DE4328572A1 - Heißgasmaschine in Verdrängerbauart, sowohl als Heißgasmotor, als auch als Wärmepumpe oder Kältemaschine mit einem oder mehreren zu durchlaufenden Heißgasprozessen - Google Patents

Heißgasmaschine in Verdrängerbauart, sowohl als Heißgasmotor, als auch als Wärmepumpe oder Kältemaschine mit einem oder mehreren zu durchlaufenden Heißgasprozessen

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DE4328572A1
DE4328572A1 DE19934328572 DE4328572A DE4328572A1 DE 4328572 A1 DE4328572 A1 DE 4328572A1 DE 19934328572 DE19934328572 DE 19934328572 DE 4328572 A DE4328572 A DE 4328572A DE 4328572 A1 DE4328572 A1 DE 4328572A1
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hot gas
displacement
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DE19934328572
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Stefan Dipl Ing Hoeller
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HOELLER, STEFAN DIPL.-ING.(FH), 23628 KRUMMESSE, D
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HOELLER STEFAN DIPL ING FH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
    • F02G2243/02—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having pistons and displacers in the same cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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Description

Es ist bekannt, den Arbeitskolben und Verdrängerkolben von Heißgasmaschinen durch mehrfach gekröpfte Kurbelwellen, Winkelhebelgetriebe, Rhombengetriebe oder getrennte Kurbelwellen in getrennten Zylindern zu steuern.
Fundstellen:
1.: Martin Werdich, Stirling-Maschinen, Ökobuch, 1. Auflage, Staufen bei Freiburg, 1991, Seite 50-59;
2.: Prof. Dr.-Ing. Manfred Künzel, Stirlingmotor der Zukunft, VDI-Fortschrittberichte, Reihe 6: Energieerzeugung, Nr. 193, VDI-Verlag, Düsseldorf, 1986, Seite 207;
Dabei treten, insbesondere bei Maschinen mit nur einem Heißgasprozeß folgende Probleme auf:
  • - Maschinen mit mehrfach gekröpften Kurbelwellen bzw. mit Winkelhebeltriebwerken sind zwar von einfacher Bauart, lassen sich aber nicht auswuchten und eine Variation der Phasendifferenz zwischen Arbeits- und Verdrängerkolben ist nur durch bauliche Veränderungen möglich.
  • - Maschinen mit Rhombengetrieben lassen sich zwar auswuchten, sind aber in ihrem Aufbau sehr kompliziert. Eine Variation der Phasendifferenz ist nur durch bauliche Veränderungen möglich. Wird beim Rhombengetriebe die Leistung nur über eine Kurbelwelle weitergegeben, so daß das Synchronisationsgetriebe die Leistung der zweiten Welle auf die erste zu übertragen hat, bringt dies hohe Anforderungen mit sich.
    Fundstelle: DT 16 01 459 B2;
  • - Maschinen mit getrennten Kurbelwellen für Arbeits- und Verdrängerkolben in getrennten Zylindern lassen sich Auswuchten und die Phasendifferenz läßt sich ohne bauliche Veränderungen variieren. Da sich die beiden Kolben jedoch in verschiedenen Zylindern befinden, gehört diese Bauart zum sogenannten Gamma-Typ, der ein wesentlich höheres Totvolumen mit sich bringt als der Beta-Typ.
    Fundstelle: Martin Werdich, Stirling-Maschinen, Seite 33-35.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Triebwerk für Heißgasmaschinen zu schaffen, welches:
  • - sich im wesentlichen auswuchten läßt;
  • - eine Variation der Phasendifferenz zuläßt;
  • - es dem Arbeits- und Verdrängerkolben erlauben, in dem gleichen oder in koaxialen Zylindern zu laufen und so den Beta-Typ darstellen;
  • - sich einfach herstellen läßt.
Diese Aufgaben löst die Erfindung dadurch, daß der Arbeitskolben (1) und Verdrängerkolben (3) über je mindestens eine eigene Kurbelwelle (2, 4) gesteuert werden. Zur Vermeidung von großen Querkräften auf die Kolben (1, 3) bzw. Kreuzköpfe sollten beide in Verlängerung der Kolbenachsen liegen, was zur Folge hat, daß sie übereinander angeordnet werden müssen. Verwendet man nun ein speziell ausgebildetes, vorzugsweise doppelarmiges Pleul (7), um Berührungen mit der anderen Kurbelwelle (2) zu vermeiden, stellt die Anordnung übereinander kein Problem dar. Man erhält durch diese Anordnung ein Triebwerk für Heißgasmaschinen, welches für den Beta-Typ geeignet ist, sich im wesentlichen auswuchten läßt, eine Variation der Phasenverschiebung zuläßt und einfach herstellen läßt. Die koaxialen Zylinder (5, 6) können auch als ein Zylinder ausgeführt sein. Die Änderung der Phasenverschiebung läßt sich bei entsprechender Ausführung nicht nur im Stillstand, sondern auch im Betrieb durchführen.
Bezugszeichenliste
 1 Arbeitskolben
 2 Kurbelwelle für Arbeitskolben
 3 Verdrängerkolben
 4 Kurbelwelle für Verdrängerkolben
 5 Zylinder, in dem sich der Verdrängerkolben befindet
 6 Zylinder, in dem sich der Arbeitskolben befindet
 7 Verdrängerkolbenpleul
 8 Arbeitskolbenpleul
 9 Arbeitskolbenpleul
10 Zahnrad
11 Zahnrad
12 Feder
13 Anschlag

Claims (14)

1. Heißgasmaschine in Verdrängerbauweise,
  • - sowohl als Heißgasmotor
  • - als auch als Wärmepumpe oder Kältemaschine
  • - mit einem oder mehreren zu durchlaufenden Heißgasprozessen,
dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem zu durchlaufenden Heißgasprozeß für die Steuerung des Arbeitskolbens (1) oder des Arbeitsmembranbalgs mindestens eine Kurbelwelle (2) oder Kurvenscheibenwelle und für die Steuerung des Verdrängerkolbens (3) mindestens eine weitere Kurbelwelle (4) oder Kurvenscheibenwelle vorhanden ist, wodurch Arbeitskolben (1) oder Arbeitsmembranbalg und Verdrängerkolben (3) einzeln gesteuert werden und die Kurbelwellen (2, 4) oder Kurvenscheibenwellen derart angeordnet sind, daß jeweils der zu einem Heißgasprozeß gehörende Arbeitskolben (1) oder Arbeitsmembranbalg und Verdrängerkolben (3) in einem oder mehreren koaxialen Zylindern (5, 6) im wesentlichen geradlinige Bewegungen ausführen.
2. Heißgasmaschine in Verdrängerbauart nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sein Triebwerk aus zwei im wesentlichen übereinander angeordneten Kurbelwellen (2, 4) nebst Pleul (7, 8, 9) besteht, wobei die Arbeitskolbenpleul (8, 9) sowohl als zwei getrennte, als auch als ein Pleul ausgebildet sein können.
3. Heißgasmaschine in Verdrängerbauart nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Pleul (7) derart, vorzugsweise doppelarmig, ausgebildet ist, um nicht mit der anderen Kurbelwelle (2) in Berührung zu kommen.
4. Heißgasmaschine in Verdrängerbauart nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich beide Kurbelwellen (2, 4) gleich schnell drehen, aber einen entgegengesetzten Drehsinn haben.
5. Heißgasmaschine in Verdrängerbauart nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kopplung beider Kurbelwellen (2, 4) durch miteinander kämmender Zahnräder (10, 11) im Verhältnis 1 : 1 erfolgt.
6. Heißgasmaschine in Verdrängerbauart nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer, vorzugsweise jedoch auf beiden Kurbelwellen (2, 4), Ausgleichsmassen zur weitestgehenden Kompensation der Unwucht befinden.
7. Heißgasmaschine in Verdrängerbauart nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Arbeitskolben (1) und Verdrängerkolben (3) wahlweise mit oder ohne Kreuzköpfe ausgeführt sind.
8. Heißgasmaschine in Verdrängerbauart nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kurbelwellen (2, 4) mit einer einstellbaren Phasendifferenz, welches man durch Verdrehen der Kurbelwellen (2, 4) zueinander, zum Beispiel durch Verdrehen eines Zahnrades auf der Kurbelwelle oder dadurch, daß man andere Zähne miteinander in Eingriff bringt, erreicht, den Arbeitskolben (1) und Verdrängerkolben (3) steuern, vorzugsweise zwischen ca. +90° und -90°, welches zur Leistungsänderung, Drehsinnänderung oder zur Änderung der Wirkungsweise der Gesamtmaschine vom Heißgasmotor zur Wärmepumpe oder Kältemaschine und umgekehrt dienen kann.
9. Heißgasmaschine in Verdrängerbauart nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung der Phasenverschiebung im Stillstand und/oder im Betrieb erfolgen kann.
10. Heißgasmaschine in Verdrängerbauart nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mechanismus die Phasendifferenz in dem Falle automatisch verringert, in dem eine zu hohe Drehzahl oder Leistung beim Betrieb als Heißgasmotor unerwünscht ist.
11. Heißgasmaschine in Verdrängerbauart nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der in Anspruch 10 erwähnte Mechanismus aus einer oder mehreren Federn (12) oder Torsionsfedern und Anschlägen (13) besteht, welche bei höherer Drehzahl und damit höherem auf die Verdrängerkurbelwelle (4) zu übertragendem Drehmoment nachgeben.
12. Heißgasmaschine in Verdrängerbauweise nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der in Anspruch 10 erwähnte Mechanismus zur Drehzahl- oder Leistungsregelung elektronisch geregelt wird.
13. Heißgasmaschine in Verdrängerbauweise nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Pleul (7, 8, 9) einteilig oder mehrteilig ausgeführt sind.
DE19934328572 1993-08-25 1993-08-25 Heißgasmaschine in Verdrängerbauart, sowohl als Heißgasmotor, als auch als Wärmepumpe oder Kältemaschine mit einem oder mehreren zu durchlaufenden Heißgasprozessen Withdrawn DE4328572A1 (de)

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CN102227553A (zh) * 2008-11-27 2011-10-26 蔡洙祚 热泵

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