DE3834071C2 - - Google Patents
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- H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
- H02K7/1807—Rotary generators
- H02K7/1815—Rotary generators structurally associated with reciprocating piston engines
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- 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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- F02G2244/02—Single-acting two piston engines
- F02G2244/06—Single-acting two piston engines of stationary cylinder type
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- F02G2280/00—Output delivery
- F02G2280/20—Rotary generators
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmekraftmaschine
nach dem Stirling-Prinzip oder dem Ericsen-Prinzip, mit
- (a) einem Zylinderpaar, das einen ersten Zylinder auf weist, in dem ein Kaltkolben hin und her bewegbar ist, und einen zweiten Zylinder aufweist, in dem ein Heißkolben hin und her bewegbar ist;
- (b) einer Strömungsverbindung für das Arbeitsgas zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinder;
- (c) einem Kühler, einem Regenerator und einem durch Ver brennung beheizbaren Erhitzer, die nacheinander durchströmt werden beim Strömen des Arbeitsgases von dem ersten Zylinder zu dem zweiten Zylinder und umgekehrt; und
- (d) einer Bewegungskopplung zwischen dem Kaltkolben und dem Heißkolben derart, daß der Kaltkolben dem Heiß kolben mit im wesentlichen einem Viertel der Bewe gungszykluszeit nacheilt,
- (e) wobei der Kühler und der Regenerator jeweils eine scheibenförmige Gestalt aufweisend innerhalb des ersten Zylinders angeordnet sind.
Eine Wärmekraftmaschine dieser Art, die einen kompakten
Aufbau aufweist, ist aus der US-PS 46 33 668 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakt
aufgebaute Wärmekraftmaschine der eingangs genannten Art
zur dezentralen Energieversorgung mit optimierter
Energienutzung verfügbar zu machen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Wärmekraftmaschine
erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
- (f) daß zur Schaffung eines Stromerzeugungsaggregats ein Stromgenerator mechanisch mit der Wärme kraftmaschine gekoppelt ist;
- (g) daß zur Wärmegewinnung das im Kühler erwärmte Wasser als Heizungswasser oder als warmes Brauchwasser dient bzw. zu dessen Erwärmung dient; und
- (h) daß das Erhitzerabgas der Vorerwärmung der Ver brennungsluft für den Erhitzer dient.
Es ist zwar grundsätzlich bekannt (A. Buch: Entstehungs
geschichte und Entwicklungsstand des Stirling-Motors,
in Zeitschrift Energie (1982), S. 271-274), Stirling-
Motoren zur kombinierten Strom- und Wärmeerzeugung in
Blockheizkraftwerken einzusetzen. Ferner ist es aus der
DE-OS 32 27 643 bekannt, die Enthalpie des Erhitzerab
gases eines Stirling-Motors in einem Wärmetauscher aus
zunutzen. Beides führt jedoch nicht zu der speziellen,
optimierten Energienutzung wie bei der erfindungsge
mäßen Wärmekraftmaschine/Stromgenerator-Kombination.
Die erfindungsgemäße Wärmekraftmaschine/Stromgenerator-
Kombination läßt sich so dimensionieren, daß der
Bedarf eines Hauses gedeckt wird.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
Das aus der US-PS 47 38 105 an sich bekannte Verhältnis
von Bewegungshub zu Durchmesser gemäß Anspruch 5 führt
zu hohen Wirkungsgraden und geringen Druckverlusten bei
Regenerator und Kühler.
Die aus der US-PS 47 38 105 an sich bekannte
Bewegungskopplung zwischen dem Kaltkolben und dem
Heißkolben gemäß Anspruch 6 ist konstruktiv weniger
aufwendig als eine Kurbelwelle mit zwei um 90° versetzten
Kurbelzapfen. Es ergeben sich vergleichsweise geringe,
seitliche Schwenkbewegungen der Pleuelstangen relativ
zur Bewegungsrichtung der zugeordneten Kolben.
Die Maßnahme gemäß Anspruch 7 vermeidet schmierungsbe
dürftige Gelenke zwischen den Pleuelstangen und den
Kolben.
Die aus der US-PS 47 38 105 an sich bekannte
Maßnahme gemäß Anspruch 8 führt zu vergleichsweise
längeren Pleuelstangen, bei denen die seitlichen Aus
schwenkwinkel entsprechend verkleinert sind.
Die vorstehend beschriebenen Merkmale der Wärmekraftma
schine ordnen sich dem gemeinsamen Gedanken unter, daß
- auch infolge des kleinen Hub/Durchmesser-Verhält
nisses - eine Bewegungskopplung zwischen den beiden
Kolben mit geringen, seitlichen Schwenkwinkeln der
Pleuelstangen möglich ist, was günstige Voraussetzungen
für die Ausbildung der Pleuelstangen ohne Gelenk schafft.
Die Ausbildung gemäß Anspruch 9 führt dazu, daß die
Abdichtungen des Kaltkolbens und des Heißkolbens, bei
spielsweise durch Kolbenringe, nur noch wesentlich ge
ringere Druckdifferenzen als die volle Druckdifferenz
zwischen dem maximalen Arbeitsdruck im betreffenden Ar
beitsraum und dem atmosphärischen Druck bewältigen
müssen. Infolgedessen sind diese Kolbendichtungen kon
struktiv einfacher, reibungsärmer und dauerfester.
Die in ähnlicher Weise aus der US-PS 39 94 136
an sich bekannte Ausbildung
gemäß Anspruch 10 ist eine besonders
kompakte und herstellungsgünstige Wärmekraftmaschine.
Sehr viele Teile auf den beiden Zylinderpaarseiten sind
miteinander identisch, insbesondere die sich gegenüber
liegenden Zylinder, die sich gegenüberliegenden Kolben,
die Kühler, die Regeneratoren, die Erhitzer und die
Zylinderböden. Wenn man die Zylinderböden des ersten
Zylinderpaars und des zweiten Zylinderpaars durch gas
dicht angebrachte Rohre miteinander verbindet, ergibt
sich auf einfachste Weise eine im wesentlichen Kon
stanthaltung der Drücke in den Räumen rückseitig der
Kolben. Zwischen den beiden Zylinderpaaren steht in
optimaler Weise Raum für die Bewegungskopplung der
Kaltkolben und der Heißkolben zur Verfügung.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden
im folgenden anhand eines - teilweise schematisiert -
dargestellten Ausführungsbeispiels einer Wärmekraftma
schine nach dem Stirling-Prinzip mit zwei Zylinderpaaren
näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht der Maschine
in Richtung der Kurbelwellenachse;
Fig. 2 eine Seitenansicht der Maschine von Fig. 1 in
Blickrichtung des Pfeils II in Fig. 1.
Die dargestellte Maschine weist - wenn man stehende An
ordnung voraussetzt, wiewohl auch liegende Anordnung
möglich ist - ein oberes Zylinderpaar 4 und ein unteres
Zylinderpaar 4′ auf. Da die beiden Zylinderpaare 4, 4′
einschließlich der zugehörigen Bauteile der Maschine 2
weitgehend identisch miteinander sind, wird nur das
obere Zylinderpaar 4 detailliert beschrieben.
Das obere Zylinderpaar 4 weist, links in Fig. 1, einen
ersten Zylinder 6 mit einem oberen Abschluß 8 sowie,
rechts in Fig. 1, einen zweiten Zylinder 10 mit einem
oberen Abschluß 12 auf. In Fig. 2 liegt der erste
Zylinder 6 hinter der Zeichnungsebene. Im ersten Zylin
der 6 ist ein Kaltkolben 14 hin und her bewegbar. Im
zweiten Zylinder 10 ist ein Heißkolben 16 hin und
her bewegbar, der auf seiner Oberseite mit einem wärme
isolierenden Aufsatz 18 versehen ist. Im oberen Bereich
des ersten Zylinders 6 sind ein im wesentlichen scheiben
förmiger Kühler 20 und darüber ein im wesentlichen
scheibenförmiger Regenerator 22 angeordnet. Durch den
Abschluß 8, von dort hinüber zum oberen Abschluß 12 und
durch diesen hindurch erstreckt sich eine Strömungsver
bindung 24. Die Strömungsverbindung 24 weist eine Viel
zahl von Röhrchen 26 aus gut wärmeleitendem Material, die
mit oberflächenvergrößernden Mitteln, wie Rippen, verse
hen sein können, auf. Die Röhrchen 26 sind Teil eines Erhit
zers 28, in dem die Röhrchen 26 einem Strom heißer Ver
brennungsgase ausgesetzt sind. Der Kühler 20 wird von
Kühlwasser durchströmt.
Unten an den Kaltkolben 14 ist eine im Querschnitt
kreisrunde Pleuelstange 30 angeschlossen, die in der
Nähe des Kaltkolbens 14 einen abgeflachten Querschnitt
zur Schaffung eines elastisch deformierbaren Bereichs 32
aufweist. In analoger Weise ist an die Unterseite des
Heißkolbens 16 eine Pleuelstange 30 mit elastisch
deformierbarem Bereich 32 angeschlossen. Die beiden
Pleuelstangen 30 durchdringen jeweils eine Öffnung 34 in
einem Zylinderboden 36, auf dem die beiden Zylinder 6, 10
oben befestigt sind. Die elastisch deformierbaren Berei
che 32 können alternativ durch Teile aus hinreichend
nachgiebigem Material, z.B. Kunststoff, gebildet sein.
Das in Fig. 1 untere Zylinderpaar 4′ ist einschließlich
Kolben 14, 16, Kühler 20, Regenerator 22, Strömungsver
bindung 24 bzw. Erhitzer 28 und Zylinderboden 36 exakt
entsprechend wie das obere Zylinderpaar 4 ausgebildet und
liegt spiegelbildlich zu diesem, so daß insoweit gleiche
Bauteile verwendet werden können. An die unteren Kolben
14′, 16′ sind allerdings keine Pleuelstangen 30 ange
schlossen.
Der Zylinderboden 36 des oberen Zylinderpaars 4 weist für
den ersten Zylinder 6 drei umfangsmäßig verteilte Öffnun
gen 38 und für den zweiten Zylinder drei umfangsmäßig
verteilte Öffnungen 38 auf. Das gleiche gilt für den
Zylinderboden 36′ des unteren Zylinderpaars 4′. In den
Öffnungen 38, 38′ sind gasdicht Rohre 40 angebracht, die
sich jeweils von dem Zylinderboden 36 zu dem Zylinder
boden 36′ erstrecken. Durch die Rohre 40 stehen die
Räume 42, 42′ auf den Rückseiten der beiden Kaltkolben
14, 14′ miteinander in Verbindung und stehen die Räume
44, 44′ auf den Rückseiten der beiden Heißkolben
16, 16′ miteinander in Verbindung.
Die ersten Zylinder 6, 6′ der beiden Zylinderpaare 4, 4′
fluchten miteinander. Die Rückseiten der beiden Kalt
kolben 14, 14′ sind durch drei Stangen 46 miteinander
verbunden, die jeweils durch eines der Rohre 40 führen.
Das gleiche gilt für die beiden zweiten Zylinder 10, 10′
bzw. die darin angeordneten Heißkolben 16, 16′. Der
Durchmesser der Stangen 46 beträgt etwa ein Drittel des
Innendurchmessers der Rohre 40.
Die in Fig. 1 unteren Enden der Pleuelstangen 30 sind an
Anschlußstellen 48 gelenkig an eine Schwingplatte 50
angeschlossen. Die Schwingplatte 50 erstreckt sich verti
kal und ist - grob gesprochen - im wesentlichen dreieckig
mit (bei der gezeichneten Position der Kolben 14, 16) im
wesentlichen horizontaler Grundkante 52 und mit augen
artigen Ansätzen an den Ecken für die beiden Pleuelstan
gen-Anschlußstellen 48 und für ein Lager 54. Die Schwing
platte 50 ist mit ihrem Lager 54 auf einer exzentrischen
Lagerungsstelle einer Kurbelwelle 56 gelagert, die in
Fig. 1 strichpunktiert eingezeichnet ist. Außerdem weist
die Schwingplatte 50 etwa auf der Verbindungslinie
zwischen den beiden Anschlußstellen 48 eine Festlegungs
stelle 58 auf, die etwa bei einem Viertel des Abstands
der beiden Anschlußstellen 48 näher an der rechten
Anschlußstelle 48 liegt. Alternativ kann eine Gleit
steinführung an der Festlegungsstelle 58 vorgesehen
sein. Zwischen der Festlegungsstelle 58 und
einer Basisstelle 60 zwischen zwei benachbarten Rohren 40
erstreckt sich ein beidseitig angelenkter Lenker 62. Auf
diese Weise kann sich die Schwingplatte 50 entsprechend
der Exzentrizität an der Kurbelwelle 56 aufwärts und
abwärts bewegen, wobei jedoch die Festlegungsstelle 58
nur eine sehr geringfügige Querbewegung nach rechts und
links in Fig. 1 vollführt. Infolgedessen ist die Kreis
bewegung des Lagers 54 der Schwingplatte 50 mit einer
Auf- und Abbewegung der beiden Anschlußstellen 48 ver
bunden. Es wird darauf hingewiesen, daß der Begriff
Schwingplatte auch konstruktive Ausführungen umfaßt, bei
denen die Anschlußstellen 48, die Lagerungsstelle 54 und
die Festlegungsstelle 58 durch stabartige Streben mit
einander verbunden sind.
Die beschriebene Konstruktion mit zwei Pleuelstangen 30,
Schwingplatte 50 und Kurbelwelle 56 ist ein bevorzugtes
Beispiel für die Konstruktion einer Bewegungskopplung
zwischen dem Kaltkolben 14 und dem Heißkolben
16 derart, daß der Kaltkolben dem Heißkolben mit
im wesentlichen einem Viertel der Bewegungszykluszeit
nacheilt. Die von der Maschine 2 gelieferte Leistung kann
an der Kurbelwelle 56 abgenommen werden.
Die Maschine 2 arbeitet wie folgt:
Ausgehend von einem Zustand, in dem sich der Kaltkolben
14 in seinem unteren Totpunkt und der Heißkolben
16 in der Mittelstellung zwischen seinem unteren
und seinem oberen Totpunkt befindet, bewegen sich beide
Kolben 14, 16 nach oben, und zwar der Kaltkolben 14 in
die Mittelstellung zwischen seinem unteren und seinem
oberen Totpunkt und der Heißkolben 16 zu seinem
oberen Totpunkt. Infolgedessen wird nahezu die gesamte
Arbeitsgasmenge im "kalten", ersten Zylinder 6 unter
Wärmeabfuhr durch den Regenerator 22 und den Kühler 20
komprimiert. Anschließend bewegt sich der Kaltkolben
14 weiter nach oben zu seinem oberen Totpunkt, während
sich der Heißkolben 16 zu seiner Mittelstellung
hinabbewegt. Die komprimierte Arbeitsgasmenge wird prak
tisch vollständig von dem ersten Zylinder 6 in den
zweiten Zylinder 10 verschoben und dabei praktisch ohne
Volumenänderung beim Durchströmen des Regenerators 22
und des Erhitzers 28 erhitzt. Danach bewegt sich der
Kaltkolben 14 abwärts in seine Mittelstellung, während
sich der Heißkolben 16 weiter abwärts zu seinem
unteren Totpunkt bewegt. Dabei expandiert die enthaltene
Arbeitsgasmenge unter weiterer Wärmezufuhr durch den
Regenerator 22 und den Erhitzer 28. Danach bewegt sich
der Kaltkolben 14 weiter zu seinem unteren Totpunkt,
während sich der Heißkolben 16 aufwärts zu seiner
Mittelstellung bewegt. Dabei wird Arbeitsgas praktisch
ohne Volumenänderung vom rechten Zylinder 10 in den lin
ken Zylinder 6 verschoben und wird Wärme beim Durch
strömen des Regenerators 22 und des Kühlers 20 entzogen.
Danach beginnt der Bewegungszyklus von vorn.
Da die Auf- und Abbewegungen der Kolben 14, 16 in Drehbe
wegung der Kurbelwelle 56 umgesetzt werden, könnte man
auch die Ausdrucksweise wählen, daß die Bewegungen der
beiden Kolben 14, 16 um im wesentlichen 90° phasenver
schoben sind.
Die bisherige Beschreibung war auf das obere Zylinderpaar
4 abgestellt. Beim unteren Zylinderpaar 4′ spielen sich
die gleichen Vorgänge, allerdings mit einer Phasenver
schiebung von 180° gegenüber dem oberen Zylinderpaar 4,
ab. Da die Kaltkolben 14 und 14′ sowie die Heiß
kolben 16 und 16′ jeweils durch die Stangen 46 für eine
gleichsinnige Bewegung gekoppelt sind, langt es, daß
lediglich die Kolben 14, 16 des oberen Zylinderpaars 4 an
die Kurbelwelle 56 angeschlossen sind. In dem Maße, wie
sich der Kolbenrückraum 42 des oberen Kaltkolbens 14
vergrößert, verkleinert sich der Kolbenrückraum 42′ des
unteren Kaltkolbens 14′ und umgekehrt, so daß hier
keine Volumenänderungen stattfinden. Das gleiche gilt
für die Kolbenrückräume 44, 44′ der beiden Heiß
kolben 16, 16′. Das Hinüberströmen von Gas erfolgt durch
die beschriebenen Rohre 40. Es ist günstig, die Kolben
rückräume 42, 42′, 44, 44′ auf einem mittleren Gasdruck
zu halten, der zwischen dem maximalen und dem minimalen
Druck des Arbeitsgases in den Zylindern 6, 10 oberhalb
der Kolben 14, 16 periodisch schwankend herrscht. Auf
diese Weise müssen die Abdichtungen der Kolben 14 und
16 geringere Druckdifferenzen abdichten als wenn auf den
Kolbenrückseiten atmosphärischer Druck herrschen würde.
Ölfrei arbeitende Kolbendichtringe, ggf. unter Verwendung
von MoS2-Festschmierstoff sind bevorzugt einsetzbar.
In Fig. 1 erkennt man ferner, daß jeder Kolben 14, 16
nach unten ragend einen hohlzylindrischen Fortsatz 64
aufweist, der in der Öffnung 34 des Zylinderbodens 36
gleitend abgedichtet ist. Auf diese Weise sind die Kol
benrückräume 42, 44 gegenüber dem atmosphärischen Druck,
der zwischen den beiden Zylinderböden 36, 36′ herrscht,
abgedichtet. Die Schwingplatte 50 und die Kurbelwelle 56
befinden sich somit in einem druckfreien Raum.
In Fig. 1 ist ein Zustand zeichnerisch dargestellt, in
dem sich die Kolben 14, 16 des oberen Zylinderpaars 4
beide nahe am oberen Totpunkt befinden, während sich die
Kolben 14′, 16′ beide nahe dem unteren Totpunkt (der sich
beim unteren Zylinderpaar 4′ in der Zeichnung oberhalb
des oberen Totpunktes befindet) befinden.
Das Verhältnis von Bewegungshub der Kolben 14, 16 zu
deren Durchmesser ist beim gezeichneten Ausführungsbei
spiel etwa 0,36. Bevorzugt ist eine Obergrenze dieses
Verhältnisses von 0,5, besonders bevorzugt eine Obergrenze
von 0,4. Bei derartigen Verhältnissen haben der Kühler 20
und der Regenerator 22 einen relativ großen Durchmesser
und relativ geringe, axiale Höhen. Dies erlaubt eine
technisch günstige Auslegung mit hohem Wärmetauschwir
kungsgrad und geringen Druckverlusten. Da der Kühler 20
und der Regenerator 22 innerhalb des ersten Zylinders 6
angeordnet sind, entfallen separate Gehäuse und An
schlußleitungen für diese Bauteile, wodurch sogenannte
Totvolumina vermieden werden.
Die beschriebene Konstruktion mit Pleuelstangen 30,
Schwingplatte 50 und Kurbelwelle 56 zur Kopplung der Bewegun
gen der beiden Kolben 14, 16 mit sinnvollem Phasenversatz
und zur Umwandlung der hin- und hergehenden Kolbenbewe
gungen in gut nutzbare Rotationsbewegung der Kurbelwelle
56 führt dazu, daß - im Verein mit dem im Vergleich zum
Kolbendurchmesser kleinen Hub der Kolben 14, 16 - die
Pleuelstangen 30 jeweils an ihrem unteren Ende nur eine
sehr kleine Bewegung quer zur Längsachse der Zylinder 6,
10 vollführen. Die Pleuelstangen 30 eignen sich daher für
einen Anschluß an die Kolben 14, 16 durch querschnitts
geschwächte Bereiche 32 für elastische Verformung statt
dortiger Gelenke, die schmierbedürftig wären.
Die Basiskante 52 der Schwingplatte 50 liegt auf der den
Zylindern 6, 10 entgegengesetzten Seite der Kurbelwelle
56. Dies führt zu einer raumsparenden Anordnung der
Schwingplatte 50 und der Kurbelwelle 56 zwischen den
Zylinderböden 36, 36′ und zu einer möglichst großen Länge
der Pleuelstange 30.
In Fig. 2 erkennt man einen seitlich der Rohre 40 vor
gesehenen Stromgenerator 66, dessen drehbare Welle an
die Kurbelwelle 56 angeschlossen ist. Der Rotor des Ge
nerators 66 kann zugleich als Schwungmasse der Kurbel
welle 56 dienen. Es handelt sich vorzugsweise um einen
Generator mit auf seinem Rotor umfangsmäßig verteilten
Dauermagneten und Statorspulen, in denen der Strom
induziert wird. Der Rotor ist vorzugsweise ein Außen
rotor mit radial innen angebrachten Dauermagneten. Der
Generator 66 kann so ausgebildet sein, daß er zugleich
einen elektrischen Anlaßmotor für die Maschine 2 bildet.
Durch Weglassung des unteren Zylinderpaars 4′, der
unteren Kolben und der Stangen 46 läßt sich eine Zwei
zylindermaschine bauen. Insbesondere in diesem Fall ist
es günstig, den Kolbenrückraum 44 des Heißkolbens 16 mit
dem Inneren des ersten Zylinders 6 im Bereich dicht
unterhalb des Kühlers 20 durch eine Verbindungsleitung
zu verbinden. Dann arbeitet der Heißkolben 16 als reiner
Verdrängerkolben und der Kaltkolben 14 als reiner Ar
beitskolben.
Es ist ferner möglich, das untere Zylinderpaar 4′ prak
tisch abzuschalten, indem dem unteren Erhitzer 28′ keine
Wärme zugeführt wird. In diesem Fall empfiehlt sich für
das untere Zylinderpaar 4′ das Öffnen eines Arbeitsgas
kurzschlusses, wie er vorstehend für das obere Zylinder
paar 4 beschrieben worden ist, um das Mitlaufen der
unteren Kolben 14′, 16′ zu erleichtern.
Es ist möglich, zwei der beschriebenen Vierzylinderma
schinen axial hintereinander anzuordnen und mit 90°-
Phasenversatz auf die gleiche Kurbelwelle arbeiten zu
lassen. In diesem Fall kann man die Erhitzer 28 bzw.
28′ von zwei axial benachbarten Zylinderpaaren jeweils
zu einem gemeinsamen Erhitzer zusammenfassen.
Bei der beschriebenen Wärmekraftmaschine hatten die
beiden Kolben 14, 16 gleichen Durchmesser und gleichen Hub.
Es ist jedoch möglich, die Hubvolumina der beiden Kolben
14, 16 unterschiedlich zu machen, beispielsweise durch
abweichenden Durchmesser oder abweichenden Hub eines der
beiden Kolben. Technisch am sinnvollsten ist, wenn das
Hubvolumen des Heißkolbens 16 wesentlich größer als das
Hubvolumen des Kaltkolbens 14 ist. Diese Variante kann
man als Wärmekraftmaschine nach dem Ericsen-Prinzip
bezeichnen. Etwaig gewünschte oder erforderliche Ände
rungen der Nacheilung des Kaltkolbens 14 hinter dem
Heißkolben 16 kann man durch konstruktive Abänderungen
zwischen den drei Längen der Schwingplatte 50 bewerkstel
ligen.
Claims (12)
1. Wärmekraftmaschine (2) nach dem Stirling-Prinzip
oder dem Ericsen-Prinzip mit
- (a) einem Zylinderpaar (4), das seinen ersten Zylinder (6) aufweist, in dem ein Kaltkolben (14) hin und her bewegbar ist, und einen zweiten Zylinder (10) auf weist, in dem ein Heißkolben (16) hin und her beweg bar ist;
- (b) einer Strömungsverbindung (24) für das Arbeitsgas zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinder (6, 10);
- (c) einem Kühler (20), einem Regenerator (22) und einem durch Verbrennung beheizbaren Erhitzer (28), die nacheinander durchströmt werden beim Strömen des Arbeitsgases von dem ersten Zylinder (6) zu dem zweiten Zylinder (10) und umgekehrt; und
- (d) einer Bewegungskopplung (30, 50, 56) zwischen dem Kaltkolben (14) und dem Heißkolben (16) derart, daß der Kaltkolben (14) dem Heißkolben (16) mit im wesentlichen einem Viertel der Bewegungszykluszeit nacheilt,
- (e) wobei der Kühler (20) und der Regenerator (22) jeweils eine scheibenförmige Gestalt aufweisend innerhalb des ersten Zylinders (6) angeordnet sind;
dadurch gekennzeichnet,
- (f) daß zur Schaffung eines Stromerzeugungsaggregats ein Stromgenerator (66) mechanisch mit der Wärme kraftmaschine gekoppelt ist;
- (g) daß zur Wärmegewinnung das im Kühler (20) erwärmte Wasser als Heizungswasser oder als warmes Brauch wasser dient bzw. zu dessen Erwärmung dient; und
- (h) daß das Erhitzergas der Vorerwärmung der Verbrennungsluft für den Erhitzer (28) dient.
2. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stromgenerator (66) mit Statorspulen und auf
seinem Rotor umfangsmäßig verteilten Dauermagneten
aufgebaut ist.
3. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rotor des Stromgenerators ein Außenrotor mit
radial innen angebrachten Dauermagneten ist.
4. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stromgenerator (66) zugleich einen elektrischen
Anlaßmotor für die Wärmekraftmaschine (2) bildet.
5. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens beim Kaltkolben (14)
das Verhältnis von Bewegungshub zu Durchmesser
kleiner als 0,5, vorzugsweise kleiner als 0,4 ist.
6. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kaltkolben (14) und der Heißkolben (16) jeweils
durch eine Pleuelstange (30) mit einer gemeinsamen
Schwingplatte (50) verbunden sind, die auf einer exzen
trischen Lagerstelle (54) einer Kurbelwelle (56) drehbar
gelagert ist und zwischen den beiden Anschlußstellen (48)
der Pleuelstangen (30) gegenüber größeren Bewegungen quer
zur Bewegungsrichtung des Kaltkolbens (14) und des Heiß
kolbens (16) festgelegt ist.
7. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Pleuelstangen (30) über elastisch deformierbare
Bereiche (32) an den Kaltkolben (14) bzw. den Heißkolben
(16) angeschlossen sind.
8. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlußstellen (48) der Taumelplatte (50) auf
der dem Zylinderpaar (4) entgegengesetzten Seite der
Kurbelwelle (56) liegen.
9. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
gekennzeichnet durch eine Einrichtung, mit der die
Räume rückseitig des Kaltkolbens (14) und des Heißkol
bens (16) auf einem im wesentlichen gleichbleibenden
Druck gehalten werden, der zwischen dem Maximaldruck und
dem Minimaldruck in den Arbeitsräumen des Zylinderpaars
(4) liegt.
10. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß gegenüber dem genannten, ersten Zylinderpaar (4) ein analoges zweites Zylinderpaar (4′) mit zugeordneter Strömungsverbindung (24′) und zugeordnetem Kühler (20′), Regenerator (22′) und Erhitzer (28′) vorgesehen ist;
daß die Kaltkolben (14, 14′) der beiden Zylinderpaare (4, 4′) durch mindestens eine Stange (46) für gemeinsame, gleichgerichtete Bewegungen verbunden sind; und
daß die Heißkolben (16, 16′) der beiden Zylinderpaare (4, 4′) durch mindestens eine Stange (46) für gemeinsame, gleichgerichtete Bewegungen verbunden sind.
daß gegenüber dem genannten, ersten Zylinderpaar (4) ein analoges zweites Zylinderpaar (4′) mit zugeordneter Strömungsverbindung (24′) und zugeordnetem Kühler (20′), Regenerator (22′) und Erhitzer (28′) vorgesehen ist;
daß die Kaltkolben (14, 14′) der beiden Zylinderpaare (4, 4′) durch mindestens eine Stange (46) für gemeinsame, gleichgerichtete Bewegungen verbunden sind; und
daß die Heißkolben (16, 16′) der beiden Zylinderpaare (4, 4′) durch mindestens eine Stange (46) für gemeinsame, gleichgerichtete Bewegungen verbunden sind.
11. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zylinderböden (36, 36′) des ersten Zylinderpaars
(4) und des zweiten Zylinderpaars (4′) durch gasdicht
angebrachte Rohre (40) miteinander verbunden sind, in
denen die Stangen (46) verlaufen.
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DE19883834071 DE3834071A1 (de) | 1988-10-06 | 1988-10-06 | Waermekraftmaschine nach dem stirling-prinzip oder dem ericsen-prinzip |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19883834071 DE3834071A1 (de) | 1988-10-06 | 1988-10-06 | Waermekraftmaschine nach dem stirling-prinzip oder dem ericsen-prinzip |
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Family Applications (1)
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1988
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