EP1509690B1

EP1509690B1 - Method and device for converting thermal energy into kinetic energy

Info

Publication number: EP1509690B1
Application number: EP03735135A
Authority: EP
Inventors: Camillo Holecek; Klaus Engelhart
Original assignee: Donauwind Erneuerbare Energiegewinnung und Beteiligungs & Co KG GmbH
Current assignee: Donauwind Erneuerbare Energiegewinnung und Beteiligungs & Co KG GmbH
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2023-06-02
Also published as: CN1659371A; AT500641B1; JP2005531708A; DE50301321D1; AT500641B8; EP1509690A1; MXPA04012100A; WO2003102403A1; CA2488241A1; AU2003237553A1; AT500641A1; DK1509690T3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung von Wärmeenergie in kinetische Energie, wobei ein Arbeitsmedium in mindestens einem durch einen Verdränger getrennten Arbeitsraum die folgenden Zustandsänderungen im Prozess durchläuft:

Verdichtung, vorzugsweise isotherme Verdichtung, unter Wärmeabfuhr in einem Kompressionsraum
Wärmeaufnahme, vorzugsweise isochore Wärmeaufnahme, in einem Regenerator während des Überschiebens des Arbeitsmediums vom Kompressionsraum in einen Expansionsraum
Expansion, vorzugsweise isotherme Expansion, unter Zufuhr von Wärme im Expansionsraum unter Abgabe von Nutzarbeit
Wärmeabfuhr, vorzugsweise isochore Wärmeabfuhr, im Regenerator beim Zurückschieben in den Kompressionsraum.

Ferner betrifft die Erfindung auch eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for converting heat energy into kinetic energy, wherein a working medium in at least one working space separated by a displacer undergoes the following state changes in the process:

Compression, preferably isothermal compression, with heat removal in a compression chamber
Heat absorption, preferably isochoric heat absorption, in a regenerator during the sliding of the working medium from the compression chamber into an expansion space
Expansion, preferably isothermal expansion, with the supply of heat in the expansion space with release of useful work
Heat dissipation, preferably isochoric heat dissipation, in the regenerator when pushed back into the compression space.

Furthermore, the invention also relates to a device for carrying out the method.

Energie kann nicht "erzeugt" werden im Sinne von neu erschaffen. Energie ist in den verschiedensten Formen in der Natur vorhanden, allerdings ist nicht jede vorhandene Energieform gleichgut für die menschlichen Bedürfnisse nutzbar. Man kann beispielsweise die Energie im Holz sehr gut für Heizzwecke nutzen, aber damit relativ schlecht Licht oder Kälte für den Kühlschrank usw. erzeugen.Energy can not be "created" in the sense of being re-created. energy is present in many forms in nature, however not every available form of energy is equal to the human Needs usable. You can, for example, the energy in the wood very well use for heating purposes, but with it relatively poor light or cold for the Refrigerator, etc. produce.

Obwohl es für ganz bestimmte Anwendungen fast ideal zugängliche Energieformen gibt, wie beispielsweise das Erdöl für die Autos oder das Erdgas für industrielle Heizungen, ist aus Sicht des Menschen die universell einsetzbare Energie die elektrische Energie. Sie kommt aber in der Form, wie wir sie kennen, in der Natur praktisch nicht vor. Although it is almost ideally accessible for very specific applications There are forms of energy such as oil for the cars or the Natural gas for industrial heating is, from the point of view of man, the universal one usable energy is the electrical energy. But she comes in the form as we know it, practically not in nature.

Das heißt, es muss eine zugängliche Energieform meist in mehreren Stufen und mit unterschiedlichen Wirkungsgraden erst in elektrische Energie umgewandelt werden. Nimmt man beispielsweise die fossilen Energieträger wie Kohle, Erdgas und Erdöl, die die Energie der Sonne in Jahrmillionen in chemischer Form gespeichert haben, zur Erzeugung von elektrischer Energie, so werden drei Umwandlungsprozesse und entsprechende Industrieanlagen benötigt. Es wird zuerst die gespeicherte chemische Energie durch Verbrennen in Wärme umgewandelt. Mit der Wärme wird hochgespannter Dampf erzeugt, der in der Dampfturbine die Wärme in Bewegungsenergie, also in kinetische Energie, umwandelt. Die Dampfturbine treibt den Generator an, in dem die Bewegungsenergie schließlich in elektrische Energie umgewandelt wird.That is, it must be an accessible form of energy usually in several stages and with different degrees of efficiency first into electrical energy being transformed. Take, for example, the fossil fuels like coal, natural gas and petroleum, the energy of the sun in millions of years have stored chemical form, for the production of electrical Energy, so are three transformation processes and corresponding Industrial equipment needed. It will be the stored chemical first Energy converted to heat by burning. With the heat will high-tension steam generated in the steam turbine, the heat in Kinetic energy, ie kinetic energy, transforms. The Steam turbine drives the generator, in which the kinetic energy finally converted into electrical energy.

Jede dieser Energieumwandlungen hat einen bestimmten Wirkungsgrad, das heißt es geht jedes Mal Energie verloren und der gesamte Wirkungsgrad ist entsprechend gering. So können nur rund 40% der Energie, die in Kohle, Erdgas und Erdöl gespeichert sind in elektrische Energie umgewandelt werden. Die restlichen 60% gehen als sogenannte Abwärme für die Nutzung in Form von Strom verloren.Each of these energy conversions has a certain efficiency, that means energy is lost every time and the whole Efficiency is correspondingly low. So only about 40% of Energy that is stored in coal, natural gas and petroleum in electrical Energy to be transformed. The remaining 60% go as so-called Waste heat lost for use in the form of electricity.

Auch bei anderen Umwandlungsprozessen, wie etwa bei der Umwandlung der chemischen Energie im Erdöl zu Bewegungsenergie für den Antrieb von Autos, Schiff, Bahn oder auch Flugzeugen ist der Wirkungsgrad nicht besser, obwohl die Umwandlungskette kürzer ist.Also in other transformation processes, such as in the transformation of chemical energy in petroleum to kinetic energy for the propulsion of Cars, ships, trains or aircraft are not efficient better, although the conversion chain is shorter.

Berücksichtigt man nur die riesigen Mengen an Strom, die weltweit verbraucht werden, erkennt man, welche gigantischen Energiemengen nicht genutzt werden können und verloren gehen. Ist der Verlust der für die Umwandlung in elektrische Energie nicht nutzbaren Primärenergie schon ein großes Problem, eben durch die Verschwendung der limitierten Ressourcen, so ist die mit der Umwandlung der chemischen Energie durch Verbrennen in Wärmeenergie untrennbar verbundene Umweltbelastung für die kommenden Generationen noch viel gravierender, wie Klimaänderungen infolge der Treibhausgase, wie beispielsweise die CO²-Problematik zeigt.Taking into account only the huge amounts of electricity that are consumed worldwide, you can see which gigantic amounts of energy can not be used and are lost. If the loss of the primary energy that is not usable for the conversion into electrical energy is already a big problem, just because of the waste of the limited resources, then the environmental burden inseparably connected with the conversion of the chemical energy by burning into heat energy is even more serious for the coming generations, how climate change as a result of greenhouse gases, such as the CO ² problem shows.

Es ist daher nicht verwunderlich, dass die Menschheit seit Jahrzehnten versucht die Umwandlungsprozesse zu verbessern und zu optimieren bzw. auch Teile der Abwärme zu nutzen, wie z.B. bei der Femwärme. Die Nutzung eines Teils der Abwärme aus den kalorischen Kraftwerken zur Raumheizung, ist schon ein bedeutender Beitrag zur Erhöhung des Wirkungsgrades bei der Umwandlung. Auch die Anstrengungen andere Energieformen wie z.B. Windenergie oder Sonnenenergie in elektrische Energie umzuwandeln zeigen erste Erfolge.It is therefore not surprising that humankind has been for decades tries to improve the conversion processes and optimize also to use parts of the waste heat, such as at the Femwärme. The Utilization of part of the waste heat from the calorific power plants Space heating, is already a significant contribution to increasing the Efficiency in the conversion. Also, the efforts of others Energy forms such as Wind energy or solar energy into electrical Transforming energy shows first successes.

Sehr viel versprechend sind auch die Versuche durch andere Umwandlungsprozesse die Umwandlungskette zu verkürzen und so den gesamten Wirkungsgrad zu verbessern. Ein solcher interessanter Umwandlungsprozesses ist im Stirlingmotor verwirklicht. Der Stirlingmotor kann Wärmeenergie direkt in kinetische Energie umwandeln ohne den "Umweg" über dem Dampf.Very promising are also the attempts by others Conversion processes shorten the transformation chain and so the to improve overall efficiency. Such an interesting one Conversion process is realized in Stirling engine. The Stirling engine can convert heat energy directly into kinetic energy without the "Detour" over the steam.

Der Stirlingmotor ist nach der Dampfmaschine die zweitälteste Wärmekraftmaschine, das heißt eine Maschine die Wärmeenergie in kinetische Energie umwandeln kann. Und obwohl der Stirlingmotor vom Prinzip her einen wesentlichen höheren Wirkungsgrad hat, als die Dampfmaschine und der Benzin- bzw. Dieselmotor, hat er bis heute keine größere Verbreitung erreicht. Während Dampfmaschine und Benzin- bzw. Dieselmotor laufend weiter entwickelt wurden, um neben der zufrieden stellenden Lebensdauer vor allem entsprechende Leistungsdichten bei beträchtlich gesteigerten Wirkungsgraden zu erreichen, ist der Stirlingmotor beinahe in Vergessenheit geraten. Erst in letzter Zeit gewinnt er wegen seiner geringeren Umweltbelastung und der Unabhängigkeit von der Wärmequelle zunehmend an Interesse. Er hat allerdings einen erheblichen Nachholbedarf an Forschungs- und Entwicklungsarbeit, um einen ähnlichen "Reifegrad", wie heutige Dampfmaschinen oder der Benzinmotor im PKW zu erreichen.The Stirling engine is the second oldest after the steam engine Heat engine, that is, a machine's heat energy in can convert kinetic energy. And although the Stirling engine from the Principle ago has a substantially higher efficiency than the Steam engine and the gasoline or diesel engine, he has not today wider dissemination achieved. While steam engine and gasoline or Diesel engine continuously evolved to be in addition to the satisfied especially the corresponding power densities Achieving significantly increased efficiencies is the Stirling engine almost forgotten. Only recently he wins because of its lower environmental impact and independence from the Heat source increasingly interested. He does, however, have a considerable Pent-up demand for research and development work to a similar "Maturity", as today's steam engines or the gasoline engine in the car too to reach.

Sehr viel Entwicklungsarbeit ist beispielsweise noch notwendig um den Wirkungsgrad eines ausgeführten Stirlingmotors an den Wirkungsgrad des idealen Stirlingmotors, der ident ist mit dem des Camot-Prozesses, heran zu bringen. Für einen eventuellen mobilen Einsatz muss vor allem an der Erhöhung der Leistungsdichte und an der Verbesserung des dynamischen Verhaltens bei raschen Lastwechseln gearbeitet werden.For example, a great deal of development work is still needed around the Efficiency of a running Stirling engine on the efficiency of ideal Stirling engine, which is identical to that of the Camot process, approaching bring. For a possible mobile use must be especially at the Increasing the power density and improving the dynamic Behavior to be worked at rapid load changes.

Die wichtigsten Vorteile des Stirlingmotor gegenüber den herkömmlichen Wärmekraftmaschinen sind, auch wenn diese wegen des Entwicklungsmankos noch nicht immer zufrieden stellend realisiert werden konnten:

1. er arbeitet mit beliebigen Wärmequellen, wie beispielsweise Solar- oder Prozessabwärme, Verbrennung von Biomasse, Deponiegas oder anderen brennbaren Abfällen bis hin zu Müll u.s.w.;

2. kontinuierliche Wärmezufuhr, das heißt es ist eine Verbrennung unter optimalen Bedienungen möglich, so dass wenig Schadstoffe im Abgas enthalten sind;

3. geschlossener Kreislauf - das Arbeitsmedium muss nicht ständig erneuert werden;

4. wegen der thermodynamisch günstigen Prozessführung sind prinzipiell sehr hohe Wirkungsgrade zu erwarten - auch im Teillastbereich;

5. hohe Laufruhe und Geräuscharmut.

The most important advantages of the Stirling engine compared to the conventional heat engines are, even if they could not always be realized satisfactorily because of the development problem:

1. It works with any heat source, such as solar or process waste heat, biomass combustion, landfill gas or other combustible waste, waste, etc .;

2. Continuous heat supply, that is, a combustion is possible under optimal conditions, so that little pollutants are contained in the exhaust gas;

3. Closed circuit - the working medium does not need to be constantly renewed;

4. due to the thermodynamically favorable process control, very high efficiencies are to be expected in principle - even in the partial load range;

5. high smoothness and low noise.

Von der Ausführungsform werden derzeit drei unterschiedliche Typen von Stirlingmotoren unterschieden: der α - Typ, der β - Typ und der γ - Typ. Diese Stirlingmotortypen unterscheiden sich in erster Linie durch das Funktionsprinzip und die konstruktive Umsetzung. Of the embodiment currently three different types of Stirling engines differ: the α - type, the β - type and the γ - type. These types of Stirling engine differ primarily through the Functional principle and constructive implementation.

Der ideale Stirlingprozess entspricht einem Carnot - Prozess und hat deshalb einen sehr hohen Wirkungsgrad. In der Praxis ist allerdings eine exakte Umsetzung, das heißt eine genaue Nachbildung des idealen oder besser des theoretischen Prozesses nicht möglich. Bei ausgeführten Maschinen müssen eine Reihe von konstruktiv bedingten Abweichungen hingenommen werden, die sich negativ auf Wirkungsgrad und Leistungsdichte auswirken.The ideal Stirling process corresponds to a Carnot process and has therefore a very high efficiency. In practice, however, is one exact implementation, that is an exact replica of the ideal or better not possible of the theoretical process. When running Machines have a number of design-related deviations be tolerated, which adversely affect efficiency and Impact power density.

So konnte bis jetzt bei ausgeführten bzw. gebauten Stirlingmotoren weder eine isochore Wärmeaufnahme oder isochore Wärmeabgabe, noch eine isotherme Verdichtung bzw. eine isotherme Expansion verwirklicht werden. Die Hauptgründe dafür sind in erster Linie die unvermeidlichen Toträume und die kontinuierliche statt diskontinuierliche Volumsänderung. Die Bewegung der Kolben und Verdränger erfolgt über Kurbeltriebe mit Schwungscheiben, so dass zwar in den Totpunkten eine Bewegungsumkehr erfolgt, aber eben kein kurzzeitiger Stillstand, wie es der theoretische Prozess verlangt.So far, neither could run in built or built Stirling engines an isochoric heat absorption or isochoric heat emission, another one Isothermal compression or an isothermal expansion can be realized. The main reasons for this are primarily the inevitable dead spaces and the continuous rather than discontinuous volume change. The Movement of the piston and displacer via crank mechanisms with Flywheels, so that although in the dead centers a reversal of motion takes place, but no short-term standstill, as the theoretical Process required.

Die drei Typen, die α-, β- und γ-Maschine, entsprechen den drei bis jetzt entwickelten prinzipiellen konstruktiven Lösungen, um den idealen Stirlingprozess möglichst gut in den ausgeführten Maschinen nachbilden zu können.The three types, the α-, β- and γ-machine, correspond to the three until now developed basic constructive solutions to the ideal Stirling process as well as possible in the running machines to mimic can.

Bei der α - Maschine werden zwei Kolben in getrennten Zylindern verwendet, wobei ein Kolben im heißen Expansionsraum und der andere Kolben im kalten Kompressionsraum angeordnet sind. Beide Kolben sind je nach Arbeitsschritt bzw. Kurbelwellenwinkel entweder Arbeitskolben und dann wieder Verdränger.The α - machine has two pistons in separate cylinders used, with one piston in the hot expansion space and the other Pistons are arranged in the cold compression chamber. Both pistons are ever after operation or crankshaft angle either working piston and then again displacer.

Der größte Nachteil von α - Motoren ist die, die Lebensdauer des Motors stark einschränkende Kolbenabdichtung im heißen Expansionsraum, für die bis jetzt noch keine zufrieden stellende Lösung entwickelt werden konnte. The biggest disadvantage of α - engines is the life of the engine severely limiting piston seal in the hot expansion space, for the until now, no satisfactory solution could be developed.

Ein weiterer Nachteil ist der Kurbeltrieb mit der damit bedingten großen Abweichung von theoretischen Prozess bzw. dem geringen Wirkungsgrad.Another disadvantage is the crank mechanism with the associated large Deviation from theoretical process or low efficiency.

Es sind bis heute eine Reihe von verschiedenen Anordnungen der Zylinder zueinander entwickelt worden, wie parallel, fluchtend gegenüber, parallel gegenüber, V-Zylinder oder der Rotationszylinder von Finkelstein usw., die alle gleich funktionieren, die gleichen Schwachstellen bzw. den selben geringen Wirkungsgrad haben.There are still a number of different arrangements of cylinders have been developed to each other, as parallel, aligned, parallel Opposite, V-cylinder or the rotary cylinder of Finkelstein, etc., the all work alike, the same vulnerabilities or the same have low efficiency.

Bei der β - Maschine wird ein Kolben und ein Verdränger verwendet, wobei sowohl Kolben als auch Verdränger im selben Zylinder untergebracht sind. Für den komplizierten Bewegungsablauf von Kolben und Verdränger, die je nach Arbeitstakt sich einmal aufeinander zu bewegen, dann wieder sich in die selbe Richtung, beispielsweise zur Kurbelwelle hin bewegen oder der eine steht still bzw. sollte stillstehen, während der andere sich bewegt, sind aufwendige Getriebe z.B. Rhombengetriebe erforderlich.In the β - machine, a piston and a displacer is used, wherein Both piston and displacer are housed in the same cylinder. For the complicated movement of pistons and displacers, the ever to move towards each other after a work cycle, then back in the same direction, for example, move to the crankshaft or the one stands still or should stand still while the other is moving elaborate gears e.g. Rhombic gear required.

Der größte Nachteil der β - Maschinen ist ähnlich wie bei den α - Motoren die trocken laufenden Dichtungen. Weiters der Bewegungsablauf von Kolben und Verdränger, der trotz aufwendiger Getriebe wie ein Kurbeltrieb wirkt und daher Totpunkte mit Bewegungsumkehr, aber keinen echten Stillstand hat. Auch beim β - Typ ist der tatsächlich erreichte Wirkungsgrad ausgeführter Stirlingmaschinen weit weg vom Wirkungsgrad des idealen Stirlingprozesses.The biggest disadvantage of the β - machines is similar to the α - engines the dry running seals. Furthermore, the movement of Piston and displacer, which despite complex gear like a crank mechanism acts and therefore dead centers with reversal of motion, but no real Standstill. Also in the case of the β-type is the actual efficiency achieved engineered Stirling machines far from the efficiency of the ideal Stirling process.

Ein weiterer große Nachteil der β - Maschinen ist das komplizierte Abdichtsystem der Verdrängerschubstange im Kompressionskolben. Durch die Anordnung von Kolben und Verdränger im selben Zylinder wird die Verdrängerschubstange durch den Kompressionskolben geführt.Another big disadvantage of β machines is the complicated one Sealing system of the displacement push rod in the compression piston. By the arrangement of piston and displacer in the same cylinder is the Displacement push rod passed through the compression piston.

Auch bei β - Maschinen sind bis heute eine Reihe von verschiedenen Ausführungen entwickelt worden, wie z.B. Rankine-Napie oder Philips ohne die Nachteile der β - Maschine beeinflussen zu können. Even with β - machines are still a number of different Designs have been developed, such as Rankine-Napie or Philips without to be able to influence the disadvantages of the β - machine.

Bei der γ - Maschine wird Kolben und Verdränger in separaten Zylindern angeordnet. Dadurch wird das aufwendige Dichtungssystem der Verdrängerschubstange im Kompressionskolben vermieden. Dafür erhöht sich das für den Wirkungsgrad schädliche Totvolumen.In the γ machine, pistons and displacers are in separate cylinders arranged. As a result, the complex sealing system of Displacement push rod in the compression piston avoided. For that increased the harmful to the efficiency dead volume.

Die größten Nachteile von γ - Maschinen sind, wie schon bei den α - und β - Maschinen beschrieben, die trocken laufenden Dichtungen des Arbeitskolben. Weiters der durch den Kurbelwellenantrieb bzw. durch den kurbelwellenähnlichen Antrieb verursachten Bewegungsablauf von Kolben und Verdränger, der eine gut Annäherung an den idealen Stirlingprozess bei ausgeführten Maschinen unmöglich macht. Daher hat auch die γ- Maschine einen wesentlich schlechteren Wirkungsgrad als der ideale Stirlingprozess.The biggest disadvantages of γ - machines are, as with the α - and β - Machines described, the dry running seals of the Working piston. Furthermore, by the crankshaft drive or through the Crankshaft-like drive caused movement of pistons and displacer, which is a good approximation to the ideal Stirling process made impossible. Therefore, the γ machine has a much worse efficiency than the ideal Stirling process.

Ein weiterer große Nachteil von γ- Maschinen ist das größere Totvolumen, was sich zusätzlich negativ auf den Wirkungsgrad auswirkt, sowie das relativ geringe erreichbare Verdichtungsverhältnis, so dass nur bescheidene Volumsleistungen erreichbar sind.Another major disadvantage of γ-machines is the larger dead volume, which has an additional negative effect on the efficiency, as well as the relative low achievable compression ratio, so that only modest Volumsleistungen are achievable.

Neben den beschriebenen einfach wirkenden Maschinen, wurden auch doppelt wirkende Stirlingmaschinen entwickelt und ausgeführt, insbesondere vom α - Typ. Bekannt ist beispielsweise der Franchot-Stirlingmotor. Bei diesem Motor läuft im Raum oberhalb der beiden Kolben, aber auch unterhalb der Kolben jeweils ein Stirlingprozess ab, das heißt die beiden Zylinder führen mit der Kolbenober- bzw. -unterseite immer zwei unterschiedliche Arbeitstakte von zwei verschiedenen Stirlingprozessen zur selben Zeit aus. Dabei begrenzen die beiden Kolben und die dazugehörigen Zylinder vier variable Volumen, welche paarweise als zwei separate α - Maschinen angesehen werden können. Wie in der einfach wirkenden α - Maschine müssen der Expansionskolben und der Kompressionskolben eine Phasenverschiebung von ca. 90° aufweisen. In addition to the described single-acting machines, too double-acting Stirling machines designed and executed, in particular of the α type. For example, the Franchot Stirling engine is known. at This engine runs in the space above the two pistons, but also below the piston each from a Stirling process, that is, the two Cylinders always carry two with the piston top and bottom different working cycles of two different Stirling processes to same time. This limit the two pistons and the associated Cylinder four variable volumes, which in pairs as two separate α - Machines can be viewed. As in the single-acting α - Machine must have the expansion piston and the compression piston Phase shift of about 90 °.

Der Wirkungsgrad von doppelt wirkenden α - Maschinen, wie der Franchot Stirlingmotor, ist nicht besser, als der von einfach wirkenden α - Maschinen. Auch die gravierenden Nachteile und Probleme bleiben gleich. Lediglich die Volumsleistung kann durch die Kompaktheit verbessert werden.The efficiency of double-acting α - machines, such as the Franchot Stirling engine, is no better than that of single-acting α - machines. The serious disadvantages and problems remain the same. Only the Volume performance can be improved by the compactness.

Bekannt ist auch der Siemens - Stirlingmotor, der mit beliebig vielen Zylindern die Standardkonfiguration der meisten leistungsstärkeren Stirlingmotore darstellt, wie z.B. der 4-95' er von United Stirling mit einer Leistung von ca. 52 kW mechanisch. Auch bei dieser Ausführung sind einige Bauarten entwickelt worden, wie zum Beispiel die Anordnung der Zylinder in Reihe, als "U", als "V", im Viereck oder im Kreis. Obwohl beim Siemens - Stirlingmotor die Anordnung von Erhitzer, Regenerator und Kühler so gewählt wurde, dass die Abdichtung des Kolbens in der Gehäusewand im kalten Teil liegt, bleiben die prinzipiellen Nachteile der α - Maschinen erhalten.Also known is the Siemens Stirling engine, which can be equipped with any number of Cylinders are the standard configuration of the most powerful Stirling engine represents, as the 4-95 'from United Stirling with a Power of approx. 52 kW mechanically. Also in this embodiment are Some designs have been developed, such as the arrangement of the Cylinder in row, as "U", as "V", in square or in circle. Although at Siemens - Stirling engine the arrangement of heaters, regenerators and Radiator was chosen so that the sealing of the piston in the Housing wall is in the cold part, remain the principal disadvantages of α - Machines received.

Bekannt sind auch Versuche das Prinzip des Stirlingmotors mit Freikolbenanordnungen oder als Kreiskolbenmotor, System Wankel, auszuführen. Eine Wirkungsgradverbesserung hat keine der Ausführungen gebracht, sondern im Gegenteil neben schlechteren Wirkungsgraden gegenüber der α - Maschine wurden die Nachteile und Probleme nur vergrößert.Experiments are also the principle of the Stirling engine with Free piston arrangements or as rotary engine, System Wankel, perform. An improvement in efficiency has none of the versions but on the contrary next to worse efficiencies Compared to the α - machine were the disadvantages and problems only increased.

Gemeinsam ist allen diesen verschiedenen Ausführungen von Stirlingmotoren die zusätzlichen Nachteile durch die Toträume in Wärmetauschern, Regeneratoren und Überströmleitungen, die das Druckverhältnis zusätzlich absenken und damit den Wirkungsgrad.Common to all these different versions of Stirling engines have the added disadvantages of dead spaces in Heat exchangers, regenerators and overflow lines that the Lower pressure ratio and thus the efficiency.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das einerseits die obigen Nachteile vermeidet und das es anderseits erstmals ermöglicht einen Stirlingmotor so auszuführen, dass dessen Arbeitsweise viel besser an den idealen Stirlingprozess angenähert werden kann als bisher. The object of the invention is a method of the type mentioned on the one hand avoids the above disadvantages and that it on the other hand for the first time allows a Stirling engine to be designed so that its approach approached much better to the ideal Stirling process can be as before.

Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.The object is achieved by the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmedium zwischen mindestens zwei geschlossenen Arbeitsräumen hin und her strömt, wobei zur Abgabe von Nutzarbeit das Arbeitsmedium zwischen den Arbeitsräumen über eine Arbeitsmaschine geführt wird, wobei die Wärmeaufnahme vor der Arbeitsmaschine und die Wärmeabfuhr nach der Arbeitsmaschine erfolgt und dass das Arbeitsmedium nach der Wärmeabfuhr im Arbeitsraum verdichtet wird und dass anschließend mittels des Verdrängers von einer Seite durch den Regenerator auf die andere Seite des Verdrängers strömt, wobei der Fluss des Arbeitsmediums über Steuerorgane, insbesondere Ventile, gesteuert wird und jeder Verdränger über einen Antrieb bewegt wird. Mit der Erfindung ist es erstmals möglich einen wesentlich höheren Wirkungsgrad zu erreichen, als mit allen bisher ausgeführten Stirlingmotoren.The inventive method is characterized in that the Working medium between at least two closed workspaces flows back and forth, wherein for the delivery of useful work the working medium between the workrooms is passed over a working machine, wherein the heat absorption in front of the machine and the heat dissipation after the working machine takes place and that the working medium after the Heat dissipation is compressed in the working space and then by means of of the displacer from one side through the regenerator to the other Side of the displacer flows, whereby the flow of the working medium over Control organs, in particular valves, is controlled and each displacer is moved by a drive. With the invention it is possible for the first time To achieve a much higher efficiency than with all previously executed Stirling engines.

Der höhere Wirkungsgrad ist vor allem auf die bessere Angleichung des ausgeführten Arbeitsprozesses an den theoretischen Kreisprozess, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht wird, zurück zu führen. Durch den Temperaturunterschied des Arbeitsmediums in den beiden gekoppelten Arbeitsräumen und durch die sich daraus ergebenden Druckunterschiede strömt es in den kalten Arbeitsraum und verrichtet dabei über eine Arbeitsmaschine Arbeit. Der sich einstellende Ausgleichszustand ist darauf zurückzuführen, dass der Großteil des Arbeitsmediums sich im kalten Arbeitsraum befindet. Beim darauf folgenden isochoren Regeneratortakt, unter Wärmezufuhr, baut sich der Druckunterschied in spiegelbildlicher Weise wieder zwischen den Arbeitsräumen auf und wird wieder über die Arbeitsmaschine in Arbeit umgewandelt. Dieses Verhalten steht in Analogie zu einem Schwingkreis und ermöglicht bei gleich bleibendem Camot-Wirkungsgrad eine höhere Leistungsdichte bezogen auf die Menge des Arbeitsmediums als beim theoretischen idealen Stirlingprozess. The higher efficiency is mainly due to the better alignment of the executed work process to the theoretical cycle, which with the method according to the invention is achieved, to lead back. By the temperature difference of the working medium in the two coupled Work spaces and the resulting pressure differences it flows into the cold work space and does it over one Work machine work. The resulting equilibrium state is on it attributed to the fact that most of the working medium is in the cold Workspace is located. At the following isochoric regenerator cycle, under heat, the pressure difference builds in mirror image Wake up again between the work rooms and will be back over the work Work machine converted to work. This behavior is analogous to a resonant circuit and allows for the same Camot efficiency a higher power density based on the amount of Working medium than the theoretical ideal Stirling process.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird der Arbeitsraum durch den Verdränger in einen doppelt wirkenden Arbeitsraum getrennt. Dadurch kann der Prozess schneller ablaufen, da Überströmstrecken entfallen. Darüber hinaus entfallen etwaige Abdichtungen gegenüber einem sonst notwendigen Pufferraum.According to a particular embodiment of the invention, the working space separated by the displacer in a double-acting workspace. Thereby The process can run faster because overflow distances are eliminated. About that In addition, any seals omitted from an otherwise necessary Buffer space.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung wird jeder Verdränger über einen eigenen Antrieb bewegt. Gemäß diesem Merkmal der Erfindung gibt es keine Kurbeltriebe oder kurbeltriebähnliche Antriebe, die hauptverantwortlich sind für die schlechte Annäherung der ausgeführten Prozesse an den idealen Stirlingprozess. Statt der Kurbelantriebe wird ein Linearantrieb verwendet, der unabhängig von anderen Bewegungen gesteuert werden kann, so dass beliebig viele und beliebig lange Stillstandzeiten zum Beispiel bei den Verdrängern erreicht werden.According to a particular feature of the invention, each displacer over moved its own drive. According to this feature of the invention There are no crank mechanisms or crank-like drives that are mainly responsible for the poor rapprochement of the executed ones Processes to the ideal Stirling process. Instead of the crank drives is a Linear drive used, independent of other movements can be controlled so that as many and as long as you like Downtime can be achieved, for example, with the displacers.

Nach einer anderen Ausbildung der Erfindung werden die Verdränger der gekoppelten Arbeitsräume über eine starre Verbindung über einen Antrieb bewegt. Dadurch kann ein einfacher Aufbau erreicht werden, wobei beispielsweise zwei heiße bzw. kalte Arbeitsräume aneinander gekoppelt werden. Dies erlaubt ein vollständiges Eintauchen der heiß-heiß Arbeitsräume in die Wärmequelle, sowie das Eintauchen der kalt-kalt Arbeitsräume in die Kältequelle ohne dabei Verluste durch Wärmeleitung zwischen warmem und kaltem Quell-Medium zu bekommen. Die beiden Verdränger sind durch eine starre Schubstange miteinander verbunden, die die zwischen den Verdrängern wirkenden Kräfte aufnimmt. Zur Bewegung der Verdränger muss lediglich der Reibungswiderstand und die Strömungsverluste überwunden werden. Die Regeneratoren können sich auch innerhalb bzw. außerhalb der Schubstange befinden. Die Schubstange selbst muss nicht abgedichtet werden. Die theoretische Leistungsdichte bezogen auf die Menge des Arbeitsmediums ist höher als beim idealem Stirlingprozess. Diese Ausgestaltung ermöglicht die Nutzung von Niedertemperatur für die Stromgewinnung als auch die Gewinnung von Kälte. According to another embodiment of the invention, the displacer of coupled working spaces via a rigid connection via a drive emotional. Thereby, a simple structure can be achieved, wherein For example, two hot or cold work spaces coupled together become. This allows a complete immersion of the hot-hot Workrooms in the heat source, as well as immersing the cold-cold Workrooms in the cold source without losses due to heat conduction to get between warm and cold source medium. The two Displacers are interconnected by a rigid push rod, the absorbs the forces acting between the displacers. To exercise the displacer has only the frictional resistance and the Flow losses are overcome. The regenerators can also inside or outside the push rod. The push rod itself does not have to be sealed. The theoretical power density based on the amount of working medium is higher than the ideal one Stirling process. This embodiment allows the use of Low temperature for power generation as well as the extraction of Cold.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird der Arbeitsraum durch den Verdränger in einen Expansions- und einen Kompressionsraum geteilt, wobei das zur Nutzarbeit herangezogene Arbeitsmedium nach Verlassen des Expansionsraumes über den diesen Arbeitsraum zugeordneten Regenerator zur Abgabe von Nutzarbeit über die Arbeitsmaschine und nach der Arbeitsmaschine, gegebenenfalls unter Auskopplung von Kälte, in den Kompressionsraum des gekoppelten Arbeitsraumes strömt und anschließend durch die Bewegung des Verdrängers von der Kompressionsseite durch den diesem Arbeitsraum zugeordneten Regenerator in den Expansionsraum desselben Arbeitsraumes strömt. Diese Ausführung ist der so genannte "kalte" Motor. Die Arbeitsmaschine kann einfach ausgeführt werden, da sie keiner hohen Temperaturbeanspruchung ausgesetzt wird. Zusätzlich kann durch die Expansion des durch den Regenerator gekühlten kalten Arbeitsmediums Kälte erzeugt werden, die gegebenenfalls vor dem Einströmen in den kalten Arbeitsbereich über einen Wärmetauscher genutzt wird. Der Wirkungsgrad und die Leistungsdichte liegen höher als bei einem γ-Typ Stirlingmotor der an der kalten Seite den Arbeitskolben angeflanscht hat.According to a particular embodiment of the invention, the working space through the displacer into an expansion and a compression space divided, whereby the working medium used for useful work Leaving the expansion space above this working space assigned regenerator for delivering useful work on the Working machine and after the working machine, if necessary under Coupling of cold, coupled in the compression space of the Arbeitsraumes flows and then by the movement of the Displacer from the compression side through this working space associated regenerator in the same expansion space Working space flows. This version is the so-called "cold" engine. The work machine can be easily executed, since they are not high Temperature stress is exposed. In addition, through the Expansion of cooled by the regenerator cold working medium Cold generated, if necessary, before flowing into the cold Work area is used via a heat exchanger. The efficiency and the power density are higher than in a γ-type Stirling engine of flanged on the cold side of the working piston.

Nach einer anderen Ausführung der Erfindung wird der Arbeitsraum durch den Verdränger in einen Expansions- und einen Kompressionsraum geteilt, wobei das zur Nutzarbeit herangezogene Arbeitsmedium nach Verlassen des Expansionsraumes zur Abgabe von Nutzarbeit, gegebenenfalls über einen Erhitzer, über die Arbeitsmaschine strömt und anschließend über den Regenerator und gegebenenfalls über einen Verdichter, gegebenenfalls über einen weiteren Kühler, in den Kompressionsraum des gekoppelten Arbeitsraumes strömt und anschließend durch die Bewegung des Verdrängers von der Kompressionsseite durch den diesem Arbeitsraum zugeordneten Regenerator in den Expansionsraum desselben Arbeitsraumes strömt. Diese Ausführung ist der so genannte "heiße" Motor. Der theoretische Wirkungsgrad dieses Typs ist annähernd dem des Camot-Wirkungsgrades, die theoretische Leistungsdichte bezogen auf die Menge des Arbeitsmediums ist höher als die des idealen Stirlingprozesses. According to another embodiment of the invention, the working space is through divided the displacer into an expansion and a compression space, wherein the working medium used for the useful work after leaving the expansion area for the delivery of useful work, possibly over a heater, flows over the working machine and then over the Regenerator and possibly a compressor, if necessary via another cooler, in the compression space of the coupled Arbeitsraumes flows and then by the movement of the Displacer from the compression side through this working space associated regenerator in the same expansion space Working space flows. This version is the so-called "hot" engine. The theoretical efficiency of this type is approximately that of the Camot efficiency, the theoretical power density based on the quantity of the working medium is higher than that of the ideal Stirling process.

Gemäß einer noch anderen Ausführung der Erfindung wird der Arbeitsraum durch den Verdränger in jeweils zwei Expansions- bzw. zwei Kompressionsräume geteilt, wobei das zur Nutzarbeit herangezogene Arbeitsmedium nach Verlassen eines Expansionsraumes über den diesen Arbeitsraum zugeordneten Regenerator zur Abgabe von Nutzarbeit über die Arbeitsmaschine strömt und nach der Arbeitsmaschine in den Kompressionsraum des gekoppelten Arbeitsraumes strömt und anschließend durch die Bewegung des Verdrängers von der Kompressionsseite durch den diesem Arbeitsraum zugeordneten Regenerator in den anderen Expansionsraum des Arbeitsraumes strömt. Wie bereits erwähnt, ermöglicht dieser "Niedertemperatur" Motor die Nutzung von Niedertemperatur für die Stromgewinnung als auch Gewinnung von Kälte.According to yet another embodiment of the invention, the working space is through the displacer in two expansion or two compression chambers divided, with the working medium used for work after leaving an expansion space on the assigned this working space Regenerator for delivering useful work on the working machine flows and after the working machine in the compression space of the coupled Workspace flows and then through the movement of the displacer from the compression side by the working space associated with this Regenerator flows into the other expansion space of the working space. As already mentioned, this "low temperature" engine allows the use of Low temperature for power generation as well as production of cold.

Nach einer weiteren besonderen Ausführung der Erfindung erfolgt die Wärmeaufnahme isobar, insbesondere unmittelbar, vor der Arbeitsmaschine. Der wesentliche Vorteil ist darin zu sehen, dass die Temperatur in den Verdrängern auf die maximale Regeneratortemperatur begrenzt ist, wobei die Regeneratortemperatur unter der Erhitzertemperatur liegt.According to another particular embodiment of the invention, the Heat absorption isobar, especially directly, in front of the machine. Of the The main advantage is the fact that the temperature in the displacers is limited to the maximum regenerator temperature, the Regenerator temperature is below the heater temperature.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Verdichtung mittels Druckausgleich und/oder durch einen Kompressor. Sollte die Verdichtung einzig und allein mittels Druckausgleich erfolgen, so entfällt eine rotierende Maschine, also der Kompressor. Der Prozess wird sicherlich einfacher. Unter Einbindung eines Kompressors wird ein noch höherer Wirkungsgrad erreicht.According to an advantageous embodiment of the invention, the compression takes place by means of pressure equalization and / or by a compressor. Should the compression take place solely by means of pressure equalization, so eliminates a rotating Machine, so the compressor. The process will certainly be easier. Under Integration of a compressor, an even higher efficiency is achieved.

Es ist aber auch Aufgabe der Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen.It is also an object of the invention, a device for carrying out the to provide inventive method.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei geschlossene Arbeitsräume vorgesehen sind, wobei jeder Arbeitsraum durch einen über einen Antrieb bewegbaren Verdränger in zwei Sektionen geteilt ist, wobei eine Sektion einen Erhitzer und die andere Sektion einen Kühler aufweist und jeder Arbeitsraum einen ihm zugeordneten Regenerator aufweist, wobei beide Sektionen mit diesem Regenerator verbunden sind und dass mindestens eine Sektion jedes Arbeitsraumes mit einer Arbeitsmaschine verbunden ist, wobei die zur nachfolgenden Abgabe der Nutzarbeit herangezogene Sektion mit der korrespondierenden Sektion des anderen Arbeitsraumes verbunden ist und dass zur Steuerung des Arbeitsmediums Steuerorgane, insbesondere Ventile, vorgesehen sind. Wie bereits weiter oben erwähnt, wird mit der erfindungsgemäßen Einrichtung eine höhere Leistungsdichte erreicht.The inventive device for carrying out the method is characterized characterized in that at least two closed working spaces provided are, each work space by a movable via a drive Displacer is divided into two sections, with a section of a heater and the another section has a radiator and each working space a him associated regenerator, both sections with this Regenerator are connected and that at least one section each Workspace is connected to a work machine, with the to Subsequent submission of the Nutzarbeit used section with the corresponding section of the other working space is connected and that for controlling the working medium control organs, in particular valves, are provided. As already mentioned above, with the inventive device achieves a higher power density.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung ist darin zu sehen, dass die Maschine mit einer niedrigen Taktfrequenz betrieben werden kann. Die Arbeitsräume besitzen keine echten Kolbendichtungen und umgehen damit das Dichtungsproblem, das besonders bei größeren Kolbenvolumen auftritt. Durch den Wegfall dieses Problems können großvolumige Arbeitsräume Verwendung finden, die mit niedriger Taktfrequenz und diskontinuierlich betrieben werden können. Dadurch wird eine Annäherung an den idealen Stirlingprozess erreicht.Another advantage of the device according to the invention is to be seen in that the machine can be operated with a low clock frequency. The workrooms have no real piston seals and handle so that the sealing problem, especially with larger piston volume occurs. By eliminating this problem can be voluminous Workrooms are used with low clock frequency and can be operated discontinuously. This will be an approximation reached to the ideal Stirling process.

Durch die niedrigere Taktfrequenz und damit höhere Wärmeübergangszeit als bei herkömmlichen Stirling-Motoren können isotherme Prozesse besser realisiert werden. Die großen Wärmeübergangsflächen an den Arbeitsräumen kommen der Verwendung von Biomassebrennstoffen entgegen.Due to the lower clock frequency and thus higher heat transfer time as with conventional Stirling engines, isothermal processes can do better will be realized. The large heat transfer surfaces on the Work rooms come the use of biomass fuels opposite.

Ein weiterer Vorteil ist in der Minimierung des Totraumes zu finden. Der Totraum ist das Volumen, das am thermodynamischen Prozess nicht mitwirkt und sich dadurch schädlich auf den Wirkungsgrad auswirkt. Er entsteht virtuell durch sinusförmige Bewegung der Arbeitskolben, und real durch die vom Arbeitsmedium durchströmten Volumen des Regenerators, der Erhitzerrohre, etc. Durch das Verhältnis der großvolumigen Arbeitsräume und den dazu im Verhältnis kleinvolumigen Bauteilen wie Arbeitsmaschine, Regenerator, Erhitzer und Kühler ergibt sich ein günstiges Verhältnis von Totraum zu Arbeitsraum und liegt um ein vielfaches unter dem zur Zeit gebauten Maschinen. Another advantage can be found in the minimization of the dead space. Of the Dead space is the volume that is not at the thermodynamic process participates and thus has a detrimental effect on the efficiency. He arises virtually by sinusoidal movement of the working pistons, and real through the volume of the regenerator through which the working medium flows, the heater pipes, etc. By the ratio of large volume Workspaces and the related small-volume components such as Work machine, regenerator, heater and radiator results in a favorable Ratio of dead space to work space and is much lower the currently built machines.

Vorteilhaft ist auch die Minimierung der Antriebskräfte. Sie setzen sich zusammen aus dem Strömungswiderstand des isochoren Überschiebens des Arbeitsmediums innerhalb der Arbeitsräume, das Betätigen der Ventile und gegebenenfalls die Kompression des Arbeitsmediums durch einen Verdichter. Einer der Hauptkomponenten, die Reibung der trocken laufenden Kolbendichtringe zusammen mit der Reibung des Kurbeltriebes entfallen.It is also advantageous to minimize the driving forces. they sit down together from the flow resistance of the isochronous sliding over of the working medium within the working spaces, the actuation of the valves and optionally the compression of the working medium by a Compressor. One of the main components, the friction of the dry running piston seals together with the friction of the crank mechanism omitted.

Zusammenfassend kann also festgehalten werden, dass durch den Wegfall von bewegten, Temperatur belasteten und trocken laufenden, Dichtungen, die das Hauptproblem bisher dargestellt haben, es möglich ist, diesen Motor im Standard-Maschinenbau herzustellen. Die Trennung von Arbeitsraum und Arbeitsmaschine lassen den Einsatz von Standard-Maschinenelementen zu. Der Generator hat aufgrund der sich schnell drehenden Arbeitsmaschine eine kleinere Baugröße. Der Wegfall der mechanischen Antriebseinheit vereinfacht den Aufbau zusätzlich. Der Verdränger muß nicht mit der Arbeitsmaschine synchronisiert werden, der optimale Arbeitspunkt kann jeweils getrennt voneinander eingestellt werden.In summary, it can be stated that by eliminating of moving, temperature-loaded and dry-running, seals, the main problem so far, it is possible this engine to produce in standard mechanical engineering. The separation of workspace and work machine let the use of standard machine elements to. The generator has become fast due to the rotating work machine a smaller size. The omission of the mechanical drive unit simplifies the construction in addition. Of the Displacer does not have to be synchronized with the working machine that optimum operating point can be set separately from each other.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist in den Verbindungen zwischen Arbeitsmaschine und den einzelnen Sektionen jeweils mindestens ein Steuerorgan, insbesondere ein Ventil vorgesehen. Diese dienen der Entkoppelung des Arbeits- und Regeneratortaktes. Statt der Steuerung über Ventile könnte auch eine Schlitzsteuerung eingesetzt werden.According to a particular feature of the invention is in the connections between Working machine and the individual sections each at least one Control member, in particular a valve provided. These serve for decoupling of the work and regenerator cycle. Instead of controlling via valves could also a slot control can be used.

Gemäß einem weiteren besonderen Merkmal der Erfindung sind vier, sechs oder mehr geradzahlige Arbeitsräume vorgesehen, wobei zwei Arbeitsräume immer miteinander gekoppelt sind. Durch die steigende Anzahl von gekoppelten Arbeitsräumen sinkt die prozessbedingte Welligkeit an der Arbeitsmaschine und der Regeneratortakt kann gegenüber dem Arbeitstakt verlängert werden.According to another particular feature of the invention are four, six or more even-numbered work spaces are provided, with two work spaces always coupled together. Coupled by the increasing number of Work areas sinks the process-related ripple on the working machine and the Regeneratortakt can be extended compared to the power stroke.

Nach einem ganz besonderen Merkmal der Erfindung ist die Arbeitsmaschine eine Turbine, insbesondere eine Axial-, Radial- oder Teslaturbine. Durch die Verwendung von Turbinen ist der Wegfall von bewegten, Temperatur belasteten und trocken taufenden, Dichtungen gegeben, die das Hauptproblem bei Kolben betriebenen Stirlingmotoren darstellen. Bei der Scheiben oder Teslaturbine ist insbesondere eine bessere isotherme Expansion oder Kompression möglich.After a very special feature of the invention, the working machine is a Turbine, in particular an axial, radial or Tesla turbine. By the Use of turbines is the elimination of moving, temperature polluted and dry baptized, given gaskets, which is the main problem with pistons operated Stirling engines represent. When the slices or Teslaturbine is in particular a better isothermal expansion or compression possible.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Arbeitsmaschine ein Kolbenmotor. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass sie billig ist und mit Standardbauteilen ausgeführt werden kann.According to one embodiment of the invention, the working machine is a Piston engine. This design has the advantage that it is cheap and with Standard components can be executed.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Arbeitsmaschine ein Schraubenmotor. Der Schraubenmotor bietet wie die Turbinen den Vorteil der wegfallenden Dichtungen.According to another embodiment of the invention, the working machine is a Screw motor. The screw motor, like the turbines, has the advantage of dropping seals.

Nach einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist der Antrieb für den Verdränger ein Linearantrieb. Der Linearantrieb gewährleistet einen genau steuerbare Beschleunigung und Abbremsung des Verdrängers. Dadurch ist eine diskontinuierliche Bewegung, wie es dem idealen thermodynamischen Prozess entspricht, verlustarm möglich. Alle Durchführungen und somit Dichtungen für Gestänge oder Kurbeltrieb können entfallen. Eine mögliche schnelle Leistungsregelung ist durch die Änderung der Verdrängertaktfrequenz augenblicklich möglich und muß nicht durch die Veränderung der oberen Temperatur induziert werden. Damit ist im Teillastbereich eine sehr gute Steuerung möglich.According to a particular embodiment of the invention, the drive for the Displacer a linear actuator. The linear drive ensures a precise controllable acceleration and deceleration of the displacer. This is a discontinuous movement, as is the ideal thermodynamic Process corresponds, low loss possible. All bushings and thus Seals for linkage or crank mechanism can be omitted. A possible Fast power regulation is by changing the Displacer clock frequency immediately possible and does not have to by the Change in the upper temperature can be induced. This is in the Part load range a very good control possible.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist dem Regenerator gegebenenfalls ein Erhitzer vor- und/oder nachgeschaltet. Der Erhitzer führt zusätzlich zum Erhitzerkopf des Arbeitsraumes dem Arbeitsmedium Energie zu, er vergrößert somit die Gesamtaufnahmefläche im heißen Bereich.According to a further feature of the invention, the regenerator if necessary, a heater upstream and / or downstream. The heater leads In addition to the heater head of the working space to the working medium energy, he thus increases the total receiving area in the hot area.

Eine besondere Ausführungsvariante der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum durch den Verdränger in einen Expansions- und einen Kompressionsraum geteilt ist, dass der Expansionsraum mit dem diesen Arbeitsraum zugeordneten Regenerator und der Regenerator mit der Arbeitsmaschine verbunden ist, dass die Abströmseite der Arbeitsmaschine mit dem Kompressionsraum des gekoppelten anderen Arbeitsraumes verbunden ist und dieser Kompressionsraum über den diesen Arbeitsraum zugeordneten Regenerator mit dem Expansionsraum desselben Arbeitsraumes verbunden ist, wobei zwischen Regenerator und Anströmseite der Arbeitsmaschine und Abströmseite der Arbeitsmaschine und Kompressionsraum jeweils ein Steuerorgan, insbesondere ein Ventil, vorgesehen ist. Hier gelten sinngemäß die Vorteile, die bereits weiter oben zum "kalten" Motor aufgezeigt wurden.A particular embodiment of the invention is characterized in that that the work space through the displacer into an expansion and a Compression space is shared, that the expansion space with this Workspace associated with regenerator and the regenerator with the Working machine is connected to the downstream side of the working machine with the compression space of the coupled other working space is connected and this compression space associated with this working space Regenerator is connected to the expansion space of the same working space, between Regenerator and upstream side of the working machine and Outflow side of the working machine and compression space one each Control member, in particular a valve, is provided. Here are mutatis mutandis the Advantages that have already been shown above for the "cold" engine.

Eine weitere besondere Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum durch den Verdränger in einen Expansions- und einen Kompressionsraum geteilt ist, dass der Expansionsraum mit der Anströmseite der Arbeitsmaschine und die Arbeitsmaschine mit ihrer Abströmseite über den Regenerator und gegebenenfalls über einen Verdichter mit dem Kompressionsraum des gekoppelten anderen Arbeitsraumes verbunden ist und dieser Kompressionsraum über den diesen Arbeitsraum zugeordneten Regenerator mit dem Expansionsraum desselben Arbeitsraumes verbunden ist, wobei zwischen Expansionsraum und Anströmseite der Arbeitsmaschine und Austrittsseite des Regenerators und Kompressionsraum jeweils ein Steuerorgan, insbesondere ein Ventil, vorgesehen ist. Hier gelten sinngemäß die Vorteile, die bereits weiter oben zum "heißen" Motor aufgezeigt wurden.Another particular embodiment of the invention is characterized that the work space through the displacer into an expansion and a Compression space is shared, that the expansion space with the upstream side of the Work machine and the working machine with their downstream side over the Regenerator and optionally a compressor with the Compression space of the coupled other working space is connected and this compression space assigned to this working space Regenerator is connected to the expansion space of the same working space, being between the expansion space and upstream side of the working machine and Outlet side of the regenerator and compression space each have a control member, in particular, a valve is provided. Here, mutatis mutandis, the benefits that already shown above for the "hot" engine.

Eine andere alternative Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum durch den Verdränger in jeweils zwei Expansions- bzw. zwei Kompressionsräume geteilt ist, dass jeder Expansionsraum über einen Regenerator mit der Anströmseite der Arbeitsmaschine und die Abströmseite der Arbeitsmaschine mit dem Kompressionsraum des gekoppelten anderen Arbeitsraumes verbunden ist und dieser Kompressionsraum über einen Regenerator mit dem Expansionsraum des anderen Arbeitsraumes verbunden ist, wobei zwischen dem den Expansionsraum nachgeschalteten Regenerator und der Anströmseite der Arbeitsmaschine und der Austrittsseite der Arbeitsmaschine und Kompressionsraum jeweils ein Steuerorgan, insbesondere ein Ventil, vorgesehen ist. Hier gelten sinngemäß die Vorteile, die bereits weiter oben zum "Niedertemperatur" Motor aufgezeigt wurden.Another alternative embodiment of the invention is characterized in that that the working space through the displacer in two expansion and two Compression spaces is shared, that each expansion space over one Regenerator with the upstream side of the working machine and the downstream side of the Working machine with the compression room of coupled another Arbeitsraumes is connected and this compression space over a Regenerator is connected to the expansion space of the other working space, wherein between the expansion space downstream regenerator and the upstream side of the working machine and the outlet side of the working machine and compression space each have a control member, in particular a valve, is provided. Here, mutatis mutandis, the benefits that already above for "Low temperature" engine were shown.

Natürlich könnten auch die heißen Gase expandiert werden, sinngemäß dem Arbeitsprinzip des heißen Motors.Of course, the hot gases could be expanded, according to the Working principle of the hot engine.

Eine weitere Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung nach der Sektion, die mit der Arbeitsmaschine verbunden ist, ein Erhitzer angeordnet ist. Dadurch werden vor der Arbeitsmaschine höhere Temperaturen erreicht, die zu einer besseren Leistungsausbeute führen.A further embodiment of the invention is characterized in that Flow direction after the section connected to the working machine, a heater is arranged. As a result, higher in front of the work machine Temperatures reached, which lead to a better power yield.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Erhitzer örtlich getrennt von der Sektion angeordnet, beispielsweise im Verbrennungsraum eines Heizkessels. Dadurch werden nur die als Erhitzer verwendeten Einrichtungsteile mit der höchsten Temperatur belastet, so dass nur diese Teile entsprechend dimensioniert werden müssen.According to an advantageous embodiment of the invention, the heater is local arranged separately from the section, for example in the combustion chamber of a Boiler. As a result, only the device parts used as heaters loaded with the highest temperature, leaving only these parts accordingly must be dimensioned.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert.The invention is based on exemplary embodiments shown in the drawing are illustrated, explained in more detail.

Es zeigen:

Fig. 1 die Einrichtung zur Umwandlung von Wärmeenergie in kinetische Energie als heißer Motor,

Fig. 2 die Einrichtung als kalter Motor,

Fig. 3 die Einrichtung als Niedertemperaturmotor,

Fig. 4 eine Ausführung der Einrichtung mit örtlich getrennten Erhitzern und

Fig. 5 ein Schema der Arbeitsweise einer Einrichtung.

Show it:

1 shows the device for converting thermal energy into kinetic energy as a hot engine,

2 shows the device as a cold engine,

3 shows the device as a low-temperature motor,

Fig. 4 shows an embodiment of the device with locally separate heaters and

Fig. 5 is a diagram of the operation of a device.

Einführend sei festgehalten, dass in der beschriebenen Ausführungsform gleiche Teile bzw. Zustände mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile bzw. Zustände mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können.By way of introduction, it should be noted that in the described embodiment the same Parts or states with the same reference numerals or the same Component names are provided, the throughout the description contained revelations mutatis mutandis to the same parts or states with the same reference numerals or the same component designations are transmitted can.

Gemäß der Fig. 1 weist die Einrichtung unter Verwendung eines Arbeitsmediums zur Umwandlung von Wärmeenergie in kinetische Energie zwei geschlossene Arbeitsräume 1, 2 auf, wobei jeder Arbeitsraum 1, 2 durch einen bewegbaren Verdränger 3, 4 in zwei Sektionen, nämlich in einen Expansions- und einen Kompressionsraum, geteilt ist. Jeder Verdränger 3, 4 ist über einen Antrieb, insbesondere über einen Linearantrieb 5, bewegbar. Jeder Arbeitsraum 1, 2 weist einen ihm zugeordneten Regenerator 6, 7 auf. Beide Sektionen des Arbeitsraumes 1 bzw. 2 sind mit diesem Regenerator 6 bzw. 7 über Leitungen 8, 9 bzw. 10, 11 verbunden.According to FIG. 1, the device comprises using a Working medium for converting thermal energy into kinetic energy two closed workrooms 1, 2, wherein each working space 1, 2 by a movable displacer 3, 4 in two sections, namely in an expansion and a compression room, is divided. Everyone Displacer 3, 4 is via a drive, in particular via a Linear drive 5, movable. Each working space 1, 2 has a him associated regenerator 6, 7 on. Both sections of the workspace 1 or 2 are with this regenerator 6 and 7 via lines 8, 9 and 10, 11 connected.

Eine Sektion - im dargestellten Fall der Expansionsraum - jedes Arbeitsraumes 1, bzw. 2 ist mit einer Arbeitsmaschine 12 verbunden. Der zur Abgabe der Nutzarbeit herangezogene Expansionsraum des Arbeitsraumes 1 ist nach der Arbeitsmaschine 12 mit der korrespondierenden Sektion - also mit dem Kompressionsraum - des Arbeitsraumes 2 verbunden.One section - in the case shown the expansion space - each Working space 1, or 2 is connected to a working machine 12. Of the used for the delivery of useful work expansion space of Workroom 1 is after the working machine 12 with the corresponding section - ie with the compression space - the Workroom 2 connected.

Zur Steuerung des Arbeitsmediums sind Steuerorgane, insbesondere Ventile 13, vorgesehen, die zwischen der Arbeitsmaschine 12 und den einzelnen Sektionen des Arbeitsraumes 1 bzw. 2 angeordnet sind. Statt der Ventile 13 könnte auch eine Schlitzsteuerung Anwendung finden.To control the working medium are control organs, in particular Valves 13, provided between the working machine 12 and the individual sections of the working space 1 and 2 are arranged. Instead of the Valves 13 could also find a slot control application.

Als Arbeitsmaschine 12 kann eine Turbine, insbesondere eine Axial- oder Radialturbine Verwendung finden. Natürlich ist als Arbeitsmaschine 12 auch ein Kolben- oder Schraubenmotor möglich. Die Arbeitsmaschine 12 ist über eine Welle 17 mit dem Generator 18 verbunden.As a working machine 12, a turbine, in particular an axial or Radial turbine use find. Of course, as a work machine 12 too a piston or screw motor possible. The working machine 12 is over a shaft 17 connected to the generator 18.

Das Arbeitsmedium durchläuft im idealen Prozess folgende Zustandsänderungen:

isotherme Verdichtung unter Wärmeabfuhr in einem Kompressionsraum
isochore Wärmeaufnahme ein einem Regenerator 6 bzw. 7 während des Überschiebens des Arbeitsmediums vom Kompressionsraum in einen Expansionsraum
isotherme Expansion unter Zufuhr von Wärme im Expansionsraum unter Abgabe von Nutzarbeit
isochore Wärmeabfuhr im Regenerator 6 bzw. 7 beim Zurückschieben in den Kompressionsraum.

The working medium undergoes the following state changes in the ideal process:

Isothermal compaction with heat removal in a compression chamber
Isochore heat absorption a regenerator 6 and 7 during the sliding of the working medium from the compression chamber in an expansion space
isothermal expansion with the supply of heat in the expansion space with release of useful work
Isochore heat dissipation in the regenerator 6 and 7 when pushed back into the compression chamber.

Generell kann aufgezeigt werden, dass das Arbeitsmedium zwischen den zwei doppelt wirkenden, geschlossenen Arbeitsräumen 1, 2 hin und her strömt. Zur Abgabe von Nutzarbeit wird das Arbeitsmedium zwischen den Arbeitsräumen 1, 2 über eine Arbeitsmaschine 12 geführt. Anschließend strömt das Arbeitsmedium im doppelt wirkenden Arbeitsraum 1, 2 mittels des Verdrängers 3 bzw. 4 von einer Seite durch den Regenerator 6 bzw. 7 auf die andere Seite des Verdrängers 3 bzw. 4, wobei der Fluss des Arbeitsmediums über die Ventile 13 gesteuert wird und jeder Verdränger 3, 4 über einen Antrieb 5 bewegt wird.In general, it can be shown that the working medium between the two double-acting, closed work spaces 1, 2 flows back and forth. to Delivery of useful work is the working medium between the workspaces 1, 2 passed over a working machine 12. Subsequently, the working medium flows in the double-acting working space 1, 2 by means of the displacer 3 and 4 of a Side through the regenerator 6 and 7 on the other side of the displacer 3rd 4, wherein the flow of the working medium is controlled via the valves 13 and each displacer 3, 4 is moved via a drive 5.

Wie bereits erwähnt, ist gemäß der Fig. 1 die Einrichtung, auch als 4-Quadranten-Turbine bezeichnet, als "heißer" Motor aufgezeigt, da das Arbeitsmedium in seinem temperaturhöchsten Zustand über die Arbeitsmaschine 12 geführt wird. Der Expansionsraum ist mit der Anströmseite der Arbeitsmaschine 12 und die Arbeitsmaschine 12 mit ihrer Abströmseite über den Regenerator 6 bzw. 7 und über einen Verdichter 19 mit dem Kompressionsraum des gekoppelten anderen Arbeitsraumes 2 verbunden. Dieser Kompressionsraum ist über den diesen Arbeitsraum 2 zugeordneten Regenerator 7 mit dem Expansionsraum desselben Arbeitsraumes 2 verbunden, wobei zwischen Expansionsraum und Anströmseite der Arbeitsmaschine 12 und Austrittsseite des Regenerators 7 und Kompressionsraum jeweils ein Ventil 13 vorgesehen ist.As already mentioned, according to FIG. 1, the device is also a 4-quadrant turbine referred to as "hot" engine indicated as the working fluid in its highest temperature state is performed on the working machine 12. The expansion space is with the upstream side of the working machine 12 and the Working machine 12 with its downstream side via the regenerator 6 and 7 and via a compressor 19 with the compression space of the coupled other Workroom 2 connected. This compression space is about this Working space 2 associated regenerator 7 with the same expansion space Working space 2 connected, wherein between expansion space and upstream side the working machine 12 and outlet side of the regenerator 7 and Compression space each have a valve 13 is provided.

Der Regenerator 6 bzw. 7 besteht aus einem Erhitzer 14, einem Koppelregenerator 15 und einem Kühler 16, wobei der Expansionsraum mit dem Erhitzer 14 und der Kompressionsraum mit dem Kühler 16 verbunden sind. Darüber hinaus ist der Regenerator 6 bzw. 7 in vertikaler Richtung in einzelne Sektoren unterteilt. Diese Sektoren sind zueinander entsprechend abgedichtet. In den inneren Sektoren strömt das Arbeitsmedium von der Arbeitsmaschine 12 zum Verdichter 19 und die äußeren Sektoren dienen für den Regeneratortakt des Arbeitsmediums.The regenerator 6 or 7 consists of a heater 14, a Koppelregenerator 15 and a cooler 16, wherein the expansion space with the heater 14 and the compression space connected to the radiator 16 are. In addition, the regenerator 6 and 7 in the vertical direction in divided into individual sectors. These sectors are related to each other sealed. In the inner sectors, the working fluid flows from the Work machine 12 to the compressor 19 and the outer sectors are used for the regenerator cycle of the working medium.

Der Expansionsraum ist mit dem diesem Arbeitsraum 1 zugeordneten Erhitzer 14 des Regenerators 6 und der Regenerator 6 mit der Arbeitsmaschine12 verbunden. Die Abströmseite der Arbeitsmaschine 12 ist über den Kühler 16 mit dem Kompressionsraum des gekoppelten anderen Arbeitsraumes 2 verbunden und dieser Kompressionsraum ist über den diesen Arbeitsraum 2 zugeordneten Regenerator 7 mit dem Expansionsraum desselben Arbeitsraumes 2 verbunden. Zwischen Regenerator 6 bzw. 7 und Anströmseite der Arbeitsmaschine 12 und Abströmseite der Arbeitsmaschine 12 bzw. Verdichter 19 und Kompressionsraum ist jeweils ein Ventil 13 vorgesehen.The expansion space is associated with the this working space 1 associated heater 14th of the regenerator 6 and the regenerator 6 with the working machine 12 connected. The downstream side of the working machine 12 is via the radiator 16 with the compression space of the coupled other working space 2 connected and this compression space is assigned via this working space 2 Regenerator 7 connected to the expansion space of the same working space 2. Between regenerator 6 and 7 and the upstream side of the working machine 12 and Outflow side of the working machine 12 or compressor 19 and compression space in each case a valve 13 is provided.

Gemäß der Fig. 2 ist die 4-Quadranten-Turbine als "kalter" Motor aufgezeigt. Der Arbeitsraum 1, 2 ist wieder durch den Verdränger 3, 4 in einen Expansions- und einen Kompressionsraum geteilt.Referring to FIG. 2, the 4-quadrant turbine is shown as a "cold" engine. Of the Working space 1, 2 is again through the displacer 3, 4 in an expansion and shared a compression space.

In diesem Fall strömt das zur Nutzarbeit herangezogene Arbeitsmedium nach Verlassen des Expansionsraumes über den diesen Arbeitsraum 1 zugeordneten Regenerator 6 zur Abgabe von Nutzarbeit über die Arbeitsmaschine 12 und nach der Arbeitsmaschine 12 in den Kompressionsraum des gekoppelten Arbeitsraumes 2. Anschließend strömt das Arbeitsmedium durch die Bewegung des Verdrängers 4 von der Kompressionsseite durch den diesem Arbeitsraum 2 zugeordneten Regenerator 7 in den Expansionsraum desselben Arbeitsraumes 2. In this case, the working medium used for the useful work flows after Leaving the expansion space on the this working space 1 associated Regenerator 6 for delivery of useful work on the working machine 12 and after the work machine 12 in the compression space of the coupled Working space 2. Subsequently, the working medium flows through the movement the displacer 4 from the compression side through this working space. 2 associated regenerator 7 in the expansion space of the same working space. 2

Gemäß der Fig. 3 ist die Einrichtung als Niedertemperaturmotor aufgezeigt. Dabei werden die Verdränger 3, 4 über eine starre Verbindung 20 über einen Antrieb 5 bewegt. Der Arbeitsraum 1, 2 ist durch den Verdränger 3, 4 in jeweils zwei Expansions- bzw. zwei Kompressionsräume geteilt. Jeder Expansionsraum des Arbeitsraumes 1 ist über einen Regenerator 6, 7 mit der Anströmseite der Arbeitsmaschine 12 und die Abströmseite der Arbeitsmaschine 12 mit dem Kompressionsraum des gekoppelten anderen Arbeitsraumes 2 verbunden. Dieser Kompressionsraum ist über die Regeneratoren 6 bzw. 7 mit dem Expansionsraum des anderen Arbeitsraumes 1 verbunden, wobei zwischen dem den Expansionsraum nachgeschalteten Regenerator 6 bzw. 7 und der Anströmseite der Arbeitsmaschine 12 und der Austrittsseite der Arbeitsmaschine 12 und Kompressionsraum jeweils ein Ventil 13 vorgesehen ist.According to FIG. 3, the device is shown as a low-temperature motor. there the displacers 3, 4 via a rigid connection 20 via a drive. 5 emotional. The working space 1, 2 is by the displacer 3, 4 in two Shared expansion or two compression rooms. Every expansion space of the Working space 1 is a regenerator 6, 7 with the upstream side of the Work machine 12 and the downstream side of the working machine 12 with the Compression space of the coupled other working space 2 connected. This Compression space is via the regenerators 6 and 7 with the expansion space the other working space 1 connected, between which the Expansion space downstream regenerator 6 and 7 and the upstream side the work machine 12 and the exit side of the work machine 12 and Compression space each have a valve 13 is provided.

Das zur Nutzarbeit herangezogene Arbeitsmedium strömt nach Verlassen eines Expansionsraumes über den diesen Arbeitsraum 1 zugeordneten Regenerator 6 bzw. 7 zur Abgabe von Nutzarbeit über die Arbeitsmaschine 12 und nach der Arbeitsmaschine 12 in den Kompressionsraum des gekoppelten Arbeitsraumes 2. Anschließend strömt durch die Bewegung des Verdrängers 3 bzw. 4 das Arbeitsmedium von der Kompressionsseite durch den diesem Arbeitsraum 2 zugeordneten Regenerator 6 bzw. 7 in den anderen Expansionsraum des Arbeitsraumes 1.The working medium used for the useful work flows after leaving a Expansion space on the this working space 1 associated regenerator. 6 or 7 for delivery of useful work on the working machine 12 and after the Work machine 12 in the compression space of the coupled working space. 2 Subsequently, by the movement of the displacer 3 and 4 flows Working fluid from the compression side through this working space. 2 associated regenerator 6 and 7 in the other expansion space of the Workroom 1.

Zur Kühlung des Arbeitsraumes 2 kann dieser beispielsweise im Erdreich angeordnet werden.For cooling the working space 2, this can for example in the soil to be ordered.

Darüber hinaus können die Verdränger 3 bzw. 4 auch als gekoppelte Membranen ausgeführt werden.In addition, the displacers 3 and 4 can also be coupled membranes be executed.

Gemäß der Fig. 4 wird jeder Arbeitsraum 1, 2 durch den Verdränger 3, 4 in einen Expansionsraum und in einen Kompressionsraum unterteilt. Jeder Verdränger 3, 4 ist über einen Antrieb, insbesondere über einen Linearantrieb 5, bewegbar. Darüber hinaus ist jeder Verdränger 3, 4 in einer Führung 22 gelagert. Jeder Arbeitsraum 1, 2 weist einen ihm zugeordneten Regenerator 6, 7 auf. Beide Sektionen des Arbeitsraumes 1 bzw. 2 sind mit diesem Regenerator 6 bzw. 7 über Leitungen verbunden.4, each working space 1, 2 by the displacer 3, 4 in an expansion space and divided into a compression room. Everyone Displacer 3, 4 is via a drive, in particular via a Linear drive 5, movable. In addition, each displacer 3, 4 in one Guide 22 stored. Each working space 1, 2 has an associated with him Regenerator 6, 7 up. Both sections of the work space 1 and 2 are with this regenerator 6 and 7 connected via lines.

Femer ist der Expansionsraum mit einem Zwischenerhitzer 21 ausgestattet. Dieser Zwischenerhitzer 21 kann als geschichteter Zwischenerhitzer 21 ausgeführt sein oder in Form von Lamellenpaketen aufgebaut werden. Der Kompressionsraum ist mit einem Kühler 16 versehen.Furthermore, the expansion space is equipped with a reheater 21. This reheater 21 can be used as a layered reheater 21st be executed or constructed in the form of disk packs. Of the Compression space is provided with a cooler 16.

Der Expansionsraum ist gegebenenfalls über den Zwischenerhitzer 21 mit einem örtlich getrennten Erhitzer 14 verbunden. Der Erhitzer 14 könnte in einem Heizkessel angeordnet sein. In dem Erhitzer 14 erfolgt die isobare Erhitzung. Das Arbeitsmedium strömt vom Erhitzer 14 über die Arbeitsmaschine 12. Die Arbeitsmaschine 12, vorzugsweise eine TeslaTurbine, ist mit einer direkten Welle 17 mit einem Generator 18 gekoppelt.The expansion space is optionally via the reheater 21 with a locally separate heater 14 connected. The heater 14 could be in be arranged a boiler. In the heater 14, the isobaric Heating. The working medium flows from the heater 14 via the Work machine 12. The work machine 12, preferably a Tesla turbine, is coupled to a generator 18 by a direct shaft 17.

Zusammenfassend wird der Prozess nochmals aufgezeigt. Das verdichtete Arbeitsmedium strömt vom Kompressionsraum des Arbeitsraumes 1 über den zugehörigen Regenerator 6 und Zwischenerhitzer 21 in den Expansionsraum des gleichen Arbeitsraumes 1 und wird dabei isochor erhitzt. Das Überströmen erfolgt auf Grund der Bewegung des Verdrängers 3. Nach Verlassen des Expansionsraumes des Arbeitraumes 1 strömt das Arbeitsmedium über den externen Erhitzer 14, in dem eine isobare Wärmeaufnahme erfolgt, zur Arbeitsmaschine 12.In summary, the process is shown again. The condensed Working medium flows from the compression chamber of the working space 1 over the associated regenerator 6 and reheater 21 in the expansion space of the same working space 1 and is heated isochoric. The overflow takes place due to the movement of the displacer 3. After leaving the Expansion space of the working space 1 flows through the working medium on the external heater 14, in which an isobaric heat absorption takes place, to Work machine 12.

Von der Arbeitsmaschine 12 strömt das Arbeitsmedium über den Regenarator 7 und den Kühler 16 in den Kompressionsraum des Arbeitsraumes 2 und wird durch das Nachströmen oder einen Kompressor isotherm verdichtet. Die Verdichtungswärme wird im Kühler 16 des Arbeitsraumes 2 abgegeben. Durch die Bewegung des Verdrängers 4 im Arbeitsraum 2 wird das verdichtete Arbeitsmedium über Regenerator 7 und den Zwischenerhitzer 21 in den Expansionsraum des Arbeitsraumes 2 übergeleitet. From the working machine 12, the working fluid flows through the regenerator. 7 and the radiator 16 in the compression space of the working space 2 and is through the afterflow or a compressor isothermal compressed. The Compression heat is released in the cooler 16 of the working space 2. By the Movement of the displacer 4 in the working space 2 is the compressed Working medium via regenerator 7 and the reheater 21 in the Expansion space of the working space 2 transferred.

Nach Verlassen des Expansionsraumes des Arbeitraumes 2 strömt das Arbeitsmedium über den externen Erhitzer 14, in dem eine isobare Wärmeaufnahme erfolgt, zur Arbeitsmaschine 12. Von der Arbeitsmaschine 12 strömt das Arbeitsmedium sinngemäß wieder in den Kompressionsraum des Arbeitsraumes 1.After leaving the expansion space of the working space 2 flows Working medium via the external heater 14, in which an isobaric Heat absorption takes place, the work machine 12. From the work machine 12th the working fluid flows back into the compression chamber of the Workroom 1.

Im Prinzip durchläuft das Arbeitsmedium eine Achterschleife, wobei die Arbeitsmaschine 12 im Mittelpunkt vorgesehen ist. Die einzelnen Verfahrensschritte werden durch die entsprechenden - nicht dargestellten - Ventile gesteuert.In principle, the working medium passes through a figure-eight loop, with the Work machine 12 is provided in the center. The single ones Process steps are represented by the corresponding - not shown - Valves controlled.

Gemäß der Fig. 5 wird die Arbeitsweise der Einrichtung mit der Ventilsteuerung an Hand eines realen Beispieles beschrieben. Im Arbeitsraum 1 mit dem Verdränger 3 weist das Arbeitsmedium eine Temperatur To von 530°C und einen Druck Po von 30 bar auf. Im Arbeitsraum 2 mit dem Verdränger 4 herrscht eine Temperatur Pu von 30°C und ein Druck Pu von 10 bar. Durch den im Verdrängertakt erzeugten Druckunterschied zwischen Arbeitsraum 1 und 2 öffnet sich Ventil 23 und 24 in Durchlassrichtung. Das 530°C heiße Arbeitsmedium strömt nun aus dem Arbeitsraum 1 über das Ventil 23 in den Erhitzer 14, wo es auf 630°C überhitzt wird und anschließend in der Arbeitsmaschine 12 durch die polytrope Entspannung wieder auf 530°C gebracht wird. Anschließend gelangt das Arbeitsmedium durch Ventil 24, den Regenerator 7, wo es auf 60°C abkühlt wird, den Kühler 16, wo es auf 30°C abgekühlt wird, in den Arbeitsraum 2. Die Ventile 25 und 26 liegen in Sperrrichtung zum Druckunterschied und öffnen sich erst nach dem darauf folgendem Regeneratortakt, d.h. beim nächsten Arbeitstakt.According to Fig. 5, the operation of the device with the valve control on Hand of a real example described. In the working space 1 with the displacer 3, the working medium has a temperature To of 530 ° C and a pressure Po of 30 bar up. In the working space 2 with the displacer 4 there is a Temperature Pu of 30 ° C and a pressure Pu of 10 bar. By the im Positive displacement generated pressure difference between working space 1 and 2 opens valve 23 and 24 in the forward direction. The 530 ° C hot Working fluid now flows from the working space 1 via the valve 23 in the Heater 14, where it is overheated to 630 ° C and then in the Working machine 12 by the polytrope relaxation back to 530 ° C. is brought. Subsequently, the working medium passes through valve 24, the regenerator 7, where it is cooled to 60 ° C, the cooler 16, where it on 30 ° C is cooled, in the working space 2. The valves 25 and 26 are located in Locking direction to the pressure difference and open only after that following regenerator cycle, i. at the next working cycle.

Der Regeneratortakt beginnt nachdem der Arbeitstakt einen Druckausgleich zwischen den beiden Arbeitsräumen 1, 2 hergestellt hat; d.h. im gesamten System herrscht der gleiche Druck (Mitteldruck). Die Verdränger 3, 4 bewegen sich nun in die gegenüberliegende Totpunktlagen und verschieben dabei das Arbeitsmedium durch die Regenerator-Kühlereinheit auf die jeweils andere Seite des Verdrängers 3, 4. Die dabei ablaufende isochore Erhitzung bzw. Abkühlung des Arbeitsmediums bewirkt eine Druckveränderung im jeweiligem Arbeitsraum 1, 2; d.h. beim Überschieben vom Kaltem ins Heiße tritt Druckerhöhung auf, beim Überschieben vom Heißem ins Kalte tritt Druckverminderung auf Der Regeneratortakt ist hiermit beendet und der Druckunterschied wird für den darauf folgenden Arbeitstakt genutzt.The Regeneratortakt begins after the power stroke pressure equalization between the two workrooms 1, 2 has made; i.e. all in one System prevails the same pressure (medium pressure). The displacers 3, 4 Now move to the opposite dead center and move doing the working medium through the regenerator cooler unit on the each other side of the displacer 3, 4. The thereby running isochore Heating or cooling of the working medium causes a Pressure change in the respective working space 1, 2; i.e. when pushing over from the cold to the hot, pressure increase occurs when sliding over from Hot in the cold occurs pressure reduction on the regenerator cycle is hereby finished and the pressure difference is for the next working cycle used.

Abschließend sei der Ordnung halber darauf hingewiesen, dass in der Zeichnung einzelne Bauteile und Baugruppen zum besseren Verständnis der Erfindung unproportional und maßstäblich verzerrt dargestellt sind.Finally, for the sake of order, it should be noted that in the drawing individual components and assemblies for a better understanding of the invention disproportionately and distorted to scale.

Claims

Method for converting thermal energy into kinetic energy, whereby a medium undergoes the following changes of state in at least one chamber separated by a displacer:

compression, preferably isothermal compression, with thermal dissipation in a compression chamber

heat absorption, preferably isochoric heat absorption, in a regenerator during passage of the medium from a compression chamber to an expansion chamber

expansion, preferably isothermal expansion, with heat supply in an expansion chamber and dissipation of effective work

heat dissipation, preferably isochoric heat dissipation, in the regeneration on returning the medium to the compression chamber.

characterised by the fact that the medium flows back and forth between at least two enclosed chambers (1, 2), whereby to release effective work the medium is guided through a machine (12) between the chambers (1, 2), whereby heat absorption takes places before the machine (12) and heat dissipation takes place after the machine (12), and that the medium is compressed in the chamber (1, 2) after heat dissipation, and that by means of a displacer (3, 4) it subsequently flows from one side through the regenerator (6, 7) to the other side of the displacer (3, 4), whereby the flow of the medium is controlled using control units, in particular valves (13, 23, 24, 25, 26), and every displacer (3, 4) is moved by a drive (5).
Method in accordance with Claim 1, characterised by the fact that the chamber (1, 2) is divided by the displacer (3, 4) into a double-action chamber (1, 2).
Method in accordance with Claim 1 or 2, characterised by the fact that each displacer (3, 4) is moved by a separate drive (5).
Method in accordance with Claim 1 or 2, characterised by the fact that the displacer (3, 4) of the coupled chambers (1, 2) are moved via a rigid connection (20) by a drive.
Method in accordance with one or more of Claims 1 to 4, characterised by the fact that the chamber (1 resp. 2) is divided by the displacer (3 resp. 4) into one expansion chamber and one compression chamber, whereby the medium used for effective work, after exiting the expansion chamber, flows through the regenerator (6 resp. 7) allocated to this chamber (1 resp. 2) to release effective work through the work machine (12), and after the work machine (12), possibly with output of cold, flows into the compression chamber of the coupled chamber (1 resp. 2) and then through movement of the displacer (3 resp. 4) flows from the compression side through the regenerator (6 resp. 7) allocated to this chamber (1 resp. 2) into the expansion chamber of the same chamber (.1 resp. 2).
Method in accordance with one or more of Claims 1 to 4, characterised by the fact that the chamber (1 resp. 2) is divided by the displacer (3 resp. 4) into one expansion chamber and one compression chamber, whereby the medium used for effective work, after exiting the expansion chamber for dissipation of effective work, possibly through a heater (14), flows through the work machine (12) and subsequently through the regenerator (6 resp. 7) and possibly through a compressor (19), possibly through an additional cooler (16), into the compression chamber of the coupled chamber (1 resp. 2), and subsequently through movement of the displacer (3 resp. 4) flows from the compression side through the regenerator (6 resp. 7) allocated to this chamber (1 resp. 2) into the expansion chamber of the same chamber (1 resp. 2).
Method in accordance with one or more of Claims 1 to 4, characterised by the fact that the chamber (1 resp. 2) is divided by the displacer (3 resp. 4) into two expansion chambers and compression chambers each, whereby the medium used for effective work, after exiting an expansion chamber through the regenerator (6 resp. 7) allocated to this chamber (1 resp. 2) for dissipation of effective work through the work machine (12) and after the work machine (12) flows into the compression chamber of the coupled chamber (1 resp. 2) and then through movement of the displacer (3 resp. 4) flows from the compression side through the regenerator (6 resp. 7) allocated to this chamber (1 resp. 2) into the other expansion chamber of the same chamber (1 resp. 2).
Method in accordance with on or more of Claims 1 to 4 or x, y, characterised by the fact that there is isobaric heat absorption, in particular immediately before the work machine (12).
Method in accordance with on or more of Claims 1 to 4 or x, y, characterised by the fact that there is compression by means of pressure equalisation and/or a compressor.
Device for implementation of the method in accordance with one or more of Claims 1 to 9, characterised by the fact that at least two enclosed chambers (1, 2) are provided, whereby each chamber (1, 2) is divided into two sections by a displacer (3, 4) which can be moved by a drive (5), whereby one section contains a heater (14) and the other section a cooler (16), and each chamber (1, 2) has a regenerator (6, 7) allocated to it, whereby both sections are connected to this regenerator (6, 7), and that at least one section of each chamber (1, 2) is connected to a work machine (12), whereby the section used for subsequent dissipation of effective work is connected to the corresponding section of the other chamber (1, 2), and that control units, in particular valves (13, 23, 24, 25, 26), are provided to control the medium.
Device in accordance with Claim 10, characterised by the fact that at least one control unit, in particular a valve (13, 23, 24, 25, 26) is provided in the connections between the work machine (12) and the individual sections.
Device in accordance with Claim 10 or 11, characterised by the fact that four, six or more even-numbered chambers (1, 2) are provided, whereby the chambers (1, 2) are always coupled in pairs.
Device in accordance with one or more of Claims 10 to 12, characterised by the fact that the work machine (12) is a turbine, in particular an axial, radial or Tesla turbine.
Device in accordance with one or more of Claims 10 to 12, characterised by the fact that the work machine (12) is a piston motor.
Device in accordance with one or more of Claims 10 to 12, characterised by the fact that the work machine (12) is a screw motor.
Device in accordance with one or more of Claims 10 to 15, characterised by the fact that the drive (5) for the displacer is a linear drive.
Device in accordance with one or more of Claims 10 to 16, characterised by the fact that there is a heater (14) upstream and/or a cooler (16) downstream from the regenerator (6, 7).
Device in accordance with one or more of Claims 10 to 17, characterised by the fact that the chamber (1, 2) is divided by the displacer (3, 4) into an expansion chamber and a compression chamber, that the expansion chamber is connected to the regenerator (6, 7) allocated to this chamber (1, 2), and the regenerator (6, 7) is connected to the work machine (12), that the outflow side of the work machine (12) is connected to the compression chamber of the coupled other chamber (1, 2) and this compression chamber is connected through the regenerator (6, 7) allocated to this chamber (1, 2) to expansion chamber of the same chamber (1, 2), whereby a control unit each, preferably a valve (13, 23, 24, 25, 26) is provided between the regenerator (6, 7) and the inflow side of the work machine (12), and the outflow side of the work machine (12) and the compression chamber.
Device in accordance with one or more of Claims 10 to 17, characterised by the fact that the chamber (1, 2) is divided by the displacer (3, 4) into an expansion chamber and a compression chamber, that the expansion chamber is connected to the inflow side of the work machine (12) and the outflow side of the work machine (12) is connected through the regenerator (6, 7) and possible through a compressor (19) to the compression chamber of the coupled other chamber (1, 2) and this compression chamber is connected through the regenerator (6, 7) allocated to this chamber (1, 2) to expansion chamber of the same chamber (1, 2), whereby a control unit each, preferably a valve (13, 23, 24, 25, 26) is provided between the expansion chamber and the inflow side of the work machine (12), and the outflow side of the regenerator (6, 7) and the compression chamber.
Device in accordance with one or more of Claims 10 to 17, characterised by the fact that the chamber (1 resp. 2) is divided by the displacer (3 resp. 4) into two expansion chambers and two compression chambers, that each expansion chamber is connected to the inflow side of the work machine (12) through a regenerator (6 resp. 7) and the outflow side of the work machine (12) is connected to the compression chamber of the coupled other chamber (1 resp. 2), and this compression chamber is connected to the expansion chamber of the other chamber (1 resp. 2) through a regenerator (6 resp. 7), whereby one control unit each, in particular a valve (13, 23, 24, 25, 26), is provided between the regenerator (6 resp. 7) downstream from the expansion chamber and the inflow side of the work machine (12), and the outflow side of the work machine (12) and the compression chamber.
Device in accordance with one or more of Claims 10 to 17, characterised by the fact that a heater (14) is arranged in flow direction after the section connected to the work machine (12).
Device in accordance with Claim 21, characterised by the fact that the heater (14) is arranged locally separate from the section, for example in the combustion chamber of a heating boiler.