DE3050315C2 - Modul zum Aufbau eines nach dem Stirling-Prinzip mit geschlossenem Kreislauf arbeitenden, doppelt wirkenden Vierzylinder-Heißgasmotors - Google Patents

Description

1. Die Verbindungen zwischen dem oberen warmen Teil der Zylinder und den Regeneratoren müssen in der Erhitzervorrichtung derart verlegt werden, daß eine zur Wärmeübertragung zweckmäßige Fläche erhalten wird.

2. Die Verbindungen zwischen dem unteren kalten Teil der Zylinder und den Kühlern müssen kurz sein, d. h. ihr Volumen muß in einem angemessenen Verhältnis zum Zylindervolumen stehen, und untereinander gleich lang sein.

3. Die vier Kolbenstangen sollten mit Hilfe eines einzigen Elements mechanisch gekuppelt werden. Das Element sollte von einfacher, auf bekannte Technik beruhender Konstruktion und beispielsweise eine Kurbelwelle üblicher Art sein.

4. Ein einfacher und kompakter Aufbau der Zylinder und der Regenerator/Kühlereinrichtungen ist erwünscht. Der warme und der kalte Teil des Zylinderblockes sollten leicht voneinander trennbar sein.

Die Reibungsverluste der mechanischen Kraftüber-

tragung müssen niedrig gehalten werden, weshalb die Anzahl beweglicher Teile und Lagerflächen auf ein Mindestmaß gesenkt werden sollte.

Es empfiehlt sich einen Stirling-Motor mit einer Erhitzervorrichtung zu versehen, welche die Verwendung von nicht nur gasförmigen, flüssigen und pulverförmigen Brennstoffen, sondern auch festen Brennstoffen sowie Wärmebatterien, d. h. die Ausbeutung von Wärmeenergie, beliebiger Art gestattet, und eine einfache Rohrverlegung zwischen Zylindern und Regeneratoren ermöglicht

Als Erhitzervorrichtung kann hierzu ein bekanntes sogenanntes Wärmerohr angewendet werden, in welchem das zyklische Verdampfen und Kondensieren eines Mediums zum Transport von Wärme herangezogen wird. Durch geeignete Wahl des Mediums im Wärmerohr können nahezu isotherme Verhältnisse bei einer für Stirling-Motoren zweckmäßigen Arbeitstemperatur von 700—900⁰C geschaffen werden. Bei dieser Temperatur beträgt der Temperaturunterschied im Wärmerohr nur etwa 5° C. Ein geeignetes Medium ist ein reines Natrium oder ein Eutektikum von Natrium und anderen Stoffen. Bezüglich der Wärmequelle, die dem Wärmerohr Wärme zuführen soll, und demzufolge für den Brennstoff besteht freie Wahl, solange eine geeignete Arbeitstemperatur aufrechterhalten werden kann. Für die Anbringung der Wärmequelle besteht große Freiheit, da der Wärmetransport in einem Wärmerohr schnell und unter geringen Wärmeverlusten geschehen kann.

Aus dem Gesichtspunkt der Herstellung und des Unterhalts empfiehlt es sich, die Erhitzervorrichtung, d. h. das Wärmerohr, in zweckmäßige Einheiten zu unterteilen. Die Wirkungen der thermischen Expansion müssen berücksichtigt werden, da die warmen Teile des Motors sich kräftig ausdehnen und dessen kalte Teile in geringem Ausmaß expandieren. Dies gilt auch wenn die Erhitzervorrichtung in gesonderte Einheiten aufgeteilt wird.

Insbesondere im Rohrleitungsbau ist es bekannt, flexible Elemente, wie Faltenbälge und dergl., als Dehnungs-Kompensatoren zu verwenden, um Materialspannungen infolge von unterschiedlichen Wärmedehnungen zu verhüten. Aus dem gleichen Grunde wurde bei Gasturbinen-Anlagen auch schon die Kühleinrichtung in zwei Teile mit getrennter Kühlmittelversorgung aufgeteilt (»Design of Piping Systems«, New York, 1965, Seite 210—219; »Gasturbinen« von N. Gasparovic, Düsseldorf 1967.Seite 73-78).

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Modul zum Aufbau eines nach dem Stirling-Prinzip mit geschlossenem Kreislauf arbeitenden, doppelt wirkenden Vierzylinder-Heißgasmotors mit einer von einer beliebigen Wärmequelle und insbesondere einem Wärmerohr beheizten Erhitzereinheit zu schaffen, bei dem das Auftreten von Wärmespannungen zwischen heißen und kalten Teilen vermieden ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Modul der eingangs erwähnten Art gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß

a) ein erster Teil jedes der zwei Kühlerrohrsysteme des MoUuIs durch flexible erste Kühlerrohre gebildet ist, die in einem flexibel mit dem zugehörigen Regenerator verbundenen Kühlergehäuse liegen, und

b) daß ein zweiter Tt-'il des jeweiligen Kühlerrohrsystems durch an die ersten Kühlerrohre angeschlossene zweite Kühlcrrohre gebildet ist, die in einem zur starren Verbindung mit dem Kopiergehäuse einerseits und mit dem zugehörigen Zylinder im Motorblock andererseits eingerichteten Anschlußstück liegen.

Dadurch, daß das Kühlergehäuse und der Regenerator flexibel miteinander verbunden sind und die Kühlerrohre im Kühlergehäuse flexibel sind, können thermische Expansionsbewegungen einwandfrei aufgenommen werden, während die Anforderungen an eine hermetische Abdichtung des Arbeitsmediums und des Kühlmediums des Motors sich einfach befriedigen lassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 schematisch einen doppelt wirkenden Stirling-Vierzylindermotor,

F i g. 2 schematisch eine Zylinderanordnung bei einem Stirling-Motor in Draufsicht,

F i g. 3 schematisch eine andere Zylinderanordnung bei einem Stirling-Motor in Draufsicht, F i g. 4 ein erfindungsgemäßes Modul im Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 3,

Fig. 5 schematisch Anschlußstücke zwischen Zylindern und Kühlern an zwei Modulen, die der Zylinderanordnung nach F i g. 3 entsprechen, und Fig.6 schematisch Anschlußstücke zwischen Zylin-

jo dem und Kühlern an zwei Modulen, die der Zylinderanordnung nach F i g. 2 entsprechen.

Das erfindungsgemäße Motormodul wird im Anschluß an einen Stirling-Motor beschrieben, welcher den in Fig. 2 und 3 gezeigten geometrischen Aufbau in

j5 bezug auf die Anordnung der Zylinder und der Regenerator/Kühlereinrichtungen aufweist. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf einen Stirling-Motor mit diesem geometrischen Aufbau beschränkt. Bevor auf eine genauere Beschreibung eines solchen,

w zum Aufbau eines doppelt wirkenden Stirling-Vierzylindermotors dienenden Moduls eingegangen wird, soll zunächst die Arbeitsweise eines doppelt wirkenden Stirling-Vierzylindermotors unter Hinweis auf Fig. 1 beschrieben werden, wo vier Zylinder la, Xb, Xc, Ic/mit

4> zugehörigen Kolben 2a, 2b, 2c und 2d gezeigt sind. Zu jedem Zylinder la, Xb, lc, Xd gehört auch eine Regenerator-Kühlereinrichtung 3a, 3b, 3c, 3d, die jeweils aus einem oben liegenden Regenerator 4a, 4b, Ac und 4d und einem unten liegenden Kühler 5a, 5b, 5c, 5d

><i besteht, die miteinander in Verbindung stehen. Jeder Zylinder la— \d enthält oberhalb des entsprechenden Kolbens 2a—2d einen oberen warmen Raum und unterhalb des Kolbens 2a—2c/ einen oberen warmen Raum und unterhalb des Kolbens 2a—2d einen unteren

■>") kalten Raum.

Der warme Raum jedes der Zylinder la, \b, Xc, \d steht über ein Erhitzerrohrsystem 6a, 6b, Sc, 6c/mit dem zugehörigen Regenerator 4a—4c/in Verbindung. Jedes Erhitzerrohrsystem 6a—6c/ bildet eine Erhitzereinheit

fao und erstreckt sich in eine Erhitzervorrichtung 7 hinein. Der Kühler 5a, 5£>, 5cund 5c/jedes Zylinders la, \b, Xc, Xd steht über ein Kühlerrohrsystem 8a, 8b, 8c, 8c/ mit dem kalten Raum des nächsten Zylinders Xb. lc, Ic/, la in Verbindung. Die Zylinder Xa-Xd, die Erhitzerrohrsysteme 6a—6c/, die Regenerator-Kühlereinrichtungen 3a—3d und die Kühlerrohrsysteme 8a—8c/bilden somit ein völlig geschlossenes System, in welchem Arbeitsgas, üblicherweise Wasserstoff oder Helium, enthalten ist

Erhitzervorrichtungen des betreffenden Motors gezeigt, die aus zwei identischen gesonderten Erhitzereinheiten Ta und Tb bzw. T'a und T'b bestehen. Die Erhitzereinheiten Ta, Tb, T'a, T'b sind in je einem Modul 9'a, 9'b, 9"a bzw. 9"b mit enthalten. Jedes Modulpaar besteht aus zwei identischen Modulen. Die zu jedem Modul gehörenden Teile sind in dem Bereich der F i g. 2 und 3 zu finden, der von den der zugehörigen Erhitzereinheit entsprechenden strichpunktierten Linien begrenzt ist.

Jede Erhitzereinheit Ta, Tb, T'a, T'b entspricht dem Kondensierungsabschnitt eines Wärmerohres. Jede Erhitzereinheit steht mit einem in F i g. 2 und 3 nicht gezeigten Verdampfungsabschnitt über einen wärmeisolierten Transportabschnitt 14'a, Wb, Wa bzw. 14"£> in Verbindung. Die Erhitzereinheiten sind ebenfalls wärmeisoliert. Die Erhitzereinheiten sind oberhalb der übrigen Elemente des jeweiligen Motormoduls angeordnet. Das Erhitzerrohrsystem 6'a—6'c/, 6"A—6"d jedes Moduls ist in der zugehörigen Erhitzereinheit angeordnet, um dort Wärme zum Erhitzen des Arbeitsgases des Motors aufzunehmen.

Ein Motormodul soll nun unter Hinweis auf Fig.4 näher beschrieben werden. Die Figur zeigt ein Modul für die in Fig.3 dargestellte Zylinderanordnung im Schnitt nach der Linie V-V in F i g. 3.

In Fig.4 ist die Erhitzereinheit T'b des Moduls 9"b gezeigt, welche wie erwähnt dem Kondensierungsabschnitt eines Wärmerohres entspricht und deshalb inwendig mit einem porösen Material ausgekleidet ist, das durch die Wirkung der Kapillarkraft Flüssigkeit zu fördern vermag und das den Docht 15 des Wärmerohres bildet. Die Erhitzereinheit T'b ist außen mit einer zweckmäßigen Wärmeisolierung (nicht gezeigt) umkleidet.

Der Zylinder Ic ist in einen oberen Zylinderteil Yc, der Teil des Moduls 9"b ist, und einen unteren Zylinderteil l"caufgeteilt, welcher im Motorblock 5 des Motors angeordnet und kein Teil des Moduls 9"b ist. Der obere Zylinderteil Vc erstreckt sich in die Erhilzereinheit T'b und ist dichtend mit deren unterer Wand durch Löten fest verbunden. Der obere Zylinderteil Vc hat einen unteren Flansch 16, und der untere Zylinderteil T'chat einen oberen Flansch 17 zur starren Verbindung der Zylinderteile Vc und l"c miteinander durch Bolzen 18. Eine Dichtung ist zweckmäßigerweise zwischen den Flanschen 16 und 17 vorgesehen.

Der Regenerator 4c/der Regenerator/Kühlereinrichtung 3d des Moduls 9"b erstreckt sich in die Erhitzereinheit T'b und ist mit deren unterer Wand in der gleichen Weise wie der obere Zylinderteil Vc fest verbunden. Der Regenerator 4c/ hat einen unteren Flansch 19 und ist an einer metallischen Bodenplatte 20 mittels Bolzen 21 befestigt, die sich durch den Flansch 19 und eine nicht gezeigte Dichtung in die Platte 20 erstrecken.

Der Kühler 5d der Regenerator/Kühlereinrichtung 3d ist mit der Platte 20 durch einen Balg 22 aus metallischem Material flexibel verbunden, welcher dichtend an dem Kühler 5d und der Platte 20 durch Löten befestigt ist.

Mehrere, im wesentlichen gleich lange, flexible erste Kühlerrohre 8"c/|, von denen drei schematisch durch strichpunktierte Linien in F i g. 5 gezeigt sind, erstrekken sich vom Inneren des Regenerators 4d dichtend durch die Bodenplatte 20, den Kühler 5c/ und dichtend durch die Kühlerwand und münden in eine auf der Das Arbeitsgas wird mittels des entsprechenden Kolbens 2a—2d zwischen dem warmen Raum eines Zylinders la— \d und dem kalten Raum des nächsten Zylinders kontinuierlich hin- und hergeschoben. Dabei wird dem Arbeitsgas Wärme in dem Erhitzerrohrsystem 6a—6c/ der Erhitzervorrichtung 7 zugeführt. Die Regeneratoren 4a—4c/geben Wärme an das Arbeitsgas ab, wenn das Gas von einem kalten Raum in einen warmen Raum bewegt wird, und speichern Wärme, wenn das Arbeitsgas von einem warmen Raum in einen kalten Raum bewegt wird. Die Kühler 5a—5c/nehmen die während der Kompression des Arbeitsgases frei werdende Wärme auf. Hierdurch wird die Temperatur des Arbeitsgases sowohl auf der warmen Seite als auch auf der kalten Seite im wesentlichen konstant gehalten.

Bei der in F i g. 2 dargestellten Zylinderanordnung sind die vier Zylinder la— id mit den Zylinderoberteilen Va-Vd in einer Reihe nebeneinander längs einer Geraden angeordnet, wobei die Abstände zwischen benachbarten Zylindern gleich groß sind. Die vier Regenerator/Kühleinrichtungen 3a—3d sind längs eines Kreises gleichförmig verteilt, dessen Achse sich durch einen Punkt in der Mitte zwischen den beiden mittleren Zylindern \b und Ic erstreckt und die Gerade unter einem rechten Winkel schneidet.

Jeder Kühler 5a, 5b, 5c, 5c/ steht über ein Kühlerrohrsystem 8'a, 8'£>, 8'c, 8'c/mit dem kalten Raum des nächsten Zylinders Ic, la, Ic/und 16 in Verbindung. Die vier Kühlerrohrsysteme 8'a—8'c/ sind im wesentlichen gleich lang.

Der warme Raum jedes Zylinders la, \b, Xc, Ic/steht mit dem entsprechenden Regenerator 4a—4c/ über ein Erhitzersystem 6'a, 6't>, 6'c und 6'c/ in Verbindung, welches sich nach oben in die Erhitzervorrichtung erstreckt.

Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung unterscheidet sich von der in Fig. 2 dargestellten dadurch, daß die Regenerator/Kühlereinrichtungen 3b und 3c die Plätze getauscht haben und daß die Kühler 5a, 5b, 5c, 5d über Kühlerrohrsysteme 8"a, S"b, 8"c bzw. 8"c/ an die Zylinder Xb, Xd, Xa bzw. Ic (Fig. 3) anstatt an die Zylinder Ic, la, Xdbzw. If)(Fig.2) angeschlossen sind.

Es sei hier erwähnt, daß die Erhitzerrohrsysteme 6'a—6'c/ und 6"a—6"d sowie die Kühlerrohrsysteme 8'a—8'a und 8"a—8"c/lediglich schematisch in Fig. 2 und 3 gezeigt sind. So sind die in den verschiedenen Systemen enthaltenen Rohre nicht dargestellt und es ist auch nicht veranschaulicht, wie sich diese zwischen den bezüglichen Teilen erstrecken. Es ist nur veranschaulicht, welche Teile auf sowohl der kalten als auch der wärmen Qf»itA mitpinanHpr vprhnnHpn cinri

Wie aus F i g. 2 und 3 ersichtlich, ist die »Zündfolge«, d. h. die Reihenfolge, in welcher sich der thermodynamische Zyklus in den Zylindern abspielt, bei der Anordnung gemäß Fig. 2 a-b-d-c und bei der Anordnung gemäß Fig. 3 a-c-d-b. Diese Reihenfolgen ermöglichen die Verwendung von in günstiger Weise ausgebildeten, herkömmlichen Kurbelwellen.

Die in F i g. 2 und 3 dargestellten Zylinderanordnungen lassen sich in vierlerlei Weise abändern, indem die Reihenfolge der Regenerator/Kühlereinrichtungen 3a—3d längs des Kreises geändert wird und indem die Kühler 5a—5c/ in einer anderen Folge an die Zylinder Xa-Xd angeschlossen werden. Hierdurch können andere »Zündfolgen« erzielt werden, weiche auch die Verwendung von in günstiger Weise ausgebildeten, herkömmlichen Kurbelwellen ermöglichen.

In F i g. 2 und 3 sind durch strichpunktierte Linien die

A.uiH!ibciie des Kühlers 5c/ ausgebildete ebene Fläche 23c/. Die flexiblen ersten Kühlerrohre %"d\ sind an der Bodenplatte 20 und der Wand des Kühlers 5c/ durch Löten befestigt und bilden einen ersten Teil des Kühlenohrsystems8"c/.

l'.in rohrförmiges Anschlußstück 24c/ hat an seinen Linien fest eingelötete Endscheiben 25 und enthält mehrere durchgehende zweite Kühlerrohre 8"c/2, welche sich dichtend durch die Endscheiben 25 LTJ-.ireckt.-n und von denen drei schematisch mit strichpunktierte Linien in Fig. 5 gezeigt sind. Die /weiten Kühlerrohre 8"d2 bilden einen zweiten Teil des Kühlerrohrsystems 8"c/. Das Anschlußstück 24t/ hat Eiidflansche 26, die mit der ebenen Fläche 23c/ des Kühlers 5c/und mit einer auf der Außenseite des unteren Zylinderteils \"c ausgebildeten ebenen Fläche 27c fest verbunden sind, um über die zweiten Kühlerrohre S"dj und eine in der ebenen Fläche 27c ausgebildete Durchtrittsöffnung 28 die flexiblen ersten Kühlerrohre 8"c/| an das Innere des unteren Zylinderteils X"c anzuschließen. Das Anschlußstück 24c/ ist zweckmäßig erweise an dem Kühler 5c/ und dem unteren Z;, linderteil \"c durch nicht dargestellte Bolzen befestigt, die sich durch den entsprechenden Endflansch 26 und eine nicht gezeigte dazwischenliegende Dichlung in die Anschlußfläche 23c/bzw. 27rerstrecken.

Der Kühler 5c/weist einen Einlaß 29 und einen Auslaß

30 für Kühlmedium, üblicherweise Wasser, zur primären Kühlung des Motor-Arbeitsgases auf. Diese primäre Kühlung ist temperaturmäßig auf eine Temperatur von etwa 60 —8O⁰C begrenzt, und das Kühlmedium kann demzufolge beispielsweise zu Heizzwecken benützt wriden. In dem Kühler 5c/ist auch ein Kühlwasserteiler

31 vorgesehen.

Das Anschlußstück 24c/hat einen Einlaß 32 und einen Auslaß 33 für Kühlmedium, gewöhnlich Wasser, zur sekundären Kühlung des Motor-Arbeitsgases. Dieses Sekundärkühlen erfolgt mit einem Kühlmittel von niedrigerer Temperatur, etwa 20⁰C. wodurch das Temperaturverhältnis im Stirling-Prozeß ansteigt und infolgedessen ein höherer Wirkungsgrad erzielt wird.

Der warme Raum des Zylinders Jc- sieht über mehrere Erhitzerrohre, die das Erhitzerrohrsystem 6"c dieses Zylinders bilden und von denen drei schematisch durch strichpunktierte Linien in Fig.4 gezeigt sind, in Verbindung mit dem Inneren des Regenerators 4c des gleichen Moduls 95"ö (vgl. Fig. 3). In gleicher Weise steht das innere des Regenerators 4c/ über mehrere Erhitzerrohre, die das Erhitzerrohrsystem 6"c/ des Zylinders im gleichen Modul 9"b bilden (vgl. F i g. 3) und von denen drei schematisch durch strichpunktierte Linien in Fig 4 gezeigt sind, in Verbindung mit dem warmen Raum des Zylinders id. Die Erhitzerrohre erstrecken sich abgedichtet in den entsprechenden Zylinder und Regenerator und sind an diesen durch Löten befestigt. Der Abstand zwischen dem Zylinder Ic/ und dem Regenerator Ad ist bei der Zylinderanordnung gemäß Fig. 3 kürzer als der Abstand zwischen dem Zylinder Ic und dem Regenerator 4c. Unter Ausnützung der Freiheit, die die Verwendung von Wärmerohren als Erhitzervorrichtung gewährt, können die Erhitzerrohre in den beiden Erhitzersystemen 6"c und 6"d jedoch in einfacher Weise gleich lang gemacht werden.

Die Module 9"a und 9"b sind identisch und werden dadurch miteinander gekuppelt, daß der Kühler 5b in dem Modul 9' a mit dem im Motorblock B verankerten unteren Zylinderteil l"c/des Zylinders Xd mittels eines Anschlußstückes 24/j und der Kühler 5c in dem Modul 9"i> mit dem im Motorblock B verankerten unteren Zylinderteil Va mittels eines Anschlußstückes 24c verbunden werden. Im Rahmen des jeweiligen Moduls werden der Kühler 5a im Modul 9"a und der Kühler 5c/ im Modul 9"b mit dem im Motorblock B verankerten unteren Zylinderteil l"i>bzw. T'cdes Zylinders l£>bzw. Ic mittels eines Anschlußstückes 24a bzw. 24c/ verbunden (siehe F i g. 5).

Wie oben erwähnt, unterscheiden sich die in Fig. 2 und 3 gezeigten Anordnungen dadurch voneinander, daß die Regenerator/Kühlereinrichtungen 3£>und 3cdie Plätze vertauscht haben und daß die Kühler 5a, 56. 5c und Sddurch die Kühlerrohrsysteme an die Zylinder Ic, la, id bzw. ld in Fig. 2 und an die Zylinder 16, id, ta bzw. lc in Fig. 3 angeschlossen sind. Demzufolge erhalten die Module 9'a, 9'b, die identisch sind und die dieselben oberen Zylinderteile und dieselben Regenerator/Kühlereinrichtungen umfassen wie die entsprechenden Module 9"a, 9"b, sowie auch die Erhitzereinheiten 7'a und Tb, die gleichfalls identisch sind, eine andere Form als die Module 9"a und 9"b und die Erhitzereinheiten 7"a und T'b. Die Module 9'a, 9'b und die Erhitzereinheiten 7'a, Tb entsprechen im übrigen völlig den Modulen 9'a, 9"ö bzw. den Erhitzereinheiten 7"a, T'b und werden demnach hier nicht näher beschrieben.

Wie aus Fig.2 und 6 ersichtlich, ist der Abstand zwischen den Kühlern 5a und 5b und dem entsprechenden Zylinder Ic bzw. ib größer als der Abstand zwischen den Kühlern 5b und 5c und dem entsprechenden Zylinder la bzw. \b. Damit die aus flexiblen ersten Kühlerrohren 8'ai, S'b\, 8'ci, S'd\ und anderen Kühlerrohren 8'a2, S't>2,8'C2,8'cfc bestehenden Kühlerrohrsysteme 8'a, S'b, S'c bzw. 8'd gleich lang gehalten werden können, sind nicht sämtliche Anschlußstücke 24a—24c/ gerade wie bei den Modulen 9"a, 9"b, sondern die Anschlußstücke 24£> und 24c haben eine gekrümmte Gestalt. Aus diesem Grunde liegen die Anschlußflächen 23i>bzw. 23cder Kühler 56 bzw. Scden Anschlußflächen 27a bzw. 27d der entsprechenden unteren Zylinderteile l"a bzw. l"c/nicht parallel gegenüber.

Die Module 9'a und 9'b sind identisch und werden dadurch zusammengekuppelt, daß der Kühler 5a im Modul 9'a durch das Anschlußstück 24a mit dem im Motorblock B verankerten unteren Zyündertei! \"c des Zylinders 1 c und der Kühler 5c/ im Modul 9'b durch das Anschlußstück 24c/ mit dem im Motorblock B verankerten unteren Zylinderteil Vb des Zylinders Xb verbunden wird. Im Rahmen des jeweiligen Moduls wird der Kühler 5b im Modul 9'a und der Kühler 5cim Modul 9'b durch das Anschlußstück 246 bzw. 24c mit dem im Motorblock B verankerten unteren Zylinderteil X"a bzw. !"t/des Zylinders iabzw. Xdverbunden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Modul zum Aufbau eines nach dem Stirling-Prinzip mit geschlossenem Kreislauf arbeitenden, doppelt wirkenden Vierzylinder-Heißgasmotors, bei dem jeder Zylinder einen den jeweiligen Zylinderraum in einen oberen warmen und einen unteren kalten Raum unterteilenden Kolben enthält und jedem Zylinder eine aus einem oben liegenden Regenerator und einem unten liegenden Kühler bestehende Regenerator/Kühleinrichtung zugeordnet ist, die ein Kühlerrohrsystem aufweist, das von dem Inneren des jeweiligen Regenerators durch den entsprechenden Kühler in den unteren kalten Raum des jeweils nächstfolgenden Zylinders führt, mit einer Erhitzereinheit für jeweils zwei Zylinder mit den einzelnen Zylindern zugeordneten Erhitzerrohrsystämen, die sich jeweils von dem oberen warmen Raum des entsprechenden Zylinders durch die Erhitzereinheit in den Regenerator der dem jeweiligen Zylinder zugeordneten Regenerator/ Kühlereinrichtung erstrecken, dadurch gekennzeichnet,

a) daß ein erster Teil jedes der zwei Kühlerrohrsysteme (ß'a—S'd; &"a—S"d) des Moduls durch flexible erste Kühlerrohre (8'at — 8'd\; 8"ai — &"d)) gebildet ist, die in einem flexibel mit dem zugehörigen Regenerator verbundenen Kühlergehäuseliegen, und

b) ein zweiter Teil des jeweiligen Kühlerrohrsystems (S'a—S'd; 8"a—8"d) durch an die erste Kühlerrohre angeschlossene zweite Kühlerrohre (8'a₂—i'dr, 8"a₂—8"a₂) gebildet ist, die in einem zur starren Verbindung mit dem Kühlergehäuse einerseits und mit dem zugehörigen Zylinder im Motorblock andererseits eingerichteten Anschlußstück (24a—?Ad) liegen.

2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kühlergehäuse einen Einlaß (29) und einen Auslaß (30) für Kühlmittel zur primären Kühlung des Arbeitsgases aufweist und daß jedes Anschlußstück (24a-24c/; einen Einlaß (32) und einen Auslaß (33) für Kühlmittel zur sekundären Kühlung des Arbeitsgases aufweist.

Die Erfindung betrifft ein Modul zum Aufbau eines nach dem Stirling-Prinzip mit geschlossenem Kreislauf arbeitenden, doppelt wirkenden Vierzylinder-Heißgasmotors, bei dem jeder Zylinder einen den jeweiligen Zylinderraum in einen oberen warmen und einen unteren kalten Raum unterteilenden Kolben enthält und jedem Zylinder eine aus einem oben liegenden Regenerator und einem unten liegenden Kühler bestehende Regenerator/Kühlereinrichtung zugeordnet ist, die ein Kühlerrohrsystem aufweist, das von dem Inneren des jeweiligen Regenerators durch den entsprechenden Kühler in den unteren kalten Raum des jeweils nächstfolgenden Zylinders führt, mit einer Erhitzereinheit für jeweils zwei Zylinder mit den einzelnen Zylindern zugeordneten Erhitzerrohrsystemen, die sich jeweils von dem oberen warmen Raum des entsprechenden Zylinders durch die Erhitzereinheit in den Regenerator der dem jeweiligen Zylinder zugeordneten Regenerator/Kühlereinrichtung erstrecken.

Aus der DE-OS 24 02 289 ist ein aus zwei solchen Moduln bestehender doppelt wirkender Vierzylinder-Heißgasmotor nach dem Stirling-Prinzip bekannt Jeder der beiden Moduln dieses Heißgasmotors weist eine einen Teil der Gesamt-Erhitzervorrichtung für das Arbeitsgas des Motors bildende Erhitzer-Baueinheit auf, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß in die jeweils mit einem nachgeschalteten Luftvorwärmer verbundene Brennkammer einer Erhitzerbaueinheit zwei Erhitzer benachbart angeordneter Zylinder ragen. Abgesehen von dieser speziellen Ausbildung der beiden Erhitzer-Baueinheiten sind aber keine konstruktiven Details des Motors geoffenbart.

In einem doppelt wirkenden Stirling-Motor schieben die Kolben Arbeitsgas zwischen einem warmen Raum und einem kalten Raum hin und her und übertragen mechanische Arbeit auf eine Antriebswelle. Die Kolben eines doppelt wirkenden Stirling-Motors sind thermodynamisch aufeinander abgestimmt, und jeder Kolben arbeitet gleichzeitig in zwei Zyklen, wobei die warme Oberseite eines Kolbens mit der kalten Unterseite des nächsten Kolbens zusammenwirkt. Dies bedeutet, daß der Stirling-Motor zumindest drei Zylinder mit zusammenwirkenden Kolben aufweisen muß. Der optimale Wirkungsgrad wird bei der Verwendung von 4—6 Zylindern erhalten. Das Arbeitsgas wird kontinuierlich zwischen dem warmen Raum oberhalb des Kolbens in einem Zylinder und dem kalten Raum unterhalb des Kolbens im nächsten Zylinder hin- und her bewegt. Zwischen diesen Räumen strömt das Arbeitsgas durch eine Erhitzervorrichtung, einen Regenerator und einen Kühler. Wärme wird dem Arbeitsgas in der Erhitzervorrichtung zugeführt. Der Regenerator gibt Wärme an das Arbeitsgas ab, wenn dieses Gas von der kalten Seite zu der warmen Seite bewegt wird, und speichert Wärme, wenn das Arbeitsgas in der entgegengesetzten Richtung bewegt wird. Der Kühler nimmt die bei der Kompression des Arbeitsgases frei werdende Wärme auf.

Hierdurch wird die Temperatur des Arbeitsgases sowohl auf der warmen Seite als auch auf der kalten Seite im wesentlichen konstant gehalten.

Ein doppelt wirkender Stirling-Vierzylindermotor soll die nachfolgenden Anforderungen und Wünsche erfüllen: