BE1018375A3

BE1018375A3 - IMPROVED DEVICE FOR CONVERSING THERMAL IN MECHANICAL ENERGY.

Info

Publication number: BE1018375A3
Application number: BE2008/0586A
Authority: BE
Original assignee: Smet Erick Johan
Priority date: 2008-10-30
Filing date: 2008-10-30
Publication date: 2010-09-07

Abstract

Verbeterde inrichting voor de omzetting van thermische in mechanische energie waarvan de werking is gebaseerd op het principe van een stichting motor, welke inrichting hoofdzakelijk wordt gevormd door een zuigermachine met een hol machinelichaam waarin een werkzuiger met drijfstang en een verdringer met verdringerstang heen en weer beweegbaar zijn aangebracht, elk in een gedeelte van het machinelichaam, respectievelijk het werkzuigergedeelte en het verdringergedeelte, waarbij een werkgas onder invloed van de verdringer heen en weer stroomt tussen een koude en warme verdringerkamer , daardoor gekenmerkt dat er een rechtstreekse verbinding is tussen de warme verdringerkamer en het werkzuigergedeelte.Improved device for the conversion of thermal to mechanical energy, the operation of which is based on the principle of a foundation motor, which device is mainly formed by a piston machine with a hollow machine body in which a working piston with connecting rod and a displacer with displacing rod are movable to and fro arranged each in a part of the machine body, respectively the working piston part and the displacing part, wherein a working gas flows back and forth between a cold and hot displacing chamber under the influence of the displacer, characterized in that there is a direct connection between the warm displacing chamber and the working piston section.

Description

Verbeterde inrichting voor de omzetting van thermische in mechanische energie.Improved device for the conversion of thermal into mechanical energy.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een verbeterde inrichting voor de omzetting van thermische in mechanische energie.The present invention relates to an improved device for the conversion of thermal into mechanical energy.

Meer bepaald heeft de uitvinding betrekking op zulke inrichting waarvan de werking is gebaseerd op het principe van een Stirling motor en nog meer specifiek, zonder evenwel de uitvinding hiertoe te beperken, op het principe van een Stirling motor van het zogenaamde gamma (γ) type.More specifically, the invention relates to such a device whose operation is based on the principle of a Stirling engine and even more specifically, without, however, limiting the invention thereto, to the principle of a Stirling engine of the so-called gamma (γ) type.

Er zijn reeds zulke inrichtingen bekend volgens de stand van de techniek, welke inrichtingen hoofdzakelijk bestaan uit een zuigermachine met een hol machinelichaam waarin een werkzuiger met drijfstang en een verdringer met verdringer stang heen en weer beweegbaar zijn aangebracht elk in een gedeelte van het machinelichaam, respectievelijk het werkzuigergedeelte en het verdringergedeelte.Such devices are already known from the prior art, which devices mainly consist of a piston machine with a hollow machine body in which a working piston with connecting rod and a displacer with displacing rod are movably arranged back and forth, each in a part of the machine body, respectively the working piston section and the displacement section.

Hierbij zijn de werkzuiger en de verdringer bij zulke inrichtingen gebaseerd op de Stirling motor voorzien van afdichtingen zodanig dat de holte in het machinelichaam gasdicht is afgesloten, welke holte een vaste hoeveelheid werkgas bevat tijdens de werking van de motor.The working piston and the displacer in such devices based on the Stirling engine are herein provided with seals such that the cavity in the machine body is sealed in a gas-tight manner, which cavity contains a fixed amount of working gas during the operation of the engine.

Er wordt in zulke motor dus geen inwendige verbranding van een brandstof toegepast zoals bij de bekende dieselen benzinemotoren.Thus, no internal combustion of a fuel is used in such an engine as in the known diesel engines.

Men spreekt dan ook vaak van een externe verbrandingsmotor, al hoeft er strikt genomen geen verbranding te worden toegepast bij een Stirling motor, aangezien elke warmtebron kan worden toegepast, zoals bijvoorbeeld zonne-energie, nucleaire energie, geothermisch energie, biologische energie en zo meer.It is often referred to as an external combustion engine, although strictly speaking no combustion needs to be used with a Stirling engine, since any heat source can be used, such as solar energy, nuclear energy, geothermal energy, biological energy and so on.

De werkzuiger zelf is gewoonlijk via een werkzuigerafdichting in het machinelichaam afgedicht zodanig dat deze slechts aan één zijde, hierna de gasdrukzijde genoemd, is blootgesteld aan de werkgasdruk in de holte.The working piston itself is usually sealed in the machine body via a working piston seal such that it is only exposed to the working gas pressure in the cavity on one side, hereinafter referred to as the gas pressure side.

Hierdoor resulteert een wisselende werkgasdruk in de holte in een wisselend drukverschil over de werkzuiger en aldus in een wisselende kracht op de werkzuiger en op de drijfstang.As a result, an alternating working gas pressure in the cavity results in an alternating pressure difference over the working piston and thus in an alternating force on the working piston and on the connecting rod.

Zulke wisselende werkgasdruk kan worden bekomen ten gevolge van een temperatuurwisseling waarbij het werkgas cyclisch een compressie en expansie ondergaat.Such alternating working gas pressure can be achieved as a result of a temperature change at which the working gas cyclically undergoes compression and expansion.

De werkzuiger is het onderdeel van de Stirling motor dat de eigenlijke arbeid levert, waarbij de voornoemde wisselende kracht kan resulteren in een heen en weer gaande beweging van de werkzuiger en drijfstang, indien tenminste de weerstand aan de drijfstang kan worden overwonnen.The working piston is the part of the Stirling engine that provides the actual work, whereby the aforementioned varying force can result in a reciprocating movement of the working piston and connecting rod, if at least the resistance to the connecting rod can be overcome.

Via een excentriek wordt gewoonlijk, zoals bekend is, de heen en weer gaande beweging omgezet in een rotatie, bijvoorbeeld voor het aandrijven van een krukas of dergelijke.Via an eccentric, the reciprocating movement is usually converted, as is known, into a rotation, for example for driving a crankshaft or the like.

De verdringer is tevens via een verdringerstang en een excentriek verbonden met de voornoemde aangedreven as.The displacer is also connected to the aforementioned driven shaft via a displacer rod and an eccentric.

De verdringer levert echter geen bijdrage aan het werkvermogen, doch dient enkel, zoals de naam doet vermoeden, om het werkgas in de holte van het machinelichaam te verdringen of verplaatsen van de ene plaats naar de andere.The displacer, however, does not contribute to the working capacity, but merely serves, as the name suggests, to displace or move the working gas in the cavity of the machine body from one location to another.

Hierbij is de verdringer beweegbaar tussen een warm verdringergedeelte op een hogere temperatuur, waar warmte door het machinelichaam aan het werkgas wordt afgegeven, en een koud verdringergedeelte op een met het warm verdringergedeelte vergeleken lagere temperatuur, waar het werkgas warmte aan het machinelichaam afgeeft.Here, the displacer is movable between a hot displacer section at a higher temperature, where heat is delivered from the machine body to the working gas, and a cold displacer section at a lower temperature compared to the hot displacer section, where the working gas releases heat to the machine body.

In de praktijk is hiertoe het verdringergedeelte aan één zijde van de verdringer, hierna de warme verdringerzijde genoemd, voorzien van verwarmingsmiddelen en aan de andere zijde van de verdringer, hierna de koude verdringerzijde genoemd, van koelmiddelen.For this purpose, the displacer section is provided on one side of the displacer, hereinafter referred to as the hot displacer side, with heating means and on the other side of the displacer, hereinafter referred to as the cold displacer side, with cooling means.

De verwarmingsmiddelen en koelmiddelen kunnen bijvoorbeeld een verwarmingselement respectievelijk een koelelement zijn in de vorm van een warmtewisselaar of dergelijke.The heating means and cooling means can for instance be a heating element or a cooling element in the form of a heat exchanger or the like.

Tijdens de werking van de inrichting stroomt het werkgas onder de invloed van de beweging van de verdringer heen en weer tussen een kamer, hierna de warme verdringerkamer genoemd, welke warme verdringerkamer wordt gevormd door de ruimte tussen de wand van het verdringergedeelte aan de verwarmingsmiddelen en de warme verdringerzijde, en een kamer, hierna de koude verdringerkamer genoemd, welke koude verdringerkamer wordt gevormd door de ruimte tussen de wand van het verdringergedeelte aan de koelmiddelen en de koude verdringerzi j de.During the operation of the device, the working gas flows back and forth under the influence of the displacement movement between a chamber, hereinafter referred to as the hot displacement chamber, which hot displacement chamber is formed by the space between the wall of the displacement section on the heating means and the hot displacer side, and a chamber, hereinafter referred to as the cold displacement chamber, which cold displacement chamber is formed by the space between the wall of the displacement section on the cooling means and the cold displacement side.

Het is duidelijk dat deze verdringerkamers geen vast volume innemen, maar tijdens de cyclische beweging van de verdringer cyclisch in volume toenemen en afnemen.It is clear that these displacement chambers do not occupy a fixed volume, but increase and decrease cyclically in volume during the cyclic movement of the displacer.

Voorts dient opgemerkt te worden dat de termen koud en warm in deze octrooitekst enkel worden gebruikt om de gedachten te vestigen en geenszins betekenen dat in absolute zin het betrokken onderdeel koud of warm is.Furthermore, it should be noted that the terms cold and warm in this patent text are only used to establish the thoughts and in no way mean that the part in question is cold or hot in an absolute sense.

Met koud of warm wordt in deze octrooitekst enkel bedoeld dat de onderdelen bij normale werking in relatie tot elkaar relatief koud of warm zijn.In this patent text cold or hot is only meant that the parts are relatively cold or warm in normal operation in relation to each other.

De werking van een Stirling motor is gebaseerd op het principe dat de druk in een gesloten ruimte gevuld met gas stijgt bij stijgende temperatuur of bij afname van het volume van de ruimte, en omgekeerd dat de druk daalt bij dalende temperatuur en bij toename van het volume ingenomen door de ruimte.The operation of a Stirling engine is based on the principle that the pressure in a closed space filled with gas rises with increasing temperature or with a decrease in the volume of the space, and conversely that the pressure decreases with decreasing temperature and with increasing volume occupied by space.

Wanneer de verdringer zodanig is gepositioneerd dat het volume van de warme verdringerkamer het grootst is, dan zal het gas voornamelijk opwarmen met een drukverhoging achter de werkzuiger tot gevolg, wat de werkzuiger doet verplaatsen.When the displacer is positioned such that the volume of the hot displacement chamber is the largest, the gas will mainly heat up with a pressure increase behind the working piston as a result, which causes the working piston to move.

Tijdens deze verplaatsing van de werkzuiger wordt de verdringer evenwel ook verplaatst, waarbij in het begin het volume van de warme verdringerkamer nog steeds vergroot tot een zeker maximum is bereikt, waarna een gedeelte van het werkgas door de verdringer terug naar de koude verdringerkamer wordt verdrongen.-During this displacement of the working piston, however, the displacer is also displaced, the volume of the hot displacement chamber initially being increased to a certain maximum, after which a part of the working gas is displaced by the displacer back to the cold displacement chamber. -

Vanaf dat moment wordt de koeling ingezet en zal, door een tegengestelde beweging van de werkzuiger, het werkgas geleidelijk aan terug worden gecomprimeerd. Aangezien het werkgas tijdens deze compressie wordt gekoeld is de energie nodig om de werkzuiger terug te brengen naar zijn oorspronkelijke stand bij maximale compressie kleiner dan deze die werd vrijgegeven tijdens de expansie, zodat een netto energiewinst optreedt.From that moment on, the cooling is started and, due to the opposite movement of the working piston, the working gas will gradually be compressed back. Since the working gas is cooled during this compression, the energy is required to return the working piston to its original position at maximum compression less than that released during expansion, so that a net energy gain occurs.

Aldus wordt een heen en weer gaande beweging van de werkzuiger verkregen, waarbij de werkzuiger mechanische arbeid kan leveren aan bijvoorbeeld een as.A reciprocating movement of the working piston is thus obtained, wherein the working piston can supply mechanical work to, for example, a shaft.

Om de motor vlot door zijn dode punt te laten gaan wordt doorgaans een vliegwiel op de aangedreven as toegepast, zodat het traagheidsmoment daarvan de beweging in stand houdt.In order to allow the motor to pass smoothly through its dead center, a flywheel is usually applied to the driven shaft, so that its moment of inertia maintains the movement.

Het is gebruikelijk dat de werkzuiger en de verdringer, al dan niet afzonderlijk, zijn aangebracht in een werkzuigercilinder respectievelijk verdringercilinder, maar andere vormen zijn niet uitgesloten.It is usual for the working piston and the displacer, whether or not separately, to be arranged in a working piston cylinder or displacer cylinder, but other forms are not excluded.

Wanneer de verdringer en de werkzuiger in een zelfde cilinder zijn voorzien, spreekt men van een Stirling motor van het bèta (ß) type.When the displacer and the working piston are provided in the same cylinder, a Stirling engine of the beta (ß) type is used.

Wanneer de verdringer en de werkzuiger in twee afzonderlijke cilinders zijn aangebracht, spreekt men van een Stirling motor van het gamma (γ) type.When the displacer and the working piston are arranged in two separate cylinders, this is referred to as a Stirling engine of the gamma (γ) type.

Er bestaan ook nog zogenaamde Stirling motoren van het alfa (a) type, waarbij er twee zuigers zijn voorzien die elk arbeid leveren, wat, zoals vermeld, niet het geval is bij Stirling-motoren voorzien van een verdringer.There are also so-called Stirling engines of the alpha (a) type, in which two pistons are provided that each provide work, which, as stated, is not the case with Stirling engines equipped with a displacer.

Om het af geleverde vermogen op te drijven, wordt het werkgas in een Stirling motor doorgaans onder een zekere druk aangebracht.In order to increase the power output, the working gas in a Stirling engine is usually applied under a certain pressure.

Een voordeel van de bekende Stirling motoren is dat ze, zoals reeds vermeld, kunnen aangedreven worden door gelijk welke warmtebron, waardoor ze erg geschikt zijn om emissieproblemen, zoals bekend van de interne verbrandingsmotoren, in te perken.An advantage of the known Stirling engines is that, as already stated, they can be driven by any heat source, making them very suitable for limiting emission problems, such as those known from the internal combustion engines.

Bovendien werken ze vrijwel geruisloos en vergen ze geen inlaat van lucht en geen uitlaat van verbrandingsgassen met als bijkomend voordeel dat er geen kleppen en dergelijke meer nodig zijn, waardoor ze relatief eenvoudig van constructie zijn.Moreover, they operate virtually silently and require no intake of air and no exhaust of combustion gases with the additional advantage that valves and the like are no longer required, so that they are relatively simple in construction.

Een nadeel van de bekende Stirling motoren is echter dat ze relatief groot zijn in verhouding tot het geleverde vermogen of anders gezegd dat het specifiek vermogen laag is, vooral wanneer gewerkt wordt met kleinere temperatuurverschillen.A drawback of the known Stirling engines, however, is that they are relatively large in relation to the power supplied or, in other words, that the specific power is low, especially when working with smaller temperature differences.

Een reden hiervoor is dat de warmteoverdracht aan de voornoemde warme en koude gedeelten van het machinelichaam, bijvoorbeeld met behulp van warmtewisselaars, gebaseerd is op convectie waarbij de maximaal mogelijk warmtestroom wordt beperkt door de warmteoverdrachtscoëfficiënt bij gasvormige convectie.One reason for this is that the heat transfer to the aforementioned hot and cold parts of the machine body, for example with the aid of heat exchangers, is based on convection whereby the maximum possible heat flow is limited by the heat transfer coefficient with gaseous convection.

Het is dan ook een doelstelling van de huidige uitvinding een verbeterde Stirling motor te bekomen welk een hoger werkvermogen heeft voor een zelfde slagvolume van de werkzuiger.It is therefore an object of the present invention to obtain an improved Stirling engine which has a higher operating power for the same stroke volume of the working piston.

De huidige uitvinding heeft tot doel aan één of meerdere van de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden.The present invention has for its object to offer a solution to one or more of the aforementioned and other disadvantages.

Hiertoe betreft de huidige uitvinding een verbeterde inrichting voor de omzetting van thermische in mechanische energie waarvan de werking is gebaseerd op het gekende principe van een Stirling motor, zoals hierboven beschreven of zoals is samengevat in het niet kenmerkend gedeelte van conclusie 1, waarbij er bovendien overeenkomstig de uitvinding een rechtstreekse verbinding is tussen de warme verdringerkamer en het werkzuigergedeelte.To this end, the present invention relates to an improved device for the conversion of thermal to mechanical energy, the operation of which is based on the known principle of a Stirling engine, as described above or as summarized in the non-characteristic part of claim 1, wherein, in addition, the invention is a direct connection between the hot displacement chamber and the working piston section.

Een voordeel van zulke inrichting volgens de uitvinding is dat een grotere energie-efficiëntie wordt verkregen dan bij de bekende inrichtingen.An advantage of such a device according to the invention is that a higher energy efficiency is obtained than with the known devices.

Het is immers zo dat het totale volume, ingenomen door het werkgas in het verdringergedeelte, onderveranderlijk is, wat ook de stand van de verdringer is.After all, the total volume occupied by the working gas in the displacer section is unchangeable, whatever the position of the displacer.

Met andere woorden bepaalt de stand van de werkzuiger in het werkzuigergedeel te het totale volume door het gas ingenomen en dus of het werkgas aan het expanderen dan wel comprimeren is.In other words, the position of the working piston in the working piston part determines the total volume occupied by the gas and thus whether the working gas is expanding or compressing.

Bij de bekende γ-Stirling motoren is het werkzuigergedeelte steeds in verbinding met de koude verdringerkamer en wordt dit werkzuigergedeelte bovendien gekoeld.With the known γ-Stirling engines, the working piston section is always connected to the cold displacement chamber and this working piston section is moreover cooled.

Zoals reeds uiteengezet, is de drijvende kracht achter de beweging van de werkzuiger tijdens de expansie te wijten aan het feit dat het grootste gedeelte van het werkgas in het verdringergedeelte zich in de warme verdringerkmaer bevindt.As already explained, the driving force behind the movement of the working piston during expansion is due to the fact that the majority of the working gas in the displacement section is located in the hot displacement chamber.

Bij de bekende inrichtingen wordt een gedeelte van deze drijvende kracht echter tegengewerkt, aangezien het expanderende gas in het werkzuigergedeelte wordt gekoeld.In the known devices, however, a part of this driving force is counteracted, since the expanding gas in the working piston section is cooled.

Doordat bij een inrichting volgens de uitvinding de warme verdingerkamer rechtstreeks in verbinding staat met de werkzuiger, zal tijdens de expansie van het werkgas in de werkzuiger veel minder energie verloren gaan door een voornoemde koeling.Because in a device according to the invention the hot replacement chamber is directly connected to the working piston, much less energy will be lost during the expansion of the working gas in the working piston due to the aforementioned cooling.

Bij een inrichting volgens de uitvinding wordt het werkzuigergedeelte dan ook liefst niet gekoeld, in tegenstelling tot wat het geval is bij de bestaande inrichtingen, althans niet met de bedoeling het werkgas te koelen.In a device according to the invention, the working piston part is therefore preferably not cooled, in contrast to what is the case with the existing devices, at least not with the intention of cooling the working gas.

Een koeling van bepaalde gedeelten van het werkzuigergedeelte kan echter nog steeds noodzakelijk zijn, bijvoorbeeld ter bescherming van de werkzuigerafdichting.However, cooling of certain sections of the working piston section may still be necessary, for example to protect the working piston seal.

Volgens een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een inrichting overeenkomstig de uitvinding, is het werkzuigergedeelte van het machinelichaam tevens voorzien van verwarmingsmiddelen voor het opwarmen van het werkgas.According to a preferred embodiment of a device according to the invention, the working piston part of the machine body is also provided with heating means for heating the working gas.

Een voordeel van zulke verbeterde inrichting overeenkomstig de uitvinding is dat de verwarmingsmiddelen in het voornoemde werkzuigergedeelte toelaten de omzetting van thermische energie naar mechanische energie nog te versterken, aangezien dit werkzuigergedeelte nu eveneens bijdraagt aan het energetische mechanisme dat achter de Stirling motor steekt.An advantage of such an improved device according to the invention is that the heating means in the aforementioned working piston section allow to further enhance the conversion of thermal energy into mechanical energy, since this working piston section now also contributes to the energetic mechanism behind the Stirling engine.

De verwarmingsmiddelen in het werkzuigergedeelte leveren immers tevens hun bijdrage tijdens het expanderen van het werkgas.After all, the heating means in the working piston section also make their contribution during the working gas expansion.

Bij de gekende Stirling motoren wordt er in het werkzuigergedeelte van het machinelichaam steeds gekoeld, waardoor de mogelijkheden niet ten volle zijn benut.With the known Stirling engines, cooling is always carried out in the working piston section of the machine body, so that the options are not fully utilized.

Met een verbeterde inrichting overeenkomstig de uitvinding kan dan ook een hoger werkvermogen worden bekomen voor een zelfde slagvolumevan de werkzuiger.With an improved device according to the invention, a higher working power can therefore be obtained for the same stroke volume of the working piston.

Volgens een mogelijke uitvoeringsvorm van een verbeterde inrichting overeenkomstig de uitvinding is het werkzuigergedeelte van het machinelichaam voorzien van t koelmiddelen.According to a possible embodiment of an improved device according to the invention, the working piston part of the machine body is provided with cooling means.

Hierbij zijn de koelmiddelen en de verwarmingsmiddelen in het werkzuigergedeelte liefst zodanig ten opzichte van elkaar gepositioneerd dat bij een expansie van het werkgas een kracht op de werkzuiger wordt uitgeoefend die gericht is van de verwarmingsmiddelen van het werkzuigergedeelte naar de koelmiddelen van het werkzuigergedeelte.Here, the cooling means and the heating means in the working piston section are preferably positioned relative to each other in such a way that upon expansion of the working gas a force is exerted on the working piston which is directed from the heating means of the working piston section to the cooling means of the working piston section.

Met deze uitvoeringsvorm wordt bekomen dat door middel van de koelmiddelen in het werkzuigergedeelte de werkzuigerafdichting voldoende gekoeld blijft, terwijl de verwarmingsmiddelen bijdragen aan het opwarmen van het werkgas voor de expansie ervan.With this embodiment it is achieved that the working piston seal remains sufficiently cooled by means of the cooling means in the working piston section, while the heating means contribute to heating up the working gas for its expansion.

Volgens een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een verbeterde inrichting overeenkomstig de uitvinding wordt tussen de wand van het werkzuigergedeelte aan de verwarmingsmiddelen en de gasdrukzijde van de werkzuiger een kamer gevormd, hierna de warme werkzuigerkamer genoemd.According to a preferred embodiment of an improved device according to the invention, a chamber is formed between the wall of the working piston section on the heating means and the gas pressure side of the working piston, hereinafter referred to as the hot working piston chamber.

Deze warme werkzuigkamer is volgens de uitvinding in rechtstreekse verbinding met de warme verdringerkamer, zodanig dat beide voornoemde warme kamers samen één warme kamer vormen.According to the invention, this hot working suction chamber is in direct connection with the hot displacement chamber, such that the two aforementioned hot chambers together form one hot chamber.

Een voordeel van deze uitvoeringsvorm van een verbeterde inrichting overeenkomstig de uitvinding is dat door de rechtstreekse verbinding tussen de warme werkzuigerkamer en de warme verdringerkamer de in de voornoemde stand gewenste gelijktijdige opwarming van het werkgas wordt verkregen, waarbij de maximaal overdraagbare warmte wordt verhoogd.An advantage of this embodiment of an improved device according to the invention is that through the direct connection between the hot working piston chamber and the hot displacing chamber, the simultaneous heating of the working gas desired in the aforementioned position is achieved, whereby the maximum transferable heat is increased.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, is hierna als voorbeeld zonder enig beperkend karakter een mogelijke uitvoeringsvorm van een verbeterde inrichting overeenkomstig de uitvinding beschreven, met verwijzing naar de bijgaande figuren, waarin: figuur 1 schematisch de opbouw van een gekende inrichting in de vorm van een gamma type Stirling motor illustreert; figuur 2 een zijaanzicht van het onderste gedeelte weergeeft aangeduid met de pijl F2 in figuur 1; figuren 3 tot 6 schematisch de werking van een eerste uitvoeringsvorm van een verbeterde inrichting volgens de uitvinding illustreren respectievelijk volgens opeenvolgende standen van de werkzuiger en de verdringer; figuren 7 en 8 een zogenaamd pv-diagram weergeven voor respectievelijk een kleine en een grote slagvolume van de werkzuiger, waarbij de druk van het werkgas is uitgezet tegenover het volume ingenomen door het werkgas; en, figuren 9 tot 12 analoog aan de figuren 3 tot 6 schematisch de opeenvolgende standen bij een andere uitvoeringsvorm van een verbeterde inrichting volgens de uitvinding weergeven.With the insight to better demonstrate the features of the invention, a possible embodiment of an improved device according to the invention is described below as an example without any limiting character, with reference to the accompanying figures, in which: figure 1 shows schematically the construction of a known device in the form of a gamma type Stirling engine; figure 2 represents a side view of the lower part indicated by the arrow F2 in figure 1; Figures 3 to 6 schematically illustrate the operation of a first embodiment of an improved device according to the invention, respectively according to successive positions of the working piston and the displacer; figures 7 and 8 show a so-called pv-diagram for a small and a large stroke volume of the working piston, wherein the pressure of the working gas is plotted against the volume occupied by the working gas; and, figures 9 to 12, analogously to figures 3 to 6, schematically show the successive positions in another embodiment of an improved device according to the invention.

De in figuur 1 schematisch weergegeven Stirling motor 1 is een Stirling motor van een gekend type, meer bepaald een Stirling motor 1 van het zogenaamde gamma (γ) type.The Stirling engine 1 schematically shown in Figure 1 is a Stirling engine of a known type, more particularly a Stirling engine 1 of the so-called gamma (γ) type.

Zulke gekende Stirling motor 1 is een zuigermachine met een hol machinelichaam 2 waarin een werkzuiger 3 scharnierend verbonden met een drijfstang 4 en een verdringer 5 scharnierend verbonden met een verdringer stang 6 heen en weer beweegbaar zijn aangebracht, elk in een gedeelte van het machinelichaam 2, respectievelijk het werkzuigergedeelte 7 en het verdringergedeelte 8.Such a known Stirling engine 1 is a piston machine with a hollow machine body 2 in which a working piston 3 is hingedly connected to a connecting rod 4 and a displacer 5 is hingedly connected to a displacer rod 6, each in a part of the machine body 2, the working piston section 7 and the displacement section 8, respectively.

Zoals gebruikelijk is, zijn het werkzuigergedeelte 7 en het verdringergedeelte 8 uitgevoerd als cilinders, respectievelijk de werkzuigerci linder 7 en de verdringercilinder 8 waarin respectievelijk de werkzuiger 3 en de verdringer 5 beweegbaar zijn.As usual, the working piston section 7 and the displacing section 8 are designed as cylinders, respectively the working piston cylinder 7 and the displacing cylinder 8 in which the working piston 3 and the displacing member 5 are movable, respectively.

In het getoonde voorbeeld wordt het hol machinelichaam 2 dan ook voornamelijk gevormd door de werkzuigercilinder 7 en de verdringercilinder 8, waarbij de beide cilinders 7 en 8 met elkaar zijn verbonden door middel van een verbindingskanaal 9.In the example shown, the hollow machine body 2 is therefore mainly formed by the working piston cylinder 7 and the displacing cylinder 8, the two cylinders 7 and 8 being connected to each other by means of a connecting channel 9.

Voorts zijn de werkzuiger 3 en de verdringer 5 respectievelijk voorzien zijn van afdichtingen 10 en 11, zodanig dat de holte 12 in het machinelichaam 2 gasdicht is afgesloten van de atmosfeer.Furthermore, the working piston 3 and the displacer 5 are provided with seals 10 and 11, respectively, such that the cavity 12 in the machine body 2 is sealed off from the atmosphere in a gas-tight manner.

In deze gasdicht afgesloten holte 12 is een hoeveelheid werkgas voorzien die tijdens de werking van de motor 1 onveranderlijk dezelfde blijft.In this gas-tight closed cavity 12 an amount of working gas is provided which remains invariably the same during the operation of the motor 1.

De werkzuigerafdichting 10 dicht de werkzuiger 3 zelf af in het machinelichaam 2, zodanig dat de werkzuiger 3 slechts aan één zijde 13, de gasdrukzijde, is blootgesteld aan de werkgasdruk in de holte 12.The working piston seal 10 seals the working piston 3 itself in the machine body 2, such that the working piston 3 is only exposed to the working gas pressure in the cavity 12 on one side 13, the gas pressure side.

Deze werkzuiger 3 is het onderdeel van de motor 1 dat onder de invloed van de druk in het werkgas de eigenlijke mechanische arbeid van de machine 1 oplevert.This working piston 3 is the part of the engine 1 that produces the actual mechanical work of the machine 1 under the influence of the pressure in the working gas.

De verdringer 5 daarentegen levert geen arbeid op en verplaatst enkel het werkgas in de holte 12.The displacer 5, on the other hand, does not produce any work and merely displaces the working gas in the cavity 12.

Hiertoe bestaat de verdringer 5 uit een volumineus verdringerlichaam 14 dat de doorsnede van de verdringercilinder 8 min of meer vult.For this purpose, the displacer 5 consists of a bulky displacer body 14 which more or less fills the cross-section of the displacer cylinder 8.

Dit verdringerlichaam 14 is vast verbonden met een smalle stang 15 die de eigenlijke verbinding met de verdringerstang 6 vormt.This displacement body 14 is fixedly connected to a narrow rod 15 which forms the actual connection with the displacement rod 6.

Hierbij is de voornoemde afdichting 10 aangebracht rond de smalle stang 15 teneinde de verdringer 5 in het machinelichaam 2 af te dichten.The aforementioned seal 10 is herein arranged around the narrow rod 15 in order to seal the displacer 5 in the machine body 2.

Voorts heeft het verdringerlichaam 14 een diameter D die ietwat kleiner is dan de inwendige diameter D' van de verdringercilinder 8, zodat tijdens de beweging van de verdringer 5 in de verdringercilinder 8 het werkgas tussen de wand 16 van de verdringercilinder 8 en het verdringerlichaam 14 kan stromen.Furthermore, the displacer body 14 has a diameter D which is slightly smaller than the internal diameter D 'of the displacer cylinder 8, so that during the movement of the displacer 5 in the displacer cylinder 8 the working gas between the wall 16 of the displacer cylinder 8 and the displacer body 14 can flow.

Dit verklaart meteen waarom de verdringer 5 geen arbeid kan leveren, aangezien de verdringer 5, op een verwaarloosbaar klein gedeelte na, volledig is omringd door een zelfde werkgasdruk.This immediately explains why the displacer 5 cannot provide work, since the displacer 5, except for a negligibly small part, is completely surrounded by the same working gas pressure.

Voor het aandrijven van de Stirling motor 1 is, zoals bekend, de verdringercilinder 8 aan één uiteinde 17, hierna het warm cilinderuiteinde 17 genoemd, voorzien van een extern verwarmingselement 18 en aan het andere uiteinde 19, dat hierna het koude cilinderuiteinde 19 zal worden genoemd, van een extern koelelement 20.For driving the Stirling engine 1, as is known, the displacement cylinder 8 is provided at one end 17, hereinafter referred to as the hot cylinder end 17, with an external heating element 18 and at the other end 19, which will hereinafter be referred to as the cold cylinder end 19 , from an external cooling element 20.

Het verwarmingselement 18 kan bijvoorbeeld simpelweg een warmtewisselaar zijn die warmte opneemt van een externe warmtebron, zij het afkomstig van verbranding, zij het warmte verkregen via gelijk welk procédé, en deze warmte doorheen het machinelichaam 2 aan het werkgas afgeeft.The heating element 18 may, for example, simply be a heat exchanger that absorbs heat from an external heat source, be it from combustion, albeit heat obtained by any process, and releases this heat through the machine body 2 to the working gas.

Op analoge wijze kan het koelelement 20 eveneens een warmtewisselaar zijn die warmte vanuit het werkgas doorheen het machinelichaam 2 opneemt en het afstaat bijvoorbeeld aan een koude luchtstroom of koud watercircuit of dergelijke.In an analogous manner, the cooling element 20 can also be a heat exchanger that absorbs heat from the working gas through the machine body 2 and transfers it to, for example, a cold air stream or cold water circuit or the like.

Meer algemeen geformuleerd, kan gesteld worden dat de verdringer 5 beweegbaar is tussen een warm verdringergedeelte 21 van het machinelichaam 2 op een hogere temperatuur, waar warmte door het machinelichaam 2 aan het werkgas wordt af gegeven, en een koud verdringergedeelte 22 van het machinelichaam 2 op een met het warm verdringergedeelte 21 vergeleken lagere temperatuur, waar het werkgas warmte aan het machinelichaam 2 afgeeft.More generally formulated, it can be said that the displacer 5 is movable between a hot displacer portion 21 of the machine body 2 at a higher temperature, where heat is delivered by the machine body 2 to the working gas, and a cold displacer portion 22 of the machine body 2 on a lower temperature compared to the hot displacement section 21, where the working gas supplies heat to the machine body 2.

Het is duidelijk dat tijdens een beweging van de verdringer 5 het werkgas heen en weer stroomt tussen een kamer 23, hierna de koude verdringerkamer 23 genoemd, welke koude verdringerkamer 23 wordt gevormd door de wand 16 van het machinelichaam 2 en de zijde 24 van het verdringerlichaam 14 dat gericht is naar het koude verdringergedeelte 22 van het machinelichaam 2, en een kamer 25, hierna de warme verdringerkamer 25 genoemd, welke warme verdringerkamer 25 wordt gevormd door de wand 16 van het machinelichaam 2 en de zijde 26 van het verdringerlichaam 14 dat gericht is naar het warme verdringergedeelte 21.It is clear that during a movement of the displacer 5 the working gas flows back and forth between a chamber 23, hereinafter referred to as the cold displacement chamber 23, which cold displacement chamber 23 is formed by the wall 16 of the machine body 2 and the side 24 of the displacer body 14 that faces the cold displacer portion 22 of the machine body 2, and a chamber 25, hereinafter referred to as the hot displacer chamber 25, which hot displacer chamber 25 is formed by the wall 16 of the machine body 2 and the side 26 of the displacer body 14 that faces is to the hot displacement section 21.

Gedurende de heen en weer gaande beweging van de verdringer verandert het volume van de voornoemde koude verdringerkamer 23 en de warme verdringerkamer 25 voortdurend.During the reciprocating movement of the displacer, the volume of the aforementioned cold displacement chamber 23 and the warm displacement chamber 25 is constantly changing.

Uiteraard is het de bedoeling van de motor 1 mechanische arbeid te leveren, bijvoorbeeld voor het aandrijven van een as 27.It is of course the intention of the motor 1 to provide mechanical work, for example for driving a shaft 27.

Zoals gebruikelijk is, zijn hiervoor in het getoonde voorbeeld de drijfstang 4 en de verdringerstang 6 gekoppeld met de aan te drijven as 27 respectievelijk via excentrieken 28 en 29 ter vorming van een kruk-drijfstang mechanisme 30, waarbij de heen een weergaande beweging van de werkzuiger 3 in een roterende beweging van de as 27 wordt omgezet.As usual, the connecting rod 4 and the displacing rod 6 for this purpose are coupled to the shaft 27 to be driven respectively via eccentrics 28 and 29 to form a crank-driving rod mechanism 30, the reciprocating movement of the working piston 3 is converted into a rotating movement of the shaft 27.

Zoals is weergegeven in het zijaanzicht van figuur 2, zijn de excentrieken 28 en 29 volgens de draaizin van de as 27 gezien, een bepaald aantal graden ten opzichte van elkaar verschoven, waardoor de stand van de werkzuiger 3 en de verdringer 5 in hun cilinders tijdens het ronddraaien van de as 27 steeds zodanig is dat een juiste wisselwerking tussen de werkzuiger 3 en verdringer 5 wordt bekomen voor de goede werking van de motor 1.As shown in the side view of Figure 2, the eccentrics 28 and 29, viewed in the direction of rotation of the shaft 27, are shifted a certain number of degrees relative to each other, whereby the position of the working piston 3 and the displacer 5 in their cylinders during the rotation of the shaft 27 is always such that a correct interaction between the working piston 3 and displacer 5 is achieved for the proper functioning of the motor 1.

Zoals reeds vermeld, is de werking van een Stirling motor 1 gebaseerd op het principe dat de druk in een gasvolume stijgt bij verhitting of dat het gas neigt te expanderen bij verhitting, terwijl net het omgekeerde gebeurt bij koeling van het gas.As already mentioned, the operation of a Stirling engine 1 is based on the principle that the pressure in a gas volume rises on heating or that the gas tends to expand on heating, whereas the opposite happens on cooling the gas.

Wanneer, zoals in figuur 1, het verdringerlichaam 14 in de verdringercilinder 8 is gepositioneerd naar het warme cilinderuiteinde 17, dan is het volume van de koude verdringerkamer 23 het grootst en zal het gas voornamelijk koelen.When, as in Figure 1, the displacer body 14 is positioned in the displacement cylinder 8 toward the hot cylinder end 17, the volume of the cold displacement chamber 23 is the largest and the gas will mainly cool.

Door de traagheid van de as 27, welke traagheid eventueel wordt vergroot met behulp van een vliegwiel of dergelijke, zal de werkzuiger door de koppeling van de excentriek (28) aan de as (27) en de drijfstang (4), gedurende de periode dat de werkzuiger zich verplaatst in de richting waardoor de werkzuigerkamer (45) verkleint, het werkgas dus comprimeren.Due to the inertia of the shaft 27, which inertia is possibly increased with the aid of a flywheel or the like, the working piston will, through the coupling of the eccentric (28) to the shaft (27) and the connecting rod (4), during the period that the working piston moves in the direction whereby the working piston chamber (45) reduces, thus compressing the working gas.

Tijdens deze verplaatsing van de werkzuiger 3 wordt de verdringer 5 evenwel ook verplaatst, waarbij het volume van de koude verdringerkamer 23 verkleint en een gedeelte van het werkgas langsheen de wand 16 naar de warme verdringerkamer 25 wordt verdrongen.During this displacement of the working piston 3, however, the displacer 5 is also displaced, whereby the volume of the cold displacement chamber 23 is reduced and a part of the working gas is displaced along the wall 16 to the warm displacement chamber 25.

Vanaf dat moment wordt de verwarming van het werkgas ingezet en zal geleidelijk aan de werkgasdruk stijgen, wat resulteert in een hogere kracht op de werkzuiger (3). Door de koppeling van de werkzuiger (3) aan de excentriek (28) zal de werkzuigerkamer (45) vergroten, waardoor het werkgas zal expanderen, tot dat deze een maximaal volume bereikt heeft.From that moment the heating of the working gas is started and the working gas pressure will gradually rise, resulting in a higher force on the working piston (3). By coupling the working piston (3) to the eccentric (28), the working piston chamber (45) will increase, as a result of which the working gas will expand until it has reached a maximum volume.

Aldus wordt een heen en weer gaande beweging van de werkzuiger 3 bekomen, waarbij de werkzuiger 3 mechanische arbeid kan leveren aan de as 27.A reciprocating movement of the working piston 3 is thus obtained, wherein the working piston 3 can provide mechanical work to the shaft 27.

Aangezien de Stirling motor 1 een inrichting is waarin thermische energie wordt omgezet in mechanische energie, waarbij het werkgas, zoals uiteengezet, als werkend omzettingsmedium wordt gebruikt, is de snelheid waarmee warmte aan het werkgas kan worden afgegeven en van het werkgas kan worden afgevoerd bepalend voor het maximale mechanische vermogen dat de motor 1 kan afleveren.Since the Stirling engine 1 is a device in which thermal energy is converted into mechanical energy, whereby the working gas is used as the working conversion medium, as explained above, the speed at which heat can be delivered to the working gas and discharged from the working gas is decisive for the maximum mechanical power that the motor 1 can deliver.

De overdracht van de warmte gebeurt hier door middel van convectie en is o.a. afhankelijk van de convectieoverdrachtscoëfficiënt, de grootte van het contactoppervlak en het temperatuursverschil tussen het werkgas en de warmtewisselaars 18 en 20, van de hoeveelheid gas in de holte 12 vastgelegd via de initiële werkgasdruk, evenals van het soort gas dat wordt gebruikt.The heat transfer takes place here by means of convection and is dependent, among other things, on the convection transfer coefficient, the size of the contact surface and the temperature difference between the working gas and the heat exchangers 18 and 20, on the amount of gas in the cavity 12 determined via the initial working gas pressure , as well as the type of gas used.

Zulke warmteoverdracht via convectie is tamelijk inefficiënt met als gevolg dat, om een redelijk vermogen te bekomen, er snel vrij grote inrichtingen 1 dienen te worden gebruikt, zeker in vergelijking tot wat gebruikelijk is bij de inwendige verbrandingsmotoren.Such heat transfer via convection is rather inefficient with the result that, in order to achieve a reasonable power, rather large devices 1 must be used quickly, certainly in comparison with what is customary with the internal combustion engines.

Ook het opdrijven van het vermogen door grotere temperatuursverschillen te gebruiken, kent zijn limieten, aangezien het gebruikte materiaal aan deze temperaturen moet kunnen weerstaan.Boosting the power by using larger temperature differences also has its limits, since the material used must be able to withstand these temperatures.

Bij de gekende inrichtingen 1 is het voorts steeds zo dat het werkzuigergedeelte 7 rechtstreeks verbonden is met de koude verdringerkamer 23, wat in het getoonde voorbeeld is verwezenlijkt door middel van het verbindingskanaal 9.In the known devices 1 it is furthermore always the case that the working piston part 7 is directly connected to the cold displacement chamber 23, which in the shown example is realized by means of the connecting channel 9.

Bovendien wordt bij de gekende inrichtingen 1 ook het werkzuigergedeelte 7 steeds gekoeld met behulp van koelmiddelen 20.Moreover, with the known devices 1, the working piston part 7 is also always cooled with the aid of cooling means 20.

Het is duidelijk dat bij zulke bekende inrichtingen 1 het werkgas tijdens de expansie een sterke geforceerde koeling ondergaat, waardoor de efficiëntie van de inrichting 1 sterk negatief wordt beïnvloed.It is clear that with such known devices 1 the working gas undergoes a strong forced cooling during the expansion, as a result of which the efficiency of the device 1 is strongly adversely affected.

Volgens de uitvinding is het echter mogelijk een hoger vermogen te realiseren dan bij de bekende inrichtingen 1 het geval is, zonder de dimensies van de inrichting te moeten vergroten en zonder tot hogere temperaturen en drukken te moeten overgaan.According to the invention, however, it is possible to realize a higher power than is the case with the known devices 1, without having to increase the dimensions of the device and without having to proceed to higher temperatures and pressures.

Een eerste uitvoeringsvorm van zulke inrichting 31 overeenkomstig de uitvinding is weergegeven in de figuren 3 tot en met 6.A first embodiment of such a device 31 according to the invention is shown in figures 3 to 6.

In de getoonde uitvoeringsvorm bestaat het hol machinelichaam 2 tevens voornamelijk uit een werkzuigercilinder 7 en een verdringercilinder 8, waarin respectievelijk de werkzuiger 3 en de verdringer 5 heen en weer beweegbaar zijn aangebracht, waarbij de werkzuigercilinder 7 en de verdringercilinder 8 met elkaar zijn verbonden via een rechtstreekse verbinding 9 verwezenlijkt door middel van een kanaal of pijp 9.In the embodiment shown, the hollow machine body 2 also mainly consists of a working piston cylinder 7 and a displacing cylinder 8, in which respectively the working piston 3 and the displacing cylinder 5 are movably arranged to and fro, the working piston cylinder 7 and the displacing cylinder 8 being connected to each other via a direct connection 9 realized by means of a channel or pipe 9.

Het grote verschil met de gekende uitvoeringsvormen van een gamma Stirling motor 1, is dat bij een verbeterde inrichting 31 overeenkomstig de uitvinding, het kanaal of de pijp 9 het werkzuigergedeelte 7 in rechtstreekse verbinding stelt met de warme verdringerkamer 25 van het verdringergedeelte 8.The major difference with the known embodiments of a gamma Stirling engine 1 is that in an improved device 31 according to the invention, the channel or pipe 9 puts the working piston section 7 in direct connection with the hot displacement chamber 25 of the displacement section 8.

Bovendien zijn er bij voorkeur geen koelmiddelen 20 voorzien aan het werkzuigergedeelte 7, althans niet voor het koelen van het werkgas in dit gedeelte 7.Moreover, preferably no cooling means 20 are provided on the working piston section 7, at least not for cooling the working gas in this section 7.

Op deze wijze wordt bekomen dat het werkgas tijdens de expansie niet geforceerd wordt gekoeld, doch eventueel hoogstens gedeeltelijk wat warmte verliest aan de wand van het werkzuigergedeelte 7, wat bijdraagt aan de efficiëntie van de inrichting 31.In this way it is achieved that the working gas is not forced during expansion, but optionally at most partially loses some heat on the wall of the working piston section 7, which contributes to the efficiency of the device 31.

Door simpelweg het werkgas niet te koelen aan het werkzuigergedeelte 7 bekomt men dus reeds een positief effect.By simply not cooling the working gas at the working piston section 7, a positive effect is thus already obtained.

Zoals ook het geval is in de getoonde figuren 3 tot 6, zijn zowel de verdringercilinder 7, als de werkzuigercilinder 8 elk aan hun ene uiteinde, meer bepaald het uiteinde 32 respectievelijk het uiteinde 17, liefst zelfs voorzien van een verwarmingsmiddelen in de vorm van verwarmingselement 18 of een warmtewisselaar die warmte aan het werkgas afgeeft.As is also the case in the figures 3 to 6 shown, both the displacement cylinder 7 and the working piston cylinder 8 are each provided at their one end, in particular the end 32 and the end 17, preferably even with heating means in the form of heating element 18 or a heat exchanger that releases heat to the working gas.

Deze uiteinden 17 en 32 zullen hierna de warme cilinderuiteinden 17 en 32 van de cilinders 7 en 8 worden genoemd.These ends 17 and 32 will hereinafter be referred to as the hot cylinder ends 17 and 32 of the cylinders 7 and 8.

Door tevens verwarmingsmiddelen 18 aan het werkzuigergedeelte 7 te voorzien, zal het werkgas tijdens de expansie tevens warmte opnemen in dit gedeelte 7, wat de efficiëntie van de inrichting 31 nogmaals vergroot.By also providing heating means 18 on the working piston part 7, the working gas will also absorb heat in this part 7 during the expansion, which again increases the efficiency of the device 31.

Verder is in de getoonde uitvoeringsvorm de verdringercilinder 8 overeenkomstig de uitvinding tevens aan zijn andere uiteinde, meer bepaald het uiteinde 19, voorzien van koelmiddelen in de vorm van een koelelement 20 of een warmtewisselaar die warmte van het werkgas opneemt.Furthermore, in the embodiment shown, the displacement cylinder 8 according to the invention is also provided at its other end, in particular the end 19, with cooling means in the form of a cooling element 20 or a heat exchanger that absorbs heat from the working gas.

Dit uiteinde zal hierna het koude cilinderuiteinde 19 van de cilinder 8 worden genoemd.This end will hereinafter be referred to as the cold cylinder end 19 of the cylinder 8.

Bij voorkeur zijn bij een inrichting 31 volgens de uitvinding aan de werkzuigercilinder 7 geen koelmiddelen 20 voor opname van warmte vanuit het werkgas voorzien.Preferably, in a device 31 according to the invention, no cooling means 20 are provided on the working piston cylinder 7 for absorbing heat from the working gas.

Het is echter volgens de uitvinding niet uitgesloten de werkzuigercilinder 7 toch met koelmiddelen 33 uit te rusten, doch zulke koelmiddelen 33 moeten zo min mogelijk warmte uit het werkgas kunnen opnemen.However, it is not excluded according to the invention to equip the working piston cylinder 7 with cooling means 33, but such cooling means 33 must be able to absorb as little heat as possible from the working gas.

Bijvoorbeeld zou de werkzuigercilinder 7 toch van bepaalde koelmiddelen 33 kunnen worden voorzien, welke koelmiddelen 33 slechts tot doelstelling hebben de werkzuigerafdichting 10 te beschermen tegen te hoge temperaturen, bijvoorbeeld koelmiddelen 33 die zijn aangebracht in de nabijheid 34 van de werkzuigerafdichting 10.For example, the working piston cylinder 7 could nevertheless be provided with certain cooling means 33, the purpose of which cooling means 33 are only to protect the working piston seal 10 against too high temperatures, for example cooling means 33 arranged in the vicinity 34 of the working piston seal 10.

Meer dan waarschijnlijk zal hierbij in praktijk ook een beetje warmte vanuit het werkgas worden opgenomen.More than likely, a bit of heat will be absorbed from the working gas in practice.

Het is echter duidelijk dat zulke koeling 33 van de werkzuigerafdichting 10 van een gans andere orde is dan een koeling 20 die speciaal bedoeld is voor het opnemen van warmte uit het werkgas, zoals gebruikelijk is bij de bekende inrichtingen 1.However, it is clear that such cooling 33 of the working piston seal 10 is of an entirely different order than a cooling 20 which is specifically intended for taking heat from the working gas, as is customary with the known devices 1.

Meer algemeen kan gesteld worden dat, zoals reeds werd vermeld, bij een bekende inrichting 1 voor het omzetten van thermische energie in mechanische energie de verdringer 14 beweegbaar is tussen een warm verdringergedeelte 21 en een koud verdringergedeelte 22 van het machinelichaam 2.More generally, it can be stated that, as already mentioned, in a known device 1 for converting thermal energy into mechanical energy, the displacer 14 is movable between a hot displacer portion 21 and a cold displacer portion 22 of the machine body 2.

Bij een inrichting 31 overeenkomstig de uitvinding, zoals weergegeven in de figuren 3 tot 6, is bijkomend de werkzuiger 3 heen en weer beweegbaar in een hoofdzakelijk warm werkzuigergedeelte 35 van het machinelichaam 2 op een relatief hogere temperatuur, waar bij voorkeur warmte door het machinelichaam 2 aan het werkgas wordt afgegeven.In an apparatus 31 according to the invention, as shown in Figs. 3 to 6, the working piston 3 is also movable to and fro in a substantially hot working piston part 35 of the machine body 2 at a relatively higher temperature, where preferably heat is produced by the machine body 2. is released to the working gas.

Bijvoorbeeld kan in het werkzuigergedeelte 7 warmte worden afgestaan aan het werkgas met behulp van een verwarmingselement 18.For example, in the working piston section 7, heat can be released to the working gas with the aid of a heating element 18.

Anderzijds is het niet uitgesloten dat een beperkt warmteverlies vanuit het werkgas naar het werkzuigergedeelte 7 optreedt, bijvoorbeeld omdat het werkzuigergedeelte 7 niet voorzien is van zulke verwarmingsmiddelen 18, of omdat er een voornoemd koelelement 33 is voorzien ter bescherming van de werkzuigerafdichting 10.On the other hand, it is not excluded that a limited heat loss from the working gas to the working piston part 7 occurs, for example because the working piston part 7 is not provided with such heating means 18, or because a aforementioned cooling element 33 is provided to protect the working piston seal 10.

Zelfs in dit laatste geval zal toch nog een aanzienlijke rendementsverbetering optreden ten opzichte van de bekende inrichtingen, te meer omdat volgens de uitvinding de warme verdringerkamer 25 rechtstreeks in contact is met het werkzuigergedeelte 7.Even in the latter case, a considerable efficiency improvement will still occur with respect to the known devices, all the more so because, according to the invention, the hot displacement chamber 25 is in direct contact with the working piston section 7.

Bij een inrichting 31 volgens de uitvinding is het echter uitgesloten in het werkzuigergedeelte 7 warmte aan het werkgas te onttrekken met daartoe speciaal aangebrachte koelmiddelen 20, zoals wel het geval is bij de bekende inrichtingen 1.With a device 31 according to the invention, however, it is impossible to extract heat from the working gas in the working piston section 7 with cooling means 20 specially provided for this purpose, as is the case with the known devices 1.

In het getoonde voorbeeld van de figuren 3 tot en met 6 vormt de verbinding 9 een rechtstreekse verbinding tussen het warme verdringergedeelte 21 aan het warme cilinderuiteinde 17 van de verdringercilinder 8 en het warme werkzuigergedeelte 35 aan het warme cilin<äeruiteinde 32 van de werkzuigcilinder 7, waarbij het werkgas rechtstreeks van het warme verdringergedeelte 21 naar het warme werkzuigergedeelte 35 kan stromen.In the shown example of figures 3 to 6, the connection 9 forms a direct connection between the hot displacement section 21 at the hot cylinder end 17 of the displacement cylinder 8 and the hot working piston section 35 at the hot cylinder end 32 of the working suction cylinder 7, wherein the working gas can flow directly from the hot displacement section 21 to the hot working piston section 35.

De ruimte tussen de werkzuiger 3 en de wand van het warme werkzuigergedeelte 35 kan beschouwd worden als een warme werkzuigerkamer 36 aan de werkzuiger 3.The space between the working piston 3 and the wall of the hot working piston section 35 can be considered as a hot working piston chamber 36 on the working piston 3.

Deze warme werkzuigerkamer 36 staat in rechtstreekse verbinding met de warme verdringerkamer 25, zodanig dat beide voornoemde warme kamers 25 en 36 in feite samen één warme kamer vormen en dus het opwarmingseffect van het werkgas in deze gemeenschappelijke kamer terecht komt, wordt vergroot.This hot working piston chamber 36 is in direct communication with the hot displacing chamber 25, such that both the aforementioned hot chambers 25 and 36 together form one hot chamber and thus the warming effect of the working gas ends up in this common chamber is increased.

De beide warme kamers 25 en 36 zijn immers voorzien van een verwarmingselement 18.The two warm chambers 25 and 36 are after all provided with a heating element 18.

Volgens een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een inrichting 31 overeenkomstig de uitvinding, en zoals het geval is in de figuren 3 tot 6, is een bypass 37 voorzien tussen de warme verdringerkamer 25 en de koude verdringerkamer 23 waardoor het werkgas kan stromen, welke bypass 37 is voorzien van een zogenaamde regenerator 38.According to a preferred embodiment of a device 31 according to the invention, and as is the case in Figures 3 to 6, a bypass 37 is provided between the hot displacement chamber 25 and the cold displacement chamber 23 through which the working gas can flow, which bypass 37 is provided of a so-called regenerator 38.

Het principe achter een regenerator 38 is op zich bekend uit de stand der techniek en bestaat erin een gedeelte van de warmte tijdens de stroming van het werkgas van de warme verdringer 25 naar de koude verdringerkamer 23 tijdelijk te recupereren en tijdelijk te stockeren ten einde deze warmte, bij de omgekeerde stroming van het werkgas tijdens de daaropvolgende stap in de cyclus, terug aan het werkgas af te geven.The principle behind a regenerator 38 is known per se from the prior art and consists in temporarily recovering and temporarily storing part of the heat during the flow of the working gas from the hot displacer 25 to the cold displacer chamber 23 in order to heat this heat. , in the reverse flow of the working gas during the subsequent step in the cycle, to be returned to the working gas.

De regenerator 38 dient met andere worden als een soort voorverwarmer of voorkoeler die het werk verlicht van de warmtewisselaars 18 en 20 van het verdringergedeelte 8 voor het opwarmen en koelen van het werkgas tot de vereiste maximum en minimum temperaturen.The regenerator 38, among other things, serves as a kind of pre-heater or pre-cooler that illuminates the work of the heat exchangers 18 and 20 of the displacement section 8 for heating and cooling the working gas to the required maximum and minimum temperatures.

Ten einde het werkgas doorheen de bypass 37 en regenerator 38 te sturen tijdens een beweging van de verdringer 5 kan de verdringer 5 worden afgedicht in het machinelichaam 2 met behulp van een verdringerafdichting 39.In order to send the working gas through the bypass 37 and regenerator 38 during a movement of the displacer 5, the displacer 5 can be sealed in the machine body 2 with the aid of a displacer seal 39.

Volgens een speciale uitvoeringsvorm kan het gedeelte 43 van de bypass 37 tussen de regenerator 38 en de warme verdringerkamer 25 voorzien zijn van een warmtewisselaar.According to a special embodiment, the portion 43 of the bypass 37 between the regenerator 38 and the hot displacement chamber 25 can be provided with a heat exchanger.

Tevens is het mogelijk het gedeelte 44 van de bypass 37 tussen de regenerator 38 en de koude verdringerkamer 23 te voorzien van een koelelement 20.It is also possible to provide the part 44 of the bypass 37 between the regenerator 38 and the cold displacement chamber 23 with a cooling element 20.

Om zoveel mogelijk te vermijden dat warmte uit de warme verdringerkamer 25, evenals de warme werkzuigerkamer 36 naar de omgeving dissipeert, wordt bij voorkeur het machinelichaam zoveel mogelijk thermisch geïsoleerd op plaatsen waar geen warmteuitwisseling vereist is.In order to avoid as much as possible that heat dissipates from the hot displacement chamber 25, as well as the warm working piston chamber 36, to the environment, the machine body is preferably thermally insulated as much as possible in places where no heat exchange is required.

Bijvoorbeeld zijn het werkzuigergedeelte 7 en het verdringergedeelte 8 liefst voorzien van een uitwendige thermische isolatie 40 en 41 tussen hun betreffende verwarmingsmiddelen 18 en hun koelmiddelen 20.For example, the working piston section 7 and the displacement section 8 are preferably provided with an external thermal insulation 40 and 41 between their respective heating means 18 and their cooling means 20.

Ook is liefst de verbinding 9 tussen de warme verdringerkamer 25 en de warme werkzuigerkamer voorzien van een uitwendige thermische isolatie 42.The connection 9 between the hot displacement chamber 25 and the hot working piston chamber is also preferably provided with an external thermal insulation 42.

De werking van de verbeterde inrichting 31 overeenkomstig de uitvinding is analoog aan de werking van de bekende inrichtingen en zal hierna aan de hand van de figuren 3 tot 6 worden toegelicht, waarbij de nadruk zal gelegd worden op de voordelen van de bijkomende verwarmingsmiddelen 18 in het werkzuigergedeelte 7.The operation of the improved device 31 according to the invention is analogous to the operation of the known devices and will be explained below with reference to Figures 3 to 6, with emphasis being placed on the advantages of the additional heating means 18 in the working piston section 7.

In de stand van figuur 3 is de verdringer 5 zo ver als mogelijk gepositioneerd naar het koude cilinderuiteinde 19, terwijl de werkzuiger 3 ietwat naijlt op deze verdringer 5 en zich dus nog niet bevindt in zulke uiterste positie in de werkzuigercilinder 7.In the position of figure 3, the displacer 5 is positioned as far as possible towards the cold cylinder end 19, while the working piston 3 lags somewhat behind this displacer 5 and is therefore not yet in such an extreme position in the working piston cylinder 7.

Het werkgas in de holte 12 is met andere woorden voornamelijk blootgesteld aan de verwarmingsmiddelen 18, zodat het opwarmt en de werkgasdruk toeneemt.In other words, the working gas in the cavity 12 is mainly exposed to the heating means 18, so that it heats up and the working gas pressure increases.

Een voordeel van een inrichting 31 volgens de uitvinding is dat niet alleen verwarmingsmiddelen 18 aan het verdringergedeelte 8 zijn voorzien, maar eveneens aan het werkzuigergedeelte 7.An advantage of a device 31 according to the invention is that not only heating means 18 are provided on the displacement section 8, but also on the working piston section 7.

Bovendien is de warme verdringerkamer 25 in verbinding met de warme werkzuigerkamer 36 via het kanaal 9, zodat meer warmte naar het werkgas kan worden overgedragen dan bij de bekende inrichtingen 1.Moreover, the hot displacement chamber 25 is in communication with the hot working piston chamber 36 via the channel 9, so that more heat can be transferred to the working gas than with the known devices 1.

Aldus kunnen ook hogere drukken achter de werkzuiger 3 worden gecreëerd.Higher pressures can thus also be created behind the working piston 3.

Op de werkzuiger 3 wordt aldus een kracht F uitgeoefend die de werkzuiger 3 verder doet bewegen naar een stand waarbij het werkgas maximaal is geëxpandeerd en de werkzuiger 3 tevens arbeid levert aan het kruk-drijfstang mechanisme 30.A force F is thus exerted on the working piston 3, which causes the working piston 3 to move further to a position in which the working gas is maximally expanded and the working piston 3 also supplies work to the crank-drive rod mechanism 30.

De verdringer 5 is via het kruk-drijfstang mechanisme 30 verbonden met de werkzuiger 3 en volgt de beweging.The displacer 5 is connected to the working piston 3 via the crank connecting rod mechanism 30 and follows the movement.

De stand van de werkzuiger 3 en de verdringer 5 die wordt bekomen, is geïllustreerd in figuur 4.The position of the working piston 3 and the displacer 5 that is obtained is illustrated in Figure 4.

In deze figuur 4 is het werkgas maximaal geëxpandeerd.In this figure 4, the working gas is expanded to the maximum.

Door de beweging van de verdringer 5 wordt het werkgas echter uit de warme verdringerkamer 25 geperst om via de bypass 37 doorheen de regenerator 38 in de koude verdringerkamer 23 terecht te komen.However, as a result of the movement of the displacer 5, the working gas is forced out of the hot displacement chamber 25 to enter the cold displacement chamber 23 via the bypass 37 through the regenerator 38.

Dit betekent dat een gedeelte van het werkgas eerst reeds bij het passeren doorheen de regenerator 38 een zekere koeling ondergaat en verder in de koude verdringerkamer 23 wordt gekoeld.This means that a portion of the working gas first undergoes a certain cooling as it passes through the regenerator 38 and is further cooled in the cold displacement chamber 23.

De koeling van het werkgas gaat gepaard met een zekere compressie, aangezien door een verdere beweging van de werkzuiger 3 het totale volume dat beschikbaar is voor het werkgas, verkleint, waardoor de stroming van werkgas vanuit de warme verdringerkamer 25 en dus ook vanuit de warme werkzuigerkamer 36 naar de koude verdringerkamer 23 nog wordt gestimuleerd.The cooling of the working gas is accompanied by a certain compression, since further movement of the working piston 3 reduces the total volume available for the working gas, as a result of which the flow of working gas from the hot displacement chamber 25 and thus also from the warm working piston chamber 36 to the cold displacement chamber 23 is still being stimulated.

De verdringer 5 beweegt aldus dieper in de verdringerzuiger 8 tot aan het warme cilinderuiteinde 17, terwijl de werkzuiger 3 zijn terugweg naar het warme cilinderuiteinde 32 inzet.The displacer 5 thus moves deeper into the displacer piston 8 up to the hot cylinder end 17, while the working piston 3 inserts its way back to the warm cylinder end 32.

Zulke stand waarbij het grootste gedeelte van het werkgas zich bevindt in de koude verdringerkamer 23 en dus het werkgas een maximale koeling ondergaat, is weergegeven in de figuur 5.Such a position where the major part of the working gas is in the cold displacement chamber 23 and thus the working gas undergoes maximum cooling is shown in Figure 5.

Verdere beweging van de werkzuiger 3 en de verdringer 5 tijdens deze compressie van het werkgas, bijvoorbeeld onder invloed van de traagheid van de bewegende delen, brengt de verdringer uiteindelijk in een stand, die is weergegeven in figuur 6, waarbij werkgas uit de koude verdringerkamer 23 doorheen de bypass 38 en de regenerator 39 naar de warme verdingerkamer 25 wordt geperst.Further movement of the working piston 3 and the displacer 5 during this compression of the working gas, for example under the influence of the inertia of the moving parts, finally brings the displacer to a position, which is shown in Figure 6, wherein working gas from the cold displacement chamber 23 is forced through the bypass 38 and the regenerator 39 to the hot replacement chamber 25.

De werkzuiger 3 bevindt zich aan het warme cilinderuiteinde 32 en het werkgas is in deze stand maximaal gecomprimeerd.The working piston 3 is located at the hot cylinder end 32 and the working gas is maximally compressed in this position.

In deze stand is een gedeelte van het werkgas opnieuw blootgesteld aan de verwarmingsmiddelen 18, waardoor het expandeert en opnieuw een werkgasdruk achter de werkzuiger 3 wordt gecreëerd, welke werkgasdruk de beweging van werkzuiger 3 doet orakeren en aldus de werkzuiger opnieuw in de stand brengt die is weergegeven in figuur 3.In this position, a portion of the working gas is again exposed to the heating means 18, whereby it expands and again creates a working gas pressure behind the working piston 3, which working gas pressure causes the movement of working piston 3 to be restored and thus brings the working piston back to the position that it is. shown in Figure 3.

Op deze wijze wordt een cyclische heen en weer beweging van de werkzuiger 3 bekomen.In this way a cyclical reciprocation of the working piston 3 is achieved.

Eén en ander is ook weergegeven in de pv-diagrammen van de figuren 7 en 8, waarbij de druk in de holte 12 is uitgezet tegenover het volume van de holte 12 over een ganse cyclus, respectievelijk voor een eerste slagvolume van de werkzuiger 3 in de werkzuiger ci linder 7 en voor een tweede grotere slagvolume van de werkzuiger 3.This is also shown in the pv diagrams of figures 7 and 8, wherein the pressure in the cavity 12 is plotted against the volume of the cavity 12 over a whole cycle, respectively for a first stroke volume of the working piston 3 in the working piston cylinder 7 and for a second larger stroke volume of the working piston 3.

De curven A en H geven de cyclus weer voor een bekende inrichting 1, waarbij geen verwarmingsmiddelen 18 aan het werkzuigergedeelte 7 zijn toegepast, terwijl de curves B en I de cyclus weergeven die gevolgd wordt wanneer een verbeterde inrichting 31 overeenkomstig de uitvinding wordt toegepast die, bij voorkeur, voorzien is van verwarmingselementen 18 aan het werkzuigergedeelte 7, en geenszins van een koelement 20 voor het koelen van het werkgas .The curves A and H represent the cycle for a known device 1, wherein no heating means 18 are applied to the working piston section 7, while the curves B and I represent the cycle that is followed when an improved device 31 according to the invention is used, is preferably provided with heating elements 18 on the working piston portion 7, and in no way with a cooling element 20 for cooling the working gas.

Tijdens het expanderen van het werkgas wordt het bovenste gedeelte van de curve doorlopen van punt X naar punt Y, waarbij door het verwarmen van het werkgas de druk in de holte 12 relatief hoog is.During the expansion of the working gas, the upper part of the curve is traversed from point X to point Y, the pressure in the cavity 12 being relatively high due to the heating of the working gas.

Bij het comprimeren van het werkgas wordt het onderste gedeelte van de curve doorlopen van punt Y naar X, waarbij door het koelen van het werkgas de drukken relatief laag blijven.When compressing the working gas, the lower part of the curve is traversed from point Y to X, while the pressures remain relatively low due to the cooling of the working gas.

De oppervlakte begrepen tussen de bovenste en de onderste curven is een maat voor de arbeid die verricht wordt door de machine.The area included between the upper and lower curves is a measure of the work done by the machine.

Het is duidelijk uit de figuren 7 en 8 dat de oppervlakte omsloten door de curven A en H kleiner zijn dan de oppervlakten omsloten door de curven B en I.It is clear from Figures 7 and 8 that the area enclosed by the curves A and H are smaller than the areas enclosed by the curves B and I.

Hieruit kan geconcludeerd worden dat door het toepassen van extra verwarmingsmiddelen 18, meer bepaald ter plaatse van het werkzuigergedeelte 7, zoals het geval is bij de verbeterde inrichtingen 31 volgens de uitvinding, er een grotere arbeid kan geleverd worden dan wanneer deze extra middelen niet worden toegepast, wat het geval is bij de bekende inrichtingen 1.From this it can be concluded that by applying additional heating means 18, more particularly at the working piston section 7, as is the case with the improved devices 31 according to the invention, a greater work can be performed than when these additional means are not used. which is the case with the known devices 1.

Het is duidelijk dat een inrichting 31 overeenkomstig de uitvinding vele verschillende vormen kan aannemen.It is clear that a device 31 according to the invention can take many different forms.

Bijvoorbeeld is het niet noodzakelijk dat het verdringergedeelte 8 en het werkzuigergedeelte 7 de vorm van een cilinder hebben.For example, it is not necessary that the displacement section 8 and the working piston section 7 have the shape of a cylinder.

Voorts kan de holte 12 in het machinelichaam 2 vele vormen aannemen.Furthermore, the cavity 12 in the machine body 2 can take many forms.

Een mogelijke alternatieve uitvoeringsvorm van een inrichting 31 volgens de uitvinding is bijvoorbeeld weergegeven in de figuren 9 tot en met 12.A possible alternative embodiment of a device 31 according to the invention is for instance represented in figures 9 to 12.

Hierbij is de werkzuiger 3 aangebracht in een werkzuigercilinder 7 waarvan het warme cilinderuiteinde 25 rechtstreeks uitmondt in het verdringergedeelte 8, zonder tussenkomst van een smallere verbinding 9 zoals in de voorgaande uitvoeringsvorm.The working piston 3 is herein arranged in a working piston cylinder 7, the hot cylinder end of which directly opens into the displacement section 8, without the intervention of a narrower connection 9 as in the previous embodiment.

Het is duidelijk dat zulke opstelling niets essentieels aan de werking verandert.It is clear that such an arrangement does not change anything essential to the operation.

Het voordeel dat de verbeterde inrichting 31 een grotere arbeid kan leveren dan de bekende inrichtingen 1, blijft tevens behouden aangezien de extra verwarmingsmiddelen 18 en koelmiddelen 20 aan het werkzuigergedeelte 7 tevens bijdragen aan het energetisch overschot.The advantage that the improved device 31 can provide greater work than the known devices 1 is also retained since the additional heating means 18 and cooling means 20 on the working piston section 7 also contribute to the energy surplus.

Het is volgens de uitvinding bijvoorbeeld ook niet noodzakelijk het verdringergedeelte 8 en het werkzuigergedeelte 7 elk te voorzien van aparte verwarmingsmiddelen 18, maar evengoed kunnen deze verwarmingsmiddelen 18 van het verdringergedeelte 8 en het werkzuigergedeelte 7 worden gevormd door slechts één verwarmingselement of één warmtewisselaar 18.According to the invention, it is also not necessary, for example, to provide the displacement section 8 and the working piston section 7 with separate heating means 18, but these heating means 18 of the displacing section 8 and the working piston section 7 can likewise be formed by only one heating element or one heat exchanger 18.

Op analoge wijze kunnen ook de koelmiddelen 20 en 33 van het verdringergedeelte 8 en het werkzuigergedeelte 7 gevormd worden door slechts één koelelement of warmtewisselaar 20.Similarly, the cooling means 20 and 33 of the displacement section 8 and the working piston section 7 can also be formed by only one cooling element or heat exchanger 20.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven uitvoeringsvormen van een verbeterde inrichting overeenkomstig de uitvinding, doch een dergelijke verbeterde inrichting kan volgens verschillende varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.The present invention is by no means limited to the exemplary embodiments of an improved device according to the invention, but such an improved device can be realized in various variants without departing from the scope of the invention.

Claims

An improved device (31) for the conversion of thermal into mechanical energy, the operation of which is based on the principle of a Stirling engine, which device (31) is mainly formed by a piston machine with a hollow machine body (2) in which a working piston ( 3) with connecting rod (4) and a displacer (5) with displacement rod (6) are arranged movably to and fro, each in a part of the machine body (2), respectively the working piston section (7) and the displacement section (8), wherein the working piston (3) and the displacer (5) are provided with seals (10, 11) such that the cavity (12) in the machine body (2) is sealed in a gas-tight manner, which cavity (12) contains a fixed amount of working gas, displacer section (8) on one side of the displacer, hereinafter referred to as the hot displacer side (26), is provided with heating means (18) where heat is delivered to the working gas and on the other side of the displacer, hereinafter the cold displacement called side (24), of cooling means where heat is extracted from the working gas, a chamber being formed between the wall of the displacement section (8) on the heating means (18) and the hot displacer side (26), hereinafter the warm displacement chamber ( 25), wherein another chamber is formed between the wall of the displacement section (8) on the cooling means (20) and the cold displacement side (24), hereinafter referred to as the cold displacement chamber (23), wherein during the operation of the device ( 31) the working gas flows back and forth between the aforementioned cold and hot displacement chamber (23, 25) under the influence of the displacer (5), which displacement chambers (23, 25) increase cyclically in volume due to the cyclic movement of the displacer (5) and removal, characterized in that there is a direct connection between the hot displacement chamber (25) and the working piston section (7).

Improved device (31) according to claim 1, characterized in that the working piston part (7) of the machine body (2) is also provided with heating means (18) for heating the working gas.

Improved device (31) according to claim 2, characterized in that a chamber is formed between the wall of the working piston section (7) on the heating means (18) and the gas pressure side (13) of the working piston (3), hereinafter the hot working piston chamber (36).

Improved device (31) according to claim 3, characterized in that a direct connection (9) is provided between the hot working piston chamber (36) and the hot displacement chamber (25), such that both said hot chambers (25, 36) together form one warm room.

Improved device (31) according to claim 4, characterized in that the aforementioned connection (9) consists of a channel or pipe.

Improved device (31) according to claims 4 or 5, characterized in that the connection (9) is provided with an external thermal insulation (42).

Improved device (31) according to claim 4, characterized in that the aforementioned connection (9) consists of a heat exchanger.

Improved device (31) according to one of the preceding claims, characterized in that the working piston section (7) of the machine body (2) is a working piston cylinder (7).

Improved device (31) according to one of the preceding claims, characterized in that the displacement section (8) of the machine body (2) is a displacement cylinder (8).

Improved device according to claims 8 and 9, characterized in that the displacement cylinder (8) and the working piston cylinder (7) are each provided with heating means (18) at their one end, hereinafter referred to as the hot cylinder end (17,32) to the working gas.

The improved device (31) according to claim 10, characterized in that the heating means (18) of the displacement section (8) and the working piston section (7) are formed by only one heating element (18).

Improved device (31) according to claims 8 and 9, characterized in that the displacement cylinder (8) at its other end, hereinafter referred to as the cold cylinder end (19), is provided with cooling means (20) for absorbing heat from the working gas.

Improved device (31) according to claims 8 and 9, characterized in that the working piston cylinder (7) is not provided with cooling means (20) for absorbing heat from the working gas.

Improved device (31) according to claim 13, characterized in that the working piston cylinder (7) is only provided with cooling means (33) aimed at protecting the working piston seal (10).

Improved device (31) according to claims 4, 8 and 9, characterized in that the cavity (12) in the machine body (2) is mainly formed by the displacement cylinder (8), the working piston cylinder (7) and the connection (9) in between.

Improved device (31) according to one of the preceding claims, characterized in that the displacement section (8) between its heating means (18) and its cooling means (20) is provided with an external thermal insulation (40).

Improved device (31) according to one of the preceding claims, characterized in that a bypass (37) is provided between the hot displacement chamber (25) and the cold displacement chamber (23) through which the working gas can flow, which bypass (37) is provided with a so-called regenerator (38).

Improved device (31) according to claim 17, characterized in that the displacer (5) is sealed in the machine body (2) with the aid of a displacer seal (39) to direct the working gas through the bypass (37) during a movement of the displacer (5).

Improved device (31) according to claim 17 or 18, characterized in that a heat exchanger (18) is located in the portion (43) of the bypass (37) between the regenerator (38) and the hot displacement chamber (25).

Improved device (31) according to one of claims 17 to 19, characterized in that there is located in the part (44) of the bypass (37) between itself in the part (44) of the bypass (37) between the generator (38) and the cold displacement chamber (23) is a cooling element (20).