DE102020105972A1 - Motor with a stator and a rotor - Google Patents

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Abstract

Ein Motor zeichnet sich durch einen Stator (10) mit einer über eine Länge erstreckten Rotationsachse (25) und durch einen um die Rotationsachse (25) in zumindest einer Drehrichtung drehbaren Rotor (20) aus. Der Stator (10) weist eine oder mehrere je eine Schicht aufspannenden Statorelemente (11) auf. Der Stator (10) weist außerdem ein rohrförmiges Gehäuse (12) auf. Die je eine Schicht aufspannenden Statorelemente (11) sind in Längsrichtung der Rotationsachse (25) hintereinander aufgereiht. Die Statorelemente (11) sind mit dem Gehäuse (12) verbunden. Jedes der Statorelemente (11) weist ein oder mehrere Heizkreise (13) und ein oder mehrere Kühlkreise (14) auf. Jeder Kreis nimmt einen Winkelbereich des eine Schicht aufspannenden Statorelementes (11) ein. Die Anzahl der Winkelbereiche mit Kühlkreisen (14) und die Anzahl der Winkelbereiche mit Heizkreisen (13) sind gleich groß. Alle Winkelbereiche sind gleich groß. Die Winkelbereiche mit den Heizkreisen (13) und die Winkelbereiche mit den Kühlkreisen (14) sind abwechselnd zueinander um die Rotationsachse (25) angeordnet. Der Rotor (20) weist ein oder mehrere je eine Schicht aufspannenden Rotorelemente (21) auf. Jedes Rotorelement (21) ist symmetrisch zur Rotationsachse (25) angeordnet. Jedes Rotorelement (21) weist ein oder mehrere Verdrängungselemente (22) auf. Die Verdrängungselemente (22) sind auf ein oder mehrere Winkelbereiche verteilt, die zusammen die Hälfte der Querschnittsfläche des Rotors (20) bezogen auf die Rotationsachse (25) einnehmen. Die Verdrängungselemente (22) sind gleichmäßig um die Rotationsachse (25) verteilt. Die Anzahl der Verdrängungselemente (22) ist so groß, wie die Anzahl der Winkelbereiche mit den Heizkreisen (13). Der Stator (10) und der Rotor (20) sind von dem Gehäuse (12) gemeinsam umschlossen. Zwischen dem Gehäuse (12) und den Verdrängungselementen (22) befinden sich jeweils mit einem Arbeitsgas gefüllte Leerräume. Eine Durchströmungsmöglichkeit für das Arbeitsgas durch die Schichten der Statorelemente (21) ist vorgesehen. Am Ende des Gehäuses (12) ist ein Auffangraum (17) für das Arbeitsgas mit einem Element angeordnet, welches durch das sich ausdehnende und einströmende Arbeitsgas bewegbar ist.A motor is characterized by a stator (10) with an axis of rotation (25) extending over a length and by a rotor (20) rotatable about the axis of rotation (25) in at least one direction of rotation. The stator (10) has one or more stator elements (11) each spanning a layer. The stator (10) also has a tubular housing (12). The stator elements (11) each spanning one layer are lined up one behind the other in the longitudinal direction of the axis of rotation (25). The stator elements (11) are connected to the housing (12). Each of the stator elements (11) has one or more heating circuits (13) and one or more cooling circuits (14). Each circle occupies an angular range of the stator element (11) spanning a layer. The number of angular areas with cooling circuits (14) and the number of angular areas with heating circuits (13) are the same. All angular ranges are the same size. The angular ranges with the heating circuits (13) and the angular ranges with the cooling circuits (14) are arranged alternately with one another around the axis of rotation (25). The rotor (20) has one or more rotor elements (21) each spanning a layer. Each rotor element (21) is arranged symmetrically to the axis of rotation (25). Each rotor element (21) has one or more displacement elements (22). The displacement elements (22) are distributed over one or more angular areas which together occupy half of the cross-sectional area of the rotor (20) in relation to the axis of rotation (25). The displacement elements (22) are evenly distributed around the axis of rotation (25). The number of displacement elements (22) is as large as the number of angular areas with the heating circuits (13). The stator (10) and the rotor (20) are jointly enclosed by the housing (12). Empty spaces filled with a working gas are located between the housing (12) and the displacement elements (22). A possibility for the working gas to flow through the layers of the stator elements (21) is provided. At the end of the housing (12) there is a collecting space (17) for the working gas with an element which can be moved by the expanding and inflowing working gas.

Description

Die Erfindung betrifft einen Motor mit einem Stator und einem Rotor mit einer über eine Länge erstreckten Rotationsachse, mit einem um die Rotationsachse in einer Drehrichtung drehbarem Rotor.The invention relates to a motor with a stator and a rotor with an axis of rotation extending over a length, with a rotor that is rotatable about the axis of rotation in one direction of rotation.

Derartige Motoren sind im wesentlich auf dem Gebiet der Elektromotoren gebräuchlich, aber auch auf anderen Gebieten einsetzbar.Such motors are mainly used in the field of electric motors, but can also be used in other fields.

Motoren gibt es in vielfacher Form, beispielsweise als Kolbenmotoren oder einer interessanten, auch schon seit vielen Jahren bekannten Variante als Stirlingmotor.Engines are available in many forms, for example as piston engines or an interesting variant known for many years as a Stirling engine.

In einem Stirlingmotor wird ein Arbeitsgas abwechselnd erhitzt und gekühlt. Beim Erhitzen expandiert das Arbeitsgas und der Druck steigt an. Beim Abkühlen sinkt der Druck. Aus der so durch die Zufuhr von Wärmeenergie entstehenden Druckdifferenz kann mechanische Arbeit gewonnen werden.In a Stirling engine, a working gas is alternately heated and cooled. When heated, the working gas expands and the pressure rises. The pressure drops as it cools down. Mechanical work can be obtained from the pressure difference created by the supply of thermal energy.

Hierzu sind verschiedene Varianten bekannt, um diese grundsätzliche Idee in einen praktikablen Motor umzuwandeln. Meist wird zum Erhitzen und Abkühlen des Arbeitsgases ein Verdrängungskolben eingesetzt. Dieser Verdrängungskolben wird zwischen einem warmen Bereich des Motors und einem kalten Bereich des Motors hin und her bewegt. Dadurch wird das Arbeitsgas verschoben und so zwischen erhitzen und abkühlen abgewechselt.Various variants are known for this, in order to convert this basic idea into a practicable motor. A displacement piston is usually used to heat and cool the working gas. This displacement piston is moved back and forth between a warm area of the engine and a cold area of the engine. This shifts the working gas and alternates between heating and cooling.

Probleme bei Stirlingmotoren entstehen dadurch, dass die wechselnden Temperaturen und auch die wechselnden Drucke von den verwendeten Werkstoffen und auch den Bauelementen bewältigt werden müssen. Dabei ist auch zu berücksichtigen, dass für viele Ausführungsformen bekannter Stirlingmotoren auch recht hohe Drücke und hohe Temperaturen vorgesehen werden sollten, die dann ebenfalls bis zur Auslegung der Bauelemente und Bestandteile des Motors zu berücksichtigen sind.Problems with Stirling engines arise from the fact that the changing temperatures and also the changing pressures of the materials used and also the components have to be coped with. It should also be taken into account here that for many embodiments of known Stirling engines, very high pressures and high temperatures should also be provided, which then also have to be taken into account up to the design of the components and components of the engine.

Darüber hinaus ist zum Erhitzen und Abkühlen eine Fläche nötig, die die erforderliche Wärmeübertragung auf das Gas vornimmt. Natürlich besteht die Grundidee, hier eine möglichst effiziente Wärmeübertragung vorzunehmen. Vergrößert man die Kontaktflächen, wird die gesamte Baugröße des Motors dadurch ansteigen, was wenig erwünscht ist.In addition, a surface is required for heating and cooling, which carries out the necessary heat transfer to the gas. Of course, the basic idea is to transfer the heat as efficiently as possible. If the contact areas are enlarged, the overall size of the motor will increase, which is not very desirable.

Erhöht man die Effektivität der Wärmeübertragung durch eine Reduzierung von Wandstärken zwischen den für die Wärmeerzeugung genutzten Bereichen und dem Arbeitsgas, sinkt dadurch zugleich auch der maximal mögliche erzeugbare Druck, der dem Arbeitsgas mitgegeben werden kann, da die Wandstärke der Bauelemente des Motors auch das natürlich aushalten muss.If the effectiveness of the heat transfer is increased by reducing the wall thickness between the areas used for heat generation and the working gas, the maximum possible pressure that can be generated with the working gas also decreases, as the wall thickness of the components of the engine can of course withstand this got to.

Auch der Verwendung von Werkstoffen mit hoher Wärmeleitfähigkeit stehen Nachteile gegenüber, denn neben der hohen Wärmeleitfähigkeit müssen natürlich auch die oben bereits erwähnten anderen Randbedingungen beachtet werden. Das erhöht die Kosten für die entsprechenden Motoren.The use of materials with high thermal conductivity also has disadvantages, because in addition to the high thermal conductivity, the other boundary conditions already mentioned above must of course also be taken into account. This increases the cost of the corresponding motors.

Trotz der zahlreichen alternativen Ausführungsformen, in denen Motoren nach dem grundsätzlichen Konzept des Stirlingmotors gebaut worden sind, sind unverändert viele Wünsche offen, was die Effektivität, die Baugrößen, die Zuverlässigkeit und auch die Kosten für den entstehenden Motor betrifft.Despite the numerous alternative embodiments in which engines have been built according to the basic concept of the Stirling engine, many wishes remain unanswered in terms of effectiveness, size, reliability and also the cost of the engine being created.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Motor vorzuschlagen, der hier noch einen weiteren Ansatz mit zusätzlichen Möglichkeiten bietet.The object of the present invention is to propose a motor which here offers a further approach with additional options.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Motor gelöst, bei dem der Stator ein oder mehrere je eine Schicht aufspannende Statorelemente aufweist,
wobei der Stator ein oder mehrere je eine Schicht aufspannende Statorelemente aufweist,
wobei der Stator ein oder mehrere je eine Schicht aufspannende Statorelemente aufweist,
wobei der Stator außerdem ein rohrförmiges Gehäuse aufweist,
wobei die je eine Schicht aufspannenden Statorelemente in Längsrichtung der Rotationsachse hintereinander aufgereiht sind,
wobei die Statorelemente mit dem Gehäuse verbunden sind,
wobei jedes der Statorelemente ein oder mehrere Heizkreise und ein oder mehrere Kühlkreise aufweist, von denen jeder Kreis einen Winkelbereich des eine Schicht aufspannenden Statorelementes einnimmt,
wobei die Anzahl der Winkelbereiche mit Kühlkreisen und die Anzahl der Winkelbereiche mit Heizkreisen gleich groß sind, alle Winkelbereiche gleich groß sind und die Winkelbereiche mit den Heizkreisen und die Winkelbereiche mit den Kühlkreisen abwechselnd zueinander um die Rotationsachse angeordnet sind,
wobei der Rotor ein oder mehrere je eine Schicht aufspannende Rotorelemente aufweist,
wobei jedes Rotorelement symmetrisch zur Rotationsachse angeordnet ist, wobei jedes Rotorelement ein oder mehrere Verdrängungselemente aufweist, wobei die Verdrängungselemente auf ein oder mehrere Winkelbereiche verteilt sind, die zusammen die Hälfte der Querschnittsfläche des Rotors bezogen auf die Rotationsachse einnehmen,
wobei die Verdrängungselemente gleichmäßig um die Rotationsachse verteilt sind, wobei die Anzahl der Verdrängungselemente so groß ist, wie die Anzahl der Winkelbereiche mit den Heizkreisen,
wobei der Stator und der Rotor von dem Gehäuse gemeinsam umschlossen sind, wobei sich zwischen dem Gehäuse und den Verdrängungselementen jeweils mit einem Arbeitsgas gefüllte Leerräume befinden,
wobei eine Durchströmungsmöglichkeit für das Arbeitsgas durch die Schichten der Statorelemente vorgesehen ist, und
wobei am Ende des Gehäuses ein Auffangraum für das Arbeitsgas mit einem Element angeordnet ist, welches durch das sich ausdehnende und einströmende Arbeitsgas bewegbar ist.
This object is achieved according to the invention by a motor in which the stator has one or more stator elements each spanning a layer,
wherein the stator has one or more stator elements each spanning a layer,
wherein the stator has one or more stator elements each spanning a layer,
wherein the stator also has a tubular housing,
whereby the stator elements each spanning one layer are lined up one behind the other in the longitudinal direction of the axis of rotation,
wherein the stator elements are connected to the housing,
wherein each of the stator elements has one or more heating circuits and one or more cooling circuits, of which each circle occupies an angular range of the stator element spanning a layer,
whereby the number of angular areas with cooling circuits and the number of angular areas with heating circuits are the same, all angular areas are equal and the angular areas with the heating circuits and the angular areas with the cooling circuits are arranged alternately around the axis of rotation,
wherein the rotor has one or more rotor elements each spanning a layer,
wherein each rotor element is arranged symmetrically to the axis of rotation, wherein each rotor element has one or more displacement elements, wherein the displacement elements are distributed over one or more angular areas which together occupy half of the cross-sectional area of the rotor in relation to the axis of rotation,
The displacement elements are evenly distributed around the axis of rotation, the number of displacement elements being as large as the number of angular areas with the heating circuits,
wherein the stator and the rotor are jointly enclosed by the housing, with between the housing and the displacement elements there are empty spaces each filled with a working gas,
wherein a flow possibility for the working gas is provided through the layers of the stator elements, and
wherein at the end of the housing a collecting space for the working gas is arranged with an element which is movable by the expanding and inflowing working gas.

Ein derartiger erfindungsgemäßer Motor nutzt noch die Vorteile, die ein Konzept nach Art eines Stirlingmotors bietet, vermeidet aber eine ganz Reihe von Nachteilen, die herkömmliche Stirlingmotoren aufweisen, da er auf eine ganz andere Bauform übergeht. Als Bauform wird auf die von Elektromotoren bekannte Konstruktion mit einem Stator und einem relativ zum Stator drehenden Rotor zugegriffen. Diese Konstruktion ist als solche bewährt, aber im Zusammenhang mit den Ideen eines Stirlingmotors noch nicht in die Praxis umgesetzt worden. Such an engine according to the invention still uses the advantages offered by a concept in the manner of a Stirling engine, but avoids a number of disadvantages which conventional Stirling engines have, since it changes over to a completely different design. As a design, the design known from electric motors with a stator and a rotor rotating relative to the stator is used. This design has proven itself as such, but has not yet been put into practice in connection with the ideas of a Stirling engine.

Bei dem erfindungsgemäßen Motor wird eine rohrartige oder zylinderartige Gestaltung verwendet. Längs einer Rotationsachse werden schichtweise und immer abwechselnd Rotorelemente und Statorelemente angeordnet. Die Statorelemente sind für die Erhitzung und Abkühlung eines verwendeten Arbeitsgases zuständig, um eine Art Stirlingprozess aufrechtzuerhalten.In the engine of the present invention, a tubular or cylinder-like configuration is used. Rotor elements and stator elements are arranged in layers and always alternating along an axis of rotation. The stator elements are responsible for heating and cooling a used working gas in order to maintain a kind of Stirling process.

Zwischen je zwei dieser Statorschichten ist drehend je eine Rotorschicht vorgesehen. Diese übernimmt die Aufgabe, die herkömmlich ein Verdrängungskolben bei einem Stirlingmotor umsetzt. Von den insgesamt 360°, die bei einem rohrförmigen und mithin im Schnitt kreisförmigen Aufbau um den von der Rotationsachse gebildeten Mittelpunkt eine Schicht besitzt, werden bevorzugt zwei einander symmetrisch gegenüberliegende Bereiche von einem Verdrängerelement besetzt. Der Einfachheit halber kann man sich vorstellen, dass diese Verdrängerelemente jeweils ein Viertel des Kreisquerschnittes belegen, während die beiden anderen, genau dazwischen angeordneten Viertel freibleiben und das Arbeitsgas aufnehmen.Between every two of these stator layers there is a rotating rotor layer. This takes on the task that a displacement piston normally does in a Stirling engine. Of the total of 360 ° which has a layer around the center point formed by the axis of rotation in the case of a tubular and therefore circular structure, two symmetrically opposite regions are preferably occupied by a displacement element. For the sake of simplicity, one can imagine that these displacement elements each occupy a quarter of the circular cross-section, while the other two quarters arranged exactly in between remain free and absorb the working gas.

Bevorzugt ist auch vorgesehen, dass die Anzahl der Winkelbereiche, die von den Heizkreisläufen gebildet werden, ebenfalls zwei beträgt, und die Anzahl der Winkelbereiche, die von den Kühlkreisen gebildet werden, ebenfalls zwei beträgt.It is preferably also provided that the number of angular regions that are formed by the heating circuits is also two, and the number of angular regions that are formed by the cooling circuits is also two.

Das bedeutet, dass in einer Schicht des Stators vier Winkelbereiche vorhanden sind, nämlich zwei mit Heizkreisläufen und dazwischen die beiden weiteren Viertel mit Kühlkreisläufen, wobei diese verschiedenen Typen jeweils abwechseln.This means that there are four angular areas in one layer of the stator, namely two with heating circuits and the two further quarters with cooling circuits in between, these different types alternating in each case.

Rein vom Prinzip her wäre auch eine Anordnung möglich, die mit sechs Winkelbereichen arbeitet, also je drei Winkelbereiche mit Heizkreisen und drei Winkelbereiche mit Kühlkreisen, die jeweils 60° des gesamten Winkels 360° einnehmen. In dem Falle würde man auch noch drei Verdrängerelemente im Rotorteil anordnen, wobei zwischen diesen drei Verdrängerelementen jeweils ein Winkelbereich von 60° mit einem Leerraum für das Arbeitsgas vorgesehen ist.Purely in principle, an arrangement would also be possible that works with six angular ranges, i.e. three angular ranges with heating circuits and three angular ranges with cooling circuits, each occupying 60 ° of the entire 360 ° angle. In that case one would also arrange three displacement elements in the rotor part, with an angular range of 60 ° with an empty space for the working gas being provided between these three displacement elements.

Denkbar ist grundsätzlich auch eine Anordnung, die nur einen Winkelbereich mit Heizkreisen und einen Winkelbereich mit Kühlkreisen und einen Rotor mit nur einem, dazu passenden Verdrängerelement aufweist. Ein solcher Motor wird tendenziell weniger „rund“ laufen und somit Nachteile haben, weist andererseits aber nur eine geringere Zahl von Bauelementen auf und kann daher bei besonderen Anwendungsfällen ebenfalls Vorteile bieten.In principle, an arrangement is also conceivable which has only one angular range with heating circuits and one angular range with cooling circuits and a rotor with only one, matching displacement element. Such a motor will tend to run less "smoothly" and thus have disadvantages, but on the other hand only has a smaller number of components and can therefore also offer advantages in special applications.

Auch noch weitere Zahlen sind für spezielle Anwendungsgebiete denkbar, die mechanisch einfachste und im Folgenden daher erläuterte Form arbeitet jedoch mit zwei Winkelbereichen für Heizkreise, zwei Winkelbereichen für Kühlkreise und zwei Verdrängerelementen.Other numbers are also conceivable for special areas of application, but the mechanically simplest form, which is therefore explained in the following, works with two angular ranges for heating circuits, two angular ranges for cooling circuits and two displacement elements.

Es passen also jeweils die beiden Heizkreisläufe oder die beiden Kühlkreisläufe eines jeden Statorelementes genau zu den beiden Verdrängerelementen oder dem Zwischenraum mit dem Arbeitsgas des Rotorelements.The two heating circuits or the two cooling circuits of each stator element therefore match exactly the two displacement elements or the intermediate space with the working gas of the rotor element.

Dadurch lässt sich jeweils eine Erhitzung oder Abkühlung des Arbeitsgases erzeugen, während das Rotorelement gegenüber dem Statorelement dreht. Da nun immer abwechselnd Schichten von Rotorelementen und Schichten von Statorelementen aufeinander folgen, wobei sich die Rotorelemente relativ zu den Statorelementen drehen, findet dieser Vorgang mehrfach parallel statt. Dadurch lässt sich der Effekt skalieren. Während nun die Arbeitsgase mit den Verdrängerelementen umlaufen, werden sie abwechselnd relativ an den Heizkreisen und den Kühlkreisen vorbeigeführt.In this way, the working gas can be heated or cooled while the rotor element rotates relative to the stator element. Since now alternating layers of rotor elements and layers of stator elements follow one another, with the rotor elements rotating relative to the stator elements, this process takes place several times in parallel. This allows the effect to be scaled. While the working gases are now circulating with the displacement elements, they are alternately led relatively past the heating and cooling circuits.

Entsprechend wird das Arbeitsgas abwechselnd erhitzt und abgekühlt.Accordingly, the working gas is alternately heated and cooled.

Das Arbeitsgas wird sich aufgrund der Erhitzung bzw. Abkühlung abwechselnd ausdehnen und zusammenziehen. Wie bei einem Stirlingmotor bekannt ändert sich also das Volumen des Gases mit der Temperatur.The working gas will alternately expand and contract due to the heating or cooling. As is known from a Stirling engine, the volume of the gas changes with the temperature.

Die Strömung des Arbeitsgases in dem erfindungsgemäßen Motor ist auch eindeutig: das Arbeitsgas strömt durch die Leerräume zwischen den Verdrängerelementen, wenn es sich aufgrund der Ausdehnung des gesamten Arbeitsgases parallel zur Rotationsachse strömend ausdehnt.The flow of the working gas in the engine according to the invention is also clear: the working gas flows through the empty spaces between the displacement elements when it is due to the Expansion of the entire working gas flowing parallel to the axis of rotation expands.

Zu beachten ist, dass für das Arbeitsgas die Leerräume zwischen den Verdrängerelementen in den Rotorschichten zur Verfügung stehen, sowie ferner die Zwischenräume zwischen den Heizkreisen und Kühlkreisen der Statorschichten. Die Verdrängerelemente decken jeweils entweder alle die Heizkreise ab oder sie decken alle die Kühlkreise ab. Da die Heizkreise und die Kühlkreise mit den Statorschichten stehen, während sich die Verdrängerelemente mit den Rotorschichten um die Rotationsachse bewegen, werden also jeweils Kanäle entweder in den Kühlkreisen oder in den Heizkreisen von dem Arbeitsgas durchströmt werden.It should be noted that the empty spaces between the displacement elements in the rotor layers are available for the working gas, as well as the spaces between the heating and cooling circuits of the stator layers. The displacement elements either cover all of the heating circuits or they cover all of the cooling circuits. Since the heating circuits and the cooling circuits with the stator layers stand while the displacement elements with the rotor layers move around the axis of rotation, the working gas will flow through channels either in the cooling circuits or in the heating circuits.

Hier sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, wie ein Hindurchströmen dieses Arbeitsgases durch die Elemente in den Statorschichten gewährleistet werden kann.Various possibilities are conceivable here as to how this working gas can flow through the elements in the stator layers.

Dabei können die Statorschichten und die Rotorschichten gleichdick sein oder auch untereinander gleichdick sein oder auch andere, optimierte Größen besitzen. Vom grundsätzlichen Gedanken her wird man mit gleichdicken Rotorschichten und Statorschichten zunächst einen Ansatz machen und danach experimentell ermitteln, ob man von diesem Konzept abweicht.In this case, the stator layers and the rotor layers can be of the same thickness or can also be of the same thickness among one another or also have other, optimized sizes. From the basic point of view, one will first make an approach with rotor layers and stator layers of the same thickness and then determine experimentally whether one deviates from this concept.

Bei einer Ausdehnung des Arbeitsgases strömen die einzelnen Moleküle des Arbeitsgases also durch die Leerräume zwischen den Verdrängerelementen und durch die Zwischenräume zwischen den Heizkreisen ungefähr parallel zur Rotationsachse und senkrecht zu den Rotorschichten und Statorschichten in Richtung des einen Endes des Gehäuses.When the working gas expands, the individual molecules of the working gas flow through the empty spaces between the displacement elements and through the spaces between the heating circuits approximately parallel to the axis of rotation and perpendicular to the rotor layers and stator layers in the direction of one end of the housing.

An diesem Ende des Gehäuses wird ein Auffangraum vorgesehen, in welchen das sich ausdehnende Arbeitsgas strömt und dort ein Element bewegt, das durch diese Bewegung eine Umsetzung der in den Heizkreisen zugeführten Wärmeenergie in andere Energieformen erlaubt. Beispielsweise wird ein Kolben in dem gebildeten Zylinder bewegt. Grundsätzlich ist auch eine andere Möglichkeit der Übertragung der Kraft bzw. Energie des sich ausdehnenden Arbeitsgases in diesem Bereich denkbar. Das Verschieben eines Kolbens entspricht vor allem dem Grundgedanken eines Stirlingmotors.At this end of the housing a collecting space is provided, into which the expanding working gas flows and there moves an element which, through this movement, allows the thermal energy supplied in the heating circuits to be converted into other forms of energy. For example, a piston is moved in the cylinder formed. In principle, another possibility of transmitting the force or energy of the expanding working gas in this area is also conceivable. Moving a piston corresponds primarily to the basic idea of a Stirling engine.

Dreht sich nun der Rotor um die Rotorachse relativ zum Stator weiter, kommt jetzt das Arbeitsgas mit den Kühlkreisen der Statorelemente in Berührung und das eben noch erhitzte Arbeitsgas kühlt sich nunmehr ab und zieht sich zusammen. Es strömt also aus dem Auffangraum wieder in die Gegenrichtung parallel zur Rotationsachse und strömt dabei durch die Kühlkreise und die Leerräume zwischen den Verdrängerelementen. Der eben noch gedrückte Kolben kann sich nun wieder entspannen.If the rotor continues to rotate around the rotor axis relative to the stator, the working gas now comes into contact with the cooling circuits of the stator elements and the working gas, which has just been heated, now cools down and contracts. So it flows out of the collecting space again in the opposite direction parallel to the axis of rotation and flows through the cooling circuits and the empty spaces between the displacement elements. The piston that was just pressed can now relax again.

Insgesamt also wird jetzt die Rotationsbewegung in dem Gehäuse vom Rotor relativ zum Stator umgesetzt in dem Auffangraum beispielsweise in eine Bewegung des dort angeordneten Kolbens in einem zugehörigen Zylinder.Overall, the rotational movement in the housing is now converted by the rotor relative to the stator in the collecting space, for example, into a movement of the piston arranged there in an associated cylinder.

Andere Anordnungen sind gut möglich.Other arrangements are possible.

Von besonderem Vorteil ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Motoren etwa in der Fahrzeugtechnik, beispielsweise bei Kraftfahrzeugen, aber auch in Flugzeugen oder Schiffen. Gerade bei Fahrzeugen zu Lande, im Wasser und in der Luft besteht der Wunsch, besonders effektiv und auf kleinem Raum zur Verfügung stehende Wärmeenergie in andere Energieformen umzusetzen. Eine weitere Einsatzmöglichkeit besteht auch in der Raumfahrt.The use of the motors according to the invention is particularly advantageous, for example, in vehicle technology, for example in motor vehicles, but also in airplanes or ships. Especially with vehicles on land, in water and in the air, there is a desire to convert heat energy that is available in a small space into other forms of energy in a particularly effective manner. Another possible use is in space travel.

Neben Fahrzeugen ist dabei beispielsweise auch an mobile Generatoren zu denken. Ähnliche Problemstellungen und Randbedingungen gelten etwa in Gebieten mit einer ungünstigen Energieversorgung, in denen keine elektrische Stromversorgung vorhanden ist und wie beispielsweise in wenig technologisch entwickelten Ländern auch keine andere Energieversorgung zur Verfügung steht.In addition to vehicles, mobile generators, for example, should also be considered. Similar problems and boundary conditions apply, for example, in areas with an unfavorable energy supply, in which there is no electrical power supply and, for example, no other energy supply is available in less technologically developed countries.

Ein mögliches Anwendungsgebiet sind etwa Blockheizkraftwerke und stationäre oder mobile Stromgeneratoren, Kompressoren und Pumpen.A possible area of application are, for example, combined heat and power plants and stationary or mobile power generators, compressors and pumps.

Von Vorteil ist bei der Erfindung auch die geringe Geräuschentwicklung anders als bei Verbrennungsmotoren, deren Nachteile hier vermieden oder zumindest verringert werden können.Another advantage of the invention is the low level of noise development, unlike in internal combustion engines, the disadvantages of which can be avoided or at least reduced here.

Die erfindungsgemäßen Motoren sind auch wartungsarm.The motors according to the invention are also low in maintenance.

Möglich ist auch das Anschließen von Kompressoren und der Energieübertrag durch eine Bewegung nicht nur über den dargestellten Kolben im Auffangraum, sondern beispielsweise auch über Membranen.It is also possible to connect compressors and transfer energy through a movement not only via the piston shown in the collecting space, but also, for example, via membranes.

Von besonderem Vorteil ist, dass die Rotationsbewegung wesentlich schwingungsärmer ist als eine herkömmliche Kolbenbewegung. Auch eine Umsetzung mit Pleuelstangen ist nicht mehr automatisch erforderlich, da die Energieentnahme aus dem Speicher auch auf andere Weise erfolgen kann.It is particularly advantageous that the rotational movement has significantly lower vibrations than a conventional piston movement. Implementation with connecting rods is also no longer automatically necessary, since the energy can also be extracted from the storage unit in other ways.

Dadurch, dass der Stator unbeweglich ist, stellt die Zufuhr von Wärmeenergie über die Heizkreise bzw. die Abfuhr von Wärmeenergie über die Kühlkreise keine besonderen Anforderungen, da diese Abführung bzw. Zuführung keine zusätzliche Bewegung berücksichtigen muss und direkt aus einem statischen Bauteil erfolgen kann.Because the stator is immobile, the supply of thermal energy via the heating circuits or the removal of thermal energy via the cooling circuits does not pose any special requirements this discharge or supply does not have to take into account any additional movement and can take place directly from a static component.

Die Statorelemente können auch mit speziell konzipierten Durchgängen und anderen Elementen versehen werden, die eine besonders gute Wärmeübertragung zum und vom Arbeitsgas ermöglichen. Auch hier sind große Vorteile gegeben, da durch den so entstehenden Aufbau des Gesamtkonzeptes eine große Freiheit an der Auswahl von Werkstoffen und konkreten Bauformen der Statorschichten entsteht.The stator elements can also be provided with specially designed passages and other elements that enable particularly good heat transfer to and from the working gas. Here, too, there are great advantages, since the resulting structure of the overall concept creates a great deal of freedom in the selection of materials and specific designs of the stator layers.

Der erfindungsgemäße Motor wird besonders effektiv, wenn für die Zufuhr von Wärmeenergie in die Heizkreise Wärmeenergie verwendet werden kann, die in anderen Bereichen des mit dem Motor angetriebenen Gesamtgerätes als Überschusswärme entsteht. Dabei ist zum Beispiel an Kraftfahrzeuge zu denken, bei denen an vielen Fahrzeugbereichen im Überschuss Wärmeenergie zur Verfügung steht, die abgeführt werden muss und jetzt durch den erfindungsgemäßen Motor gut genutzt werden kann, um in die Bewegung des Kolbens im Auffangraum umgesetzt zu werden.The engine according to the invention is particularly effective if thermal energy can be used for the supply of thermal energy into the heating circuits, which occurs as excess heat in other areas of the overall device driven by the engine. For example, one should think of motor vehicles in which there is excess heat energy available in many vehicle areas, which has to be dissipated and can now be used well by the engine according to the invention in order to be converted into the movement of the piston in the collecting space.

Generell von Vorteil ist die von der Erfindung geschaffene Wiederaufbereitungsmöglichkeit für Wärmeenergie. Wärme die von dem Motor an seine Umgebung abgegeben wird, kann unter anderem auch dazu benutzt werden, Brennstoffe und für die Verbrennung benutzte Luft oder Sauerstoff mittels Wärmetauschern zu erhitzen. Besonders interessant ist dabei die Wärmeaufbereitung bei der Benutzung von Wasserstoff oder von Erdgas als Brennstoff. Diese Gase kühlen sich beim Austritt aus dem Druckbehälter ab. Es entsteht also kälteres Gas. Dieses kältere Gas selbst oder die von diesem Gas mitgeführte Kälte kann nun dazu benutzt werden, dem als Kühlmedium verwendeten Gas bzw. der als Kühlmedium verwendeten Flüssigkeit des Motors Wärme zu entziehen.The possibility of reprocessing thermal energy created by the invention is generally advantageous. Heat given off by the engine to its surroundings can also be used, among other things, to heat fuels and air or oxygen used for combustion by means of heat exchangers. The processing of heat when using hydrogen or natural gas as fuel is particularly interesting. These gases cool down when they exit the pressure vessel. So it creates colder gas. This colder gas itself or the coldness carried along by this gas can now be used to extract heat from the gas used as the cooling medium or from the motor liquid used as the cooling medium.

Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen könnte man beispielsweise drei hintereinander geschaltete Wärmetauscher einsetzen:

  • In einem ersten Wärmetauscher kühlt Wasserstoff das Kühlmedium vor dem Wiedereintritt in den Motor ab.
  • In einem zweiten Wärmetauscher kühlt Wasserstoff das Kühlmedium nach dem Austritt aus dem Motor ab.
  • In einem dritten Wärmetauscher werden Wasserstoff und Luft oder Sauerstoff mittels erwärmter Abgase auf eine Arbeitstemperatur erhitzt.
In particularly preferred embodiments, for example, three heat exchangers connected in series could be used:
  • In a first heat exchanger, hydrogen cools the cooling medium before it re-enters the engine.
  • In a second heat exchanger, hydrogen cools the cooling medium after it leaves the engine.
  • In a third heat exchanger, hydrogen and air or oxygen are heated to a working temperature by means of heated exhaust gases.

Der erfindungsgemäße Motor arbeitet insbesondere auch bei vergleichsweise niedrigen Umdrehungszahlen, mit denen die einzelnen Vorgänge vergleichsweise langsam und damit reibungsarm und erschütterungsfrei ablaufen können.The motor according to the invention also works, in particular, at comparatively low revolutions with which the individual processes can run comparatively slowly and thus with little friction and without vibrations.

Die Rotorschichten wiederum sind zwar beweglich, dafür aber besonders einfach aufgebaut, da sie im Wesentlichen nur die Verdrängerelemente tragen müssen. Nach außen wird durch die Gehäusewandung das Arbeitsgas vollkommen abgeschlossen; zwischen den warmen und den kalten Bereichen liegen die Verdrängerelemente und zwischen den Heizkreisen und den Kühlkreisen können beliebige Wärmedämmungen vorgesehen werden.The rotor layers, in turn, are movable, but have a particularly simple structure, since they essentially only have to carry the displacement elements. The working gas is completely closed off from the outside by the housing wall; The displacement elements are located between the warm and cold areas and any desired thermal insulation can be provided between the heating and cooling circuits.

In bevorzugten Ausführungsformen wird vorgesehen, dass die Rotorelemente mit einer koaxial zur Rotorachse verlaufenden Welle bzw. Wellenelementen der verschiedenen Rotorschichten gemeinsam umlaufen und auf diesen angeordnet sind.In preferred embodiments it is provided that the rotor elements rotate together with a shaft or shaft elements running coaxially to the rotor axis of the various rotor layers and are arranged on them.

Alternativ ist es auch möglich, anstelle des rotierenden Wellenelementes ein feststehendes koaxial zur Rotorachse angeordnetes Element einzusetzen, um welches sich dann die Rotorelemente möglichst reibungsarm mit einer achsnahen Aussparung drehen.Alternatively, instead of the rotating shaft element, it is also possible to use a stationary element arranged coaxially to the rotor axis, around which the rotor elements then rotate with as little friction as possible with a recess close to the axis.

Die Ausführungsbeispiele mit dem mitdrehenden Wellenelement haben den Vorteil, dass die Rotation des Wellenelementes besonders zweckmäßig aus dem Auffangraum heraus mit angetrieben werden kann. Ein Teil der umgewandelten Energie kann also zum Rotationsantrieb des Motors eingesetzt werden, wobei die Umsetzung aufgrund der räumlichen Konfiguration beim Austritt des Wellenelementes in den Auffangraum genutzt werden kann.The embodiments with the co-rotating shaft element have the advantage that the rotation of the shaft element can be driven out of the collecting space particularly expediently. A part of the converted energy can therefore be used to drive the motor in rotation, whereby the conversion can be used due to the spatial configuration when the shaft element exits into the collecting space.

Weitere Vorteile und Varianten werden aus den beigefügten Figuren und der zugehörigen Beschreibung sowie den Unteransprüchen deutlich.Further advantages and variants become clear from the attached figures and the associated description as well as the subclaims.

Im Folgenden wird anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

  • 1 eine Draufsicht in Richtung einer Rotationsachse auf eine Statorschicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Motors;
  • 2 eine Draufsicht senkrecht zur Darstellung in 1 auf einen Stator für den Motor aus 1;
  • 3 eine Draufsicht in Richtung der Rotationsachse auf eine Rotorschicht des Motors aus 1; und
  • 4 eine Seitenansicht auf einen Rotor des Motors aus den 1 bis 3; und
  • 5 Eine schematische Darstellung einer Abbildung ähnlich in 1 für eine andere Ausführungsform der Erfindung.
An exemplary embodiment of the invention is described in more detail below with reference to the drawings. Show it:
  • 1 a plan view in the direction of an axis of rotation of a stator layer of an embodiment of a motor according to the invention;
  • 2 a plan view perpendicular to the illustration in FIG 1 on a stator for the motor 1 ;
  • 3 a plan view in the direction of the axis of rotation of a rotor layer of the motor 1 ; and
  • 4th a side view of a rotor of the motor from FIG 1 until 3 ; and
  • 5 A schematic representation of a figure similar to in 1 for another embodiment of the invention.

Die 1 bis 5 stehen eine schematische Übersicht über den erfindungsgemäßen Motor dar. Es ist jeweils das gleiche Ausführungsbeispiel in verschiedenen schematischen Ansichten dargestellt.the 1 until 5 represent a schematic overview of the engine according to the invention. The same exemplary embodiment is shown in different schematic views in each case.

Der Motor ist insgesamt aus einem Stator 10 und einem Rotor 20 aufgebaut. Sowohl der Stator 10 wie auch der Rotor 20 bestehen aus mehreren Bestandteilen.The motor consists entirely of a stator 10 and a rotor 20th built up. Both the stator 10 as well as the rotor 20th consist of several components.

Der Stator 10 besteht aus einer reihenförmigen Anordnung von Statorelementen, die jeweils schichtweise Scheiben bilden. Jede dieser schichtweisen scheibenförmigen Statorelemente 11 besitzt den gleichen Durchmesser, die gleiche Dicke und auch die gleichen Abmessungen im Übrigen und im Wesentlichen auch den gleichen inneren Aufbau.The stator 10 consists of a row-like arrangement of stator elements, each of which forms layers in layers. Each of these layered disc-shaped stator elements 11 has the same diameter, the same thickness and also the same dimensions otherwise and also essentially the same internal structure.

Dabei sind die scheibenförmigen Statorelemente 11 in einem rohrförmigen Gehäuse 12 angeordnet und mit dem rohrförmigen Gehäuse 12 auch verbunden. Das rohrförmige Gehäuse 12 stellt außerdem den äußeren Abschluss dieses wesentlichen Teiles des Motors dar.Here are the disk-shaped stator elements 11 in a tubular housing 12th arranged and with the tubular housing 12th also connected. The tubular housing 12th also represents the outer end of this essential part of the engine.

In jedem Statorelement 11 befinden sich jeweils Heizkörper 13 und Kühlkörper 14. Die Heizkörper 13 und Kühlkörper 14 sind jeweils durch eine Wärmedämmung voneinander getrennt.In every stator element 11 there are radiators 13th and heat sink 14th . The radiators 13th and heat sink 14th are separated from each other by thermal insulation.

Dabei ist die Anordnung jedes Statorelementes 11 so getroffen, dass die scheibenförmige Schicht mit dem ungefähr kreisförmigen Umfang aus zwei ungefähr 90° Winkel bildenden Bereichen mit Heizkörpern 13 und zwei weiteren Bereichen mit Kühlkörpern 14 versehen sind. Die vier ungefähr rechte Winkel einnehmenden Abschnitte sind dann jeweils durch die Wärmedämmung 15 voneinander getrennt, um die Heizkörper 13 und die Kühlkörper 14 daran zu hindern, einen nennenswerten Wärmetausch direkt zwischen einander vorzunehmen.Here is the arrangement of each stator element 11 made so that the disk-shaped layer with the approximately circular circumference consists of two approximately 90 ° angle forming areas with radiators 13th and two other areas with heat sinks 14th are provided. The four approximately right angles occupying sections are then each through the thermal insulation 15th separated from each other to the radiator 13th and the heat sinks 14th to prevent any significant heat exchange directly between each other.

Die Vielzahl an Statorelementen 11 wird innerhalb des rohrförmigen Gehäuses 12 auch durch ein Wellenelement 16 getragen, das um eine Rotationsachse 25 vorgesehen ist. Während die Statorelemente 11 und das Gehäuse 12 sich nicht bewegen, ist in bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen, dass sich das Wellenelement 16 zusammen mit dem im Folgenden noch beschriebenen Rotorelementen 21 zusammen dreht. Es gibt aber Ausführungsformen, in denen dieses Wellenelement 16 sich anders als im vorgenannten Ausführungsbeispiel nicht dreht und ein stehendes Element ist. Auch das Wellenelement 16 kann mit einer Wärmedämmung 15 versehen sein.The multitude of stator elements 11 is inside the tubular housing 12th also by a shaft element 16 carried around an axis of rotation 25th is provided. While the stator elements 11 and the case 12th do not move, it is provided in preferred embodiments that the shaft element 16 together with the rotor elements described below 21 turns together. But there are embodiments in which this shaft element 16 unlike in the aforementioned exemplary embodiment, does not rotate and is a stationary element. Also the wave element 16 can with thermal insulation 15th be provided.

Während der Stator 10 mit seinen verschiedenen Bestandteilen sich nicht bewegt, ist das zweite grundsätzliche Element, der Rotor 20, insgesamt gegenüber dem Stator 10 mit all seinen Elementen beweglich.While the stator 10 with its various components does not move, is the second fundamental element, the rotor 20th , overall opposite the stator 10 movable with all its elements.

Auch der Rotor 20 ist aus einer Vielzahl von scheibenförmig aufgebauten Rotorelementen 21 versehen. Jedes dieser Rotorelemente 21 weist zwei Verdrängerkörper 22 auf, die ebenfalls ungefähr 90° des insgesamt kreisscheibenförmigen Rotorelements 21 beanspruchen. Zwischen den beiden Verdrängerkörpern 22 eines jeden Rotorelements 21 befindet sich ein freier Raum, der von einem (nicht besonders gekennzeichneten) Arbeitsgas eingenommen wird. Mit dem drehenden Rotor 20 und den mit diesem drehenden Rotorelementen 21 dreht sich also auch das Arbeitsgas zwischen den Verdrängerkörpern 22 um die Rotationsachse 25, die dem Stator 10 und dem Rotor 20 gemeinsam ist.Also the rotor 20th consists of a large number of disc-shaped rotor elements 21 Mistake. Each of these rotor elements 21 has two displacement bodies 22nd on, which is also approximately 90 ° of the total circular disk-shaped rotor element 21 claim. Between the two displacement bodies 22nd of each rotor element 21 there is a free space that is occupied by a (not specially marked) working gas. With the rotating rotor 20th and the rotor elements rotating with it 21 So the working gas also rotates between the displacement bodies 22nd around the axis of rotation 25th that the stator 10 and the rotor 20th is common.

Der Freiraum mit dem Arbeitsgas wird nach außen von dem Gehäuse 12, parallel zur Achse von den Wandungen zum benachbarten Statorelement 11 auf der einen und der anderen Seite, innerhalb der Schicht des Rotorelementes 21 von der Wandung des benachbarten Verdrängerkörper 22 und nach innen gegenüber der Rotationsachse 25 vom Wellenelement 16 abgeschirmt und so zu einem geschlossenen Raum.The free space with the working gas is to the outside of the housing 12th , parallel to the axis from the walls to the adjacent stator element 11 on one side and the other, within the layer of the rotor element 21 from the wall of the adjacent displacer 22nd and inwardly opposite the axis of rotation 25th from the shaft element 16 shielded and thus a closed space.

Insbesondere in der 2 kann man sich noch vorstellen, dass am Ende des Gehäuses 12 ein Auffangraum 17 für das Arbeitsgas vorgesehen ist, (in der 2 auf der linken Seite) welches parallel zur Rotationsachse 25 durch die Schichten der Statorelemente 11 und der Rotorelemente 12 sich bewegen kann und beim Aufheizen durch die Heizeinrichtungen 13 sich entsprechend ausdehnt. Da das Gehäuse 12 die Leerräume nach außen abschließt, wird sich durch das Ausdehnen der Arbeitsgase in diesem Auffangraum 17 ein dort schematisch dargestellter Arbeitskolben gegen eine ebenfalls schematisch dargestellte Feder bewegen. Diese Darstellung ist rein schematisch zu verstehen. Die zugeführte Wärmeenergie wird in der dargestellten schematischen Überlegung in Federenergie umgewandelt und spannt diese Feder. Natürlich kann auch in anderer Form die Bewegungsenergie des Gases und die durch das vergrößerte Volumen nutzbare Energie entsprechend abgegeben werden.Especially in the 2 you can still imagine that at the end of the case 12th a containment area 17th is provided for the working gas (in the 2 on the left) which is parallel to the axis of rotation 25th through the layers of the stator elements 11 and the rotor elements 12th can move and when heated by the heating devices 13th expands accordingly. Because the housing 12th which closes off the empty spaces to the outside is made possible by the expansion of the working gases in this collecting space 17th move a working piston shown schematically there against a spring also shown schematically. This representation is to be understood purely schematically. The supplied thermal energy is converted into spring energy in the schematic consideration shown and tensions this spring. Of course, the kinetic energy of the gas and the energy that can be used due to the increased volume can also be given off in a different form.

Aus diesem Auffangraum 17 am Ende des Gehäuses 12 um die Rotationsachse 25 herum kann das Arbeitsgas beim anschließenden Abkühlungsprozess wieder heraus und durch die Leerräume zwischen den Verdrängerkörpern 22 hindurch wieder strömen, um sich in den Leerräumen im Rotor zusammenzuziehen. Die Feder im Auffangraum 17 aus dem schematischen Beispiel würde sich entspannen und die Federenergie wieder in Bewegungsenergie oder in anderer Form abgeben können. Die Umsetzung kann teilweise durch eine Drehung der Welle 16 mittels des Zusatzmotors 18 erfolgen, der ebenfalls rein schematisch auf der anderen Seite des zylindrischen Gehäuses 12 dargestellt ist.From this catchment area 17th at the end of the case 12th around the axis of rotation 25th around, the working gas can escape again during the subsequent cooling process and through the empty spaces between the displacement bodies 22nd flow through it again to contract in the voids in the rotor. The spring in the catchment area 17th from the schematic example would relax and release the spring energy again in kinetic energy or in another form. The implementation can be done in part by rotating the shaft 16 by means of the additional motor 18th take place, which is also purely schematically on the other side of the cylindrical housing 12th is shown.

Durch die Drehbewegung des Rotors 20 relativ zum Stator 10 kommt das Arbeitsgas abwechselnd neben die Heizkörper 13 und die Kühlkörper 14 zu liegen. Das Arbeitsgas wird also abwechselnd abgekühlt und aufgeheizt. Die dadurch wechselnden Temperaturen im Arbeitsgas lassen sich nach Art eines Stirlingkonzepts in Bewegungen umwandeln, die zum einen die Rotationsbewegung des Rotors 20 um die Rotationsachse 25 ermöglichen und zum anderen auch eine Kraft oder Energie außen abgreifen.By the rotation of the rotor 20th relative to the stator 10 the working gas comes alternately next to the radiators 13th and the heat sinks 14th to lie. The working gas is therefore alternately cooled and heated. The resulting changing temperatures in the working gas can be converted into movements in the manner of a Stirling concept, on the one hand the rotational movement of the rotor 20th around the axis of rotation 25th enable and on the other hand also tap a force or energy outside.

Die Energiezufuhr in das System geschieht durch die Zufuhr von Wärmeenergie in den Heizkörpern 13.Energy is fed into the system by adding thermal energy to the radiators 13th .

Diese Wärmeenergie kann in verschiedenster Form zur Verfügung gestellt werden.This thermal energy can be made available in various forms.

Als Ausführungsformen kommen beispielsweise Brennstoffzellen in Betracht. Interessant ist besonders der Einsatz von Festoxidbrennstoffzellen, da damit besonders hohe Temperaturen erreicht werden können, die gerade bei einem Konzept nach der Erfindung möglich werden, da letztlich nur die Schichten jedes einzelnen Statorelementes 11 mit der hohen Temperatur beaufschlagt werden, also unbewegliche Teile.Fuel cells, for example, come into consideration as embodiments. The use of solid oxide fuel cells is particularly interesting, since particularly high temperatures can be achieved with them, which are possible precisely with a concept according to the invention, since ultimately only the layers of each individual stator element 11 are exposed to the high temperature, so immovable parts.

Etwa unvollständig verbrannte Abgase können zusätzlich in eine oder mehrere der Heizeinrichtungen 13 oder auch in eine gesonderte, an die Heizeinrichtung 13 angeschlossene Brennkammer geleitet werden, um die Wärmeenergie aus dem verwendeten Brennstoff möglichst vollständig einzusetzen.Incompletely burned exhaust gases can also be fed into one or more of the heating devices 13th or in a separate one to the heating device 13th connected combustion chamber are conducted in order to use the thermal energy from the fuel used as completely as possible.

Dabei entstehende Abgase oder solche, die den Motor aus anderen Gründen außerhalb des beschriebenen Systems verlassen, können ebenfalls in den Wärmetauschern genutzt werden. Hier ist jede denkbare Technologie einsetzbar, um zugeführte Luft oder Sauerstoff oder möglicherweise auch Brennstoff zu erhitzen und so den Wirkungsgrad weiter zu erhöhen.The resulting exhaust gases or those that leave the engine for other reasons outside of the system described can also be used in the heat exchangers. Every conceivable technology can be used here to heat the air or oxygen or possibly also fuel and thus further increase the efficiency.

In einer weiteren Ausführungsform ist unter anderem an den Automotive-Bereich gedacht, für den es wünschenswert ist, wenn der Motor in möglichst kurzer Zeit aus dem Stillstand heraus einsatzbereit gemacht werden kann. Zu diesem Fall wird eine rasche Erwärmung des erfindungsgemäßen Motors bis zur Betriebstemperatur möglich, in dem er zusätzlich elektrisch mittels Heizdrähten aufgewärmt wird. Die dafür erforderliche Energie kann im System selbst in Superkondensatoren oder Akkus zwischengespeichert werden, die Energie könnte aus anderen Akkus, Kondensatoren oder auch aus Brennstoffzellen stammen. Die auf diese Weise gespeicherte Energie kann auch zum schnelleren Starten des Kraftfahrzeugs genutzt werden.Another embodiment is intended, among other things, for the automotive sector, for which it is desirable if the motor can be made ready for use from a standstill in the shortest possible time. In this case, the motor according to the invention can be quickly heated up to the operating temperature by additionally heating it up electrically by means of heating wires. The energy required for this can be temporarily stored in the system itself in supercapacitors or batteries; the energy could come from other batteries, capacitors or even from fuel cells. The energy stored in this way can also be used to start the motor vehicle more quickly.

In der 5 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt. Die Abbildung aus der 5 würde ergänzt werden mit Darstellungen ähnlich in den 2, 3 und 4, um eine weitere Ausführungsform zu bilden.In the 5 Another embodiment of the invention is shown schematically. The figure from the 5 would be supplemented with representations similar to those in the 2 , 3 and 4th to form another embodiment.

Man sieht wiederum im Querschnitt durch ein Statorelement die Kühleinrichtung 14 und die Rotorachse 25 mit einem Wellenelement 16 im Schnitt.The cooling device can again be seen in a cross section through a stator element 14th and the rotor axis 25th with a shaft element 16 on average.

Geändert ist die Form der angedeuteten Wärmeeinrichtung 13. In der dargestellten Ausführungsform ist diese Heizeinrichtung 13 unter Verwendung einer Brennstoffzelle angegeben, die nach entsprechender mandelförmiger Führung mit einem Abgasrohr wiederum aus dem Gehäuse 12 herausgeführt ist.The shape of the indicated heating device has been changed 13th . In the embodiment shown, this is a heating device 13th specified using a fuel cell, which after appropriate almond-shaped guidance with an exhaust pipe in turn out of the housing 12th is led out.

Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Abgase der Brennstoffzelle für die Zufuhr der Wärmeenergie in der Heizeinrichtung 13 verwendet werden können, wobei die Brennstoffzelle selbst ihre volle Funktionsfähigkeit behält.The advantage of this embodiment is that the exhaust gases from the fuel cell for the supply of thermal energy in the heating device 13th can be used, whereby the fuel cell itself retains its full functionality.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
Statorstator
1111
StatorelementStator element
1212th
rohrförmiges Gehäusetubular housing
1313th
Heizkörperradiator
1414th
KühlkörperHeat sink
1515th
WärmedämmungThermal insulation
1616
WellenelementWave element
1717th
AuffangraumContainment area
1818th
ZusatzmotorAuxiliary motor
2020th
Rotorrotor
2121
RotorelementRotor element
2222nd
VerdrängerkörperDisplacer
2525th
RotationsachseAxis of rotation

Claims (5)

Motor, gekennzeichnet durch einen Stator (10) mit einer über eine Länge erstreckten Rotationsachse (25), durch einen um die Rotationsachse (25) in zumindest einer Drehrichtung drehbaren Rotor (20), wobei der Stator (10) ein oder mehrere je eine Schicht aufspannende Statorelemente (11) aufweist, wobei der Stator (10) außerdem ein rohrförmiges Gehäuse (12) aufweist, wobei die je eine Schicht aufspannenden Statorelemente (11) in Längsrichtung der Rotationsachse (25) hintereinander aufgereiht sind, wobei die Statorelemente (11) mit dem Gehäuse (12) verbunden sind, wobei jedes der Statorelemente (11) ein oder mehrere Heizkreise (13) und ein oder mehrere Kühlkreise (14) aufweist, von denen jeder Kreis einen Winkelbereich des eine Schicht aufspannenden Statorelementes (11) einnimmt, wobei die Anzahl der Winkelbereiche mit Kühlkreisen (14) und die Anzahl der Winkelbereiche mit Heizkreisen (13) gleich groß sind, alle Winkelbereiche gleich groß sind und die Winkelbereiche mit den Heizkreisen (13) und die Winkelbereiche mit den Kühlkreisen (14) abwechselnd zueinander um die Rotationsachse (25) angeordnet sind, wobei der Rotor (20) ein oder mehrere je eine Schicht aufspannende Rotorelemente (21) aufweist, wobei jedes Rotorelement (21) symmetrisch zur Rotationsachse (25) angeordnet ist, wobei jedes Rotorelement (21) ein oder mehrere Verdrängungselemente (22) aufweist, wobei die Verdrängungselemente (22) auf ein oder mehrere Winkelbereiche verteilt sind, die zusammen die Hälfte der Querschnittsfläche des Rotors (20) bezogen auf die Rotationsachse (25) einnehmen, wobei die Verdrängungselemente (22) gleichmäßig um die Rotationsachse (25) verteilt sind, wobei die Anzahl der Verdrängungselemente (22) so groß ist, wie die Anzahl der Winkelbereiche mit den Heizkreisen (13), wobei der Stator (10) und der Rotor (20) von dem Gehäuse (12) gemeinsam umschlossen sind, wobei sich zwischen dem Gehäuse (12) und den Verdrängungselementen (22) jeweils mit einem Arbeitsgas gefüllte Leerräume befinden, wobei eine Durchströmungsmöglichkeit für das Arbeitsgas durch die Schichten der Statorelemente (21) vorgesehen ist, und wobei am Ende des Gehäuses (12) ein Auffangraum (17) für das Arbeitsgas mit einem Element angeordnet ist, welches durch das sich ausdehnende und einströmende Arbeitsgas bewegbar ist.Motor, characterized by a stator (10) with an axis of rotation (25) extending over a length, by a rotor (20) rotatable about the axis of rotation (25) in at least one direction of rotation, the stator (10) having one or more layers each having spanning stator elements (11), the stator (10) also having a tubular housing (12), the stator elements (11) each spanning one layer being lined up one behind the other in the longitudinal direction of the axis of rotation (25), the stator elements (11) being connected to the housing (12) , wherein each of the stator elements (11) has one or more heating circuits (13) and one or more cooling circuits (14), of which each circle occupies an angular range of the stator element (11) spanning a layer, the number of angular ranges with cooling circuits (14 ) and the number of angular ranges with heating circuits (13) are the same, all angular ranges are the same and the angular ranges with the heating circuits (13) and the angular ranges with the cooling circuits (14) are arranged alternately around the axis of rotation (25), with the rotor (20) has one or more rotor elements (21) each spanning a layer, each rotor element (21) being arranged symmetrically to the axis of rotation (25), w whether each rotor element (21) has one or more displacement elements (22), the displacement elements (22) being distributed over one or more angular regions which together occupy half of the cross-sectional area of the rotor (20) in relation to the axis of rotation (25), whereby the displacement elements (22) are evenly distributed around the axis of rotation (25), the number of displacement elements (22) being as large as the number of angular areas with the heating circuits (13), the stator (10) and the rotor (20 ) are jointly enclosed by the housing (12), with empty spaces filled with a working gas being located between the housing (12) and the displacement elements (22), with the possibility of the working gas flowing through the layers of the stator elements (21), and wherein at the end of the housing (12) a collecting space (17) for the working gas is arranged with an element, which be by the expanding and inflowing working gas is moveable. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten der Statorelemente (11) in Richtung der Rotationsachse (25) betrachtet jeweils gleich dick sind.Engine after Claim 1 , characterized in that the layers of the stator elements (11) viewed in the direction of the axis of rotation (25) are each of the same thickness. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten der Rotorelemente (21) in Richtung der Rotationsachse (25) gleich dick sind.Engine after Claim 1 or 2 , characterized in that the layers of the rotor elements (21) are of the same thickness in the direction of the axis of rotation (25). Motor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Winkelbereiche mit Heizkreisen (13) und die Anzahl der Winkelbereiche mit Kühlkreisen (14) und die Anzahl der Verdrängungselemente (22) jeweils zwei beträgt.Motor according to one of the preceding claims, characterized in that the number of angular areas with heating circuits (13) and the number of angular areas with cooling circuits (14) and the number of displacement elements (22) are each two. Motor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (20) sich stets in der gleichen Drehrichtung relativ zum Stator (10) dreht.Motor according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor (20) always rotates in the same direction of rotation relative to the stator (10).
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