DE202009004297U1

DE202009004297U1 - Heat engine with outside air supply

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Publication number: DE202009004297U1
Application number: DE202009004297U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2009-10-08
Anticipated expiration: 2019-03-27

Abstract

Wärmekraftmaschine, insbesondere Stirlingmotor, mit einem zylindrischen Arbeitsraum, der von einer festen beheizbaren (ersten) Verschlussplatte (2), einem zylindrischen Mantel (1) und einem zwischen einer ersten Arbeitsposition und einer zweiten Arbeitsposition beweglich geführten Arbeitskolben (7) begrenzt ist, wobei der Arbeitsraum in der ersten Arbeitsposition des Arbeitskolbens (7) ein größeres Volumen aufweist als in dessen zweiter Arbeitsposition, und mit einem in dem Arbeitsraum zwischen einer ersten Endlage und einer gegenüberliegenden zweiten Endlage, benachbart zu der Verschlussplatte (2), gesteuert bewegbaren Verdrängerkolben (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum in einem Bereich zwischen Arbeitskolben (7) und Verdrängerkolben (4) mit einem Mittel (3) zur gesteuerten Öffnung zur Umgebung versehen ist.Heat engine, in particular Stirling engine, with a cylindrical working space, which is bounded by a fixed heatable (first) closure plate (2), a cylindrical shell (1) and a movably guided between a first working position and a second working position working piston (7), wherein the Working space in the first working position of the working piston (7) has a larger volume than in its second working position, and with a in the working space between a first end position and an opposite second end position, adjacent to the closure plate (2), controlled displaceable displacer (4) , characterized in that the working space is provided in a region between working piston (7) and displacer (4) with a means (3) for controlled opening to the environment.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmekraftmaschine, insbesondere einen Stirlingmotor, mit einem zylindrischen Arbeitsraum, der von einer festen beheizbaren (ersten) Verschlussplatte, einem zylindrischen Mantel und einem zwischen einer ersten Arbeitsposition und einer zweiten Arbeitsposition beweglich geführten Arbeitskolben begrenzt ist, wobei der Arbeitsraum in der ersten Arbeitsposition des Arbeitskolbens ein größeres Volumen aufweist als in dessen zweiter Arbeitsposition, und mit einem in dem Arbeitsraum zwischen einer ersten Endlage und einer gegenüberliegenden zweiten Endlage, benachbart zu der Verschlussplatte, gesteuert bewegbaren Verdrängerkolben.The The present invention relates to a heat engine, in particular a Stirling engine, with a cylindrical working space, that of a fixed heatable (first) closure plate, a cylindrical Coat and one between a first working position and a second working position movably guided working piston is limited, with the working space in the first working position of the working piston has a larger volume as in its second working position, and with one in the workspace between a first end position and an opposite end position second end position, adjacent to the closure plate, controlled movable displacer.

Im Stand der Technik sind verschiedene Ansätze zur Kühlung des kalten Raumes von Wärmekraftmaschinen bekannt.in the State of the art are various approaches to cooling the cold room of heat engines known.

Die DE 1 293 510 offenbart einen Heißluftmotor bzw. eine Wärmepumpe nach dem Stirling-Prinzip mit einem kühlbaren Zylinder. Diese Kühlung wird durch einen Kühlkörper erzielt, der als einstückiger, metallischer Plattenkörper ausgebildet sein kann und die Gestalt einer Kreisscheibe hat, die in der Mitte eine Kühlmittelkammer enthält, um die herum eine Anzahl von Durchbrüchen für den Durchgang des Arbeitsmittels angeordnet ist. Diese Durchbrüche werden von dem als Arbeitsmittel dienenden Gas in axialer Richtung durchströmt. Die Kühlkammer soll von einer Kühlflüssigkeit durchströmt werden, die durch ein in die hohle Verdrängerkolbenstange eingebettetes Steigrohr erfolgt. Es wird jedoch nicht angeführt, von welcher Seite die Energiezufuhr für das ein- und abzuleitende Kühlmedium bezogen wird. Der Energiebedarf dürfte nicht zu vernachlässigen sein. Ein weiterer Nachteil besteht in der relativ aufwendigen zusätzlich nötigen Technik, die die Vorrichtung nicht nur komplex, sondern auch schwer macht.The DE 1 293 510 discloses a hot air engine or a heat pump according to the Stirling principle with a coolable cylinder. This cooling is achieved by a heat sink, which may be formed as a one-piece, metallic plate body and has the shape of a circular disk containing in the middle a coolant chamber, around which a number of openings for the passage of the working fluid is arranged. These breakthroughs are flowed through by the serving as a working gas gas in the axial direction. The cooling chamber is to be traversed by a cooling liquid, which takes place through a embedded in the hollow displacement piston rod riser. However, it is not stated from which side the power supply for the incoming and outgoing cooling medium is obtained. The energy demand should not be negligible. Another disadvantage is the relatively complex additional necessary technology that makes the device not only complex, but also difficult.

Auch die DE 32 40 503 A1 betrifft einen Heißluftmotor mit gekühltem Zylinder, wobei der Heißluftmotor um den kalten Arbeitszylinder herum einen einen Ringraum bildenden Luftstrom-Leitmantel umfasst, der mit dem Kurbelgehäuse des Heißluftmotors verbunden ist und einen Kühlluftstrom empfängt, der in dem Kurbelgehäuse erzeugt wird. Wiederum ist darauf zu verweisen, dass eine relativ aufwendige zusätzliche Technik nötig ist, bei der insbesondere ein Teil der von dem Motor erzeugten Energie wieder zur Kühlung des Motors selbst aufgewendet werden muss. Auch erscheint der erzielbare Kühleffekt eher gering, da er lediglich von außen auf den Zylinder einwirkt.Also the DE 32 40 503 A1 relates to a hot-air engine with a cooled cylinder, wherein the hot-air engine around the cold working cylinder comprises an annulus-forming airflow guide jacket which is connected to the crankcase of the hot air engine and receives a cooling air flow generated in the crankcase. Again, it should be pointed out that a relatively complex additional technology is necessary, in which in particular a part of the energy generated by the engine must be re-used for cooling the engine itself. Also, the achievable cooling effect appears rather low, since it acts only on the outside of the cylinder.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Kühlung von einer gattungsgemäßen Wärmekraftmaschine zu erreichen.Of the The present invention is based on the object, an improved Cooling of a generic heat engine to reach.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer derartigen Wärmekraftmaschine durch die Maßnahme gelöst, dass der Arbeitsraum in einem Bereich zwischen Arbeitskolben und Verdrängerkolben mit einem Mittel zur gesteuerten Öffnung zur Umgebung versehen ist.According to the invention this task in such a heat engine by solved the measure that the work space in one Area between working piston and displacer with provided with a means for controlled opening to the environment is.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Arbeitskolben auf eine Kurbelwelle wirkt.Prefers is provided that the working piston acts on a crankshaft.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Mittel zur gesteuerten Öffnung durch eine zweite Verschlussplatte gebildet ist, die gesteuert von dem Mantel abhebbar ist.Especially can be provided that the means for controlled opening is formed by a second shutter plate controlled by the coat can be lifted off.

Es besteht die Möglichkeit, dass der Verdrängerkolben durch einen mit der Kurbelwelle gekoppelten Antriebshebel zwischen der ersten Verschlussplatte und dem Arbeitskolben bewegbar ist.It there is a possibility that the displacer by a coupled with the crankshaft drive lever between the first closure plate and the working piston is movable.

Insbesondere kann der Mantel und die zweite Verschlussplatte gering wärmeleitfähig und die erste Verschlussplatte stark wärmeleitfähig sein.Especially the jacket and the second closure plate can have low heat conductivity and the first closure plate highly thermally conductive be.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist in den Verdrängerkolben wenigstens ein Regenerator eingelassen.According to one particular embodiment is in the displacer at least one regenerator inserted.

Vorteilhafterweise ist die zweite Verschlussplatte über ein Kniehebelsystem bewegbar, wobei das Kniehebelsystem einen mit einem ersten ortsfesten Gelenk verbundenen ersten Hebel und einen über ein zweites Gelenk mit der zweiten Verschlussplatte verbundenen zweiten Hebel aufweist, die miteinander über ein drittes Gelenk verbunden sind und bei einer Schwenkbewegung des dritten Gelenks um das erste Gelenk ein Anheben oder ein Absenken der zweiten Verschlussplatte bewirken.advantageously, is the second closure plate via a toggle lever system movable, wherein the toggle lever system with a first fixed Joint connected first lever and one over a second Joint connected to the second closure plate second lever which is connected to each other via a third joint are and with a pivotal movement of the third joint to the first Joint lifting or lowering the second closure plate cause.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform wird die Schwenkbewegung mit einer Schubstange erzeugt, die mit einer federbelasteten Rolle gekoppelt ist, welche auf einer auf der Kurbelwelle befestigten Nockenscheibe läuft.According to one special embodiment, the pivoting movement with a push rod generated, which coupled with a spring-loaded roller which is on a camshaft mounted on the crankshaft running.

Vorteilhafterweise wirkt der Arbeitskolben über einen ersten Hebel auf eine Pleuelstange und die Kurbelwelle.advantageously, the working piston acts on a first lever Connecting rod and the crankshaft.

Bevorzugt ist die Anordnung so, dass der Arbeitskolben über eine Kolbenstange an einem Anlenkpunkt an einen ersten Hebel angelenkt ist, der anderenends an einem gestellfesten Lagerpunkt gelagert ist, wobei der erste Hebel an einem zwischen dem Anlenkpunkt und dem Lagerpunkt angeordneten Verbindungsgelenk mit einem Ende eines zweiten Hebels gekoppelt ist, der an seinem anderen Ende mit einer mit der Kurbelwelle verbundenen Pleuelstange gekoppelt ist, wobei der zweite Hebel um einen zwischen seinen Enden angeordneten Drehpunkt gelagert ist, der entlang einer gestellfesten Führung verstellbar ist. Insbesondere ist vorteilhaft, wenn die Führung parallel zu einer Linie ist, die sich bei unterem Totpunkt des Arbeitskolbens von dem die Pleuelstange mit dem zweiten Hebel verbindenden Gelenkpunkt durch den die Kolbenstange mit dem ersten Hebel verbindenden Anlenkpunkt erstreckt, da dann der untere Totpunkt des Arbeitskolbens, d. h. der dem Verdrängerkolben zunächstliegende Totpunkt eine unveränderliche Lage einnimmt, unabhängig vom Hub des Arbeitskolbens.Preferably, the arrangement is such that the working piston is articulated via a piston rod at a point of articulation to a first lever which is mounted at the other end to a frame-fixed bearing point, wherein the first lever disposed at one between the articulation point and the bearing point connection joint with one end of a second Levers coupled to the other at the end with one connected to the crankshaft Connecting rod is coupled, wherein the second lever is mounted about a pivot point arranged between its ends, which is adjustable along a frame-fixed guide. In particular, it is advantageous if the guide is parallel to a line which extends at bottom dead center of the working piston from the connecting rod connecting the connecting rod with the second lever pivot point connecting the piston rod to the first lever pivot point, since then the bottom dead center of the working piston, that is, the displacer nearest the dead center assumes a fixed position, regardless of the stroke of the working piston.

Der Arbeitskolben kann mit einer Membran zum Arbeitsraum abgedichtet sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Membran an einem Rand einer Öffnung in der zweiten Verschlussplatte gehalten ist.Of the Working piston can be sealed with a membrane to the working space be. In particular, it can be provided that the membrane at one edge an opening in the second closure plate held is.

In einer besonderen Ausführungsform erfolgt in die zweite Verschlussplatte ein Wärmefluss mit einem flüssigen Wärmeträger.In a particular embodiment takes place in the second Closure plate a heat flow with a liquid Heat transfer.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist die Wärmekraftmaschine eingangsseitig mit einem Windmotor und einem elektrischen Generator gekoppelt, wobei Wärmekraftmaschine und Windmotor den elektrischen Generator unabhängig voneinander oder gleichzeitig antreiben.According to one particular embodiment is the heat engine coupled on the input side with a wind motor and an electric generator, wherein heat engine and wind engine the electric Power generator independently or simultaneously.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass durch ein vorübergehendes Öffnen des kalten Raumes eine Zufuhr von Außenluft erfolgen kann, die den für eine gattungsgemäße Wärmekraftmaschine typischen wiederkehrenden Kühlprozess vorteilhaft unterstützt. Dies gilt insbesondere aufgrund der Tatsache, dass solche Wärmekraftmaschinen üblicherweise mit einer Temperatur arbeiten, die höher ist als die gewöhnliche Umgebungstemperatur. Eine vorteilhafte Arbeitsweise derartiger Wärmekraftmaschinen lässt sich insbesondere dann erzielen, wenn der Temperaturunterschied der in der Wärmekraftmaschine befindlichen Kalt- und Warmluft besonderes groß ist. Dies wird durch Austausch der abgekühlten Luft im kalten Bereich des Arbeitsraums gegen vergleichsweise kältere Außenluft vorteilhaft unterstützt. Die dafür notwendige zusätzliche Technik ist minimal, und es wird insbesondere kein zusätzliches Kühlmedium benötigt. Auf diese Weise werden die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik aufgezeigten Nachteile abgemildert.Of the Invention is based on the surprising finding that by temporarily opening the cold A supply of outside air can take place in the room for a generic heat engine typical recurring cooling process advantageously supported. This is especially true due to the fact that such heat engines are customary work with a temperature higher than the ordinary one Ambient temperature. An advantageous mode of operation of such heat engines can be achieved especially when the temperature difference the hot and cold air in the heat engine special is great. This is done by replacing the cooled Air in the cold area of the work area against comparatively colder Outdoor air advantageously supported. The one for it necessary additional technique is minimal and it will especially no additional cooling medium needed. In this way, those associated with the prior art highlighted disadvantages mitigated.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele anhand der schematischen Zeichnungen im Einzelnen erläutert sind, in denenFurther Features and advantages of the invention will become apparent from the claims and from the description below, in the embodiments explained in detail with reference to the schematic drawings are in which

1 eine schematische Ansicht einer Wärmekraftmaschine gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung zeigt; 1 shows a schematic view of a heat engine according to a particular embodiment of the invention;

2 eine Einzelheit eines Hebelsystems zeigt; 2 shows a detail of a lever system;

3 ein Ablaufdiagramm einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung zeigt; 3 a flowchart of a further particular embodiment of the invention;

4 eine zweite Ausführungsform der Wärmekraftmaschine nach 1 zeigt; und 4 a second embodiment of the heat engine according to 1 shows; and

5 eine schematische Darstellung zur Anwendung einer besonderen Ausführungsform der Erfindung in Kombination mit einem Windmotor zeigt. 5 a schematic representation of the application of a particular embodiment of the invention in combination with a wind engine shows.

1 zeigt eine Wärmekraftmaschine, die einem an sich bekannten Stirling-Motor ähnelt. Dabei bewegen sich ein Arbeitskolben 7 und ein Verdrängerkolben 4 in einem Arbeitsraum, der aus einem zylindrischen Mantel 1 sowie einer ersten Verschlussplatte 2 und einer zweiten Verschlussplatte 3 gebildet ist. Vorzugsweise ist die zweite Verschlussplatte 3 gering wärmeleitfähig, während die erste Verschlussplatte 2 stark wärmeleitfähig ist. Die erste Verschlussplatte 2 wird mit thermischer Energie von außerhalb des Arbeitsraums beaufschlagt. Durch diese Beaufschlagung erwärmt sich das Arbeitsmedium Luft innerhalb des Arbeitsvolumens, erhöht den Druck und bewirkt ein Anheben eines Arbeitskolbens 7. Durch die Bewegung des Arbeitskolbens 7 wird über ein weiter unten näher erläutertes Hebelsystem 13, 14, 23 eine Kurbelwelle 10 angetrieben. Diese ist mit einer Steuerkurve 31 für den Antrieb eines Verdrängerkolbens 4 versehen, die so geformt ist, dass sie bei rotierender Bewegung eine federbelastet auf ihr abrollend gelagerte Rolle 41 in eine hin- und hergerichtete Bewegung versetzt. Die Rolle 41 ist mit einem Antriebshebel 29 für den Verdrängerkolben 4 gekoppelt, der in einem Anlenkpunkt 28 ein Zwischenglied 27 betätigt, durch das eine Hubbewegung auf eine Kolbenstange 6 für den Verdrängerkolben 4 ausgeübt wird. Die Bewegung des Verdrängerkolbens 4 weist in an sich bekannter Weise eine Phasendifferenz von 90° gegenüber der entsprechenden Bewegung des Arbeitskolbens 7 auf. 1 shows a heat engine, which is similar to a known Stirling engine. This is a working piston move 7 and a displacer 4 in a workroom that consists of a cylindrical mantle 1 and a first closure plate 2 and a second closure plate 3 is formed. Preferably, the second closure plate 3 low heat conductivity, while the first closure plate 2 is highly thermally conductive. The first closure plate 2 is applied with thermal energy from outside the working space. By this action, the working fluid heated air within the working volume, increases the pressure and causes a lifting of a working piston 7 , By the movement of the working piston 7 is about a below explained in more detail lever system 13 . 14 . 23 a crankshaft 10 driven. This is with a control curve 31 for driving a displacement piston 4 provided, which is shaped so that it is a spring-loaded on its rolling roller mounted with rotating movement 41 set in a reciprocal motion. The role 41 is with a drive lever 29 for the displacer 4 coupled, in a pivot point 28 an intermediate link 27 operated, by a lifting movement on a piston rod 6 for the displacer 4 is exercised. The movement of the displacer 4 In a conventional manner, a phase difference of 90 ° with respect to the corresponding movement of the working piston 7 on.

3 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Verdeutlichung der Arbeitsweise des Wärmekraftmotors. Auf einer ersten Zeitachse ist die Bewegung des Arbeitskolbens 7 dargestellt, die aufgrund der Umsetzung der Drehung von Kurbelwelle 10 und Kurbelzapfen 12 in eine Hubbewegung der Schubstange 13 einen sinusförmigen Verlauf aufweist. In einem Zeitpunkt t₀ befindet sich der Arbeitskolben in seiner oberen Endlage und ist im Begriff, sich abzusenken. Setzt man den Zeitpunkt t₀ mit einer Drehstellung von 0° bei der Kurbelwelle gleich, so ist bei Erreichen von 90° Kurbelwinkel die Hälfte des Weges zwischen beiden Endlagen des Arbeitskolbens zurückgelegt. Zu diesem Zeitpunkt verlässt der Verdrängerkolben 4, wie auf der zweiten Zeitachse der 2 gezeigt ist, seine untere Endlage und erreicht bereits nach ca. 20° Kurbelwinkel seine obere Endlage. Dort verharrt der Verdrängerkolben 4 während ca. 160° Kurbelwinkel, während Luft aus dem oberen Teil des Arbeitsraumes durch den Regenerator 5 im Verdrängerkolben 4 in den unteren Bereich des Arbeitsraumes strömt. Durch den aufgrund der Erwärmung der Luft im unteren Bereich des Arbeitsraumes ansteigenden Druck wird der Arbeitskolben 7 nach oben gedrückt und verlässt seine zwischenzeitlich erreichte untere Endlage. Bei etwa 90° vor Erreichen der oberen Endlage des Arbeitskolbens 7 beginnt die Abwärtsbewegung des Verdrängerkolbens 4, während der die erwärmte Luft des unteren Raumbereiches wieder durch den Regenerator 5 nach oben strömt. Bei Erreichen der unteren Endlage des Verdrängerkolbens verharrt dieser dort für eine Dauer von ca. 160°. Mit Einnehmen der unteren Endlage durch den Verdrängerkolben 4 geht ein Anheben der zweiten Verschlussplatte 3 einher, wodurch ein Austausch von Außenluft gegen noch relativ warme Luft im Arbeitsraum bewirkt wird. Dies ist auf einer dritten Zeitachse in 2 dargestellt, die den Hub der zweiten Verschlussplatte 3 zur Zeit der unteren Endlage des Verdrängerkolbens 4 veranschaulicht. Aufgrund der Steuerung des Verdrängerkolbens durch die mit der Kurbelwelle gekoppelte Steuerkurve 31 ist es möglich, dass der Verdrängerkolben über wesentlich längere Kurbelwinkelabschnitte oder Zeiten in seiner oberen bzw. unteren Endlage verharrt, als es bei einer an sich bekannten, um 90° versetzten Pleuelstangenkopplung von Arbeits- und Verdrängerkolben der Fall wäre, was dem Wärmetausch des Arbeitsgases wesentlich zugute kommt. Je nach Form der Steuerkurve 31 können die Endlagen jeweils bspw. 120°, 130°, 140°, 150°, 160° oder 170° Kurbelwinkel betragen. Das Abheben der zweiten Verschlussplatte kann auch schon zu Beginn der Abwärtsbewegung des Verdrängerkolbens erfolgen, um den Luftaustausch zu verbessern. 3 shows a flowchart illustrating the operation of the heat engine. On a first timeline is the movement of the working piston 7 shown, due to the implementation of the rotation of crankshaft 10 and crankpins 12 in a lifting movement of the push rod 13 has a sinusoidal shape. At a time t ₀ , the working piston is in its upper end position and is about to lower. If one sets the time t ₀ with a rotational position of 0 ° at the crankshaft, so when reaching 90 ° crank angle half of the way between the two end positions of the working piston is covered. To the This time leaves the displacer 4 , as on the second timeline of the 2 is shown, its lower end position and reached after about 20 ° crank angle its upper end position. There remains the displacer 4 during about 160 ° crank angle, while air from the upper part of the working space through the regenerator 5 in the displacer 4 flows into the lower area of the working space. Due to the rising due to the heating of the air in the lower region of the working space pressure of the working piston 7 pressed upwards and leaves his lower end position reached in the meantime. At about 90 ° before reaching the upper end position of the working piston 7 begins the downward movement of the displacer 4 while the heated air of the lower room area again through the regenerator 5 flows upwards. When reaching the lower end position of the displacer this remains there for a period of about 160 °. With ingestion of the lower end position by the displacement piston 4 is a lifting of the second shutter plate 3 accompanied, whereby an exchange of outside air against still relatively warm air in the working space is effected. This is on a third timeline in 2 shown that the stroke of the second closure plate 3 at the time of the lower end position of the displacer 4 illustrated. Due to the control of the displacer piston by the cam coupled to the control cam 31 It is possible that the displacer remains in its upper or lower end position over much longer crank angle sections or times than would be the case in a known, offset by 90 ° connecting rod coupling of working and displacer, which is essential for the heat exchange of the working gas benefits. Depending on the shape of the control cam 31 For example, the end positions can be, for example, 120 °, 130 °, 140 °, 150 °, 160 ° or 170 ° crank angle. The lifting of the second closure plate can also be done at the beginning of the downward movement of the displacer to improve the exchange of air.

Wenn der Verdrängerkolben 4 seine obere Endlage verlässt und sich in Richtung der ersten Verschlussplatte 2 bewegt, wo er seine untere Endlage einnimmt, strömt warme bzw. erwärmte, unterhalb des Verdrängerkolbens befindliche Luft durch einen vom vorhergehenden Zyklus noch abgekühlten Regenerator 5 (Wärmespeicher) im Verdrängerkolben 4 in den oberen Teil des Arbeitsvolumens. Die aus dem oberen Bereich des Arbeitsvolumens nach Öffnen der zweiten Verschlussplatte 3 entweichende, noch relativ warme Luft wird gegen kalte Umgebungsluft ausgetauscht, was durch Absenken bzw. Schließen der Verschlussplatte 3 beendet wird.When the displacer 4 its upper end position leaves and moves towards the first closure plate 2 moved, where it assumes its lower end position, flows warm or heated, located below the displacer air through a still cooled by the previous cycle regenerator 5 (Heat storage) in the displacer 4 in the upper part of the working volume. The from the top of the working volume after opening the second closure plate 3 escaping, still relatively warm air is exchanged for cold ambient air, which by lowering or closing the closure plate 3 is ended.

In der nächsten Arbeitsphase wird durch Erhitzen des Arbeitsmediums (Luft) ein Anheben des Arbeitskolbens 7 herbeigeführt, das mit einem phasenversetzten Anheben des Verdrängerkolbens 4 einhergeht. Beim nachfolgenden Absenken des Verdrängerkolbens 4 strömt die Luft wiederum in den oberen Bereich des Arbeitsvolumens, wo sie durch kurzzeitiges Öffnen des Arbeitsvolumens durch Umgebungsluft ausgetauscht wird.In the next work phase is by raising the working fluid (air) lifting the working piston 7 brought about, with a phase-shifted lifting of the displacer 4 accompanied. During the subsequent lowering of the displacement piston 4 the air in turn flows into the upper part of the working volume, where it is exchanged by temporary opening of the working volume by ambient air.

Die zweite Verschlussplatte 3 ist mit dem Mantel 1 über ein Kniehebelsystem 32, 33 verbunden und relativ zu diesem bewegbar. Das Kniehebelsystem 32, 33 besteht aus einem ersten Hebel 32 und einem zweiten Hebel 33, die an einem Gelenkpunkt 36 miteinander verbunden sind. Der erste Hebel 32 ist an seinem dem Gelenkpunkt 36 gegenüberliegenden Ende an einem Gelenkpunkt 34 gelagert, der gestellfest ist. Der zweite Hebel ist an einem Gelenkpunkt 35 mit der zweiten Verschlussplatte 3 verbunden. Bei einer Schwenkbewegung des ersten Hebels 32 um den Gelenkpunkt 34 erfolgt ein Anheben oder ein Absenken der zweiten Verschlussplatte 3, je nachdem, in welche Richtung der Hebel 32 verschwenkt wird. Die ausgezogenen Linien zeigen eine eine hebelartige Verriegelungsstellung, die gestrichelten Linien eine Öffnungsstellung der Verschlussplatte 3.The second closure plate 3 is with the coat 1 via a toggle lever system 32 . 33 connected and movable relative to this. The toggle lever system 32 . 33 consists of a first lever 32 and a second lever 33 at a pivot point 36 connected to each other. The first lever 32 is at its pivot point 36 opposite end at a hinge point 34 stored, which is fixed to the frame. The second lever is at a pivot point 35 with the second closure plate 3 connected. With a pivoting movement of the first lever 32 around the hinge point 34 a raising or lowering of the second closure plate takes place 3 , depending on the direction in which the lever 32 is pivoted. The solid lines show a lever-like locking position, the dashed lines an opening position of the closure plate 3 ,

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der erste Hebel 32 durch eine Schubstange 38 betätigt, die über eine Rolle 39 von einer auf der Kurbelwelle 10 angeordnete Steuerkurve 37 bewegt wird. Die Rolle 39 ist zu der Steuerkurve 37 hin federbelastet. Die Steuerkurve 37 ist so an der Kurbelwelle 10 ausgerichtet, dass nach einer Hubbewegung des Arbeitskolbens 7 eine Bewegung der Schubstange erfolgt, die wiederum die oben beschriebene Betätigung des Kniehebelsystems 32, 33 auslöst. Je nach Lage der Steuerkurve 37 befindet sich die zweite Verschlussplatte 3 somit entweder in einer angehobenen, geöffneten oder abgesenkten, verschlossenen Position.According to a preferred embodiment, the first lever 32 through a push rod 38 pressed, over a roll 39 from one on the crankshaft 10 arranged control cam 37 is moved. The role 39 is to the control curve 37 spring-loaded. The control curve 37 is so on the crankshaft 10 aligned that after a lifting movement of the working piston 7 a movement of the push rod takes place, which in turn the above-described operation of the toggle lever system 32 . 33 triggers. Depending on the position of the cam 37 there is the second closure plate 3 thus either in a raised, opened or lowered, locked position.

Die Form der Steuerkurve 37 ermöglicht eine beliebige Vorgabe der offenen und geschlossenen Zeiten des Arbeitsraums bzw. der zweiten Verschlussplatte. So kann z. B. eine offene Zeit von 5°, 10°, 20°, 30°, 45° oder 60° Kurbelwinkel, oder beliebige Zwischenwerte vorgesehen sein.The shape of the cam 37 allows any specification of the open and closed times of the working space and the second closure plate. So z. B. an open time of 5 °, 10 °, 20 °, 30 °, 45 ° or 60 ° crank angle, or any intermediate values may be provided.

Der Arbeitskolben 7 ist mit der Kurbelwelle 10 über ein Hebelsystem mit einem ersten Hebel 23 und einem zweiten Hebel 14 gekoppelt. Der erste Hebel 23 ist an einem Anlenkpunkt 26 mit einer Kolbenstange 9 gelenkig verbunden. Der zweite Hebel 14 ist an einem ersten Ende über einen Abtriebs-Gelenkpunkt 16 mit dem ersten Hebel 23 verbunden, der anderenends an einem gestellfesten Lagerpunkt 24 gelagert ist. Hebel 14 weist an seinem anderen Ende einen weiteren Gelenkpunkt 42 auf, der mit einer Pleuelstange 13 verbunden ist, die ihrerseits an einem mit der Kurbelwelle 10 verbundenen Kurbelzapfen 12 angelenkt ist.The working piston 7 is with the crankshaft 10 via a lever system with a first lever 23 and a second lever 14 coupled. The first lever 23 is at a pivot point 26 with a piston rod 9 articulated. The second lever 14 is at a first end via a driven hinge point 16 with the first lever 23 connected at the other end to a frame-fixed bearing point 24 is stored. lever 14 has another hinge point at its other end 42 on that with a connecting rod 13 connected in turn to one with the crankshaft 10 associated crankpins 12 is articulated.

Der zweite Hebel 14 ist in einem auf einem Verschiebeschlitten 22 angeordneten Drehpunkt 15 drehbar gelagert (2). Der Verschiebeschlitten 22 ist auf eine gestellfeste Führung bildenden Führungsstangen 20, 21, die an einer gestellfesten Halterung 19 gehalten sind, verschiebbar und feststellbar. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gelenkpunkt 15 als Gleitstein 17 ausgebildet und kann in einer Führungsnut 18 im Hebel 14 verlagert werden. Bei variierender Wärmezufuhr kann es zu einer variierenden Leistung des Arbeitskolbens 7 kommen, die sich in einem mehr oder weniger großen Hub des Arbeitskolbens 7 auswirken kann. Um dennoch einen konstanten Hub im Gelenkpunkt 42 zu erreichen, ist der zweite He bel 14 im Gelenkpunkt 15 so gelagert, dass dieser sich etwa bei geringerem Hub des Arbeitskolbens 7 näher an diesem befindet, und umgekehrt, um eine veränderte Hebelwirkung des Hebels 14 zu bewirken.The second lever 14 is in one on a shift sled 22 arranged pivot point 15 rotatably mounted ( 2 ). The sliding carriage 22 is on a frame-fixed leadership forming guide rods 20 . 21 attached to a frame-fixed bracket 19 are held, movable and lockable. In a preferred embodiment, the hinge point 15 as a sliding block 17 trained and can be in a guide 18 in the lever 14 be relocated. With varying heat supply, it can lead to a varying power of the working piston 7 come, resulting in a more or less big stroke of the working piston 7 can affect. Nevertheless, a constant stroke in the hinge point 42 to reach is the second He bel 14 in the hinge point 15 stored so that this is approximately at a lower stroke of the working piston 7 closer to this, and vice versa, to a changed leverage of the lever 14 to effect.

Die untere Endlage des Arbeitskolbens bleibt aufgrund der Orientierung der Führung 20, 21 des Drehpunkts 15 parallel zu einer die Gelenkpunkte 42, 26 im unteren Totpunkt des Arbeitskolbens verbindenden Linie gleich, unabhängig von Veränderungen des Hubs, so dass der schädliche Raum zwischen Arbeitskolben und Verdrängerkolben ebenfalls nicht verändert wird.The lower end position of the working piston remains due to the orientation of the guide 20 . 21 of the fulcrum 15 parallel to one of the joint points 42 . 26 at the bottom dead center of the working piston connecting line equal, regardless of changes in the stroke, so that the harmful space between the working piston and displacer is also not changed.

Der Arbeitskolben 7 ist gegenüber dem Arbeitsvolumen mit einer Membran 8 abgedichtet, kann aber alternativ in einer üblichen Zylinderbuchse geführt sein.The working piston 7 is opposite to the working volume with a membrane 8th sealed, but may alternatively be performed in a conventional cylinder liner.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann die Erwärmung der zweiten Verschlussplatte 3 dadurch begünstigt werden, dass innerhalb der zweiten Verschlussplatte 3 ein Wärmefluss mit einem flüssigen Wärmeträger erfolgt.According to a particular embodiment, the heating of the second closure plate 3 be favored by that within the second closure plate 3 a heat flow takes place with a liquid heat transfer medium.

4 zeigt Einzelheiten einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine. Die Anordnung ist um 90° gedreht, so dass die Kolbenbewegung horizontal erfolgt. Die zweite Verschlussplatte 3 weist einen tiefen Kragen 50 auf, der innenseitig konisch ausgebildet ist. Der Verdrängerkolben ist außen ebenfalls konisch ausgebildet. Kegelstumpfflächen 52, 54 verlaufen etwa parallel zueinander, so dass bereits zu Beginn des Abwärtshubs des Verdrängerkolben ein großer Strömungsquerschnitt entsteht. Luftdurchlässe 56 im Verdrängerkolben sind schräg nach oben weisend angeordnet, um den Luftaustausch bei geöffneter Verschlussplatte zu unterstützen. 4 shows details of a second embodiment of a heat engine according to the invention. The arrangement is rotated by 90 °, so that the piston movement is horizontal. The second closure plate 3 has a deep collar 50 on, which is conically formed on the inside. The displacer is also externally conical. Frustoconical surfaces 52 . 54 run approximately parallel to each other, so that already at the beginning of the downward stroke of the displacer, a large flow cross-section is formed. air outlets 56 in the displacer are arranged obliquely upwards to support the exchange of air when the closure plate is open.

5 zeigt ein Zusammenwirken einer Wärmekraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Windmotor 60 (Überdruck +p, Unterdruck –p). Beide Motoren sind an einen elektrischen Generator 62 gekoppelt. 5 shows an interaction of a heat engine according to the present invention with a wind engine 60 (Overpressure + p, negative pressure -p). Both motors are connected to an electric generator 62 coupled.

Durch die Kombination der verschiedenartigen Motoren ist es möglich, so verschiedene Energiequellen wie Sonnenstrahlung S (Solarmodul 64), Windströmung W oder eine Feuerstelle 64 (Wärmemotor 66, Wärmestrom q) zur Stromerzeugung zu verwenden. Der flexible Einsatz einer der beiden Maschinen oder auch beider Maschinen gemeinsam in Abhängigkeit von der jeweils vorliegenden Energiequelle bewirkt eine größtmögliche Auslastung des Generators.By combining the different types of motors, it is possible to use different sources of energy such as solar radiation S (solar module 64 ), Wind flow W or a fire pit 64 (Heat engine 66 , Heat flow q) to use for power generation. The flexible use of one of the two machines or both machines together depending on the particular energy source present causes the greatest possible utilization of the generator.

In den vorstehend dargestellten Ausführungsformen wird eine Wärmekraftmaschine geschildert, der in einfachster Bauweise zu geringen Kosten produziert werden kann und sich durch eine einfache Betriebsweise auszeichnet. Die Wärmekraftmaschine weist lediglich geringen Raumbedarf sowie ein geringes Gewicht auf. Eine zusätzliche Mechanik zum Luftaustausch bewirkt durch geringen Aufwand eine leistungsfähige Kühlung der Wärmekraftmaschine. Durch ein wirkungsvolles Hebelsystem wird darüber hinaus eine an veränderte Energiezufuhr angepasste kontinuierliche Leistung der Wärmekraftmaschine erreicht.In The embodiments shown above is a Heat engine described in the simplest construction can be produced at low cost and by a simple operation distinguished. The heat engine has only small Space requirements and a low weight. An additional Mechanics for air exchange causes a low-cost powerful Cooling of the heat engine. By an effective Lever system will also change one Energy supply adapted continuous power of the heat engine reached.

Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.The in the present description, in the drawings and in the Claims disclosed features of the invention can both individually and in any combination for the realization of the invention in its various embodiments be essential.

11: Mantelcoat
22: erste Verschlussplattefirst closing plate
33: zweite Verschlussplattesecond closing plate
44: Verdrängerkolbendisplacer
55: Regeneratorregenerator
66: Kolbenstange für Verdrängerkolbenpiston rod for displacer
77: Arbeitskolbenworking piston
88th: Membranmembrane
99: Kolbenstange für Arbeitskolbenpiston rod for working piston
1010: Kurbelwellecrankshaft
1212: Kurbelzapfencrank pin
1313: Pleuelstangeconnecting rod
1414: zweiter Hebelsecond lever
1515: Drehpunkt, verstellbarPivot point, adjustable
1616: Abtriebs-GelenkpunktPower take-hinge point
1717: Gleitsteinslide
1818: Führungsnutguide
1919: Halterungbracket
2020: Gleitbahn (Führung)slipway (Guide)
2121: Gleitbahn (Führung)slipway (Guide)
2222: Verschiebeschlittendisplacement slide
2323: erster Hebelfirst lever
2424: Gelenkpunkt der Lagerungfulcrum storage
2525: Halterholder
2626: Anlenkpunkt für Kolbenstange (9)Linkage point for piston rod ( 9 )
2727: Zwischenhebelintermediate lever
2828: Anlenkpunkt für Antriebshebel (29)Linkage point for drive lever ( 29 )
2929: Antriebshebel für Verdrängerkolbendrive lever for displacer
3030: Halter für Antriebshebelholder for drive lever
3131: Steuerkurve für Verdrängerkolbencam for displacer
3232: Hebellever
3333: Hebellever
3434: Gelenkpunkt gestellfestfulcrum fixed to the frame
3535: Gelenkpunkt an zweiter Verschlussplattefulcrum on second closure plate
3636: Gelenkpunkt Hebel (32, 33)Pivot point lever ( 32 . 33 )
3737: Steuerkurve für Kniehebel (32, 33)Control cam for toggle lever ( 32 . 33 )
3838: Schubstangepushrod
3939: Rollerole
4040: Führung für Schubstangeguide for push rod
4141: Rollerole
4242: Gelenkpunktfulcrum
5050: Kragencollar
52, 5452 54: KegelstumpfflächeTruncated cone surface
5656: Durchlasspassage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 1293510 [0003]
- DE 3240503 A1 [0004]

Claims

Heat engine, in particular Stirling engine, with a cylindrical working space, which is supported by a fixed heatable (first) closing plate ( 2 ), a cylindrical shell ( 1 ) and a movably guided between a first working position and a second working position working piston ( 7 ) is limited, wherein the working space in the first working position of the working piston ( 7 ) has a larger volume than in its second working position, and with one in the working space between a first end position and an opposite second end position, adjacent to the closure plate ( 2 ), controlled movable displacer ( 4 ), characterized in that the working space in a region between working pistons ( 7 ) and displacers ( 4 ) with a means ( 3 ) is provided for controlled opening to the environment.

Heat engine according to claim 1, characterized in that the working piston ( 7 ) on a crankshaft ( 10 ) acts.

Heat engine according to claim 1 or 2, characterized in that the means for controlled opening by a second closure plate ( 3 ), which is controlled by the jacket ( 1 ) can be lifted.

Heat engine according to one of the preceding claims, characterized in that the displacement piston ( 4 ) by one with the crankshaft ( 10 ) coupled drive lever ( 29 ) between the first closure plate ( 2 ) and the working piston ( 7 ) is movable.

Heat engine according to one of the preceding claims, characterized in that the jacket ( 1 ) and the second closure plate ( 2 ) low heat conductivity and the first closure plate ( 3 ) is highly thermally conductive.

Heat engine according to one of the preceding claims, characterized in that in the displacer piston ( 4 ) a regenerator ( 5 ), in particular a metal mesh, is embedded.

Heat engine according to one of the preceding claims, characterized in that the second closure plate ( 2 ) via a toggle lever system ( 32 . 33 ) is movable, wherein the toggle lever system ( 32 . 33 ) one with a first fixed joint ( 34 ) associated first lever ( 32 ) and one via a second joint ( 35 ) with the second closure plate ( 2 ) second lever ( 33 ), which are interconnected via a third joint ( 36 ) are connected and during a pivoting movement of the third joint ( 36 ) around the first joint ( 34 ) raising or lowering the second closure plate ( 3 ) cause.

Heat engine according to claim 7, characterized in that the pivoting movement with a push rod ( 38 ), which is provided with a spring-loaded roller ( 39 ) coupled to one on the crankshaft ( 10 ) attached cam plate ( 37 ) running.

Heat engine according to one of the preceding claims, characterized in that the working piston ( 7 ) via a first lever ( 23 ) on a connecting rod ( 13 ) and the crankshaft ( 10 ) acts.

Heat engine according to claim 9, characterized in that the working piston ( 7 ) via a piston rod ( 9 ) at an articulation point ( 26 ) to a first lever ( 23 ), the other end at a frame-fixed bearing point ( 24 ), the first lever ( 23 ) at one between the pivot point ( 26 ) and the bearing point ( 24 ) arranged connecting joint ( 16 ) with one end of a second lever ( 14 ), which at its other end ( 42 ) with a connecting rod connected to the crankshaft ( 13 ), the second lever ( 14 ) around one between its ends ( 16 . 42 ) arranged pivot point ( 15 ) mounted along a frame-fixed guide ( 20 . 21 ) is adjustable.

Heat engine according to claim 10, characterized in that the guide ( 20 . 21 ) is parallel to a line extending at bottom dead center of the working piston ( 7 ) from which the connecting rod ( 13 ) with the second lever ( 14 ) connecting hinge point ( 42 ) through which the piston rod ( 9 ) with the first lever ( 23 ) connecting articulation point ( 26 ).

Heat engine according to one of the preceding claims, characterized in that the working piston ( 7 ) with a membrane ( 8th ) is sealed to the working space.

Heat engine according to claim 12, characterized in that the membrane ( 8th ) at one edge of an opening in the second closure plate ( 2 ) is held.

Heat engine according to one of the preceding claims, characterized in that a heat flow into the first closure plate ( 3 ) takes place with a liquid heat carrier.

Heat engine according to one of the preceding claims, characterized in that the heat engine is coupled on the input side with a wind motor and the output side with an electric generator, wherein thermal power machine and wind motor to drive the electric generator independently or simultaneously.