DE202020000902U1 - Stirling engine, designed as a large-volume flat plate double Stirling with only one crankshaft in a gas-pressurized housing - Google Patents

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    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/044—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines having at least two working members, e.g. pistons, delivering power output

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Abstract

Stirlingmotor, ausgeführt als großvolumiger Flachplatten Doppelstirling mit nur einer Kurbelwelle in einem unter Gasdruck stehendem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Zylinder der Arbeitskolben (8) sich gegenüber liegend befinden.Stirling engine, designed as a large-volume flat plate double Stirling with only one crankshaft in a housing under gas pressure, characterized in that the two cylinders of the working pistons (8) are located opposite one another.

Description

Heutige Stirlingmotoren sind Modellstirlingmotoren für die Veranschaulichung der Funktion des Stirlingmotors und werden als Spielzeug gebaut.Today's Stirling engines are model Stirling engines for illustrating the function of the Stirling engine and are built as toys.

Heutige Hochtemperaturstirlingmotoren werden für die Erzeugung von Elektrizität unter Zuhilfenahme von Sonnenkollektoren oder Geothermie gebaut.Today's high-temperature Stirling engines are built for the generation of electricity with the help of solar panels or geothermal energy.

Die Hochtemperaturstirlingmotoren erfordern hohe Ansprüche an das Material sowie die Gasabdichtungen der Arbeitskolben. Diese Stirlingmotoren -sogenannte Heißgasmotorenlaufen mit einer hohen Drehzahl und benötigen einen hohen Temperaturunterschied der warmen zur kalten Seite am Zylinder des Verdrängerkolbens.The high-temperature Stirling engines place high demands on the material and the gas seals on the working pistons. These Stirling engines - so-called hot gas engines - run at a high speed and require a large temperature difference from the warm to the cold side on the cylinder of the displacement piston.

Der neue Stirlingmotor wird als großvolumiger Flachplattendoppelstirling mit nur einer Kurbelwelle (7) in einem unter Gasdruck stehendem Gehäuse (9) ausgeführt.The new Stirling engine is a large-volume flat-plate double Stirling with only one crankshaft (7) in a housing under gas pressure (9) executed.

Der neue Stirlingmotor braucht nur einen geringen Temperaturunterschied, hat eine geringe Drehzahl und arbeitet im Niedrigtemperaturbereich.The new Stirling engine needs only a small temperature difference, has a low speed and works in the low temperature range.

Durch das Verdichten des Gases innerhalb des Gehäuses sowie des Stirlingmotors, erhöhen sich die Teilchen pro Mol. Werden mehr Teilchen pro Mol erwärmt bzw. abgekühlt, ergibt sich ein höherer Druckunterschied zwischen erwärmten und abgekühltem Gas als ohne Verdichtung und somit eine höhere Leistung.By compressing the gas inside the housing and the Stirling engine, the particles per mole increase. If more particles are heated or cooled, the pressure difference between heated and cooled gas is higher than without compression and thus higher performance.

Der Doppelstirlingmotor besteht aus zwei separaten Zylindern, in denen sich jeweils ein Flachplattenverdrängerkolben befindet. An den Zylinderwänden sowie deren Ober- und Unterseite sind für die warme und kalte Seite getrennte Rohre montiert. Durch diese Rohre fließt das jeweilige warme bzw. kalte Medium.The double Stirling engine consists of two separate cylinders, each with a flat plate displacement piston. Separate pipes for the warm and cold sides are mounted on the cylinder walls and their top and bottom. The respective warm or cold medium flows through these pipes.

Der Zylinder für den jeweiligen Arbeitskolben (8) ist seitlich am Zylinder für den Flachplattenverdrängerkolben gasdicht angebracht. Diese Zylinder für den Arbeitskolben (8) liegen sich, mit einer Pleullagerstärke seitlich versetzt, gegenüber. Die Pleulstangen beider Arbeitskolben (8) sind auf einer Kurbel der Kurbelwelle (7) montiert. Durch diese Anordnung gibt es keine Verdichtung bzw. Entspannung des Gases innerhalb des unter Gasdruck stehenden Gehäuse (9) während des Arbeitsprozesses.The cylinder for the respective working piston (8th) is gas-tight on the side of the cylinder for the flat plate displacement piston. These cylinders for the working piston (8th) face each other, offset with a connecting rod bearing thickness. The connecting rods of both working pistons (8th) are on a crank of the crankshaft (7) assembled. With this arrangement, there is no compression or expansion of the gas within the gas-pressure housing (9) during the work process.

Die Verdrängerkolben werden diskontinuierlich über Kurvenscheiben (6) angetrieben und gesteuert. Der Verdrängerkolben ist dadurch schneller in der jeweiligen Position und kann dadurch länger in dieser Position verharren, als mit einem sinusförmigen kurbelgestützten Antrieb.The displacement pistons are discontinuous over cams (6) driven and controlled. The displacement piston is therefore faster in the respective position and can therefore remain in this position longer than with a sinusoidal crank-based drive.

Auf der Kurbelwelle befindet sich ein Schwungrad. Zum Starten des Stirlingmotors wird ein Starter die Schwungscheibe in Drehung versetzen.There is a flywheel on the crankshaft. To start the Stirling engine, a starter will set the flywheel in rotation.

Der Antrieb des Generators erfolgt durch ein Getriebe, dass mit der Kurbelwelle verbunden ist. Die Kurvenscheiben werden auch durch die Kurbelwelle angetrieben. Die Kraftübertragung erfolgt hierbei durch Zahnriemen.The generator is driven by a gearbox that is connected to the crankshaft. The cams are also driven by the crankshaft. The power is transmitted through toothed belts.

Das Gehäuse enthält ein Überdruckventil (3) sowie einen Befüllstutzen mit Ventil (4).The housing contains a pressure relief valve (3) and a filler neck with valve (4) .

Am Zylinder für den Verdrängerkolben ist ein Ventil (1) montiert, dass nur für den Druckausgleich zwischen Gehäuse (9) und Stirlingmotor während des Befüllens des Gehäuses (9) zuständig ist.There is a valve on the cylinder for the displacement piston (1) mounted that only for pressure equalization between the housing (9) and Stirling engine while filling the housing (9) responsible is.

Am Zylinder für den Verdrängerkolben sind ein oder mehrere automatisch gesteuerte Ventile (2) montiert, die für den Ausgleich des „Null Druck Punktes“ zuständig sind.There are one or more automatically controlled valves on the cylinder for the displacement piston (2) mounted, which are responsible for the compensation of the "zero pressure point".

Der „Null Druck Punkt“ ist ein Punkt innerhalb des Stirling Prozesses, an dem der Druck innerhalb des Stirlingmotors und des Gehäuses genau gleich ist. Dieses Ventil gleicht bei Druckschwankungen innerhalb des Gehäuses den Druck im Stirlingmotor wieder dem Druck im Gehäuse an.The “zero pressure point” is a point within the Stirling process at which the pressure within the Stirling engine and the housing is exactly the same. In the event of pressure fluctuations within the housing, this valve adjusts the pressure in the Stirling engine to the pressure in the housing.

Druckschwankungen entstehen durch Tages- und Nachttemperatur. Diese erzeugen eine Temperaturerhöhung oder -abkühlung des Gases innerhalb des Gehäuses (9) und somit eine Druckschwankung. Durch die automatisch gesteuerten Ventile (2) und dem dadurch entstehenden „Null Druck Punkt“ Ausgleich, wirkt immer der gleiche Druck auf den Arbeitskolben (8) während beider Arbeitstakte.Pressure fluctuations arise from day and night temperatures. These generate a temperature increase or cooling of the gas inside the housing (9) and thus a pressure fluctuation. Through the automatically controlled valves (2) and the resulting "zero pressure point" compensation, the same pressure always acts on the working piston (8th) during both work cycles.

Um die durch Sonneneinstrahlung sowie normale Tageserwärmung auftretende Temperaturerhöhung entstehende Druckerhöhung auszugleichen, befindet sich innerhalb des Gehäuses ein Kompressor, der den überhöhten Gasdruck in den Druckluftbehälter abpumpt. Dieser Kompressor befindet sich deshalb innerhalb des Gehäuses, damit keine Leckagen in die Atmosphäre innerhalb des Kompressorsystems entstehen.In order to compensate for the increase in pressure caused by solar radiation and normal daily warming, there is a compressor inside the housing that pumps the excessive gas pressure into the compressed air tank. This compressor is therefore located inside the housing so that there are no leaks into the atmosphere inside the compressor system.

Das automatisch gesteuerte Ventil (5) erhöht den Druck im Gehäuse bei Druckabfall, z.B durch Temperaturabfall, Leckagen im Gehäuse (9).The automatically controlled valve (5) increases the pressure in the housing in the event of a drop in pressure, eg due to a drop in temperature, leakages in the housing (9) .

Der außerhalb des Gehäuses (9) montierte Kompressor dient als Ausgleich der Leckagen des Gehäuses (9) in die Atmosphäre.The outside of the case (9) mounted compressor serves to compensate for leakages in the housing (9) into the atmosphere.

BezugszeichenlisteReference symbol list

(1)(1)
Ventil, nur während des Befüllens in BetriebValve, only in operation during filling
(2)(2)
automatisch gesteuerte Ventile für den Ausgleich des „Null Druck Punktes“automatically controlled valves for the compensation of the "zero pressure point"
(3)(3)
ÜberdruckventilPressure relief valve
(4)(4)
Gasbefüllstutzen mit VentilGas filler neck with valve
(5)(5)
automatisch gesteuerte Druckausgleichsventileautomatically controlled pressure compensation valves
(6)(6)
diskontinuierliche Kurvenscheibendiscontinuous cams
(7)(7)
Kurbelwellecrankshaft
(8)(8th)
ArbeitskolbenWorking piston
(9)(9)
unter Druck stehendes Gehäusepressurized housing

Claims (16)

Stirlingmotor, ausgeführt als großvolumiger Flachplatten Doppelstirling mit nur einer Kurbelwelle in einem unter Gasdruck stehendem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Zylinder der Arbeitskolben (8) sich gegenüber liegend befinden.Stirling engine, designed as a large-volume flat plate double Stirling with only one crankshaft in a housing under gas pressure, characterized in that the two cylinders of the working pistons (8) are located opposite one another. Stirlingmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pleulstangen beider Arbeitskolben (8) auf einer Kurbel der Kurbelwelle (7) montiert sind.Stirling engine after Claim 1 , characterized in that the connecting rods of both working pistons (8) are mounted on a crank of the crankshaft (7). Stirlingmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Zylinders an den Zylinderwänden sowie deren Ober- und Unterseite für die warme und kalte Seite getrennte Rohre montiert sind. In diesem Zylinder befindet sich der Verdrängerkolben.Stirling engine according to one of the preceding claims, characterized in that separate tubes are mounted inside the cylinder on the cylinder walls and their top and bottom for the hot and cold side. The displacement piston is located in this cylinder. Stirlingmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch diese Rohre das jeweilige warme bzw. kalte Medium fließt.Stirling engine according to one of the preceding claims, characterized in that the respective warm or cold medium flows through these tubes. Stirlingmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Zylinder für den Verdrängerkolben ein Ventil (1) montiert ist, dass nur für den Druckausgleich zwischen Gehäuse (9) und Stirlingmotor während des Befüllens des Gehäuses (9) zuständig ist.Stirling engine according to one of the preceding claims, characterized in that a valve (1) is mounted on the cylinder for the displacement piston, which valve is only responsible for the pressure compensation between the housing (9) and the Stirling engine while the housing (9) is being filled. Stirlingmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Zylinder für den Verdrängerkolben ein oder mehrere automatisch gesteuerte Ventile (2) montiert sind, die für den Ausgleich des „Null Druck Punktes“ zuständig sind.Stirling engine according to one of the preceding claims, characterized in that one or more automatically controlled valves (2) are mounted on the cylinder for the displacement piston, which are responsible for the compensation of the "zero pressure point". Stirlingmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängerkolben diskontinuierlich über Kurvenscheiben (6) angetrieber und gesteuert werden.Stirling engine according to one of the preceding claims, characterized in that the displacement pistons are driven and controlled discontinuously via cam disks (6). Stirlingmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheiben (6) durch Zahnriemen von der Kurbelwelle (6) angetrieben werden.Stirling engine according to one of the preceding claims, characterized in that the cam discs (6) are driven by toothed belts from the crankshaft (6). Stirlingmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich innerhalb des Gehäuses (9) ein Kompressor befindet, der den überhöhten Gasdruck in den Druckluftbehälter ausgleicht.Stirling engine according to one of the preceding claims, characterized in that there is a compressor within the housing (9) which compensates for the excessive gas pressure in the compressed air tank. Stirlingmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der neue Doppelstirlingmotor mit den in den Ansprüchen 1 bis 10 beschriebenen Komponenten in einem geschlossenen Gehäuse (9) befindet in dem ein Gasüberdruck zum atmosphärischen Luftdruck herrscht.Stirling engine according to one of the preceding claims, characterized in that the new double Stirling engine with the in the Claims 1 to 10th Components described in a closed housing (9) in which there is a gas pressure to atmospheric air pressure. Stirlingmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich am Gehäuse (9) ein Gasbefüllstutzen mit Ventil (4) befindet.Stirling engine according to one of the preceding claims, characterized in that there is a gas filler neck with valve (4) on the housing (9). Stirlingmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich am Gehäuse (9) ein Überdruckventil (3) befindet.Stirling engine according to one of the preceding claims, characterized in that there is a pressure relief valve (3) on the housing (9). Stirlingmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere automatisch gesteuert(e) Ventil(e) (5) den Druck im Gehäuse bei Druckabfall, z.B. durch Temperaturabfall, Leckagen im Gehäuse (9) ausgleicht.Stirling engine according to one of the preceding claims, characterized in that one or more automatically controlled valve (s) (5) compensates for the pressure in the housing in the event of a pressure drop, for example due to a drop in temperature, leakages in the housing (9). Stirlingmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich außerhalb des Gehäuses (9) ein Kompressor befindet, der die Leckagen des Gehäuses (9) ausgleicht.Stirling engine according to one of the preceding claims, characterized in that there is a compressor outside the housing (9) which compensates for the leaks in the housing (9). Stirlingmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Pumpen für den Medientransport der warmen und kalten Medien im Zylinder des Verdrängerkolbens außerhalb des Gehäuses (9) befinden.Stirling engine according to one of the preceding claims, characterized in that the pumps for the media transport of the hot and cold media are located in the cylinder of the displacement piston outside the housing (9). Stirlingmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Tür im Gehäuse (9) befindetStirling engine according to one of the preceding claims, characterized in that there is a door in the housing (9)
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AT524890A1 (en) * 2021-03-26 2022-10-15 Hofbauer Fritz hot fluid machine
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