DE102007004735A1 - Thermal engine device, particularly for sterling engine, has rotation shafts pivoted to common pin and pistons of cylinders facing each other of both rotation units are connected with each other indirectly by cam plate - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Wärmemotor-Vorrichtung mit zwei Rotationseinheiten mit jeweils einer Mehrzahl von kolbenführenden Zylindern, in die während einer ersten Schwingperiode Gase zeitgesteuert einleitbar sind und in die während einer zweien Schwingperiode Gase zeitgesteuert ausleitbar sind.The The invention relates to a heat engine device with two rotating units, each with a plurality of piston-leading Cylinders into which a time-controlled introduction of a first period of oscillation gases and in the while a two-period oscillation gases are time-controlled ausleitbar.
Wärmemotor-Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik als Sterlingmotoren bekannt und finden in der Regel unter speziellen Bedingungen wie Mangel an Sauerstoff für Verbrennungsvorgänge Einsatz. Die bekannten Vorrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass ihr Wirkungsgrad für viele technische Anwendungen aufgrund eines zu geringen Temperaturunterschiedes zwischen einem Wärmepol und einem Kältepol zu gering ist.Heat engine devices of the type mentioned above are in the art as Sterling engines known and usually found under special conditions such as Lack of oxygen for combustion use. However, the known devices have the disadvantage that their efficiency for many technical applications due to a too small temperature difference between a heat pole and a cold pole too is low.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Wärmemotor-Vorrichtung zu schaffen, die einen gegenüber den bekannten Vorrichtungen verbesserten Wirkungsgrad aufweist.task The invention is therefore to provide a heat engine device, the one against the known devices has improved efficiency.
Für eine Wärmemotor-Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Rotationseinheiten auf einem gemeinsamen Dorn jeweils drehbar gelagert sind und die Kolben der sich gegenüberstehenden jeweiligen Zylinder der beiden Rotationseinheiten mindestens indirekt über eine ebenfalls drehbar auf dem Dorn gelagerte Steuerscheibe miteinander verbunden sind.For a heat engine device of the aforementioned type, this object is achieved in that the rotation units each rotatable on a common mandrel are stored and the pistons of the opposing respective cylinder the two rotational units at least indirectly via a also rotatably mounted on the mandrel control disc with each other are connected.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.preferred embodiments The invention are the subject of the dependent claims.
Bei der erfindungsgemäßen Wärmemotor-Vorrichtung wird durch die Merkmalskombination, dass die Rotationseinheiten auf einem gemeinsamen Dorn jeweils drehbar gelagert sind und die Kolben der sich gegenüberstehenden jeweiligen Zylinder der beiden Rotationseinheiten mindestens indirekt über eine ebenfalls drehbar auf dem Dorn gelagerte Steuerscheibe miteinander verbunden sind, erreicht, dass mit Hilfe einer ersten Rotationseinheit ausgehend von einem durch eine Heizeinrichtung vorgegebenen Wärmepol aus der thermischen Energie eines Arbeitsgases Bewegungsenergie erzeugbar ist, und mit Hilfe einer zweiten Rotationseinheit durch einen Vorgang des aktiven Komprimierens und Dekomprimierens des Arbeitsgases in Verbindung mit einem als Wärmetauscher ausgelegten Regenerator die Kälte eines Kältepols gegenüber dem Stand der Technik auf verbesserte Weise nutzbar ist.at the heat engine device according to the invention is characterized by the combination of features that the rotation units are rotatably mounted on a common mandrel and the Piston of the opposite respective cylinder of the two rotation units at least indirectly via a also rotatably mounted on the mandrel control disc with each other connected, achieved that with the help of a first rotation unit starting from a predetermined by a heater Wärmepol the thermal energy of a working gas kinetic energy generated is, and with the help of a second rotation unit through a process of actively compressing and decompressing the working gas in Connection with a heat exchanger designed regenerator the cold one cold pole across from The prior art can be used in an improved manner.
Entsprechend ist eine erste Rotationseinheit als Antriebseinheit ausgebildet ist und eine zweite Rotationseinheit als Regenerator-Einheit ausgebildet, wobei eine von der Antriebseinheit vorgegebene Drehposition der Steuerscheibe die Position der Kolben der Zylinder der Regeneratoreinheit vorgibt.Corresponding a first rotation unit is designed as a drive unit and a second rotation unit is designed as a regenerator unit, wherein a predetermined by the drive unit rotational position of the Control disc the position of the pistons of the cylinders of the regenerator unit pretends.
Damit weist die erfindungsgemäße Wärmemotor-Vorrichtung auch die wichtige Eigenschaft auf, dass aufgrund einer in einer vorgegebenen Richtung geneigt angeordneten Positionierung der Zylinder eine Drehrichtung der betreffenden Schwungscheiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung von vorneherein festgelegt ist.In order to has the heat engine device according to the invention also the important feature on that, due to one in one given direction arranged inclined positioning of the cylinder Direction of rotation of the relevant flywheels of the device according to the invention is determined from the outset.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Kolben einer Rotationseinheit im Bereich ihrer jeweils ersten Stirnfläche an eine jeweilige Einstellscheibe angrenzend gelagert sind und im Bereich ihrer jeweils zweiten Stirnfläche an eine jeweilige Schwungscheibe angrenzend gelagert sind, wobei die jeweils ersten Stirnflächen der Zylinder gaskommunikativ jeweils mit einer Bohrung in der jeweiligen Einstellscheibe verbunden sind und die jeweils zweiten Stirnflächen der Zylinder fest in Bohrungen der jeweiligen Schwungscheibe gelagert sind.According to one first preferred embodiment the device according to the invention is provided that the pistons of a rotation unit in the range their respective first face are mounted adjacent to a respective shim and in the Area of their respective second end face to a respective flywheel are mounted adjacent, wherein the respective first end faces of the Cylinder Gaskommunikativ each with a bore in the respective Shim are connected and the respective second end faces of the Cylinders are mounted firmly in holes of the respective flywheel.
Die Kolben einer Rotationseinheit sind dabei vorzugsweise bezüglich des Dorns in einem jeweils gleichen spitzen azimutalen (in horizontaler Richtung gemessenen) Winkel angeordnet. Des Weiteren sind die Kolben einer Rotationseinheit bezüglich des Dorns vorzugsweise in einem jeweils gleichen spitzen deklinalen (in vertikaler Richtung gemessenen) Winkel angeordnet.The Pistons of a rotary unit are preferably with respect to the Dorns in a respective same acute azimuthal (in horizontal Direction measured) angle arranged. Furthermore, the pistons a rotation unit with respect to of the spine preferably in a respective same point decentralized (measured in the vertical direction) angle arranged.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die jeweiligen Kolben der Rotationseinheit mittels Pleuelstangen mit der Steuerscheibe verbunden sind. Eine Pleuelstange kann dabei beispielsweise über ein drehbares Kreuzgelenk oder ein anders geartetes Drehgelenk mit der Steuerscheibe verbunden sein.According to one another preferred embodiment the device according to the invention is provided that the respective pistons of the rotation unit are connected by connecting rods with the control disk. A Connecting rod can, for example, a rotatable universal joint or another type of rotary joint connected to the control disk be.
Bei der erfindungsgemäßen Wärmemotor-Vorrichtung sind die Steuerscheiben der jeweiligen Rotationseinheiten vorzugsweise über eine oder mehr, vorzugsweise zwei Befestigungsstreben verwindungsfest miteinander verbunden.at the heat engine device according to the invention the control discs of the respective rotation units are preferably via a or more, preferably two fastening struts torsion resistant connected with each other.
Gemäß einer wichtigen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei vorgesehen, dass einer Befestigungsstrebe eine Stabilisierungskugel mit einer Bohrung zugeordnet ist, die so bemessen ist, dass die Stabilisierungskugel im Gleitsitz frei entlang der Befestigungsstrebe verschiebbar ist, wobei die Stabilisierungskugel in einem in der Steuerscheibe ausgebildeten Käfig frei rotierbar gelagert ist. Die Steuerscheibe ist dabei vorzugsweise in einem Winkel von 40° bis 70°, insbesondere 50° bezüglich des Dorns geneigt angeordnet.According to an important preferred embodiment of the device according to the invention it is provided that a stabilizing ball is assigned to a mounting bar with a bore which is dimensioned so that the stabilizing ball in the sliding seat freely along the mounting strut is displaceable, wherein the stabilizing ball in a formed in the control disk cage is stored freely rotatable. The control disk is preferably angeord at an angle of 40 ° to 70 °, in particular 50 ° with respect to the mandrel net.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass im Bereich einer jeweils kolbenfernen Seite einer jeweiligen Einstellscheibe eine feststehend angeordnete, jeweils zwei gebogene Schlitze aufweisende Regelscheibe vorgesehen ist, wobei der Krümmungsradius der Schlitze so bemessen ist, dass diese jeweils einen Raumbereich abdecken, der durch eine Rotationsbewegung der jeweiligen Bohrungen in der betreffenden drehbaren Einstellscheibe vorgegeben ist. Die Schlitze einer Regelscheibe sind dabei spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sind und erstrecken sich vorzugsweise jeweils über einen Winkelbereich von etwa 70°.According to one another preferred embodiment the device according to the invention it is envisaged that in the area of each side remote from the piston a respective shim a fixed arranged, respectively two curved slots having regulating wheel is provided where the radius of curvature The slots are sized so that they each have a space area cover, by a rotational movement of the respective holes is specified in the respective rotatable shim. The Slots of a regulating wheel are mirror-symmetrical to each other are arranged and preferably each extend over a Angular range of about 70 °.
Ein erster Schlitz der Regelscheibe der ersten Rotationseinheit ist vorzugsweise gaskommunikativ mit einer Zuführleitung für heiße Gase verbunden, wobei ein zweiter Schlitz der Regelscheibe der ersten Rotationseinheit gaskommunikativ mit einer Abführleitung für heiße Gase verbunden ist.One first slot of the regulating wheel of the first rotary unit is preferably gas-communicatively connected to a supply line for hot gases, wherein a second slot of the regulating wheel of the first rotation unit gas-communicative with a discharge line for hot gases connected is.
Ein erster Schlitz der Regelscheibe der zweiten Rotationseinheit ist vorzugsweise gaskommunikativ mit einer Zuführleitung für kalte Gase verbunden, wobei ein zweiter Schlitz der Regelscheibe der zweiten Rotationseinheit gaskommunikativ mit einer Abführleitung für kalte Gase verbunden ist.One first slot of the regulating wheel of the second rotating unit preferably gas-communicatively connected to a supply line for cold gases, wherein a second slot of the regulating wheel of the second rotating unit gas communicative with a discharge line for cold Gases is connected.
Gemäß einer weiteren wichtigen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei vorgesehen, dass bei der ersten Rotations-Einheit die Zuführleitung für heiße Gase mit dem Ausgang einer Heizeinrichtung verbunden ist und die Abführleitung für heiße Gase mit dem Eingang einer Regeneratoreinrichtung (Wärmetauscher) verbunden ist, wobei bei der zweien Rotations-Einheit die Zuführleitung für kalte Gase mit dem Ausgang der Regeneratoreinrichtung (Wärmetauscher) verbunden ist und die Abführleitung für kalte Gase mit dem Eingang der Heizeinrichtung verbunden ist.According to one another important preferred embodiment of the device according to the invention is provided that in the first rotation unit the feed for hot gases with the output of a heater is connected and the discharge line for hot gases connected to the input of a regenerator device (heat exchanger), wherein in the second rotary unit, the cold gas supply line is connected to the outlet the regenerator (heat exchanger) connected is and the discharge line for cold Gases is connected to the input of the heater.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im Folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt ist. Darin zeigen:The inventive device is explained below with reference to a preferred embodiment, the is shown in the figures of the drawing. Show:
Die
in den
Die
Kolben
Die
Kolben
Die
jeweiligen Kolben
Die
Schwungscheiben
Im
Bereich einer jeweils kolbenfernen Seite einer jeweiligen Einstellscheibe
Ein
erster Schlitz
Ein
erster Schlitz
Bei
der ersten Rotations-Einheit ist die Zuführleitung
Das oben erläuterte Ausführungsbeispiel der Erfindung dient lediglich dem Zweck eines besseren Verständnisses der durch die Ansprüche definierten erfindungsgemäßen Lehre, die als solche durch das Ausführungsbeispiel nicht eingeschränkt ist.The explained above embodiment The invention is for the purpose of better understanding only the one by the claims defined teaching according to the invention, as such by the embodiment not limited is.
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---|---|---|---|
DE200710004735 DE102007004735B4 (en) | 2007-01-31 | 2007-01-31 | Combined heat and power engine |
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2007
- 2007-01-31 DE DE200710004735 patent/DE102007004735B4/en not_active Expired - Fee Related
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DE102008023492A1 (en) | 2008-05-14 | 2009-11-26 | Waechter-Spittler, Freiherr von, Hartmut | Power machine for use with expanded fluids under pressure and with changed temperature for power machine plant, has fluid changing opening that is opened by rotation of pot |
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DE102007004735B4 (en) | 2008-11-06 |
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