DE19527272C2

DE19527272C2 - Solar heater for Stirling engines

Info

Publication number: DE19527272C2
Application number: DE19527272A
Authority: DE
Inventors: Andreas Baumueller
Original assignee: Solo Kleinmotoren GmbH
Current assignee: CLEANERGY AB, GOETEBORG, SE
Priority date: 1995-07-26
Filing date: 1995-07-26
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2015-07-27
Also published as: DE19527272A1

Description

Die Erfindung betrifft einen solaren Erhitzer für Stirling- Motoren mit einem Absorptionsfeld aus parallel verlaufenden Rohren, deren Enden in zwei an gegenüberliegenden Kanten des Absorptionsfeldes angeordneten Sammler münden, wobei Rohre und Sammler von einem Arbeitsgas durchströmt werden.The invention relates to a solar heater for Stirling Motors with an absorption field made of parallel Pipes, the ends of which are in two on opposite edges of the Absorption field arranged collectors open, with pipes and a working gas flows through the collector.

Der Stirling-Motor nutzt, wie alle Wärmekraftmaschinen, den Effekt der Druck- bzw. Volumenvergrößerung von Gasen bei Temperaturerhöhung. Dieser Druck wirkt als Kraft auf einen Kolben, der über ein Pleuel die Kurbelwelle antreibt. Bei konventionellen Kolbenmotoren, zum Beispiel Otto- oder Dieselmotoren, verläßt dieses Arbeitsgas (warme Luft mit Abgas) nach der Expansion die Maschine und wird durch neues Gas (kalte Luft mit Brennstoff) ersetzt. Beim Stirling-Motor bleibt dieses Gas aber in der Maschine und wird dann als Arbeitsgas bezeichnet. Das Arbeitsgas wird bei jeder Umdrehung der Maschine erwärmt und abgekühlt, und die daraus entstehenden Drücke wirken auf die Kolben. Im allgemeinen wird das Arbeitsgas zwischen zwei Zylindern hin- und hergeschoben. Es durchläuft dabei zwei Wärmetauscher, die es erhitzen oder abkühlen, so daß es in den einen Zylinder erwärmt und dabei mit hohem Druck einströmt und den Arbeitskolben nach unten drückt, in den anderen Zylinder jedoch abgekühlt einströmt und den Arbeitskolben hochsaugt. Die Wärmetauscher sind selbst nicht an der Kompression und Ausdehnung des Arbeitsgases beteiligt; dies geschieht alleine in den Zylindern. Der Raum, der nicht an der Kompression und Expansion teilnimmt, wird als "Schadraum" bezeichnet. Der Wirkungsgrad des Stirling-Motors steigt mit dem Druck- bzw. Temperaturverhältnis.The Stirling engine, like all heat engines, uses the Effect of increasing the pressure or volume of gases Temperature increase. This pressure acts as a force on you Piston that drives the crankshaft via a connecting rod. at conventional piston engines, for example Otto or Diesel engines, leaves this working gas (warm air with Exhaust) after the expansion of the machine and is replaced by new Gas (cold air with fuel) replaced. With the Stirling engine this gas remains in the machine and is then called Called working gas. The working gas is at everyone Rotation of the machine heated and cooled, and the resulting The resulting pressures act on the pistons. In general the working gas goes back and forth between two cylinders procrastinated. It passes through two heat exchangers, which it heat or cool so that it is in one cylinder warmed and inflated with high pressure and the Working piston pushes down into the other cylinder but flows in cooled and sucked up the working piston. The heat exchangers themselves are not at the compression and Expansion of the working gas involved; this happens alone in the cylinders. The room that is not at the Compression and expansion participates, is called "malicious space" designated. The efficiency of the Stirling engine increases with it the pressure or temperature ratio.

Stirling-Motoren werden zum Beispiel bei der Nutzung von konzentrierter Solarstrahlung zur Energiegewinnung eingesetzt. Sie werden in Brennpunktnähe eines Parabolspiegels montiert und setzen die dort gebündelte Strahlung in mechanische Energie um. Dazu ist ein Wärmetauscher erforderlich, der die Solarstrahlung absorbiert und in Wärme verwandelt, die dann an das Arbeitsgas des Motors weitergegeben wird. Stirling engines are used, for example, by concentrated solar radiation for energy generation used. They become one near the focal point Parabolic mirror mounted and put the bundled there Radiation into mechanical energy. There is a Heat exchanger required, the solar radiation absorbed and turned into heat, which then attached to the Working gas of the engine is passed on.

Ein solcher im Stand der Technik bekannter solarer Erhitzer (oder "Receiver") besteht bei Hochleistungs-Stirling-Motoren mit hohen Arbeitstemperaturen (600 bis 700°C) und hohen Arbeitsgasdrücken (30 bis 150 bar, Helium oder Wasserstoff) aus einer Vielzahl gleicher parallel laufender Metallröhrchen, die zwischen zwei Sammlern eingebaut sind und innen vom Arbeitsgas durchströmt werden. Von der Außenseite der Röhrchen wird die Strahlung absorbiert. Die einzelnen Röhrchen sind bei Maschinen mit 4 Zylindern bzw. 4 Prozessen in der Brennebene, d. h. in einer senkrecht zur einfallenden Strahlung verlaufenden Ebene, zum Beispiel evolutenförmig gekrümmt, so dass man aus gleichen Einzelröhrchen eine kreisringförmige Absorptionsflache erhält (siehe Stine, William B., Diver, Richard B., "A Compendium of Solar Dish/Stirling Technology", 1994, S. 75). Diese Krümmung ist auch nötig, damit sich die Röhrchen infolge der enormen Wärmeschwankungen, denen sie ausgesetzt sind, zwischen den feststehenden Sammlern dehnen und wieder zusammenziehen können. Die Größe der Absorptionsfläche muss mindestens der Brennpunktfläche (eine runde Scheibe von ca. 120 mm Durchmesser) entsprechen. Wenn der solare Erhitzer hinter dem Brennpunkt angeordnet wird, liegt eine entsprechend größere kreisringförmige Strahlungsverteilung vor, so dass die Absorptionsfläche entsprechend größer sein muss. Such a solar heater known in the prior art (or "Receiver") exists in high performance Stirling engines with high working temperatures (600 to 700 ° C) and high Working gas pressures (30 to 150 bar, helium or hydrogen) from a large number of identical parallel metal tubes, which are installed between two collectors and inside the Working gas can be flowed through. From the outside of the tubes the radiation is absorbed. The individual tubes are with Machines with 4 cylinders or 4 processes in the focal plane, d. H. in a perpendicular to the incident radiation extending plane, for example evolute-shaped, so that you can make a circular one out of the same single tubes Absorbent area (see Stine, William B., Diver, Richard B., "A Compendium of Solar Dish / Stirling Technology", 1994, p. 75). This curvature is also necessary so that the Tubes due to the enormous fluctuations in heat that they are exposed to stretch between the fixed collectors and move in together. The size of the Absorption area must be at least the focal area (one round disc with a diameter of approx. 120 mm). If the solar heater is placed behind the focal point, is a correspondingly larger circular Radiation distribution before, so the absorption area must be correspondingly larger.

Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen ist man bestrebt, möglichst identische Röhrchen zu verwenden und diese spaltfrei anzuordnen. Daraus folgte bisher bei Zweizylinder-V-Maschinen mit nur einem Prozess ein fast quadratisches Absorptionsfeld aus parallelen Röhrchen mit Sammlern an zwei gegenüberliegenden Kanten des Feldes. Diese Röhrchen sind nun nach hinten gekrümmt, um die Wärmedehnung zu ermöglichen (Stine, Diver, aaO, S. 73). Die Krümmung muss gering gehalten werden, sonst weicht das Absorptionsfeld zu sehr vom ebenen oder sphärischen Ideal ab.For technical and economic reasons, the aim is use tubes that are as identical as possible and have no gaps to arrange. So far this has followed in two-cylinder V-machines with only one process an almost quadratic absorption field from parallel tubes with Collectors on two opposite edges of the field. This Tubes are now curved backwards to prevent thermal expansion enable (Stine, Diver, loc. cit., p. 73). The curvature must be kept low, otherwise the absorption field will deviate very much from the flat or spherical ideal.

Diese Anordnung hat einige Nachteile. Zum einen wird das quadratische Absorptionsfeld nicht gleichmäßig ausgeleuchtet, so dass die Ecken und - bei Anordnung hinter dem Brennpunkt - das Zentrum kaum Strahlung absorbieren, jedoch selbst Wärme abstrahlen. Das hat zur Folge, dass die einfallende Solarstrahlung nicht optimal absorbiert wird. Ein solcher solarer Erhitzer bzw. seine gegenüberliegenden Kanten sind außerdem relativ lang mit der Folge, dass auch das vom Arbeitsgas durchströmte Volumen in den Sammlern relativ groß ist. Je größer aber dieses Volumen und damit der Schadraum ist, desto schlechter ist der Wirkungsgrad des Stirling- Motors. Die Vergrößerung des Schadraums führt nämlich zu einer Verminderung des Druckverhältnisses. Außerdem lassen sich lange Sammler nur schwer als Gussteil fertigen. Man kann die Sammler zwar dadurch verkürzen, dass man die Röhrchen krümmt und auf einer Halbkugelschale angeordnet. Dann braucht man aber zahlreiche verschiedene Röhrchen, wodurch der gesamte Aufbau komplizierter and fertigungstechnisch nur schwer zu bewältigen ist. Auch treten bei der Verwendung nicht paralleler Röhrchen Spalten im Sammelfeld auf. Um die durch die Spalten hindurchtretende Wärme zu nutzen, muß man mehrere Röhrchenebenen hintereinander vorsehen, was den Aufbau weiter kompliziert. Ein weiterer Nachteil ist, daß der Strömungsweg durch die oben an den Sammlern angeordneten Röhrchen länger ist als durch die unteren. Bei geringer Krümmung ist die Wärmedehnung der zwischen den Sammlern eingespannten Röhrchen behindert.This arrangement has some disadvantages. For one thing it will quadratic absorption field not evenly illuminated, so that the corners and - when arranged behind the focal point - the center barely absorb radiation, but heat itself radiate. As a result, the incident Solar radiation is not optimally absorbed. Such a are solar heater or its opposite edges also relatively long with the result that that of Working gas flow volume in the collectors is relatively large is. However, the larger this volume and thus the damage area the worse the efficiency of the Stirling Engine. The enlargement of the harmful space leads to one Reduction in pressure ratio. In addition, Long collectors are difficult to manufacture as a cast part. You can do that Shorten the collector by bending the tubes and arranged on a hemisphere shell. Then you need but numerous different tubes, making the whole Building complicated and difficult to manufacture to cope with. Also gaps occur when using non-parallel tubes in the field. To the one passing through the columns To use heat, you have to use several tube levels provide in a row what complicates the structure. Another disadvantage is that the flow path through the tube arranged at the top of the collectors is longer than through the lower. If the curvature is low, the Thermal expansion of the clamped between the collectors Tube obstructed.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen solaren Erhitzer der oben genannten Art bereitzustellen, der diese Nachteile nicht aufweist, insbesondere gleichmäßig ausgeleuchtet wird, klein und kompakt gebaut ist, dabei im Aufbau möglichst einfach ist und den auftretenden Wärmeschwankungen standhält.The object of the invention is therefore a solar heater of the type mentioned above, which has these disadvantages does not have, in particular is evenly illuminated, is small and compact, but the structure is as possible is simple and the heat fluctuations that occur withstand.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß die Rohre untereinander identisch und in ihrem Verlauf im wesentlichen dreieckig sind, daß sie in zwei Gruppen parallel zueinander verlaufend und aneinander anliegend angeordnet sind, daß am Scheitelpunkt jedes Dreiecks eine Kröpfung vorgesehen ist, und daß die zwei Gruppen von Rohren gegenläufig orientiert und in zwei Ebenen miteinander verschränkt sind, so daß die Enden der Rohre der einen Gruppe und die Enden der Rohre der anderen Gruppe hintereinander in denselben Sammler münden. The solution to the problem is that the pipes identical to each other and essentially in their course are triangular in that they are in two groups parallel to each other are arranged running and abutting each other, that on Apex of each triangle a bend is provided and that the two groups of pipes oriented in opposite directions and are intertwined in two levels, so that the Ends of the tubes of one group and the ends of the tubes of the another group flow into the same collector in a row.

Der erfindungsgemäße solare Erhitzer ist sehr kompakt in Sechseckform aufgebaut, wobei die Röhrchen parallel und dicht nebeneinander verlaufen und nur in der Mitte eine kleine Lücke verbleibt. Das Absorptionsfeld des solaren Erhitzers wird damit in zwei zum Zentrum punktsymmetrische Hälften aufgeteilt. Die etwa sechseckige Fläche mit der Lücke in der Mitte entspricht gut der kreisringförmigen Einstrahlung bei Anordnung hinter dem Brennpunkt. Die Abstrahlverluste sind demnach gering. Die Mündung der Röhrchen in die Sammler in zwei Ebenen und die gebogene Form der Röhrchen verkleinern den Aufbau. Durch die Anordnung in zwei Schichten übereinander ist die Gesamtanschlußlänge für eine bestimmte Anzahl von Röhrchen praktisch halbiert. Der erfindungsgemäße solare Erhitzer hat Sammler, die nur etwa halb so lang sind wie bei der quadratischen Form gleichen Nutzdurchmessers. Die darin enthaltenen Schadräume sind damit gering und der Wirkungsgrad des Stirling-Motors wird nicht beeinträchtigt. Die Strömungswege des Arbeitsgases durch den erfindungsgemäßen solaren Erhitzer sind weniger unterschiedlich als bei der quadratischen Form. Die Herstellung ist günstig und vereinfacht, da die Röhrchen untereinander identisch sind und die relativ stark abgeknickte Form einfach zu biegen ist. Diese abgeknickte Form ermöglicht den Röhrchen ein wenig behindertes Ausdehnen bei der Erwärmung. The solar heater according to the invention is very compact in Hexagonal shape, with the tubes parallel and run close together and only one in the middle small gap remains. The absorption field of the solar The heater thus becomes point-symmetric in two with respect to the center Split in halves. The approximately hexagonal area with the The gap in the middle corresponds well to the circular one Irradiation when arranged behind the focal point. The Radiation losses are therefore low. The mouth of the Tubes in the collector in two levels and the curved shape the tubes reduce the size. By arranging in is the total connection length for two layers on top of each other a certain number of tubes practically halved. The Solar heater according to the invention has collectors that only about are half as long as the square shape Nutzdurchmessers. The harmful spaces contained therein are thus low and the efficiency of the Stirling engine becomes not affected. The flow paths of the working gas by the solar heater according to the invention are less different than the square shape. The Manufacturing is cheap and simplified because of the tubes are identical to each other and which are relatively strong kinked shape is easy to bend. This kinked Shape allows the tubes to expand a little when heating.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Wenn man insbesondere die beiden Ebenen dicht hintereinander vorsieht, erreicht man eine besonders flache Bauweise des erfindungsgemäßen solaren Erhitzers. In besonders vorteilhafter Weise kann man auch vorsehen, daß die Enden der Röhrchen geknickt sind, so daß sie senkrecht in die Sammler einmünden. Dadurch wird die Konstruktion, nämlich die Orientierung der Bohrungen in den Sammlern, nochmals vereinfacht.Advantageous further developments result from the Dependent claims. If you look at the two levels in particular one provides particularly closely flat design of the solar heater according to the invention. In in a particularly advantageous manner, it can also be provided that the ends of the tubes are kinked so that they are vertical flow into the collectors. So the construction, namely the orientation of the holes in the collectors, simplified again.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the present invention is disclosed in following with reference to the accompanying drawings described. Show it:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen solaren Erhitzers; Figure 1 is a plan view of an embodiment of a solar heater according to the invention.

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des solaren Erhitzers aus Fig. 1; FIG. 2 shows a schematic side view of the solar heater from FIG. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Stirling- Motors mit dem in Fig. 1 gezeigten solaren Erhitzer. Fig. 3 is a schematic representation of a Stirling engine with the solar heater shown in Fig. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte solare Erhitzer 1 besteht im wesentlichen aus einem aus Rohren 8 zusammengesetzten sechseckigen Absorptionsfeld 2 mit sechs Kanten 3 und Sammlern 4, 5, in die die Rohre 8 münden. Die Sammler 4, 5 sind - direkt oder indirekt - mit den Zylindern eines Stirling-Motors verbunden, wie es weiter unten noch genauer beschrieben wird.The illustrated in Fig. 1 solar heater 1 consists essentially of a composite of tubes 8 hexagonal absorption zone 2 with six edges 3 and collectors 4, 5, in which the tubes 8 lead. The headers 4 , 5 are - directly or indirectly - connected to the cylinders of a Stirling engine, as will be described in more detail below.

Das Absorptionsfeld 2 besteht aus zwei Gruppen 6, 7 von zahlreichen parallel und dicht nebeneinander verlaufenden Rohren 8, die geeignet sind, Solarstrahlung zu absorbieren und die Wärme auf das sie durchströmende Arbeitsgas zu übertragen. Die Rohre 8 sind untereinander identisch. Sie sind im wesentlichen dreiecksförmig mit zwei Schenkeln 9, 10 und einem Scheitelpunkt 11. Sie sind an den Enden 12, 13 der Schenkel 9, 10 einmal so gebogen, daß die Enden 12, 13 der Schenkel 9, 10 senkrecht in die Sammler 4, 5 einmünden. Die entsprechend dreieckförmigen Gruppen 6, 7 sind gegenläufig orientiert, so daß insgesamt die Figur eines Sechsecks ensteht.The absorption field 2 consists of two groups 6 , 7 of numerous tubes 8 running parallel and closely next to one another, which are suitable for absorbing solar radiation and for transferring the heat to the working gas flowing through them. The tubes 8 are identical to one another. They are essentially triangular in shape with two legs 9 , 10 and an apex 11 . They are bent at the ends 12 , 13 of the legs 9 , 10 so that the ends 12 , 13 of the legs 9 , 10 open vertically into the header 4 , 5 . The corresponding triangular groups 6 , 7 are oriented in opposite directions, so that the overall figure is a hexagon.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß im Scheitelpunkt 11 eines jeden Rohres 8, im Bereich der Biegung noch eine Kröpfung 14 vorgesehen ist, so daß die beiden Schenkel 9, 10 eines jeden Rohres 8 in zwei verschiedenen, dicht beieinanderliegenden Ebenen 15, 16 verlaufen. Dabei beträgt der Abstand zwischen den Ebenen 15, 16 das ein- bis zweifache des Durchmessers der Rohre 8. Die beiden gegenläufig orientierten Gruppen 6, 7 von Rohren 8 sind miteinander verschränkt, so daß die Enden 12 der Gruppe 6 und die Enden 13 der Gruppe 7 übereinander, d. h. in den Ebenen 15 bzw. 16, in die Sammler 4 und 5 münden. Die Darstellung in Fig. 2 als eine schematische Seitenansicht muß man sich so vorstellen, daß die Rohre 8, bedingt durch ihre Dreiecksform, einmal vor und einmal hinter der Zeichenebene verlaufen.From Fig. 2 it can be seen that at the apex 11 of each tube 8 , in the region of the bend a crank 14 is also provided so that the two legs 9 , 10 of each tube 8 run in two different, closely spaced planes 15 , 16 , The distance between the planes 15 , 16 is one to two times the diameter of the tubes 8 . The two oppositely oriented groups 6 , 7 of tubes 8 are entangled with one another, so that the ends 12 of group 6 and the ends 13 of group 7 one above the other, ie in levels 15 and 16 , respectively, open into collectors 4 and 5 . The representation in FIG. 2 as a schematic side view has to be imagined in such a way that the tubes 8 , due to their triangular shape, run once in front of and once behind the plane of the drawing.

Der erfindungsgemäße solare Erhitzer nimmt also insgesamt Sechseckform an (zwei miteinander verschränkte Dreiecke), wobei die beiden Sammler 4, 5 an zwei einander gegenüberliegenden Kanten 3 des Sechsecks angebracht sind.The solar heater according to the invention thus assumes an overall hexagonal shape (two intertwined triangles), the two collectors 4 , 5 being attached to two mutually opposite edges 3 of the hexagon.

Die Anordnung des erfindungsgemäßen solaren Erhitzers in einem Stirling-Motor ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Der Stirling-Motor 20 ist ein Zwei-Zylinder-Motor, dessen beide Zylinder 21, 22 V-förmig angeordnet sind. In jedem Zylinder bewegt sich ein Kolben 23, 24. Jeder Kolben 23, 24 ist über ein oberes Lager 25, 26 mit je einer Pleuelstange 27, 28 verbunden. Die beiden Zylinder 21, 22 sitzen auf einem Kurbelgehäuse 29, das die Kurbelwelle 30 beherbergt, die an einem Ende das untere Lager 31 der Pleuelstangen 27, 28 und am anderen Ende ein Gegengewicht 32 aufweist. Die Kurbelwelle 30 läuft in Richtung des Pfeils A um ein Lager 33. Der Zylinder 21 mündet in den Sammler 4 des in Fig. 1 dargestellten solaren Erhitzers 1 und ist damit als "Expansionszylinder" definiert. Der Zylinder 22 mündet in einen Kühler 34 und ist damit als "Kompressionsyzlinder" definiert. Bei dem Kühler handelt es sich um einen Wasserkühler mit einem Zulauf 35 und einem Ablauf 36 für das Kühlwasser. Zwischen dem Sammler 5 des solaren Erhitzers und dem Kühler 33 ist ein Regenerator 37 mit einem Drahtgeflecht angeordnet.The arrangement of the solar heater according to the invention in a Stirling engine is shown schematically in FIG. 3. The Stirling engine 20 is a two-cylinder engine, the two cylinders 21 , 22 of which are arranged in a V-shape. A piston 23 , 24 moves in each cylinder. Each piston 23 , 24 is connected via an upper bearing 25 , 26 to a connecting rod 27 , 28 . The two cylinders 21 , 22 sit on a crankcase 29 which houses the crankshaft 30 which has the lower bearing 31 of the connecting rods 27 , 28 at one end and a counterweight 32 at the other end. The crankshaft 30 runs in the direction of arrow A around a bearing 33 . The cylinder 21 opens into the collector 4 of the solar heater 1 shown in FIG. 1 and is thus defined as an "expansion cylinder". The cylinder 22 opens into a cooler 34 and is thus defined as a "compression cylinder". The cooler is a water cooler with an inlet 35 and an outlet 36 for the cooling water. A regenerator 37 with a wire mesh is arranged between the collector 5 of the solar heater and the cooler 33 .

Es kann vorteilhaft sein, zwischen den Pleuelstangen 27, 28 und Kolben 23, 24 noch eine Kolbenstange einzubauen, deren unteres Ende einen Kreuzkopf aufweist. Dieser gleitet im Zylinder 21, 22 und nimmt die Seitenkräfte der Pleuelstange 27, 28 auf. An der Kolbenstange selbst kann über eine Manschette das Arbeitsgas in den Zylindern 21, 22 gegenüber dem Kurbelgehäuse 29 abgedichtet werden.It may be advantageous to install a piston rod between the connecting rods 27 , 28 and pistons 23 , 24 , the lower end of which has a crosshead. This slides in the cylinder 21 , 22 and absorbs the side forces of the connecting rod 27 , 28 . The working gas in the cylinders 21 , 22 can be sealed off from the crankcase 29 on the piston rod itself via a sleeve.

Ein Kolben 23, 24 läuft dem anderen um ca. 90° nach, so daß bei jeder Kurbelwellen-Umdrehung in Richtung des Pfeils A das eingeschlossene Arbeitsgas von einem Zylinder 21, 22 in den anderen und wieder zurückgeschoben wird. Gleichzeitig ändert sich das Volumen für das Gas gerade so, daß es nach Erhitzung und Druckanstieg den "Expansionskolben" 23 nach unten drückt und nach Abkühlung hochsaugt. Die dabei erzeugte Wellenleistung ist gemäß Pfeil B gerichtet. Der Regenerator 37 speichert die Restwärme nach der Expansion des Gases im Drahtgeflecht und gibt sie nach der Abkühlung und Volumenverringerung wieder an das Arbeitsgas ab.One piston 23 , 24 runs after the other by approx. 90 °, so that with each crankshaft revolution in the direction of arrow A the enclosed working gas is pushed from one cylinder 21 , 22 into the other and back again. At the same time, the volume for the gas changes in such a way that it presses the "expansion piston" 23 down after heating and pressure rise and sucks it up after cooling. The generated shaft power is directed according to arrow B. The regenerator 37 stores the residual heat after the expansion of the gas in the wire mesh and releases it back to the working gas after cooling and volume reduction.

Der solare Erhitzer 1 wird dabei auf 700°C aufgeheizt (Vorderseite ca. 900°C; Rückseite ca. 700°C). Daher müssen hochwarmfeste Legierungen mit entsprechender Oxidationsbeständigkeit verwendet werden. Besonders geeignet sind Nickelbasislegierungen, wobei die Rohre 8 zum Beispiel durch Elektronenstrahlschweißen oder mit einem Nickelbasislot in die Sammler eingefügt sind. Die Temperaturen können durch Thermoelemente kontrolliert werden, die an den Röhren 8 hinter dem solaren Erhitzer 1 angeordnet sind.The solar heater 1 is heated to 700 ° C (front about 900 ° C; back about 700 ° C). Therefore, high-temperature alloys with appropriate oxidation resistance must be used. Nickel-based alloys are particularly suitable, the tubes 8 being inserted into the collectors, for example by electron beam welding or with a nickel-based solder. The temperatures can be controlled by thermocouples which are arranged on the tubes 8 behind the solar heater 1 .

Als Arbeitsgas dient Helium oder Wasserstoff, da dabei die Strömungswiderstände im solaren Erhitzer 1 bzw. im Kühler 34 und Regenerator 37 gering bleiben. Das Arbeitsgas ist auf mittlere Drücke bis 150 bar komprimiert, um hohe Leistungen zu erreichen. Die Regelung der Maschine geschieht durch Anpassung des Druckes an die solare Einstrahlungsleistung. Helium or hydrogen is used as the working gas, since the flow resistances in the solar heater 1 or in the cooler 34 and regenerator 37 remain low. The working gas is compressed to medium pressures up to 150 bar in order to achieve high performance. The machine is regulated by adapting the pressure to the solar radiation power.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

solarer Erhitzer
solar heater

22

Absorptionsfeld
absorption field

33

Kanten von Edges of

22

44

, .

55

Sammler
collector

66

, .

77

Gruppen
groups

88th

Rohre
Tube

99

, .

1010

Schenkel von Thigh of

88th

1111

Mitte, Scheitelpunkt
Middle, vertex

1212

, .

1313

Enden
end up

1414

Kröpfung
cranking

1515

, .

1616

Ebenen
levels

2020

Stirling-Motor
Stirling Engine

2121

Zylinder (Expansion)
Cylinder (expansion)

2222

Zylinder (Kompression)
Cylinder (compression)

2323

Kolben von Piston of

2121

2424

Kolben von Piston of

2222

2525

, .

2626

oberes Lager
upper camp

2727

, .

2828

Pleuelstangen
connecting rods

2929

Kurbelgehäuse
crankcase

3030

Kurbelwelle
crankshaft

3131

unteres Lager der Pleuelstangen
lower bearing of the connecting rods

3232

Gegengewicht
counterweight

3333

Lager der Kurbelwelle
Crankshaft bearings

3434

Kühler
cooler

3535

Zulauf
Intake

3636

Ablauf
procedure

3737

Regenerator
regenerator

Claims

1. Solar heater ( 1 ) for Stirling engines with an absorption field ( 2 ) made of parallel pipes ( 8 ), the ends ( 12 , 13 ) of which are arranged in two collectors ( 4 , 2 ) arranged on opposite edges ( 3 ) of the absorption field ( 2 ). 5 ) open, whereby pipes ( 8 ) and collectors ( 4 , 5 ) are flowed through by a working gas, characterized in that the pipes ( 8 ) are identical to one another and essentially triangular in their course, that they are divided into two groups ( 6 , 7 ) are arranged parallel to each other and adjoining each other, that an offset ( 14 ) is provided at the apex ( 11 ) of each triangle, and that the two groups ( 6 , 7 ) of tubes ( 8 ) are oriented in opposite directions and in two planes ( 15 , 16 ) are interlaced with one another, so that the ends ( 12 ) of one group ( 16 ) and the ends ( 13 ) of the other group ( 7 ) end in succession in the same collector ( 4 , 5 ).

2. Solar heater according to claim 1, characterized in that the two levels ( 15 , 16 ) are arranged closely one behind the other.

3. Solar heater according to claim 2, characterized in that the distance between the levels ( 15 , 16 ) is approximately equal to one to two times the diameter of the tubes 8 .

4. Solar heater according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ends ( 12 , 13 ) of the tubes ( 8 ) are bent such that they open vertically into the collector ( 4 , 5 ).

5. Solar heater according to one of claims 1 to 4, characterized in that the working gas is hydrogen or helium.

6. Solar heater according to one of claims 1 to 5, characterized in that he is for Working gas temperatures of 600-700 ° C and medium Working pressures from 30 to 150 bar is designed.

7. Solar heater according to one of claims 1 to 6, characterized in that the tubes ( 8 ) consist of a nickel-based alloy and are inserted into the collector ( 4 , 5 ) by a nickel-based solder or electron beam welding.

8. Solar heater according to one of claims 1 to 7, characterized in that on the tubes ( 8 ) behind the solar heater ( 1 ) thermocouples are arranged.

9. Solar heater according to one of claims 1 to 8, characterized in that it is installed in a Stirling engine for energy production from concentrated solar radiation from a parabolic mirror, wherein the absorption field ( 2 ) is arranged behind the focal point of a parabolic mirror.