DE818275C - Heissgaskolbenmaschine - Google Patents

Heissgaskolbenmaschine

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Publication number
DE818275C
DE818275C DEN715A DEN0000715A DE818275C DE 818275 C DE818275 C DE 818275C DE N715 A DEN715 A DE N715A DE N0000715 A DEN0000715 A DE N0000715A DE 818275 C DE818275 C DE 818275C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cylinder
cooler
hot gas
warm
space
Prior art date
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Expired
Application number
DEN715A
Other languages
English (en)
Inventor
Heinrich De Brey
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Filing date
Publication date
Application filed by Philips Gloeilampenfabrieken NV filed Critical Philips Gloeilampenfabrieken NV
Application granted granted Critical
Publication of DE818275C publication Critical patent/DE818275C/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2243/00Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
    • F02G2243/30Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2243/00Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
    • F02G2243/30Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders
    • F02G2243/34Regenerative displacers having their cylinders at right angle, e.g. "Robinson" engines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

  • Heißgaskolbenmaschine Heißgaskolbenmaschinen, wie z. B. Heißgaskolbenmotoren, Wärmepumpen oder Kühlmaschinen, die nach dem umgekehrten Heißgasmotorprinzip mit mindestens einem geschlossenen Kreislauf arbeiten, bei dem der warme und der kalte Raum, die einem einzigen Kreislauf angehören, in mehreren Zylindern untergebracht sind, sind bekannt. Diese bfaschinen sind derart ausgebildet, daß eine Kolbenoberfläche in einem Zylinder das Volumen des «armen Raums bedingt, während eine Kolbenoberfläche in einem anderen Zylinder das Volumen des demselben Kreislauf des erwähnten warmen Raumes zugehörigen kalten Raumes bedingt.
  • Es wurde bereits vorgeschlagen, in einem die zwei Zylinder verbindenden Kanal die zum Betrieb der Maschine erforderlichen Elemente, d. h. Erhitzer, Regenerator und Kühler, unterzubringen. Diese Anordnung hat jedoch Nachteile. Zunächst ist der schädliche Raum groß, da die beiden Verbindungskanäle zwischen den Zylindern und dem Erhitzer bzw. dem Kühler einen schädlichen Raum bilden. Zwar fällt dabei der Kanal selbst als schädlicher Raum zwischen den zwei Zylindern weg, aber das Volumen dieses Kanals wird im allgemeinen den bei der erwähnten Anordnung entstandenen zusätzlichen schädlichen Raum nicht aufwiegen. Weiter bereitet der Anschluß des Kanals an den Kühler strömungstechnische Schwierigkeiten.
  • Gemäß der Erfindung ist eine Heißgaskolbenmaschine, z. B. ein Heißgaskolbenmotor, eine Wärmepumpe oder eine nach dem umgekehrten Heißgasmotorprinzip arbeitende Kühlmaschine mit mindestens einem geschlossenen Kreislauf, bei dem der warme und kalte Raum, die einem einzigen Kreislauf angehören, in mehreren Zylindern angeordnet sind und die mit einem Erhitzer, Regenerator und Kühler versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Erhitzer und der Regenerator konzentrisch zu der Achse des den warmen Raum enthaltenden Zylinders liegen, während in der Verbindung zwischen diesem Zylinder und dem den zugehörigen kalten Raum enthaltenden Zylinder der Kühler untergebracht ist.
  • Die Anwendung der Erfindung ergibt verschiedene Vorteile. Bei einer bekannten Anordnung des Erhitzers, Regenerators und Kühlers liegen diese Elemente alle konzentrisch zu dem Zylinder, der den warmen Raum enthält. Nun ist es mit Rücksicht auf eine optimale thermodynamische Nutzwirkung erwünscht, daß die Durchströmgeschwindigkeit des Mittels im Regenerator klein im Verhältnis zu der Durchströmgeschwindigkeit des Mittels im Kühler ist, um den Strömungswiderstand im Regenerator in zulässigen -Grenzen zu halten. Dagegen muß die Durchströmgeschwindigkeit im Kühler groß sein, da sonst die Wärmeübertragung zwischen Mittel und Kühlerwand schlecht ist und die Kühleroberfläche so groß sein muß, daß der schädliche Raum größer als erwünscht wird. Auch sind die Abmessungen des Kühlers bei konzentrischer Anordnung um den Zylinder an bestimmte Grenzen gebunden. Außerdem ist es bei der zuletzt erwähnten Anordnung erforderlich, durch Anordnung von Umkehrschaufeln und ähnlichen Hilfsmitteln zwischen dem Kühler und dem Verbindungskana'1 den Mittelstrom in der erwünschten Richtung zu führen; aber es hat sich ergeben, daß diese Mittel für die in Frage kommenden Geschwindigkeiten schwierig zu entwerfen sind und dem Arbeitsmittel viel Widerstand bieten. Indem gemäß der Erfindung der Kühler in dem den warmen mit dem kalten Zylinder verhindenden Kanal untergebracht wird, wird zunächst der schädliche Raum im Verhältnis zu der bekannten Anordnung verkleinert. Weiter ist man. v iel freier in der Wahl der Kühlermasse, und der Kühler kann derart entworfen werden, daß die Anforderungen in bezug auf Wärmeübertragung und Durchströmgeschwindigkeit weitgehend erfüllt werden. Umkehrschaufeln und ähnliche Teile sind dann entbehrlich, weil die Formgebung des kurzen Verbindungskanals zwischen Regenerator und Kühler nunmehr durch die um soviel niedrigere Durchströmgeschwindigkeit durch den Regenerator bedingt wird und strömungstechnisch einfach zu verwirklichen ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht der Erhitzer vorzugsweise aus einem Rohrbündel, dessen Rohre vom Arbeitsmittel durchströmt werden. Ein solcher an sich bekannter Erhitzer hat in thermodynamischer Hinsicht Vorzüge und ist baulich einfach, aber die Anwendung ist manchmal schwierig, da die Längsabmessung des Zylinders mit Erhitzer und Wärmequelle groß wird. Wird dieser Rohrerhitzer jedoch bei einer Heißgaskolbenmaschine gemäß der Erfindung verwendet, so kommt wenigstens teilweise dieser Nachteil in Wegfall, da die Länge des warmen Zylinders infolge dos Wegfalls des diesen Zylinder umgebenden Kühlers geringer sein kann.
  • Mit Rücksicht auf die von der Maschine beanspruchte Grundfläche ist es vorteilhaft, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die zwei den warmen bzw. -. den kalten Raum enthaltenden Zylinder einen solchen Winkel miteinander einschließen, daß die Achse des den warmen Raum - enthaltenden Zvlinders senkrecht steht. Welchen Winkel man dann wählen wird, hängt von der zwischen dem Verlauf der Volumenänderung des warmen Raumes und der des kalten Raumes erwünschten Phasenverschiebung ab. Im allgemeinen wird, auch mit Rücksicht auf eine vorteilhafte Maschinenanordnung, ein Winkel von 9o° gewählt werden. Da der kalte Zylinder eine bedeutend kürzere Länge als der warme Zylinder haben kann, ist die von'der Maschine beanspruchte Grundfläche gering.
  • Die Erfindung wird nachstehend an Rand der Zeichnung näher erläutert, deren Figuren Ausführungsbeispiele-der Erfindung darstellen.
  • Fig. i stellt eine Maschine dar, bei der die Zylinder unter einem Winkel von 9o ° angeordnet sind. Fig.2 stellt einen Teil einer 'Iehrzylindermaschine dar, deren Zylinder in Flucht zueinander liegen.
  • In Fig. i bezeichnet i den Zylinder, in dem ein Kolben 2 beweglich ist. Der Kolben 2 ist mit einer Kolbenkappe .3 versehen. Der Zylinder i ist auf einem Kurbelkasten .I befestigt, in dem sich eine Welle 5 bewegt, die mit einer Kurbel 6 versehen ist. An diesem Kurbelkasten 4 ist ein zweiter Zylinder 7 befestigt, in dem ein Kolben 8 beweglich ist. Die Kolben 2 und 8 sind durch Schubstangen y und io mit der Kurbel 6 verbunden. Auf dein Zylinder i ist ein Rohrerhitzer i i angeordnet, der aus einer Anzahl haarnadelförmig gekrümmter Rohre besteht, durch die das Arbeitsmittel der Maschine strömt. Die Rohre sind einerseits am oberen Teil des Zylinders i, andererseits an einem mit dem Zylinder verbundenen Flansch 12 befestigt. Weiter ist ein Regenerator 13 vorhanden, der den Zylinder umgibt. Der Rohrerhitzer i i ist mit einem Mantel 14 umgeben, den die Verbrennungsluft durchströmt, die durch die Öffnung 15 zugeführt wird. Die Wärmeenergie wird vom Brenner 16 zugeführt, und die Verbrennungsgase werden durch die Öffnung 17 abgeführt. An der Unterseite des :Zegenerators U ist ein Raum 18 vorgesehen, der in einen Rohrkühler i9 mündet. Das zu kühlende Mittel durchströmt die Rohre dieses Rohrkühlers ig, und das Kühlmittel wird durch die öffnun gen 20 und 21 zu- bzw. abgeführt. Auf der anderen Seite, des Kühlers i9 mündet der Raum 22 in den Zylinder 7. Der warme Zylinder i ist senkrecht angeordnet, und der kalte Zylinder 7 schließt einen Winkel von 9o° mit dem warmen Zylinder i ein. Die ganze Maschine wird von zwei Sockeln 23 abgestützt. Der Raum 18 ist nun derart bemessen, daß das Arbeitsmittel nach dem Durchgang durch den Regenerat#>r, in dem es z. B.. eine Durchstriimgeschwindigkeit von 3 m in der Sekunde hat, beim Einströmen in den Kühler eine Geschwindigkeit hat, die -der Geschwindigkeit im Kühler von etwa 20 m in der Sekunde weitgehend nahekommt. Die schädlichen Räume 1S und 22, die unvermeidlich sind, haben ein bedeutend kleineres Volumen als das, das der Verbindungskanal zwischen dem warmen und dem kalten Zylinder haben -würde, wenn der Kühler auf die bekannte Weise konzentrisch zum Zylinder angeordnet wäre. Außerdem kann nunmehr die Länge des Zylinders 1 abgekürzt werden, so daß die Verwendung eines Rohrerhitzers ermöglicht wird, ohne daß die Länge des warmen Zylinders mit Erhitzer allzu groß wird. Ein weiterer Vorteil ist noch der, daß sich die Nl;iglichkeit ergibt einen Kühlmantel 24 zur Kühlung der Lauffläche des Zylinders anzuordnen. Dieser Kühlmantel 2.4 kann von einem Kühlmittel durchströmt werden das eine niedrigere Temperatur als die des Kühlmittels hat, das bei der bisher üblichen gleichachsigen Kühleranordnung der Kühlung der Zylinderwand dient, wodurch eine rationelle Kühlung dieses Zylinderteiles gesichert wird. Ein solcher Kühlmantel ist auch um den kalten Zylinder 7 angebracht; dieser Kühlmantel ist mit 25 bezeichnet.
  • Es ist ein Vorzug der beschriebenen Ausbildung, (laß der Raum 18 derart bemessen werden kann, daß Führungsorgane für das aus dem Regenerator oder in ihn tretende Mittel zwischen Regenerator und Kühler nicht erforderlich sind. Durch zweckmäßige Ausgestaltung des Raumes 18 kann bewerkstelligt werden, daß die Geschwindigkeit des Mittels im Ringkanal etwa gleich der Durchströmgeschwindigkeit im Regenerator wird, und außerdem kann auf der Kühlerseite die Ausgestaltung derart sein, claß die Geschwindigkeit des Mittels der Durchströmgeschwindigkeit inl Kühler weitestgehend angepaßt ist.
  • lit Fig. 2 bezeichnen 30° lind 3o b zwei Zylinder, die übereinstimmend sind und die einen Teil einer Mehrzylindernnaschine bilden, deren "Zylinder in Flucht zueinander liegen. In diesen Zylindern sind Kolben 31 mit KolbenkalTelv 32 beweglich. All (teil Kolben sind Kolbenstangen 33 befestigt. ('in die Zylinder herumlaufend liegen die Rippen von Er-Ilitzertt 34 und Regeneratoren 35. Die Erllitzermäntel 36 sind mit äußeren Rippen 37 versehen. Die "Zylinder sind weiter finit Zuführungsö ffnungell 38 versehen. Der den Erhitzer 34 und den lZegenerator 35 enthalteirde lZaum des einen Zylinders ist mittels eines Kaitals 39 mit einem Kühler 4o verbunden, der sich seinerseits wieder an die öftnung 38 des zweiten Zylinders anschließt. Dieser Kanal 39 ist wieder derart ausgebildet, daß das Mittel, nachdem es den Regenerator 35 mit geringer Geschwindigkeit durchströmt hat, beim Einströmen in den Kühler 4o eine Geschwindigkeit hat, die der Geschwindigkeit im Kühler weitgehend gleichkommt. Dieser mit Zu- und Abführungsöffnungen 41 und 42 für das Kühlmittel versehene Kühler 40 bildet die Verbindung zwischen dem warmen Raum, dessen Volumen durch die obere Fläche des Kolbens 31 im Zylinder 30° und die untere Fläche dieses Kolbens im Zylinder 30b bedingt wird, wobei zwischen diesen Flächen ein gewisser Phasenunterschied hinsichtlich der Bewegung vorliegt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel haben die schädlichen Räume ein geringeres Volumen, als es der Fall wäre, wenn der Kühler auf die bekannte Weise konzentrisch zum Zylinder angeordnet wäre. Es ist möglich, den Zylinderkühlraum 24 der Fig. 1 auch bei den Zylindern der Fig. 2 zu verwenden.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Heißgaskolbenmaschine, wie z. B. Heißgaskolbenmotor, Wärmepumpe oder nach dem umgekehrten Heißgasmotorenprinzip arbeitende Kühlmaschine mit mindestens e,inem,gescillossenen Kreislauf, hei dem der warme und der kalte Raum, die einem einzigen Kreislauf angehören, in mehreren Zylindern untergebracht sind und die mit einem Erhitzer, Regenerator und Kühler versehen sind, dadurch gekennzeichnet daß der Erhitzer und der Regenerator konzentrisch zu der Achse des den warmen Raum enthaltenden Zylinders liegen, während in der Verbindung zwischen diesem Zylinder und dem den zugehörigen kalten Raum enthaltenden Zylinder der. Kühler untergebracht ist.
  2. 2. Heißgaskolbenmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Erhitzer aus einem Rohrbündel besteht, dessen Rohre von dem zu erhitzenden#Mittel durchströmt werden.
  3. 3. Heißgaskolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei den warmen bzw, den kalten Raum enthaltenden Zylinder einen Winkel miteinander einschließen, wobei die Achse des den warmen Raum enthaltenden Zylinders senkrecht angeordnet ist.
DEN715A 1949-04-14 1950-04-09 Heissgaskolbenmaschine Expired DE818275C (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL818275X 1949-04-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE818275C true DE818275C (de) 1951-10-25

Family

ID=19838959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DEN715A Expired DE818275C (de) 1949-04-14 1950-04-09 Heissgaskolbenmaschine

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DE (1) DE818275C (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2164522A1 (de) * 1971-12-24 1973-06-28 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Heissgaskolbenmaschine
WO2005001269A1 (en) * 2003-06-27 2005-01-06 Cornelis Maria De Blok Multi section heat driven thermoacoustic engine

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2164522A1 (de) * 1971-12-24 1973-06-28 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Heissgaskolbenmaschine
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