DE102006018686B4

DE102006018686B4 - Pistonless Stirling engine

Info

Publication number: DE102006018686B4
Application number: DE200610018686
Authority: DE
Inventors: Daniel Jope
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2010-07-01
Anticipated expiration: 2026-04-22
Also published as: DE102006018686A1

Abstract

Kolbenloser Stirlingmotor mit Reaktoren, einem Sammler, einer Turbine und einem Vorratssammler, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktoren jeweils mit einem Heiz- und einem Kühlkreislauf ausgestattet und jeweils mit einer Einlass- und einer Auslassöffnung versehen sind und mit einem Medium gefüllt sind, und der Sammler mit den Auslassöffnungen der Reaktoren verbunden ist und permanent beheizt wird, und einer Turbine, welche sich an die Auslassöffnung des Sammlers anschließt, und einem Vorratssammler, welcher mit dem Auslass der Turbine verbunden ist und permanent gekühlt wird und mit den Einlassöffnungen der Reaktoren verbunden ist.Pistonless Stirling engine with reactors, a collector, a turbine and a storage collector, characterized in that the reactors are each equipped with a heating and a cooling circuit and are each provided with an inlet and an outlet opening and are filled with a medium, and the collector is connected to the outlet openings of the reactors and is permanently heated, and a turbine, which adjoins the outlet opening of the collector, and a storage collector, which is connected to the outlet of the turbine and is permanently cooled and connected to the inlet openings of the reactors.

Description

Auf dem Gebiet der Umwandlung von Wärme in Bewegungsenergie ist der Stirlingmotor ein seit 1816 bekanntes Prinzip. Es wurde versucht mit Verbesserungen der Maschine beispielsweise durch berührungsfreie Kolben, an Plattfedern aufgehängten Kolben, Einsatz anderer Medien als Luft usw. eine Effizienzsteigerung herbeizuführen und eine großtechnische Anwendung sinnvoll zu ermöglichen. Der ungleichmäßige Lauf, teilweise Notwendigkeit des Fremdstartes, die schlechte Regulierbarkeit usw., sind beim herkömmlichen Stirlingmotor hauptsächlich durch das Kolbenprinzip bedingt.On the field of transformation of heat in kinetic energy, the Stirling engine is a known since 1816 Principle. It was tried with improvements of the machine, for example through non-contact Pistons, pistons suspended on flat springs, Use of other media than air, etc. to bring about an increase in efficiency and a large-scale To make sense of application. The uneven run, Partial necessity of the strange start, the bad controllability etc., are conventional Stirling engine mainly conditioned by the piston principle.

Ein kolbenloses Prinzip einer Wärmekraftmaschine ist beispielsweise aus der DE 3903 430 A1 entnehmbar. Der Intermittierende Strömungsbeschleuniger mit Wärmetauscher ist ein kolbenloses Stirling-Prinzip, bei dem zwei Wärmetauscher, die in einem Gefäß installiert sind, ein Arbeitsmedium erst erhitzen und dann abkühlen sollen. Der Wärmeträger wird in einem Kreislauf erhitzt oder gekühlt in den 1. oder in den 2. Wärmetauscher gepumpt.A pistonless principle of a heat engine is for example from the DE 3903 430 A1 removable. The intermittent flow accelerator with heat exchanger is a pistonless Stirling principle, in which two heat exchangers, which are installed in a vessel, first heat a working medium and then allowed to cool. The heat transfer medium is heated in a circuit or cooled in the 1st or in the 2nd heat exchanger pumped.

Zudem wird noch auf die Druckschriften DE 41 03 623 A1 und US 2 969 637 A verwiesen.In addition, it is still on the pamphlets DE 41 03 623 A1 and US 2 969 637 A directed.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mit dieser die anfallende (Abfall-)Wärmeenergie effizienter zu nutzen und auch in Temperaturbereichen unter 100 Grad Celsius Wirkungsvoll arbeiten zu können.It Object of the present invention, with this the accumulating (Waste) heat energy to use more efficiently and also in temperature ranges below 100 Degree Celsius To be able to work effectively.

Die Aufgabe wird durch einen kolbenlosen Stirlingmotor gemäß Anspruch 1 gelöst. Der kolbenlose Stirlingmotor besteht aus Behältern (nachfolgend Reaktoren genannt), die Einlass und Auslass besitzen. Diese Ein- und Auslassöffnungen können mit Hilfe von Ventilen geöffnet oder geschlossen werden.The Task is achieved by a pistonless Stirling engine according to claim 1 solved. The pistonless Stirling engine consists of containers (hereinafter reactors called), which have inlet and outlet. These inlet and outlet openings can with Help of valves opened or closed.

Die Reaktoren sind weiterhin mit Druck- und Temperaturmessfühlern sowie einem Heiz- und einem Kühlkreislauf ausgestattet, mit denen sie abwechselnd erwärmt oder gekühlt werden,
außerdem sind sie an ihrer Auslassöffnung an einen Sammler angeschlossen. An der Auslassöffnung des Sammlers befindet sich eine Turbine. Der Sammler wird permanent beheizt. Der Auslass der Turbine mündet in einen Vorratssammler, dieser wird permanent gekühlt und ist so dimensioniert, das die Verweildauer groß genug ist, um das Arbeitsmedium weit genug herunter zu kühlen. Der Vorratssammler ist an eine Rücklaufleitung (ebenfalls permanent gekühlt) angebunden, die wiederum an die Einlassöffnungen der Reaktoren angebunden ist. Auch die Einlassöffnungen können mit Hilfe von Ventilen geöffnet oder geschlossen werden.The reactors are further equipped with pressure and temperature sensors as well as a heating and a cooling circuit, with which they are alternately heated or cooled,
They are also connected to a collector at their outlet. At the outlet of the collector there is a turbine. The collector is permanently heated. The outlet of the turbine opens into a storage collector, this is permanently cooled and is dimensioned so that the residence time is large enough to cool down the working medium far enough. The storage collector is connected to a return line (also permanently cooled), which in turn is connected to the inlet openings of the reactors. The inlet openings can also be opened or closed by means of valves.

Sammler, Vorratsammler und Rücklaufleitung sind wie die Reaktoren mit Druck- und Temperaturmessfühlern ausgestattet. Die gesamte Anlage ist geschlossen und nach außen hin gasdicht (siehe einzige Figur).collectors, Supply collector and return line are like the reactors with pressure and Temperature sensors fitted. The entire complex is closed and outward gas-tight (see only figure).

Das gesamte System wird mit einem Medium (Gas o. Flüssigkeit) gefüllt, dessen Volumen sich bei Temperaturschwankungen stark verändert. Bei Flüssigkeiten darf der Sammler nicht komplett befüllt werden. Die Ventile der Reaktoren sind geschlossen. Der erste Reaktor wird aufgeheizt – das Medium vergrößert sein Volumen – der Druck im Reaktor steigt. Ist der Druck höher als im Sammler, wird das Auslassventil des Reaktors zum Sammler geöffnet und der Reaktor wird weiter erwärmt.The entire system is filled with a medium (gas or liquid) whose Volume changes significantly with temperature fluctuations. at liquids The collector may not be completely filled. The valves of Reactors are closed. The first reactor is heated - the medium be enlarged Volume - the Pressure in the reactor rises. If the pressure is higher than in the collector, the outlet valve becomes of the reactor to the collector and the reactor is further heated.

Wenn der Druck im Reaktor nicht mehr steigt, wird das Auslassventil geschlossen und der Reaktor wird gekühlt. Der im Sammler aufgebaute Druck wird über eine Turbine in Bewegungsenergie gewandelt und abgebaut. Durch die Kühlung fällt der Druck im Reaktor. Ist der Druck im Reaktor gleich dem oder unter dem im Vorratssammler und der Rücklaufleitung gefallen, wird das Einlassventil des Reaktors geöffnet – das Medium gelangt gekühlt in den Reaktor zurück, das Einlassventil wird geschlossen und die Aufheizphase kann erneut beginnen.If the pressure in the reactor stops rising, the exhaust valve is closed and the reactor is cooled. The pressure built up in the collector is converted into kinetic energy via a turbine and dismantled. By the cooling the pressure falls in the reactor. Is the pressure in the reactor equal to or below that in the reactor Supply collector and the return line fallen, the inlet valve of the reactor is opened - the medium is cooled in the Reactor back, the inlet valve is closed and the heating phase can be repeated kick off.

So werden alle am Sammler angeschlossenen Reaktoren phasenverschoben betrieben. Der Prozess (Ventile, Heiz- u. Kühlkreisläufe) wird computergesteuert und nach den durch die Sensoren erfassten Daten optimiert.So all reactors connected to the collector are phase-shifted operated. The process (valves, heating and cooling circuits) is computer controlled and optimized according to the data collected by the sensors.

Ein nach diesem Prinzip arbeitendes System kann besser als der herkömmliche Stirlingmotor für großtechnische Anlagen (beispielsweise Abwärmenutzung von Kraftwerken oder Solarthermiegroßanlagen) genutzt werden.One Working on this principle can be better than the conventional one Stirling engine for large-scale Plants (eg waste heat recovery from power plants or solar thermal systems).

Die Wärmequellen werden sowohl für das Aufheizen als auch für die Erzeugung der Kälte genutzt.The heat sources be both for the heating up as well for the generation of cold used.

Dieses System isst besser steuerbar als das herkömmliche, es arbeitet gleichmäßiger und effizienter durch die Entkoppelung von Druckerzeugung und Umsetzung in Bewegungsenergie, durch Verhindern von Verlusten die beim Modell mit Kolben
beispielsweise durch Spalte zwischen Kolben und Zylinder oder auch durch den Energieaufwand der beim Herausdrücken des aufgeheizten Mediums aus dem Zylinder in den Wandler entstehen.This system is more controllable than the conventional one, it works more smoothly and efficiently by decoupling pressure generation and converting it into kinetic energy, preventing losses in the piston model
For example, caused by gaps between the piston and cylinder or by the energy required when pushing out the heated medium from the cylinder into the converter.

Am Beispiel der Abwärmenutzung in einem Kraftwerk wird das kolbenlose Prinzip verdeutlicht. In Kraftwerken fallen große Mengen an Wärme an, die oft ohne weitere Nutzung in die Umwelt abgegeben werden (z. B. Kühlturm).At the Example of waste heat recovery in a power plant the pistonless principle is clarified. In power plants fall big Amounts of heat which are often released into the environment without further use (eg cooling tower).

Mit dem kolbenlosen Stirlingmotor/Wärmedifferenzmaschine könnte die Wärme in Bewegungsenergie umgesetzt und damit zum Beispiel Verstromt werden. Die anfallende Wärme wird zum Teil in einen Heizkreislauf eingespeist und zum anderen zur Erzeugung von Kälte benutzt, um diese dann in den Kühlkreislauf einzuspeisen.With the pistonless Stirling engine / heat differential engine could the heat converted into kinetic energy and thus, for example, be converted into electricity. The accumulating heat is partly fed into a heating circuit and the other for the production of cold then use them in the cooling circuit feed.

Die Funktionsweise ist die Gleiche wie bereits beschrieben. Die Reaktoren werden computergesteuert unter Abgleich der Temperatur und Druckdaten und der Stellung der Ein- und Auslassventile abwechselnd mit Heiz- oder Kühlkreislauf befahren. Die Druckerhöhungen werden dem Sammler zugeführt und weiter wie oben beschrieben.The Operation is the same as already described. The reactors be computer controlled with adjustment of temperature and pressure data and the position of the inlet and outlet valves alternately with heating or cooling circuit traveled. The pressure increases are fed to the collector and continue as described above.

Claims

Pistonless Stirling engine with reactors, a collector, a turbine and a storage collector, characterized in that the reactors are each equipped with a heating and a cooling circuit and are each provided with an inlet and an outlet opening and are filled with a medium, and the collector is connected to the outlet openings of the reactors and is permanently heated, and a turbine, which connects to the outlet opening of the collector, and a storage collector, which is connected to the outlet of the turbine and is permanently cooled and connected to the inlet openings of the reactors.

Pistonless Stirling engine according to claim 1, characterized characterized in that the inlet and outlet openings of the reactors with Valves are equipped.

Pistonless Stirling engine according to one of the preceding Claims, characterized in that the collector, the stock collector and the reactors are equipped with pressure and temperature sensors.

Pistonless Stirling engine according to one of the preceding Claims, characterized in that the medium is a gas or a liquid is, whose volume varies greatly with temperature fluctuations.

Plant with a pistonless Stirling engine after one the claims 1 to 4, characterized in that the system is closed and outward is gastight.

Method for feeding a pistonless Stirling engine according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the operation of the pistonless Stirling engine is done by the following steps: - Warm up of the medium in a reactor with the valve closed in the outlet opening, - as soon as the medium in the reactor reaches a pressure higher than the pressure in the collector is, the valve is opened in the outlet, - after escaping of the medium in the collector, the valve in the outlet opening is closed and the reactor cooled, - in the Collector built up pressure is over relax the turbine and then cool the medium in the storage collector - the medium in the storage collector is passed into a reactor and the process starts again.