DE102014001954A1

DE102014001954A1 - Stirling engine with rotating lobe

Info

Publication number: DE102014001954A1
Application number: DE102014001954.3A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2014-02-12
Publication date: 2015-08-13

Abstract

Der Stirlingmotor mit umlaufenden Drehkolben ist vergleichbar einem herkömmlichen Stirlingmotor in Alpha-Konfiguration, jedoch sind die Zylinder durch ein Drehkolbenarray ersetzt. Letzteres transportiert Wärme über bewegte Oberflächen, und zwar viel effizienter als die sonst üblichen Wärmetauscher.The Stirling engine with rotating lobes is similar to a conventional Stirling engine in alpha configuration, but the cylinders are replaced by a rotary lobe array. The latter transports heat via moving surfaces, much more efficiently than the usual heat exchangers.

Description

Ziel dieser Erfindung ist eine einfache und doch effiziente Wärmekraftmaschine für vielerlei Anwendungen, die sich auch mit anderen Energieträgern als Öl betreiben lässt.The aim of this invention is a simple yet efficient heat engine for many applications, which can be operated with other energy sources than oil.

Nächstliegender Stand der Technik ist DE 3709014 . Dort ist eine Stirlingmaschine vorgeschlagen, die technisch etwa dem bekannten Alpha-Stirlingmotor entspricht, wobei aber jeder der beiden Zylinder durch eine besondere Anordnung von Drehkolben ersetzt ist. Letzteres ist auch als Drehkolbenarray bekannt. Ein Drehkolbenarray verändert, wie ein Zylinder mit Hubkolben, unter Krafteinwirkung das Volumen eines darin eingeschlossenen Arbeitsgases und leistet an diesem Volumenarbeit.The closest prior art is DE 3709014 , There, a Stirling engine is proposed, which technically corresponds approximately to the known Alpha-Stirling engine, but each of the two cylinders is replaced by a special arrangement of rotary pistons. The latter is also known as a rotary piston array. A rotary piston array, like a cylinder with a reciprocating piston, changes the volume of a working gas enclosed in it and makes volume work on it.

Die zitierte Stirlingmaschine will zwar im Aufbau einfach sein und auch weitere Vorteile haben, doch ihre dargestellte Umsetzung orientiert sich noch sehr am klassischen Getriebe- und Pumpenbau, ergibt ein Gerät, bei dem sich sehr kleine Drehkolben in einem sehr großen Gehäuse drehen, kurz, eine Maschine von geringer Leistungsdichte. Die traditionelle Lagerung von Drehkolben und Zahnrädern in einem Gehäuse führt, angesichts der großen Temperaturen und Temperaturunterschiede an einem Stirlingmotor, zu Komplikationen durch Wärmedehnung, zu Abdichtungsproblemen, möglicherweise zum Versagen der Lagerschmierung. Die größtmöglichen zulässigen Temperaturen, und damit auch der erzielbare Wirkungsgrad, sind nur gering. Der Wärmetransport zu und von dem Arbeitsgas erfolgt, so wie bei den gewöhnlichen Stirlingmotoren, mit Wärmetauschern, also durch Wärmeleitung über die Gehäusewände. Das erfordert gut wärmeleitende und gleichzeitig hitzebeständige, daher teure Wandmaterialien. Die besonderen und besseren Möglichkeiten des Wärmetransports über die bewegten Oberflächen der Drehkolbenarrays werden offenbar übersehen.Although the cited Stirling engine wants to be simple in construction and also have other advantages, but their implementation shown is still very oriented to the classic gear and pump, results in a device in which very small rotary pistons rotate in a very large housing, in short, a Machine of low power density. The traditional bearing of rotary lobes and gears in a housing, in view of the large temperatures and temperature differences on a Stirling engine, leads to complications due to thermal expansion, sealing problems, possibly failure of bearing lubrication. The maximum allowable temperatures, and thus the achievable efficiency, are low. The heat transfer to and from the working gas takes place, as in the ordinary Stirling engines, with heat exchangers, ie by heat conduction through the housing walls. This requires good heat-conducting and at the same time heat-resistant, therefore expensive wall materials. The special and better possibilities of heat transport over the moving surfaces of the rotary piston arrays are obviously overlooked.

Ähnliches gilt auch für andere bisherige Vorschläge, einen Stirlingmotor mit Drehkolben aufzubauen.The same applies to other previous proposals to build a Stirling engine with rotary piston.

Weitere Schriften in diesem Zusammenhang sind DE 131392 , US 2410341 , FR 1199521 , DE 19738132 , DE 10 2006 018 183 , DE 10 2009 010 161 , DE 10 2009 010 163 , DE 10 2010 017 943 , DE 19635976 .More writings in this regard are DE 131392 . US 2,410,341 . FR 1199521 . DE 19738132 . DE 10 2006 018 183 . DE 10 2009 010 161 . DE 10 2009 010 163 . DE 10 2010 017 943 . DE 19635976 ,

Die vorliegende Erfindung vermeidet die genannten Nachteile des Standes der Technik und bildet letzteren in vorteilhafter Weise weiter.The present invention avoids the aforementioned disadvantages of the prior art and advantageously continues to form the latter.

Auch der neue Drehkolben-Stirlingmotor beruht auf dem Alpha-Stirlingmotor, wobei die Zylinder durch ein Drehkolbenarray (1) ersetzt sind.The new rotary piston Stirling engine is based on the Alpha-Stirling engine, whereby the cylinder through a rotary piston array ( 1 ) are replaced.

Der neue Drehkolben-Stirlingmotor hat kein Gehäuse, nur Drehkolben (5). Die Drehkolben werden von selbsttragenden Planetengetrieben (2) gehalten und in ihrer Drehbewegung synchronisiert. Diese Planentengetriebe haben ebenfalls kein Gehäuse, keine Drehlager, und auch keinen Planetenträger. Ihre Zahnräder (17) sind an Wälzkörpern (18) befestigt, auf denen sie umeinander rollen. Die Drehkolben sind mit den Planetenrädern (14) verbunden, wodurch sie eine umlaufende Bewegung ausführen.The new rotary piston Stirling engine has no housing, only rotary piston ( 5 ). The rotary pistons are made of self-supporting planetary gears ( 2 ) and synchronized in their rotary motion. These planetary gears also have no housing, no pivot bearings, and no planet carrier. Your gears ( 17 ) are on rolling elements ( 18 ), on which they roll around each other. The rotary pistons are with the planetary gears ( 14 ), thereby performing a circumferential movement.

Es gibt nicht zwei, sondern nur ein Drehkolbenarray. Die Drehkolben sind in Achsrichtung lang genug, um darauf Bereiche unterschiedlicher Temperatur zu haben. Ein zwischen den Drehkolben eingeschlossenes Arbeitsgas wird im Verlauf der Drehkolbenbewegung zwischen heißen und kalten Bereichen hin und her gepumpt.There are not two, but only a rotary piston array. The rotary pistons are long enough in the axial direction to have areas of different temperatures on them. An enclosed between the rotary piston working gas is pumped back and forth between hot and cold areas in the course of the rotary piston movement.

Der neue Stirlingmotor hat keine Wärmetauscher. Wärme wird an den Außenseiten der Drehkolben zu- und abgeführt, auf den Oberflächen zwischengespeichert, und gelangt dann mit diesen in das Innere und umgekehrt.The new Stirling engine has no heat exchangers. Heat is supplied to and removed from the outer sides of the rotary pistons, temporarily stored on the surfaces, and then passes with them into the interior and vice versa.

Möglich sind Maschinen mit jeweils drei oder vier Drehkolben an einem Planetengetriebe. Zweckmäßigerweise befinden sich die länglichen Drehkolben zwischen zwei Planetengetrieben, jeweils mit ihren Enden an diesen befestigt. Der heiße Bereich (7) liegt zweckmäßig in der Mitte der Drehkolben, der kalte Bereich (8) liegt zweigeteilt an den Drehkolbenenden. So bleibt die Hitze fern von den Planetengetrieben, die bei zu hoher Temperatur versagen könnten.Are possible machines with three or four rotary pistons on a planetary gear. Conveniently, the elongated rotary pistons are located between two planetary gears, each with their ends attached to them. The hot area ( 7 ) is appropriate in the middle of the rotary pistons, the cold area ( 8th ) is in two parts at the rotary piston ends. This keeps the heat away from the planetary gears, which could fail if the temperature is too high.

1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stirlingmaschine. Es gibt vier Drehkolben (5) mit linsenförmigem Querschnitt zwischen zwei Planetengetrieben (2). Das zentrale Sonnenrad (13) jedes Planetengetriebes ist an einem Maschinenrahmen (3) befestigt, ist also unbeweglich. Die anderen Zahnräder und die Drehkoben bewegen sich um dieses herum. Die erzeugte Nutzleistung wird an den Außenrädern (15) abgeleitet. 1 shows an embodiment of the Stirling engine according to the invention. There are four rotary pistons ( 5 ) with a lenticular cross-section between two planetary gears ( 2 ). The central sun wheel ( 13 ) of each planetary gear is on a machine frame ( 3 ), so it is immovable. The other gears and the rotary booms move around this. The generated net power is at the outer wheels ( 15 ) derived.

Die mittleren Abschnitte der Drehkolben befinden sich in einem Ofen (4), hier im Schnitt gezeichnet, wo sie auf einer hohen Temperatur gehalten werden. Die Drehkolbenenden und die Planetengetriebe bleiben außerhalb des Ofens, wo sie von der Umgebungsluft gekühlt werden. Der Ofen könnte beispielsweise mit gebündelter Sonnenstrahlung aus einem Hohlspiegel beheizt sein. Um die bewegten Drehkolben herum herrscht starke Luftströmung, was einen guten Wärmeaustausch gewährleistet, sowohl innerhalb als auch außerhalb des Ofens.The middle sections of the rotary pistons are in an oven ( 4 ), drawn here in section, where they are kept at a high temperature. The rotary lobe ends and the planetary gears remain outside the furnace, where they are cooled by the ambient air. The oven could be heated, for example, with bundled solar radiation from a concave mirror. There is strong air flow around the moving rotors, which ensures good heat exchange, both inside and outside the furnace.

2 zeigt einen Schnitt durch das Drehkolbenarray (1) derselben Ausführungsform. Die Drehkolben (5) umschließen ein Arbeitsgas, wobei sie sich berührungsfrei aneinander vorbei drehen, immer mit einem vernachlässigbar kleinen Luftspalt dazwischen. So gibt es keine Reibung und keinen Verschleiß, auch nicht bei allerhöchsten Temperaturen. 2 shows a section through the rotary piston array ( 1 ) of the same embodiment. The rotary pistons ( 5 ) enclose a working gas, taking rotate past each other without contact, always with a negligible air gap in between. So there is no friction and no wear, even at the highest temperatures.

3 zeigt dieselben Drehkolben von der Seite. Unten ganz, oben geschnitten. Man sieht, dass der linsenförmige Drehkolbenquerschnitt im mittleren, also heißen Bereich (7) gegenüber dem des kalten Bereichs (8) verdreht ist, und zwar um einen Winkel von 45 Grad. Die Gasvolumina im heißen und im kalten Drehkolbenbereich ändern sich dann phasenverschoben um 90 Grad, so, wie es für den Stirlingprozess benötigt wird. An den Enden des Drehkolbenarrays wird der Gasaustritt durch runde Endplatten (6) verhindert. 3 shows the same rotary pistons from the side. All the way down, cut up. It can be seen that the lenticular rotary piston cross-section in the middle, ie hot area ( 7 ) compared to the cold area ( 8th ) is rotated by an angle of 45 degrees. The gas volumes in the hot and in the cold rotary piston area then change phase-shifted by 90 degrees, as it is needed for the Stirling process. At the ends of the rotary piston array, the gas outlet through round end plates ( 6 ) prevented.

4 zeigt einen möglichen Aufbau eines Drehkolbens in Explosionsdarstellung. Heißer Bereich (7) und kalter Bereich (8) können jeweils ein dünnwandiges, gerade extrudiertes Hohlprofil (10) sein, mit nicht notwendigerweise gleichem Querschnitt, eingefasst zwischen steckbaren Übergangsstücken (11) und Verbindungsstücken (12). Die Teile können verschweißt sein, oder durch Spannstäbe im Inneren zusammengehalten. An den Verbindungsstücken können Trennwände ausgebildet sein, um die Luftkonvektion in den Hohlprofilen einschränken, und damit einen hier unerwünschten Wärmeaustausch. Die Drehkolbenteile können aus unterschiedlichen Materialien bestehen. 4 shows a possible construction of a rotary piston in an exploded view. Hot area ( 7 ) and cold area ( 8th ) can each have a thin-walled, just extruded hollow profile ( 10 ), not necessarily the same cross section, enclosed between pluggable transition pieces ( 11 ) and connectors ( 12 ). The parts may be welded or held together by tie rods inside. On the connecting pieces partition walls may be formed to restrict the air convection in the hollow sections, and thus an undesirable heat exchange here. The rotary piston parts can consist of different materials.

5 zeigt ein selbsttragendes Planetengetriebe (2), an dessen Planetenrädern (14) die Drehkolben befestigt werden. Hier ist es in drei Schichten aufgebaut: oben und unten jeweils eine Schicht Zahnräder (17), dazwischen eine Schicht Wälzkörper (18). 6 zeigt davon zwei Räder in groß. Die Wälzkörper haben denselben Durchmesser wie der Wälzkreis der zugehörigen Zahnräder. Sie rollen nach Art eines Wälzlagers umeinander und stabilisieren das Lager in radialer Richtung. Die Zähne der Zahnräder stehen über die Ränder der Wälzkörper hinaus, wodurch das Lager in axialer Richtung zusammen hält. Ein Verschieben der Räder in Umfangsrichtung wird durch die Verzahnung verhindert. Ein Herauskippen der Zahnräder aus der Getriebeebene ist ebenfalls nicht möglich, teils wegen der Dicke der Räder, vor allem aber wegen der daran befestigten, relativ langen Drehkolben. Das Getriebe ist somit in alle Richtungen stabil. Die Zähne der beiden Zahnradschichten liegen vorzugsweise gegeneinander versetzt. So lässt sich trotz relativ großer Zähne ein guter Überdeckungsgrad erzielen. Die Getriebeschichten werden beispielsweise durch hochgenaue Passschrauben (16) zusammen gehalten. 5 shows a self-supporting planetary gear ( 2 ), on whose planetary gears ( 14 ) The rotary pistons are attached. Here it is built up in three layers: top and bottom one layer of gears ( 17 ), in between a layer of rolling elements ( 18 ). 6 shows two wheels in big. The rolling elements have the same diameter as the pitch circle of the associated gears. They roll around each other in the manner of a rolling bearing and stabilize the bearing in the radial direction. The teeth of the gears are beyond the edges of the rolling elements, whereby the bearing holds together in the axial direction. A displacement of the wheels in the circumferential direction is prevented by the teeth. A tilting out of the gears from the transmission level is also not possible, partly because of the thickness of the wheels, but especially because of the attached, relatively long rotary pistons. The transmission is thus stable in all directions. The teeth of the two gear layers are preferably offset from one another. This makes it possible to achieve a good degree of coverage despite relatively large teeth. The gear layers are made, for example, by high-precision fitting screws ( 16 ) held together.

Selbstverständlich könnte man solche Getriebe auch mit anderen Schichtfolgen aufbauen. Oder man könnte schrägverzahnte oder pfeilverzahnte Zahnräder nehmen. Zwischen manchen Schichten könnte man Abstandhalter haben. Wälzkörper könnten entlang ihres Umfangs profiliert sein, oder ihrerseits aus mehreren Schichten leicht unterschiedlichen Durchmessers aufgebaut, um Axialkräfte besser aufnehmen zu können.Of course you could build such gear with other layer sequences. Or you could take helical or spur gears. Between some layers you could have spacers. Rolling elements could be profiled along their circumference, or in turn composed of several layers of slightly different diameters, in order to better absorb axial forces.

Der neue Stirlingmotor hat vorzugsweise keinen Regenerator. Diese Funktion wird von den Drehkolben übernommen, die ohnehin schon für kurzzeitige Wärmespeicherung verwendet werden, und mit denen das Arbeitsgas eine vergleichsweise große Oberfläche teilt. Es wäre durchaus möglich, auch einen herkömmlichen Regenerator einzubauen, etwa als zylinderförmigen Behälter mit Drahtgeflecht, rollend zwischen den Drehkolben.The new Stirling engine preferably has no regenerator. This function is taken over by the rotary pistons, which are already used for short-term heat storage, and with which the working gas shares a comparatively large surface area. It would be quite possible to incorporate a conventional regenerator, such as a cylindrical container with wire mesh, rolling between the rotors.

Auch auf ein Schwungrad wird vorzugsweise verzichtet. Dank ihrer umlaufenden Bewegung haben die Drehkolben selbst genug Trägheit, und das Getriebe kann die Trägheitswirkung verstärken. Eine angetriebene Last kann zur Schwungmasse beitragen.Also on a flywheel is preferably omitted. Thanks to their revolving motion, the rotors themselves have enough inertia, and the transmission can enhance the inertia effect. A driven load can contribute to the flywheel.

Um einen gleichmäßigeren Lauf zu erzielen, können zwei oder mehr der erfindungsgemäßen Stirlingmotoren gekoppelt werden, so dass diese, phasenverschoben arbeitend, einander unterstützen. Naheliegend wäre eine Kopplung über Zahnräder. Eine andere Möglichkeit wäre, eine Mehrzahl von Arbeitsräumen auf ein und demselben Drehkolbenarray zu verwirklichen, mit getrennten Arbeitsgasen, die phasenverschoben den Stirlingprozess durchlaufen. Zu diesem Zweck müsste man den Drehkolbenzwischenraum in Längsrichtung aufteilen, vielleicht mit zylindrischen Trennkörpern, die rollend zwischen die Drehkolben eingelegt werden.In order to achieve a smoother running, two or more of the Stirling engines according to the invention can be coupled so that they, working out of phase, support each other. Obvious would be a coupling via gears. Another possibility would be to realize a plurality of working spaces on one and the same rotary piston array, with separate working gases which pass through the Stirling process out of phase. For this purpose, one would have to divide the rotary piston gap in the longitudinal direction, perhaps with cylindrical separating bodies, which are inserted rolling between the rotary pistons.

Da der Drehkolbenquerschnitt überall denselben Umfang aufweist, auch an den Übergängen, könnte man Drehkolben sehr schnell durch Quetschen runder Metallrohre herstellen. Ein anderes schnelles, wenn auch weniger materialsparendes Verfahren, wäre der Rotationsguss. Auch das Lasersintern böte sich an.Since the rotary piston cross section has the same circumference everywhere, even at the transitions, one could produce rotary pistons very quickly by squeezing round metal tubes. Another quick, albeit less material-saving, process would be rotational molding. Laser sintering would also be a good idea.

Geeignete Materialien für Drehkolben wären, insbesondere wegen ihrer geringen Wärmedehnung und ihrer Hitzebeständigkeit: Quarzglas, Keramik, Graphit, Kohlefasern, hitzebeständiger Stahl, Invar, Ni-Resist. In Zukunft vielleicht sogar künstlicher Diamant. Für kostengünstige und etwas weniger effiziente Maschinen könnte man Gusseisen nehmen. Brennbare Drehkolben sollte man unter Schutzgas betreiben, und dieses vorzugsweise unter erhöhtem Druck, um gleichzeitig die Maschinenleistung zu erhöhen.Suitable materials for rotary lobes would be, especially because of their low thermal expansion and their heat resistance: quartz glass, ceramics, graphite, carbon fibers, heat-resistant steel, Invar, Ni resist. In the future maybe even artificial diamond. For cost-effective and somewhat less efficient machines one could take cast iron. Flammable rotors should be operated under inert gas, and this preferably under elevated pressure, in order to increase the engine power at the same time.

Die umlaufende Drehkolbenbewegung bewirkt, dass das Drehkolbenarray sich von allen Seiten sehr gleichmäßig erwärmt und ausdehnt und ein Wärmeverzug daher nicht auftritt. Da kein Gehäuse vorhanden ist, können weder die Drehkolben noch die Zahnräder infolge unterschiedlicher Wärmedehnung in so einem klemmen. Eine Wärmeverspannung der Maschine gegenüber dem Maschinenrahmen wird durch eine lockere Aufhängung verhindert. Wenn man durch die Auswahl der Materialien dafür sorgt, dass im Betrieb die Drehkolben und die Planetengetriebe sich im gleichen Maße ausdehnen, dann können die Drehkolben auch untereinander nicht verklemmen, und man kann die Zwischenspalte sehr klein halten.The revolving rotary motion causes the rotary piston array to heat and expand very evenly from all sides Heat distortion therefore does not occur. Since no housing is present, neither the rotary pistons nor the gears due to differential thermal expansion in such a clamp. A thermal stress of the machine relative to the machine frame is prevented by a loose suspension. If, by selecting the materials, the rotary lobes and the planetary gears expand to the same extent during operation, the lobes can not jam with each other, and the intermediate gaps can be kept very small.

Die hier als „gehäuselos” beschriebene Maschine kann durchaus in ein Gehäuse eingebaut werden. Allerdings ist dieses Gehäuse dann nicht am Komprimieren oder Verschieben des Arbeitsgases beteiligt, sondern dient vielleicht als Geräuschdämmung, oder für den Betrieb der Maschine unter erhöhtem Druck. Ebenso kann das an sich „träger- und lagerlose” Planetengetriebe durchaus ein dem Planetenträger ähnelndes Bauteil aufsitzen haben, welches dann aber keine Kräfte zwischen den Drehkolben überträgt, sondern vielleicht zur Befestigung einer mitrotierenden Ofendichtung vorgesehen ist.The machine described here as "caseless" can certainly be installed in a housing. However, this case is then not involved in compressing or displacing the working gas, but may serve as noise insulation, or for operation of the machine under increased pressure. Likewise, the per se "carrier and bearingless" planetary gear quite a planetary gear carrier resembling component have sit, but then no forces between the rotary piston transfers, but is perhaps intended to attach a co-rotating oven seal.

Es sei erwähnt, dass die hier beschriebene Wärmekraftmaschine auf vielerlei Weise abgewandelt werden könnte. So könnte man trotz der genannten Probleme die Drehkolben in einem Gehäuse oder ähnlichem drehbar lagern, und man könnte sie mit anderen als mit Planetengetrieben synchronisieren. Man könnte ein Drehkolbenarray auch mit mehr als drei oder vier Drehkolben und mit mehr als einem Drehkolbenzwischenraum aufbauen, sogar mit selbsttragendem Getriebe. Mit mehr Drehkolben würde aber die wärmetauschende Oberfläche der Maschine im Verhältnis kleiner, und damit auch ihre Leistungsdichte. Der ohnehin nur näherungsweise verwirklichbare Stirlingprozess könnte mit einem anderen thermodynamischen Prozess überlagert, oder auch ganz durch diesen ersetzt werden. Der Wärmetransport könnte anders als über die Zwischenspeicherung auf den Drehkolbenoberflächen erfolgen, etwa durch Einleiten heißen Gases über besondere Ventile, durch Wärmeleitung über die Endplatten oder besondere Fortsätze an diesen, oder mittels Strahlung durch transparente oder teiltransparente Drehkolben.It should be noted that the heat engine described here could be modified in many ways. So you could rotatably store the rotors in a housing or the like, despite the problems mentioned, and you could synchronize them with other than with planetary gears. You could also build a rotary lobe array with more than three or four rotary lobes and more than one lobe clearance, even with a self-supporting gearbox. With more rotary pistons, however, the heat-exchanging surface of the machine would become smaller in proportion, and thus also its power density. The Stirling process, which can only be approximated in any case, could be superimposed with another thermodynamic process, or even completely replaced by it. The heat transfer could be done differently than via the intermediate storage on the rotary piston surfaces, such as by introducing hot gas through special valves, by heat conduction through the end plates or special extensions to these, or by radiation through transparent or partially transparent rotary pistons.

Wie alle Stirlingmaschinen kann auch die hier vorgeschlagene sowohl als Motor, als auch umgekehrt als Kältemaschine oder Wärmepumpe betrieben werden.Like all Stirling engines, the one proposed here can also be operated both as a motor and vice versa as a chiller or heat pump.

Mit vorliegender Erfindung werden die folgenden Vorteile erreicht.With the present invention, the following advantages are achieved.

Der Aufbau mit Drehkolbenarray behebt einen wesentlichen Nachteil bisheriger Stirlingmotoren, nämlich den ineffizienten Wärmetransport von und zu dem Arbeitsgas durch wärmeleitende Materialien. Der bislang unumgängliche Kompromiss zwischen guter Wärmeleitfähigkeit und guter Hitzebeständigkeit entfällt. Das Drehkolbenarray transportiert Wärme über seine bewegten Oberflächen, wobei die Wärmeleitfähigkeit des Materials unwichtig ist. Man kann nun ein hochhitzebeständiges Material auswählen und bei hoher Arbeitstemperatur einen sehr guten Wirkungsgrad erzielen.The rotary piston assembly eliminates a significant disadvantage of previous Stirling engines, namely the inefficient heat transfer from and to the working gas by heat-conducting materials. The previously unavoidable compromise between good thermal conductivity and good heat resistance is eliminated. The rotary lobe array transports heat across its moving surfaces, and the thermal conductivity of the material is unimportant. You can now select a high-temperature resistant material and achieve high efficiency at high working temperature.

Die Drehkolben übernehmen zusätzliche Funktionen, für die ein herkömmlicher Stirlingmotor besondere Bauteile benötigt. So entfallen jetzt der Regenerator und das Schwungrad, und schließlich die Wärmetauscher. Die Drehkolben wirken auch wie Ventilatoren, die den Wärmeaustausch an den Oberflächen verbessern. Durch den Wegfall all dieser Teile ist der neue Stirlingmotor platzsparend und leicht.The rotary lobes take on additional functions, for which a conventional Stirling engine requires special components. So now eliminates the regenerator and the flywheel, and finally the heat exchanger. The rotors also act as fans that improve the heat exchange at the surfaces. By eliminating all these parts, the new Stirling engine is space-saving and lightweight.

Die Ziffern in den Zeichnungen bedeuten: Drehkolbenarray (1), Planetengetriebe (2), Maschinenrahmen (3), Ofen (4), Drehkolben (5), Endplatte (6), Heißer Bereich (7), Kalter Bereich (8), Übergangsbereich (9), Hohlprofil (10), Übergangsstück (11), Verbindungsstück (12), Sonnenrad (13), Planetenrad (14), Außenrad (15), Passschraube (16), Zahnrad (17), Wälzkörper (18).The numbers in the drawings mean: Rotary piston array ( 1 ), Planetary gear ( 2 ), Machine frame ( 3 ), Oven ( 4 ), Rotary pistons ( 5 ), End plate ( 6 ), Hot area ( 7 ), Cold area ( 8th ), Transitional area ( 9 ), Hollow profile ( 10 ), Transition piece ( 11 ), Connector ( 12 ), Sun gear ( 13 ), Planetary gear ( 14 ), Outer wheel ( 15 ), Dowel screw ( 16 ), Gear ( 17 ), Rolling elements ( 18 ).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3709014 [0002]
DE 131392 [0005]
US 2410341 [0005]
FR 1199521 [0005]
DE19738132 [0005]
DE 102006018183 [0005]
DE 102009010161 [0005]
DE 102009010163 [0005]
DE 102010017943 [0005]
DE 19635976 [0005]

Claims

Machine or part of a machine comprising three or four rotary pistons ( 5 ) with parallel axes of rotation, at least one planetary gear ( 2 ), each with central sun gear ( 13 ), with revolving planet wheels ( 14 ), with an outer wheel ( 15 ), characterized in that each rotary piston is assigned to each planetary gear of each planetary gear and is rotatably connected thereto.

Machine or part of a machine according to the preceding claim, wherein at least one planetary gear is self-supporting.

Machine or part of a machine according to one of the preceding claims, wherein the rotary pistons along their axis in sections of different temperature or function ( 7 . 8th . 9 ) are divided.

Machine or part of a machine according to one of the preceding claims, wherein between the rotary piston, a working fluid is included and this performs a thermodynamic process in the course of the rotary piston movement, in particular a Stirling process.

Machine or part of a machine according to one of the preceding claims, wherein a heat transfer to or from a working gas via an intermediate storage on the moving rotary piston surfaces takes place.

Machine or part of a machine according to one of the preceding claims, wherein a self-supporting planetary gear from layers of gears ( 17 ) and layers of rolling elements ( 18 ) is constructed.

Machine or part of a machine according to one of the preceding claims, wherein there is at least one further body between the rotary pistons, for example for reducing the dead space.