DE102009030173A1 - Stirling machine e.g. heat pump, for converting heat into mechanical energy and vice-versa, has pump mechanism for pumping working fluid to cold and warm zones at low pressure and high pressure - Google Patents
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- F02G2280/00—Output delivery
- F02G2280/10—Linear generators
Abstract
Description
Betroffene technische GebieteAffected technical areas
- Heißluftmotore (Stirlingmotore), Kältemaschinen und Wärmepumpen (speziell nach dem Stirling-Prinzip), Steuerungstechnik, LinearantriebeHot air engines (Stirlingmotore), chillers and heat pumps (especially according to the Stirling principle), control technology, linear drives
Stand der Technik/Beschreibung der MängelState of the art / description of the defects
Stirlingmaschinen allgemeinStirling machines in general
Als Stirlingmaschinen werden Maschinen bezeichnet, die Wärme in mechanische Arbeit umsetzten (Strilingmotor) oder die mechanische Arbeit in Wärmeunterschiede umsetzen (Wärmepumpe, Kältemaschine) und deren Arbeitsweise dem Carnot-Prozess zumindest ähnelt.When Stirling machines are called machines that convert heat into mechanical ones Work (striling motor) or mechanical work in Heat differences implement (heat pump, chiller) and whose operation is at least similar to the Carnot process.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Stirlingmotore, die beschriebenen Probleme und Lösungsansätze lassen sich aber grundsätzlich auch auf Wärme-/Kältemaschinen anwenden.The The following description refers to Stirling engines described Leave problems and solutions but basically also on heating / cooling machines apply.
Stirlingmotore allgemeinStirling engines in general
Stirlingmotore besitzen im Allgemeinen eine warme und eine kalte Zone. Ein gasförmiges Arbeitsmedium wird durch einen Verdränger abwechselnd in die kalte/in die warme Zone befördert. Ist es in der warmen Zone, so dehnt es sich aus, und bewegt einen Arbeitskolben, der nun Arbeit verrichten kann. Ist es in der kalten Zone, so zieht es sich zusammen, und zieht den Arbeitskolben zurück.Stirling engines generally have a warm and a cold zone. A gaseous working medium is by a displacer alternately transported to the cold / warm zone. Is it in the warm Zone, so it expands, and moves a working piston, the can do work now. Is it in the cold zone, so pull it collapses, and pulls back the working piston.
Die Wärme wird in der Regel durch das Gehäuse des Stirlingmotors zugeführt (und abgeführt). Um einen leistungsfähigen Stirlingmotor zu erhalten, ist es nötig, die Oberfläche, möglichst groß zu gestalten. Um die Bauform nicht all zu groß werden zu lassen, kann dies durch Anbringen von Fingern, Lamellen oder Ähnlichem geschehen.The Heat is usually through the case fed to the Stirling engine (and removed). Around a powerful one Stirling engine, it is necessary to the surface, if possible big too shape. In order to not let the design too big, this can done by attaching fingers, slats or the like.
Der Verdränger befördert das Medium von der warmen in die kalte Zone, indem er selber den Platz in der warmen Zone einnimmt. Dabei ist es wünschenswert, daß das Arbeitsmedium möglichst vollständig aus der warmen Zone entfernt wird, da verbleibendes Restmedium sich weiter Ausdehnen wird und so dem zusammenziehenden Arbeitsmedium in der kalten Zone entgegenwirkt.Of the displacement promoted the medium from the warm to the cold zone, giving the place itself in the warm zone. It is desirable that the working medium as completely as possible the warm zone is removed, as remaining residual medium itself continues to expand and so the contracting working medium counteracts in the cold zone.
Wenn die warme und die kalte Zone innen mit Fingern, Lamellen oder Ähnlichem ausgestattet ist, so muß der Verdränger natürlich eine entsprechende Gegenform aufweisen, damit das Arbeitsmedium zwischen den Fingern, den Lamellen möglichst gut verdrängt wird. Dies ist technisch jedoch schwierig zu realisieren, da aufgrund von Wärmeausdehnung und Fertigungstoleranzen zwischen dem Gehäuse und dem Verdränger immer etwas Luft gelassen werden muß. Will man eine große Oberfläche erreichen, so muß auch an vielen Stellen Luft gelassen werden, man erhält einen großen Raum für Restmedium.If the warm and the cold zone inside with fingers, slats or the like is equipped, the must displacement Naturally have a corresponding counter-mold so that the working medium between the fingers, the lamellae is displaced as well as possible. This is technically difficult to realize because due of thermal expansion and manufacturing tolerances between the housing and the displacer always Some air must be left. Do you want a big one surface so must, too to be left in many places, you get a big room for residual medium.
Stirlingmotore gibt es in verschiedenen Bauformen. Die beiden Forderungen müssen aber im Prinzip immer möglichst gut erfüllt sein, sind aber schwierig unter einen Hut zu bringen.Stirling engines are available in different designs. But the two demands have to be in principle always possible well fulfilled but are difficult to reconcile.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde einen Stirlingmotor so zu gestalten, daß man eine möglichst große Oberfläche für einen möglichst guten Wärmeübergang hat, gleichzeitig aber das Arbeitsmedium möglichst vollständig von der einen Zone in die andere Zone bewegen kann.Of the The invention is therefore the object of a Stirling engine so to shape that one one possible size surface for one preferably good heat transfer has, but at the same time the working medium as completely as possible which can move one zone into the other zone.
Lösungsprinzipsolution principle
Die Idee ist nun das Arbeitsmedium nicht mit einem Verdränger aus der einen Zone heraus in die andere zu verdrängen, sondern es mit einer Art Pumpe aus der einen Zone herauszusaugen und in die andere hineinzudrücken.The Idea is now not the working medium with a displacer to displace one zone out into the other, but with one Extract the pump from one zone and push it into the other.
Eine
mögliche
Realisierung ist in
In
Nun
wird der rechte Arbeitskolben (
Durch
den rechten Linearantrieb (
Nun
fährt der
linke Arbeitskolben (
In
den Schritten 1–3
wird in Summe durch die Arbeitskolben Arbeit an den Linearantrieben
verrichtet. In den Schritten 3–6
müssen
die Linearantriebe in Summe Arbeit an die Arbeitskolben abgeben.
Da die kalte Zone (
Aus dieser Beschreibung ist der Zusammenhang mit klassischen Strilingmotoren noch nicht ersichtlich, er besteht aber dennoch. Wir betrachten im Folgenden nur den „aktiven” Teil des Arbeitsmediums. Fasst man die Schritte 6 und 1 zusammen, so erhält man insgesamt eine Kompression, da das Arbeitsmedium von der größeren kalten Zone in die kleinere warem Zone transportiert wurde. Schritt 2 stellt die Phase der Erwärmung dar. Die Schritte 3 und 4 lassen sich zu einer Expansion zusammenfassen, da das Arbeitsmedium von der kleineren warmen Zone in die größere kalte Zone transportiert wird. Schritt 5 stellt die Phase der Abkühlung dar. Man erhält also insgesamt eine Abfolge, wie man sie von klassischen Strilingmotoren her kennt.Out This description is the context with classic striling motors not yet apparent, but it still exists. We consider hereinafter only the "active" part of the Working medium. Summarizing steps 6 and 1, you get a total of a compression, since the working medium of the larger cold Zone was transported to the smaller warem zone. Step 2 presents the phase of warming steps 3 and 4 can be summarized as an expansion, as the working medium from the smaller warm zone into the larger cold Zone is transported. Step 5 represents the cooling phase. Man receives So overall a sequence, as you get from classic striling motors knows.
Durch einen geeigneten mechanischen Aufbau muß erreicht werden, daß der Überdruck immer deutlich über dem Unterdruck liegt, damit der Wärmeübergang, der in der Unterdruck-Zone stattfindet, stets vernachlässigt werden kann.By a suitable mechanical structure must be achieved that the pressure always clearly above the negative pressure, thus the heat transfer, in the vacuum zone takes place, always neglected can be.
Durch
einen geeigneten mechanischen Aufbau muß des Weiteren erreicht werden,
daß der
unter Überdruck
stehende Teil des Arbeitsmediums möglichst vollständig in
der entsprechenden Zone ist und ein möglichst geringer Rest im Kolbenraum
verbleibt. Dies ist in
In einem Strilingmotor der beschriebenen Bauart kann schon in der Ausgangsstellung ein Überdruck eingebracht werden, er kann also „aufgeladen” werden, wie dies bei gängigen Stirlingmotoren der Fall ist. Der Arbeitsablauf ergibt sich entsprechend.In a striling engine of the type described can already in the starting position an overpressure be introduced, so it can be "charged", as with common Stirling engines is the case. The workflow follows accordingly.
Man
stelle sich nun vor, der Aufbau aus
Anwendungapplication
Ein Stirlingmotor besagter Bauart ist dafür geeignet aus nahezu beliebigen Wärmequellen Strom zu erzeugen. Es muss lediglich ein genügend großer Temperaturunterschied vorhanden sein, da sonst der Wirkungsgrad und die Leistung zu gering sind.One Stirling engine of this type is suitable for almost any Heat sources electricity to create. There just needs to be a sufficiently large temperature difference Otherwise, the efficiency and performance are too low.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200910030173 DE102009030173A1 (en) | 2009-06-24 | 2009-06-24 | Stirling machine e.g. heat pump, for converting heat into mechanical energy and vice-versa, has pump mechanism for pumping working fluid to cold and warm zones at low pressure and high pressure |
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DE102009030173A1 true DE102009030173A1 (en) | 2010-12-30 |
Family
ID=43217780
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE200910030173 Ceased DE102009030173A1 (en) | 2009-06-24 | 2009-06-24 | Stirling machine e.g. heat pump, for converting heat into mechanical energy and vice-versa, has pump mechanism for pumping working fluid to cold and warm zones at low pressure and high pressure |
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Country | Link |
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DE (1) | DE102009030173A1 (en) |
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-
2009
- 2009-06-24 DE DE200910030173 patent/DE102009030173A1/en not_active Ceased
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