DE4402406A1 - Außenbeheizte thermohydraulische Arbeitsmaschine - Google Patents
Außenbeheizte thermohydraulische ArbeitsmaschineInfo
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Description
Der bereits vor mehr als 150 Jahren von den Gebrüdern Stirling erfundene
und bergmännisch angewandte Stirling-Motor gehört zur Gruppe der
außenbeheizten regenerativen Heißgasmaschinen. Sie zeichnen sich durch
das einfache Arbeitsprinzip, wegen der äußeren Wärmezufuhr (bei mäßig
hohen Heiztemperaturen) durch geringe Schadstoffemission, Geräusch-
und Erschütterungsarmut, lange Lebensdauer, relativ hohen thermodynamischen
Wirkungsgrad und auch dadurch aus, daß neben den gebräuchlichen
auch feste Brennstoffe, wie Holz, Kohle und Preßstroh genutzt
werden können.
Andererseits zeigt die bis heute noch ausstehende praktische Anwendung
dieses Motors seine Schwächen auf: relativ hohe Herstellungskosten besonders
für die Wärmeübertrager und Regenerator, großer konstruktiver
Aufwand für die notwendige kinematische Kopplung von Verdränger- und
Arbeitskolben über die gemeinsame Kurbelwelle sowie für die Kolbenführung
und eine gasdichte Wellendurchführung aus dem Druckgehäuse. Ein
prinzipieller Nachteil des Stirling-Motors erwächst aus der Forderung,
daß die Beheizung isotherm, d. h. bei konstanter Temperatur erfolgen
sollte, was bei Gebläsebrennern die Verbrennungsluftvorwärmung erforderlich
macht. Ein weiterer Nachteil, der sich besonders bei mobilen
Anwendungen auswirkt, betrifft die beschränkte Leistungsregelung des
Motors; sein Drehmoment ist fast drehzahlunabhängig.
Durch Neuentwicklungen sind die oben angeführten Vorbehalte und Nachteile
z. T. abgebaut worden: In der P 40 23 327 werden preisgünstig herstellbare
Wärmeübertrager für regenerative Arbeits- und Wärmemaschinen
beschrieben, die relativ geringe Temperatur- und Druckdifferenzen
aufweisen. In der Offenlegungsschrift P 36 07 432 wird ein regenerativer
Kreisprozeß vorgestellt, dem die Heizleistung bei gleitender Temperatur
zugeführt werden kann. Schließlich zeigen die erteilten bzw. angemeldeten
Schutzrechte von F. X. Eder (P 33 14 705, O 1 78 348 sowie GB
2 183 300, US 4 751 819) einen völlig neuen Weg auf, die grundsätzlichen
und praktisch-wirtschaftlichen Nachteile des Stirling-Motors zu
vermeiden. Die Problemlösung stellt die thermo-hydraulische Arbeitsmaschine
dar, bei der in einem Druckgas-Zylinder mit parallel geschaltetem
Heizer, Regenerator und Kühler durch den Verdrängerkolben das Arbeitsgas
periodisch umgepumpt wird und die dadurch erzeugten Druckschwankungen
nicht von dem um 90° phasennacheilenden Arbeitskolben in
Wellenleistung umgewandelt wird. Der periodisch sich ändernde Gasdruck
wirkt vielmehr auf die Gasseite eines frei beweglichen Doppelkolbens,
dessen Pumpkolben über Saug- und Druckventil aus dem Vorratsbehälter
Öl ansaugt und in einen Hydrospeicher pumpt. Diesem Druckspeicher wird
beim Speicherdruck pf (Pa) der Förderstrom Vf (m³/s) entnommen und in
die Wellenleistung
Pf = pf * Vf (W) (1)
mit Hilfe eines Hydromotors umgewandelt.
In der Patentanmeldung P 41 24 729 werden Vorrichtungen beschrieben,
um den im Hydrospeicher sich einstellenden hohen Öldruck für den periodischen
Antrieb des Verdrängerkolbens zu nutzen. Der dabei angewandte
Hydrozylinder übernimmt sowohl Linearführung und -antrieb des Verdrängerkolbens.
Erfindungsgegenstand der Anmeldung P 42 19 583 sind kostengünstig herzustellende
Vorrichtungen geringen Totvolumens für die effektive Wärmeübertragung
bei hoher Temperatur in einer regenerativen Kraft- oder
Wärmemaschine, deren Arbeitsmedium einen geschlossenen Kreisprozeß
nach Art des Stirling-Motors oder der thermo-hydraulischen Arbeitsmaschine
ausführt.
In der US-Patentschrift 4 455 825 wird eine verbesserte Heißgasmaschine
für einen Ericsson-Kreisprozeß beschrieben, bei dem die Hubbewegung
beider Kolben durch die speziellen Nockenkonturen derartig gesteuert
wird, daß fast die gesamte Gasmenge während der Expansionsphase im
Heißteil des Arbeitszylinders und im Kompressionstakt in dessen Kaltteil
eingeschlossen ist. Bei dieser Vorrichtung werden die isochoren
Zustandsänderungen des Stirling-Prozesses durch isobare ersetzt und
läßt sich ein optimaler thermodynamischer Wirkungsgrad erzielen.
Durch die vorliegenden Erfindungsideen werden neuartige technische und
funktionelle Verbesserungen im grundsätzlichen Konzept der thermo-hydraulischen
Arbeitsmaschine angegeben, durch welche der ihr zugrundeliegende
thermo-dynamische Kreisprozeß optimal realisiert wird. In Bild
1a werden anhand des T,s-Diagramms seine spezifischen Merkmale erläutert.
Im Gegensatz zu dem in Bild 1b dargestellten Stirling-Prozeß, der
zwischen den Temperaturniveaus T₀ und T₂ verläuft und aus den isochoren
Zustandsänderungen 2-3 bzw. 4-1 sowie den Isothermen 1-2 und 3-4
besteht, werden beim thermo-hydraulischen Prozeß (E-Prozeß) nach Bild
1a die Isothermen durch die entsprechenden isobaren Zustandsänderungen
(1-2, 3-4) ersetzt. Der E-Prozeß wird durch die bei gleitender Temperatur
zwischen 3-4 zugeführte Heizwärme Q₃₄ betrieben und führt seine
Kühlwärme Q₁₂ ebenfalls bei gleitender Temperatur zwischen 1 und 2 ab.
Trägt man in Bild 1a die Hilfsisothermen 1-2′ bzw. 3-4′ ein, so stellt
der Teilprozeß 1-2′-3-4′ den Stirling-Prozeß mit dem Carnot-Wirkungsgrad
EC = (T2′-T0′)/T2′ (2)
dar und entsprechen die schraffierten, inhaltsgleichen Flächen der im
Regenerator R gespeicherten Wärmemenge
QR = M * cv * (T2′-T0′). (3)
Der E-Prozeß 1-2-3-4 entsteht aus diesem Stirling-Prozeß durch Hinzufügen
des Dreieckprozesses 3-4-4′, dem isobar längs 3-4 die Wärmemenge
Q₃₄ = M * cp * (T₂-T₂′) (4)
zugeführt, bzw. längs 1-2 die Kältemenge isobar
Q₁₂ = M * cp * (T₀′-T₀) (5)
entzogen wird. In den obigen Beziehungen bedeuten M die während des
halben Arbeitszyklus verdrängte Gasmenge sowie cv bzw. cp die spezifische
Wärmekapazität des Arbeitsgases bei konstantem Volumen bzw. Druck;
diese gelten nur für Wärmeübertrager und -speicher mit verschwindendem
Eigenvolumen.
Das Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung bildet die Feststellung,
daß nur durch Auskopplung der mechanischen Arbeit aus einem regenerativen
Kreisprozeß mit Hilfe des thermo-hydraulischen Konverters und
durch Wärmeübertrager, die verlustarm Wärmemengen zu- oder abführen
und dabei gleichzeitig speichern können, die thermodynamischen Vorteile
des E-Prozesses realisiert werden können. Dies bedeutet, daß z. B.
die Heizleistung bei gleitender Temperatur zugeführt und dabei die
Enthalpie der vom Brenner erhitzten Rauchgase innerhalb eines relativ
großen Temperaturgefälles auf das Arbeitsgas übertragen werden kann.
Der E-Prozeß ist thermodynamisch nur dann zu realisieren, wenn mechanische
Energie aus dem geschlossenen System durch isobare Expansion
eines Gasvolumens nach außen abgeführt wird. Dies ist z. B. einfach und
effektiv mit Hilfe eines hydraulischen Konverters möglich, dessen hydraulischer
Pumpkolben Öl gegen den konstanten Gegendruck eines Hydrospeichers
fördert. Aber auch der hydraulische oder mechanische Antrieb
eines Arbeit leistenden Schwungrades, dessen Drehimpuls zyklisch durch
Übertragung eines konstanten Drehmoments aufrecht erhalten wird, erfüllt
die Voraussetzungen des E-Prozesses. Die aufgeführten Verfahren
lassen sich durch ein T,s-Diagramm nach Bild 1 darstellen und liefern
eine Drehmomenten-Kennlinie sowie ein Regelverhalten bei Leistungsänderungen,
die den adäquaten Charakteristiken des Stirling-Motors weit
überlegen sind.
In Bild 2 ist vereinfacht ein Ausführungsbeispiel der mit den oben beschriebenen
Erfindungsmerkmalen ausgestatteten thermo-hydraulischen
Arbeitsmaschine dargestellt. Diese besteht aus den drei Komponenten
Hochtemperatur-Zylinder (A), regenerativer Heizwärmeübertrager, Kühler
sowie Brenner (B) und hydraulischer Konverter mit Druckspeicher (C).
Der Hochtemperatur-Zylinder 1 mit dem hohlen Verdrängerkolben 2
aus warmfestem CrNi-Stahl, der mit geringem Gasspalt an der Kolbenstange
durch den Hydrozylinder 14 geführt und zwischen oberen (OT)
und unteren Totpunkt (UT) periodisch auf- und abbewegt wird, ist zwischen
Zylinderkopf 3 und Boden 4 mit dem regenerativen Heizwärmeübertrager
und Kühler 5 verbunden, dem am oberen Abschluß die Heizleistung
durch den Brenner (27) zugeführt wird. Zylinder und parallel
geschaltete Heizwärme-Übertragergruppe sind mit einem inerten Arbeitsgas,
wie Helium oder trockenem Stickstoff von 3 bis 12 MPa Druck gefüllt,
das vom Verdrängerkolben, der an seinem unteren (kalten) Ende
durch einen Kolbenring gegen die Laufbuchse abgedichtet ist, mit wechselnder
Strömungsrichtung durch die Übertragergruppe geschoben wird.
Da sich in der OT-Stellung von 2 die Hauptmenge des Arbeitsgases im
unteren (kalten) Teilvolumen des Zylinders befindet, erreicht dessen
Druck seinen Minimalwert, während im UT der Systemdruck seinen Höchstwert
annimmt. Da die beiden kommunizierenden Systeme A und B ihre Zustandsänderungen
zunächst bei konstanter Füllmenge ausführen, erzeugt
der oszillierende Verdrängerkolben periodische Druckschwankungen des
Füllgases: die Vorrichtung stellt einen thermischen Verdichter dar.
Die Wärmeübertrager- und Regeneratorgruppe besteht aus dem Druckmantel
5 aus warmfestem CrNi-Stahl und enthält abwechselnd kreisförmige mit
axialen Bohrungen 13 versehene Lochplatten 7 z. B. aus Kupfer oder
Nickel, die am Umfang mit der Innenwand von 5 vakuumverlötet sind,
sowie niedrige Stapel 6 aus dünndrähtigen V2A-Netzen. Die Außenwand
von 5 ist dicht mit metallischen Rippen oder Bolzen 13 versehen und
von einem gasdichten Außenmantel 9 umgeben, dem von oben der Rauchgasstrom
des Brenners 27 zugeführt wird.
Der Regenerator 10, der im Gegensatz zum Stirling-Prozeß lediglich
die Prozeßwärme zwischen den Temperaturen T₀′ und T₂′ zu speichern hat
(s. Bild 1), bildet die Fortsetzung des Heizteils. Er besteht wie auch
die Regeneratorelemente 6 aus einem Stapel kreisförmiger, dünndrähtiger
Drahtnetze z. B. aus CrNi-Stahl, dessen Höhe mit der obigen Temperaturdifferenz
zunimmt.
Der Kühlerteil von B ist erfindungsgemäß analog zum Heizwärmeübertrager
aufgebaut; er besteht aus eingelöteten gelochten Kupferscheiben
und dazwischen geschichteten niedrigen Stapeln aus Regeneratornetzen.
Der Außenmantel des Kühlers ist mit aufgelöteten Kupferrippen versehen
und vom Wassermantel 11 umgeben, dem das Kühlwasser von unten zugeführt
wird, um im Temperaturbereich (T₀′-T₀) die Kühlwärmeleistung
abzuführen.
Beim Ausführungsbeispiel des Bildes 2 ist der hydraulische Konverter
C direkt am Maschinengehäuse 15 angeflanscht und besteht aus dem
Gaszylinder 16 und dem koaxial montierten hydraulischen Zylinder
17. In den Zylindern 17 und 16 kann sich ein Doppelkolben frei
und axial verschieben, der aus dem Gaskolben 18 und dem durch die
Zugstange 20 verbundenen Ölkolben 19 besteht. Am Kopfflansch von
16 ist die geschliffene Zugstange 20 sorgfältig abgedichtet, um
den Durchtritt von Arbeitsgas zwischen Gas- und Hydraulikvolumen zu
unterbinden. Im Maschinengehäuse 15 wird mit Hilfe des Rückschlagventils
23 der Minimaldruck des Arbeitsgases eingestellt, dessen
Druck in Phase mit der Bewegung des Verdrängerkolbens 2 periodisch
schwankt; dieser lastet konstant auf der Vorderfläche des Gaskolbens
18. Auf dessen hintere Fläche wirkt der veränderliche Systemdruck,
der über die Rohrleitung 26 dem hinteren Kammervolumen von 16 zugeführt
wird.
Der hydraulische Zylinder 17 ist durch das Saugventil 21 mit dem
Ölreservoir und über das Druckventil 22 mit dem Hydrospeicher 24
verbunden, in dem der Öldruck pf herrscht (vgl. Gl. 1). Der Freikolben
(18-19) wird sich nach links bewegen, wenn die an der Fläche Ag des
Gaskolbens angreifende Kraft das Produkt aus Speicherdruck pf und Fläche
Af des Pumpkolbens 19 übertrifft, d. h. die Beziehung
(pg-p₀) * Ag < pf * Af (6)
periodisch in jedem Arbeitstakt erfüllt wird. Während eines Pumphubes
mit der Amplitude y₃ fördert der Ölkolben 19 das Teilvolumen
vf = y₃ * Af, (7)
und bei der Arbeitsfrequenz nd des Verdrängerkolbens den in Gl. 1 angegebenen
Volumenstrom
Vf = nd * vf (m³/s), (8)
der in den Hydrospeicher 24 gepumpt wird und über das Regelventil
25 dem Verbraucher, z. B. einem Hydromotor zugeleitet werden kann.
Der sich periodisch wiederholende Vorgang - Ansaugen während der Kolbenbewegung
nach rechts und das folgende Pumpen gegen den konstanten
Speicherdruck - realisiert die bei konstantem Systemdruck die in Bild 1a
dargestellten Zustandsänderungen 1-2 bzw. 3-4 des E-Prozesses, bei
denen Wärmezu- und -abfuhr bei gleitender Temperatur stattfinden.
In den Bildern 3a bis 3c sind technische Ausführungsformen der in den
Ansprüchen 3 bis 6 beschriebenen scheibenförmigen Wärmeübertragungselemente
7, 12 im einzelnen dargestellt. Bild 3a gibt einen dieser
Einsätze aus gut wärmeleitendem Metall, wie Nickel (für hohe Temperatur)
oder Kupfer (für Temperaturen bis 400°C) wieder, die abwechselnd
mit den Regeneratorstapeln aus dünndrähtigem V2A-Netz an der Innenwand
des Druckrohrs 5 wärmeleitend, z. B. durch Hochvakuumlötung befestigt
sind. Die Scheiben 5 sind mit regelmäßig angeordneten Bohrungen
13 vom gleichen Durchmesser für den Gasdurchlaß versehen.
Die Ausführungsform nach Bild 3b besteht aus relativ schmalen Metallstreifen
28, 29 von geringer Stärke, welche einzeln durch Schrägwalzen
oder -prägen mit regelmäßig angeordneten Wellen versehen sind
und mit abwechselnder Schräglage der Wellen aufeinandergelegt zu einem
Blechwinkel gerollt und miteinander an den Berührungslinien verlötet
sind. Die Blechstreifen sind aus Nickel oder Kupfer hergestellt
und beidseitig mit Nickellot dünn plattiert. Die fertigen Wickel werden
im Druckrohr 5 aufeinander gestapelt und am Außenrand 30 im Vakuum
eingelötet.
In der dritten Version der Wärmeübertrager-Elemente 7, 12 nach Bild 3c
werden ebenfalls dünne Blechstreifen 32, die aus Nickel, Kupfer
oder aus einem anderen gut wärmeleitendem Material bestehen, beidseitig
mit Nickellot dünn plattiert und eng gewellt sind, mit ungewellten
gleichartigen Streifen 40 zu einem Stapel gepreßt und vakuumverlötet.
Durch Funkenerodieren werden aus den fertigen Rechteckstapeln
kreisförmige Einsätze 31 mit passendem Durchmesser herausgeschnitten
und in das Druckrohr 5 bzw. in die Druckrohre 34 nacheinander
eingeschoben und im Hochvakuum gemeinsam verlötet.
Während die Lochplatten nach Bild 3a lediglich die Aufgabe erfüllen,
die über die Rohrwand des Drückbehälters 5 von außen zugeführte
Wärmeleistung auf das in seinem Innern strömende Arbeitsgas mit geringem
Temperaturabfall zu übertragen, und die dazwischen angeordneten
Regeneratorstapel 6, 8 die durch das Gas auf sie übertragene
Wärmemenge während eines Arbeitszyklus speichern und wieder abgeben,
können beide Aufgaben von den Einsätzen nach den Bildern 3b und 3c
erfüllt werden. Um dies effektiv auszuführen, sollten Blechstärken
von 0,1 bis 0,2 mm mit scharfer enger Wellung angewandt werden und
sowohl das Flächen/Volumen-Verhältnis der Einsätze als auch die
gesamte Speichermasse bezogen auf pro Zyklus durchgesetzte Gasmenge
ausreichend groß sein.
Die in den Bildern 2 und 4a getrennt dargestellten Einsätze zur Übertragung
7, 12 und Speicherung 6, 8 der Enthalpie des Arbeitsgases
lassen sich erfindungsgemäß durch sorgfältig dimensionierte Blecheinsätze
nach Bild 3c wirkungsvoll ersetzen.
Da die auf das Arbeitsgas übertragbare Heizleistung wegen des endlichen
Wärmeleitvermögens der einzelnen Lochplatten oder Blechwickel
von Durchmesser und Mantelfläche der Druckrohre 5 begrenzt ist,
wird in Anspruch 8 näher ausgeführt, daß - wie in Bild 4 gezeigt ist
- der Arbeitszylinder 1 mit mehreren Druckbehältern 34 ausgerüstet,
welche parallel geschaltet und gemeinsam vom Rauchgasstrom des
Brenners 27 beheizt werden. Der innere Aufbau jedes dieser Druckrohre
mit seinen Wärmeübertragungs- und Speicherelementen muß aus
Gründen der gleichverteilten Durchströmung des Arbeitsgases der gleiche
sein.
Mehrere dieser parallel geschalteten Druckrohre lassen sich nach Bild
4b zu einem "Satelliten" zusammenfassen, dessen Einzelrohre 34 symmetrisch
innerhalb der Blechmäntel 37 für die Beheizung und 38
für das Kühlmedium angeordnet sind. Diese werden durch die Lochbleche
aus Nickel oder Kupfer 39 gegeneinander abgestützt; die Sammelleitungen
35 und 36 sind an Kopf bzw. Boden des Zylinders 1 angeschlossen.
Die Erfindung umfaßt entsprechend dem Grundprinzip des in Bild 1 dargestellten
T,s-Diagramms auch andere als die in Bild 2 dargestellte
technischen Möglichkeiten. Dies betrifft vor allem den Einbau des
thermo-hydraulischen Konverters, der aus Gaszylinder 16, Hydrozylinder
17, Gaskolben 18 und dem durch die Zugstange 20 damit
verbundenen Ölkolben 19 besteht, bezüglich des Verdrängerkolbens
2. Insbesondere kann die in Bild 2 gezeigte Gamma-Anordnung durch
das Konzept ersetzt werden, in dem anstelle des Zylinderbodens der
verschiebbare Gaskolben 18 des Konverters das kalte Arbeitsvolumen
V₀ unterhalb des Verdrängerkolbens 2 begrenzt und der Gasraum 16
auf der Rückseite des Gaskolbens durch ein Rückschlagventil auf maximalem
Systemdruck gehalten wird. Bei dieser als Beta-Maschine bezeichneten
Konzept bewegen sich Verdränger- und Gaskolben koaxial in
einer gemeinsamen Laufbuchse.
Die grundlegenden Merkmale der vorliegenden Erfindung beziehen sich
auf einen neuartigen regenerativen, geschlossenen Kreisprozeß mit einem
Arbeitsgas unter hohem Druck, dem über spezielle Wärmeübertragungs-
und -speicherelemente die Prozeßwärme bei gleitender Temperatur
zugeführt werden kann. Gleiches gilt für die Abfuhr der Kühlleistung
in einem größeren Temperaturintervall. Die für den in Bild 1
dargestellten Kreisprozeß notwendigen isobaren Zustandsänderungen realisiert
die Erfindung mittels eines Gleichdruck-Pumpprozesses, durch
den Hydrauliköl bei niedrigem Druck angesaugt und mit konstantem, hohem
Druck in einen Druckspeicher gefördert wird. Die nicht mechanisch
sondern hydraulisch abgegebene Maschinenleistung ergibt sich aus dem
Produkt aus Fördermenge und Förderdruck.
Die in den Unteransprüchen im einzelnen aufgeführten Verfahren zur
Gestaltung und technischen Ausführung der regenerativen Wärmeübertrager
sind für die Realisierung des neuartigen Kreisprozesses unabdingbar.
Die praktische Ausführung der Maschine zeichnet sich durch eine
effektive und schadstoffarme Ausnutzung der zugeführten Heizleistung,
durch konstruktive Einfachheit, Laufruhe und einen hohen thermodynamischen
Wirkungsgrad von über 40% bei Heiztemperaturen von 600°C aus.
Claims (9)
1. Außenbeheizte thermo-hydraulische Arbeitsmaschine aus einem Arbeitszylinder
(1) mit parallel zu seinen Kopf- und Bodenvolumina (3,
4) geschalteten Vorrichtungen zur Übertragung und Speicherung von Wärme,
die von einem gas- oder dampfförmigen Arbeitsmedium von höherem
Druck gefüllt sind, und einem zwischen oberem und unterem Totpunkt z. B.
von einem Hydrozylinder (14) bewegten Verdrängerkolben (2) bestehend,
wobei durch Zufuhr von Heizwärme bei hoher Temperatur, Wärmeentzug
bei tiefer Temperatur und regenerative Wärmespeicherung im Zwischenbereich
ein thermodynamischer Kreisprozeß mit zwei isochoren Zustandsänderungen
abläuft und starke periodische Druckschwankungen erzeugt
werden, welche durch einen zweiten (Arbeits-)Kolben oder einen
anderen Wandler in hydraulische oder auch mechanische Energie umgesetzt
werden, dadurch gekennzeichnet, daß die angeführten Wärmeübertrager
und -speicher als Lochplatten (7, 12) aus gut wärmeleitendem
Metall im oberen (heißen) und unteren (kalten) Abschnitt des zylinderischen
Druckbehälters (5) ausgebildet und an ihrem Rand im Vakuum
eingelötet sind, und dazwischen der thermische Regenerator (10)
als Stapel aus feindrähtigem Metallnetz angeordnet ist; daß außerdem
mit dem unteren Zylinderraum (4) das Kurbelgehäuse (15) über ein Rückschlagventil
(23) und ein zweites zylindrisches Arbeitsvolumen (16)
mit verschiebbarem Gaskolben (18) über die Leitung (26) direkt verbunden
sind und der Differenzdruck zwischen (16) und (15) auf den Kolben
(18) einwirkt, der über die gasdicht geführte Kolbenstange (20) den
hydraulischen Kolben (19) im Pumpgehäuse (17) periodisch antreibt, wodurch
über die Rückschlagventile (21, 22) aus dem Vorratsbehälter eine
bestimmte Menge Hydrauliköl mit jedem Arbeitszyklus angesaugt und
in den Öldruckbehälter (24) gegen den in diesem herrschenden Vordruck
gefördert wird.
2. Außenbeheizte thermo-hydraulische Arbeitsmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Außenmantel des Druckrohres (5) mit
seinen Einbauten (7, 12) zur Wärmeübertragung und (6, 8, 10) zur Wärmespeicherung
mit angeschweißten metallischen Rippen, Bolzen oder
anderen Schikanen versehen und in seinem oberen, heißen Abschnitt vom
Heizmantel (9) für die Zu- und Abfuhr des Rauchgasstroms eines Heizbrenners
(27) und in seinem unteren, gekühlten Abschnitt von einem
Kühlmantel (11) umgeben ist.
3. Außenbeheizte thermo-hydraulische Arbeitsmaschine nach den Ansprüchen
1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenförmigen Wärmeübertragungselemente
(7, 12) aus metallischen Werkstoffen mit hoher
Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. Nickel oder Kupfer, bestehen und durch
Lochen, Stanzen, Erodieren oder Ätzen mit regelmäßig angeordneten Bohrungen
(13) gleichen Durchmessers versehen sind.
4. Außenbeheizte thermo-hydraulische Arbeitsmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß in den Druckbehälter (5) abwechselnd Wärmeübertragungselemente
(7, 12) eingelötet und dazwischen niedrige Stapel
(6, 8) von kreisförmigen Regeneratornetzen lose eingelegt werden.
5. Außenbeheizte thermo-hydraulische Arbeitsmaschine nach den Ansprüchen
1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Innenwand des
Druckbehälters (5) an ihrem Rand verlöteten, scheibenförmigen Wärmeübertragungs-
und -speicherelemente (7, 12) aus einseitig lotplattierten
dünnen Blechstreifen (28) bestehen, die durch Prägen, Ätzen oder
andere Verfahren mit Quernuten oder -wellen (29) versehen, zu einem
kreisförmigen Wickel (30) gerollt und miteinander vakuumverlötet sind.
6. Außenbeheizte thermo-hydraulische Arbeitsmaschine nach den Ansprüchen
1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungs- und
Speicherelemente für den oberen und unteren Abschnitt des Druckrohres
(5) und auch der thermische Regenerator (10) in Form von identischen
Einsätzen (31) aus sehr dünnen plattierten schmalen Blechstreifen (32)
- z. B. aus Nickel für den Heiz- und Regeneratorbereich und Kupfer für
den Kühler - hergestellt werden, die durch Prägen, Rollen oder Ätzen
mit sehr engen und quer verlaufenden Wellen oder Kanälen versehen und
miteinander in Form von rechteckigen Gitterplatten (33) vakuumverlötet
sind, aus denen durch Funkenerodieren die zylindrischen regenerativen
Wärmeübertrager-Einsätze hergestellt werden.
7. Außenbeheizte thermo-hydraulische Arbeitsmaschine nach den Ansprüchen
1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenförmigen Wärmeübertragungs-
und Speicherelemente (6, 7, 8, 10, 12) durch Sinterkörper
aus warmfesten Metallkügelchen von hoher Wärmeleitfähigkeit realisiert
werden, die mit ihren exakt abgedrehten Rändern in das Druckrohr (5)
im Vakuum eingelötet werden.
8. Außenbeheizte thermo-hydraulische Arbeitsmaschine nach den Ansprüchen
1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Zylinderkopf (3)
-boden (4) des Arbeitszylinders (1) in Parallelschaltung mehrere identische
Druckbehälter (34) mit den in den Ansprüchen 2 bis 6 gekennzeichneten
Wärmeübertrager- und Speicherelementen (7) und (6) angeordnet
und über die gemeinsamen Verbindungsleitungen (35, 36) mit dem
heißen und kalten Arbeitsvolumen (3, 4) des Zylinders (1) verbunden
sind; sie werden von einem gemeinsamen Außenmantel (37) für die Rauchgasführung
bzw. von einem gemeinsamen Kühlmantel (38) umgeben und sind
miteinander durch Lochbleche aus Kupfer (39) wärmeleitend verbunden.
9. Außenbeheizte thermo-hydraulische Arbeitsmaschine nach den Ansprüchen
1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den gemeinsamen Arbeitszylinder
(1) mehrere aus einer Anzahl gleichartiger Druckbehälter bestehenden
"Satelliten" entsprechend Fig. 4b symmetrisch angeschlossen
sind, die von separaten Brennkammern (27) mit gleicher Heizleistung
und Rauchgastemperatur beschickt werden und deren Abwärmeentsorgung
und Kühlleistungsbedarf gemeinsam gedeckt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944402406 DE4402406A1 (de) | 1994-01-27 | 1994-01-27 | Außenbeheizte thermohydraulische Arbeitsmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944402406 DE4402406A1 (de) | 1994-01-27 | 1994-01-27 | Außenbeheizte thermohydraulische Arbeitsmaschine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4402406A1 true DE4402406A1 (de) | 1995-08-03 |
Family
ID=6508831
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19944402406 Withdrawn DE4402406A1 (de) | 1994-01-27 | 1994-01-27 | Außenbeheizte thermohydraulische Arbeitsmaschine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4402406A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103883425A (zh) * | 2011-11-25 | 2014-06-25 | 成都宇能通能源开发有限公司 | 一种以蓄热器为热源的双作用型液压传动斯特林发动机 |
-
1994
- 1994-01-27 DE DE19944402406 patent/DE4402406A1/de not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN103883425A (zh) * | 2011-11-25 | 2014-06-25 | 成都宇能通能源开发有限公司 | 一种以蓄热器为热源的双作用型液压传动斯特林发动机 |
CN103883425B (zh) * | 2011-11-25 | 2015-10-07 | 成都宇能通能源开发有限公司 | 一种以蓄热器为热源的双作用型液压传动斯特林发动机 |
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8122 | Nonbinding interest in granting licenses declared | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |