CZ10268U1

CZ10268U1 - Stirling engine with axially deflected elements

Info

Publication number: CZ10268U1
Application number: CZ200010866U
Authority: CZ
Inventors: Pavel Ing Janeta; Jan Ing Janeta
Original assignee: Pavel Janeta Kovo Ing
Priority date: 2000-05-18
Filing date: 2000-05-18
Publication date: 2000-07-20

Description

Stirlingův motor s axiálně vychýlenými elementyStirling engine with axially deflected elements

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení se týká Stirlingova motoru s řešením přenosu přímočarého pohybu pístu na rotační pohyb hřídele pomocí axiálně vychýlených elementů.The technical solution relates to a Stirling engine with the solution of the transfer of the linear movement of the piston to the rotational movement of the shaft by means of axially deflected elements.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Dosud se pro zajištění přenosu přímočarého pohybu pístu na rotační pohyb hřídele u Stirlingových motorů využívají různá technická zařízení, nejčastěji na principu Rhombického klikového mechanismu nebo na principu zdvojeného klikového mechanismu. Podstata těch motorů je založena na existenci dvou, souosé pracujících pístů, přičemž k přenosu přímočarého pohybu těchto pístu na pohyb rotační slouží duální klikový mechanismus. Tento duální klikový mechanismus musí však být s ohledem na vysoké vnitřní tlaky úměrně masivní, což je jedna z jeho největších nevýhod. Dále tento duální klikový mechanismus klade značné technické nároky na přesnost, je neúměrně složitý s vysokými nároky na jeho výrobu. V případě viceválcového provedení předmětného zařízení je jeho složitost a náročnost na přesnost ještě větší.Until now, various technical devices have been used to transmit the linear motion of the piston to the rotational movement of the shaft in Stirling engines, most often on the principle of the Rhombic crank mechanism or on the principle of a double crank mechanism. The essence of these engines is based on the existence of two coaxial operating pistons, the dual crank mechanism being used to transmit the linear movement of the pistons to the rotational movement. However, this dual crank mechanism must be proportionally massive in view of the high internal pressures, which is one of its major disadvantages. Furthermore, this dual crank mechanism places considerable technical demands on accuracy, is disproportionately complex with high demands on its manufacture. In the case of the multi-cylinder design of the present device, its complexity and precision is even greater.

Obecně lze konstatovat, že stávající kliková zařízení pro přenos přímočarého pohybu pístu na rotační pohyb hřídele mají u Stirlingových motorů velký nepoměr mezi svým výkonem a svou hmotností. Další a to velmi podstatnou nevýhodou stávajících zařízení pro přenos přímočarého pohybu pístu na rotační pohyb hřídele u Stilingových motorů je to, že neumožňují regulaci a okamžitou změnu výkonu.In general, the existing crank devices for transmitting the linear movement of the piston to the rotational movement of the shaft have a large disparity between their power and their weight in Stirling engines. A further and very significant disadvantage of existing devices for transferring the linear motion of the piston to the rotational movement of the shaft in Stiling engines is that they do not allow regulation and instantaneous power change.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Uvedené nedostatky do značné míiy odstraňuje Stirlingův motor s axiálně vychýlenými elementy, zejména vhodnými pro přenos přímočarého pohybu pístu na rotační pohyb hřídele podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že alespoň jeden pracovní píst je spojen s nejméně jednou ojnicí spojenou s výkyvnou pákou I, jež je spojena s výkyvným pouzdrem, které je umístěno na ložisku a současně je spojeno s horním axiálně vychýleným elementem připevněným ke hřídeli otočně uložené ve skříni. Na hřídeli je současně upevněn spodní axiálně vychýlený element a ložiskem spojen s výklopným pouzdrem, kyvně spojeném s výkyvnou pákou II. Na ně je připojena alespoň jedna ojnice přemísťovacího pístu, kloubově spojena s pístnicí na niž je upevněn přemísťovací píst, uložený ve válci s ohřívací komorou Stirlingova motoru, připevněném ke skříni. Horní axiálně vychýlený element a spodní axiálně vychýlený element mají buďto konstantní vychýlení, nebo horní má konstantní a spodní proměnné vychýlení. Podstatou je rovněž to, že na hřídeli je uložen kulový náboj se stavitelně vychýleným elementem a spojovací pákou, spojenou s regulační objímkou. Technické řešení umožňuje podstatné snížení hmotnosti proti známým řešením Stirlingových motorů s klikovými a jim podobnými mechanismy pro přenos přímočarého pohybu pístu na rotační pohyb hřídele.These drawbacks are largely eliminated by a Stirling engine with axially deflected elements, particularly suitable for transmitting linear movement of the piston to the rotational movement of the shaft according to the invention, characterized in that at least one working piston is connected to at least one connecting rod connected to the pivot lever which is connected to a pivotable bushing which is located on the bearing and is also connected to an upper axially deflected element fixed to the shaft rotatably mounted in the housing. At the same time, the lower axially deflected element is fastened to the shaft and connected by a bearing to the hinged bush, pivotally connected to the pivot lever II. At least one transfer piston connecting rod is articulated thereto, hinged to the piston rod to which the transfer piston is mounted, mounted in a cylinder with a Stirling engine heating chamber attached to the housing. The upper axially deflected element and the lower axially deflected element either have a constant deflection or the upper has a constant and lower variable deflection. It is also essential that a spherical hub with an adjustable deflection element and a connecting lever connected to the control sleeve is mounted on the shaft. The technical solution enables a significant reduction in weight compared to the known solutions of Stirling engines with crank and similar mechanisms for transferring the linear movement of the piston to the rotational movement of the shaft.

Mechanismus motoru je po stránce konstrukční mnohem méně složitější než porovnatelná stávají známá kliková zařízení pro přenos přímočarého pohybu pístu na rotační pohyb hřídele. Mechanismus motoru podle technického řešení dále umožňuje při souosé konstrukci pístu jiný zdvih pracovního pístu a jiný zdvih přemísťovacího pístu. V praxi to znamená, že motor podle technického řešení pracuje s mnohem větší účinností. U prototypu Stirlingova motoru podle tohoto technického řešení bylo dosaženo výkonu cca 20 kW při hmotnosti 75 kg. Navíc motor podle technického řešení umožňuje okamžitou změnu výkonu a to díky již výše popsané možnosti proměnného zdvihu přemísťovacího pístu. Zásadním kladem motoru podle technického řešení je to, že při dvouválcovém provedení se síly vznikající z vysokých vnitřních tlaků vyeliminují na kyvné páce, která je z tohoto důvodu patřičně dimenzována, díky čemuž mohou být veškeré ostatní součásti mechanismu konstruovány výhradně k přenosu užitečného výkonu.In terms of design, the engine mechanism is much less complex than comparable conventional crank devices for transferring the linear movement of the piston to the rotational movement of the shaft. Furthermore, the engine mechanism according to the invention allows a different stroke of the working piston and a different stroke of the transfer piston with the piston coaxial construction. In practice, this means that the engine according to the invention operates with much greater efficiency. The prototype of the Stirling engine according to this technical solution achieved a power of about 20 kW at a weight of 75 kg. In addition, the engine according to the invention enables an instantaneous change in power due to the variable piston stroke variable movement described above. The main advantage of the engine according to the invention is that in the two-cylinder design the forces resulting from the high internal pressures are eliminated on the rocker lever, which is accordingly dimensioned, so that all other components of the mechanism can be designed exclusively to transmit useful power.

-1 CZ 10268 Ul-1 CZ 10268 Ul

Navíce konstrukce Stirlingova motoru podle technického řešení umožňuje zhotovení dvouválcového motoru pouze s jedním mechanizmem pro přenos přímočarého pohybu pístu na rotační pohyb hřídele.In addition, the design of the Stirling engine according to the invention allows the construction of a two-cylinder engine with only one mechanism for transmitting the linear movement of the piston to the rotational movement of the shaft.

Přehled obrázků na vvkresechOverview of the figures in the drawings

Na přiložených výkresech jsou schématicky znázorněna příkladná provedení Stirlingova motoru s axiálně vychýlenými elementy podle technického řešení, kde obr. 1 znázorňuje v řezu motor se dvěma válci a ohřívacími komorami a axiálně vychýlenými elementy s konstantními úhly vychýlení. Na obr. 2 je nakreslen řez vedený rovinou A - A z obr. 1 a obr. 3 představuje řez rovinou B - B z obr. 1. Obr. 4 znázorňuje v řezu motor se dvěma válci a ohřívacími komorami io a upevnění pístu na hřídeli s horním axiálně vychýleným elementem s konstantním úhlem vychýlení a spodní stavitelně axiálně vychýlený element s proměnným úhlem vychýlení. Na obr. 5 je nakreslen řez vedený rovinou A - A z obr. 4.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In the accompanying drawings, exemplary embodiments of a Stirling engine with axially deflected elements according to the present invention are schematically depicted. FIG. 1 shows a sectional view of a two-cylinder engine with heating chambers and axially deflected elements with constant deflection angles. Fig. 2 is a section along line A - A in Fig. 1; and Fig. 3 is a section along line B - B in Fig. 1. 4 shows a cross-sectional view of a two-cylinder engine with heating chambers 10 and a piston mount on a shaft with an upper axially deflected element with a constant deflection angle and a lower adjustable axially deflected element with a variable deflection angle. FIG. 5 is a section along the line A - A in FIG. 4;

Příklady provedení technického řešeníExamples of technical solution

Stirlingův motor podle technického řešení - obr. 1, 2, 3, sestává alespoň zjednoho pracovního pístu i ve válci s ohřívací komorou 22, který je spojen alespoň s jednou ojnicí 2 prostřednictvím výkyvné páky I 3. Taje spojena s výkyvným pouzdrem 4, které je nasazeno na ložisku I 5, které je spojeno s horním axiálně vychýleným elementem 6 s konstantním vychýlením pod úhlem a, který je pevně spojen s hřídelí 7. Na ní je současně upevněn spodní axiálně vychýlený element 8 s konstantním vychýlením pod úhlem β. Ložisko 9 z výklopným pouzdrem JO je kyvné spojeno s výkyvnou pákou II 11, na kterou je připevněna alespoň jedna ojnice přemísťovacího pístu 12. Ta je kloubově spojena s pístnici 13 na níž je upevněn přemísťovací píst 14, uložený ve válci s ohřívací komorou 22, připevněném na skříni 23, v niž je otočně uložena hřídel 7.The Stirling engine according to the invention - FIGS. 1, 2, 3, consists of at least one working piston in a cylinder with a heating chamber 22, which is connected to at least one connecting rod 2 by means of a rocking lever 13. mounted on the bearing 15, which is connected to the upper axially deflected element 6 with constant deflection at an angle α, which is fixedly connected to the shaft 7. At the same time, the lower axially deflected element 8 with constant deflection at angle β is fastened. The hinged bearing bearing 9 is pivotally connected to a pivoting lever 11 to which at least one connecting rod of the transfer piston 12 is attached. This is articulated to the piston rod 13 on which the transfer piston 14 is mounted in the cylinder with the heating chamber 22 attached on a housing 23 in which the shaft 7 is rotatably mounted.

Podle technického řešení - obr. 4, kde na hřídeli 7 je uložen kulový náboj 15 se stavitelně axiálně vychýleným elementem 16 a spojovací pákou 17 spojenou s regulační objímkou 18, umožňující plynulou i okamžitou změnu výkonu v závislosti na nastavení úhlu vychýlení β stavitelně axiálně vychýleného elementu 16. Rozmezí vychýlení úhlu β je plynule možné za chodu motoru v rozsahu 0° až β.According to the technical solution - Fig. 4, on the shaft 7 is mounted a ball hub 15 with an adjustable axially deflected element 16 and a connecting lever 17 connected to the control sleeve 18, allowing continuous and instantaneous power change depending on the deflection angle β adjustment of the adjustable axially deflected element 16. The angular deflection range β is continuously possible with the engine running between 0 ° and β.

Stirlingův motor podle technického řešení pracuje následujícím způsobem: Pro obecnou známost tepelné funkce Stirlingova motoru není řešena oblast ohřevu a chlazení pracovního plynu. Při nárůstu tlaku plynu vlivem ohřevu ve válci s ohřívací komorou 22 dojde k posunutí pracovního pístu 1. Pracovní píst 1, který je spojen pomocí ojnice 2 s výkyvnou pákou I 3 způsobí vychýlení výkyvné páky 13. Výkyvná páka 13 je spojena otočně pomocí dvou čepů s výkyvným pouzdrem ložiska 4 ve kterém je upevněn vnější kroužek ložiska 5. Pomocí kuliček ložiska 5 se přenese pohyb výkyvné páky I 3 do vnitřního kroužku ložiska 5 a následným odvalováním ložiskových kuliček po vnitřním kroužku ložiska 5 se vytvoří přes nakloněnou rovinu horního axiálně vychýleného elementu 6 o úhel a rotační pohyb na hřídeli 7. Protože na hřídeli 7 je současně upevněn spodní axiálně vychýlený element 8, pomocí prvků 9, 10, 11 se vytvoří kývavý pohyb výkyvné páky II LL Tento kývavý pohyb již vytváří na ojnici přemísťovacího pístu 12 posuvný pohyb pístnice L3 s přemisťovacím písem 14. Pohyb přemísťovacího pístu 14 je fázově posunut oproti pohybu pracovního pístu i, takže vzájemným souosým pohybem dochází v pracovním válci s ohřívací komorou 22 k přemisťování vnitřního plynu a tím k periodické změně vnitřního tlaku, který zpětně pohybuje pracovním písem i. Velikost zdvihu přemísťovacího pístu 14 ve válci s ohřívací komorou 22 určuje velikost vnitřního přetlaku a tím také výkon Stirlingova motoru. Proto při konstrukčním řešení obr. 4, kdy je možné vlivem změny vychýlení úhlu β stavitelně axiálně vychýleného elementu 16 měnit za chodu zdvih přemísťovacího pístu 14, je současně možné okamžitě měnit výkon Stirlingova motoru. Změna vychýlení úhlu β v rozmezí 0° až β se provádí posuvem regulační objímky 18 po drážkách hřídele 7.The Stirling engine according to the invention operates in the following manner: For the general knowledge of the thermal function of the Stirling engine, the area of heating and cooling of the working gas is not solved. As the gas pressure increases due to heating in the cylinder with the heating chamber 22, the working piston 1 is displaced. The working piston 1, which is connected by means of a connecting rod 2 to the rocking lever 13, causes the rocking lever 13 to swivel. by means of the bearing sleeve 4 in which the outer bearing ring 5 is fastened. angle and rotational movement on the shaft 7. Since the lower axially deflected element 8 is simultaneously mounted on the shaft 7, the rocking lever II LL is formed by means of the elements 9, 10, 11 This rocking movement already produces a sliding movement of the piston rod L3 on the connecting rod with relocation fonts 14. Movement of rel The piston 14 is phase shifted relative to the movement of the working piston 1, so that the reciprocating movement of the internal gas in the working cylinder with the heating chamber 22 causes the internal gas to move and thereby periodically change the internal pressure. with the heating chamber 22 determines the size of the internal overpressure and hence the power of the Stirling engine. Therefore, in the design of FIG. 4, when the stroke of the displacement piston 14 can be varied while the displacement of the angle β of the adjustable axially deflected element 16 is in motion, it is possible at the same time to immediately change the power of the Stirling engine. The variation of the angle β in the range of 0 ° to β is made by shifting the control sleeve 18 along the grooves of the shaft 7.

-2CZ 10268 Ul-2EN 10268 Ul

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Stirlingův motor podle technického řešení lze s výhodou využít všude tam, kde je možné získat jakýkoliv zdroj tepelné energie, jako je sluneční energie, spalování biomasy, spalování odpadových ropných produktů nebo hořlavého komunálního odpadu a podobných látek a tuto energie přímo měnit motorem dle technického řešení na užitečnou mechanickou práci rotačního pohybu, příkladně při výrobě elektrické energie.The Stirling engine according to the invention can be advantageously used wherever any source of thermal energy such as solar energy, biomass combustion, combustion of waste petroleum products or combustible municipal waste and similar substances can be obtained and directly converted by the engine according to the technical solution to useful mechanical work of rotational movement, for example in the production of electric energy.

Claims

PROTECTION REQUIREMENTS

1. A Stirling engine having axially deflected elements particularly suitable for transmitting a linear movement of a piston to a rotational movement of a shaft, comprising a cylinder with a heating chamber, operative

10 and transfer pistons, connecting rods, bearings with hinged bushings, axially deflected hub and piston rod elements housed in the housing, characterized in that at least one working piston (1) is connected to at least one connecting rod (2) which is connected to a pivoting lever I (3), which is connected to a pivoting bushing (4), which is mounted on the bearing I (5) and simultaneously connected to an upper axially deflected element (6), attached to the shaft (7) to which

15, a lower axially deflected element (8) is mounted on which a bearing (9) is connected, which is connected to a hinged sleeve (10) pivotally connected to a pivot lever II (11) to which at least one connecting rod of the transfer piston (12) is connected articulated to a piston rod (13) on which is mounted a displacement piston (14) mounted in a cylinder with a heating chamber (22) mounted on a housing (23) in which the shaft (7) is rotatably supported, the upper axially deflected element (6) has

20 is a constant deflection of angle (α) and the lower axially deflected element (8) is either with a constant deflection of angle (β) or with a spherical hub (15) with a variable deflection angle (0 ° to β).

Stirling engine with saxially deflected elements according to claim 1, characterized in that a spherical hub (15) with an adjustable axially deflected element (16) and a connecting lever (17) connected to the control sleeve (18) is mounted on the shaft (7). .