DK201300628A1 - Varmluftmotor/kølemaskine - Google Patents

Abstract

Opfindelsen drejer sig om en maskine der kan omdanne termisk energi til bevægelses energi eller visa versa. Maskinen udmærker sig ved at bestå af to ulige lange cylindre hvis ene end er forbundet med en kold og en varm varmeveksler hvis areal er to gange cylinder arealet, gennemstrømnings retningen bestemmes af envejs ventiler, i hver cylinder er der et stempel som er forbundet til krumtappe med forskellig slaglængde. Udenom cylinder og varmeveksler delen er der en inddækning som fastholder og leder arbejdsgassen, i forbindelse med cylindrene er der ventiler som ved stemplernes top punkter åbner så det udvendige rum og rummet mellem stemplerne er forbundet. Omtalte varmluft/kølemaskine overflødiggør brugen af regenerator som anvendes i Stirling maskiner. Opfindelsen har mange anvendelses muligheder da den fungerer lige godt som kraftmaskine, kølemaskine, varmepumpe eller cryocooler.

Description

BESKRIVELSE.

Opfindelsen drejer sig om en varmluftmotor/kølemaskine herefter betegnet som motor. Bliver maskinen tilført termisk energi bliver denne omdannet til bevægelsesenergi, bliver maskinen tilført bevægelses energi bliver denne omdannet til termisk energi. I begge tilfælde uden forudgående kompression, som det ellers er almindelig i stempel maskiner. Motoren som er en stempelmotor består af følgende hoveddele: To ulige lange cylindre som sidder på samme akse på hver sin side og i forbindelse med en varmeveksler (tegning nr.O), varmeveksleren består af en eller flere rør som i den ene ende, hver især er forsynet med en ventil, som kun tillader luft passage i en retning, varmeveksleren er delt i to dele, en varm og en kold del, varmeveksleren har en størrelse som er ca. det dobbelte af cylinder arealet (tegning nr. 2), varmeveksleren kan udføres på forskellig vis for at tilgodese forskellige typer af energikilder. Cylinder væggenes åbne ender er forsynede med udfræsninger kaldet skylleporte, skylleportene er en væsentlig og central del af opfindelsen (tegning nr. 1). Udenom cylinder og varmeveksler enheden, er der en inddækning som sammen med envejs ventilerne i varmeveksleren styrer luftens passage gennem den rette varmeveksler del, fra kold til varm side og vise versa (tegning nr. 3) inddækning delvis fjernet. Inddækningen gør det også mulig at tryksætte hele enheden. Inddækningen omkring cylinder og varmeveksler, hvorigennem der ledes luft til og fra stemplernes udvendige sider, samt trykudligning ved stemplernes toppunkter, er en central del af opfindelsen. Inddækningen kan også udformes som en eller flere manifold som går fra cylinder enden til udvendig varmeveksler del. Hver cylinder er har ét stempel, stemplerne har en højde (tykkelse) som er mindre end højden på skylleportene ved cylindernes åbne ender, dette medfører at ved top dødpunkterne er alle rum i maskinen forbundne, stempelstangen til det varme stempel går i et rør gennem varmeveksleren og via en pakdåse gennem det kolde stempel (tegning nr. 6), stempelstængerne til begge stempler går gennem pakdåser ud igennem endedækslet i den kolde side. Stempelstængerne er via plejlstænger forbundet med krumtapakslen, den specielle krumtapaksel som er forsynet med et svinghjul, har slag af forskellig længde i samme plan og retning (tegning nr. 7), krumtappens specielle udformning gør at det ene stempel virker som pumpestempel og det andet stempel som både pumpe og arbejdsstem-pel.

Virkemåden er som følger: Den varme del af varmeveksleren forbindes med en varmekilde og der tilføres termisk energi, den kolde del af varmeveksleren tilsluttes kølevand for at fjerne termisk energi, under forudsætning af at motoren står i en position kort efter kold dødpunkt og ikke står i et top punkt så alle rum er forbundne, vil motoren begynde at roterer når der tilføres termisk energi, luften i varmevekslerrørene opvarmes og udvider sig og trykket mellem stemplerne stiger og da stemplerne er forbundet til krumtapakslen med forskellig slaglængde vil stemplerne samtidig med at de bevæger sig i samme retning fjerne sig fra hinanden, derved bliver der skubbet luft fra den kolde side gennem varmeveksleren så processen fortsætter. Kort før stemplets toppunkt bliver skylleportene i den varme cylinder åbnet og overtrykket imellem stemplerne bliver lukket ud i inddækningen, hvor der er et undertryk da luften i inddækningen ved stemplernes bevægelse er skubbet gennem kold varmeveksler til kold side. Trykket er nu det samme overalt i motoren. Når motoren hjulpet af svinghjulets momentum drejer videre efter dødpunktet bliver der lukket for skylleportene, den resterende luft mellem stemplerne som stadig indeholder termiske energi bliver nu ledt gennem den kolde del af varmeveksleren hvor den bliver afkølet så temperatur og tryk falder, trykfaldet vil trække stemplerne mod hinanden. Udvendig i inddækningen foregår der hele tiden den omvendte proces, når stemplerne bevæger sig mod varm side bliver der skubbet opvarmet luft gennem kold varmeveksler som fjerner den resterende termiske energi hvorved trykket falder og stemplerne trækkes fra hinanden. Ventilerne i varmevekslerrørene er placeret således, med kold stempel i top er der passage fra kold cylinder gennem varm varmeveksler til varm cylinder, og udvendig fra varm side udvendig via kold udvendig varmeveksler til kold cylinder udvendig. Ved varm stempel i top er der passage fra varm cylinder via kold varmeveksler til kold cylinder, og udvendig fra kold cylinder via varm udvendig varmeveksler til varm cylinder udvendig. STIRLING MOTOREN er den motor som ligner den foran beskrevne motor mest, Stirling motoren kommer i forskellige udførelser heraf er ALPHA typen den mest anvendte, Stirling motoren får også tilført og fjernet overskydende termisk energi via en varm og en kold varmeveksler, derudover er motoren forsynet med en såkaldt regenerator, som er en indretning der oplagrer og frigiver termisk energi, der ikke er blevet omdannet til bevægelses energi i motoren, Stirling motoren har en energi krævende kompressions takt, hvis formål det er at bringe arbejdsstemplet i position til at modtage arbejdsslaget, samtidig med kompressionen optages den termiske energi fra varmeveksleren, kompressions forholdet stort eller lille, har ingen indflydelse på motorens virkningsgrad, Alpha Stirling motoren har sædvanligvis fire cylindre siddende i kvadrat og en kompliceret krumtap mekanisme bestående af to sammenkoblede krumtappe, eller en swashplate mekanisme til at styre stemplernes bevægelse.

Ved den nye opfindelse opnår man, at når en del af den termiske energi optaget via cylinder eller udvendig varmeveksler ved ekspansion er omdannet til bevægelsesenergi, bliver der åbnet for skylleportene og trykket udlignes.

Den del af den termiske energi som stadig er i luften mellem stemplerne bliver herefter fjernet ved at luften nu ledes gennem kold varmeveksler, hvorved luften trækker sig sammen og sammentrækningen omdannes til bevægelses energi, ved at afstanden mellem stemplerne mindskes på grund af slaglængde forskellen. Den termiske energi som blev lukket ud i den udvendige del bliver tilført yderligere termisk energi, stemplerne som er på vej mod kold side skubber den udvendige luft, fra kold side gennem udvendig varm varmeveksler hvorved det udvendige temperatur og tryk stiger, på grund af slaglængde differencen sker der en ekspansion af den udvendige luft så der dannes bevægelses energi. Når stemplet nærmer sig top punktet i koid side åbner stemplet skylleportene og der strømmer luft gennem kold varmeveksler ind i cylinderen. Der foregår hele tiden energi omsætning på to plan, i cylinderen mellem stemplerne, og i den udvendige inddækning, skiftevis ekspansion og sammentrækning alt sammen styret af den udvendige inddækning, krumtappens ulige lange slag i samme retning og plan, skylleportene ved cylinder enderne og ventilerne som dirigerer luften, enten gennem varm eller kold varmeveksler del.

Claims (6)

1. Varmluftmotor/kølemaskine som omdanner termisk energi i en arbejdsgas til bevægelses energi eller vise versa kendetegnet ved, at bestå af to ulige lange cylinder der sidder pi samme akse og hvis ene ende er forbundet med en varmeveksler der er delt i en varm og en kold del, varmeveksleren består af en eller flere rør (tegning nr.O) der hver især er forsynet med en ventil så arbejdsgassen kun kan passere i en retning. Cylindrenes åbne ender er forsynet med udfræsninger(skylleporte) der sammen med stemplerne virker som ventiler (tegning nr.6). Der er et stempel i hver cylinder, stemplerne er via stempel og plejlstænger forbundet til krumtapakslen som har slag af forskellig længde i samme retning og plan (tegning nr. 7), udenom cylindrene er der en inddækning som også dækker den del af varmevekslerne som er udenfor cylindrene, stempelstængerne går ud gennem inddækningen (tegning nr. 6).

2. Varmluftmotor/kølemaskine i følge krav 1, kendetegnet ved, at varmevekslerens varme og kolde del er forsynet med ventiler som kun tillader arbejdsgassen at passere gennem varmeveksleren i følgende cyklus, fra kold cylinder (kort) gennem varm varmeveksler til varm cylinder (lang), fra varm cylinder (lang) gennem kold varmeveksler til kold cylinder (kort). Fra varm udvendig del gennem kold varmeveksler til kold udvendig del, fra kold udvendig del gennem varm varmeveksler til varm udvendig del.

3. Varmluft motor/kølemaskine i følge krav 1, kendetegnet ved at arbejds-gassens trykforskel, mellem stemplerne og den udvendige del ved hjælp af ventiler, udlignes ved stemplernes top dødpunkter.

4. Varmluftmotor/kølemaskine i følge krav 1, kendetegnet ved at stemplernes bevægelse frem og tilbage i forhold til cylindrene og i forhold til hinanden styres af krumtappe der har slag af forskellig længde i samme retning (tegning nr.7), krumtapmekanismen konverterer den frem og tilbage gående bevægelse til rotation.

5. Varmluftmotor/kølemaskine i følge krav 1, kendetegnet ved at der udenom cylinder og varmeveksler blokken er en inddækning som fastholder og leder arbejdsgassen, så den kan bevæge sig rundt i maskinen i forhold til stemplerne og ventilernes funktioner (tegning nr. 6)

6. Varmluftmotor/kølemaskine i følge krav 1 kendetegnet ved at have to cylindre af forskellig længde, hvis ene ende er forbundet til en varmeveksler, cylindernes anden ende er i åben forbindelse med den udvendige inddækning (tegning nr. 6)