DE4427435A1

DE4427435A1 - Positive displacement device for heat engines

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Publication number: DE4427435A1
Application number: DE19944427435
Authority: DE
Original assignee: LEUSCHEL OTTO 22880 WEDEL DE
Current assignee: LEUSCHEL OTTO 22880 WEDEL DE
Priority date: 1994-08-03
Filing date: 1994-08-03
Publication date: 1995-03-16
Anticipated expiration: 2014-08-04
Also published as: DE4427435C2

Abstract

Published without abstract.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdränger für Heißluftmaschinen. Die vorgegebene Bauart des Verdrängers bei Heißluftmaschinen soll beim Hin- und Herströmen von heißer und kalter Luft im Zylinder Wärme aufnehmen und abgeben. Der Verdränger arbeitet zusätzlich als Wärmetauscher.The invention relates to a displacer for hot air machines. The specified design of the displacer for hot air machines is said to flow hotter back and forth and cold air in the cylinder absorb and release heat. The displacer also works as a heat exchanger.

Bei Heißluftmaschinen der üblichen Bauart wird die heiße Luft von der erhitzten Seite des Zylinders, nachdem sie durch Ausdehnung Arbeit geleistet hat, durch den Verdränger zur kalten Seite des Zylinders geschoben. Dort wird der heißen Luft durch den mit einem Kühlmittel umschlossenen Teil des Zylinders Wärme entzogen, sie also abge kühlt und damit ihr Rauminhalt verringert. Die durch das Kühlmittel entzogene Wärme ist damit für Arbeitsleistung verloren. Diese Wärme wird auch als Abwärme bezeichnet.In hot air machines of the usual type, the hot Air from the heated side of the cylinder after it has done work through expansion, through the displacer pushed to the cold side of the cylinder. There will the hot air through the one enclosed in a coolant Part of the cylinder extracted heat, so they abge cools and thus reduces their volume. The through that Heat extracted from coolant is therefore for work performance lost. This heat is also known as waste heat.

Es sind bei Heißluftmaschinen Wärmetauscher, die auch Regenerationen genannt wurden, bekannt geworden. Diese waren meist rohrförmig gebaut mit im Inneren in Längsrichtung angeordneten Drähten zur Erzielung einer großen Oberfläche in dem nah den Seiten hin offenen Rohr. Bei dieser Anordnung nahmen die Drähte Wärme auf und gaben diese ab, aber durch den dabei notwendig gewordenen zusätzlichen freien Raum erhöhte sich der als schädlich bezeichnete Raum im Zylinder und damit die nicht an der Ausdehnung und Arbeitsleistung beteiligte Luft so erheblich, daß sich der Wärmewirkungsgrad nicht wirkungsvoll erhöhte. Dasselbe trifft für Wärmetauscher zu, die außerhalb des Arbeits- und Verdrängerzylinder angeordnet sind.There are heat exchangers in hot air machines, too Regenerations have become known. These goods mostly built in a tube shape with a lengthwise interior arranged wires to achieve a large surface in the tube open near the sides. At this Arrangement the wires absorbed and released heat, but because of the additional one that became necessary free space increased the one designated as harmful Space in the cylinder and therefore not the expansion air and work performance involved so significantly that the heat efficiency was not increased effectively. The same thing applies to heat exchangers outside of work and displacement cylinders are arranged.

Der Erfindung liegt die Aufgabe vor, bisher abgeführte Wärme zur Arbeitsleistung mit heranzuziehen. Damit wird der Wärmewirkungsgrad der Heißluftmaschine als Kraftmaschine erhöht. Durch Ausnutzung des Rauminhaltes des Verdrängers, dem zusätzlich die Rolle eines Wärmetauschers zugeordnet wird, wird die Aufgabe gelöst.The object of the invention is previously carried out Using heat for work performance. So that will the thermal efficiency of the hot air machine as an engine elevated. By utilizing the volume of the displacer, which also has the role of a heat exchanger is assigned, the task is solved.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen Bild 1 bis Bild 11 dargestellt. An embodiment of the invention is shown in the drawings, Figure 1 to Figure 11.

Bild 1 zeigt einen Arbeitszylinder 1. Dieser ist zum Teil von einem mit einem Kühlmittel durchflossenen Mantel 2 umgeben. In dem Arbeitszylinder gleitet der Arbeitskolben 3, letzterer ist mit der Schubstange 4 verbunden. Die Schubstange greift an Kurbel 5 an, die als Doppelkurbel ausgebildet ist. Die Kurbel sitzt auf Welle 6. Weiter bewegt sich im Zylinder der Verdränger, bestehend aus den Endscheiben 7 und 8 und einem schraubenförmig gewundenen Blech 9. Dieses gewundene Blech verbindet die beiden Endscheiben miteinander. Die Endscheiben des Verdrängers werden durch die Führungsstangen 10 und 11 gesteuert. Die Führungsstange 10 wird durch die Führungsstange 11 hindurch geführt und ist außerhalb des Arbeitszylinders in einer Führung 12 gelagert. Die Führungsstangen sind über die Schubstangen 13 mit der Kurbel 14 verbunden. Figure 1 shows a working cylinder 1 . This is partially surrounded by a jacket 2 through which a coolant flows. The working piston 3 slides in the working cylinder, the latter being connected to the push rod 4 . The push rod engages crank 5 , which is designed as a double crank. The crank sits on shaft 6 . The displacer, consisting of the end disks 7 and 8 and a helically wound sheet 9, also moves in the cylinder. This meandering plate connects the two end plates with each other. The end plates of the displacer are controlled by the guide rods 10 and 11 . The guide rod 10 is guided through the guide rod 11 and is mounted in a guide 12 outside the working cylinder. The guide rods are connected to the crank 14 via the push rods 13 .

Bild 1 zeigt weiterhin die Stellung A des Getriebes. Der Verdränger steht im heißen Teil H des Zylinders. Die Luft ist im kalten Teil K. Die Windungen des schraubenförmigen Bleches des Verdrängers liegen dicht aufeinander. Der Verdränger hat seine kürzeste Länge. Figure 1 also shows position A of the gearbox. The displacer is in the hot part H of the cylinder. The air is in the cold part K. The turns of the helical plate of the displacer lie close together. The displacer has its shortest length.

Bild 2 zeigt die Stellung B des Getriebes. Der Verdränger bewegt sich zur kalten Seite des Zylinders. Die kalte Luft streicht an den auseinander gezogenen Windungen des schraubenförmig gewundenen und heißen Bleches vorbei, wobei die Windungen Wärme abgeben und die kalte Luft erwärmt wird. Der Verdränger hat seine größte Länge. Figure 2 shows position B of the gearbox. The displacer moves to the cold side of the cylinder. The cold air sweeps past the pulled-apart turns of the helically coiled and hot sheet, the turns giving off heat and the cold air being heated. The displacer has its greatest length.

Bild 3 zeigt die Stellung C des Getriebes. Der Verdränger hat wieder seine kürzeste Länge. Die Luft befindet sich ganz im heißen Teil des Zylinders und wird von außen weiter erwärmt. Der Kolben bewegt sich dadurch nach außen. Figure 3 shows position C of the gearbox. The displacer has its shortest length again. The air is completely in the hot part of the cylinder and is further heated from the outside. This causes the piston to move outwards.

Bild 2 zeigt die angedeutete Stellung D des Getriebes. Die Windungen des schraubenförmigen Bleches sind wieder auseinander gezogen. Die heiße Luft strömt längst den Windungen zur kalten Seite des Zylinders. Dabei gibt sie Wärme an die kälteren Windungen ab, die sich ihrerseits erwärmen. Figure 2 shows the indicated position D of the gearbox. The turns of the helical sheet are pulled apart again. The hot air has long since flowed to the cold side of the cylinder. It gives off heat to the colder windings, which in turn heat up.

Der Verdränger nimmt bei jedem Hub infolge der großen dargebotenen Oberfläche abwechselnd Wärme auf und gibt Wärme ab. The displacer increases with each stroke due to the large presented surface alternately heat and gives Heat.

Bild 4 zeigt anstelle des schraubenförmig gewundenen Bleches einzelne Federscheiben 15, die bei jedem Hub abwechselnd wie dargestellt entspannt am äußeren Rand auseinander liegen oder zusammen gedrückt werden.Instead of the helically wound sheet, Figure 4 shows individual spring washers 15 , which are alternately relaxed as shown on the outer edge with each stroke or pressed together.

Bild 5 zeigt die ganze Steuerung der Maschine entsprechend der Stellung B nach Bild 2. Figure 5 shows the entire control of the machine according to position B in Figure 2.

Bild 6 zeigt die Ausbildung der Doppelkurbel 5 und 14. Figure 6 shows the design of the double crank 5 and 14 .

Bild 7 zeigt die Ausnehmung 16 an der Stange 10. Diese Anordnung zusammen mit der Ausbildung der Kurbeln ist wegen der Kreuzung der Zylinderachse mit der Wellenachse in einer Ebene erforderlich. Figure 7 shows the recess 16 on the rod 10 . This arrangement together with the design of the cranks is necessary because of the crossing of the cylinder axis with the shaft axis in one plane.

Bild 8 zeigt die Lagerung der Endscheibe 8 des Verdrängers im Zylinder. Für den Durchgang der Luft sind am Umfang Ausnehmungen 17 und Bohrungen 18, letztere auch für Endscheibe 7, vorgesehen. Figure 8 shows the bearing of the end plate 8 of the displacer in the cylinder. For the passage of air, recesses 17 and bores 18 , the latter also for end plate 7 , are provided on the circumference.

Bild 9 sowohl der Gelenkpunkt 19 als auch der Bogen der Ausnehmung 16 werden zur Stützung der Stange 10 in Gleitbahnen 20 geführt. Figure 9 both the hinge point 19 and the arc of the recess 16 are guided in slideways 20 to support the rod 10 .

Fig. 10 zeigt die Schubstange 13 nach Bild 2 geteilt dargestellt durch die Stangenteile 21 und 22. Am Stangenteil 22 ist eine Führung 23 angeordnet, in der das Stangenteil 21 gleitet. Stangenteil 21 ist durch eine Feder 24 belastet. In der Totlage des Verdrängers sind die Stangenteile zusammengeschoben. Dieses zeigt Bild 10. Fig. 10 shows the connecting rod 13 according to figure 2 is shown divided by the rod parts 21 and 22. A guide 23 is arranged on the rod part 22 , in which the rod part 21 slides. Rod part 21 is loaded by a spring 24 . The rod parts are pushed together in the dead position of the displacer. This is shown in Figure 10.

Bild 11 zeigt die Stangenteile nach Verlassen der Totstellungen. Durch die Federkraft bewegen sich die Stangenteile wieder auseinander. Durch diese Anordnung wird der Zeitraum des Aneinanderliegens der Windungen des schraubenförmigen Bleches 9 vergrößert. Figure 11 shows the rod parts after leaving the dead positions. The rod parts move apart again due to the spring force. With this arrangement, the period of time for the turns of the helical sheet 9 to lie against one another is increased.

Durch die von einem Kühlmittel durchflossene Ummantelung 2 wird nur noch der Teil der Wärme abgeführt, der über die Zylinderwandungen von der heißen Seite des Zylinders 1 zur kalten Seite überfließt.The jacket 2 , through which a coolant flows, only dissipates the part of the heat which flows over the cylinder walls from the hot side of the cylinder 1 to the cold side.

Es wird bei dieser Erfindung (durch Ausgestaltung des Verdrängers als Wärmetauscher) ein hoher Teil der aufgewendeten Wärme in Arbeit umgesetzt.It is in this invention (by designing the Displacer as a heat exchanger) a large part of the spent Warmth put into work.

Claims

1. displacers, which are arranged in cylinders of closed or open hot-air machines of standing or lying type or similar machines and push the heated air or hot exhaust gas from the hot to the cold part of the cylinder and then push the cooled air or fresh air to the hot part of the cylinder, characterized in that the displacer consists of two end disks ( 7 , 8 ) and a plate ( 9 ) lying between them and connected to this. Instead of the sheet, a flat coil spring can be used, the turns of which are very thin in relation to the width. Both end disks are controlled individually, with the turns alternatingly lying against each other or forming gaps with each stroke.

2. Displacer, characterized in that between resiliently controlled end disks of the displacer, individual resilient disks ( 15 ) are arranged which alternately abut each other or form distances with each stroke.

3. displacer, characterized in that both a helical winding sheet according to claim 1 as well as individual spring discs cooperate according to claim 2.

4. Displacer according to claim 1 to 3, characterized in that the displacer for every heat engine that with Air, steam or a gas is used finds. These remedies can work under normal pressure as well to be under tension.

5. Displacer according to claim 1 to 4, characterized in that the displacer with the working piston in a cylinder is arranged or displacer or piston each are arranged in one cylinder or two cylinders for two displacers with a double-acting working piston are provided.

6. Displacer according to claim 1 to 5, characterized in that the control of the two displacer end plates from crank or double crank ( 14 ) is based or is effected by a separately arranged gear.

7. Displacer according to claim 1 to 6, characterized in that the control rod ( 10 ) of the hot side end of the displacer is guided by the control rod ( 11 ) of the cold side end of the displacer.

8. Displacer according to claim 1 to 7, characterized in that the guide rod ( 10 ) for the part facing the hot side of the displacer receives a recess ( 16 ) for the passage of the crank or double crank ( 14 ).

9. Displacer according to claim 1 to 8, characterized in that the arc of the recess ( 16 ) is guided in a rail ( 20 ). This serves to support the guide rod ( 10 ). For the same reason, an articulation point of the guide rod also receives a guide ( 19 ).

10. Displacer according to claim 1 to 9, characterized in that the end plates ( 7 , 8 ) of the displacer have recesses and bores ( 17 , 18 ).

11. A displacer according to claim 1 to 10, characterized in that the push rods ( 13 ) which operate to control the displacer are each divided for themselves ( 21 , 22 ) and shorten in a guide ( 23 ) by pushing together by the period of abutment to extend the turns and with the following movement by spring force ( 24 ) the original length of the push rods is restored.