DE102017128254A1 - Heat exchanger with design-side adaptation to increased load requirements, especially for a high-performance low-temperature Stirling engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen thermischen Regenerator für einen Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor (M) aufweisend, mindestens ein Gehäuseteil (1A, 2A, 1A-2A), welches einen Energiespeicherraum bildet, in dem eine Speichermasse zur Wärmespeicherung angeordnet ist.Der Wärmetauscher ist dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermasse aus einem gut leitenden, vorzugsweise metallischen oder nichtmetallischen Material ausgebildet ist.The invention relates to a heat exchanger, in particular a thermal regenerator for a high-performance low-temperature Stirling engine (M) comprising at least one housing part (1A, 2A, 1A-2A), which forms an energy storage space in which a storage mass for heat storage is arranged. The heat exchanger characterized in that the storage mass is formed of a highly conductive, preferably metallic or non-metallic material.
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der insbesondere in Kombination mit einem Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor verwendbar ist.The invention relates to a heat exchanger which can be used in particular in combination with a high-performance low-temperature Stirling engine.
Die wachsende Nutzung der erneuerbaren Energien vollzieht sich abhängig von der Energieart in Deutschland mit unterschiedlichem Entwicklungstempo. Dabei erfolgte der Ausbau zur Erzeugung elektrischer Energie intensiver, was u. a. an der besseren Einspeisemöglichkeit in das flächendeckend verfügbare Stromnetz liegt. Die Nutzung solarer Strahlungswärme ist dagegen größtenteils an den am Erzeugungsort vorherrschenden Wärmebedarf gebunden.The growing use of renewable energies is taking place at different rates of development, depending on the type of energy in Germany. In this case, the expansion for generating electrical energy was more intensive, which u. a. at the better feed-in possibility in the area-wide available power grid lies. The use of solar radiant heat, on the other hand, is largely tied to the heat demand prevailing at the place of production.
Bei der Energieversorgung in gewerblichen und Wohngebäuden wird grundsätzlich Wärme für Heizzwecke und Warmwasser sowie elektrische Energie zur Beleuchtung, Information, Kommunikation und Antrieb benötigt. Dabei schwankt der Bedarf je nach Tages- und Jahreszeit. Die Energiemenge für Wärme beträgt im Allgemeinen circa das 4-fache von elektrischer Energie.When supplying energy in commercial and residential buildings, heat is generally required for heating purposes and hot water, as well as electrical energy for lighting, information, communication and propulsion. The demand varies depending on the time of the day and the season. The amount of energy for heat is generally about 4 times that of electrical energy.
Wird bei der Bewertung des Anteils erneuerbarer Energien der Gesamtenergiebedarf betrachtet, treten die Entwicklungsmöglichkeiten bei der Einbindung von Umweltwärme in die Energieversorgung hervor. Auf dem Weg zur vollständigen erneuerbaren Energieversorgung ist neben der Effizienzverbesserung die Speicherung großer Energiemengen und die Möglichkeit zur Transformation zwischen den Energiearten elementare Voraussetzung. Bisher bietet nur die elektrische Energie die Eigenschaft als Universalenergie in alle Energiearten gewandelt werden zu können. Eine direkte Speicherung großer Energiemengen ist jedoch trotz der international gewaltigen Entwicklungsanstrengungen wirtschaftlich nicht in der Breite anwendbar.When assessing the share of renewable energies, the total energy demand is considered to be open to development opportunities in the integration of environmental heat into the energy supply. On the way to a complete renewable energy supply, in addition to improving efficiency, the storage of large amounts of energy and the possibility of transformation between the different types of energy are fundamental requirements. So far, only the electrical energy offers the property of being able to be converted into all types of energy as universal energy. However, a direct storage of large amounts of energy is not economically viable in spite of the enormous international development effort.
Dem gegenüber kann Wärme zwar schon heute in großen Mengen kostengünstig gespeichert werden, jedoch verlangt deren Umwandlung zum einen aufwändige Antriebsaggregate z. B. Dampfturbinen, Dampfmaschinen oder Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotoren und zum anderen muss die Temperatur so hoch sein, dass eine direkte Nutzung der Umweltwärme verhindert ist. So wird letztlich auf die übliche Verbrennung von Gas, Öl oder Feststoffen ausgewichen. Selbst die in der gelegentlichen Nutzung befindlichen solarbetriebenen Stirlingmotoren erfordern Temperaturdifferenzen zwischen der Heiß- und Kaltseite, die nur durch optische Konzentration mittels aufwändiger Hohlspiegel und deren beständiger Nachführung zu erreichen ist.On the other hand, heat can already be stored cost-effectively today in large quantities, but requires their conversion to a complex drive units z. As steam turbines, steam engines or high-performance low-temperature Stirling engines and on the other hand, the temperature must be so high that a direct use of environmental heat is prevented. Ultimately, it avoids the usual combustion of gas, oil or solids. Even the occasional use of solar-powered Stirling engines require temperature differences between the hot and cold side, which can only be achieved by optical concentration by means of elaborate concave mirrors and their constant tracking.
Die wirtschaftliche Nutzung der Solarwärme zur Energiewandelung setzt voraus, dass Standardkomponenten zum Einsatz kommen können, die bei Temperaturniveaus von circa 50 bis 70°C effektiv arbeiten. Als besonders effektvoll sind Lösungen anzusehen, welche die Abwärme eines thermischen Energieumwandlungsprozesses als Nutzwärme zur Verfügung stellen können.The economic use of solar heat for energy conversion requires that standard components can be used that work effectively at temperature levels of around 50 to 70 ° C. Solutions that can provide the waste heat of a thermal energy conversion process as useful heat are considered to be particularly effective.
Bekannt sind Stirlingmotoren, die ihre Leistung ausschließlich aus den durch Temperaturänderung bewirkten Druck- und Volumenveränderungen beziehen. Herkömmliche Stirlingmotoren benötigen dazu eine aufwendige Mechanik, um die Funktion zu gewährleisten. Das führt dazu, dass Stirlingmotoren in hohen Druckbereichen sehr schwer und groß dimensioniert werden müssen.Stirling engines are known which relate their power exclusively from the pressure and volume changes caused by temperature changes. Conventional Stirling engines require a complex mechanism to ensure this function. As a result, Stirling engines have to be very heavy and large in high pressure ranges.
Niedertemperatur-Stirlingmotoren, die zur Stromerzeugung genutzt werden benötigen derzeit Temperaturen weit über 100°C. Als Arbeitsmedium kommen Helium, Luft, Stickstoff und ähnliche Gase zum Einsatz. Es werden Medien verwendet, die den theoretisch betrachtet idealen Gasen nahe kommen.Low-temperature Stirling engines that are used to generate electricity currently require temperatures well above 100 ° C. As a working medium, helium, air, nitrogen and similar gases are used. It uses media that come close to the theoretically ideal gases.
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Um die Leistung von Stirlingmotoren bei geringer Temperaturdifferenz zwischen einer Heiß- und einer Kaltseite sowie geringer Bauteilgröße zu gewährleisten, muss der Heißseite die notwendige Wärmemenge mittels eines relativ großen Volumenstroms herangeführt werden, wobei der Strömungswiderstand in den Wärmetauscher möglich klein sein soll.To ensure the performance of Stirling engines with low temperature difference between a hot and a cold side and small component size, the hot side of the necessary amount of heat must be brought by means of a relatively large volume flow, the flow resistance in the heat exchanger should be possible small.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin einen Wärmetauscher zu schaffen, der bei einem geringen Strömungswiderstand einen schnellen Wärmaustausch ermöglicht.The object of the present invention is to provide a heat exchanger which allows for a low flow resistance rapid heat exchange.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Wärmetauscher, der mindestens ein Gehäuseteil aufweist, welches einen Energiespeicherraum bildet, in dem eine Speichermasse zur Wärmespeicherung angeordnet ist.The starting point of the invention is a heat exchanger which has at least one housing part which forms an energy storage space in which a storage mass for heat storage is arranged.
Erfindungsgemäß ist der Wärmetauscher ein Feststoffwärmespeicher ist, dessen Speichermasse aus einem gut leitenden, vorzugsweise metallischen oder nichtmetallischen Material ausgebildet ist.According to the invention, the heat exchanger is a solid heat store whose storage mass is formed from a highly conductive, preferably metallic or non-metallic material.
In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Speichermasse aus einem porösen Aluminiumkörper ausgebildet ist, der in dem mindestens einen Gehäuseteil angeordnet ist.In one embodiment, it is provided that the storage mass is formed from a porous aluminum body, which is arranged in the at least one housing part.
Bevorzugt ist bei der zweiten Ausführungsvariante vorgesehen, dass die kompakten oder hohlen metallischen oder nichtmetallischen Kügelchen gleichen oder unterschiedlichen Durchmessers aus Stahl oder Aluminium oder Glas ausgebildet sind.Preferably, it is provided in the second embodiment that the compact or hollow metallic or non-metallic beads of the same or different diameter of steel or aluminum or glass are formed.
Bei der zweiten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Oberfläche der Kügelchen vollständig glatt oder glatt und teilweise strukturiert oder vollständig strukturiert ist.In the second embodiment, it is provided that the surface of the beads is completely smooth or smooth and partially structured or completely structured.
In vorteilhafter Weise wird bei der zweiten Ausführungsvariante dafür gesorgt, dass die Kügelchen in eine Innenfläche der Innenwand des Wärmetauschers eingebettet sind, so dass Randströmungskanäle in dem Wärmetauscher durch eine Kugeleinbettung im Randbereich des Wärmetauschers verschlossen sind.Advantageously, in the second embodiment variant, it is ensured that the beads are embedded in an inner surface of the inner wall of the heat exchanger, so that edge flow channels in the heat exchanger are closed by a ball embedding in the edge region of the heat exchanger.
Gemäß einer ersten Ausgestaltungsvariante ist vorgesehen, dass auf der Innenfläche der Innenwand des Wärmetauschers ein Gewindegang angeordnet ist, dessen Steigung zwischen zwei Gewindespitzen dem größten Durchmesser der metallischen oder nichtmetallischen Kügelchen beträgt, so dass die Kugeloberfläche der metallischen oder nichtmetallischen Kügelchen zumindest teilweise in dem Gewindegang des Innengewindes liegt, wodurch die Randströmungskanäle in dem Wärmetauscher verschlossen sind.According to a first embodiment variant is provided that on the inner surface of the inner wall of the heat exchanger, a thread is arranged, the pitch between two thread crests is the largest diameter of the metallic or non-metallic beads, so that the spherical surface of the metallic or non-metallic beads at least partially in the thread of Internal thread is located, whereby the edge flow channels are closed in the heat exchanger.
Gemäß den nachfolgenden Ausgestaltungsvarianten ist vorgesehen, dass auf der Innenfläche der Innenwand des Wärmetauschers eine Schicht aus einem formvariablen Material mit einer vorgebbaren Schichtdicke angeordnet ist, der die Kügelchen ihre Oberflächenform aufprägen, wodurch die Randströmungskanäle in dem Wärmetauscher verschlossen sind.According to the following design variants, it is provided that a layer of a shape-variable material with a predefinable layer thickness is arranged on the inner surface of the inner wall of the heat exchanger, which impose the beads their surface shape, whereby the edge flow channels are sealed in the heat exchanger.
Bei diesen Ausgestaltungsvarianten ist die Schicht aus einem dauerelastischen oder einem plastischen oder einem thermisch veränderlichen oder einem chemisch veränderlichen Material ausgebildet ist.In these embodiments, the layer is formed of a permanently elastic or a plastic or a thermally variable or a chemically variable material.
Insbesondere ist bei einer zweiten Ausgestaltungsvariante vorgesehen, dass die Schicht aus einem dauerelastischen Material, insbesondere Gummi oder Weichkunststoff ausgebildet ist.In particular, it is provided in a second embodiment variant that the layer is formed of a permanently elastic material, in particular rubber or soft plastic.
Bei einer dritten Ausgestaltungsvariante ist vorgesehen, dass die Schicht aus einem plastischen Material, insbesondere Zinn ausgebildet ist.In a third embodiment variant, it is provided that the layer is formed from a plastic material, in particular tin.
Bei einer vierten Ausgestaltungsvariante ist vorgesehen, dass die Schicht aus einem thermisch veränderlichen Material, insbesondere einem Kunststoff oder Wachs ausgebildet ist.In a fourth embodiment variant, it is provided that the layer is formed from a thermally variable material, in particular a plastic or wax.
schließlich ist in einer fünften Ausgestaltungsvariante vorgesehen, dass die Schicht aus einem chemisch veränderlichen Material, insbesondere aus einem Epoxidharz ausgebildet ist.Finally, it is provided in a fifth embodiment variant, that the layer of a chemically variable material, in particular made of an epoxy resin is formed.
Bei allen Ausgestaltungsvarianten beträgt die Schichtdicke bevorzugt das 0,1 bis 0,5 -fache des eingesetzten maximalen Kugeldurchmessers.In all embodiments, the layer thickness is preferably 0.1 to 0.5 times the maximum ball diameter used.
Zudem ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher mindestens ein verschließbares Befüllelement aufweist, über das ein Arbeitsfluid und die aus dem metallischen oder nichtmetallischen Material ausgebildeten Kügelchen in den Innenraum des Wärmetauschers einfüllbar ist/sind.In addition, it is provided that the heat exchanger has at least one closable filling element, via which a working fluid and the beads formed from the metallic or non-metallic material can be filled into the interior of the heat exchanger.
Der Wärmetauscher weist zwei Verbindungsöffnungen auf, über die ein Arbeitsfluid in angrenzende Arbeitsräume ein- und ausströmt.The heat exchanger has two connection openings, through which a working fluid flows into adjacent work spaces.
Schließlich ist bei der zweiten Ausführungsvariante vorgesehen, dass der Wärmetauscher zwei Verbindungsöffnungen aufweist, über die das Arbeitsfluid in angrenzende Arbeitsräume ein- und ausströmt, wobei arbeitsraumseitig oder wärmetauscherseitig jeweils mindestens ein Gitterelement, insbesondere aus einem Edelstahldrahtgewebe angeordnet ist, dessen Maschenweite in Abhängigkeit der Durchmesser der metallischen oder nichtmetallischen Kügelchen kleiner ist als der Durchmesser der metallischen oder nichtmetallischen Kügelchen.Finally, it is provided in the second embodiment that the heat exchanger has two connection openings, through which the working fluid in adjacent working spaces and flows out, wherein the working space side or heat exchanger side in each case at least one grid element, in particular is arranged from a stainless steel wire mesh, the mesh size depending on the diameter of the metallic or non-metallic beads is smaller than the diameter of the metallic or non-metallic beads.
Die Erfindung beschreibt ferner die Verwendung des Wärmetauschers für eine Wärmekraftmaschine, insbesondere einen Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor, der folgende Merkmale aufweist:The invention further describes the use of the heat exchanger for a heat engine, in particular a high-performance, low-temperature Stirling engine, which has the following features:
Die Wärmekraftmaschine umfasst einen durch mindestens ein Gehäuseteil gebildeten Druckraum, der gegenüber der Umgebung druckdicht ausgebildet ist und mit einem Arbeitsfluid gefüllt ist, und der auf einer Heißseite durch äußere Wärmezufuhr bei höherer Temperatur und durch auf einer Kaltseite durch äußere Wärmeabfuhr bei gegenüber der höheren Temperatur tieferer Temperatur mechanisch Leistung abgibt, wobei der mindestens eine Druckraum durch periodisch bewegbare Kolben in zwei fluiddichte und druckdichte Arbeitsräume geteilt ist.The heat engine comprises a pressure chamber formed by at least one housing part, which is formed pressure-tight with respect to the environment and filled with a working fluid, and on a hot side by external heat input at higher temperature and by on a cold side by external heat dissipation at lower than the higher temperature Temperature mechanical output delivers, wherein the at least one pressure chamber is divided by periodically movable piston in two fluid-tight and pressure-tight working spaces.
Es ist vorgesehen, dass die Arbeitsräume durch die Kolben fluidseitig voneinander getrennt sind und über die Kolben druckseitig in einer Wirkverbindung stehen, wobei einer der Kolben auf der Heißseite durch die äußere Wärmezufuhr gegenüber dem anderen auf der Kaltseite angeordneten Kolben auf eine höhere Temperatur gebracht oder auf einer höheren Temperatur gehalten wird, wobei der andere auf Kaltseite angeordnete Kolben gegenüber dem auf der Heißseite angeordneten Kolben auf einer niedrigeren Temperatur gehalten oder auf eine niedrigere Temperatur gebracht wird, wobei die in den Arbeitsräumen erzeugten Druckschwankungen periodisch auf die bewegbaren Kolben wirken, die mit koaxial zueinander angeordneten Exzenterwellen in Wirkverbindung stehen, wobei die koaxial angeordneten Exzenterwelle in Längsrichtung der Exzenterwellen gesehen in einem vorgebbaren Versatz exzentrisch zueinander angeordnet sind.It is envisaged that the working chambers are separated from each other by the pistons on the fluid side and are in operative connection via the pistons, wherein one of the pistons on the hot side is brought to a higher temperature by the external heat supply with respect to the other piston arranged on the cold side is maintained at a higher temperature, the other cold side piston being maintained at a lower temperature relative to the hot side piston or brought to a lower temperature, the pressure variations produced in the working spaces periodically acting on the movable pistons coaxial with mutually arranged eccentric shafts are in operative connection, wherein the coaxially arranged eccentric shaft seen in the longitudinal direction of the eccentric shafts are arranged eccentrically to each other in a predetermined offset.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder der Kolben sich parallel gegenüberliegende Kolbenstirnflächen aufweist, wobei zwei auf der gleichen Seite liegende Kolbenstirnflächen der Kolben - zwischen den Kolbenstirnflächen - je einen zwischen der Heißseite und der Kaltseite liegenden Energiespeicherraum bilden.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that each of the pistons has parallel opposing piston end faces, wherein two piston end faces of the pistons located on the same side-between the piston end faces-each form an energy storage space lying between the hot side and the cold side.
Vorgesehen ist erfindungsgemäß, dass die Energiespeicherräume der Wärmetauschers als thermische Regeneratoren der Wärmekraftmaschine ausgebildet sind.The invention provides that the energy storage spaces of the heat exchanger are designed as thermal regenerators of the heat engine.
Dabei ist vorgesehen, dass die als Energiespeicherräume ausgebildeten thermischen Regeneratoren in einer Ausführungsform in dem Gehäuse integriert angeordnet sind oder in einer anderen Ausführungsform außerhalb des Gehäuses angeordnet sind.It is provided that the formed as energy storage spaces thermal regenerators are arranged integrated in one embodiment in the housing or are arranged outside the housing in another embodiment.
Die beweglichen Kolben sind in Zylindern angeordnet, die druckseitig über Verbindungsöffnungen mit den als thermische Regeneratoren ausgebildeten Energiespeicherräumen in Verbindung stehen.The movable pistons are arranged in cylinders which are connected on the pressure side via connection openings with the energy storage spaces designed as thermal regenerators.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung, bilden einteilig oder mehrteilig ausgebildete Zylinder jeweils einen Kolbeninnenraum, in dem jeder Exzenterwelle ein Exzenter zugeordnet ist, der gemeinsam mit der Exzenterwelle in dem Kolbeninnenraum angeordnet ist, wobei die Kolbeninnenräume gegenüber den Arbeitsräumen druckdicht und fluiddicht ausgebildet sind, wobei die auf die Kolbenstirnflächen des jeweiligen Kolbens wirkenden Kräfte zu der periodischen Bewegung des Kolben führen und der jeweilige Kolben in Abhängigkeit der Stellung des Exzenters auf die Exzenterwellen einwirkt.In a preferred embodiment of the invention, integrally formed or multi-part cylinder each form a piston interior, in which each eccentric shaft is associated with an eccentric, which is arranged together with the eccentric shaft in the piston interior, the piston inner spaces are formed pressure-tight and fluid-tight with respect to the work spaces, the acting on the piston end faces of the respective piston forces to the periodic movement of the piston and the respective piston acts as a function of the position of the eccentric on the eccentric shafts.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass die Exzenterwellen über an den Kolbeninnenraum angrenzende Lager in Längsrichtung bezüglich ihrer Längsachsen koaxial zueinander im Gehäuse gelagert sind, wobei die Exzenterwellen mindestens einendseitig aus dem Kolbeninnenraum herausgeführt sind. In einer anderen Ausführungsform ist es möglich, dass zur Vermeidung möglicher Undichtigkeiten am Wellenausgang eine gekapselte Magnetkupplung angeordnet ist, über die eine Leistungsabgabe an den Generator beziehungsweise die Generatorwelle erfolgt. In einer weiteren Ausführungsform kann der Generator auch in den Druckbereich des Gehäuses integriert werden.According to the invention it is further provided that the eccentric shafts are mounted on the piston inner space adjacent bearing in the longitudinal direction with respect to their longitudinal axes coaxially with each other in the housing, wherein the eccentric shafts are led out at least one end side of the piston interior. In another embodiment, it is possible that to avoid possible leaks at the shaft output an encapsulated magnetic coupling is arranged, via which a power output to the generator or the generator shaft. In a further embodiment, the generator can also be integrated into the pressure range of the housing.
Der Exzenter der einen Exzenterwellen bildet gegenüber der anderen Exzenterwelle den vorgegebenen Versatz der Exzenterwellen zueinander, wobei der Versatz zwischen einem Exzentermittelpunkt des Exzenters und dem Mittelpunkt der Längsachse der einen gegenüber der anderen Exzenterwelle zueinander gebildet wird, wobei der vorgegebene Versatz der Exzenter zwischen 90° und 170° beträgt. The eccentric of the eccentric shafts relative to the other eccentric shaft the predetermined offset of the eccentric shafts to each other, wherein the offset between an eccentric center of the eccentric and the center of the longitudinal axis of the one relative to the other eccentric shaft is formed to each other, wherein the predetermined offset of the eccentric between 90 ° and 170 °.
Die Wärmekraftmaschine zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der vorgegebene Versatz durch auf den Exzenterwellen außerhalb des Gehäuses angeordnete Zahnräder fixiert ist, die entsprechend des vorgegebenen Versatzes miteinander verzahnt sind.The heat engine is characterized in particular by the fact that the predetermined offset is fixed by arranged on the eccentric shafts outside the housing gears, which are interlocked with each other according to the predetermined offset.
Bevorzugt ist in dem jeweiligen Kolbeninnenraum zwischen dem Exzenter der Exzenterwellen und den Innenseiten der Kolben jeweils eine Gleitlagerbuchse angeordnet.Preferably, in each case a plain bearing bush is arranged in the respective piston interior between the eccentric of the eccentric shafts and the inner sides of the piston.
Die auf den jeweiligen Kolben der Wärmekraftmaschine wirkenden Kräfte sind bezüglich der Längsachsen der Exzenterwellen ausgerichtet, wodurch die Kräfte orthogonal als Querkräfte auf die Exzenterwellen einwirken.The forces acting on the respective pistons of the heat engine are aligned with respect to the longitudinal axes of the eccentric shafts, whereby the forces act orthogonally as transverse forces on the eccentric shafts.
Es ist vorgesehen, dass das Arbeitsfluid im Druckraum flüssiges überkritisches Kohlenstoffdioxid oder Xenon oder Ethen ist.It is envisaged that the working fluid in the pressure space is liquid supercritical carbon dioxide or xenon or ethene.
Insbesondere ist das Arbeitsfluid Kohlenstoffdioxid CO2, welches in den Arbeitsräumen und den Energiespeicherräumen des Druckraumes in einem Arbeitspunkt verwendet wird, der bei einem Druck von 7,2 MPa (72 bar) eine Temperatur von 30°C aufweist, wie in der Beschreibung noch näher erläutert ist.In particular, the working fluid is carbon dioxide CO 2 , which is used in the working spaces and the energy storage spaces of the pressure chamber at an operating point which has a temperature of 30 ° C at a pressure of 7.2 MPa (72 bar), as in the description even closer is explained.
In einer Ausgestaltung sind mehrere Wärmekraftmaschinen in Längsrichtung der Exzenterwellen gesehen getrennt voneinander als Kaskade angeordnet, wie ebenfalls in der Beschreibung näher erläutert ist.In one embodiment, a plurality of heat engines seen in the longitudinal direction of the eccentric shafts are arranged separately from each other as a cascade, as also explained in more detail in the description.
Erfindungsgemäß ist die Wärmekraftmaschine ein Stirlingmotor, insbesondere ein Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor, der konstruktiv entsprechend der zu beachtenden Randbedingungen verändert ist, dessen Arbeitstemperatur < 50°C liegt und der sein optimales Betriebsfenster bereits bei 27° bis 37°C erreicht, wobei Temperaturdifferenzen zwischen einer Heiß- und Kaltseite des Stirlingmotors von weniger als 10K benötigt werden, wie nachfolgend erläutert wird.According to the invention, the heat engine is a Stirling engine, in particular a high-performance low-temperature Stirling engine, which is structurally changed according to the boundary conditions to be observed, the working temperature <50 ° C and reaches its optimum operating window already at 27 ° to 37 ° C, wherein temperature differences between a hot and cold side of the Stirling engine of less than 10K are needed, as explained below.
Bei einem idealen Gas führt eine Temperaturerhöhung von 30°C auf 31 °C zu einer Druckänderung (p1/p2=T1/T2) oder einer Volumenänderung (V1/V2=T1/T2) von nur circa 0,3%.With an ideal gas, a temperature increase from 30 ° C to 31 ° C leads to a pressure change (p1 / p2 = T1 / T2) or a volume change (V1 / V2 = T1 / T2) of only approx. 0.3%.
Der erfindungsgemäße Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor nutzt jedoch ein Arbeitsfluid
Der erfindungsgemäße Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor zeichnet sich durch eine hohe Kompaktheit aus, und ermöglicht bereits bei Temperaturen unter 50°C eine hohe Leistungsabgabe. Als Arbeitsfluid
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen
Es zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung eines Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor in einer möglichen Ausführungsform in einer Außenansicht; -
2 einenSchnitt A-A gemäß1 durch den Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor; -
3 einenSchnitt B-B gemäß2 durch den Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor; -
4 einenSchnitt C-C gemäß2 durch den Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor; -
5 einen SchnittF -F gemäß 2 durch den Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor; -
6 einenSchnitt G-G gemäß2 durch den Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor; -
7 einenSchnitt H-H gemäß2 durch den Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor; -
8 einenSchnitt K-K gemäß6 durch den Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor.
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1 a perspective view of a high-performance low-temperature Stirling engine in a possible embodiment in an external view; -
2 a cutAA according to1 by the high performance low temperature Stirling engine; -
3 a cutBB according to2 by the high performance low temperature Stirling engine; -
4 a cutCC according to2 by the high performance low temperature Stirling engine; -
5 a cutF -F according to2 by the high performance low temperature Stirling engine; -
6 a cutGG according to2 by the high performance low temperature Stirling engine; -
7 a cutHH according to2 by the high performance low temperature Stirling engine; -
8th a cutKK according to6 by the high-performance low-temperature Stirling engine.
Die Erfindung betrifft einen Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor
Für ein Gewerbegebäude ist eine Gesamtlösung vorgesehen, welche die Versorgung mit Wärme und Elektroenergie kombiniert. Dabei wird vorzugsweise zunächst mittels einer Solarwärmeanlage (nicht dargestellt) Umweltwärme aufgenommen und bezüglich des Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotors
Zusätzlicher Wärmebedarf des Gebäudes wird durch einen Gasbrennwertkessel oder alternativ von einer Wärmepumpe gedeckt und ebenfalls im externen Warmwasserpuffer gespeichert. Additional heat demand of the building is covered by a gas condensing boiler or alternatively by a heat pump and also stored in the external hot water buffer.
Zur Energiewandelung wird erfindungsgemäß das besondere Verhalten eines Arbeitsfluids
Bei Erwärmung eines flüssigen Arbeitsfluids über den Siedepunkt hinaus wechselt dieses Arbeitsfluid im Allgemeinen in den gasförmigen Aggregatzustand. Wenn dabei der bestehende Druck ein Verdampfen nicht zulässt, nimmt der Stoff einen besonderen Zustand an, welcher sowohl für Flüssigkeiten als auch für Gase zutrifft. Beim Wechsel in diesen als „überkritisch“ bezeichneten Zustand dehnt sich der als Arbeitsfluid
Beispielsweise bildet Kohlenstoffdioxid CO2 diesen überkritische Zustand als Eigenschaft bereits in einem Arbeitspunkt bei einer Temperatur von 30°C und einem Druck von 7,2 MPa (72 bar) aus und zeigt sich für die nachfolgend beschriebene Erfindung als besonders geeignet.For example, carbon dioxide CO 2 forms this supercritical state as a property already at an operating point at a temperature of 30 ° C. and a pressure of 7.2 MPa (72 bar) and is found to be particularly suitable for the invention described below.
Ein neuartiger Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotorlösung
Der Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor
Über ein schematisch angedeutetes Leitungssystem
Eine Kaltseite
Über ein analog zur Heißseite
Diese besondere Betriebsweise ermöglicht erfindungsgemäß bereits bei einer minimalen Temperaturdifferenz
Der erforderliche Wärmeenergiebedarf auf der Heißseite
Da der Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor
Mit anderen Worten, auf die Kaltseite
Die Gebäudeheizung wird dabei entsprechend großflächig ausgelegt, um bei einer für die Kaltseite
Der Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor
Die gewünschte Temperatur der Heißseite
Mit Hilfe dieser Temperatureinstellungen kann die Momentanleistung des Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotors
Die erfindungsgemäße Lösung erfüllt folgende Funktionen:The solution according to the invention fulfills the following functions:
Es wird eine wirtschaftliche Energiespeicherung über den Warmwasserpuffer gewährleistet. Zudem wird eine effektive Umwandlung von Umweltwärme in Elektroenergie realisiert. Außerdem wird eine zeitliche Entkoppelung von Wärmeerzeugung und Wärmebedarf sowie des Bedarfs an elektrischer Energie vorgenommen.An economic energy storage via the hot water buffer is guaranteed. In addition, an effective conversion of environmental heat into electrical energy is realized. In addition, a temporal decoupling of heat generation and heat demand and the need for electrical energy is made.
Der Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor
Die Ausgestaltungen herkömmlicher Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotoren weisen eine Kolben-Kurbelwellenkonstruktion auf, die den Druck des Arbeitsfluids über den Kolbenboden des Kolbens aufnimmt. Im Kolben ist ein Kolbenbolzen eingesetzt. Dieser leitet die Kraft über ein Lager, insbesondere ein Gleitlager oder eine Nadellager auf das obere Pleuelauge weiter. Der Pleuel an sich stützt sich gegen die Kurbelwelle ab und leitet die Kraft vom unteren Pleuelauge über Lager an die Kurbelwelle weiter. Das entstehende Drehmoment liegt am Kurbelwellenzapfen als rotierende Arbeit an.The embodiments of conventional high-performance, low-temperature Stirling engines have a piston-crankshaft construction which receives the pressure of the working fluid through the piston crown of the piston. In the piston, a piston pin is used. This forwards the force via a bearing, in particular a sliding bearing or a needle bearing on the upper connecting rod eye. The connecting rod itself is supported against the crankshaft and passes the power from the lower connecting rod eye via bearings to the crankshaft. The resulting torque is applied to the crankshaft journal as a rotating work.
Beim geplanten Einsatz des Kohlenstoffdioxid CO2 entstehen insbesondere im überkritischen Zustand des Arbeitsfluids erhebliche, insbesondere größere Drücke als bei herkömmlichen Arbeitsfluiden (wie Stickstoff, Helium oder Luft), die keinen überkritischen Zustand einnehmen, wodurch immense Kräfte auf den Kolbenboden des Kolbens wirken.In the planned use of the carbon dioxide CO 2 , in particular in the supercritical state of the working fluid, considerable, and in particular larger, pressures than with conventional working fluids (such as nitrogen, helium or air), which do not assume a supercritical state, causing immense forces acting on the piston crown of the piston.
Bei den herkömmlichen Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotoren sind die Bauteile der Wirkungskette Kolbenbolzen, Kolbenbolzenlager und der obere Pleuelbereich konstruktiv relativ klein ausgeführt, weshalb die dort anliegenden Flächenpressungen, Biegespannungen und Scherspannungen, bei den jetzt vorliegenden größeren Drücken, zu deren Überlastung führen.In the conventional high-performance low-temperature Stirling engines, the components of the chain of action piston pin, piston pin bearing and the upper connecting rod are constructively designed relatively small, which is why the surface pressure, bending stresses and shear stresses applied there, at the now present greater pressures, leading to their overload.
Zur Vermeidung dieser Überlastung kann die Leistung reduziert werden, wodurch sich jedoch in nachteiliger Weise die Attraktivität des Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotors verringert.To avoid this overload, the power can be reduced, but disadvantageously reduces the attractiveness of the high-performance low-temperature Stirling engine.
Es besteht auch die Möglichkeit, um die hohen Kräfte sicher aufnehmen zu können, wie es in der Praxis bisher zumeist erfolgt, die Bauteile überzudimensionieren, wodurch in nachteiliger Weise Größe, Gewicht und Kosten erhöht werden, sodass die Wirtschaftlichkeit des Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor sinkt.There is also the possibility to safely absorb the high forces, as has been done in practice so far, to oversize the components, which disadvantageously size, weight and cost are increased, so that the efficiency of the high-performance low-temperature Stirling engine decreases.
Eine neuartige Konstruktion eines Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotors
Der neue Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor
Es wird hinsichtlich der Figuren vorausgeschickt, dass der Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor
Mit einem solchen kompakten Bauteil von 25 cm x 25 cm x 25 cm kann mit dem Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor
Im Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor
Ein zweiter Regenerator
Die beiden Regeneratoren
Grundsätzlich ist der Betrieb des Stirlingmotors auch ohne Regeneratoren möglich, jedoch fehlt dann die Wärmespeichermasse, um den Stirlingmotor effizient betreiben zu können.In principle, the operation of the Stirling engine is possible without regenerators, but is missing then the heat storage mass to operate the Stirling engine efficiently.
Der Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor
Dieser Vorgang benötigt eine Kältequelle und eine Wärmequelle. Die Kältequelle wird im erfindungsgemäßen Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor
Der Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor
Die Kälte und die Wärme wird den beiden Zylindern
Gemäß den
Zumindest auf der Heißseite
Zusätzlich ist auf der Kaltseite
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind (vgl.
Auf jeder der Exzenterwellen
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass jede der Exzenterwellen
Der vorgegebene nach verschiedenen Randbedingungen ausgewählte Versatz
In dem in den
Durch den Versatz
Nach dem bekannten Stirling-Prinzip kann im Betrieb des Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotors
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind im Kolbeninnenraum
Da durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung keine Pleuelstange erforderlich ist, kann mit diesem erläuterten Prinzip mit höherem Arbeitsfluid-Drücken als bisher gearbeitet werden, wie nachfolgend erläutert wird.Since no connecting rod is required by the inventive design, can be worked with this explained principle with higher working fluid pressures than before, as will be explained below.
Der Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor
Die Arbeitsräume sind durch die Kolben
Vorgesehen ist, dass jeder der Kolben
Die Energiespeicherräume sind erfindungsgemäß als Wärmetauscher, insbesondere als thermische Regeneratoren
Bevorzugt sind die Energiespeicherräume der thermischen Regeneratoren
Im Betrieb des Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotors
Je nach Temperatur auf der Heißseite
Vorgesehen ist, dass Kohlenstoffdioxid als Arbeitsfluid
Die Druckdifferenzen Δp (p31-p32 und p41-p42) (vgl.
Die durch die verbleibende Druckdifferenz
Die Längsachsen
Erfindungsgemäß, ist somit durch die geringere mechanische Kraftübertragung des jeweiligen Kolbens
Dadurch ist es möglich, den Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor
Die Wärmetauscher, insbesondere die Regeneratoren
Um die Leistung des Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotors
Eine verringerte Temperaturdifferenz auf den beiden Seiten des Regenerators
Eine Verkleinerung der Regeneratoren
Eine kleinteiligere Ausführung des Regenerators
Die folgende erfindungsgemäße konstruktive Ausgestaltung führt diese sich widerstrebenden Randbedingungen wie folgt in vorteilhafter Weise zusammen.The following structural design according to the invention brings these resistive boundary conditions together as follows in an advantageous manner.
Die in den
Vorgeschlagen werden rekuperative Regeneratoren
Die derart rekuperativ gespeicherte Wärmeenergie wird beim Durchströmen des, dem durch Entzug von Wärmeenergie abgekühlten Arbeitsfluids
Vorgeschlagen wird ein Wärmetauscher, der insbesondere als ein thermischer Regenerator
In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Speichermasse aus einem porösen Aluminiumkörper ausgebildet ist, der in dem mindestens einen Gehäuseteil
In einer anderen Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Speichermasse aus einer Schüttung von kompakten oder hohlen metallischen oder nichtmetallischen Kügelchen gleichen oder unterschiedlichen Durchmessers ausgebildet ist, der zwischen 0,5 mm und 20 mm beträgt.In another embodiment, it is provided that the storage mass is formed from a bed of compact or hollow metallic or non-metallic beads of the same or different diameter, which is between 0.5 mm and 20 mm.
Bei der zuvor genannten Baugröße eines Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotors von H/B/T von 25 cm x 25 cm x 25 cm werden metallische oder nichtmetallischen Kügelchen von vorzugsweise 0,5 mm bis 0,6 mm eingesetzt, wobei ein Wärmetauscher
Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass bezogen auf eine maximale Kugelpackung bei gleichgroßen Kügelchen (unabhängig vom Kugeldurchmesser) circa 73% des Wärmetauschervolumens von dem Kugelvolumen und circa 27% des Wärmetauschervolumens von dem Fluidvolumen des Arbeitsfluids AF eingenommen wird. It is preferably provided that based on a maximum spherical packing with the same size beads (regardless of the ball diameter) about 73% of the heat exchanger volume of the spherical volume and about 27% of the heat exchanger volume of the fluid volume of the working fluid AF is taken.
Bei diesen Parametern ergibt sich je Wärmetauscher
Vorgesehen ist erfindungsgemäß, dass die kompakten oder hohlen metallischen oder nichtmetallischen Kügelchen gleichen oder unterschiedlichen Durchmessers aus Stahl oder Aluminium oder Glas ausgebildet sind.The invention provides that the compact or hollow metallic or non-metallic beads of the same or different diameter are made of steel or aluminum or glass.
Bezüglich einer gewünschten nach schnellen Wärmetauschabfolgen wird für die Kügelchen materialseitig wegen der guten Wärmeleitfähigkeit bevorzugt Metall (Stahl oder Aluminium) vorgeschlagen.With regard to a desired after rapid heat exchange sequences is preferred for the beads material side because of the good thermal conductivity metal (steel or aluminum) proposed.
Prinzipiell kommen aber auch nichtmetallische Materialien für die Kügelchen in Frage.In principle, however, non-metallic materials are also suitable for the beads.
Insbesondere preisgünstigere Materialien, wie beispielsweise Glas ist trotz einer geringeren Wärmeleitfähigkeit ebenfalls geeignet.In particular, less expensive materials such as glass is also suitable despite lower thermal conductivity.
Glas als Material kann insbesondere dann eingesetzt werden, wenn größere Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotoren mit langsameren Wärmetauschabfolgen und damit niedrigerer Drehzahl konzipiert werden. Ein Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Oberfläche der metallischen oder nichtmetallischen Kügelchen vollständig glatt oder glatt und teilweise strukturiert oder vollständig strukturiert ist. Die Ausbildung einer Oberflächenstruktur der Kügelchen erhöht den Wärmeübergang und damit die mögliche Frequenz der Wärmetauschabfolgen. Die Packungsdichte der Kügelchen nimmt in Abhängigkeit von der Oberflächenrauigkeit der Oberflächenstruktur der Kügelchen etwas ab, jedoch wird dieser Effekt dadurch kompensiert, dass der Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor
Vorgesehen ist ferner, dass die Kügelchen in eine Innenfläche der Innenwand des Wärmetauschers
In einer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist in einer ersten Ausgestaltungsvariante auf der Innenfläche des Wärmetauschers ein Gewindegang angeordnet, dessen Steigung - als Abstand zwischen zwei Gewindespitzen - dem Durchmesser der Kügelchen beziehungsweise bei unterschiedlichen Durchmessern der Kügelchen dem größten Durchmesser entspricht, sodass die Kugeloberfläche der metallischen oder nichtmetallischen Kügelchen zumindest teilweise in dem Gewindegang des Innengewindes eingebettet ist.In a preferred embodiment of the invention, a thread is arranged in a first embodiment variant on the inner surface of the heat exchanger whose pitch - as a distance between two thread crests - the diameter of the beads or at different diameters of the beads corresponds to the largest diameter, so that the spherical surface of the metallic or non-metallic beads is at least partially embedded in the thread of the internal thread.
Bei einer idealen Kugelpackung der Kügelchen entsteht eine tetraederförmige, kristallähnliche Struktur, die dem ansteigenden Lauf des Gewindes weitestgehend folgen kann.An ideal sphere packing of the beads results in a tetrahedral, crystal-like structure that can follow the increasing course of the thread as far as possible.
Sollten bei dieser ersten Ausgestaltungsvariante inselartige Störstellen auftreten, welche ähnlich dem Gewinde in einer Spirale beide Seiten des jeweiligen Wärmetauschers
In einer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf der Innenfläche der Innenwand des Wärmetauschers
Vorgeschlagen wird eine Kugeleinbettung im Randbereich des Wärmetauschers
Die Innenwand des jeweiligen Wärmetauschers
Die Kugeln am Rand des Wärmetauschers
Die Schicht ist erfindungsgemäß aus einem dauerelastischen oder einem plastischen oder einem thermisch veränderlichen oder einem chemisch veränderlichen Material ausgebildet.According to the invention, the layer is formed from a permanently elastic or a plastic or a thermally variable or a chemically variable material.
In einer zweiten Ausgestaltungsvariante wird die Schicht aus einem dauerelastischen Material, insbesondere Gummi oder Weichkunststoff ausgebildet. Die Kügelchen werden beim Befüllen von oben und/oder von unten leicht an die Innenwand angepresst, so dass durch die Kügelchen auf die Schicht im Randbereich des Wärmetauschers eine beschichtungs-verformende Kraft ausgeübt wird. Bei Demontage stellt sich wieder der ursprüngliche Beschichtungsausgangszustand ein und der Befüllvorgang kann beliebig wiederholt und die Anpassung kann erneut gegebenenfalls in veränderter Art und Weise hervorgerufen werden.In a second embodiment variant, the layer is formed from a permanently elastic material, in particular rubber or soft plastic. The beads are slightly pressed during filling from above and / or from below to the inner wall, so that a coating-forming force is exerted by the beads on the layer in the edge region of the heat exchanger. When disassembling, the original coating starting state again sets in and the filling process can be repeated as desired and the adaptation can again be brought about, if necessary, in a different manner.
In einer dritten Ausgestaltungsvariante ist vorgesehen, dass die Schicht aus einem plastischen Material, insbesondere Zinn ausgebildet ist. Die Kugeln werden wie zu der zweiten Ausführungsvariante erläutert mit beschichtungs-verformender Kraft eingefüllt. Die Abdrücke der Kugeloberflächen in der Schicht bleiben jetzt erhalten. Beim erneuten Befüllen wird die Schicht umgeformt. Der Befüllvorgang kann mehrmals wiederholt werden.In a third embodiment variant, it is provided that the layer is formed from a plastic material, in particular tin. The balls are filled as explained to the second embodiment variant with coating-deforming force. The impressions of the spherical surfaces in the layer are now preserved. When refilling, the layer is reshaped. The filling process can be repeated several times.
In einer vierten Ausgestaltungsvariante ist vorgesehen, dass die Schicht aus einem thermisch veränderlichen Material, insbesondere einem Kunststoff oder Wachs ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsvariante werden die Kugeln werden ohne Krafteinwirkung eingefüllt. Der jeweilige Wärmetauscher
In einer fünften Ausgestaltungsvariante ist vorgesehen, dass die Schicht aus einem chemisch veränderlichen Material, insbesondere aus einem Epoxidharz ausgebildet ist. Die Beschichtung wird durch chemische Reaktion angepasst. Die Beschichtung erfolgt durch ein zähflüssiges Material, was innerhalb einer bestimmten Zeit gegebenenfalls unter Temperaturerhöhung abbindet. Innerhalb der Abbindezeit erfolgt der Befüllvorgang. Die Randkugeln werden in vorteilhafter Weise mit der Innenwand des jeweiligen Wärmetauschers
Ferner ist insbesondere vorgesehen, dass der Wärmetauscher zwei Verbindungsöffnungen
Der Wärmetauscher weist mindestens ein verschließbares Befüllelement
Nochmals zusammengefasst einige Vorteile des erfindungsgemäßen Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotors
Ein Vorteil besteht in dem sehr großen Ausdehnungsfaktor von flüssigem Kohlenstoffdioxid CO2 schon bei geringem Temperaturänderungen des Kohlenstoffdioxids. Flüssiges Kohlenstoffdioxid weist beispielsweise im Bereich von 30,0° bis 30,06° bereits einen Ausdehnungsfaktor von 258% je Kelvin auf. Durch diesen hohen Ausdehnungsfaktor kann bereits durch geringe Temperaturänderungen eine Volumenänderung hervorgerufen werden, die im Betrieb des Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotors
Es kann somit beispielsweise sowohl Umweltwärme als auch Abwärme genutzt werden, und zwar ohne dass es einer vorherigen Konzentration der Wärme bedarf.It can thus be used, for example, both environmental heat and waste heat, without the need for a prior concentration of heat.
Insbesondere die geringe Baugröße des erfindungsgemäßen Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotors
Im erwähnten Ausführungsbeispiel (Baugröße von 25 cm x 25 cm x 25 cm) weisen die Zylinderkolben
Hinzu kommt, dass der Hochleistungsniedrigtemperatur-Stirlingmotor
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher weist ebenfalls wie erläutert nur eine geringe Bauteilgröße auf. Der Wärmetauscher
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- MM
- Hochleistungsniedrigtemperatur-StirlingmotorHigh-performance low-temperature Stirling engine
- FLFL
- Arbeitsfluidworking fluid
Heißseite:
- 1
- Arbeitszylinder (Heißseite)
- 1A
- Gehäuse
- 3
- Arbeitskolben (Heißseite)
- 3A
- Kolbeninnenraum
- A3
Kolbenstirnflächen des Arbeitskolbens 3 - p31
- Arbeitsdruck einer Kolbenstirnfläche
- p32
- Arbeitsdruck einer Kolbenstirnfläche
- 5
- erste Exzenterwelle (Heißseite)
- 5A
- Exzenter
- 5B
- Längsachse der erste Exzenterwelle
5 - 5C
- Exzentermittelpunkt
- 5D
- Exzenterwellenlager
- 7
- Gleitlagerbuchse (Heißseite)
- 7A
- Innenbeschichtung
- 9
- erstes Zahnrad
- 11
- Verbindungsöffnung
- 13
- Gitterelement
- 1
- Working cylinder (hot side)
- 1A
- casing
- 3
- Working piston (hot side)
- 3A
- Piston interior
- A3
- Piston end faces of the working
piston 3 - p31
- Working pressure of a piston end face
- p32
- Working pressure of a piston end face
- 5
- first eccentric shaft (hot side)
- 5A
- eccentric
- 5B
- Longitudinal axis of the first
eccentric shaft 5 - 5C
- Exzentermittelpunkt
- 5D
- eccentric shaft bearing
- 7
- Plain bearing bush (hot side)
- 7A
- internal coating
- 9
- first gear
- 11
- connecting opening
- 13
- grid element
Kaltseite:
- 2
- Steuerzylinder (Kaltseite)
- 2A
- Gehäuse
- 4
- Steuerkolben (Kaltseite)
- 4A
- Kolbeninnenraum
- A4
Kolbenstirnflächen des Steuerkolbens 4 - p41
- Arbeitsdruck einer Kolbenstirnfläche
- p42
- Arbeitsdruck einer Kolbenstirnfläche
- 6
- zweite Exzenterwelle (Kaltseite)
- 6A
- Exzenter
- 6B
- Längsachse der zweiten Exzenterwelle
6 - 6C
- Exzentermittelpunkt
- 6D
- Exzenterwellenlager
- 8
- Gleitlagerbuchse (Kaltseite)
- 8A
- Innenbeschichtung
- 10
- zweites Zahnrad
- 12
- Verbindungsöffnung
- 14
- Gitterelement
- 2
- Control cylinder (cold side)
- 2A
- casing
- 4
- Control piston (cold side)
- 4A
- Piston interior
- A4
- Piston end faces of the
control piston 4 - p41
- Working pressure of a piston end face
- p42
- Working pressure of a piston end face
- 6
- second eccentric shaft (cold side)
- 6A
- eccentric
- 6B
- Longitudinal axis of the second
eccentric shaft 6 - 6C
- Exzentermittelpunkt
- 6D
- eccentric shaft bearing
- 8th
- Plain bearing bush (cold side)
- 8A
- internal coating
- 10
- second gear
- 12
- connecting opening
- 14
- grid element
Wärmetauscher:
- R1
- erster Regenerator
- R1-HS
- Heißseite des Regenerators
- R1-KS
- Kaltseite des Regenerators
- R1-1
- Befüllelement
- R1-2
- Innengewinde
- R2
- zweiter Regenerator
- R2-HS
- Heißseite des Regenerators
- R2-KS
- Kaltseite des Regenerators
- R2-1
- Befüllelement
- R2-2
- Innengewinde
- F
- Kraft
- 1A-2A
- Innengehäuseteil
- R1
- first regenerator
- R1-HS
- Hot side of the regenerator
- R1-KS
- Cold side of the regenerator
- R1-1
- filling element
- R1-2
- inner thread
- R2
- second regenerator
- R2-HS
- Hot side of the regenerator
- R2-KS
- Cold side of the regenerator
- R2-1
- filling element
- R2-2
- inner thread
- F
- force
- 1A-2A
- Inside housing part
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- EP 2333285 A1 [0010]EP 2333285 A1 [0010]
- CN 102418621 A [0011]CN 102418621 A [0011]
- EP 1592875 B1 [0012]EP 1592875 B1 [0012]
- US 6701721 B1 [0012]US Pat. No. 6,701,721 B1 [0012]
- DE 102006061509 A1 [0013]DE 102006061509 A1 [0013]
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017128254.8A DE102017128254A1 (en) | 2017-11-29 | 2017-11-29 | Heat exchanger with design-side adaptation to increased load requirements, especially for a high-performance low-temperature Stirling engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017128254.8A DE102017128254A1 (en) | 2017-11-29 | 2017-11-29 | Heat exchanger with design-side adaptation to increased load requirements, especially for a high-performance low-temperature Stirling engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102017128254A1 true DE102017128254A1 (en) | 2019-05-29 |
Family
ID=66442466
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102017128254.8A Ceased DE102017128254A1 (en) | 2017-11-29 | 2017-11-29 | Heat exchanger with design-side adaptation to increased load requirements, especially for a high-performance low-temperature Stirling engine |
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Country | Link |
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R003 | Refusal decision now final |