DE4322817A1

DE4322817A1 - Stirling-Motor

Info

Publication number: DE4322817A1
Application number: DE19934322817
Authority: DE
Inventors: Hans Josef Janetzko
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-07-08
Filing date: 1993-07-08
Publication date: 1995-01-19

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Stirling-Motor nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bekannte Stirling-Motoren der gattungsgemäßen Art liegen zum Teil nur als Tischmodelle vor. Der Übergang von einem kleinen Modell zu einer leistungsstarken Maschine erweist sich als problematisch, da der Druck auf die Kammerwände der sich durch die Komprimierung des Arbeitsgases aufbaut, um so höher ist, je größer die Maße der Kammer sind.

Bei einigen der bekannten Stirling-Motoren, vor allem bei den Tischmodellen, weist die Kammer eine wärmeaufnehmende und eine gekühlte flache, plattenförmige Wand auf, wobei diese Wände parallel zueinander angeordnet sind. Die Kammer hat damit die Form eines Quaders. Bereits bei einer Größe der Kammer, bei der die Blechwände eine Fläche von ungefähr 1 qm haben, ist eine aufwendige Stützkonstruktion notwendig, um eine ausreichende Druckstabilität zu erreichen.

Bekannt sind auch kegel- oder keilförmige Kammern, die eine bessere Druckstabilität aufweisen, als die oben genannten quaderförmigen Kammern. Hier kann zwar auf eine aufwendige Stützkonstruktion verzichtet werden, dafür ist aber die Fertigung der Kammer kompliziert und deshalb mit hohen Kosten verbunden.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Stirling-Motor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die zugehörige Kammer dank der gebogenen Form der vorderen und der rückwärtigen Wand des Gehäuseraums auch bei einer Größe, die für einen leistungsstarken Motor Voraussetzung ist, eine hohe Druckstabilität aufweist, und trotzdem relativ einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.

Vorteilhafterweise ist in die gekühlte rückwärtige Wand der Kammer mindestens eine Membran oder mindestens ein Faltenbalg eingearbeitet, die/der die vom Gehäuseraum abgetrennte separate Arbeitskammer ersetzt. Anstelle der üblichen beiden Kammern erfindungsgemäßer Stirling-Motoren, nämlich dem Gehäuseraum und der Arbeitskammer hat der erfindungsgemäße Stirling-Motor nur noch eine Kammer, die sowohl als Gehäuseraum mit Verdränger- Regenerator-Platte als auch als Arbeitskammer dient. Dadurch wird eine unkomplizierte Konstruktion eines leistungsstarken Stirling-Motors ermöglicht.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Verdränger-Regenerator-Platte linear parallel zu der wärmeaufnehmenden vorderen Wand und der gekühlten rückwärtigen Wand der Kammer durch mindestens zwei Stangen so geführt, daß sie sich bei der Komprimierung des Arbeitsgases im kalten Raum an die gekühlte rückwärtige Wand und bei Rückführung des Arbeitsgases vom heißen in den kalten Raum an die wärmeaufnehmende vordere Wand anlegt. Auf diese Weise kann das Verkippen der Verdränger-Regenerator-Platte verhindert werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die Verdränger-Regenerator-Platte aus einem oder mehreren verschiedenen offenporigen Materialien, die falls sie nicht eine eigene Stabilität mitbringen durch eine gasdurchlässige Versteifung gestützt werden. Offenporige Materialien erfüllen die Voraussetzungen um einerseits als Verdränger für das gasförmige Arbeitsmedium und andererseits als gasdurchlässiger Regenerator zu dienen. Außerdem sind sie sehr leicht, so daß für die Beschleunigung der Verdränger- Regenerator-Platte wenig Energie aufgebracht werden muß, was sich wiederum positiv auf die Energie-Bilanz des Stirling-Motors auswirkt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zur Kühlung der rückwärtigen Wand des Gehäuseraums an jener sowie eventuell an den eingearbeiteten Faltenbälgen ein Rohrsystem angebracht, durch welches eine kühlende Flüssigkeit fließt. Mit diesem System wird eine bessere Kühlung erzielt, als mit einem Kühlrippensystem oder einem Flüssigkeitstank.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verlaufen die Pleuelstange und die mit dieser verbundene Antriebseinrichtung für die Verdränger-Regenerator in zueinander parallelen Ebenen. Diese unkomplizierte Konstruktion trägt dazu bei, die Verluste des Stirling-Motors zu minimieren.

Durch die genannten Eigenschaften des erfindungsgemäßen Stirling-Motors ist eine Maschinenkonfiguration gegeben, die insbesondere für einen leistungsstarken Stirling-Motor von Bedeutung ist, und mit geringem Materialaufwand und einer unkomplizierten Konstruktion realisiert werden kann. Außerdem zeichnet sich dieser Motor durch seine Wartungsarmut aus. Dank der durch den Aufbau bedingten Minimierung der Verluste, der hohen Druckstabilität und des geringen Gewichts der Verdränger- Regenerator-Platte kann der erfindungsgemäße Motor bereits bei Temperaturen unter 50° Celsius betrieben werden. Dies ermöglicht die Nutzung von Quellen niederer Temperatur, wie sie in der Natur auftreten. Als Beispiel seien Sonnenenergie und geothermale Quellen genannt. Damit eignet sich die Maschine insbesondere zum Einsatz in sonnenreichen schwach industrialisierten Gegenden, z. B. als Antrieb für Wasserpumpen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Stirling-Motors

Fig. 2 Seitenansicht der Kammer mit Verdränger-Regenerator- Platte und Faltenbalg

Fig. 3 Ansicht der Kammer mit Verdränger-Regenerator-Platte und Faltenbalg von oben

Fig. 4 Kühlrohrsystem an der rückwärtigen Wand der Kammer.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Stirling-Motor in einer Übersicht dargestellt, die Details zeigen Fig. 2-4. Wie in der Seitenansicht der Kammer 1 in Fig. 2 zu erkennen ist, sind die vordere und die rückwärtige Wand 2 und 3 der Kammer 1 so gebogen, daß sie die Form eines Zylindersegments aufweisen. Die durch zwei Stangen 5 parallel zu den Wänden 2 und 3 der Kammer 1 geführte Verdränger-Regenerator-Platte 4 ist in ihrer Krümmung der Form der vorderen und rückwärtigen Wand angepaßt. In die rückwärtige Wand 3 ist ein Faltenbalg 6 eingearbeitet, an dem eine Pleuelstange 7 angreift, die den Faltenbalg mit der Schwungmasse 8 (Fig. 1) verbindet.

Die Ansicht der Kammer 1 von oben in Fig. 3 verdeutlicht zusammen mit der Seitenansicht in Fig. 2, daß die Wände 2 und 3 der Kammer 1 nur in eine Richtung gekrümmt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel weisen vordere und rückwärtige Wand die gleiche Krümmung auf. Es ist aber auch möglich, daß eine der beiden Wände stärker gekrümmt ist als die andere. Die Darstellung in Fig. 3 zeigt außerdem, daß die Pleuelstange 7 und die Antriebseinrichtung der Verdränger-Regenerator-Platte 4 die an den Stangen 5 zur Führung der Verdränger-Regenerator-Platte 4 angreift, in zueinander parallelen Ebenen angeordnet sind.

Fig. 4 zeigt das Rohrsystem 9 an der rückwärtigen Wand 3, durch welches zur Kühlung derselben eine kühlende Flüssigkeit z. B. Wasser fließt. Hier handelt es sich um ein System mit einem Rohr für den Zufluß 10, von dem aus die kühlende Flüssigkeit durch mehrere parallel angeordnete Rohre 11 in ein gemeinsames Abflußrohr 12 geleitet wird. Möglich sind z. B. auch Systeme mit nur einem Rohr, das mehrmals gebogen wird, so daß es eine möglichst große Fläche der rückwärtigen Wand bedeckt.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln, als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Bezugszeichenliste

1 Kammer
2 vordere Wand
3 rückwärtige Wand
4 Verdränger-Regenerator-Platte
5 Führung der Verdränger-Regenerator-Platte
6 Faltenbalg
7 Pleuelstange
8 Schwungmasse
9 Rohrsystem
10 Zuflußrohr
11 parallele Rohre
12 Abflußrohr.

Claims

1. Stirling-Motor

- mit einer Kammer, mit einer wärmeaufnehmenden vorderen Wand und einer parallel zur vorderen Wand angeordneten gekühlten rückwärtigen Wand,
- mit einer gasdurchlässigen Verdränger-Regenerator- Platte, die sich zwischen den beiden obengenannten Wänden hin- und herbewegt und die Kammer in zwei Teilräume unterteilt, nämlich einen heißen und einen kalten Raum,
- mit einer Arbeitskammer, die durch Wände begrenzt wird, die ihre Oberfläche und damit das Volumen der Kammer vergrößern können,
- mit einer Pleuelstange, die die sich ausdehnenden Wände der Arbeitskammer mit einer Schwungmasse verbindet und über eine Antriebseinrichtung mit der Verdränger- Regenerator-Platte verbunden ist, für die zwei stabile Stellungen vorgegeben sind, dadurch gekennzeichnet,
- daß die vordere und die rückwärtige Wand (2; 3) so gebogen sind, daß sie die Form eines Zylindersegments aufweisen,
- daß die Verdränger-Regenerator-Platte (4) an ihrer der vorderen Wand (2) zugewandten Seite in ihrer Form derselben angepaßt ist, und daß sie an ihrer der rückwärtigen Wand (3) zugewandten Seite in ihrer Form dieser Wand angepaßt ist,
- daß in die rückwärtige Wand (3) der Kammer (1) mindestens eine Membran oder mindestens ein Faltenbalg (6) eingearbeitet ist, die/der eine zusätzliche von der Kammer (1) abgetrennte, separate Arbeitskammer ersetzt.

2. Stirling-Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdränger-Regenerator-Platte (4) linear parallel zu der vorderen und der rückwärtigen Wand (2 und 3) durch mindestens zwei Stangen (5) so geführt wird, daß sie sich bei der Komprimierung des Arbeitsgases im kalten Raum an die gekühlte rückwärtige Wand (3) und bei Rückführung des Arbeitsgases vom heißen in den kalten Raum an die wärmeaufnehmende vordere Wand (2) anlegt.

3. Stirling-Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdränger-Regenerator- Platte (4) aus einem oder mehreren verschiedenen offenporigen Materialien besteht, die falls sie nicht eine eigene Stabilität mitbringen, durch gasdurchlässige Versteifungen gestützt werden.

4. Stirling-Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung der rückwärtigen Wand (3) an dieser ein Rohrsystem (9) angebracht ist, durch welches eine kühlende Flüssigkeit fließt.

5. Stirling-Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuelstange (7) und die mit dieser verbundenen Antriebseinrichtung für die Verdränger-Regenerator-Platte (4) in zueinander parallelen Ebenen verlaufen.