DE1949191A1 - Waermekraftmaschine,insbesondere Kolbenmaschine - Google Patents

Waermekraftmaschine,insbesondere Kolbenmaschine

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Description

Patentanwalt Dipl.-Ing. Walter Jadrfsdi 1949191
7 Stuttgart N, Menzelstraße 40
29. Sep. 1969
,Ingο Kontstsntin P&ttass
Stuttg&rt-untertürkhelia
33 A 31 333 - St
Wärmekraftmaschine; insbesondere Kolbenmaschine
Die Erfindung betrifft eine nach den Stirling-Prozess arbeitende Wärmekraftmaschine insbesondere eine Kolbenmaschine j? die wenigstens jeweils eine Kraftmaschine und eine Arbeitsmaschine umfasst? »wischen denen ein gasförmiges Arbeitsmedium über einen Regenerator austauschbar ist»
Bei bekannten Wärmekraftmaschinen dieser Art sind Arbeitsmaschine und Kraftmaschine über einen Regenerator verbunden * dea in übergang von der Arbeitsmaschine sur Kraftmaschine ein Erhitxar nachgeschaltet istρ in den das der Kraftmaschine zuströmende Arbeitsmedium indirekt 0 doh« durch wärmeleitung und Wärmestre&hlung aufgeheist wird. Durch Verwendung der besten der verfügbarenthermisch hochfesten Materialien für den Wärmeaustauscher lassen sioh so Temperaturen von maximal etwa 1200° C für das Arbeitsmedium erreichen· Eine weitere Aufhitxung des ArbeltsmediuBts ist im Hinblick auf den thermischen Wirkung»« grad der Maschine «war erwünscht und 1st theoretisch
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auch möglich ρ schsitsrt aber an der Wärmebelaetbarkeit der für den Austauscher verwendeten Materialien <? die bei der für eine weitere Erhöhung der Endtemperatur des Arbeitsmedium« erforderlichen verstärkten Aufhellung des Aus0 tauschers versagen·
Bei einer Wärmekraftmaschine der eingangs genannten Art wird dieser Nachteil erfindungsgemäss durch eine Ausge« ataltung vermieden 0 bei der das Arbeitsmedium kraft·9 naschineneeltig durch Zuführen und Verbrennen von Kraftstoff unmittelbar erhitzt wird und bei der *b arbeitsaaachinenaeitig wenigstens teilweise das verbrauchte Arbeitsmedium durch frisches ersetst wird«. Durch die erfindungsgeaässe? unmittelbare Erhitzung des ArbeitsaediuEia fallen zunächst jene Beschränkungen in der Auf heizung des Arbeitsmedium* weg? die sich durch die Verwendung eines Wärmeaustauscherβ ergeben. Darüberhinaus nacht sich bei der erfindungsgemässen Lösung sehr vorteilhaft bemerkbar 9 das das Bauvolumen der Maschine sich infolge des Wegfalls des Wärmeaustauschers erheblich verringert? was die Haschine ist übrigen auch nicht unbeachtlich verbilligt«
Zn Ausgestaltung der Maschine erweist es sich als vorteilhaft die Erhitzung des Arbeitsmedium unmittelbar in der Kraftmaschine vorausnehmen <> Hierdurch werden besondere Brennkammern vermiedeno Ferner erweist es sieh auch als zweckBgssig,, das Arbeitsmedium in der Arbeitsmaschine auszutauschen.
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Bin® konstruktiv besonders einfache Ausgestaltung einer derartigen Wämäksrafteasehine ist dadurch au erreichen? daß sowohl d.ie Arb©iteamsehine sie auch die Kraftmaschine als Hubkolbomnasahins ausgebildet wird? wobei Arbeite- und Kraftmaschlna phaseaver@et.st swangsgesteuert w eindo
In weiterer Ausgestaltung das Erfindungsgedankens können suraindest eine Arbaits=· «2nd eins Kraftmaschine9 di© ale Hubkolbenmaschine ausgebildet sind? eine Maschinen» ainhait bildsnd eisisndsr gegenübesfllefend angeordnet und über den Regenerator als Swißchenglisd miteinander fest verbunden ee£nr wodurch «ich die sum phasenveraetaten Antrieb der b@id^n Mri@ch:lnsn notwendige Sv/angekupplung in einfache.? Waiss asraichon lässt o Weiter ist bei dieser Grundanordnung auch insgesiaaiat ein s©hr einfacher konetruk" tiV4>r Aufbau zu erraichari; bei d@m inebaaondare weitgehend auf bekannte und erprobt© Bauelemente zurückgegriffen kanno
Die Einbringung ä&& Kraffeetoffes i.n die Kraftmaschine erfolgt erfindungsgerdisa in vorteilhafter Waise durch
Die Steuerung ds» ^snigfatsns t®il"tmieen Hustauscheo des aus der Kxa£tJ3&schin3 über den Regenerator · in die Arheitssaaiscüne verds-ängtan Arbaitauaediurua kann @rfin-» dungsgasaUce .in an eiel·. bekannter Weise durch Schi it se
erfolgen so daß (sich insbesondere bei Verwendung eines? Hubkulbsnmasiihine besonders einfache und auch gut su beherrschende Gaswachaelvorgängs ergaben*
« 4 1098U/1275
In w@itffiK-€$r £,us»b£ldung dar Erfindung kann di© der Arböltßgsigshös'ig® Sinriohtimg susa Austausch des Arbeits- ©ins Aufladeeinrichtung usäfasßonp durch di© frisches ArfeeitssasdisiKi voseköiapsfiiaiert der Arbeite·» si&sehlne suführbas? isfc? wofasl sweckiaäseigerwelse die Aufladung über ala®a Abgastubolade? erfolgtα
Durch öl© erfisidungsgamässs ^«gestaltung ©in©r kraftißaschin© der ©ingangs genannten Art kann ©ine grosfä® spesifische Leistimg derselben erreicht und sondere ß^oh ©in© V@?rb©ss©stang das tharmis-chsn Wirkung««· und ckimit d©r E^ergiesusnutiung ersielt
Die Erfinäußg wird nachfolgend anhand eines ai@rt dargestellten Än?.sführungsbssigpiel©s näher erläutert daß eine nseh d®ra Stislteg^Fsrosese arbeitende Wä£tae° krsftmasshin® seigt» die aus swai über einen Regenerator Hubkolbaniaasehinen aufgebaut lato
In dem &u@£uh£ungsb@l@pi®l isind 8w©i Hubkolbexinwaßchinisn I1? 2 nach Art von Gsgffißlcolbsmiassehinen «inandor gg liegend ang@ordn®t und sylindasrkopfeeitig über einen Rsgenasatosr 3 verbunden? d©r für dse Arbaitsaediusi durchlässig isfco Von den Hubkolbenmaechinen 1.·, 2 «rbeitet di© Maschine 1 ale KrsftiaasehisiOf wShrend di« Maschine eis
Arbaitsasasohins 2 ist ira Aus£uhxxmgeb<sispiel mit ainem Kinl&ßechlits 4 und wenigstens einem ts 5 versehen; über die der Austausch des ArbaitsEi®öiiKsa erfolgt, tsnd swar in Abhängigkeit vor der jeweiligen Stellung des Kolbens 6 äox
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der über den Kurbeltrieb 7 zwangsläufig innerhalb des Zylindern 3 auf und ab bewagt
Di© im wesentliches! gleich aufgebaute Kraftmaschine weist einen Kolben β1 g ©iaen Kurbeltrieb 7' und einen Zylinder 8° aufr/ der im Gegensatz au dem der Arbeite·" maschine allerdings geschlossen ist und keine Steuer-» kanal© aufweist0 Die sw&ngaweisa Verbindung zwischen den Kurbel trieben 7 und 7' der Arbeitsmaschine 2 und der Kraftmaschine X9 durch die die Kolben 6? 6* pasenversetst zwangsgasjftsuert sind; ist im Ausführungen baispiol nicht dargestellte
Die für d@n Arbsiteablauf nach den Stirllng^Prosess notwendige xuaStslichs Aufhellung des Arbsitsmediums bei dessen über&itfe atxs der Aäeitsmaechine in die Kraftmaschine wird erflndungsgemäss dadurch erreicht, daß in da» Arbeitsmedium bei der dargestellten Ausführung nach dessen Durchließ durch den Regenerator 3 Kraftstoff eingespritzt wird^ der sur Verbrennung gelangte Da das Arbeitsmedium bei dar dargestellten Aueführungsform den für die Verbrennung erforderlichen Sauerstoff abgeben muae, muss bei der erfindungsgestässen Ausge» staltung der nach dent Stlrling^Prosess arbeitenden ffärm^kraftiaaschine stets wenigstens ein Teil does Arbeitsmedium» ausgetauscht werden a Dieser Austausch erfolgt fiber die in der Arbeitsmaschine 2 vorgesehenen Ein- und Ausiaßkanäle» Diesen;; baswo der Arbeitsmasohine wird das Arbeitsmedium nach Durchlauf des Expansionstaktes der Kraftmaechine über den Regenerator 3 zugeführt e der beim Ausschieben des^rbeitsmedluns aus der
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Kr&ftzaaechlns dieseta susiindeä ainem wesentlichen Teil sein©? Warne QKtsiahfe und dadurch aufgehalst wirdo Entsprechend äer Ströiaungsrlchtung daa au« der Kraft» maschine 1 in die iTu&sitCEasechins 2 übergaschobenan Ärbeitamsdiujjia wird der Rsgsnarator 3 kraftmaschinen*3 s®itig wgseatlieh stärker aufgehe!st als arbeitsmaschinen« aeitig,? so daß ©ich innerhalb des Regenerators au? Arbeite maschine hin ain TamparaturgöfälXe ergibt.
die epeaifiechö Laistting der Maa-shirie . - su verbessern kann die Energie der über den ÄuslaSkan&l 5 «usatr&aenden Abgase in bekannter Weisa sum Antrieb eines
eines Turbolader β IO verwendet werden?
dureh$fer &rb@itsm%schine über den Einlaßkanal 4 Arbeitsmedium unter Ubardsuck auge führt wird,, Dieses irische Arbeitsmedium wird aus der Arbeitsmaschine über den Regenerator in die Kraftmaschine gedrückt^ dabei bereite erhitst und nachfolgend durch Einspritsen von Kraftstoffρ die hierfür vorgesehene Anlage ist schema* tieiert alt 9 angedautat> und Verbrennen desselben in de» Arbeitsspalt«» weiter aufgehöiato Die hierdurch erreich» bare Volusienauedehnung des Arbeitsmadiuros wird sua An« trieb dar Kraftssaschine ausgenutsto
Xm Ausführtmgsbeispiel ist lediglich schematisch angedeutet ff daß der Kraftstoff sur Verbrennung in die Kraftaaschins eingegeben s voraugexjsiae eingesprltst wird« Nicht geseigt let, daß, ura die Wämebelastung der Kraftmaschine im Bereich der Verbrennungssone in erträglichen Grenzen su halteneine spezielle Brennkainer vorgesehen werden kann? die beispielsweise im übergang swischen dem Regenerator 3 und der Kraftmaschine" 1 vorgesehen werden kann«
- 7 . 1098U/1275
Diarch dia erfänrlvmgagejnäsße ο unmittelbare Aufhelsung dee Axhattssiediu'aä mtnä für dieses Temperaturen ero reiehba»,, die w-asentl&esh. höher als bsi den herkömmlichen Konstruktionen liegenf bsi denen dss Arbsits»ediuia mir mittelbar a\ifg@h«s&st wird« Weiter ist hieSurch auch eine wesentlich kompaktere Konstruktion erreichbar ? da die für die mittelbare Aufheisimg notwendigen Ein?ich» ■fcurige.n is?, Wagfall kommene Di.® Aufhellung auf wesentlich höhsx© iöiaparatiii?«© ©inasesifee xmä der Wegfall besonders Bais^slle andererseits ergibt oin besondere Gewiohts»Lsietungaverhältnis der erfindunge^
Dieses kann durch die vosgs^ehan© Aufladeeinrichtung noch v: verbessert tferden 0 Darüberhinsua aeiohnet sich di@ ©rfindungsgei-aaaea Konstruktion auch durch einen insgfosasat ga^shea bssosiäsrs einfachen Aufbau bus, da di® gögenläufigsn Kolben in einfacher Weise phaeenver*» setzt gesteuert werden
Die erfindungsgomäsae Wäraiekraftoiaschine, die unter Beibehalt des erflsdungsgettässen Prinsipis auch als Druokkolbenraasohine mit auesenliegender HUlIki?urve ausgebildet sein karaij, vereinigt in eich die Vorteile der bekannten Vertorennungsmaschinen mit interner Verbrennung, näalioh hohe Prozesateraperatur und grosse Leietitngakonzentrationa sowie die der iiaißgaemasohine, näalloh einen deo Cornos-Proiess angenäherten Wirkungsgrad« einen ruhigen Lauf und die Eignung für den Vielstoffbetrieb. Desweiteren baut die Haeohine . gewichteleiohtj da das Druckniveau ve* filtnlSBäseig
niedrig und der Bruokanstleg verhältnismässie klein 1st» und zwar trots eines grossen effektiven mittleren Druckes.
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Claims (1)

  1. Ansprüche
    / XJ Nach dem Stiziing^Frosess arbeitend© Wämeksraftmaeohin®;, ^ Kolbenmaschine? <äls wenigstens jeweils eine
    und ein® Arbs&fcesaasohin® umfasst ff »wischen denen @in gasförmiges Arbeitsmedium über einen Regenerator austauschbar ist? gakennaeichnst durch ehe Ausgestaltung d®r«rt; daß d«&3 AE-bQitsasediuaa kraftmaschinense&ig durch Zuführen und Verbrennen von Kraftstoff unmittelbar erhitzt wird und daß ärb©ita@£isehin@naeitlg wenigstens teilweise das verbrannt® Arbaiteffisdium dureh frisches ersetst wirdo
    2o Wäsmekraftifl*®chine »sch Anspruch 1? dadurch gakennseichnat« daß das Arbeitsmedium in der Kraftraaechine (1) erhitst wirdo
    3 c WänaekraftasÄSchine nach Anspruch 1 oder 2P dadurch ge« kenns©ich£iet; daß das ArbeitsaaediisEi in der Arbeitemaechine (2) au@get@uebht wird»
    4 ο Kämekraftisaechin« nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gek©miEeiehnöfep daß sowohl die Arbeitsmaschine (2) als auch die Kraftmaschine (1) als Hubkolbenmaschine ausgebildet ist»
    5 ο WÄnaekrafteasehine nach einem der vorhergehenden Ansprüche P daadurch gekemisalehnet g daß Ärbeio- und Kraftmaschine phasenversetst
    6 ο Wärmekraftmaschine nach einen der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennseichnst? daß zumindest eine Arbeit*»«* und ein« KraftmaschineP äie/Hubkolb^nmaschinen auegebildet sind,,
    als
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    ein® Maschineneinheit bildend einander gegenüberliegend angeordnet und über einen Regenerator (3) als Zwischen* glied miteinander fast verbunden sind»
    7ο Wärmekraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche)^ dadurch gekennseichnet? daß sur Eingabe des Kraftstoffes in das in der Kraftameehin® (1) befindliche Arbeitsmedium eine Elnsp?itsanlag@ (9) vorgesehen ist«,
    8o Wärmekraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche v dadurch gekennzeichnet? daß die Arbeit«maschine (2) eine Schlitzsteuerung (4>ff 5) für dan Austausch des Arbeite» mediums
    9ο Wärmekraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 0 dadurch gsketmisaichiiöty daß die der Arbeitsmaschine (2) «ugehörig« Einrichtung sum Austauach des Arbeitsmediums eine Aufladeeinrichtung d©) umfasst g durch die frisches Arbeitsmedium vorkosipriaiiert der Arbeiteraasehine suführbar istο
    1O0 Wärmekraftmaschine naoh Ansprach 9? dadurch gekennzeichnet ? daß zur Aufladung ein Abgasturbolader (10) vorge» sehen
    1098U/1275
    Jo
    Leerseite
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