DE19635976A1

DE19635976A1 - External combustion heat engine with rotating piston

Info

Publication number: DE19635976A1
Application number: DE1996135976
Authority: DE
Inventors: Manfred Luebbe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-09-05
Filing date: 1996-09-05
Publication date: 1998-03-12

Abstract

The external combustion engine has at least two hollow cylinders (9,11) which can be filled with a gaseous working medium, a circular piston for displacement in each cylinder, at least one heat exchanger between each cylinder's inlets and outlets and at least two inlets and two outlets (1,1',2,2') on each cylinder which are connected so that the medium can flow through the cylinders in the same direction in succession whereby one piston (8) acts as a compressor and the other (10) as a working rotor. The cells of the hollow cylinders which communicate with the inlet and outlet must not be made so that the vol. difference between the two cells is practically null during rotation of the displacement piston, but so that the pressure in the heating heat exchanger is achieved using a non-return valve (12,12')in each circuit. All partial machines contribute to the working process.

Description

Wärmekraftmaschine WKM mit äußerer Verbrennung nach dem Grundarbeitsprinzip des Stirling-Motors, bei dem der heiße bzw. kalte Raum durch je eine Kreiskolbenmaschine dargestellt wird, jedoch die Strö mungsrichtung des Arbeitsmedium stets dieselbe und dessen Leistungsabgabe auf einfache Weise spontan regelbar ist.WKM heat engine with external combustion according to the basic working principle of the Stirling engine, in which the hot or cold room is represented by a rotary piston machine, but the currents direction of the working medium is always the same and its output is simple Way is spontaneously adjustable.

Verwendete Abkürzungen:
WKM Wärmekraftmaschine
KM Kreiskolbenmaschine
AKM Arbeitskreiskolbenmaschine
AM Arbeitsmedium
RV Rückschlagventil
HV Hilfsvolumen
EWT Erhitzungswärmetauscher
KWT Kühlungswärmetauscher
RWT RegenerationswärmetauscherUsed abbreviations:
WKM heat engine
KM rotary piston machine
AKM working piston machine
AM working medium
RV check valve
HV auxiliary volume
EWT heating heat exchanger
KWT cooling heat exchanger
RWT regeneration heat exchanger

General description Technical field

Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftmaschine mit äußerer Verbrennung. Derartige, peri odisch arbeitende Wärmekraftmaschinen dienen zur Umwandlung von Wärme in mechanische Arbeit. Diese Umwandlung erfolgt in einem Kreisprozeß. So werden beim Kreisprozeß nach Carnot abwechselnd zwei isothermische und zwei adiabatische Prozesse zyklisch wiederholt. Der Carnot-Prozeß ist ein reversiver Kreisprozeß, der damit auch im entgegengesetzten Um laufsinn durchlaufen werden kann. So könnte eine entsprechende Maschine beispielsweise als Kältemaschine oder als Wärmepumpe verwendet werden.The invention relates to a heat engine with external combustion. Such, peri Odorically operating heat engines are used to convert heat into mechanical Job. This conversion takes place in a circular process. So be in the cycle Carnot alternately cyclically repeats two isothermal and two adiabatic processes. The Carnot process is a reversible cyclic process, which is therefore also in the opposite order can be run through. For example, a corresponding machine could be used as Chiller or used as a heat pump.

State of the art

Eine technische Realisation des Carnot-Kreisprozesses, der lediglich einen idealisierten Krei sprozeß darstellt, existiert durch den Stirling-Motor. Der entsprechende klassische Stirling-Pro zeß arbeitet zwischen zwei Isothermen und zwei Isochoren. Mit Hilfe der zwei Isochoren werden die adiabatischen Teilprozesse des Carnot-Prozesses ersetzt. Ein ständiger zykli scher Wechsel des Arbeitsmediums (AM) zwischen einem kalten und einem warmen Teil kennzeichnet diese klassische Arbeitsweise. Der Stirling-Motor ist eine Hubkolbenmaschine. Über einen speziellen Kurbeltrieb werden den vorhanden beiden Kolben gesetzmäßige Hin- und Her-Bewegungen aufgezwungen. Der eine Kolben dient als Steuer bzw. Verdrängerkol ben, der zweite Kolben als Arbeitskolben. In dem Verdrängerkolben wird die bei der isochoren Abkühlung freiwerdende Wärme zwischengespeichert. Bei der isochoren Erwärmung wird die se zwischengespeicherte Wärme wieder vom Verdrängerkolben abgegeben. Der Verdränger kolben stellt damit einen Regenerator dar. Die notwendige Existenz dieses Regenerators ver hindert sehr schnelle Arbeitsphasen des Stirling-Motors.A technical realization of the Carnot cycle, which is only an idealized circle process, exists through the Stirling engine. The corresponding classic Stirling Pro zeß works between two isotherms and two isochors. With the help of the two isochors the adiabatic sub-processes of the Carnot process are replaced. A constant cyclical Switching the working medium (AM) between a cold and a warm part characterizes this classic way of working. The Stirling engine is a reciprocating engine. The existing two pistons are lawfully sent back and forth via a special crank mechanism Her movements imposed. One piston serves as a control or displacement piston ben, the second piston as the working piston. In the displacement flask, the one in the isochoric Cooling released heat temporarily stored. With isochoric heating, the This temporarily stored heat is released again by the displacement piston. The displacer piston thus represents a regenerator. The necessary existence of this regenerator ver prevents very fast working phases of the Stirling engine.

Die Kurbelstellung des Stirling-Motors wird so gewählt, daß der Arbeitskolben, d. h. der Kolben des Expansionsraumes, gegenüber dem Verdrängerkolben, d. h. dem Kolben des Kompressi onsraumes, nachläuft. Auf diese Wiese entstehen angenäherte Isochoren, die sich im Dia gramm als tangierende Bögen an die theoretischen Isochoren anlegen. In gleicher Weise voll zieht sich der Verlauf der Isothermen, da in Wirklichkeit keine scharfe, sondern eine mehr flie ßende Trennung zwischen dem kalten und dem heißen Teil des Stirling-Motors vorhanden ist. Aufgrund seiner vielen und teuren Bauteile und seiner relativ niedrigen Arbeitsphasen-Ge schwindigkeit ist der Stirling-Motor gegenüber dem Otto- und Diesel-Motor im Nachteil. In seiner Verwendung als Fahrzeugantrieb erweist sich der Stirling-Motor darüber hinaus wegen seiner trägen Regelbarkeit ebenfalls als wenig geeignet. Theoretisch verspricht der Stirling-Kreis prozeß allerdings erhebliche thermo-dynamische Wirkungsgradverbesserungen gegen über dem Otto- und Diesel-Motor.The crank position of the Stirling engine is chosen so that the working piston, i.e. H. The piston of the expansion space, opposite the displacement piston, d. H. the piston of the compressor onsraumes, runs after. In this meadow approximate isochors are created, which are in the slide Apply the gram as tangent arcs to the theoretical isochors. Full in the same way the course of the isotherms runs, since in reality it is no longer a sharp one, but one There is a good separation between the cold and hot parts of the Stirling engine. Because of its many and expensive components and its relatively low working phase Ge The Stirling engine is at a disadvantage compared to the Otto and Diesel engine. In the Stirling engine also proves its use as a vehicle drive its sluggish controllability is also unsuitable. In theory, the Stirling Circle promises process, however, significant thermodynamic efficiency improvements against above the petrol and diesel engine.

Aus der DE-OS 33 33 586 ist eine außenbeheizte regenerative Wärme- und Arbeitsmaschine bekannt, die im Sinne des klassischen Stirling-Kreisprozesses arbeitet. Auf einer gemeinsa men Welle sind zwei hohlzylindrische Druckbehälter vorhanden, deren Inhalt durch je einen rotierenden Exzenter in zwei Teilvolumina unterteilt werden. Die innerhalb eines jeden Druck behälters vorhandenen beiden Teilvolumina werden durch zwei Dichtleisten voneinander gas dicht getrennt. Durch eine gleichsinnige Drehbewegung der beiden Exzenter entstehen Raumänderungen, die einen geschlossenen Gasstrom hin- und her bewegen. Es findet somit ein Wechsel vom heißen in den kalten Teil und umgekehrt statt. Diese große Hin- und Herbe wegung des Gasstromes erfolgt über einen Regenerator, in dem der Wärmewechsel jeweils stattfindet. Die beiden unteren Teilvolumina sind über eine Gasleitung miteinander verbunden und dienen zum jeweiligen Gasausgleich.From DE-OS 33 33 586 is an externally heated regenerative heating and working machine known that works in the sense of the classic Stirling cycle. On a common In the shaft there are two hollow cylindrical pressure vessels, the contents of each by one rotating eccentric can be divided into two sub-volumes. The inside of every print container existing two partial volumes are gas from each other by two sealing strips tightly separated. By rotating the two eccentrics in the same direction Room changes that move a closed gas flow back and forth. So it takes place a change from the hot to the cold part and vice versa. This big back and forth Movement of the gas flow takes place via a regenerator, in which the heat change in each case takes place. The two lower partial volumes are connected to one another via a gas line and are used for gas balancing.

Aus der DE-OS 33 32 726 ist ein Heißluft-Verbundmotor bekannt mit dem die Energiebilanz des Verbrennungsmotors verbessert und der Schadstoffausstoß minimiert werden sollen. Die ser Verbundmotor deutet lediglich in schematischer Weise die grundsätzlich bei einer Wärme kraftmaschine mit äußerer Verbrennung erforderlichen Bauteile an. So weist dieser Verbund motor zusätzlich zu der vorstehend aus der DE-OS 33 33 586 bekannten Wärme- und Ar beitsmaschine noch zumindest einen Einlaßbereich und einen Auslaßbereich in jedem hohlzy lindrischen Abschnitt auf, wobei diese Einlaß- bzw. Auslaßbereiche so miteinander verbunden sind, daß das Medium in gleicher Strömungsrichtung durch die hohlzylindrischen Abschnitte nacheinander hindurchströmen und dadurch der eine Verdränger als Verdichter und der ande re Verdränger als Arbeitsrotor wirksam werden kann.From DE-OS 33 32 726 a hot air compound motor is known with which the energy balance the internal combustion engine should be improved and pollutant emissions should be minimized. The This composite engine only indicates in a schematic way that in principle with heat Engine with components required for external combustion. So this association points motor in addition to the heat and Ar known from DE-OS 33 33 586 Beitsmaschine still at least one inlet area and one outlet area in each hollow on the cylindrical section, these inlet and outlet areas being connected to one another are that the medium in the same direction of flow through the hollow cylindrical sections flow through one after the other and thereby the one displacer as the compressor and the other re displacer can act as a working rotor.

Die DE 42 13 369 beschreibt ebenfalls eine Wärmekraftmaschine mit äußerer Verbrennung. Sie besitzt ebenso wie die beiden vorgenannten Erfindungen zwei hohlzylindrische Druckbe hälter mit je einem Verdränger und ist ebenso wie die DE-OS 33 32 726 dadurch gekenn zeichnet, daß sie für das AM eine einheitliche Strömungsrichtung besitzt und daß der Verdrän ger in jedem hohlzylindrischen Druckbehälter mit mehreren Trennteilen, im Bereich zwischen Innenwand der hohlzylindrischen Druckbehälter und dem Verdränger, ausgestattet ist. Außer dem basiert die DE 42 13 369 auf der Voraussetzung, daß die mit dem Einlaß des einen Holzylinders (Verdichter) und dem Auslaß des anderen Hohlzylinders (Arbeitsrotor) kommu nizierenden Zellen so ausgebildet sind, daß während der Drehbewegung der Verdränger in den Hohlzylindern, der Volumen unterschied zwischen den beiden Zellen praktisch den Wert Null besitzt.DE 42 13 369 also describes a heat engine with external combustion. Like the two above-mentioned inventions, it has two hollow cylindrical Druckbe container with one displacer and is known as well as the DE-OS 33 32 726 shows that it has a uniform flow direction for the AM and that the displacement ger in each hollow cylindrical pressure vessel with several separating parts, in the area between Inner wall of the hollow cylindrical pressure vessel and the displacer. Except which is based on DE 42 13 369 on the premise that with the admission of one Wooden cylinder (compressor) and the outlet of the other hollow cylinder (working rotor) nizierend cells are designed so that during the rotational movement of the displacer in the hollow cylinders, the volume practically differentiated the value between the two cells Owns zero.

Diese WKM ist aufwendig bezüglich der Steuerung und Führung der beweglichen Trennteile und dadurch nicht für größere Leistungsabgaben geeignet. Sie besitzt auch keine Möglichkeit zur spontanen Veränderung der Leistungsabgabe. Die nachfolgend beschriebene WKM ver meidet diese Problematik.This ERM is complex with regard to the control and guidance of the movable separating parts and therefore not suitable for larger power outputs. It also has no possibility for spontaneous changes in the power output. The ERM described below ver avoid this problem.

Zur spontanen Leistungsregelung wird das in der DT 24 03 252 aufgezeigte Prinzip eingesetzt.The principle shown in DT 24 03 252 is used for spontaneous power control.

Presentation of the invention

Die Bezugszeichen sind auf Fig. 1 bezogen.The reference numerals refer to FIG. 1.

Characteristic features

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen verbesserten, regelbaren Stirling-Motor mit wesentlich einfacherem Bauaufwand aufzuzeigen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die WKM mit äußerer Verbrennung (Fig. 1) zwei KM (9 u. 11) - mit rotierenden Verdrän ger (Kreiskolben, 8 u. 10) - die mit einem gasförmigen Medium füllbar sind und je einem Wärmetauscher in jedem Teilkreislauf zwischen den beiden Kreiskolbenmaschine (KM) be sitzt. Jede KM besitzt zwei Einlaßbereiche (1 u. 1′ bzw. 6 u. 6′) und zwei Auslaßbereiche (2 u. 2′ bzw. 7 u. 7′) für das gasförmige Medium die so miteinander verbunden sind, daß das Medium in gleicher Strömungsrichtung durch die beiden KM (9 u. 11) hindurchströmen kann, wobei zuerst das obere und danach das untere Teiltriebwerk durchströmt wird. Danach kann die eine KM (9) nur als Verdichter und die andere KM (11) nur als AKM wirksam werden. The invention has for its object to show an improved, controllable Stirling engine with much easier construction. The invention is characterized in that the ERM with external combustion ( Fig. 1) two KM ( 9 and 11 ) - with rotating displacers (rotary pistons, 8 and 10 ) - which can be filled with a gaseous medium and each have a heat exchanger sits in each sub-circuit between the two rotary piston machine (KM). Each KM has two inlet areas ( 1 and 1 'or 6 and 6 ') and two outlet areas ( 2 and 2 'or 7 and 7 ') for the gaseous medium which are connected to each other so that the medium in can flow in the same direction of flow through the two KM ( 9 and 11 ), with flow first through the upper and then the lower part of the engine. According to this, one KM ( 9 ) can only act as a compressor and the other KM ( 11 ) only as an AKM.

Diese WKM zeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß am Auslaßbereich des Verdichters (2 u. 2′) je ein RV (12 u. 12′) pro Auslaß eingesetzt ist und somit die Kreiskolben (8 u. 10) der beiden KM so versetzt zueinander angeordnet werden können, daß eine optimale Verdichtung für die Erhitzungsphase erreicht werden kann.This ERM is further characterized by the fact that at the outlet area of the compressor ( 2 and 2 ') one RV ( 12 and 12 ') is used per outlet and thus the rotary pistons ( 8 and 10 ) of the two KM are offset from each other can be arranged so that an optimal compression for the heating phase can be achieved.

Durch den Einsatz von zwei Rückschlagventilen (RV) ist es nicht erforderlich, daß die mit dem Einlaß (6 u. 6′) und dem Auslaß (2 u. 2′) jeweils kommunizierenden Zellen der beiden Kreis kolbenmaschinen so ausgebildet sein müssen, daß während der Drehbewegung der Verdrän ger (Kreiskolben) der Volumenunterschied zwischen den beiden praktisch gleich Null sein muß. Ein Regenerationswärmetauscher zwischen den Ausgängen der AKM und den Ausgän gen der Verdichter verringert die aufzubringende thermische Leistung.By using two check valves (RV), it is not necessary that the cells communicating with the inlet ( 6 and 6 ') and the outlet ( 2 and 2 ') of the two circular piston machines must be designed so that during the rotational movement of the displacer (rotary piston) the difference in volume between the two must be practically zero. A regeneration heat exchanger between the AKM outputs and the compressor outputs reduces the thermal output to be applied.

Weiterhin ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine spontane Leistungsregelung durch die Veränderung der am Arbeitsprozeß beteiligten Arbeitsmittelmenge ermöglicht wird. Durch die einseitige Strömungsrichtung des AM ist ein Regenerator wie bei konventionellen Stirling-Motoren nicht mehr erforderlich. Deshalb sind wesentlich höhere Drehzahlen erreich bar.Furthermore, the invention is characterized in that a spontaneous power control is made possible by changing the amount of work equipment involved in the work process. Due to the one-sided flow direction of the AM, a regenerator is like conventional ones Stirling engines no longer required. Therefore much higher speeds are reached bar.

Theoretical process ( Fig. 2)

Für den Prozeß werden die Kompression 1 → 2 und die Expansion 3 → 4 isotherm, das Erhitzen 2 → 3 und das Kühlen 4 → 1 isochor angesehen. Damit folgt:
Arbeiten und Wärmen. Da bei isothermen Zustandsänderungen eines idealen Gases die Ar beit jeweils in Wärme verwandelt wird, so gilt, wenn m die Masse des Mediums und p·ν = R·T, sowie p₁·ν₁ = p₂·ν₂ ist allgemein:For the process the compression 1 → 2 and the expansion 3 → 4 isothermal, the heating 2 → 3 and the cooling 4 → 1 are considered isochoric. It follows:
Work and warm. Since in the case of isothermal changes in the state of an ideal gas, the work is converted into heat, the following applies if m is the mass of the medium and p · ν = R · T and p₁ · ν₁ = p₂ · ν₂ is general:

Daraus folgt speziell für die Expansion bzw. Kompression:From this follows especially for the expansion or compression:

Im T,s-Diagramm Fig. 2 gilt wenn _w der Wärmemaßstab ist: Arbeitsaufnahme bzw. Wärme abgabe bei der Kompression:In the T, s diagram in FIG. 2, if _{w is} the thermal standard, the following applies: start of work or heat emission during compression:

|w₁₂| = |q₁₂| = w·Fläche a12b| w₁₂ | = | q₁₂ | = w · area a12b

Wärmeaufnahme beim Erhitzen q₂₃ = w·Fläche b23c, Arbeitsabgabe bzw. Wärmeaufnahme bei der Expansion:Heat absorption when heated q₂₃ = w · area b23c, work or heat absorption during expansion:

w₃₄ = q₃₄ = w·Fläche c34d,w₃₄ = q₃₄ = w · area c34d,

Wärmeabgabe beim Kühlen:Heat emission during cooling:

w₄₁ = w·Fläche a14d.w₄₁ = w · area a14d.

Efficiency

Mit dem Arbeitsgewinn W = Q₃₄ - |Q₁₂| = m·R·(T₃-T₁)·ln ν₂/ν₁, da ν₄ = ν₁ und ν₃ = ν₂ sind.With the work profit W = Q₃₄ - | Q₁₂ | = m · R · (T₃-T₁) · ln ν₂ / ν₁, since ν₄ = ν₁ and ν₃ = ν₂.

Damit wird: η = W/Q₃₄ = 1-T₁/T₃
Dieser Wert stimmt mit der Berechnungsformel des Carnot-Prozeß überein.So that: η = W / Q₃₄ = 1-T₁ / T₃
This value corresponds to the calculation formula of the Carnot process.

Für einen maximalen Wirkungsgrad ist es wichtig, daß im Wärmetauscher (4) Fig. 4 möglichst viel Wärmeenergie des AM nach der Expansion zum Erhitzer übertragen wird, bevor dort die noch fehlende Energie nachgeheizt wird.For maximum efficiency, it is important that in the heat exchanger ( 4 ) Fig. 4 as much thermal energy of the AM is transferred to the heater after the expansion before the still missing energy is reheated there.

Actual process

Infolge von Strömungs- und Wärmeverlust weicht er vom theoretischen Verlauf ab.Due to the loss of flow and heat, it deviates from the theoretical course.

Arbeitsmedium: Hierbei sind zunächst der Wasserstoff, dann das Helium am günstigsten. Ihre geringen Dichten verringern die Strömungsverluste, ihre günstige Wärmekapazität pro Masse einheit verbessern den Wärmeaustausch im Erhitzer. Der max. Betriebsdruck beträgt ≅ 220 bar, die Betriebstemperatur ca. 1100 K.Working medium: First of all the hydrogen, then the helium are the cheapest. Your low densities reduce the flow losses, their favorable heat capacity per mass unit improve heat exchange in the heater. The max. Operating pressure is ≅ 220 bar, the operating temperature approx. 1100 K.

Verbrennung: Da sie kontinuierlich und unter Normaldruck abläuft, ermöglicht sie eine freie Kraftstoffwahl (vielstoffähig), eine bessere Brennraumgestaltung und ein höheres Luftverhält nis, als beim Otto- bzw. Diesel-Motor. Insbesondere sind schädliche Abgase durch kurze Verweilzeit im Brenner und geringe Temperatur von ≅ 1100 K sehr gering, insbesondere für CO und HC. Combustion: Since it runs continuously and under normal pressure, it enables free combustion Choice of fuel (multi-fuel), better combustion chamber design and a higher air ratio nis, than with the Otto or Diesel engine. In particular, harmful emissions are caused by short Residence time in the burner and low temperature of ≅ 1100 K very low, especially for CO and HC.

Way of working

Fig. 1 zeigt das Funktionsschema einer doppelt wirkenden WKM. Hierbei stellt die obere Hälfte der Figur das eine und die untere Hälfte das andere Teiltriebwerk dar. Beide Teiltriebwerke ar beiten funktionsgleich mit einem Phasenversatz von 180°. Das AM durchströmt erst das eine, und dann das andere Teiltriebwerk. Der Verdichter (9) stellt hier den "kalten Raum" und die AKM (11) den "heißen Raum" für jedes Teiltriebwerk dar. Durch diese Funktionstrennung wird ein Übergreifen der beiden Temperaturbereiche weitgehend vermieden. Der Verdichter (9) und der AKM (11) sind starr miteinander gekoppelt, wobei eine phasenverschobene Anord nung von 180° vorhanden ist. Die Arbeitstemperatur des Verdichters liegt bei ca. 500 K, bis 700 K, die der AKM bei ca. 1100 K. Fig. 1 shows the functional diagram of a double-acting ERM. The upper half of the figure represents one and the lower half the other sub-engine. Both sub-engines work in the same function with a phase shift of 180 °. The AM first flows through one and then the other sub-engine. The compressor ( 9 ) here represents the "cold room" and the AKM ( 11 ) the "hot room" for each engine. This separation of functions largely prevents the two temperature ranges from overlapping. The compressor ( 9 ) and the AKM ( 11 ) are rigidly coupled to one another, with a phase-shifted arrangement of 180 ° being present. The working temperature of the compressor is approx. 500 K to 700 K, the AKM approx. 1100 K.

Der Verdichter komprimiert das vom KWT (3) kommende AM P₁_→₂ (theoretisch isotherm und drückt es zuerst durch den RWT (19) wo es vorgeheizt wird und dann durch den EWT (5). Dadurch steigt der Druck weiter P₁_→₂ und die Temperatur steigt T₁_→₂. Danach gelangt das AM in die AKM (11) und dehnt sich dort im Hohlraum (18 u. 18′) (theor. isotherm) aus, wo bei es in der AKM Arbeit verrichtet, indem es den Kreiskolben (10) bewegt.The compressor compresses the AM P₁ _→ ₂ coming from the KWT ( 3 ) (theoretically isothermal and presses it first through the RWT ( 19 ) where it is preheated and then through the EWT ( 5 ). This increases the pressure P₁ _→ ₂ and the The temperature rises T₁ _→ ₂, after which the AM enters the AKM ( 11 ) and expands in the cavity ( 18 and 18 ′) (theor. Isothermal), where it does work in the AKM by pressing the rotary piston ( 10 ) moves.

Um während der Kompressionsphase genügend Druck zwischen Verdichter und AKM aufbau en zu können, sind die Kreiskolben von Verdichter (8) und AKM (10) um 180° versetzt. Der dadurch vorzeitig beendete Kompressionsbereich des Verdichters (9) wird durch ein Rück schlagventil (12 u. 12′) am Ausgang des Verdichters (2 u. 2′) abgestützt, wodurch die Ex pansionsphase (= Leistungsabgabe) ohne Rückwirkung abläuft.In order to be able to build up sufficient pressure between the compressor and the AKM during the compression phase, the rotary pistons of the compressor ( 8 ) and AKM ( 10 ) are offset by 180 °. The compression area of the compressor ( 9 ) ended prematurely as a result is supported by a non-return valve ( 12 and 12 ') at the outlet of the compressor ( 2 and 2 '), so that the expansion phase (= power output) takes place without retroactive effect.

Durch die gezielte versetzte Anordnung der beiden Kreiskolben beginnt der Verdichter die Kompressionsphase noch bevor der Kreiskolben (10) der AKM (11) seinen Einlaßkanal ge schlossen hat. Dieser wickelt momentan noch die restliche Expansionsphase ab. Da das RV (12 u. 12′) erst öffnen kann, wenn der Druck im Verdichter größer ist als der Druck im Erhitzer, kann die Kompressionsphase trotzdem beginnen. Nach Abschluß der Expansionsphase in der AKM schließt deren Kreiskolben (10) die Einlaßöffnung (6 u. 6′). Durch die weitergehende Rotation des Verdichters steigt nun die Kompression weiter an, überwindet das Druckgefälle und somit auch das RV, durchströmt den Erhitzer und treibt den Arbeits-Kreiskolben (10) von neuem an.Due to the targeted offset arrangement of the two rotary pistons, the compressor begins the compression phase before the rotary piston ( 10 ) of the AKM ( 11 ) has closed its inlet channel. This is currently still handling the remaining expansion phase. Since the RV ( 12 u. 12 ') can only open when the pressure in the compressor is greater than the pressure in the heater, the compression phase can still begin. After completion of the expansion phase in the AKM, its rotary piston ( 10 ) closes the inlet opening ( 6 and 6 '). Due to the continued rotation of the compressor, the compression increases further, overcomes the pressure drop and thus also the RV, flows through the heater and drives the working rotary piston ( 10 ) again.

Am Ende der Kompressionsphase, wenn der Kreiskolben des Verdichters den Auslaßkanal (2 u. 2′) wieder freigegeben hat, verhindert das RV (2 u. 2′) erneut ein Rückströmen des heißen AM vom Erhitzer in den Verdichter und bringt das Gegenmoment für die Drehkraft der AKM. Nach der Expansion des AM verläßt dieses die AKM mit ca. 700 K und durchströmt zuerst den Regenerationswärmetauscher RWT (19) und dann den Kühlwärmetauscher KWT (3), um diesen mit ca. 330 K wieder zu verlassen. Jetzt beginnt der Kreislauf mit Komprimieren des AM von neuem, doch nun in der unteren Hälfte der beiden Teiltriebwerke. Somit erfährt die AKM (11) während einer Kreiskolbenumdrehung 6 Druckbeaufschlagungen. Verdichter und AKM können sowohl mit 2 separaten parallelen Wellen ausgeführt werden, die jedoch gekoppelt sind, als auch auf einer gemeinsamen Welle längs angeordnet sein.At the end of the compression phase, when the rotary piston of the compressor has released the outlet channel ( 2 and 2 ') again, the RV ( 2 and 2 ') prevents the hot AM from flowing back from the heater into the compressor and brings the counter torque for the AKM torque. After the AM has expanded, it leaves the AKM at approx. 700 K and first flows through the regeneration heat exchanger RWT ( 19 ) and then through the cooling heat exchanger KWT ( 3 ) in order to leave it again at approx. 330 K. Now the cycle begins again with compressing the AM, but now in the lower half of the two sub-engines. The AKM ( 11 ) thus experiences 6 pressurizations during a rotary piston revolution. The compressor and AKM can be designed with 2 separate parallel shafts, which are coupled, however, or can be arranged lengthways on a common shaft.

Power regulation

Im T,s Diagramm entspricht die Fläche c34d der erzeugten Leistung. Um die Leistung und da mit die Fläche c34d zu reduzieren wird die am Arbeitsprozeß beteiligte Arbeitsmittelmenge verändert. Diese wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß den Verdichtungsräumen ein gemeinsames Hilfsvolumen HV (13) zugeordnet ist, dessen Öffnungsquerschnitte variabel sind. Gleichzeitig wird die Energiezufuhr zum EWT (5) spontan angepaßt, und zwar so, daß dieser immer die selbe Temperartur beibehält. Eine Ausstattung des EWT mit einer gewissen Wär mekapazität wirkt sich hier vorteilhaft aus.In the T, s diagram, the area c34d corresponds to the power generated. In order to reduce the performance and therefore the area c34d, the amount of work equipment involved in the work process is changed. This is achieved according to the invention in that a common auxiliary volume HV ( 13 ) is assigned to the compression spaces, the opening cross sections of which are variable. At the same time, the energy supply to the EWT ( 5 ) is adjusted spontaneously, so that it always maintains the same temperature. Equipping the EWT with a certain heat capacity has an advantageous effect here.

Die genaue Funktion ist in der DT 24 03 252 vom 7.8.1975 aufgezeigt.The exact function is shown in DT 24 03 252 from 7.8.1975.

Heater

Dieser kann als Vielstoff-Brenner ausgelegt werden. Fig. 1 zeigt symbolhaft eine Anordnung mit Lufteinlaß (14), Gebläse (15) und Brennerdüse (16). Als Brenn-Luft dient die Abwärme des Kühlers (3), gemeinsam mit der Brennerrestwärme, entkoppelt durch einen rotierenden Wärmetauscher (4).This can be designed as a multi-component burner. Fig. 1 symbolically shows an arrangement with air inlet ( 14 ), blower ( 15 ) and burner nozzle ( 16 ). The waste heat from the cooler ( 3 ), together with the residual heat from the burner, serves as combustion air, decoupled by a rotating heat exchanger ( 4 ).

Fig. 3 zeigt eine solche Brenneranordnung mit hoher Wärmerückführung, die dem thermodyna mischen Wirkungsgrad der aufgezeigten WKM gerecht wird. Fig. 3 shows such a burner assembly with high heat recovery, which is the thermodynamic efficiency of the shown ERM.

Starting process

Nach einer kurzen Anwärmphase des Erhitzers (Bereich weniger Sekunden) wird der WKM durch einen Anlasser durchgedreht, so daß der Verdichter in die Lage versetzt wird Druck auf zubauen. Danach läuft der WKM ohne zusätzliche Geräuschentwicklung selbständig weiter. After a short warm-up phase of the heater (range of a few seconds), the ERM cranked by a starter so that the compressor is able to apply pressure to build. After that, the ERM continues to run independently without additional noise.

Engine brake

Wird am Einlaß (1 u. 1′) des Verdichter ein Drosselventil (17) so eingesetzt, daß das von der AKM über den Kühler zum Verdichter gelangende AM in der Durchströmung gehindert wird, läßt sich die AKM als Motorbremse benützen, wobei die anfallende Wärme über den Kühler abgeführt wird.If a throttle valve ( 17 ) is used at the inlet ( 1 and 1 ') of the compressor in such a way that the flow from the AKM through the cooler to the compressor is prevented from flowing through, the AKM can be used as a motor brake, with the resulting heat is discharged via the cooler.

advantages Advantages of the conventional Stirling engine over general petrol and Diesel engine

Außer der bereits erwähnten günstigeren Schadstoffemission sind das größere und gleichmä ßigere Drehmoment zu erwähnen, das insbesondere bei niedrigeren Drehzahlen deutlich höhe re Werte erreicht als vergleichbare Otto-Diesel-Motoren, was einfachere Getriebe mit weni ger Abstufungen ermöglicht und einen besseren thermodynamischen Wirkungsgrad selbst gegenüber direkteinspritzenden Turbodieselmotoren ergibt, die mit ihrer Rußentwicklung immer stärker in die Umweltproblematik geraten. Für die künftig immer stärker zu beachtende Lär mentwicklung bedeutet die um bis zu 40 dB geringere Geräuschentwicklung des beschriebe nen Motor einen deutlichen Entwicklungsschub und eine Zukunftsperspektive. Es ist somit der Motor für unsere umweltgeschädigte Zeit.In addition to the cheaper pollutant emissions already mentioned, they are larger and more even To mention more torque, which is significantly higher, especially at lower speeds values achieved than comparable Otto diesel engines, which means simpler transmissions with less ger gradations and a better thermodynamic efficiency itself compared to direct-injection turbodiesel engines, which always develop with their soot get more into the environmental problem. For the noise to be observed more and more in the future m development means the noise development of the description that is up to 40 dB lower a significant boost in development and a future perspective. It is therefore the Motor for our environmentally damaged time.

Advantages of the ERM compared to a conventional Stirling engine

1. Significantly lower volume in terms of output through multiple use the KM. With compressors and working KM one work cycle every 60 °.
2. Fewer moving parts, easier manufacturing.
3. Even better efficiency by eliminating the regenerator, higher speeds and thereby making better use of the Carnot process.

Claims

1. Heat engine with external combustion

- At least 2 hollow cylinders ( 9 and 11 ) which can be filled with a gaseous working medium AM.
- A rotary piston as a displacer in each hollow cylinder
- At least one heat exchanger between the inlets and outlets of the two hollow cylinders
- At least two inlets ( 1 and 1 ') and two outlets ( 2 and 2 ' / 7 and 7 ') on each hollow cylinder ( 9 and 11 ), which are each connected to each other so that the Arbeitsme medium in Always the same direction of flow through the hollow cylinder ( 9 and 11 ) after which one can flow through, and thus one rotary piston can only act as a compressor ( 8 ) and the other rotary piston as a working rotor ( 10 ),

characterized in that

the with the inlet ( 6 and 6 ') and the outlet ( 2 and 2 ') communicating cells of the hollow cylinder need not be designed so that the volume difference between the two cells is practically zero during the rotary movement of the displacer in the hollow cylinder must, but that the support of the pressure in the heating heat exchanger ( 5 ) is achieved by a check valve RV ( 12 and 12 ') in each circuit of the sub-engines,
- And that for the spontaneous control of the output of this heat engine, the amount of working fluid involved in the work process is changed, and that
- The resulting by the design of the hollow cylinder and the rotary piston Auftei development of the hollow cylinder in two or more sub-engines is used so that all part engines participate in the work process.

2. ERM according to claim 1, characterized in that instead of the check valves RV ( 12 and 12 ') controlled valves are used by the circulation of the rotary piston.

3. ERM according to claim 1 + 2, characterized in that between the rotary piston and the inside wall of the hollow cylinder is leaking.

4. ERM according to claim 3, characterized in that this leakage is a gap.

5. ERM according to claims 1-4, characterized in that the rotary piston has a common one Own wave.

6. ERM according to claim 5, characterized in that the design of the hollow cylinder and Rotary piston is designed as a trochoidal rotary piston machine.

7. ERM according to one of the preceding claims, characterized in that between Ver dichter and AKM a regeneration heat exchanger is used.

8. ERM according to one of the preceding claims, characterized in that a throttle valve is used at the flow end of the cooling heat exchanger ( 3 ) which enables the heat engine to be used as a motor brake when the energy supply is switched off.

9. ERM according to one of the preceding claims, characterized in that the heater generation a fuel cell is used.