AT524890B1 - Heissfluidmaschine - Google Patents

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AT524890B1
AT524890B1 ATA66/2021A AT662021A AT524890B1 AT 524890 B1 AT524890 B1 AT 524890B1 AT 662021 A AT662021 A AT 662021A AT 524890 B1 AT524890 B1 AT 524890B1
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Hofbauer Fritz
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    • 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
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F02G1/044—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 having at least two working members, e.g. pistons, delivering power output
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K11/00—Plants characterised by the engines being structurally combined with boilers or condensers

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heissfluidmaschine bestehend aus zwei Verdrängerzylinderaggregaten (1,2) mit zwischengeschaltetem Expander (3) mit angekuppeltem Generator, gegenläufig zusammenwirkend. Die Expansionsseite wird erhitzt, die Kompressionsseite gekühlt. Auch die Rekuperatoren (18,19) der Verdrängerkolben (4,5) werden auf der Expansionsseite erhitzt und auf der Kompressionsseite gekühlt. Das Fluid wird in den Expansionsraum (12) des Zylinders eins (1) eingespritzt, verdampft, der Dampf strömt durch den Expander (3), den Regenerator (17) des Zylinders zwei (2) in dessen Kompressionsraum (15), kondensiert und das Fluid sammelt sich in der Fluidwanne (7). Die Verdrängerkolben (4,5) werden mittels Schwenkhebel (8) umgeschwenkt, Fluid wird in den Expansionsraum (13) des Zylinders zwei (2) eingespritzt, verdampft, der Dampf strömt durch den Expander (3) und den Regenerator (16) in den Kompressionsraum (14) des Zylinders eins (1), kondensiert und das Fluid sammelt sich in der Fluidwanne (6). Die Verdrängerkolben werden zurückgeschwenkt und der Vorgang wird wiederholt.

Description

Beschreibung
DIE ERFINDUNG BETRIFFT EINE HEISSFLUIDMASCHINE
[0001] Bisher bekannte Flachplatten-Heißluftmotoren, auch Flachplatten-Stirling genannt, konnten sich wegen der geringen Leistung nicht durchsetzen.
[0002] Hier setzt obige Erfindung an und es wird eine Maschine beschrieben die vor allem durch den Phasenübergang des Fluids eine wesentlich höhere Leistung erreicht.
[0003] Dazu wird vorgeschlagen, dass zwei Verdrängerzylinderaggregate (1,2) unter Zwischenschaltung eines Expanders (3) mit angekuppeltem Generator gegenläufig zusammenwirken. Zylinder- und Kolbenstirnseiten sind profiliert, dadurch wird die Wärmeübergangsfläche vergröBert und die Stabilität erhöht. Die Expansionsseite der Zylinderaggregate wird erhitzt, die Kompressionsseite wird gekühlt.
Weiters werden die Rekuperatoren (18,19) in den Verdrängerkolben (4,5) auf der Expansionsseite erhitzt und auf der Kompressionsseite gekühlt.
Das Fluid, zum Beispiel Ethanol, wird in den Expansionsraum eins (12) des Verdrängerzylinders eins (1) mittels Einspritzanlage (9) eingespritzt, verdampft, der Dampf strömt durch den Expander (3), zum Beispiel einen Scroll-Expander, im Verdrängerzylinder zwei (2) durch den Regenerator (17) in den Kompressionsraum (15), kondensiert und das Fluid sammelt sich in der Fluidwanne (7). Die Verdrängerkolben (4,5) werden mittels Schwenkhebel (8) umgeschwenkt, Fluid wird in den Expansionsraum (13) des Verdrängerzylinders zwei (2) eingespritzt, verdampft, der Dampf strömt durch den Expander (3), durch den Regenerator (16) des Verdrängerzylinders eins (1) in dessen Kompressionsraum (14), kondensiert und das Fluid sammelt sich in der Fluidwanne (6). Die Verdrängerkolben (4,5) werden zurückgeschwenkt und der Vorgang wird wiederholt.
Der Durchfluss durch den Expander (3) wird mittels Ventilen, zum Beispiel Flatterventilen, nur in eine Richtung ermöglicht. Die Leistung wird durch Aufladung mit nicht kondensierbaren Gasen weiter gesteigert.
Die Verdrängerkolben werden diskontinuierlich bewegt, zum Beispiel mittels Stellmotor. Trennfugen am Verdrängerzylinder und am Verdrängerkolben verhindern Wärmebrücken.
Die Regeneratoren in den Verdrängerkolben sind zur Erreichung einer Temperaturkaskade mehrschichtig aufgebaut.
Die Rekuperatoren in den Verdrängerkolben werden vom Arbeitsfluid, bedingt durch Flatterventile, nur in eine Richtung durchströmt.
Die Abdichtung zwischen Expansionsraum und Kompressionsraum erfolgt mittels Membrandichtung (10), bevorzugt einer Faltenmembran, welche zwischen Zylinderwand und Verdrängerkolben gespannt ist.
Die Wärmeträgerflüssigkeiten werden durch die hohlen Schwenkhebel (8) in die Verdrängerkolben zu und von diesen abgeführt. Der Erhitzer (11) kann mit einem Brenner ausgestattet oder durch Sonnenwärme oder Abwärme erhitzt werden.
Die Kühler für die Wärmeträgerflüssigkeit aus den kompressionsraumseitigen Rekuperatoren der Verdrängerkolben werden bevorzugt als Heizkörper, zum Beispiel zur Raumheizung, ausgeführt.

Claims (10)

Patentansprüche
1. Heißfluidmaschine, bestehend aus Verdrängerzylinder (1,2), Verdrängerkolben (4,5) mit integriertem Regenerator (16,17) und Rekuperatoren (18,19), Erhitzer (11), Kühler, Expander (3) mit Generator, Fluideinspritzanlage (9), Fluidwanne (6,7) und Membrandichtung (10), dadurch gekennzeichnet, dass jeder Verdrängerkolben (4,5) mittels mindestens zwei Schwenkhebel (8) bewegbar ist.
2. Heißfluidmaschine nach Anspruch eins, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängerkolbenflächen (4,5) profiliert sind.
3. Heißfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderstirnflächen (1,2) profiliert sind.
4. Heißfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Verdrängerkolben (4,5) ein mehrschichtiger Regenerator (16,17) integriert ist.
5. Heißfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Verdrängerkolben (4,5) mindestens ein Rekuperator (18,19) integriert ist.
6. Heißfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Zylinderwand und Verdrängerkolben (4,5) eine Membrandichtung (10) gespannt ist.
7. Heißfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrandichtung (10) als Faltenmembran ausgeführt ist.
8. Heißfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkhebel (8) hohl sind.
9. Heißfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einspritzung von Fluid erfolgt.
10. Heißfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsfluid die Rekuperatoren (18,19) nur in eine Richtung durchströmt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
ATA66/2021A 2021-03-26 2021-03-26 Heissfluidmaschine AT524890B1 (de)

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