DE102004004370B4 - Cooling-compression control unit for heat engines - Google Patents
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
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- F02G1/045—Controlling
-
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Abstract
Kühl-, Kompressions-,
Regeleinheit für
Wärmekraftmaschinen,
insbesondere mit Stirlingprozessablauf, dadurch gekennzeichnet,
dass
1. der Arbeitsprozessablauf durch einen Rechner gestützten Mikroprozessor
elektronisch geregelt wird.
1.1. während des Arbeitsprozesses,
elektronisch, die Verschiebung zwischen Kompressions- und Expansionsphase entsprechend
der Drehrichtung und Drehzahl der Kurbelwelle (22) erfolgt,
1.2.
die Drehzahl der Kurbelwelle (22) in Abhängigkeit von Erhitzer- und
Kühlertemperatur
elektronisch geregelt wird, und
1.3. der Arbeitsprozess willkürlich rechts-
oder linkslaufend, gestartet und abgeschaltet werden kann.
2.
Ein druckfester Behälter
(3), in dem ein grossflächiger Kühler (12)
angeordnet ist, den Kühl-
und Kompressionsraum (6) bildet,
2.1. der druckfeste Behälter (3),
entsprechend der Hälfte seines
freien Volumens, mit Magnetflüssigkeit
(13) gefüllt ist.
2.2.
der druckfeste Behälter
(3) nach oben gerichtet in zwei V-förmig angeordnete Zylinder (4)(5) übergeht,
2.3.
die Zylinder (4)(5) eine oder mehrere Ein- und/oder Auslassöffnungen
(8)(9) aufweisen,
2.4. die Ein- und Auslassöffnungen (8)(9) mit Rückschlagventil...Cooling, compression, control unit for heat engines, in particular with Stirlingprozessablauf, characterized in that
1. the work process flow is electronically controlled by a computer-based microprocessor.
1.1. during the working process, electronically, the displacement between compression and expansion phase according to the direction of rotation and speed of the crankshaft (22),
1.2. the speed of the crankshaft (22) is electronically controlled as a function of heater and radiator temperature, and
1.3. the work process can be started arbitrarily clockwise or counterclockwise, and can be switched off.
2. A pressure-resistant container (3) in which a large-area radiator (12) is arranged, forms the cooling and compression space (6),
2.1. the pressure-resistant container (3), corresponding to half of its free volume, is filled with magnetic fluid (13).
2.2. the pressure-resistant container (3) is directed upwards into two V-shaped cylinders (4) (5),
2.3. the cylinders (4) (5) have one or more inlet and / or outlet openings (8) (9),
2.4. the inlet and outlet openings (8) (9) with check valve ...
Description
Die
Erfindung betrifft eine Kühl-Kompressions-Regeleinheit
für Wärmekraftmaschinen,
die vorzugsweise nach dem Stirlingprinzip arbeiten und mit Erhitzer,
Expansionszylinder, Expansionskolben, Kühler, Kompressionszylinder,
Kompressionskolben und Regenerator ausgerüstet sind, so beschrieben unter
http://www-ifkm.mach.uni-karlsruhe.de/Html/Project/Stirling/stirling.html
Bild 4, bei der, der Kompressionsraum einen grossflächigen Kühler beinhaltet,
aus dem das Arbeitsgas vollständig
verdrängt
wird, die gleichzeitig das Starten und Arbeiten rechts-, linksdrehend,
die Verschiebung der Expansionsphase, die Drehzahlregelung und das
Abschalten der Wärmekraftmaschine
ermöglicht.
Gemäss
oben und unter
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Kühl-Kompressions-Regeleinheit für eine Wärmekraftmaschine bereitzustellen, die Kühler und Kompressionszylinder als ein Bauteil ohne Kurbelmechanik aufweist, die das Starten, den Lauf in jede Drehrichtung, das Regeln und Abschalten besser ermöglicht, als dem Stand der Technik nach bekannt.Of the Invention is the object of a cooling-compression control unit for one Heat engine to provide the coolers and has compression cylinder as a component without crank mechanism, the starting, the running in each direction of rotation, the regulation and shutdown better enables as known in the art.
Diese
Aufgabe wird bei einer Kühl-Kompressions-Regeleinheit
(
Vorzugsweise
bestehen Aussenummantlung (
Bei
den eingesetzten, elektronisch abschaltbaren Dauermagneten (
- 1. Wird die Gleichspannung zur Neutralisierung des
Magnetfeldes an Dauermagneten (
10 ) angelegt strömt die Magnetflüssigkeit (13 ) zum Dauermagnetfeld in Zylinder (5 ) und schiebt das darin befindliche Arbeitsgas heraus, gleichzeitig wird Zylinder (4 ) frei und Arbeitsgas strömt ein. Bei Umschaltung und gleichzeitiger Umpolung der Gleichspannung vom Dauermagneten (10 ) zu (11 ) strömt die Magnetflüssigkeit (13 ) in Zylinder (4 ) das abgekühlte Arbeitsgas wird verdrängt, während in Zylinder (5 ) heisses Arbeitsgas einströmt. Mit steigender Umschaltfrequenz der Gleichspannung von Dauermagneten (10 ) zu (11 ) und umgekehrt erhöht sich die Drehzahl der Kurbelwelle. - 2. Wird an die Dauermagneten (
10 )(11 ) gleichzeitig eine Gleichspannung gleicher Polarität angelegt, wird z. B. Dauermagnet (10 ) neutralisiert und (11 ) verstärkt. Beim Wechsel der Polarität, der angelegten Gleichspannung erfolgt auch der Wechsel von Neutralisier- und Verstärkung des Magnetfeldes an Dauermagneten (10 )(11 ), mit steigender Schaltfrequenz wird die Drehzahl der Kurbelwelle erhöht und mit absingender Schaltfrequenz die Drehzahl verringert. Der Stromverbrauch ist dabei doppelt so hoch als bei Schaltmöglichkeit 1., ergibt aber durch die verstärkte Magnetkraft eine Erhöhung des Kompressionsdruckes in Zylinder (4 )(5 ), deshalb eignet sich diese Schaltvariante überwiegend zur kurzzeitigen Leistungssteigerung der Wärmekraftmaschine.
- 1. Is the DC voltage for neutralization of the magnetic field to permanent magnets (
10 ) the magnetic fluid flows (13 ) to the permanent magnetic field in cylinder (5 ) and pushes out the working gas inside it, at the same time cylinder (4 ) and working gas flows in. When switching and simultaneous reversal of the DC voltage from the permanent magnet (10 ) to (11 ) the magnetic fluid flows (13 ) in cylinders (4 ) the cooled working gas is displaced while in cylinder (5 ) Hot working gas flows. With increasing switching frequency of the DC voltage of permanent magnets (10 ) to (11 ) and vice versa, the speed of the crankshaft increases. - 2. Is attached to the permanent magnets (
10 ()11 ) simultaneously applied a DC voltage of the same polarity, z. B. permanent magnet (10 ) neutralized and (11 ) strengthened. When changing the polarity, the applied DC voltage is also the change of neutralization and amplification of the magnetic field to permanent magnets (10 ()11 ), with increasing switching frequency, the speed of the crankshaft is increased and with Absingender switching frequency reduces the speed. The power consumption is twice as high as in switching option 1, but results from the increased magnetic force a He increase of the compression pressure in cylinder (4 ()5 ), therefore, this switching variant is mainly suitable for a short-term increase in performance of the heat engine.
In, dem Stand der Technik nach bekannten Stirlingmotoren kommt es unabhängig von der Drehzahl der Kurbelwelle zwangsläufig zur Überschneidung der Prozessabläufe, so setzt die Kompression beim α-Typ Stirlingmotor schon auf halben Weg des Expansionskolben vom unteren zum oberen Totpunkt ein und endet auf halben Weg vom oberen zum unteren Totpunkt, dies wirkt sich sehr nachteilig auf den Wirkungsgrad aus.In, The prior art according to known Stirling engines it comes independently the speed of the crankshaft inevitably to overlap the process flows, so sets compression in α-type Stirling engine already halfway the expansion piston from the bottom to top dead center and ends halfway from the top to bottom dead center, this has a very adverse effect on the efficiency out.
Bei einem Stirlingmotor mit Kühl-Kompressions-Regeleinheit wird der Ablauf der Kompressions- zur Expansionsphase zeitlich genau, der Kurbelwinkelstellung und Drehzahl der Kurbelwelle entsprechend, wie der Zündzeitpunkt eines Ottomotors, bestimmt und eingeleitet, so dass der optimalste Ablauf des Stirlingprozesses bei jeder möglichen Drehzahl erreicht wird.at a Stirling engine with cooling compression control unit the sequence of compression to expansion phase becomes accurate in time, Corresponding to the crank angle position and speed of the crankshaft, like the ignition timing a gasoline engine, determined and initiated, so that the most optimal Stirling process is achieved at every possible speed.
Der
Ersatz, des, dem Stand nach bekannten, Kompressionskolben durch
Magnetflüssigkeit
(
Die dafür notwendigen elektronischen Bauteile entsprechen dem Stand der Technik und werden deshalb nicht näher beschrieben. Als Startstromquelle ist eine Batterie und für Betriebsstrom ein Generator/Lichtmaschine, wie dem Stand der Technik nach von Fahrzeugen bekannt, vorgesehen. Die oben beschriebene Ausführung einer Kühl-Kompressions-Regeleinheit ermöglicht eine sehr kompakte Leichtbauweise einer Wärmekraftmaschine nach dem Stirlingprinzip mit einem sehr guten Masseleistungsverhältnis und Verbrennungsmotor ähnlicher Regelung.The necessary for this electronic components correspond to the prior art and therefore not closer described. As a starting power source is a battery and for operating current a generator / generator, as in the prior art of Vehicles known provided. The above-described embodiment of a Cooling compression control unit allows a very compact lightweight construction of a heat engine according to the Stirling principle with a very good mass output ratio and combustion engine of similar control.
Die
Kühl-Kompression-Regeleinheit
ist Vorzugsweise für
den Einsatz in Wärmekraftmaschinen mit
zwei Expansionsräumen,
so in doppeltwirkenden Maschinen, in Freikolbenmaschinen und unter
Verwendung von zwei oder mehreren Kühl-Kompression-Regeleinheiten in
Vier-, Sechs- und Achtexpanionszylindermotoren usw., in traditioneller
Reihen-, Boxer- oder Sternmotorbauweise geeignet. Wobei die jeweils
zu einer Kühl-Kompressions- Regeleinheit gehörenden Expansionszylinder
um 180° zueinander versetzt
sind und bei mehreren Zylindern nur ein Mikroprozessor zur Regelung
benötigt
wird. Auch die Kopplung einer oder mehrerer Kühl-Kompression-Regeleinheiten
mit einer Luftturbine (
Einsatzmöglichkeiten für mit der erfindungsgemässen Kühl-Kompression-Regeleinheit ausgerüsteten Wärmekraftmaschinen bieten sich in Land-, Luft-, Wasser- und Unterwasserfahrzeugen, in der Blockheizkrafttechnik, als Solarantrieb für Generatoren zur Herstellung von Wasserstoff, zum Antrieb von Wasserpumpen usw., die damit eine optimale Nutzung regenerativer Energien ohne CO2 Ausstoss oder CO2 neutral erreichen.Applications for equipped with the inventive cooling-compression control unit heat engines offer themselves in land, air, water and underwater vehicles, in combined heat and power, as a solar drive for generators for the production of hydrogen, for driving water pumps, etc., thus providing an optimal Use of renewable energies without CO 2 emissions or CO 2 neutral.
Funktionsablauf
Kurbelwinkelstellung
270° die
Magnetflüssigkeit
(
Durch
Anlegen einer Gleichspannung am elektronisch abschaltbaren Dauermagneten(
Kurbelwinkelstellung
0°/360° erreicht
der Expansionskolben (
Kurbelwinkelstellung
180° erreicht
der Expansionskolben(
Kurbelwinkelstellung
0°/360° erreicht
der Expansionskolben (
Zur
besseren Übersicht
des Arbeitsgasströmungsverlaufes
werden zwei Kreuzstromwärmetauscher
(
Die
in
Funktionsablauf
Durch
Anlegen einer Gleichspannung am elektronisch abschaltbaren Dauermagneten
(
- 11
- AussenummantlungAussenummantlung
- 22
- Kühlflüssigkeitcoolant
- 33
- Behältercontainer
- 4, 54, 5
- Zylindercylinder
- 66
- Kühl- und KompressionsraumCold and compression chamber
- 77
- SpuleKitchen sink
- 8 8th
- Einlassöffnunginlet port
- 9 9
- Auslassöffnungoutlet
- 10, 11 10 11
- Dauermagnetenpermanent magnets
- 12 12
- Röhrchentube
- 1313
- Magnetflüssigkeitmagnetic fluid
- 1414
- StirlingmotorStirling engine
- 15, 1615 16
- Expansionsraumexpansion space
- 1717
- Expansionskolbenexpansion piston
- 18, 1918 19
- Regeneratorregenerator
- 20, 21 20 21
- Erhitzerheaters
- 2222
- Kurbelwellecrankshaft
- 2323
- Überströmkanäleoverflow
- 2424
- Kühlflüssikeitzu- und ablaufKühlflüssikeitzu- and expiration
- 2525
- Rückschlagventilcheck valve
- 2626
- Kreuzstromwärmetauscher Cross-flow heat exchanger
- 2727
- HeissluftturbineHeissluftturbine
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200410004370 DE102004004370B4 (en) | 2004-01-29 | 2004-01-29 | Cooling-compression control unit for heat engines |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200410004370 DE102004004370B4 (en) | 2004-01-29 | 2004-01-29 | Cooling-compression control unit for heat engines |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102004004370A1 DE102004004370A1 (en) | 2005-08-25 |
DE102004004370B4 true DE102004004370B4 (en) | 2008-02-07 |
Family
ID=34801165
Family Applications (1)
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DE200410004370 Expired - Fee Related DE102004004370B4 (en) | 2004-01-29 | 2004-01-29 | Cooling-compression control unit for heat engines |
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---|---|
DE (1) | DE102004004370B4 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0826935A2 (en) * | 1996-08-27 | 1998-03-04 | N.V. Nederlandsche Apparatenfabriek NEDAP | Heat pump |
-
2004
- 2004-01-29 DE DE200410004370 patent/DE102004004370B4/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0826935A2 (en) * | 1996-08-27 | 1998-03-04 | N.V. Nederlandsche Apparatenfabriek NEDAP | Heat pump |
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Publication number | Publication date |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8122 | Nonbinding interest in granting licenses declared | ||
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