DE4427435C2

DE4427435C2 - Displacers for heat engines

Info

Publication number: DE4427435C2
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: 1997-05-22
Anticipated expiration: 2014-08-04
Also published as: DE4427435A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Heißgasma schinen gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bis 3.The invention relates to a hot gas machines according to the preamble of claims 1 to 3.

Die vorgegebene Bauart des Verdrängers bei Heiß gasmaschinen soll beim Hin- und Herströmen von heißem und kaltem Gas im Zylinder Wärme aufnehmen und abgeben. Der Verdränger arbeitet zusätzlich als Wärmetauscher.The specified design of the displacer when hot gas machines are said to flow back and forth of hot and cold gas in the cylinder absorb and release heat. The displacer also works as a heat exchanger.

Aus der US 4 442 670 ist eine Heißgasmaschine mit einem Verdränger bekannt, der aus einer Schraubenflachfeder, deren Windungen sehr dünn im Verhältnis zu ihrer Breite sind, besteht. Die Schraubenflachfeder liegt mit einem Ende an der als Erhitzer ausgebildeten Stirnseite des Ar beitszylinders und mit dem anderen Ende an dem gleichzeitig als Kühler wirkenden, sich hin- und herbewegenden Ar beitskolben an. Die dem Erhitzer benachbarten Windungen der Schraubenflachfeder wirken wegen ihrer hohen Wärme leitfähigkeit ebenfalls als Erhitzer, während die dem Kühler benachbarten Windungen der Schraubenflachfeder wegen ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit als Kühler wirken. Den Re generator bilden die übrigen Windungen der Schraubenflach feder, welche eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Diejenigen Windungen der Schraubenflachfeder, die zum Er hitzer oder Kühler gehören, werden abwechselnd durch Gasströme eines doppeltwirkenden Gaskompressors angeblasen, so daß sie abwechselnd aneinanderliegend oder Ab stände bilden. Da der doppelwirkende Gaskompressor direkt mit dem Arbeitszylinder verbunden ist und mit dem Gas aus dem Arbeitsraum betrieben wird, vergrößert sich der schäd liche Raum der Heißgasmaschine und ihr Wärmewirkungsgrad kann nicht wirkungsvoll erhöht werden.From US 4,442,670 is a hot gas machine with a Displacer known from a helical flat spring, the Coils very thin in relation to their width are. The coil flat spring lies with one End at the end of the Ar designed as a heater working cylinder and with the other end at the same time acting as a cooler, reciprocating ar piston. The turns adjacent to the heater the coil flat spring act because of their high heat conductivity also as a heater, while that of the cooler adjacent turns of the helical flat spring act as a cooler due to their high thermal conductivity. The Re generator form the other turns of the screw surface spring, which have a low thermal conductivity. Those turns of the helical flat spring that lead to the Er heaters or coolers are alternately used Blown gas streams from a double-acting gas compressor, so that they alternate with each other or Ab build stands. Because the double-acting gas compressor directly connected to the working cylinder and with the gas If the work area is operated, the damage increases space of the hot gas machine and its thermal efficiency cannot be increased effectively.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bisher abgeführte Wärme zur Arbeitsleistung mit heranzuziehen, um den Wärmewirkungsgrad der Heißgasmaschine als Kraftmaschine zu erhöhen.The invention is based, so far removed task To use heat for work performance to the thermal efficiency of the hot gas engine as an engine to increase.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patantanspruchs 1 oder des Patentanspruchs 2 oder des Patentanspruchs 3.This object is achieved by the features of patent claim 1 or claim 2 or claim 3.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung befinden sich in den Unteransprüchen 4 bis 12.Advantageous developments of the invention can be found in subclaims 4 to 12.

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

Fig. 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 einen Kurbelarm 5 an, der zu einer Doppelkurbel 14 gehört. Die Doppelkurbel 14 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 End scheiben miteinander. Die Endscheiben des Verdrängers werden durch die Steuerstangen 10 und 11 gesteuert. Die Steuerstange 10 wird durch die Steuerstange 11 hindurch geführt und ist außerhalb des Arbeitszylinders in einer Führung 12 gelagert. Die Steuerstangen sind über die Schubstangen 13 mit dem Kurbelarm 5 verbunden. Fig. 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 a crank arm 5 , which belongs to a double crank 14 . The double crank 14 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 winding plate connects the two end disks with each other. The end plates of the displacer are controlled by the control rods 10 and 11 . The control rod 10 is guided through the control rod 11 and is mounted in a guide 12 outside the working cylinder. The control rods are connected to the crank arm 5 via the push rods 13 .

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

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

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

Fig. 2 zeigt auch die angedeutete Stellung D des Getriebes. Die Windungen des schraubenförmigen Bleches sind wieder auseinander gezogen. Das heiße Gas strömt längst den Windungen zur kalten Seite des Zylinders. Dabei gibt sie Wärme an die kälteren Windungen ab, die sich ihrerseits er wärmen. Fig. 2 also shows the indicated position D of the transmission. The turns of the helical sheet are pulled apart again. The hot gas has long flowed to the cold side of the cylinder. It gives off heat to the colder turns, which in turn warm it 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.

Fig. 4 zeigt anstelle des schraubenförmig gewundenen Bleches einzelne Federscheiben 15, die bei jedem Hub ab wechselnd wie dargestellt entspannt am äußeren Rand aus einander liegen oder zusammen gedrückt werden. Fig. 4 shows instead of the helically wound sheet individual spring washers 15 , which are relaxed at each stroke from alternating as shown on the outer edge of each other or are pressed together.

Fig. 5 zeigt die ganze Steuerung der Maschine entsprechend der Stellung B nach Fig. 2. FIG. 5 shows the entire control of the machine corresponding to position B in FIG. 2.

Fig. 6 zeigt die Ausbildung der Doppelkurbel 14. Fig. 6 shows the formation of the double crank fourteenth

Fig. 7 zeigt die Ausnehmung 16 an der Steuerstange 10. Diese Anordnung zusammen mit der Ausbildung der Kurbeln ist wegen der Kreuzung der Zylinderachse mit der Wellenachse in einer Ebene erforderlich. Fig. 7 shows the recess 16 on the control 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.

Fig. 8 zeigt die Lagerung der Endscheibe 8 des Verdrängers im Zylinder. Für den Durchgang des Gases sind am Umfang Ausnehmungen 17 und Bohrungen 18, letztere auch für Endscheibe 7, vorgesehen. Fig. 8 shows the storage of the end plate 8 of the displacer in the cylinder. Recesses 17 and bores 18 , the latter also for end plate 7 , are provided on the circumference for the passage of the gas.

In Fig. 9 werden sowohl der Gelenkpunkt 19 als auch der Bogen der Ausnehmung 16 zur Stützung der Steuerstange 10 in Gleit bahnen 20 geführt.In Fig. 9, both the hinge point 19 and the arc of the recess 16 to support the control rod 10 in slide 20 are guided.

Fig. 10 zeigt die Schubstange 13 nach Fig. 2 geteilt dar gestellt 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 Fig. 10. Fig. 10 shows the push rod 13 of FIG. 2 is divided by the rod parts 21 and 22nd 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 Fig. 10 shows.

Fig. 11 zeigt die Stangenteile nach Verlassen der Tot stellungen. Durch die Federkraft bewegen sich die Stan genteile wieder auseinander. Durch diese Anordnung wird der Zeitraum des Aneinanderliegens der Windungen des schraubenförmigen Bleches 9 vergrößert. Fig. 11 shows the rod parts after leaving the dead positions. The spring 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. displacer for hot gas engines, which contains a regenerator, characterized in that the displacer consists of two separately controllable end plates ( 7 , 8 ) and an intermediate and connected to it, helically wound sheet ( 9 ) which acts as a regenerator, wherein the two end plates are controlled so that the turns of the sheet alternately lie against one another or form distances.

2. Displacer for hot gas machines, which contains a regenerator in the form of a helical flat spring, the turns of which are very thin in relation to their width, characterized in that the displacer consists of two separately controllable end disks ( 7, 8 ) and the intermediate one and connected with them Coil flat spring exists, the two end plates ( 7, 8 ) being controlled so that the turns of the flat coil spring alternately lie against each other or form gaps.

3. Displacer for hot gas engines, which contains a regenerator, characterized in that the displacer consists of two separately controllable end plates ( 7, 8 ) and intermediate resilient discs ( 15 ), which are arranged in the manner of a plate spring and act as a regenerator , The two end disks ( 7, 8 ) being controlled so that the individual resilient disks ( 15 ) are alternately relaxed against one another at the outer edge or are pressed together.

4. Displacer according to one of claims 1 to 3, characterized in that the end plates ( 7, 8 ) of the displacer have recesses ( 17 ) and bores ( 18 ).

5. Displacer according to one of claims 1 to 4, characterized in that each end plate ( 7, 8 ) is connected to a control rod ( 10, 11 ).

6. Displacer according to claim 5, characterized in that the control rods ( 10, 11 ) are actuated by a crank mechanism ( 4, 6, 13, 14 ).

7. Displacer according to claim 5 or 6, characterized in that the control rod ( 10 ) for the hot side associated end plate ( 7 ) within the control rod ( 11 ) for the cold side associated end plate ( 8 ) of the United displacer is arranged.

8. Displacer according to one of claims 5 to 7, characterized in that the control rod ( 10 ) for the hot side of the Ver displacer facing end plate ( 7 ) contains a recess ( 16 ) within which there is a crank pin of the crank gear ( 4th , 6, 13, 14 ) moves.

9. Displacer according to claim 8, characterized in that the control rod ( 10 ) for the hot side associated end plate ( 7 ) in the region of the recess ( 16 ) and in the region of a joint in which this control rod ( 10 ) with the crank mechanism ( 4, 6, 13, 14 ) is connected, is guided by rails.

10. Displacer according to one of claims 5 to 9, characterized in that the two control rods ( 10, 11 ) with a common crank arm ( 5 ) of the crank mechanism ( 4, 6, 13, 14 ) are connected,
the axis of rotation of the common crank arm ( 5 ) intersects the common shift line for the two control rods ( 10, 11 ),
each control rod ( 10, 11 ) is connected to the common crank arm ( 5 ) via a push rod ( 13 ),
the articulation point of the connection between the one push rod ( 13 ) and the control rod ( 10 ) for the end plate ( 7 ) assigned to the hot side being on a different side of the axis of rotation of the common crank arm ( 5 ) than the articulation point of the connection between the other push rod ( 13 ) and the control rod ( 10 ) for the end plate ( 8 ) assigned to the cold side.

11. A displacer according to claim 10, characterized in that the connecting rods ( 13 ) each leads out separately and the two connecting rod parts thereby formed ( 21, 22 ) are axially displaceable relative to one another depending on the position of the common crank arm ( 5 ) and one between the rod parts ( 21, 22 ) acting spring ( 24 ) is provided.

12. Displacer according to claim 10 or 11, characterized in that the common crank arm ( 5 ) is part of a double crank ( 14 ), on the other crank arm a push rod ( 4 ) for the working piston ( 3 ) of the hot gas engine is steered.