DE2155162C3 - Vorrichtung zur Veränderung der Ausgangsleistung einer Stirling-Maschine - Google Patents

Description

F i g. 1 zeigt ein zylindrisches Gehäuse 1, das einen

Kühler 2 und einen Raum 3 unterhalb des Kühlers 2 aufweist wobei der Raum 3 über einen Kanal 4 mit

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verände- 40 einer in F i g. 1 nicht gezeigten Druckkammer in Verrung der Ausgangsleistung einer Stirling-Maschine bindung steht

durch Veränderung des mittleren Drucks des gasförmigen Arbeitsmediums, mit einem Behälter, Verbindungseinrichtungen zum Verbinden des Behälters mit dem Kühlbereich des Maschinenzylinders, der ein gasförmiges Medium niedriger Temperatur enthält und Steuereinrichtungen zum Steuern dieser Verbindungseinrichtungen für jeden Zylinder mit einem Rückschlagventil, das jederzeit einen Durchtritt des gasförmigen Medi-

50 Eine erste Wand 5 trennt den Raum 3 von der ersten Kammer 6. Eine zweite Wand 7 trennt die Kammer 6 von der zweiten Kammer 8, und eine dritte Wand 9 trennt die Kammer 8 von einer dritten Kammer 10.

Ein Ventilrohr U erstreckt sich koaxial und zentrisch durch die drei Kammern 6,8 und 10 und schließt dicht gegen die rohrförmigen Flansche 12 und 13 der Wände 7 und 9 ab. An der Oberseite des Ventilrohrs 11 ist ein Rückschlagventil 14 axiaä beweglich angeordnet das durch eine Schraubendruckfeder 15 nach unten gedrückt wird, die bestrebt ist eine Berührung zwischen dem Rückschlagventil 14 und der ersten Wand 4 herzustellen, jedoch eine Aufwärtsbewegung des Rück-

ums aus dem Behälter zu dem Kühlbereich des Maschi nenzylinders hin ermöglicht

Zur Steuerung der Ausgangsleistung sind Einrichtungen dieser Art bekannt bei denen die Steuerung durch Drosselung der Verbindung zwischen dem jeweiligen

Maschinenzylinder und dem Ausgleichsbehälter erfolgt 55 schlagsventils 14 und einen Durchtritt des Mediums Diese Lösung ermöglicht zwar eine sehr schnelle Ver- durch eine Öffnung 16 in der Wand 4 im Falle, daß der änderung der Ausgangsleistung und ist billig in der Druck innerhalb der Kammer höher als in dem Raum 3 Herstellung und zuverlässig im Betrieb, führt jedoch zu ist, gestattet Das Rückschlagventil 14 ist in Drehrichtung gegen das Ventilrohr 11 festgelegt Das Ventilrohr 60 11 kann in Drehrichtung um seine Längsachse durch es bekannt, zwischen einen Arm 17 gedreht werden, der an einem festen Ansatz 18 des Ventilrohrs 11, der durch den Boden 19 des

einem schlechten Wirkungsgrad im Teilleistungsbereich.

Aus der FR-PS 1 562 666 ist dem Behälter und dem Arbeitsraum des Maschinenzylinders ein Rückschlagventil anzuordnen, das jederzeit den Abbau eines höheren Druckes in dem Behälter gestattet Eine vergleichbare Lösung für Mehrzylindermaschinen zeigt die DTOS 1 808 407.

Die US-PS 2 794 315 und 3 372 539 zeigen Heißgasmaschinen, bei denen ebenfalls die Leistungsregelung

Zylinders 1 hindurchtritt befestigt ist.

Drosseldurchlässe 20 und 21 sind in der zweiten Wand 7 und der dritten Wand 9 vorgesehen.

Wenn das Rückschlagventil 14 geschlossen ist wie es in Fig.7a gezeigt ist ermöglichen es Druckveränderungen in dem Raum 3, der über den Kanal 4 mit einer

Druckkammer des Maschinenzylinders verbunden ist, daß das gasförmige Arbeitsmedium in der Kammer 6 in .len Raum 3 während jedes Zeitraums eintritt, in dem der Druck in der- Kammer 6 höher ist. Daher entsprechen nach einem relativ kurzen Zeitraum der Druck in der ersten Kammer 6 und in der zeiten und dritten Kammer 8 und 10 dem geringsten Druck in dem Raum 3. Diese Lage entspricht der Maximalausgangsleistung der Stirling-Maschine, sofern kein änderet Ausgangsleistungsparameter geändert wird. _t0

Das Ventiirohr 11 und die Flansche 12 und 13 sind mit öffnungen in ihren jeweiligen axial überlappenden Abschnitten vorgesehen, wie insbesondere aus F i g. 2 und 3, Schnitt b, c, d, hervorgeht Das Innere des Ventilrohrs 11 ist stets mit der ersten Kammer 6 über öffnungen 22 verbunden. Wie in F i g. 2 gezeigt ist, ist die öffnung 23 in dem Flansch 12 in Winkelrichtung größer als die öffnung 24 in dem Flansch 13. Die entsprechenden öffnungen 25 und 26 in dem Venturohr 11 sind gleich groß und besitzen dieselbe Winkelstellung. Wie aus dem Schnitt d hervorgeht, kann eine öffnung 27 in dem Ventilrohr 11 mit einem Durchlaß 28 in Verbindung stehen, wenn das Ventilrohr 11 um etwa 120° im Gegenuhrzeigersinn aus der in F i g. 2 gezeigten Stellung gedreht wird.

Wie F i g. 3 zeigt, verursacht eine Winkeldrehung des Ventilrohrs 11 um etwa 90° im Gegenuhrzeigersinn eine volle öffnung des Rückschlagventils 14 und nahezu ein volles Oberlappen der öffnungen 25 und 23.

Das führt zu einer freien Verbindung des Raums 3 und der ersten und zweiten Kammern 6 und 8. Die Druckveränderungen in den Kammern 6 und 8 folgen so den Druckveränderungen in dem Raum 3.

Der Druck in der dritten Kammer 10 entspricht auf Grund des Drosseldurchlasses 21 dem Mittelwert in der Kammer 8.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet grundsätzlich wie folgt:

Wenn das Rückschlagventil 14 geschlossen ist, wird eine maximale Ausgangsleistung und ein maximaler Wirkungsgrad der Maschine erzielt «n allen Kammern 6,8 und 10 herrscht ein Minimaldruck.

Wenn der Arm 17 geschwenkt wird und das Ventilrohr 11 leicht dreht, öffnet sich das Rückschlagventil 14 nach und nach. Das führt zu einem Ansteigen des Drukkes in allen Kammern 6, 8 und 10, bis der Mitteldruck des Raums 3 in allen diesen Kammern herrscht Das führt zu einer Verringerung der Ausgangsleistung, jedoch auch zu einer Verringerung des Wirkungsgrads. Eine weitere öffnung des Rückschlagventils 14 ermöglicht eine Druckveränderung in der Kammer 6, die im wesentlichen vollständig der Druckveränderung in dem Raum 3 folgt

Eine weitere Winkelbewegung des Anns 17 zur Drehung des Ventilrohrs 11 in Öffnungsrichtung verursacht eine volle öffnung des Rückschlagventils 14, der eine zunehmende Öffnung der Verbindung zwischen den Kammern 6 und 8 folgt Der Widerstand auf Grund einer teilweise geöffneten Verbindung zu einer nächsten Kammer hui verursacht eine Senkung des Wirkungsgrads, jedoch bieten die völlig geöffneten Verbindungen einen sehr geringen Widerstand und somit eine Abnahme der Maschinenausgangsleistung zusammen mit einem geringen Rückgang des Wirkungsgrads.

F i g. 4 zeigt schematisch in senkrechtem Schnitt die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für eine Einzylinder-Stirling-Maschine.

Das Zylindergehäuse 1 enthält einen Kühler 2 und einen Wärmetauscher 30, der an seiner Oberseite mit Heizrohren 31 verbunden ist, von denen in der Zeichnung nur eines dargestellt ist Die Heizrohre 31 sind mit der Oberseite des Maschinenzylinders 32 verbunden, der einen Verschiebekolben 33 und einen Arbeitskolben 34 enthält

Der in F i g. 1 gezeigte Kanal 28 ist ebenfalls in Fig.4 zu erkennen und führt zu dem Raum unterhalb des Arbeitskolbens 34. Wenn nun der Arm 17 das Ventilrohr It vollständig in die Maschinen-Drosselstellung dreht werden die Räume auf beiden Seiten des Arbeitskolbens 34 über das Zylinderrohr kurzgeschlossen und verursachen ein vollständiges Anhalten der Maschine.

Im Falle einer Mehrzylinder-Stirling-Maschine wird ein ähnlicher Kurzschluß dadurch erzielt, daß der Kanal 28 der Einheit eines Zylinders mit dem entsprechenden Kanal 28 der Einheit des nächsten Zylinders in der Maschine verbunden wird.

Aus der Beschreibung geht hervor, daß das Ventil 14 ein Einstellventil darstellt das so eingestellt werden kann, daß es als Rückschlagventil wirkt, das stets gestattet daß das Arbeitsmedium aus dem gesamten Reservoir der Kammern 6,8 und 10 zu dem Kühler 2 und durch den Kanal 4 zu dem Kühlbereich des Maschinenzylinders 32 strömt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Vorrichtung air Veränderung der Ausgangsleistung einer Surfing-Maschine durch Veränderung des midieren Drucks des gasförmigen Arbeitsmediums, rah einem Behälter. Verbindungseinrichtungen zum Verbinden des Behälters mit dem Kühlbereich 4es Maschinenzylinder, der ein gasförmiges Medium niedriger Temperatur enthält, und Steuereinrichtungen zum Steuern dieser Verbindungseinrichtungen fur jeden Zylinder mit einem Rückschlagventil, das jederzeit einen Durchtritt des gasförmigen Mediums aus dem Behälter zu dem Kühlbereich mit Hilfe eines zusehaltbaren Gasspeichers vorgenommen wird und bei denen darüber hinaus Rückschlagventil-Kombinationen vorgesehen sind, die eine Förderung in zwei Richtungen, & h. vom Gasspeicher in den Arbeitsraum der Maschine und umgekehrt, zulassea Es handelt sich dabei jeweils um eine Kombination mehrerer Ventilorgane und Leitungen, die einen nicht unerheblichen konstruktiven Aufwand zur Folge habea

   Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ίο eine Vorrichtung der obigen Art zu schaffen, die konstruktiv einfach und kompakt ausgebildet ist und kurze Verbindungswege bedingt

   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst die da-

   des Maschinenzylinders hin ermöglicht dadurch 15 durch gekennzeichnet ist daß das Rückschlagventil gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil derart betätigbar ist daß es auch den Durchlaß in der

   entgegengesetzten Richtung ermöglicht Auf diese Weise wird mit Hilfe eines einzigen Ventils

   (14) derart betätigbar ist daß es auch den Durchfluß in der entgegengesetzten Richtung ermöglicht.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter aus einer Anzahl von getrennten Kammern (6, 8, 10) besteht die in Reihe miteinander verbunden sind, wobei die erste Kammer (6) mit dem Kühlbereich des Maschinenzylinders (32) über das Rückschlagventil (14) verbunden ist und die Verbindungen zwischen dem Kühlbereich des Maschinenzylinders (32) und der Anzahl der Kammern (6. 8. 10) durch Ventile (23 bis 26) steuerbar sind, die die Verbindungen zu den Kammern (6,8,10), ausgehend von der Seite des Kühlbereiches, nach und nach öffnen und sie in der umgekehrten Reihenfolge schließen.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurdi gekennzeichnet, daß ein Drosseldurdilaß (20, 21) zwischen allen Kammern (6. 8, 10) des Behälters vorgesehen ist.

   erreicht daß einerseits stets ein Druckausgleich zwisehen dem Behälter und dem Arbeitsraum des Zylin ders möglich ist andererseits aber eine stufenlose Steuerung der Maschinenausgangsleistung durch kontinuierliches Zuschalten des Behälters erfolgen kann.

   Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichung näher er läutert

   F i g. 1 zeigt einen schematischen Axialschnitt durch eine eifindungsgemäße Vorrichtung;

   F i g. 2a bis 2d zeigen die Stellungen von vier Ventilgliedern in den Schnitten a-a. b-b, c-c und d-d der F i g. 1 bei Maximalleistung der Maschine;

   F i g. 3a bis 3d zeigen dieselben Ventile in ihren Stellungen bei Halblastbetrieb der Maschine;

   F i g. 4 zeigt schematisch dieselben Teile eines Vielzylinder-Stirling-Motors mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.