DK177148B1 - Stirlingmaskine - Google Patents

Abstract

En stirlingmaskine omfatter fire dobbeltvirkende stempler (20), der hver har en stempelstang (21), der svingbart er forbundet med et stempel (20) ved den ene ende og med det ene af to åg (29 og 30) ved den anden ende ved drejeled (33, 34, 35 og 36) . Ågene er ved drejeled (31 og 32) svingbart for bundet med det ene af to radialt modsat rettede krumtapbugte (henholdsvis 25 og 26) på en enkelt krumtapaksel (24) . Sættet af drejeled (31, 33 og 34) og sættet af drejeled (32, 35 og 36) bestemmer hver især en retvinklet, ligesidet tr med modsat rettede vinkelspidser, der er bestemt af drejepunkter ne (henholdsvis 31 og 32) . Vippestænger (37 og 38) er sving bart forbundet med et åg (henholdsvis 29 og 30) ved drejeled (39 og 40), der er anbragt i hovedsagen midt på rette linjer, der forbinder henholdsvis drejeleddene (33 og 34) og dreje leddene (35 og 36).

Description

i DK 177148 B1

STIRLINGMASKINE

Den foreliggende opfindelse angår en Stirlingmaskine eller Stirlingmotor af den type, der omfatter mindst én gruppe af fire ensartet orienterede cylindre, der er anbragt i et 5 firkantet arrangement, et dobbeltvirkende stempel, der forskydeligt er anbragt inde i hver cylinder og opdeler cylinderen i henholdsvis et varmt og et koldt cylinderkammer, idet det varme kammer i hver cylinder er forbundet med det kolde kammer i den efterfølgende cylinder i en følge af cylindre 10 langs perimeteren for det firkantede arrangement, og en krumtapmekanisme, der er fælles for alle stemplerne og er forbundet med disse således, at den cykliske bevægelse for hvert stempel ned i gruppen er ca. 90° foran bevægelsen for det foregående stempel i nævnte følge af cylindre.

15 Et Stirlingmaskine af den ovennævnte type er beskrevet i US patent nr. 4.138.897. Den kendte Stirlingmaskine omfatter et par parallelle krumtapaksler, der roterer sammen, og et krydshoved til at optage tværgående kræfter eller sidekræfter, er forbundet med hver cylinder. Det er endvidere som 20 følge af de to krumtapaksler nødvendigt at tilvejebringe en transmissionsmekanisme til at overføre kraften fra hver af krumtapakslerne til en fælles kraftudgangsaksel.

Den foreliggende opfindelse tilvejebringer en Stirlingmaskine som den, der er beskrevet ovenfor, og som har en forbedret 25 krumtapmekanisme, der på en simpel og effektiv måde giver anledning til opnåelse af et af formålene med opfindelsen, nemlig at gøre det muligt for alle stemplerne at overføre deres bevægelseskraft til en enkelt krumtapaksel og at lade den cykliske bevægelse af hvert stempel i gruppen være ca.

30 90° foran det foregående stempel i nævnte følge af stempler, samtidig med at man i hovedsagen eliminerer tværkræfter eller sidekræfter mellem stemplerne og de tilhørende cylinderflader og samtidigt eliminerer behovet for en krafttransmissionsmekanisme, der i sig selv er en komplicerende faktor og, især 35 i store maskiner, ikke særlig praktisk.

2 DK 177148 B1

Stirlingmaskinen ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at krumtapmekanismen omfatter en enkelt krumtapaksel, der har to i længderetningen med indbyrdes afstand anbragte, radialt modsatte rettede krumtapbugte, og som er drejeligt lejret i 5 et hus, et par åg, der hver især er svingbart forbundet med en af krumtapbugtene ved et første drej eled og svingbart forbundet med et par stempelstænger for et par stempler ved et andet og et tredje drej eled, der ligger i hovedsagen i samme afstand fra det første drej eled, idet det første, det 10 andet og det tredje drej eled bestemmer en i hovedsagen retvinklet trekant, der har sin rette vinkel ved det første drej eled, ligesom de retvinklede vinkelspidser ved de første drej eled på de to åg er modsat rettede, og en på tværs forløbende vippestang, der forbinder hvert af ågene med huset, 15 idet de modstående ender af hver vippestang er svingbart forbundet med henholdsvis åget og huset. Stirlingmaskinen ifølge opfindelsen omfatter således mindst én gruppe af fire cylindre, der arbejder med en faseforskel på i hovedsagen 90°, og en simpel krumtapmekanisme, der ikke overfører nogen 20 væsentlige tværgående kræfter eller sidekræfter til stemplerne, som har en enkelt krumtapaksel, der er fælles for alle cylindrene. De ekstremt lave stempelsidekræfter, der kan opnås, tillader anvendelsen af ikke smurte stempler.

For at minimere den tværgående bevægelse af stempelstængerne 25 er vippestængerne fortrinsvis forbundet med åget i hovedsagen ved midtpunktet af trekantens hypotenuse.

Stirlingmaskinen ifølge opfindelsen kan omfatte fire, otte, tolv eller et hvilket som helst andet multiplum af fire cylindre, der er anbragt på to parallelle, med indbyrdes 30 tværgående afstand anbragte rækker, så at der dannes ét eller flere firkantede arrangementer af cylindre. Et forbrændingskammer, der er fælles for en gruppe af fire cylindre, kan så anbringes inde i, ovenover, nedenunder eller i nærheden af hvert firkantede arrangement af cylindre, og hvert forbræn-35 dingskammer kan have vægge, inde i hvilke der afgrænses lukkede gasrum, idet det varme cylinderkammer for hver cylin- 3 DK 177148 B1 der i gruppen står i forbindelse med det ene endeområde .af mindst ét af disse gasrum, der ved det modstående endeområde står i forbindelse med det kolde cylinderkammer, i den efterfølgende cylinder gennem i det mindste én varmeregenerator og 5 mindst ét koldt rum. Forbrændingskammeret kan fx være anbragt inde i, ovenover, nedenunder eller i nærheden af det firkantede arrangement af cylindre, hvorved varme fra forbrændings-kammeret effektivt kan overføres til de varme kamre i cylindrene .

10 Gasrummene, der står i forbindelse med de varme og kolde cylinderkamre, kan have en hvilken som helst egnet form og kan fx være afgrænset inde i hule plader. Ved den foretrukne udførelsesform er hvert af gasrummene imidlertid i det mindste delvis afgrænset inde i et flertal af opretstående rør.

15 Disse rør kan stå i direkte forbindelse med kamrene i de tilhørende cylindre. De opretstående rør står imidlertid fortrinsvis indirekte i forbindelse med cylinderkamrene.

Således kan endeområderne af dette flertal af opretstående rør være indbyrdes forbundet ved hjælp af samlerør, der står 20 i forbindelse med cylindrenes varme og kolde kamre.

Stirlingmaskinens cylindre kunne i virkeligheden være anbragt langs et par ikke-parallelle rette eller krumme linjer. I et sådant tilfælde ville de åg, der hører til tilgrænsende par af modstående cylindre, være forskellige. Ved den foretrukne 25 udførelsesform er det firkantede arrangement imidlertid et rektangulært arrangement, så at cylindrene er anbragt langs et par indbyrdes parallelle linjer, og ågene er identisk udformede.

Akserne for cylindrene i hver gruppe af cylindre kan strække 30 sig i forskellige retninger. Ved den foretrukne udførelsesform er akserne for alle cylindrene i hver gruppe af cylindre imidlertid i hovedsagen parallelle. Akserne for cylindrene er fortrinsvis i hovedsagen lodrette.

4 DK 177148 B1

For yderligere at formindske de tværgående kræfter eller sidekræfterne på stemplerne kan forbindelsen mellem stempel-stængerne og det andet og tredje drej eled på ågene omfatte et krydshoved for hvert stempel anbragt i en cylinder, der er 5 koaksial med stempelcylinderen og stift forbundet med stempelstangen i afstand fra stemplet, idet krydshovederne er svingbart forbundet med ågene ved det andet og tredje dreje-led ved hjælp af krydshovedstænger, som er svingbart forbundet med krydshovederne. Bevægelserne for det andet og 10 tredje drej eled i tværgående retning i forhold til akserne for stempelcylinderen giver da ikke anledning til tværgående kræfter på stempelstængerne, idet disse bevægelser optages af krydshovedstængerne, hvis svingningsforbindelse til 'krydshovederne og ågene ligger i afstand fra stempelcylindernes 15 varme kamre og derfor ikke udsættes for skadelig varmeind-flydelse.

Krydshovedcylindrene, der svarer til åget, der har sit andet og tredje drej eled anbragt nærmere ved stemplerne end det første drej eled, er fortrinsvis anbragt længere væk fra 20 stemplerne end det andet og tredje drejeled, medens krydsho-vedcylindre, der svarer til det åg, der har sit andet og tredje drej eled anbragt længere væk fra stemplet end det første drejeled, er anbragt nærmere ved stemplerne end det første og andet drejeled.

25 I Stirlingmaskiner af den omhandlede type siver arbejdsmediet i kamrene i stempelcylinderen forbi tætningsorganerne mellem stempelstangen og åbningen mellem cylinderen og krumtapmekanismens hus ind i dette hus, hvilket giver anledning til spild af arbejdsmedium, hvis dette kan undslippe til det 30 omgivende miljø, hvorfor tætningsorganerne må være så effektive som muligt. Det er derfor en fordel, at huset er hermetisk lukket. Trykket i huset vil bygge sig op til i hovedsagen middelarbejdstrykket i stempelcylinderkamrene som følge af denne lækage, og stempelstangens tætningsorganer kan 35 derfor være meget simplere, da de vil være udsat for en lavere trykforskel og dynamiske trykvariationer. Huset kan 5 DK 177148 B1 lukkes hermetisk på en meget simplere måde, når krumtapmekanismen kun omfatter en enkelt krumtapaksel, end når der anvendes to krumtapaksler med forbindelsesorganer. Middel-trykket i huset kan reduceres til minimumstrykket i de kolde 5 cylinderkamre ved indføring af mindst én kontraventil mellem de kolde cylinderkamre og huset.

Arbejdsgaslækagen, der i det hermetisk lukkede hus opbygger et højt tryk, vil imidlertid især i store maskiner medføre en dyr konstruktiv udformning af huset. Derfor udgør fortrinsvis 10 mindst ét af krydshovederne og dets tilsvarende cylindre end kompressorcylinder til komprimering af den arbejdsgas for Stirlingmaskinen, der ved lækage siver ind i huset, "idet krydshovedet er forsynet med stempelringe, og krydshoved-cylinderen har en tværgående lukkeplade, der sammen med 15 krydshovedet i cylinderen afgrænser et kompressionskammer, der står i forbindelse med det indre af huset gennem en indløbsventil og gennem en udløbsventil står i forbindelse med en udblæsningsledning, som er i forbindelse med husets omgivelser.

20 Krydshovedernes funktion kan erstattes af fedtsmurte lineære nålelejer eller kuglelejer, der reducerer de tværgående kræfter eller sidekræfterne på samme måde som krydshovederne.

Én af stempelstængerne, der føres i et sådant lineært styreleje, kan være forbundet med et lille kompressorstempel, der 25 samarbejder med en separat kompressorcylinder for opnåelse af den samme funktion som det krydshoved og den krydshovedcylinder, der danner kompressoren.

Kompressorcylinderen dannes fortrinsvis af én af krydshoved-cylindrene, der er anbragt længere borte fra stemplerne end 30 det første og det andet drej eled på det tilsvarende åg, medens den tværgående lukkeplade er anbragt længere borte fra stemplerne end dets krydshoved.

Når Stirlingmaskinens kraftudtag styres af arbejdsgassens middeltryk er det, når der er behov for mere effekt, for- 6 DK 177148 B1 delagtigt at forøge middeltrykket fra et lavere niveau til et højere ved at bringe udblæsningsledningen i forbindelse med stempelcylinderkamrene. Udblæsningsledningen kan selektivt bringes i forbindelse med stempelcylinderkamrene eller med en 5 mellemliggende bufferbeholder for arbejdsgas, der oplagrer den arbejdsgas, der er blevet blæst ud fra huset, når den ikke er nødvendig for at forøge middeltrykket i stempelcylinderkamrene .

Ifølge et yderligere aspekt angår den foreliggende opfindelse 10 også en krumtapmekanisme til en Stirlingmaskine som den ovenfor beskrevne, og krumtapmekanismen ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at den omfatter en enkelt krumtapåksel, der har to i længderetningen med indbyrdes afstand anbragte, radialt modsatrettede krumtapbugte og er indrettet til at 15 blive drejeligt lejret i et hus, et par åg, der hver især er svingbart forbundet med én af krumtapbugtene ved et første drej eled og svingbart forbundet med et par stempelstænger ved et andet og tredje drejeled, der ligger i hovedsagen i samme afstand fra det første drej eled, idet det første, det andet 20 og det tredje drej eled bestemmer en i hovedsagen retvinklet trekant, der har sin rette vinkel ved det første drejeled, ligesom de retvinklede vinkelspidser ved de første drejeled på de to åg er modsat rettede, og en på tværs forløbende vippestang, der forbinder hvert af ågene med huset, idet de 25 modstående ender af hver vippestang er indrettet til at blive svingbart forbundet med henholdsvis åget og huset.

Hver vippestang er fortrinsvis forbundet med åget i hovedsagen ved midtpunktet af trekantens hypotenuse.

Forbindelsen mellem stempelstængerne og det andet og det 30 tredje drejeled på ågene omfatter fortrinsvis et krydshoved for hvert stempel anbragt i en cylinder, der er koaksial med stempelcylinderen og stift forbundet med stempelstangen i afstand fra stemplet, idet krydshovederne er svingbart forbundet med ågene ved det andet og tredje drejeled ved hjælp 7 DK 177148 B1 af krydshovedstænger, der svingbart er forbundet med krydshovederne .

Endvidere er de krydshovedcylindre, der svarer til det åg, der har sit andet og tredje drej eled anbragt nærmere ved 5 stemplerne end det første drej eled, fortrinsvis anbragt længere borte fra stemplerne end det andet og tredje dreje-led, medens de krydshovedcylindre, der svarer til det åg, der har sit andet og tredje drej eled anbragt længere borte fra stemplerne end det første drej eled, er anbragt nærmere ved 10 stemplerne end det andet og tredje drej eled.

Det er fordelagtigt, at huset er hermetisk lukket, og at i det mindste ét af krydshovederne og dets tilsvarende cylindre danner en kompressorcylinder til kompression af den arbejds-gas for Stiriingmaskinen, der ved lækage siver ind i huset 15 forbi stempelstængerne, idet krydshovedet er forsynet med stempeltætninger, og krydshovedcylinderen har en tværgående lukkeplade, der sammen med krydshovedet i cylinderen afgrænser et kompressionskammer, som står i forbindelse med det indre af huset gennem en indløbsventil og gennem en udløbs-20 ventil står i forbindelse med en udblæsningsledning, der igen står i forbindelse med det ydre af huset.

Krydshovedernes funktion kan erstattes af fedtsmurte lineære nålelejer eller kuglelejer, der reducerer tværgående kræfter eller sidekræfter på samme måde som krydshovederne. Én af de 25 stempelstænger, der styres i et sådant lineært føreleje, kan være forbundet med et lille kompressorstempel, der samarbejder med en separat kompressorcylinder for opnåelse af samme funktion, som når krydshovedet og krydshovedcylinderen danner kompressoren.

30 Kompressorcylinderen dannes fortrinsvis af én af krydshoved-cylindrene, der er anbragt længere væk fra stemplerne end det første og det andet drej eled på det tilsvarende åg, medens den tværgående lukkeplade er anbragt længere borte fra stemplerne end dets krydshoved.

8 DK 177148 B1

Det er fordelagtigt, at udblæsningsledningen står i forbindelse med stempelcylinderkamrene. Udblæsningsledningen kan selektivt kommunikere med stempelcylinderkamrene eller med en mellemliggende bufferbeholder for arbejdsgas til oplagring af 5 den arbejdsgas, der udblæses fra huset.

Opfindelsen vil nu ved hjælp af et eksempel blive nærmere beskrevet under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 skematisk og set fra oven viser cylinderarrangementet og opvarmningsarrangementet for en dobbeltvirkende Stirling-10 maskine ifølge opfindelsen, fig. 2 skematisk og set i perspektiv viser princippet for Stirlingmaskinen ifølge opfindelsen, fig. 3 viser fire skematiske snit efter linjerne henholdsvis A-A og B-B i fig. 1 i en cylinderrække 1 og en cylinderrække 15 2 i Stirlingmaskinen ifølge opfindelsen, hvor krumtapmekanis men og stemplerne er vist i fire forskellige stillinger svarende til successive vinkeldrejninger af krumtappen 90°, fig. 4 skematisk og set i perspektiv viser den indbyrdes forbindelse mellem cylindrene i Stirlingmaskinen ifølge 20 opfindelsen, fig. 5 er en udførelsesform for en Stirlingmaskine ifølge opfindelsen vist delvis i snit, idet man ser cylinderrækken 1 og dens tilhørende åg, fig. 6 er et snit svarende til det i fig. 5 viste, hvor man 25 ser cylinderrække 2 og dets tilhørende åg, fig. 7 viser en del af et snit i krumtapmekanismehuset i cylinderrække 1 i en anden udførelsesform for en Stirlingmaskine ifølge opfindelsen, der minder meget om den i fig. 5 og 6 viste, og 30 fig. 8 i større målestok viser den del af fig. 7, der er markeret med en cirkel.

Den dobbeltvirkende Stirlingmaskine, der er vist i fig. 1-4, har fire cylindre 10, der er anbragt i to par eller rækker (cylinderrække 1 til venstre og cylinderrække 2 til højre i 35 fig. 2 og 3) og har i hovedsagen lodret forløbende parallelle , akser og er anbragt i et rektangulært arrangement, som det 9 DK 177148 B1 bedst er vist i fig. 1, 2 og 4. Et forbrændingskammer 11 er afgrænset af opvarmningselementer 12, der danner forbrændingskammerets vægge. Hvert opvarmningselement omfatter en række lodret forløbende rør 13 og et i hovedsagen vandret 5 forløbende forbindelsesrør 14, der forbinder de indre rum i de lodrette rør 13 i hver række og står i forbindelse med det varme cylinderkammer 15 for de respektive cylindre 10. De kolde cylinderkamre 16 (fig. 4) i de respektive cylindre 10 står i forbindelse med forbindelsesrørene 17, der er for-10 bundet med køleelementer 18, som igen står i forbindelse med opvarmningselementerne 12 gennem varmeregeneratorer 19.

Stiriingmaskinens generelle orientering kan som vist være en opretstående stilling, eller maskinen kan danne en hvilken som helst vinkel, der er hensigtsmæssig for maskinens an-15 vendeIse.

Idet der nu henvises til fig. 2 og 3, indeholder hver cylinder 10 et stempel 20 med en stempelstang 21, der svingbart er forbundet med og strækker sig fra stemplet 20 ind i et hus 22 for en krumtapmekanisme. Hver stempelstang 21 er anbragt inde 20 i et tætningsrør eller en tætningsbøsning 23, der er fast forbundet med stemplet 20 og strækker sig gennem og kan tætnende glide i en åbning i skillevæggen mellem cylinderen 10 og krumtapmekanismens hus 22. Krumtapmekanismen omfatter en enkelt krumtapaksel 24, der er fælles for alle fire stem-25 pelstænger 21 og har to radialt modsat rettede krumtapbugte 25 og 26. Krumtapakselen 24 er drejeligt lejret i huset 22 som antydet ved 27 og 28.

Krumtapbugtene 25 og 26 er svingbart forbundet med åg, henholdsvis 29 og 30, ved hjælp af drej eled, henholdsvis 31 og 30 32. Ågene 29 og 30 er svingbart forbundet med de respektive stempelstænger 21 ved hjælp af drejeled, henholdsvis 33, 34 og 35, 36. Sættet af drejeled 31, 33 og 34 og sættet af drejeled 32, 35 og 36 bestemmer hver især en retvinklet, ligesidet trekant, og disse trekanter har modsat rettede 35 vinkelspidser bestemt af drejeleddene henholdsvis 31 og 32.

Ågene 29 og 30 kan have en hvilken som helst passende form, 10 DK 177148 B1 der muliggør et sådant arrangement af de nævnte sæt af dreje-led, henholdsvis 31, 33, 34 og 32, 35, 36.

Ågene 29 og 30 er svingbart forbundet med vippestænger, henholdsvis 37 og 38, ved hjælp af drejeled, henholdsvis 39 5 og 40. Drejeleddene 39 og 40 er hver især anbragt i hovedsagen ved midten af en ret linje, der forbinder henholdsvis drejeleddene 33 og 34 og drejeleddene 35 og 36. Vippestængerne 37 og 38 er svingbart forbundet med væggene af huset 22 ved hjælp af drejeled, henholdsvis 41 og 42.

10 Under Stirlingmaskinens funktion, der er illustreret i-fig.

1-4, opvarmes opvarmningselementrørene 13 ved forbrænding af fx træflis i forbrændingskammeret, og Stirlingprocessen foregår i Stiriingmaskinen på velkendt måde. Den firkantede udformning med en enkelt krumtapaksel muliggør anvendelse af 15 kort forbindelsesrør 14 og 17, hvilket reducerer varmespæn-dinger.

Slaget for hvert af stemplerne 20 er faseforskudt 90° i forhold til slagene for det efterfølgende og det foregående stempel 20 i de tilgrænsende cylindre 10 i firkanten. Dette 20 er illustreret i Fig. 3, hvor stemplerne 20 i cylinderrækken 1 og cylinderrækken 2 med tilhørende stempelstænger, åg, vippestænger og krumtapakslen er vist i fire efter hinanden følgende positioner fra top til bund svarende til kvarte omdrejninger begyndende fra 0-omdrejning og sluttende med 25 3/4-omdrejning. I stillingen 0-omdrejning, der er illustreret øverst i fig. 3, er der venstre stempel i sin topstilling, det midterste venstre stempel er i sin opadgående midterstilling, det højre stempel er i sin nederste stilling, og det midterste højre stempel er i sin nedadgående midterstilling, 30 idet hvert af stemplerne 20 således er faseforskudt 90° i forhold til det efterfølgende og det foregående stempel i denne sekvens. Dette opnås på en simpel måde ved hjælp af arrangementet af forbindelsespunkterne for stempelstængerne 21 til ågene 29 og 30 og forbindelsespunkterne for ågene til 35 krumtapbugtene, henholdsvis 25 og 26 på krumtapakslen 24.

11 DK 177148 B1

Man vil forstå, at to eller flere firkanter af cylindre kan anbringes ved siden af hinanden med en fælles krumtapaksel og et fælles hus for krumtapmekanismen, idet faserne for cylindrene for de forskellige firkanter er således^ at der opnås 5 en optimal afbalancering af den fælles krumtapaksel.

Idet der nu henvises til fig. 5-7 er der vist en Stirlingma-skine med fire cylindre 50, der er anbragt i to cylinderrækker (cylinderrække 1 vist i fig. 5 og 7 og cylinderrække 2 vist i fig. 6), der danner en firkant. Hver cylinder 50 har 10 et stempel (ikke vist), der fast er forbundet med en stempelstang 51. De varme kamre i cylindrene 50 står ved hjælp af forbindelsesrør 52 og 53 i forbindelse med opvarmningselementer, der omfatter rør eller stigrør 54, der opvarmes ved varmestråling, og ribberør 55, der opvarmes ved konvektion, 15 idet varmen hidrører fra forbrændingen af fx træflis i det firkantede forbrændingsrum, der afgrænses mellem opvarmnings-elementerne. Et køleelement 56 er anbragt omkring de fire cylindre 50 og står i forbindelse med de kolde kamre i cylindrene 50 ved hjælp af forbindelsesrør (ikke vist), idet 20 kølevandet for køleelementerne cirkulerer gennem rørledninger 57.

Et hermetisk lukket krumtapmekanismehus 58, der er fælles for de fire cylindre 50, indeholder en enkelt drejeligt lejret fælles krumtapaksel 59 med to modsat rettede krumtapbugte 60 25 og 61, der svarer til henholdsvis cylinderrække 1 og cylinderrække 2. Krumtapbugtene 60 og 61 danner drejeled til svingbart at forbinde åg, henholdsvis 62 og 63, til krumtapakslen 59. Disse åg 62 og 63 er svingbart forbundet med krydshovedstænger, henholdsvis 64, 65 og 66, 67, ved hjælp af 30 drejeled, henholdsvis 68, 69 og 70, 71. Krydshovedstangen 64 er i fig. 7 vist i sin helhed. Krydshovedstængerne 64, 67 er svingbart forbundet med respektive krydshoveder (ikke vist, bortset fra krydshovedet 72 i fig. 7, der er forbundet med krydshovedstangen 64 ved hjælp af et drejeled 73), der hver 35 især er forskydeligt anbragt i krydshovedets cylindre, henholdsvis 74, 75, 76 og 77, som er fast forbundet med huset 12 DK 177148 B1 58. Krydshovederne er fast forbundet med stempelstængerne 51 enten direkte som i cylinderrække 2 i fig. 6, eller via en gaffelformet, stiv forbindelsesdel 51a som i cylinderrække 2 i fig. 5 og 7.

5 Sættet af drejeled 60, 68 og 69 og sættet af drejeled 61, 70 og 71 bestemmer hver en retvinklet, ligesidet trekant, der har modsat rettede vinkelspidser, som bestemmes af drejeled-dene eller krumtapbugtene, henholdsvis 60 og 61.

Ågene 62 og 63 er svingbart forbundet med vippestænger, 10 henholdsvis 78 og 79, ved hjælp af drejeled, henholdsvis 80 og 81. Vippestængerne 78 og 79 er svingbart forbunde't med huset 58 ved hjælp af drejeled, henholdsvis 82 og 83.

Funktionen for den i Fig. 5-7 viste Stiriingmaskine er i hovedsagen den samme som beskrevet under henvisning til fig.

15 1-3 med undtagelse af indflydelsen af ågenes bevægelse på bevægelsen af stempelstængerne. Den tværgående bevægelse af stempelstængerne, der forårsages af den ikke-lineære bevægelse af de drejeled, der forbinder ågene med stempelstængerne, elimineret af, at den ikke-lineære bevægelse optages af 20 krydshovedstængerne 64-67.

Idet der nu henvises til fig. 7 og 8 er krydshovedet 72 i krydshovedcylinderen 74 forsynet med en stempelring 85, og bunden af cylinderen 74 er lukket ved hjælp af en tværplade 86, som er forsynet med to åbninger 87 og 88, der tjener som 25 henholdsvis udblæsnings- og indløbsåbning. Et ventillegeme 89 er anbragt i åbningen 87 og påvirkes i modsat retning af pilen D af en trykfjeder 91. Et ventillegeme 90 er anbragt i åbningen 88 og presses i modsat retning af pilen E ved hjælp af en trækfjeder 92. Åbningen 87 forbinder mellemrummet 30 mellem krydshovedet 73 og tværpladen 86 med en udblæsningsledning 93, der strækker sig gennem huset 58's væg. Åbningen 88 forbinder mellemrummet mellem krydshovedet 73 og tværpladen 86 med det indre af huset 58.

13 DK 177148 B1

Under funktion siver arbejdsgassen (fx helium) fra arbejds-kamrene i cylindrene 50 forbi tætningsorganer mellem stempel-stængerne 51 og de tilsvarende åbninger i skillevæggen mellem cylindrene 50 og huset 58 og siver ind i huset 58, hvorved 5 der i dette opbygges et tryk. Krydshovedet 93 fungerer som stempel i en kompressor og suger arbejdsgas gennem åbningen 88, forbi ventillegemet 90 mod fjederkraften fra fjederen 92 og ind i cylinderen 74 under dets opadgående slag. Under det nedadgående slag uddriver krydshovedet arbejdsgas gennem 10 åbningen 87, forbi ventillegemet 89 mod fjederkraften fra fjederen 91 og gennem udblæsningsledningen 93 til det ydre af huset 58.

Arbejdsgassens tryk i huset 58 opretholdes således lavere end middeltrykket for arbejdsgassen i arbejdskamrene i cylindrene 15 50, hvorved spændingerne i huset formindskes, og det bliver muligt at give huset en lettere og simplere konstruktion, ligesom man kan opnå en simplere konstruktion af tætningsorganerne mellem huset 58 og en forlængelse af krumtapakslen 59, der er forbundet med generatororganer uden for huset i 20 tilfælde af, at generatororganerne ikke er anbragt inde i huset. Udblæsningsledningen 93 kan stå i forbindelse med en mellemliggende bufferbeholder for arbejdsgas til at komplettere arbejdsgasladningen i cylindrene 50, eller beholderen kan stå direkte i forbindelse med arbejdskamrene i cylindrene 25 50. Kompressorens kompressionsforhold vælges således, at der i udblæsningsledningen 93 opnås et tryk over det maksimale arbejdstryk i cylindrene 50, medens der inde i huset 58 opretholdes et tryk, der er så lavt som muligt. Således kan den arbejdsgas, der udstødes fra huset, anvendes til at 30 regulere arbejdsgasladningen i cylindrene 50 og dermed udgangseffekten for Stirlingmaskinen, uden at det er nødvendigt med en supplerende kompressor. Når der arbejdes med helium som arbejdsgas og Stirlingmaskiner med udgangseffekter på 40 kW og 150 kW, vil kompressoren, der omfatter krydshovedet 73 35 og cylinderen 74, eksempelvis forøge heliumtrykket fra 5-10 bar til ca. 40 bar.

14 DK 177148 B1

Opfindelsens principper kan anvendes i forbindelse med alle typer af Stirlingmaskiner af den omhandlede type, og de kan anvendes i forbindelse med andre stempelmaskiner, der har fire cylindre, og hvor man ønsker en 90° fase-forskel, fx 5 totaktsforbrændingsmotorer med fire eller otte cylindre.

I de ovenfor nævnte 40 kW og 150 kW Stirlingmaskiner kan disse maskiner være anbragt med bunden i vejret og med forbrændingskammeret, i hvilket der afbrændes træflis, neden under cylindrene. Maskinerne kan være en del af en kombineret 10 varmecentral og elektricitetsværk. Størrelsen af de Stirlingmaskiner, i hvilke der gøres brug af opfindelsen, er ikke begrænset til de ovennævnte intervaller, idet principperne kan anvendes i forbindelse med alle størrelser af sådanne maskiner.

Claims (12)

1. Stirlingmaskine omfattende mindst én gruppe af fire ensartet orienterede cylindre (10, 50), der er anbragt i 5 et firkantet arrangement, et i hver cylinder (10, 50) forskydeligt, dobbeltvirkende stempel (20), som opdeler cylinderen (10) i henholdsvis et varmt og et koldt cylinderkammer (15, 16), hvor det varme kammer (15) i hver cylinder (10) er forbundet med det kolde kammer (16) i den efterfølgende cylinder (10) langs periferien af det firkantede 10 arrangement, en krumtapmekanisme, der er fælles for alle stemplerne (20) og styrer disse med en indbyrdes fasevinkel på 90°, hvilken krumtapmekanisme omfatter: én enkelt krumtapaksel (24, 59), der har to i længderetningen i indbyrdes afstand anbragte og 180° forskudte krumtapbugte (25, 26; 60, 61) og er 15 drejeligt lejret i et krumtaphus (22, 58), to åg (29, 30; 62, 63), der hver især er svingbart forbundet til én af krumtapbugtene (25, 26; 60, 61) ved et første drejeled (31, 32; 60, 61) og svingbart forbundet til stempelstænger (21, 51) for et par stempler ved et andet og et tredje drejeled (33, 34 og 35, 36; 68, 69 og 70, 71), der ligger 20 hovedsageligt i ens afstand fra det første drejeled (60, 61), idet det før ste, andet og tredje drejeled (68, 69 og 70, 71) bestemmer en hovedsageligt retvinklet trekant, der har sin rette vinkel ved det første drejeled (60, 61), og en tværgående vippestang (37, 38; 78, 79), der forbinder et tilhørende åg 25 (29, 30; 62, 63) med huset (22; 58), idet modstående ender af hver vip pestang (78, 79) er svingbart forbundet til henholdsvis et åg (62, 63) og huset (58), og et krydshoved (72) for hvert stempel (20) anbragt i en cylinder (74-77) koaksialt med stempelcylinderen (50) og forbundet med stempelstangen 30 (51) i afstand fra stemplet (20), og krydshovederne (72) er svingbart for bundet med ågene (62, 63) ved et andet og tredje drejeled (68, 69 og 70, 71. via krydshovedstænger (64-67), der er svingbart forbundet med krydshovederne (72), kendetegnet ved, at 35 krydshovedcylindrene (74, 75) svarende til det åg (62), der har sit andet og tredje drejeled (68, 69) anbragt nærmere ved stemplerne (20) end det første 2 DK 177148 B1 drejeled (60), er anbragt længere væk fra stemplerne end det andet og tredje drejeled (68, 69), medens de krydshovedcylindre (76, 77), der svarer til det åg (63), der har dets andet og tredje drejeled (70, 71) anbragt længere væk fra stemplerne (50) end det første drejeled (61), er anbragt nærmere ved stem-5 pierne (50) end det andet og tredje drejeled (70, 71).

2. Maskine ifølge krav 1, kendetegnet ved, at huset (58) er hermetisk lukket.

3. Maskine ifølge krav 2, kendetegnet ved, at mindst et af krydshovederne (72) og dets tilsvarende cylinder (74-77) danner en kompressorcylinder til at komprimere den arbejdsgas for Stirlingmaskinen, der siver ind i huset (58), at krydshovedet (72) er forsynet med en stempelring (85), og at krydshovedcylinderen (74-77) har en tværgå-15 ende lukkeplade (86), der sammen med krydshovedet (72) i cylinderen (74) danner et kompressionskammer, der står i forbindelse med det indre af huset (58) gennem en indløbsventil (88) og står gennem en udløbsventil (89) i forbindelse med en udblæsningsledning (93), der står i forbindelse med husets omgivelser. 20

4. Maskine ifølge krav 3, kendetegnet ved, at kompressorcylinderen dannes af én af krydshovedcylind-rene (74, 75), der er anbragt længere væk fra stemplerne (20) end det andet og det tredje drejeled (68, 69) for dets tilsvarende åg (62), medens dets tvær-25 gående lukkeplade (86) er anbragt længere væk fra stemplerne end dets krydshoved (72).

5. Maskine ifølge krav 3 eller 4, kendetegnet ved, at udblæsningsledningen (93) står i forbindelse med stem-30 pelcylinderkamrene (15, 16).

6. Maskine ifølge krav 3 eller 4, kendetegnet ved, at udblæsningsledningen (93) selektivt forbindes med stempelcylinderkamrene (15, 16) eller med en mellemliggende buffercontainer 35 for arbejdsgas til oplagring af den arbejdsgas, der udblæses af huset (58). 3 DK 177148 B1

7. Krumtapmekanisme til en Stirlingmaskine ifølge et af kravene 1-6, hvilken maskine omfatter: en enkelt krumtap (59), der har to i længderetningen i indbyrdes afstand anbragte og 180° forskudte krumtapbugte (60, 61) og er drejeligt lejret i 5 et krumtaphus (58), to åg (62, 63), der hver især er svingbart forbundet til én af krumtapbugtene (60, 61) ved et første drejeled og svingbart forbundet til stempelstænger (51) for et par stempler (20) ved et andet og et tredje drejeled (68, 69 og 70, 71), der ligger hovedsageligt i ens afstand fra det første 10 drejeled (60, 61), idet det første, andet og tredje drejeled (60, 68, 69 og 61, 70, 71) bestemmer en hovedsageligt retvinklet trekant, hvilke retvinklede trekanter har den rette vinkel placeret ved det første drejeled (60, 61. og åbner sig mod hver sin modsatte retning, hvert åg (62, 63) er forbundet med huset (58) via en vippestang (78, 79) 15 og drejeled (80, 81 og 82, 83), og hver forbindelse mellem åg (62, 63) og stempelstang (51) omfatter et krydshoved (72) i en krydshovedcylinder (74-77), der ligger koaksialt med stempelcylinderen (50), og krydshovedet (72) er dels stift forbundet til stempelstangen (51) dels svingbart forbundet til sit åg (62, 63) via 20 krydshovedstænger (64), kendetegnet ved, at krumtaphuset (58) er hermetisk lukket.

8. Krumtapmekanisme ifølge krav 7, 25 kendetegnet ved, at mindst et af krydshovederne (72) og dets tilsvarende cy linder (74-77) danner en kompressorcylinder til komprimering af Stirlingmaski-nens arbejdsgas, der siver ind i huset (58), og at krydshovedet (72) er forsynet med en stempelring (85), medens krydshovedcylinderen (74-77) har en tværgående lukkeplade (86), der sammen med krydshovedet (72) i cylinderen (74-30 77) afgrænser et kompressionskammer, der står i forbindelse med det indre af huset (58) gennem en indløbsventil (88) og står gennem en udløbsventil (89) i forbindelse med en udblæsningsledning (93), som er i forbindelse med husets (58) ydre omgivelser.

9. Krumtapmekanisme ifølge krav 8, 4 DK 177148 B1 kendetegnet ved, at kompressorcylinderen dannes af én af de krydshovedcy-lindre (74, 75), der er anbragt længere væk fra stemplerne (20) end det andet og tredje drejeled (68, 69) på det tilsvarende åg (62), medens den tværgående lukkeplade (86) er anbragt længere væk fra stemplerne (20) end dets krydsho-5 ved (72).

10. Krumtapmekanisme ifølge krav 8 eller 9, kendetegnet ved, at udblæsningsledningen (93) står i forbindelse med stem-pelcylinderkamrene (15, 16). 10

11. Krumtapmekanisme ifølge krav 8 eller 9, kendetegnet ved, at udblæsningsledningen (93) selektivt bringes i forbindelse med stempelcylinderkamrene (15, 16) eller med en mellemliggende buffercontainer for arbejdsgas til oplagring af den arbejdsgas, der udblæses af huset 15 (58). DK 177148 B1 11 1/5 I /-K 15 15. i i >v^ 1E A-J 12 14 B-*J } Fig. 1 ^

20 N 7Έ Fig. 2^r‘ DK 177148 B1 Fig. 3 2/5 Cylinderrække 1 Cylinderrække 2 (ΐΙΙΐίΙΪΡη 2^βΡ° 16^ m m-~20 1 i TiUHJy23 16-j-T W1L 33 ig-21 23izH^l ^21 29-— \ 41 /L[ 31I>/C^^'39 35~Λ^^·^>22 ffljtfi lim ~i r~i——j| ri rn VZiioO-H^ r- \^y V±^' vfey I=^il = = =d] Γ —=t —- —=^= —' ί^Ι/ 1/2 cm3r. ΐΐιΰ Λ]» r__i'fø-i-. r !—·”'— —n HQq n^n i j 3/4 -,:U:· 1 i^\i i \\^ 3/5 DK 177148 B1 15 14 , r'?4 j/^\ c « SP* Fig. 4 DK 177148 B1 4/5 LO f’’’1 C\I O ^ Ό τ— C\J t> T^- [_n LO OD O LO LT) LO LO LOLDC^LOCO .vO LO vO Γ" LO CO jBåemiJ il, 11,! \JUll * filllfc K iL·??-* e^ ''!"^~' "/ ^ <^ c fn ^ <3 tn 5/5 DK 177148 B1 d Έ— LO j g-, j /,_^^- i, -i-j I j '” " | ~" Fini L \ Is· | Kjjbj. ||^^\atMi i .o) ""r irA^j! i ii /r~~ ‘;.....y “ | uj R·· i $ I \//////^//Λ//Μ/Λ7////Λ//γ^///γ/Λ/Α^ \ ,/ -a· £! m in / f? ,9 vo ^ c— oo / LO 'y f -L. / ^j^Ov'-a\\ t ^ • - y V ,: ^ \ v v _I O-J /XI Xli^-\ tf) £%;, \rl\J N Τ!Π^Χ '. w ΓΝ<^λ \! r-J co /—>KXX^' i .X oo ^ff : ^~ r-ρφ-τ;: ι------------1^· ^\— i^' ^ O) u// /! ;! £—-¾¾______ Il /W' ' H·:; Q—fri !i',r/'h “- / w- Ki ‘yyn'r..... rn ,'γ'_S ' -------X|-~X-- c> I ^:·' f · ••/•-^XXi': ~ ^ J ΓΊτρίζχχ lo / -· - _J : oo / ~----— r--