DE3705053A1 - Einfachstirlingmotor - Google Patents

Description

Obwohl bereits 1816 das erste Patent auf einen Stirlingmotor erteilt wurde und nach dem Stillstand der Entwicklung um die Jahrhundertwende etwa ab 1950 sehr viel Geld und Entwick­ lungsenergie in dieses vernünftige Prinzip investiert wurden, ist die wesentliche Voraussetzung des Stirling-Prinzips, die isotherme Verdichtung und Expansion bis heute nicht verwirklicht worden.

Wenn man weiterhin unser ganzes Wissen über Ökologie, Entropie und die Chancen auf ein humanes Weiterleben zusammenfaßt, so wird die Umrüstung des Verschleißzeitalters in ein wie immer strukturiertes Solarzeitalter die alte, ungelöste Aufgabe in den Mittelpunkt der Energietechnik stellen. Human akzeptable Energie kann langfristig nur aus solaren Jahreswärmespeichern kommen. Also steht den zukünftigen Kraftmaschinen nur das relativ geringe Wärmegefälle von 60-70 Grad Celsius zwischen solarem Vorlauf und mittlerer Außentemperatur zur Verfügung, in Sonderfällen einige hundert Grad.

Die Erfindung soll mit einfachen Mitteln, leise, umweltneutral, langlebig und von jedermann/frau reparierbar diese sehr alte und doch völlig aktuelle Aufgabe lösen: Zu

Fig. 1 In zwei senkrecht stehenden Zylindern (Gefäßen) (1) steht ein Wärmeträger (4) mit definiertem Niveau.

Als Wärmeträger (4) eignen sich zahlreiche Flüssigkeiten, auf der Heizseite (6) auch Schmelzen diverser Stoffe. Im oberen Teil der Zylinder (1) arbeiten Kolben (2), die ein klassisches Stirlingtriebwerk (8) und (9) mit um 90 Grad versetzter Geometrie, oder jede andere Art von mechanischer Stirlingsteuerung.

Zwischen Kolben und Niveau des Wärmeträgers befindet sich ein beliebiges Gas, vorzugsweise Luft oder Stickstoff. Das Gas kann unter atmosphärischen Druck oder aufgeladen unter höherem Druck arbeiten.

Der rechte Wärmeträger kann bei (6) beheizt werden, der linke wird bei (5) gekühlt.

Die Stirlinggeometrie der Anordnung von (8) mit Schwungrad (9) schieben das zwischen Kolbenunterseite und Wärmeträgerniveau eingeschlossene Gas im bekannten Stirlingrhythmus vom linken zum rechten Zylinder (1) über den Regenerator (7).

Der wesentliche Teil dieser einfachen Stirlingmaschine sind nun die unter den Kolben (2) angebrachten Wärmetauschstrukturen (3). Die Oberfläche und die Struktur von (3) werden so gewählt, daß beim Niedergehen des linken Kolbens im linken Zylinder nahezu isotherme Kompression erreicht wird.

Es besteht große konstruktive Freiheit bei der Wahl von (3) in Form von Nadeln, Netzen, Gittern, Draht, Platten, Röhren, Wolle, Filz, Körnern oder Kugeln.

Um die Bewegungs-, Eintauch- und Austauchverluste klein zu halten natürlich vorwiegend sehr dünne Längsstrukturen. Sinngemäßes gilt für den rechten Zylinder, der bei richtiger Wahl von Struktur und Material von (3) nahezu isotherme Expansion ermöglicht.

Der theoretische Grenzwert eines Kreisprozesses zwischen dem Temperaturniveau von (6) und (5) ist naturgesetzlich gleich dem Carnot-Prozeß.

Obwohl diese Maschine vorzugsweise zur Ausnützung niedriger Temperaturgefälle geeignet erscheint kann sie auch bei sinngemäßer Materialwahl und geeignetem Wärmeträger für höhere Heiztemperaturen verwendet werden.

Im Prinzip ist die Maschine aber nicht nur eine Wärme-Kraft­ maschine mit einfachstem Aufbau, sondern jederzeit als Wärmepumpe und Kältemaschine verwendbar.

Als besonderer Vorteil dieser einfachen Konstruktion ist auch die Möglichkeit anzusehen, ab der 4-Zylinderanordnung einen angemessenen Massenausgleich aufbauen zu können, weiterhin die gute Eignung für Aufbau von Baukasten und Selbstbausystemen jeder Leistungsklasse.

Das bevorzugte Einsatzgebiet ist aber die "Allgemeine Wärme-Kraftkopplung" in Haushalt und Industrie, die Abwärme­ nutzung und eine zweite Entwicklungshilfe in Konkurrenz zur Fotovoltaik aber ohne High-techelemente und ohne chemische Batterien.

Bei richtiger Wahl von Drücken, Werkstoffen, Lagern und inneren Verlusten können Maschinen konstruiert werden, die mit einfachen Pflegemaßnahmen 50 000 oder 100 000 Stunden und auch mehr laufen können.

Das heißt eine Stirlingmaschine dieser Art ist ein brauch­ bares und dringend notwendiges Hilfsmittel um mit Rohstoffen, Energie und Hilfsmitteln sparsam umzugehen.

Da das Innenleben dieser Maschine jedermann/jederfrau erklärt werden kann ist die soziale Akzeptanz zur Abrüstung in Haus, Küche und Betrieb von vornherein gegeben.

Claims (3)

1. Einfachstirlingmotor, dadurch gekennzeichnet, daß in zwei oder mehr Arbeitszylindern (1) unter den Kolben (2) Wärmetauschstrukturen (3) angebracht sind, die in einen Wärmeträger (4) ein und austauchen können und über Regenerator (7), Heizung (6), Kühlung (5), Kurbelwelle oder Antrieb (8), sowie Schwungrad (9) mit dem zwischen den Koben (2) und Wärmeträger (4) eingeschlossenen Gasvolumen einen nahezu isothermen und verlustarmen Stirling oder Carnot-Kreisprozeß ermöglichen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschgine angetrieben wird und als Wärmepumpe oder Kältemaschine arbeitet.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Geräte nach Anspruch 1 mit solchen nach Anspruch 2 in eine Funktionseinheit zusammengefaßt sind.