CH350004A - Gas piston machine - Google Patents

Gas piston machine

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CH350004A
CH350004A CH350004DA CH350004A CH 350004 A CH350004 A CH 350004A CH 350004D A CH350004D A CH 350004DA CH 350004 A CH350004 A CH 350004A
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CH
Switzerland
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wall
regenerator
piston machine
gas piston
gas
Prior art date
Application number
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German (de)
Inventor
Jan Meyer Roelf
Original Assignee
Philips Nv
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Publication date
Application filed by Philips Nv filed Critical Philips Nv
Publication of CH350004A publication Critical patent/CH350004A/en

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot 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
    • F02G1/053Component parts or details

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressor (AREA)

Description

  

      Gaskolbenmaschine       Die     Erfindung    bezieht sich auf eine     Gaskolben-          rnaschine    mit zwei Räumen     veränderlichen    Volumens,  die über einen ersten     Wärmeaustauscher,    einen Re  generator und einen     zweiten        Wärmeaustauscher    mit  einander in Verbindung stehen, und die so ausgebildet  ist, dass in ihr ein sich immer in demselben Aggregat  zustand befindliches Gas einen thermodynamischen       Kreisprozess    beschreiben kann.  



  Ein solche     Gaskolbenmaschine    kann als Heissgas  kolbenmotor,     Kaltgaskühlmaschine    oder Wärme  pumpe ausgebildet sein, wobei die beiden letzteren  nach dem umgekehrten     Heissgaskolbenmotorprinzip     arbeiten. In einem     Wärmeaustauscher    der Maschine  wird dem in der Maschine den     thermodynamischen          Kreisprozess    beschreibenden Gas Wärme zugeführt.  Diese Wärme kann Verbrennungsgasen oder im Falle  einer Kühlmaschine einem zu kühlenden Mittel ent  zogen werden.  



  Im anderen     Wärmeaustauscher    wird dem Gas  Wärme entzogen und einem Kühlmittel abgegeben.  Der     Regenerator    liegt zwischen den beiden     Wärme-          austauschern,    zwischen der warmen und der kalten       Regeneratorendfläche    kann im allgemeinen ein grösse  rer Temperaturunterschied bestehen von z.

   B. 250   bei einer     Kaltgaskühlmaschine    oder in gewissen Fällen  sogar 700  bei einem     Heissgaskolbenmotor.        Ein    ent  sprechender Temperaturunterschied besteht     zwischen     den beiden Enden der Wand, die den     Regenerator-          raum    seitlich begrenzt bzw. umgibt. Da die Höhe des       Regenerators    verhältnismässig klein sein kann, z. B.  3 bis 4 cm, können in einer solchen Wand infolge des       grossen    Temperaturunterschieds über eine kleinere  Höhe, wegen der ungleichen Ausdehnung des Mate  rials, grosse Temperaturspannungen auftreten.  



  Zur Vermeidung dieser hohen Spannungen in der  Wand wurde bereits vorgeschlagen, die     Regenerator-          wand    zu verlängern, so dass sie mindestens eine der         Regeneratorendflächen    überragt, wodurch die Höhe  der Wand, über die der Temperaturunterschied auf  tritt, vergrössert wird.  



  Die     erfindungsgemässe        Gaskolbenmaschine    ist da  durch gekennzeichnet, dass der     Regenerator    von einer  sich von seinem     warmen    bis zu seinem kalten Ende  erstreckenden Wand umgeben ist, die aus mehreren       ineinanderliegend'en    Lagen besteht, die so ausgebildet  sind,     dass    sie sich bei der durch Auftreten eines  grösseren Temperaturunterschiedes zwischen dem war  men und dem kalten Ende des     Regenerators    und somit  auch der Wand verursachten Formänderung der letzte  ren einander entlang schieben können.  



  Je nach dem Umstand, ob bei Betriebstemperatur  die     Regeneratorwand    kälter oder wärmer als bei  Zimmertemperatur ist, kann der Aussendurchmesser  der Wand kleiner oder grösser sein als bei Zimmer  temperatur.  



  Wenn bei Betriebstemperatur die     Regenerator-          wand    kälter ist als bei Zimmertemperatur und die  Maschine also als     Kaltgaskühlmaschine    arbeitet, kann  durch Schrumpfung der inneren Partie der Wand  Spiel zwischen benachbarten Lagen der Wand auf  treten. Es ist daher erwünscht, dass bei Zimmertem  peratur die die Wandung bildenden Lagen mit Vor  spannung     gegeneinanderliegen.     



  Arbeitet die Maschine als     Heissgaskolbenmotor,     dann wird sich beim Betrieb die     innere    Partie der  Wand ausdehnen und es ist bei Zimmertemperatur       erwünscht,    dass     benachbarte    Lagen der Wand keinen  Kontakt miteinander haben.  



  Anhand der Zeichnung wird anschliessend die Er  findung beispielsweise     erläutert.     



  In     Fig.    1 ist eine     Kaltgaskühlmaschine    der     Ver-          drängerbauart    mit einer Wand nach der Erfindung  dargestellt.      Die     Fig.    2 und 3 zeigen in grösserem Massstab die  Wand nach     Fig.    1, bei der die einzelnen Lagen aufge  wickelt sind, wobei     Fig.    3 ein -Schnitt nach der Linie       III-III    der     Fig.    2 ist.  



  In     Fig.    4 ist eine Wand dargestellt, die aus ko  axialen Büchsen besteht.  



  Die     Kaltgaskühlmaschine    nach     Fig.    1 hat einen  Zylinder 1, in dem sich ein Verdrängen 2 und ein  Kolben 3     mit    konstantem Phasenunterschied auf- und  abwärts bewegen. Zu diesem Zweck ist der Verdrän  gen 2 über ein     Triebstangensystem    4 mit einer Kur  belwelle 5     verbunden,    während der Kolben 3 über ein       Triebstangensystem    6 mit derselben Kurbelwelle 5  verbunden ist. Die Maschine wird von einem Elektro  motor 7 angetrieben.

   Die Lage des     Verdrängers    2  beeinflusst das Volumen eines Raumes 8, des kalten  Raumes der Maschine, der durch einen Wärmeaus  tauscher 9 zur Zufuhr von     Wärme    an das     Abeits-          medium,    einen     Regenerator    10 und einen Kühler 11  mit einem Raum 12, dem sog. warmen Raum, in Ver  bindung steht, dessen Volumen durch den Verdrängen  und den Kolben beeinflusst wird. In der Maschine be  schreibt ein sich immer im gleichen Aggregatzustand  befindliches Gas einen thermodynamischen Kreispro  zess, wobei im Raum 8 im wesentlichen eine Aus  dehnung des Gases und im Raum 12 im wesentlichen  eine Kompression des Gases auftritt.

   Die Maschine be  sitzt einen     Kondensorraum    13, dem ein zu kühlendes  Medium durch die Öffnung 14     zugeführt    werden  kann, und eine     Abflussleitung    15, durch die das im       Kondensorraum    13 erzeugte Kondensat abgeführt  wird. Die     Abflussleitung    15 besitzt einen Siphon 16,  mit dessen Hilfe im     Kondensorraum    13 ein solcher  Unterdruck unterhalten wird, dass     d'as    abzukühlende  Medium infolge des Unterdruckes dem Raum 13 zu  strömt.  



  Der     Regenerator    10 ist von einer Wand 17 um  geben, die aus mehreren Lagen besteht und sich von  dem warmen bis zu kalten Ende des     Regenerators    10  erstreckt. Das obere Ende der Wand 17 ist am       Wärmeaustauscher    9 und ihr unteres Ende am Kühler  11 befestigt.     über    die Höhe 18 der Wand 17     tritt    ein  grösserer Temperaturunterschied auf, der z. B. 230   betragen kann.  



  In den     Fig.    2 und 3 sind in grösserem Massstab  Schnitte durch einen Teil der Wand 17 nach     Fig.    1  dargestellt.  



  Die Wand 17     besitzt    mehrere Lagen 19, die von  einem     spiralförmig    aufgewickelten Streifen gebildet  sind, wie das aus     Fig.    3 ersichtlich ist.  



  Die Längsseiten des Streifens sind an Ringen 20       resp.    21 befestigt. Wenn diese Ringe 20 und 21 aus  dem gleichen Material wie der Zylinderkopf 9a bzw.  der Kühler 11 bestehen, so kann der Ring 20 bzw. 21  mit dem Zylinderkopf 9a bzw. dem     Kühler    11 aus  einem Stück     bestehen.    Auch ist in diesem Fall eine  feste Verbindung     zwischen    diesen Teilen     möglich.    In  dem Fall, dass die Ringe 20 und 21 aus anderem Ma  terial wie der Zylinderkopf 9a bzw. der Kühler<B>11</B> be  stehen, ist es notwendig, dass zwischen den Ringen 20    und 21 und dem Zylinderkopf 9a     .bzw.    dem Kühler  11 eine biegsame, aber gasdichte     Verbindung    vor  gesehen wird.

   Wenn nun im Betrieb der     Kaltgaskühl-          maschine    in der Wand 17 ein grösserer Temperatur  unterschied auftritt, wobei die Temperatur am oberen  Ende niedriger als am unteren Ende ist, so schrumpft  der Ring 20 radial zusammen, und die Wand 17  nimmt die in     Fig.    2 gestrichelt dargestellte Stellung  ein. Die einzelnen Lagen 19 können sich dabei ein  ander entlang schieben. Diese Schrumpfung ist daher       möglich,    weil der Ring 20 aus einem Material mit  entsprechendem     Wärmeausdehnungskoeffizient    be  steht.  



  Es ist erwünscht, dafür Sorge     zu    tragen, dass die  Spannung     zwischen    den Lagen 19 nicht zu gross wird.  Zu diesem Zweck werden die einzelnen Lagen 19       zweckmässigerweise    so bemessen, dass bei Zimmer  temperatur der Innendurchmesser einer Lage 19  um höchstens 0,2     1/o-    vom Aussendurchmesser der be  nachbarten Lage 19 abweicht.  



  In     Fig.    4 ist eine weitere Ausführungsform dar  gestellt. Hier besteht die Wand aus mehreren ko  axialen Büchsen. Eine innerste Büchse 22 ist an  ihrem oberen Ende an einem Gehäuse 23 befestigt,  während jede der anderen Büchsen 24, 25 und 26,  die je einen Flansch besitzen, auf ihre innenbenach  barte Büchse aufgeschoben ist. Die Büchsen 22, 24, 25  und 26 sind sowohl an ihrem oberen Rand wie  auch an     ihrem    unteren Rand miteinander verlötet.

    Die Differenz     zwischen    dem Aussendurchmesser der  Büchse 24 und dem Innendurchmesser der Büchse 25       beträgt        höchstens        0,2%        eines        dieser        beiden        Durch-          messer,    um so zu grosse Spannungen     zwischen    den  Büchsen nach der Deformierung zu vermeiden. Auch  hier können sich die Büchsen beim Auftreten eines  grösseren Temperaturunterschiedes zwischen dem obe  ren und dem unteren Ende der Wand einander ent  lang schieben.  



  Die Büchsen können an ihren oberen und un  teren Enden je an einem gemeinsamen Flansch an  geschweisst sein, durch den die Wand an den übrigen  Maschinenteilen befestigt ist. Es ist aber auch möglich,  jede Büchse mit einem Flansch zu versehen, durch  den sie miteinander verbunden und an einem gemein  samen Flansch befestigt werden können.



      Gas piston machine The invention relates to a gas piston machine with two spaces of variable volume which are connected to each other via a first heat exchanger, a re generator and a second heat exchanger, and which is designed so that one is always in the same unit state gas can describe a thermodynamic cycle.



  Such a gas piston machine can be designed as a hot gas piston engine, cold gas cooling machine or heat pump, the latter two working on the reverse hot gas piston engine principle. In a heat exchanger of the machine, heat is supplied to the gas describing the thermodynamic cycle in the machine. This heat can be extracted from combustion gases or, in the case of a cooling machine, from an agent to be cooled.



  In the other heat exchanger, heat is extracted from the gas and given off to a coolant. The regenerator is located between the two heat exchangers; between the warm and cold regenerator end faces there can generally be a larger temperature difference of, for example

   B. 250 in a cold gas refrigerator or in certain cases even 700 in a hot gas piston engine. There is a corresponding temperature difference between the two ends of the wall which laterally delimits or surrounds the regenerator space. Since the height of the regenerator can be relatively small, e.g. B. 3 to 4 cm, large temperature stresses can occur in such a wall due to the large temperature difference over a smaller height, because of the uneven expansion of the mate rials.



  To avoid these high stresses in the wall, it has already been proposed to lengthen the regenerator wall so that it protrudes beyond at least one of the regenerator end surfaces, thereby increasing the height of the wall over which the temperature difference occurs.



  The gas piston machine according to the invention is characterized in that the regenerator is surrounded by a wall extending from its warm to its cold end, which wall consists of several layers lying one inside the other, which are designed so that when a larger one occurs Temperature difference between the warm and the cold end of the regenerator and thus the change in shape caused by the wall, the latter can slide along each other.



  Depending on the fact whether the regenerator wall is colder or warmer than at room temperature at operating temperature, the outer diameter of the wall can be smaller or larger than at room temperature.



  If the regenerator wall is colder at operating temperature than at room temperature and the machine works as a cold gas cooling machine, there can be play between adjacent layers of the wall due to the shrinkage of the inner part of the wall. It is therefore desirable that at room temperature the layers forming the wall lie against one another with a pre-tension.



  If the machine works as a hot gas piston motor, the inner part of the wall will expand during operation and at room temperature it is desirable that adjacent layers of the wall do not come into contact with one another.



  Using the drawing, the invention is then explained, for example.



  In Fig. 1 a cold gas cooling machine of the displacement type is shown with a wall according to the invention. 2 and 3 show on a larger scale the wall according to FIG. 1, in which the individual layers are wound up, with FIG. 3 being a section along the line III-III of FIG.



  In Fig. 4 a wall is shown, which consists of ko axial bushings.



  The cold gas cooling machine according to FIG. 1 has a cylinder 1 in which a displacement 2 and a piston 3 move up and down with a constant phase difference. For this purpose, the displacement gene 2 is connected via a drive rod system 4 to a cure belwelle 5, while the piston 3 is connected to the same crankshaft 5 via a drive rod system 6. The machine is driven by an electric motor 7.

   The position of the displacer 2 influences the volume of a room 8, the cold room of the machine, which is exchanged by a Wärmeaus 9 to supply heat to the working medium, a regenerator 10 and a cooler 11 with a room 12, the so-called warm Space, is connected, the volume of which is influenced by the displacement and the piston. In the machine be a gas that is always in the same physical state writes a thermodynamic Kreispro process, in space 8 essentially an expansion of the gas and in space 12 essentially a compression of the gas occurs.

   The machine be seated a condenser chamber 13, to which a medium to be cooled can be fed through the opening 14, and a drain line 15 through which the condensate generated in the condenser chamber 13 is discharged. The discharge line 15 has a siphon 16, with the help of which a negative pressure is maintained in the condenser space 13 that the medium to be cooled flows to the space 13 as a result of the negative pressure.



  The regenerator 10 is given by a wall 17, which consists of several layers and extends from the warm to the cold end of the regenerator 10. The upper end of the wall 17 is fastened to the heat exchanger 9 and its lower end to the cooler 11. Over the height 18 of the wall 17 occurs a greater temperature difference, the z. B. can be 230.



  In FIGS. 2 and 3, sections through part of the wall 17 according to FIG. 1 are shown on a larger scale.



  The wall 17 has several layers 19, which are formed by a spiral wound strip, as can be seen from FIG.



  The long sides of the strip are on rings 20, respectively. 21 attached. If these rings 20 and 21 are made of the same material as the cylinder head 9a or the cooler 11, the ring 20 or 21 can be made in one piece with the cylinder head 9a or the cooler 11. A fixed connection between these parts is also possible in this case. In the event that the rings 20 and 21 are made of a different material such as the cylinder head 9a or the radiator 11, it is necessary that between the rings 20 and 21 and the cylinder head 9a .bzw . the cooler 11 is seen a flexible, but gas-tight connection before.

   If a greater temperature difference now occurs in the wall 17 during operation of the cold gas cooling machine, the temperature at the upper end being lower than at the lower end, the ring 20 shrinks radially and the wall 17 takes the dashed line in FIG position shown. The individual layers 19 can slide along one another. This shrinkage is possible because the ring 20 is made of a material with a corresponding coefficient of thermal expansion.



  It is desirable to take care that the tension between the layers 19 does not become too great. For this purpose, the individual layers 19 are expediently dimensioned in such a way that, at room temperature, the inner diameter of a layer 19 deviates from the outer diameter of the adjacent layer 19 by at most 0.2 1 / o.



  In Fig. 4, a further embodiment is shown. Here the wall consists of several coaxial sleeves. An innermost sleeve 22 is attached at its upper end to a housing 23, while each of the other sleeves 24, 25 and 26, each having a flange, is pushed onto its inner-neighboring barte sleeve. The sleeves 22, 24, 25 and 26 are soldered to one another both at their upper edge and at their lower edge.

    The difference between the outer diameter of the sleeve 24 and the inner diameter of the sleeve 25 is at most 0.2% of one of these two diameters in order to avoid excessive stresses between the sleeves after deformation. Here, too, the bushings can slide along each other when a greater temperature difference occurs between the upper and lower ends of the wall.



  The sleeves can be welded to a common flange at their upper and lower ends, through which the wall is attached to the other machine parts. But it is also possible to provide each sleeve with a flange through which they can be connected to one another and attached to a common flange.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Gaskolbenmaschine mit zwei Räumen veränder lichen Volumens, die über einen ersten Wärmeaus tauscher, einen Regenerator und einen zweiten Wärme- austauscher miteinander in Verbindung stehen, und die so ausgebildet ist, dass in ihr ein sich immer in demselben Aggregatzustand befindliches Gas einen thermodynamischen Kreisprozess beschreiben kann, dadurch gekennzeichnet, d'ass der Regenerator von einer sich von seinem warmen bis zu seinem kalten Ende erstreckenden Wand umgeben ist, die aus meh reren ineinanderliegenden Lagen besteht, PATENT CLAIM Gas piston machine with two chambers of variable volume, which are connected to one another via a first heat exchanger, a regenerator and a second heat exchanger, and which is designed so that a gas that is always in the same physical state describes a thermodynamic cycle can, characterized in that the regenerator is surrounded by a wall extending from its warm to its cold end, which wall consists of several nested layers, die so aus gebildet sind, dass sie sich bei der durch Auftreten eines grösseren Temperaturunterschiedes zwischen dem warmen und dem kalten Ende des Regenerators und somit auch der Wand verursachten Formänderung der letzteren einander entlang schieben können. UNTERANSPRÜCHE 1. Gaskolbenmaschine nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Wand aus mehreren koaxialen Büchsen besteht. 2. Gaskolbenmaschine nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Wand aus einem auf gewickelten Streifen besteht. which are designed in such a way that they can slide along one another when a larger temperature difference occurs between the warm and cold end of the regenerator and thus also the wall. SUBClaims 1. Gas piston machine according to claim, characterized in that the wall consists of several coaxial sleeves. 2. Gas piston machine according to claim, characterized in that the wall consists of a strip wound on. 3. Gaskolbenmaschine nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser einer Lage bei Zimmertemperatur um höchstens 0,211/a vom Aussendurchmesser der innenbenach- barten Lage abweicht. 3. Gas piston machine according to claim, characterized in that the inner diameter of a layer at room temperature differs by at most 0.211 / a from the outer diameter of the inner neighboring layer.
CH350004D 1955-06-14 1956-06-11 Gas piston machine CH350004A (en)

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