich die im Innern der Hülle 14 enthaltene Luft kondensiert und in dem Ringkanal 15 abgefangen wird. Die kondensierte Luft wird über die Leitung 16 abgeleitet und die zu kondensierende Luft durch die Öffnung 17 zugeführt. Der Kühler wird mittels eines Kühlmittels gekühlt, das über die Leitung 18 dem Kühler zugeführt wird und ihn über die Leitung i9 verläßt. Die Anschlagfläche des Kolbens 3 wird mittels eines Wassermantels 2o gekühlt. Das Wasser wird über die Leitung 21 zugeführt und über die Leitung 22 abgeleitet.The space 8 above the displacer 2 is the cold displacement space, and this stands over the heat exchanger 9, the regenerator io urid the cooler i i with the cooled space 12 between the displacer 2 and the piston 3 in connection. The cooling machine is driven by means of the electric motor 13. In the cold displacement room and in the heat exchanger there is consequently a low temperature of z. B. - igo ° C, whereby the air contained inside the envelope 14 condenses and is intercepted in the annular channel 15. The condensed air is over the pipe 16 and the air to be condensed is fed through the opening 17. Of the The cooler is cooled by means of a coolant which is supplied to the cooler via line 18 is supplied and leaves it via line i9. The stop face of the piston 3 is cooled by means of a water jacket 2o. The water is over the pipe 21 and discharged via line 22.

Der Wärmeaustauscher 9 ist in der beschriebenen Weise ausgebildet und wird an Hand der in größerem Maßstabe gezeichneten Fig. 2 und 3 näher beschrieben.The heat exchanger 9 is designed in the manner described and is described in more detail with reference to FIGS. 2 and 3, which are drawn to a larger scale.

Fig. 2 ist ein längs der Linie II-II der Fig. 3 geführter Schnitt, während Fig. 3 ein gemäß der Linie III-III der Fig. 2 geführter Schnitt ist.Fig. 2 is a section taken along the line II-II of Fig. 3, while FIG. 3 is a section along the line III-III of FIG.

Diese Figuren zeigen nur einen Raum von veränderlichem Volumen und die ihm zugeordneten Wärmeaustauscher, wobei der Einfachheit halber der Verdränger fortgelassen ist. Auch bei dieser Bauart steht der Raum von veränderlichem Volumen 8, z. B. der kalte Verdrängerraum, über den Wärmeaustauscher 9 und den Regenerator io mit einem nicht dargestellten Kühler und gekühlten Raum in Verbindung. Der Wärmeaustauscher 9 ist von einer Wand 23 umgeben, die auf ihrer Innenseite 24 kegelförmig gestaltet ist. In dieser Wand sind die Kanäle 25 für den Wärmeaustauscher ausgespart, die in die Innenseite 24 münden. An der Außenseite dieser Wand sind Rippen 26 vorgesehen, an denen sich das zu kühlende Mittel kondensiert. Innerhalb der Wand 23 ist eine zweite Wand 27 vorgesehen, die eine kegelförmig verlaufende Außenseite sowie eine zylindrische Innenseite 28 besitzt. Die Mittellinie 29 eines jeden nach dem Raum 8 zu gerichteten Kanals 25 schließt einen spitzen Winkel mit der Mittellinie 3o des Raumes 8 ein, und sie trifft die sich an die Kanäle 25 anschließende Endfläche 31 des Regenerators io an einer Stelle, die im wesentlichen in gleicher Entfernung von den Regeneratorwänden 32 und 33 liegt. Die Abstände 34 und 35 sind einander somit etwa gleich.These figures show only a space of variable volume and the heat exchanger assigned to it, with the displacer for the sake of simplicity is omitted. With this type of construction, too, the space has a variable volume 8, e.g. B. the cold displacement chamber, via the heat exchanger 9 and the regenerator io with a cooler, not shown, and cooled space in connection. The heat exchanger 9 is surrounded by a wall 23 which is conical on its inside 24 is. In this wall, the channels 25 are recessed for the heat exchanger, the open into the inside 24. Ribs 26 are provided on the outside of this wall, on which the agent to be cooled condenses. Inside the wall 23 is one second wall 27 is provided, which has a conical outer side and a cylindrical inside 28 has. The center line 29 of each according to the space 8 to directed channel 25 closes an acute angle with the center line 3o of the space 8, and it meets the end face adjoining the channels 25 31 of the regenerator io at a point substantially the same distance from the regenerator walls 32 and 33. The distances 34 and 35 are mutually exclusive thus about the same.

Des weiteren sind bei dieser Ausführungsform die Wand 23 und die in ihr enthaltenen Kanäle 25 derart ausgebildet, daß sich die Enden 36 dieser Kanäle ohne schädlichen Raum an den Raum mit veränderlichem Volumen 8 anschließen.Furthermore, in this embodiment, the wall 23 and the in it contains channels 25 formed such that the ends 36 of these channels connect to the variable volume room 8 without damaging space.

Auch können die Kanäle 25 in der Innenwand 27 ausgespart sein, in welchem Falle die Außenwand 23 an ihrer Innenseite eine glatte Oberfläche aufweist. Obgleich die vorstehend beschriebene Bauart bei einer Verdrängermaschine angewendet ist, kann sie jedoch auch bei anderen Arten von Maschinen, z. B. bei den sogenannten doppelt wirkenden Maschinen, Verwendung finden.The channels 25 can also be recessed in the inner wall 27, in FIG in which case the outer wall 23 has a smooth surface on its inside. Although the type described above is applied to a positive displacement machine however, it can also be used in other types of machines, e.g. B. in the so-called double-acting machines, find use.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: i. Heißgaskolbenmaschine, die mit mindestens zwei Räumen mit veränderlichem Volumen versehen ist, die mittels eines Erhitzers, Regenerators und Kühlers miteinander in Verbindung stehen und in denen ein Gas mit konstanter chemischer Zusammensetzung einen geschlossenen thermodynamischen Kreislauf ausführt, wobei der Regenerator einen Raum mit veränderlichem Volumen umgibt und der Wärmeaustauscher eine Anzahl parallel geschalteter Kanäle für das durch ihn strömende Medium aufweist, und sowohl an den Regenerator als auch an den Raum mit veränderlichem Volumen anschließt und gleichfalls diesen Raum umgibt, während die Mittellinien der Kanäle in dem Wärmeaustauscher einen spitzen Winkel mit der Mittellinie des dem Wärmeaustauscher zugeordneten Raumes von veränderlichem Volumen einschließen und die Kanäle nach diesem Raum zu gerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kanäle (25) in diesen Raum (ä) von veränderlichem Volumen ausmünden, und daß die Wände, welche diese Kanäle untereinander begrenzen, sich bis an die innere Begrenzungswand des Raumes erstrecken. PATENT CLAIMS: i. Hot gas piston machine provided with at least two rooms of variable volume which are in communication with one another by means of a heater, regenerator and cooler and in which a gas of constant chemical composition carries out a closed thermodynamic cycle, the regenerator surrounding a room of variable volume and the heat exchanger has a number of parallel channels for the medium flowing through it, and connects both to the regenerator and to the space with variable volume and also surrounds this space, while the center lines of the channels in the heat exchanger make an acute angle with the center line of the enclose the heat exchanger associated space of variable volume and the channels are directed towards this space, characterized in that these channels (25) open into this space (ä) of variable volume, and that the walls which these channels among each other b e limit, extend to the inner wall of the room. 2. Heißgaskolbenmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine jede der Mittellinien der Kanäle (25) die auf der Seite dieser Kanäle liegende Endfläche (3i) des Regenerators (io) an einer Stelle schneidet, die nahezu gleichen Abstand von den Seitenwänden (32, 33) des Regenerators hat. 2. hot gas piston machine according to claim i, characterized in that each of the center lines of the channels (25) on the Side of these channels lying end face (3i) of the regenerator (io) at one point intersects the almost equal distance from the side walls (32, 33) of the regenerator Has. 3. Heißgaskolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (9) aus zwei gleichachsigen Wänden besteht, wobei die Innenseite der Innenwand einen Teil des Raumes (ä) von veränderlichem Volumen begrenzt und in wenigstens einer dieser Wände die Kanäle ausgespart sind, wobei diese Kanäle in die Begrenzungsfläche zwischen beiden Wänden münden.3. Hot gas piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that that the heat exchanger (9) consists of two coaxial walls, the inside the inner wall delimits a part of the room (ä) of variable volume and the channels are recessed in at least one of these walls, these channels open into the boundary between the two walls.