EP2273093B1 - Wärmekraftmaschine - Google Patents

Wärmekraftmaschine Download PDF

Info

Publication number
EP2273093B1
EP2273093B1 EP10164742.8A EP10164742A EP2273093B1 EP 2273093 B1 EP2273093 B1 EP 2273093B1 EP 10164742 A EP10164742 A EP 10164742A EP 2273093 B1 EP2273093 B1 EP 2273093B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
working
heat transmission
heat
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Not-in-force
Application number
EP10164742.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2273093A1 (de
Inventor
Alexander Ivanovich Samarin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mona Intellectual Property Establishment
Original Assignee
Mona Intellectual Property Establishment
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from CH9062009A external-priority patent/CH701246A2/de
Application filed by Mona Intellectual Property Establishment filed Critical Mona Intellectual Property Establishment
Publication of EP2273093A1 publication Critical patent/EP2273093A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2273093B1 publication Critical patent/EP2273093B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/044—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines having at least two working members, e.g. pistons, delivering power output
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
    • F02G2243/30—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders
    • F02G2243/34—Regenerative displacers having their cylinders at right angle, e.g. "Robinson" engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2270/00—Constructional features
    • F02G2270/30—Displacer assemblies

Definitions

  • the present invention describes a heat transfer piston for a heat engine with a first working piston, and a heat engine with a driven flywheel or a crankshaft with a closed total interior, which can be filled with a working fluid and pressure sealed, comprising at least a first working chamber with a linearly movable first working piston at least one first heat transfer chamber having a linearly movable first heat transferring piston having a piston head and a piston pin, a first heat exchanger connected to the first working chamber and the first heat transfer chamber, and a first cooling device, wherein the first working piston and the first heat transferring piston are mechanically coupled together ,
  • Heat engines such as Stirling engines have long been known and offer a way to convert thermal energy into mechanical work, with a fairly high efficiency and long maintenance-free operating times are possible due to the design.
  • the document EP0850353 discloses heat engines in the form of a Stirling engine, wherein the working medium undergoes a cyclic process in which heat energy is partially converted into mechanical work.
  • the improvement of the operation of the heat engine EP0850353 was achieved by means for adjusting the piston stroke and the swashplate angle. These means are carried out electrically and cause the heat engine must be equipped with a motor and other components. Such heat engines are so complex and executed by a variety of components, making them more cumbersome to use and error prone.
  • the working medium passed through a plurality of thin tubes with a large total surface outside the chambers, wherein the heat energy was transferred.
  • the operating pressure had to be increased accordingly, resulting in a mechanical load of the plurality of tubes.
  • a reciprocating engine which has a piston with piston head having a plurality of ribs.
  • the ribs protrude in a linear up and down movement of the piston head in the working space, wherein the ribs protrude without contact between the wedges shaped walls of the working space.
  • the working medium is located between the wedge-shaped ribs of the piston head and the working space, wherein the heat flow between the ribs results by heat conduction.
  • the working piston described ensures during the lifting movement for a heat transmission, wherein the heat transmission is achieved by heat conduction during the lifting movement.
  • the ribs must be brought as close to each other as possible, resulting in narrow gaps and undesirable turbulence of the working medium. Also, it is according to the US4271669 so far only possible to use helium or argon gas as the working medium.
  • the present invention provides a novel way to exchange heat energy with low dead volume. Due to the reduced use of a plurality of thin tubes for heat exchange, the resulting torques on the pistons are smaller than in prior art motors.
  • the present invention has for its object to provide a mechanical heat engine in the manner of a Stirling engine, which allows use of air as the working medium, with a sufficiently high efficiency can be achieved, being dispensed with additional electrical controls and consumers.
  • the flywheel 21 may be connected, for example, to a device for utilizing the mechanical output energy or to an electrical generator for conversion into electrical energy.
  • a first heat transfer chamber 1, a second heat transfer chamber 2, a first working chamber 5 and a second working chamber 6 are arranged.
  • the particular hollow cylindrical shaped chambers 1, 2, 5, 6 each form an internal displacement.
  • the first heat transfer chamber 1 is connected outside the base flange 100 via a first heat exchanger 9 to the first working chamber 5.
  • the second heat transfer chamber 2 is connected outside the base flange 100 via a second heat exchanger 10 to the second working chamber 6.
  • a first cooling device 11 and a second cooling device 12 run. While the first heat transfer chamber 1 is connected to the second working chamber 6 via the first cooling device 11, the second heat transfer chamber 2 is connected to the first working chamber 5 via the second cooling device 12.
  • the heat transfer chambers 1, 2, the heat exchangers 9, 10, and the working chambers 5, 6 and the cooling devices 11, 12 form a coherent closed and gas-tight overall interior, which is filled with a working fluid.
  • the inventive heat engine 0 can be used with the use of air, but also of pure nitrogen or oxygen as the working medium.
  • the heat exchangers 9, 10 outside the base flange 100 and the cooling devices 11, 12 are designed in the form of a plurality of tubes. While the cooling devices 11, 12 within the base flange 100 are in thermal contact with a coolant, the heat exchangers 9, 10 are in thermal contact with an external heat source.
  • the heat exchangers 9, 10 are connected to a heat source during operation of the heat engine 0, so that the working medium located within the heat exchangers 9, 10 is heated.
  • the heat energy supplied from outside through the heat source heats the side of the heat engine 0, on which the heat exchangers 9, 10 are located, to a temperature T 2 > T 1 .
  • the type of heat source plays no role for the inventive heat engine and can be selected depending on the location of the heat engine and accessibility.
  • the cooling devices 11, 12 arranged inside the base flange 100 are cooled by means of a coolant to the temperature T 1 , so that the working medium circulating inside the cooling devices 11, 12 is cooled accordingly.
  • the coolant for example water, can be introduced into the base flange 100 through a coolant inlet 22 and a coolant outlet 23 and correspondingly exchanged.
  • the heat exchangers 9, 10 opposite side of the base flange 100 along the longitudinal axis L is a guide slot 101 attached.
  • the flywheel 21 is rotatably mounted.
  • a joint attachment 20 which carries a universal joint 19, releasably secured.
  • a swash plate 18 in the form of a cross with the universal joint 19 is cooperatively connected and tiltably mounted on the universal joint 19.
  • a receptacle for a coupling rod 25 is arranged in each case. The coupling rod 25 is thus pivotally connected to the swash plate 18 on a first side.
  • the four coupling rods 25 are connected on the base flange 100 facing the second side in each case with a first heat transfer piston 3, a second heat transfer piston 4, a first piston 7 and a second working piston 8.
  • the pistons 3,4,7,8 each have a piston pin and a piston head, wherein the piston pin is cooperatively connected to a coupling rod 25.
  • the first heat transferring piston 3 moves linearly into and out of the first heat transferring chamber 1 in turn.
  • the stationary swash plate 18 is tilted differently.
  • An attached to the swash plate 18 or integrally formed shaft 17 is mounted in an eccentric bore 240 in an eccentric disc 24.
  • the bearing of the shaft 17 takes place in a shaft bearing 241 within the eccentric bore 240.
  • the eccentric 24 is carried by deflection of the shaft 17 and set in rotation.
  • An integrally formed on the eccentric 24 drive shaft 103 is ball-bearing performed by the guide slot 101.
  • the bearing of the drive shaft 103 in the guide slot 101 takes place in a bearing 102, preferably a ball bearing 102.
  • the flywheel 21 mounted on the drive shaft 103 is correspondingly set in rotation by the piston movement. The deflection of the pistons 3,4,7,8 thus leads to a tilting movement of the swash plate 18, which leads by means of eccentric disc 24 in a rotational movement of the drive shaft 103 and the flywheel 21 attached thereto.
  • the shaft longitudinal axis 170 during the reciprocal strokes of the pistons 3,4,7,8 makes a precession about the longitudinal axis L and thus to the universal joint 19, wherein the flywheel 21 is rotated by the storage of the shaft 17.
  • the kinetic energy of the flywheel 21 leads to a continuous operation, wherein the tilting movement and the precession movements of the shaft 17 by mechanically performed work due to the temperature difference, is constantly maintained by means of the heat supply of the first and second heat exchanger 9, 10.
  • the inventive heat engine 0 has heat transfer chambers 1, 2 with significantly greater lengths and / or diameters and thus larger displacements, as the corresponding first and second working chambers 5, 6. Accordingly, the diameter and cross-sectional areas of the piston heads of the heat transfer pistons 3, 4 are greater than that Diameter and cross-sectional areas of the piston heads of the working piston 7, 8.
  • the piston head of the segmented and slotted first and second heat transfer pistons 3, 4 has a slightly smaller diameter than the inside diameter of the corresponding first and second heat transfer chambers 1, 2, so that a radial distance between heat transfer pistons 3, 4 and respective heat transfer chamber 1, 2 guaranteed is.
  • thermodynamic cycle Due to the arrangement described above, pressure and temperature of the working medium hardly change during the movement of the first and second working pistons 5, 6. Due to the size difference between the heat transfer chamber and the working chamber, the working medium does not pass through a classically known continuous thermodynamic cycle.
  • FIG. 6 is a central connecting line B, which runs along the centers of the first and second heat transfer chamber 1, 2, as well as through the longitudinal axis L.
  • Another connecting line C runs along the centers of the first and second working chamber 5, 6 and traverses the longitudinal axis L.
  • an angle ⁇ is clamped between the central connecting line B and the further connecting line C.
  • heat engines 0 can be adapted to specific requirements.
  • the arrangement of the pistons can be adjusted to achieve maximum performance or maximum efficiency.
  • thermodynamic cycle of the inventive heat engine 0 explained in four cycles. Due to the alternating arrangement of the working pistons 7, 8 and heat transfer pistons 3, 4 described above, during operation of the heat engine 0, either the working pistons 7, 8 or the heat transfer pistons are simultaneously deflected linearly in opposite directions.
  • FIGS. 8a to 7d show a section through all four chambers 1, 2, 5, 6 along the line D, which is shown folded into the plane of the paper.
  • the displacement, which are filled with working fluid under highest pressure, are marked with "+” - sign.
  • displacements are marked with "-" signs, in which the pressure is minimal.
  • Figure 7a shows the movement of the first working piston 7 and the second working piston 8, during the rotation of the eccentric disc 24 from 0 ° to 90 °.
  • the working medium in the first heat transfer chamber 1, in the first heat exchanger 9, in the upper hot region of the first working chamber 5 and in the lower cold region of the second working chamber 6 is under high pressure. Due to the segmentation of the first heat transferring piston 3, which was previously heated, the working medium could be additionally heated.
  • the first heat transferring piston 3 is at the cooled lower stop of the first heat transfer chamber 1, while the first working piston 7 is centrally deflected within the first working chamber 5.
  • the working medium can flow through the longitudinal slots 13 from the hot side of the heat transferring piston 3 in the direction of the first cooling device 11 into the lower cold region of the second
  • the second segmented heat transfer piston 4 is located at the beginning of the upper hot stop the second heat transfer chamber 2.
  • the working fluid can under low pressure from the working chamber 6 through the second heat exchanger 10 through the longitudinal slots 13 in the cold region of second heat transfer chamber 2 and the second cooling device 12 to flow into the cold region of the first working chamber 5.
  • the first working piston 7 is deflected to the lower cold stop and the second working piston 8 to the upper hot stop, wherein a relaxation of the working medium takes place.
  • first and second heat transfer pistons 3, 4 are moved linearly opposite. While the first heat transferring piston 3 is in an upward movement toward the first heat exchanger 9, the second heat transferring piston 4 moves toward the cold lower stopper of the second heat transferring chamber 2.
  • a low pressure prevails in the first heat transfer chamber 1, the first heat exchanger 9 and in the upper region of the first working chamber 5.
  • a high pressure of the working medium prevails accordingly in the second heat transfer chamber 2, the second heat exchanger 10 and the second working chamber 6. Due to these pressure differences, the first working piston is deflected in the direction of the first heat exchanger 9 and the second working piston in the direction of the second heat exchanger 10, wherein mechanical work is again performed.
  • a further deflection of the swash plate 18 from 270 ° to 360 ° leads the first heat transfer piston 3 in the direction of the cold stop and the second heat transfer piston 4 in the direction the hot stop, with the first working piston 7 at the hot stop and the second working piston 8 is at the cold stop.
  • the heat transfer pistons 3, 4 are able to absorb a lot of heat energy and deliver it to the working medium during the process, whereby precooling or preheating of the working medium takes place.
  • the amount of heat energy that can be absorbed by the heat transfer pistons 3, 4 is significantly greater than the work performed in the thermodynamic cycle.
  • FIG. 8 shows a pV diagram of the known ideal clockwise Stirling process, wherein 3 ⁇ 4 an isothermal expansion with the addition of heat 4 ⁇ 1 isochronous cooling 1 ⁇ 2 an isothermal compression with supplied volume change and 2 ⁇ 3 isochoric heating is a closed loop process and the convertible mechanical work represents the area under the cycles.
  • the pressure occurring in the first working chamber 5 and the second working chamber 6 during the compression of the working medium is about 6 to 7 MPa. Due to the use of air as the working medium, the requirements for the seal of the entire interior of the heat engine 0 are not particularly high.
  • the chambers 1, 2.5, 6 and pistons 3, 4, 7, 8 stainless steel is used, wherein solder joints are connected to a solder containing copper and magnesium.
  • the hollow design of the first and second working piston 7, 8. The necessary stability is given and due to minimized weight optimum power transmission is possible.
  • mineral fibers in particular basalt fibers, are introduced into the interior of the working pistons 7, 8.
  • the basalt fibers are in amorphous form and have a heat-protective effect, a mechanical reinforcing effect.
  • piston guides are formed, through which the piston pin guided by a bore stabilized guided linearly in the corresponding chambers are moved alternately.
  • the linear movement of the pistons 3,4,7,8 is converted into rotational movement of the swash plate 18, the eccentric disc 24 and ultimately the flywheel 21. Due to the type of coupling shown here, the pistons 3,4,7,8 can also be deflected by rotation of the flywheel 21.
  • the inventive heat engine 0 form. Accordingly, further heat transfer pistons and working piston would have to be provided, which are movably mounted in the additional chambers.
  • the mechanism for decoupling the linear piston movement and conversion into a rotational movement for driving the flywheel 21 must be matched to the number of pistons used in each case.
  • this first heat transferring piston 3 was installed in known commercial Stirling engines and heat engines according to a Stirling engine and experimented with it. In this case, known heat engines with only a first heat transfer chamber 1 were used. The efficiency of such Heat engines are not particularly high when using pistons according to the prior art. After installation of a segmented heat transfer piston 3 in a heat transfer chamber 1 and the use of air as a working medium good results could be achieved with a similar high efficiency, such as in standard operation, for example with helium gas.
  • crank drive 40 For transmitting the linear translational movement of the pistons 3, 4, 7, 8 into a rotational movement, the crank drive 40 explained below can be used. In addition to the drive of a flywheel 21 so that the drive of a crankshaft 400 is possible.
  • the crank mechanism 40 allows a good power transmission during operation of the heat engine 0, which by design is a simple juxtaposition of several heat engines 0 or more pairs of working piston 7, 8 and heat transfer pistons 3, 4 is possible.
  • the crank mechanism 40 includes the crankshaft 400, which is rotatably arranged in a stationary manner in a crank drive housing 41 on at least one crankshaft bearing 401.
  • At least one lifting element 403 is connected to the crankshaft 400 via a crankpin 4010, which is mounted eccentrically to the axis of rotation of the crankshaft 400 on the crankshaft 400 and thus can put the crankshaft 400 in a rotary motion.
  • the lifting element 403 has a transverse bar 4031, at the ends of which in each case a working piston 7 and a heat transferring piston 3 are arranged.
  • By means of joints 405 two double-jointed rods 404 are rotatably mounted via rolling bearings 407 at the ends of the crossbar 4031.
  • the pistons 3, 4, 7, 8 in turn mounted by roller bearings by means of fork couplings 406 movably attached to the double joint rods 404.
  • a pivot lever 402 is pivotally mounted in a pivot lever bearing 4022 on the crank drive housing 41 and movable on the projecting into the crank drive housing 41 side with a pivot rod 4021, preferably supported by roller bearings, connected to the lifting element 403.
  • the lifting elements 403 according to arrow mark A in FIG. 9b pivoted depending on the deflection of the adjacent suspended piston and out due to the eccentric attachment to the crank pin 4010 of the crankshaft 400 in the direction perpendicular to the crankshaft axis up and down.
  • the distance of the suspension of the piston 7 and the piston 3 an optimal power transmission to the crankshaft 400 due to the phase shift of the pistons can be achieved.
  • the pistons 3, 7 and the pistons 4, 8 are each fastened to the crankshaft 400 at different crank pins, so that a necessary phase shift of the piston pairs relative to each other can be achieved.
  • the pivot lever 402 By the coupling of the pivot rod 4021 on the lifting element 403, the pivot lever 402 is carried along with the up and down movement and pivoted about the pivot lever bearing 4022 accordingly.
  • the Pivot lever 402 is forked here, wherein each one of the piston or piston rods is guided by the forked portion of the pivot lever 402 feasible.
  • the phase shift of the movable piston can be adjusted.
  • the pivotal movement of the front pivot lever 402 is defined by the arrow mark D and the pivotal movement of the rear pivot lever 402 'is defined by the arrow mark E.
  • heat engines 0 can be linearly coupled to one another via the crank mechanism 40 on a crankshaft 400, so that as in FIG. 10a
  • two heat engines 0 may be coupled in a crankcase 41, as known from V-engines.
  • pistons 3, 7 of a first heat engine 0 and pistons 3 ', 7' of a second heat engine 0 are aligned differently via two adjacent transverse beams 4031 and 4031 ', but arranged on the same crank pin 4010.
  • the pistons 4, 8 and 4 ', 8' are arranged indirectly adjacent to the crankshaft 400 directly.
  • the lifting elements 403 must be arranged on the crankshaft 400 in accordance with the prevailing phase shift of the piston movement. Again, the lifting elements 403 each perform a combined pivoting movement and a movement perpendicular to the crankshaft axis.
  • crank mechanisms 40 each two heat engines 0, 0 'and 0 ", 0"' in each case a crankcase 41st are arranged.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung beschreibt einen Wärmeübertragungskolben für eine Wärmekraftmaschine mit einem ersten Arbeitskolben, sowie eine Wärmekraftmaschine mit einem angetriebenen Schwungrad oder einer Kurbelwelle mit einem geschlossenen Gesamtinnenraum, welcher mit einem Arbeitsmedium füllbar und druckdicht verschliessbar ist, umfassend mindestens eine erste Arbeitskammer mit einem linear bewegbaren ersten Arbeitskolben,mindestens eine erste Wärmeübertragungskammer mit einem linear bewegbaren ersten Wärmeübertragungskolben, der einen Kolbenkopf und einen Kolbenbolzen aufweist, einen mit der ersten Arbeitskammer und der ersten Wärmeübertragungskammer verbundenen ersten Wärmetauscher, sowie eine erste Kühlvorrichtung, wobei der erste Arbeitskolben und der erste Wärmeübertragungskolben mechanisch miteinander gekoppelt sind.
    • Stand der Technik
  • Wärmekraftmaschinen, beispielsweise Stirlingmotoren sind schon seit langem bekannt und bieten eine Möglichkeit thermische Energie in mechanische Arbeit umzusetzen, wobei ein recht hoher Wirkungsgrad und aufgrund der Bauart lange wartungsfreie Betriebszeiten möglich sind.
  • Obwohl bislang bekannte derartige Wärmekraftmaschinen Vorteile wie die fehlende Beschränkung auf eine bestimmte Wärmequelle aufweisen, werden diese noch nicht im grösseren Masse kommerziell eingesetzt, da der Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschinen noch sehr weit von dem Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren entfernt ist.
  • Das Dokument EP0850353 offenbart Wärmekraftmaschinen in Form eines Stirlingmotors, wobei das Arbeitsmedium einen Kreisprozess durchläuft, in welchem Wärmeenergie teilweise in mechanische Arbeit umgewandelt wird.
  • Es ist eine Mehrzahl von Kammern in Zylinderform und Kolben vorgesehen, welche miteinander mechanisch gekoppelt sind, wobei sich die Kolben während des Betriebs im Wesentlichen gegenphasig zueinander bewegen. Durch eine abwechselnde Erhitzung mittels Wärmetauscher und Kühlung eines Arbeitsmediums mittels Kühlvorrichtungen innerhalb der Kammern, sind korrespondierend Kolben linear hin- und herbewegbar. Die lineare Bewegung der Kolben wird eine mechanische Kopplung mittels einer Taumelplatte in eine Rotationsbewegung umgewandelt. Die Taumelplatte treibt eine Antriebswelle an, welche mit einer Last mechanisch verbindbar ist. Zur Steigerung des Wirkungsgrades wurden diverse Massnahmen getroffen, beispielsweise wurde die Abdichtung der Kolben verbessert. Durch die geeignete Wahl von Hochtemperaturmaterialien für die Kammern und Kolben, konnte die Temperaturdifferenz zwischen der heissen Seite der Wärmetauscher und der kalten Seite der Kühlvorrichtungen gefahrlos erhöht werden, womit die resultierende mechanische Arbeit erhöht wurde.
  • Die Verbesserung des Betriebs der Wärmekraftmaschine aus EP0850353 wurde durch Mittel zur Einstellung des Kolbenhubs und des Taumelscheibenwinkels erreicht. Diese Mittel sind elektrisch ausgeführt und führen dazu, dass die Wärmekraftmaschine mit einem Motor und weiteren Bauteilen ausgestattet werden muss. Derartige Wärmekraftmaschinen sind damit komplexer und mittels einer Vielzahl von Bauteilen ausgeführt, womit diese umständlicher zu bedienen und fehleranfälliger werden.
  • Bisher wurde zur Optimierung der Wärmeleitung bzw. Wärmeübertragung auf das Arbeitsmedium, das Arbeitsmedium durch eine Vielzahl von dünnen Röhrchen mit einer grossen Gesamtoberfläche ausserhalb der Kammern geführt, wobei die Wärmeenergie übertragen wurde. Um höhere Leistungen zu erzielen musste der Betriebsdruck entsprechend erhöht werden, woraus eine mechanische Belastung der Vielzahl von Röhrchen resultiert.
    • Würdigung von US4271669
  • Aus der US4271669 geht eine Hubkolbenmaschine hervor, welche einen Arbeitskolben mit Kolbenkopf aufweist mit einer Mehrzahl von Rippen. Die Rippen ragen bei linearer Auf- und Abbewegung des Kolbenkopfes in den Arbeitsraum, wobei die Rippen zwischen die als Keile geformten Wände des Arbeitsraumes berührungslos hineinragen. Das Arbeitsmedium befindet sich zwischen den keilförmigen Rippen des Kolbenkopfes und des Arbeitsraumes, wobei der Wärmefluss zwischen den Rippen durch Wärmeleitung resultiert. Der beschriebene Arbeitskolben sorgt bei der Hubbewegung für eine Wärmetransmission, wobei die Wärmetransmission durch Wärmeleitung während der Hubbewegung erreicht wird. Um eine möglichst gute Wärmeübertragung zu gewährleisten müssen die Rippen einander möglichst nahe gebracht werden, was zu engen Spalten und unerwünschten Verwirbelungen des Arbeitsmediums führt. Auch ist es gemäss der US4271669 bislang nur möglich Helium oder Argongas als Arbeitsmedium zu verwenden.
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine neuartige Möglichkeit Wärmeenergie bei geringem Totvolumen auszutauschen. Durch den verringerten Einsatz einer Vielzahl von dünnen Röhrchen zum Wärmetausch sind die resultierenden Momente auf die Kolben kleiner, als bei Motoren des Stands der Technik.
    • Darstellung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt eine mechanische Wärmekraftmaschine nach Art eines Stirling-Motors zu schaffen, welche eine Benutzung von Luft als Arbeitsmedium erlaubt, wobei eine ausreichend hohe Effizienz erreichbar ist, wobei auf zusätzliche elektrische Steuerungen und Verbraucher verzichtet wird.
  • Diese Aufgabe und zusätzlich die Verbesserung des bei der Wärmeleitung stattfindenden Austauschs von Wärmeenergie ohne Erhöhung des sogenannten Totvolumens, wobei das Arbeitsmedium vor dem Aufheizprozess nicht unnötigerweise abgekühlt wird, löst die erfindungsgemässe Wärmekraftmaschine.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachstehend im Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen beschrieben.
    • Figur 1
    zeigt eine perspektivische Ansicht einer Wärmekraftmaschine mit einem erstem und einem zweiten Wärmetauscher im Vordergrund, während
    Figur 2
    eine perspektivische Ansicht einer Wärmekraftmaschine von der Schwungrad-Seite zeigt.
    Figur 3
    zeigt eine teilweise längs geschnittene Ansicht einer Wärmekraftmaschine mit Schnitt durch eine erste Wärmeübertragungskammer und eine erste Arbeitskammer, während
    Figur 4
    eine Schnittansicht durch die Wärmekraftmaschine entlang der zentralen Verbindungslinie B durch die erste und zweite Arbeitskammer zeigt.
    Figur 5
    zeigt eine detaillierte perspektivische teilweise geschnittene Ansicht eines ersten Wärmeübertragungskolbens in einer ersten Wärmeübertragungskammer.
    Figur 6
    zeigt einen Querschnitt durch eine Wärmeübertragungskammer gemäss Linie A-A aus Figur 4.
    Figuren 7a bis 7d
    stellen eine teilweise geschnittene Darstellung entlang einer Kreislinie D aus Figur 6 dar, wobei die unterschiedlichen Takte der Wärmekraftmaschine dargestellt sind.
    Figur 8
    zeigt ein p-V-Diagramm eines idealen rechtsläufigen Stirling-Prozesses, sowie eines, unter idealen Umständen erreichbaren, idealen pseudo-Kreisprozesses gemäss 1-5- 3-6.
    Figur 9a
    zeigt eine perspektivische teilweise geschnittene Ansicht einer Wärmekraftmaschine mit Kurbeltrieb innerhalbe eines Kurbeltriebgehäuses, während
    Figur 9b
    eine perspektivische Ansicht des Kurbeltriebes mit gekoppelten Kolben zeigt.
    Figur 10a
    zeigt eine perspektivische Ansicht zweier Wärmekraftmaschinen an eine Kurbelwelle gekoppelt, während
    Figur 10b
    eine perspektivische Ansicht der gekoppelten Kolben gemäss Figur 10a ohne Kurbeltriebgehäuse zeigt.
    Figur 11
    zeigt eine perspektivische Ansicht von insgesamt vier gekoppelten Wärmekraftmaschinen.
    Beschreibung
  • Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Wärmekraftmaschine 0 in Form eines Stirlingmotors 0, welche ein Schwungrad 21 durch Ausnutzung eines thermodynamischen Kreisprozesses antreibt, ist in den beiliegenden Figuren gezeigt und wird im Folgenden detailliert beschrieben. Das Schwungrad 21 kann beispielsweise mit einer Vorrichtung zur Nutzung der mechanischen Ausgangsenergie oder mit einem elektrischen Generator zur Umwandlung in elektrische Energie verbunden sein.
  • An einen Basisflansch 100 sind eine erste Wärmeübertragungskammer 1, eine zweite Wärmeübertragungskammer 2, eine erste Arbeitskammer 5 und eine zweite Arbeitskammer 6 angeordnet. Die insbesondere hohlzylindrisch geformten Kammern 1, 2, 5, 6 bilden jeweils einen inneren Hubraum. Die erste Wärmeübertragungskammer 1 ist ausserhalb des Basisflansches 100 über einen ersten Wärmetauscher 9 mit der ersten Arbeitskammer 5 verbunden. Die zweite Wärmeübertragungskammer 2 ist ausserhalb des Basisflansches 100 über einen zweiten Wärmetauscher 10 mit der zweiten Arbeitskammer 6 verbunden.
  • Innerhalb des Basisflansches 100 (in Figur 6 dargestellt) verlaufen eine erste Kühlvorrichtung 11 und eine zweite Kühlvorrichtung 12. Während die erste Wärmeübertragungskammer 1 über die erste Kühlvorrichtung 11 mit der zweiten Arbeitskammer 6 verbunden ist, ist die zweite Wärmeübertragungskammer 2 über die zweite Kühlvorrichtung 12 mit der ersten Arbeitskammer 5 verbunden. Die Wärmeübertragungskammern 1, 2, die Wärmetauscher 9, 10, sowie die Arbeitskammern 5, 6 und die Kühlvorrichtungen 11, 12 bilden einen zusammenhängenden geschlossenen und gasdichten Gesamtinnenraum, welcher mit einem Arbeitsmedium gefüllt ist.
  • Durch die abwechselnde Verbindung der Wärmeübertragungskammern 1, 2 über Wärmetauscher 9, 10 und Kühlvorrichtungen 11, 12 entsteht ein geschlossener Gesamtinnenraum. Die erfindungsgemässe Wärmekraftmaschine 0 ist unter Einsatz von Luft, aber auch von reinem Stickstoff oder Sauerstoff als Arbeitsmedium einsetzbar.
  • Die Wärmetauscher 9, 10 ausserhalb des Basisflansches 100 und die Kühlvorrichtungen 11, 12 sind in Form einer Mehrzahl von Röhrchen ausgeführt. Während die Kühlvorrichtungen 11, 12 innerhalb des Basisflansches 100 mit einem Kühlmittel in thermischem Kontakt sind, sind die Wärmetauscher 9, 10 mit einer externen Wärmequelle in thermischem Kontakt. Die Wärmetauscher 9, 10 sind während des Betriebes der Wärmekraftmaschine 0 mit einer Wärmequelle verbunden, sodass das innerhalb der Wärmetauscher 9, 10 befindliches Arbeitsmedium aufgeheizt wird. Die von aussen durch die Wärmequelle zugeführte Wärmeenergie heizt die Seite der Wärmekraftmaschine 0, auf welcher sich die Wärmetauscher 9, 10 befinden, auf eine Temperatur T2 > T1 auf. Die Art der Wärmequelle spielt für die erfindungsgemässe Wärmekraftmaschine keine Rolle und ist je nach Einsatzort der Wärmekraftmaschine und Zugänglichkeit wählbar.
  • Die innerhalb des Basisflansches 100 angeordneten Kühlvorrichtungen 11, 12 werden mittels eines Kühlmittels auf die Temperatur T1 gekühlt, sodass das innerhalb der Kühlvorrichtungen 11, 12 zirkulierende Arbeitsmedium entsprechend abgekühlt wird. Das Kühlmittel, beispielsweise Wasser, ist durch einen Kühlmitteleinlass 22 und einen Kühlmittelauslass 23 in den Basisflansch 100 einbringbar und entsprechend austauschbar.
  • Auf der, den Wärmetauschern 9, 10 gegenüberliegenden Seite des Basisflansches 100 entlang der Längsachse L ist eine Führungskulisse 101 befestigt. An einer innerhalb der Führungskulisse 101 befestigten Koppelmechanik ist das Schwungrad 21 rotierbar gelagert.
  • An der Führungskulisse 101 ist eine Gelenkbefestigung 20, welche ein Kardangelenk 19 trägt, lösbar befestigt angeordnet. Mit dem Kardangelenk 19 ist eine Taumelplatte 18 in Form eines Kreuzes mit dem Kardangelenk 19 zusammenwirkend verbunden und kippbar auf dem Kardangelenk 19 gelagert. An jeder der vier Ecken der ortsfest angeordneten Taumelplatte 18 in Form eines Kreuzes ist jeweils eine Aufnahme für einen Koppelstab 25 angeordnet. Der Koppelstab 25 ist damit schwenkbewegbar mit der Taumelplatte 18 auf einer ersten Seite verbunden.
  • Die vier Koppelstäbe 25 sind auf der dem Basisflansch 100 zugewandten zweiten Seite jeweils mit einem ersten Wärmeübertragungskolben 3, einem zweiten Wärmeübertragungskolben 4, einem ersten Arbeitskolben 7 und einem zweiten Arbeitskolben 8 verbunden. Die Kolben 3,4,7,8 weisen jeweils einen Kolbenbolzen und einen Kolbenkopf auf, wobei der Kolbenbolzen mit jeweils einem Koppelstab 25 zusammenwirkend verbunden ist. Im Betrieb der Wärmekraftmaschine 0 bewegt sich der erste Wärmeübertragungskolben 3 linear in die erste Wärmeübertragungskammer 1 abwechselnd hinaus und hinein. Gleiches gilt für den zweiten Wärmeübertragungskolben 4 und die zweite Wärmeübertragungskammer 2 und den ersten und zweiten Arbeitskolben 7, 8 in die korrespondierende erste und zweite Arbeitskammer 5, 6.
  • Durch die mechanische Kopplung der einzelnen Kolben 3,4,7,8 über die Koppelstäbe 25 an der Taumelplatte 18, werden die Kolben 3,4,7,8 in einer festen Phasenverschiebung in die Kammern 1, 2, 5, 6 hinein und aus diesen heraus bewegt. Dabei sind der erste und zweite Arbeitskolben 7, 8 und der erste und zweite Wärmeübertragungskolben 3, 4 jeweils an gegenüberliegenden Armen der kreuzförmigen Taumelplatte 18 angeordnet. Jeder Wärmeübertragungskolben 3, 4 ist jeweils von den Arbeitskolben 7, 8 benachbart an der Taumelplatte 18 angeordnet.
  • Durch die Bewegung wird die ortsfeste Taumelplatte 18 unterschiedlich verkippt. Ein an der Taumelplatte 18 befestigter oder angeformter Schaft 17 ist in einer exzentrischen Bohrung 240 in einer Exzenterscheibe 24 gelagert. Die Lagerung des Schafts 17 erfolgt in einem Schaftlager 241 innerhalb der exzentrischen Bohrung 240. Durch die Kippbewegungen der Taumelplatte 18 wird der Schaft 17 entsprechend ausgelenkt. Die Exzenterscheibe 24 wird durch Auslenkung des Schafts 17 mitgeführt und in Rotation versetzt.
  • Eine an der Exzenterscheibe 24 angeformte Antriebswelle 103 ist kugelgelagert durch die Führungskulisse 101 durchgeführt. Die Lagerung der Antriebswelle 103 in der Führungskulisse 101 erfolgt in einem Lager 102, bevorzugt ein Kugellager 102. Das auf der Antriebswelle 103 befestigte Schwungrad 21 wird entsprechend durch die Kolbenbewegung in Rotation versetzt. Die Auslenkung der Kolben 3,4,7,8 führt damit zu einer Kippbewegung der Taumelplatte 18, welche mittels Exzenterscheibe 24 in eine Rotationsbewegung der Antriebswelle 103 und des daran befestigten Schwungrads 21 führt.
  • Wie in Figur 4 angedeutet macht die Schaftlängsachse 170 während der abwechselnden Hubbewegungen der Kolben 3,4,7,8 eine Präzessionsbewegung um die Längsachse L und damit um das Kardangelenk 19, wobei durch die Lagerung des Schafts 17 das Schwungrad 21 in Rotation versetzt wird. Die kinetische Energie des Schwungrades 21 führt zu einem kontinuierlichen Betrieb, wobei die Kippbewegung und die Präzessionsbewegungen des Schafts 17 durch mechanisch geleistete Arbeit aufgrund des Temperaturunterschiedes, mittels der Wärmezufuhr des ersten und zweiten Wärmetauschers 9, 10 ständig aufrechterhalten wird.
  • Die erfindungsgemässe Wärmekraftmaschine 0 weist Wärmeübertragungskammern 1, 2 mit deutlich grösseren Längen und/oder Durchmessern und damit grösseren Hubräumen auf, als die korrespondierenden ersten und zweiten Arbeitskammern 5, 6. Entsprechend sind die Durchmesser und Querschnittsflächen der Kolbenköpfe der Wärmeübertragungskolben 3, 4 grösser als die Durchmesser und Querschnittsflächen der Kolbenköpfe der Arbeitskolben 7, 8.
  • In den Figuren 3 und 4 wird eine spezielle Ausgestaltung der Wärmeübertragungskolben 3, 4 deutlich. Die Kolbenköpfe der Wärmeübertragungskolben 3, 4 sind jeweils segmentiert und geschlitzt ausgeführt ist, wodurch eine vergrösserte Oberfläche zur Übertragung von Wärme zwischen Arbeitsmedium und Kolbenkopf resultiert.
  • Der Kolbenkopf der segmentierten und geschlitzten ersten und zweiten Wärmeübertragungskolben 3, 4 weist einen etwas kleineren Durchmesser auf, als die lichte Weite der korrespondierenden ersten und zweiten Wärmeübertragungskammer 1, 2, sodass ein radialer Abstand zwischen Wärmeübertragungskolben 3, 4 und jeweiliger Wärmeübertragungskammer 1, 2 garantiert ist.
  • In Figur 5 sind Längsschlitze 13 im Kolbenkopf des ersten Wärmeübertragungskolbens 3 etwa parallel zum Kolbenbolzen des ersten Wärmeübertragungskolbens 3 verlaufend erkennbar. Durch diese Längsschlitze 13 kann Arbeitsmedium aus Richtung des ersten Wärmetauschers 9 vom geheizten Teil 15 der ersten Wärmeübertragungskammer 1 in Richtung Kolbenbolzen passieren. Das Arbeitsmedium hat im Bereich des geheizten Teils 15 eine Temperatur T2. Querschlitze 14 erschweren die Wärmeleitung durch den segmentierten Wärmeübertragungskolben 3 zwischen dem geheizten Teil 15 und dem gekühlten Teil 16 der ersten Wärmeübertragungskammer 1. Durch die Ausgestaltung der deutlich grösseren Wärmeübertragungskammer 1 im Vergleich zur ersten Arbeitskammer 5 und die segmentiert ausgestalteten Wärmeübertragungskolben 3, 4 weicht das resultierende p-V-Diagramm der erfindungsgemässen Wärmekraftmaschine 0 vom bekannten Stirling-p-V-Diagramm deutlich ab.
  • Aufgrund der oben beschriebenen Anordnung ändern sich Druck und Temperatur des Arbeitsmediums während der Bewegung der ersten und zweiten Arbeitskolben 5, 6 kaum. Aufgrund des Grössenunterschiedes zwischen Wärmeübertragungskammer und Arbeitskammer durchläuft das Arbeitsmedium keinen klassisch bekannten kontinuierlichen thermodynamischen Kreisprozess.
  • In Figur 6 ist eine zentrale Verbindungslinie B, welche entlang der Zentren der ersten und zweiten Wärmeübertragungskammer 1, 2, sowie durch die Längsachse L verläuft. Eine weitere Verbindungslinie C, läuft entlang der Mitten der ersten und zweiten Arbeitskammer 5, 6 und quert die Längsachse L. Zwischen der zentralen Verbindungslinie B und der weiteren Verbindungslinie C wird ein Winkel α aufgespannt. Versuche haben gezeigt, dass bei der Wahl des Winkels α im Bereich 90° bis 140° gute Ergebnisse erzielt werden können. Durch unterschiedliche relative Ausrichtungen der Kammern und entsprechend mittelbare Befestigung der Kolben an der Taumelplatte 18 können erfindungsgemässe Wärmekraftmaschinen 0 an spezielle Anforderungen angepasst werden. Neben einem platzsparenden Aufbau, kann die Anordnung der Kolben auf die Erreichung einer maximalen Leistung oder maximalen Effizienz abgestimmt eingestellt werden.
  • Im Folgenden wird anhand der Figuren 7a bis 7d der thermodynamische Zyklus der erfindungsgemässen Wärmekraftmaschine 0 in vier Takten erläutert. Aufgrund der oben beschriebenen abwechselnden Anordnung der Arbeitskolben 7, 8 und Wärmeübertragungskolben 3, 4 werden beim Betrieb der Wärmekraftmaschine 0 entweder die Arbeitskolben 7, 8 oder die Wärmeübertragungskolben gleichzeitig in entgegen gesetzte Richtungen linear ausgelenkt.
  • Die Figuren 8a bis 7d zeigen einen Schnitt durch alle vier Kammern 1, 2, 5, 6 entlang der Linie D, welcher in die Papierebene geklappt dargestellt ist. Die Hubräume, welche mit Arbeitsmedium unter höchstem Druck gefüllt sind, sind mit "+"-Zeichen gekennzeichnet. Entsprechend sind Hubräume mit "-"-Zeichen gekennzeichnet, in denen der Druck minimal ist.
    • 1. Takt
  • Figur 7a zeigt die Bewegung des ersten Arbeitskolbens 7 und des zweiten Arbeitskolbens 8, während der Rotation der Exzenterscheibe 24 von 0° bis 90°. Das Arbeitsmedium in der ersten Wärmeübertragungskammer 1, im ersten Wärmetauscher 9, im oberen heissen Bereich der ersten Arbeitskammer 5 und im unteren kalten Bereich der zweiten Arbeitskammer 6 steht unter hohem Druck. Durch die Segmentierung des ersten Wärmeübertragungskolbens 3, welcher zuvor erwärmt wurde, konnte das Arbeitsmedium zusätzlich erwärmt werden. Der erste Wärmeübertragungskolben 3 ist am gekühlten unteren Anschlag der ersten Wärmeübertragungskammer 1, während der erste Arbeitskolben 7 mittig innerhalb der ersten Arbeitskammer 5 ausgelenkt ist. Durch die Segmentierung des ersten Wärmeübertragungskolbens 3 kann das Arbeitsmedium durch die Längsschlitze 13 von der heissen Seite des Wärmeübertragungskolbens 3 in Richtung der ersten Kühlvorrichtung 11 strömen bis in den unteren kalten Bereich der zweiten Arbeitskammer 6 unterhalb des zweiten Arbeitskolbens 8. Der zweite segmentierte Wärmeübertragungskolben 4 befindet sich zu Beginn am oberen heissen Anschlag der zweiten Wärmeübertragungskammer 2. Das Arbeitsmedium kann unter niedrigem Druck von der Arbeitskammer 6 durch den zweiten Wärmetauscher 10 durch die Längsschlitze 13 in den kalten Bereich der zweiten Wärmeübertragungskammer 2 und die zweite Kühlvorrichtung 12 bis in den kalten Bereich der ersten Arbeitskammer 5 strömen.
    • 2. Takt
  • Es folgt ein zweiter Takt durch die Rotation der Taumelscheibe von 90° bis 180°. Aufgrund der mechanischen Kopplung der vier Kolben 3, 4, 7, 8 an der Taumelplatte 18 wird der erste Arbeitskolben 7 bis zum gekühlten Anschlag nach unten gezogen, während der zweite Arbeitskolben 8 bis zum geheizten Anschlag nach oben gedrückt wird. Aufgrund des Druckunterschiedes findet eine Bewegung des ersten Arbeitskolbens 7 nach unten und des zweiten Arbeitskolbens 8 nach oben, jeweils in Richtung des niedrigeren Druckes des Arbeitsmediums, statt. Durch eine Expansion des Arbeitsmediums wird damit effektiv Arbeit verrichtet.
  • Am Schluss der ersten Bewegung ist der erste Arbeitskolben 7 bis zum unteren kalten Anschlag und der zweite Arbeitskolben 8 bis zum oberen heissen Anschlag ausgelenkt, wobei eine Entspannung des Arbeitsmediums stattfindet.
  • Durch eine weitere Drehung der Taumelplatte 18 werden die gegenüberliegend angeordneten erste und zweite Wärmeübertragungskolben 3, 4 gegengleich linear verschoben. Während der erste Wärmeübertragungskolben 3 in einer Aufwärtsbewegung in Richtung ersten Wärmetauscher 9 ist, bewegt sich der zweite Wärmeübertragungskolben 4 in Richtung des kalten unteren Anschlags der zweiten Wärmeübertragungskammer 2.
  • Durch die Längsschlitze 13 des ersten Wärmeübertragungskolbens 3 strömt erwärmtes Arbeitsmedium, welches seine Wärmeenergie an den Wärmeübertragungskolben 3 abgibt, wodurch das Arbeitsmedium abkühlt. Durch die grosse Fläche des Wärmeübertragungskolbens 3 wird dem Arbeitsmedium derart viel Wärme entzogen, das der Druck in der ersten Wärmeübertragungskammer 1 stark abnimmt.
  • Durch die Bewegung des zweiten, in Takt 1 aufgeheizten, Wärmeübertragungskolbens 4 in Richtung des gekühlten Anschlags der ersten Wärmeübertragungskammer 2 strömt kaltes Arbeitsmedium durch den segmentierten Wärmeübertragungskolben 4. Wärmeenergie wird an das Arbeitsmedium abgegeben, wodurch das Arbeitsmedium bei der Strömung in Richtung des zweiten Wärmetauschers 10 bereits vorgewärmt wird. Durch die Abgabe der Wärmeenergie durch den zweiten Wärmeübertragungskolben 4 erhöht sich der Druck in der zweiten Wärmeübertragungskammer 2.
    • 3. Takt
  • Wie in Figur 7c deutlich, herrscht ein niedriger Druck in der ersten Wärmeübertragungskammer 1, dem ersten Wärmetauscher 9 und im oberen Bereich der ersten Arbeitskammer 5 vor. Ein hoher Druck des Arbeitsmediums herrscht entsprechend in der zweiten Wärmeübertragungskammer 2, dem zweiten Wärmetauscher 10 und der zweiten Arbeitskammer 6 vor. Durch diese Druckunterschiede wird der erste Arbeitskolben in Richtung des ersten Wärmetauschers 9 und der zweite Arbeitskolben in Richtung des zweiten Wärmetauschers 10 ausgelenkt, wobei wieder mechanische Arbeit verrichtet wird.
    • 4. Takt
  • Eine weitere Auslenkung der Taumelscheibe 18 von 270° bis 360° führt den ersten Wärmeübertragungskolben 3 in Richtung des kalten Anschlags und den zweiten Wärmeübertragungskolben 4 in Richtung des heissen Anschlags, wobei sich der erste Arbeitskolben 7 am heissen Anschlag und der zweite Arbeitskolben 8 am kalten Anschlag befindet.
  • Die Wärmeübertragungskolben 3, 4 sind in der Lage viel Wärmeenergie aufzunehmen und während des Prozesses an das Arbeitsmedium abzugeben, wodurch eine Vorkühlung bzw. eine Vorheizung des Arbeitsmediums stattfindet. Die von den Wärmeübertragungskolben 3, 4 aufnehmbare Wärmeenergiemenge ist dabei deutlich grösser, als die bei dem thermodynamischen Kreisprozess verrichtete Arbeit.
  • Aufgrund der durch die segmentiert ausgebildeten Wärmeübertragungskolben 3, 4 wird mehr Wärmeenergie an das Arbeitsmedium abgegeben, als beim bekannten klassischen Stirling-Kreisprozess. Dadurch kann mehr mechanische Arbeit verrichtet werden und somit ein höherer Wirkungsgrad erreicht werden.
  • Figur 8 zeigt ein p-V-Diagramm des bekannten idealen rechtsläufigen Stirling-Prozesses, wobei
    3 → 4 eine isotherme Expansion unter Zuführung von Wärme
    4 → 1 eine isochore Abkühlung
    1 → 2 eine isotherme Kompression mit zugeführter Volumenänderung und
    2 → 3 eine isochore Erwärmung
    ein geschlossener Kreisprozess ist und die umwandelbare mechanische Arbeit die Fläche unter den Zyklen darstellt.
  • Mit der hier vorgestellten Vorrichtung kann ein abgewandelter Prozess durchgeführt werden, wobei ein idealer pseudo-Kreisprozess gemäss 1-5-3-6 möglich ist. Dieser Prozess beschreibt im Idealfall ein Rechteck, wobei bei einem konstanten Druck p1 eine Volumenverkleinerung bei der Temperatur T1 durchlaufen wird (1→ 5). Anschliessend wird bei einem konstanten Volumen V1 eine Kompression von p1 auf p2 durchgeführt (5 → 3). Beim Druck p2 findet eine Volumenvergrösserung von V1 auf V2 statt (3 → 6). Bevor eine isochore Abkühlung bei gleichzeitiger Druckminderung von p2 auf p1 stattfindet (6 → 1). Auch hier wird die mechanisch umsetzbare Arbeit durch die Fläche unterhalb des Zyklus beschrieben, wobei die schraffierte Fläche den zusätzlichen Anteil der Arbeit angibt. Aus Figur 8 wird deutlich, dass die erfindungsgemässe Wärmekraftmaschine 0 zu einem höheren erreichbaren Wirkungsgrad führt, wobei die Prozessparameter Druck, Temperatur und Volumenänderung bekannten Stirling-Kreisprozessen entsprechen.
  • Damit die Wärmekraftmaschine 0 minimale Vibrationen während des Betriebs aufweist und eine dynamische Unwucht aufgrund der rotierenden Exzenterscheibe 24, deren Rotationsachse nicht mit einer der stabilen Hauptträgheitsachsen übereinstimmt, auszugleichen, ist die Exzenterscheibe unsymmetrisch mit einer Verdickung versehen. Diese Verdickung ist in Figur 4 deutlich erkennbar und bildet ein Ausgleichsgewicht.
  • Der in der ersten Arbeitskammer 5 und der zweiten Arbeitskammer 6 während der Verdichtung des Arbeitsmediums auftretende Druck beträgt etwa 6 bis 7 MPa. Aufgrund der Nutzung von Luft als Arbeitsmedium sind die Anforderungen an die Dichtung des Gesamtinnenraums der Wärmekraftmaschine 0 nicht besonders hoch. Für die Kammern 1, 2,5, 6 und Kolben 3, 4, 7, 8 wird Edelstahl eingesetzt, wobei Lötstellen mit einem Kupfer und Magnesium enthaltenen Lot verbunden sind.
  • Vorteilhaft ist die hohle Ausführung des ersten und zweiten Arbeitskolbens 7, 8. Die notwendige Stabilität ist gegeben und aufgrund minimierten Gewichts ist eine optimale Kraftübertragung möglich. Um die Arbeitskolben 7, 8 vor der auftretenden Hitze zu schützen, werden in weiteren Ausführungsformen Mineralfasern, insbesondere Basaltfasern in das Innere der Arbeitskolben 7, 8 eingebracht. Die Basaltfasern liegen in amorpher Form vor und haben neben einer Hitzeschutzwirkung einen mechanisch verstärkenden Effekt.
  • An der oberen Seite des Basisflansches 100, der Führungskulisse 101 zugewandt, sind Kolbenführungen angeformt, durch welche die Kolbenbolzen durch eine Bohrung stabilisiert geführt linear in die entsprechenden Kammern abwechselnd bewegt werden. Die lineare Bewegung der Kolben 3,4,7,8 wird in Rotationsbewegung der Taumelplatte 18, der Exzenterscheibe 24 und letztlich des Schwungrades 21 umgesetzt. Durch die hier gezeigte Art der Kopplung können die Kolben 3,4,7,8 aber auch durch Rotation des Schwungrades 21 ausgelenkt werden.
  • In weiteren Ausführungsformen können mehr als zwei Paare aus Wärmeübertragungskammer und zugeordneter und über einen Wärmetauscher verbundene Arbeitskammer die erfindungsgemässe Wärmekraftmaschine 0 bilden. Entsprechend müssten weitere Wärmeübertragungkolben und Arbeitskolben vorgesehen sein, welche in den zusätzlichen Kammern bewegbar gelagert sind. Die Mechanik zur Auskopplung der linearen Kolbenbewegung und Umwandlung in eine Rotationsbewegung zum Antrieb des Schwungrades 21 muss auf die Anzahl der verwendeten Kolben jeweils abgestimmt sein.
  • Bei der Entwicklung des segmentiert ausgeführten ersten Wärmeübertragungskolbens 3 wurde dieser erste Wärmeübertragungskolben 3 in bekannte handelsübliche Stirling-Motoren und Wärmekraftmaschinen gemäss eines Stirling-Motors eingebaut und damit experimentiert. Dabei wurden bekannte Wärmekraftmaschinen mit nur einer ersten Wärmeübertragungskammer 1 benutzt. Der Wirkungsgrad solcher Wärmkraftmaschinen ist bei Benutzung von Kolben gemäss Stand der Technik nicht besonders hoch. Nach dem Einbau des einen segmentierten Wärmeübertragungskolbens 3 in die eine Wärmeübertragungskammer 1 und der Benutzung von Luft als Arbeitsmedium konnten gute Ergebnisse erreicht werden, mit ähnlich hohem Wirkungsgrad, wie beim Standardbetrieb beispielsweise mit Heliumgas.
  • Damit wurde gezeigt, dass eine Verwendung von Luft als Arbeitsmedium durch die Benutzung eines segmentierten ersten Wärmeübertragungskolben 3 in bekannten Stirling-Motoren erfolgreich durchführbar ist. Die grossen Probleme, die bei bekannten Stirling-Motoren aufgrund der Benutzung von Helium auftreten, können damit durch eine Verwendung des ersten segmentierten Wärmeübertragungskolbens 3 und die Verwendung von Luft, umgangen werden. Die anfänglich benutzten Wärmeübertragungskolben 3 wiesen bereits wie oben beschrieben, eine Mehrzahl von Längsschlitzen 13 und/oder Querschlitzen 14 auf.
  • Zur Übertragung der linearen translatorischen Bewegung der Kolben 3, 4, 7, 8 in eine Drehbewegung ist der im Folgenden erläuterte Kurbeltrieb 40 einsetzbar. Neben dem Antrieb eines Schwungrades 21 ist damit auch der Antrieb einer Kurbelwelle 400 möglich. Der Kurbeltrieb 40 erlaubt eine gute Kraftübertragung beim Betrieb der Wärmekraftmaschine 0, wobei konstruktionsbedingt eine einfache Aneinanderreihung mehrerer Wärmekraftmaschinen 0 bzw. mehrerer Paare von Arbeitskolben 7, 8 und Wärmeübertragungskolben 3, 4 möglich ist.
  • Der Kurbeltrieb 40 umfasst die Kurbelwelle 400, die in einem Kurbeltriebgehäuse 41 auf mindestens einem Kurbelwellenlager 401 rotierbar ortsfest angeordnet ist. Mit der Kurbelwelle 400 ist über einen Hubzapfen 4010 mindestens ein Hubelement 403 verbunden, welches exzentrisch zur Drehachse der Kurbelwelle 400 auf der Kurbelwelle 400 gelagert ist und damit die Kurbelwelle 400 in eine Drehbewegung versetzen kann. Das Hubelement 403 weist einen Querbalken 4031 auf, an dessen Enden jeweils ein Arbeitskolben 7 und ein Wärmeübertragungskolben 3 angeordnet sind. Mittels Gelenken 405 sind zwei Doppelgelenkstäbe 404 drehbewegbar über Wälzlager 407 an den Enden des Querbalkens 4031 befestigt. Auf der dem Querbalken 4031 abgewandten Seite des Hubelementes 403 sind die Kolben 3, 4, 7, 8 wiederum durch Wälzlager gelagert mittels Gabelkopplungen 406 bewegbar an den Doppelgelenkstäben 404 befestigt.
  • Jeweils ein Schwenkhebel 402 ist schwenkbar in einem Schwenkhebellager 4022 am Kurbeltriebgehäuse 41 befestigt und an der in das Kurbeltriebgehäuse 41 hineinragenden Seite mit einem Schwenkstab 4021 bewegbar, bevorzugt durch Wälzlager gelagert, mit dem Hubelement 403 verbunden.
  • Beim Betrieb der Wärmekraftmaschine und der periodischen Auslenkung der Kolben 3, 4, 7, 8 wird das Hubelemente 403 gemäss Pfeilmarkierung A in Figur 9b, je nach Auslenkung der benachbart aufgehängten Kolben verschwenkt und aufgrund der exzentrischen Befestigung am Hubzapfen 4010 der Kurbelwelle 400 in Richtung senkrecht zur Kurbelwellenachse auf und ab geführt. Durch Wahl des Abstandes der Aufhängung des Kolbens 7 und des Kolbens 3 kann eine optimale Kraftübertragung auf die Kurbelwelle 400 aufgrund der Phasenverschiebung der Kolben erreicht werden. Die Kolben 3, 7 und die Kolben 4, 8 sind jeweils an unterschiedlichen Hubzapfen an der Kurbelwelle 400 befestigt, damit eine notwendige Phasenverschiebung der Kolbenpaare zueinander erreichbar ist.
  • Durch die Kopplung des Schwenkstabs 4021 am Hubelement 403, wird der Schwenkhebel 402 mit der auf und ab Bewegung mitgeführt und entsprechend um das Schwenkhebellager 4022 verschwenkt. Der Schwenkhebel 402 ist hier gegabelt ausgeführt, wobei jeweils einer der Kolben bzw. Kolbenstangen durch den gegabelten Bereich des Schwenkhebels 402 führbar gelagert ist. Auch durch die Anordnung der Schwenkhebel 402 am Kurbeltriebgehäuse 41 kann die Phasenverschiebung der beweglichen Kolben eingestellt werden. Die Schwenkbewegung des vorderen Schwenkhebels 402 ist durch die Pfeilmarkierung D und die Schwenkbewegung des hinteren Schwenkhebels 402' ist durch die Pfeilmarkierung E definiert.
  • Konstruktionsbedingt sind mehrere Wärmekraftmaschinen 0 über den Kurbeltrieb 40 an einer Kurbelwelle 400 linear koppelbar, sodass wie in Figur 10a beispielsweise zwei Wärmekraftmaschinen 0 in einem Kurbeltriebgehäuse 41, wie von V-Motoren bekannt, gekoppelt sein können. Um diese Kopplung möglichst auf engstem Raum zu bewerkstelligen sind jeweils Kolben 3, 7 einer ersten Wärmekraftmaschine 0 und Kolben 3', 7' einer zweiten Wärmekraftmaschine 0 benachbart über zwei benachbarte Querbalken 4031 und 4031' unterschiedlich ausgerichtet, aber am gleichen Hubzapfen 4010 angeordnet. Ebenso sind die Kolben 4, 8 und 4', 8' indirekt an der Kurbelwelle 400 direkt benachbart angeordnet. Damit auch hier eine optimale Kraftübertragung erreicht werden kann, müssen die Hubelemente 403 entsprechend der herrschenden Phasenverschiebung der Kolbenbewegung an der Kurbelwelle 400 angeordnet sein. Auch hier führen die Hubelemente 403 jeweils eine kombinierte Schwenkbewegung sowie eine Bewegung senkrecht zur Kurbelwellenachse durch.
  • Wie in Figur 11 gezeigt, kann eine modulare Anordnung mehrerer Wärmekraftmaschinen 0, 0', 0", 0"' an einer Kurbelwelle 400 einfach durchgeführt werden, wobei die Kurbeltriebe 40 jeweils zweier Wärmekraftmaschinen 0, 0' und 0", 0"' in jeweils einem Kurbeltriebgehäuse 41 angeordnet sind.
    • Bezugszeichenliste
    • 0
    Wärmekraftmaschine
    1
    Erste Wärmeübertragungskammer
    3 erster Wärmeübertragungskolben (geschlitzt) Länge und Durchmesser grösser als erster Arbeitskolben
    2
    Zweite Wärmeübertragungskammer
    4 zweiter Wärmeübertragungskolben (geschlitzt) Länge und Durchmesser grösser als zweiter Arbeitskolben
    5
    Erste Arbeitskammer
    7 erster Arbeitskolben
    6
    Zweite Arbeitskammer
    8 zweiter Arbeitskolben
    9
    Erster Wärmetauscher/Heizaggregat
    10
    Zweiter Wärmetauscher/Heizaggregat
    11
    Erste Kühlvorrichtung
    12
    Zweite Kühlvorrichtung
    13
    Längsschlitze
    14
    Querschlitze
    15
    Obere Kolbenlage (Nähe Heizaggregat)
    16
    Untere Kolben (Nähe Kühlvorrichtung)
    17
    Schaft
    170 Schaftlängsachse
    18
    Taumelplatte
    19
    Kardangelenk
    20
    Gelenkbefestigung
    21
    Schwungrad
    22
    Kühlmitteleinlass
    23
    Kühlmittelauslass
    24
    Exzenterscheibe
    240 exzentrische Bohrung
    241 Schaftlager
    242 Zapfen
    25
    Koppelstab
    100
    Basisflansch
    101
    Führungskulisse
    1010 Kulissenlager
    102
    Lager
    103
    Antriebswelle
    L
    Längsachse
    B
    Zentrale Verbindungslinie zwischen erster und zweiter Arbeitskammer
    C
    Zentrale Verbindungslinie zwischen erster und zweiter Verdrängerkammer
    α
    Winkel zwischen B und C
    40
    Kurbeltrieb
    400 Kurbelwelle
    4010 Hubzapfen
    401 Kurbelwellenlager (starr)
    402 Schwenkhebel gegabelt einer pro Paar)
    4021 Schwenkstab
    4022 Schwenkhebellager
    403 Hubelement mit
    4031 Querbalken
    404 Doppelgelenkstab
    405 Gelenk
    406 Gabelkopplung
    407 Wälzlager
    41
    Kurbeltriebgehäuse
    A
    Schwenkbewegungsrichtung des Querbalkens 4031
    D
    Schwenkbewegung des vorderen Schwenkhebels
    E
    Schwenkbewegung des hinteren Schwenkhebels

Claims (11)

  1. Wärmekraftmaschine (0) mit einem angetriebenen Schwungrad (21) oder einer Kurbelwelle (400) mit einem geschlossenen Gesamtinnenraum, welcher mit einem Arbeitsmedium füllbar und druckdicht verschliessbar ist, umfassend
    mindestens eine erste Arbeitskammer (5) mit einem linear bewegbaren ersten Arbeitskolben (7),
    mindestens eine erste Wärmeübertragungskammer (1) mit einem linear bewegbaren ersten Wärmeübertragungskolben (3), der einen Kolbenkopf aufweist,
    einen mit der ersten Arbeitskammer (5) und der ersten Wärmeübertragungskammer (1) verbundenen ersten Wärmetauscher (9),
    sowie eine erste Kühlvorrichtung (11),
    wobei der erste Arbeitskolben (7) und der erste Wärmeübertragungskolben (3)
    mechanisch miteinander gekoppelt sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der erste Wärmeübertragungskolben (3) einen segmentiert und/oder geschlitzt ausgeführten Kolbenkopf mit einer gegenüber dem ersten Arbeitskolben (7) vergrösserten Kontaktfläche zwischen erstem Wärmeübertragungskolben (3) und umgebenden Arbeitsmedium aufweist, wodurch Wärmeenergie vom ersten Wärmeübertragungskolben (3) an das Arbeitsmedium abgebbar ist, wobei Luft als Arbeitsmedium einsetzbar ist.
  2. Wärmekraftmaschine (0) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenkopf des ersten Wärmeübertragungskolbens (3) eine Mehrzahl von Längsschlitzen (13) aufweist, wodurch ein Durchströmen des Arbeitsmediums durch den Kolbenkopf aus dem Bereich des ersten Wärmetauschers (9) in Richtung eines Kolbenbolzens erreichbar ist.
  3. Wärmekraftmaschine (0) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenkopf des ersten Wärmeübertragungskolbens (3) eine Mehrzahl von Querschlitzen (14) aufweist, welche die Wärmeleitung durch den segmentierten ersten Wärmeübertragungskolben (3) zwischen einem geheizten Teil (15) und einem gekühlten Teil (16) der ersten Wärmeübertragungskammer (1) erschwert.
  4. Wärmekraftmaschine (0) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsflächen der ersten Wärmeübertragungskammer (1), sowie des ersten Wärmeübertragungskolbens (3) grösser sind, als die Querschnittsflächen der ersten Arbeitskammer (5) sowie des ersten Arbeitskolbens (7).
  5. Wärmekraftmaschine (0) gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    der geschlossene Gesamtinnenraum zusätzlich mindestens eine zweite Arbeitskammer (6) mit einem linear bewegbaren zweiten Arbeitskolben (8) und
    mindestens eine zweite Wärmeübertragungskammer (2) mit einem linear bewegbaren zweiten Wärmeübertragungskolben (4) aufweist, wobei
    die erste Arbeitskammer (5) und die erste Wärmeübertragungskammer (1) über den ersten Wärmetauscher (9), sowie die zweite Arbeitskammer (6) und der zweite Wärmeübertragungskammer (2) über einen zweiten Wärmetauscher (10) gekoppelt verbunden sind,
    die erste Kühlvorrichtung (11) zwischen der zweiten Arbeitskammer (6) und der ersten Wärmeübertragungskammer (1) angeordnet ist und eine zweite Kühlvorrichtung (12) zwischen der ersten Arbeitskammer (5) und der zweiten Wärmeübertragungskammer (2) angeordnet ist,
    und die vier Kolben (3,4,7,8) mittels einer Taumelplatte (18) mechanisch miteinander gekoppelt sind und der zweite Wärmeübertragungskolben (4) einen segmentiert und/oder geschlitzt ausgeführten Kolbenkopf mit einer gegenüber dem zweiten Arbeitskolben (8) vergrösserten Kontaktfläche zwischen Wärmeübertragungskolben (4) und umgebenden Arbeitsmedium aufweist, sodass Wärmeenergie von den Wärmeübertragungskolben (3, 4) an das Arbeitsmedium abgebbar ist.
  6. Wärmekraftmaschine (0) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (1, 2, 5, 6) und die erste und zweite Kühlvorrichtung (11, 12) in einem Basisflansch (100) angeordnet sind und die Kühlvorrichtungen (11, 12) innerhalb des Basisflansches (100) mit einem Kühlmittel in thermischem Kontakt sind.
  7. Wärmekraftmaschine (0) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Winkel α im Bereich von 90° bis 140° zwischen
    einer zentralen Verbindungslinie (B), welche entlang der Zentren der ersten und zweiten Wärmeübertragungskammern (1, 2) und durch die Längsachse (L) verläuft
    und
    einer weiteren Verbindungslinie (C), welche entlang der Mitten der ersten und zweiten Arbeitskammern (5, 6) und durch die Längsachse (L) verläuft,
    aufgespannt ist.
  8. Wärmekraftmaschine (0) gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Paar aus erstem Wärmeübertragungskolben (3) und erstem Arbeitskolben (7) an zwei gegenüberliegenden Seiten eines Hubelements (403) befestigt sind, wobei durch Anordnung des Hubelements (403) an einem Hubzapfen (4010) die Kurbelwelle (400) in Rotation versetzbar ist.
  9. Wärmekraftmaschine (0) gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubelement (403) mittels Schwenkhebel (402) um ein Schwenkhebellager (4022) am Kurbeltriebgehäuse (41) verschwenkbar senkrecht zur Kurbelwellenachse auf und ab bewegbar ist.
  10. Wärmekraftmaschine (0) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmekraftmaschine mindestens zwei Paare von Wärmeübertragungskammern (1, 2) und Arbeitskammern (5, 6) mit den entsprechenden Wärmeübertragungskolben (3, 4) und Arbeitskolben (7, 8) umfasst, wobei die Wärmeübertragungskolben jeweils segmentierte Kolbenköpfe aufweisen.
  11. Wärmekraftmaschine (0) gemäss Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Paar aus zweitem Wärmeübertragungskolben (4) und zweitem Arbeitskolben (8) an zwei gegenüberliegenden Seiten eines zweiten Hubelements (403') befestigt sind, wobei beide Hubelemente (403, 403') phasenverschoben von den vier Kolben verschwenkbar auf der Kurbelwelle (400) angeordnet sind.
EP10164742.8A 2009-06-11 2010-06-02 Wärmekraftmaschine Not-in-force EP2273093B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH9062009A CH701246A2 (de) 2009-06-11 2009-06-11 Wärmekraftmaschine.
CH01608/09A CH701391B1 (de) 2009-06-11 2009-10-21 Wärmeübertragungskolben sowie Wärmekraftmaschine mit Wärmeübertragungskolben.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP2273093A1 EP2273093A1 (de) 2011-01-12
EP2273093B1 true EP2273093B1 (de) 2013-08-28

Family

ID=42558556

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10164742.8A Not-in-force EP2273093B1 (de) 2009-06-11 2010-06-02 Wärmekraftmaschine

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8418454B2 (de)
EP (1) EP2273093B1 (de)
CH (1) CH701391B1 (de)
EA (1) EA201000806A1 (de)
HK (1) HK1152982A1 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130031900A1 (en) * 2011-08-05 2013-02-07 Peter Andrew Nelson High Efficiency Heat Exchanger and Thermal Engine Pump
AT514226B1 (de) 2013-04-16 2015-02-15 Alfred Spiesberger Kolbenmaschine und Verfahren zu deren Betrieb
CN105736175B (zh) * 2016-01-29 2017-07-07 江苏铭格锻压设备有限公司 一种水平飞轮斯特林发动机
FR3091338B1 (fr) * 2018-12-28 2021-04-23 Thales Sa Dispositif de refroidissement à cycle Stirling inversé avec support monobloc

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE708442C (de) * 1937-09-23 1941-07-21 Friedrich Richard Dietrich Geschlitzter Leichtmetallkolben fuer Brennkraftmaschinen
DE1152574B (de) * 1960-06-22 1963-08-08 Philips Nv Heissgaskolbenmaschine und aus einer Anzahl dieser Maschinen zusammengebaute Anlage
US3183662A (en) * 1963-02-18 1965-05-18 Sr Theodore Y Korsgren Heat engine
US3583155A (en) * 1969-09-26 1971-06-08 Mark Schuman Double piston engine
SE352140B (de) * 1970-09-25 1972-12-18 S Rydberg
DE2736472C3 (de) * 1977-08-12 1980-10-02 Arnulf Dipl.-Ing. Keller Hubkolbenmaschine, insbesondere Heißgasmaschine oder Verdichter
JPS54149958A (en) * 1978-05-16 1979-11-24 Aisin Seiki Co Ltd 2-cylinder starring cycle refrigerator employing inclined plate driving system
US5394700A (en) * 1993-10-12 1995-03-07 Steele; Ronald J. Stirling engine with ganged cylinders and counter rotational operating capability
US5611201A (en) 1995-09-29 1997-03-18 Stirling Thermal Motors, Inc. Stirling engine
US6684637B2 (en) * 2002-01-25 2004-02-03 Sunpower, Inc. Parallel slot heat exchanger
US20110041492A1 (en) * 2006-05-10 2011-02-24 Daniel Maguire Stirling engine with thermoelectric control
US7975485B2 (en) * 2007-08-29 2011-07-12 Yuanping Zhao High efficiency integrated heat engine (HEIHE)
EP2193269A4 (de) * 2007-09-04 2016-10-26 Suma Algebraica S L Motorgehäuse mit adsorptionselement

Also Published As

Publication number Publication date
US20100313559A1 (en) 2010-12-16
EA201000806A1 (ru) 2011-02-28
HK1152982A1 (en) 2012-03-16
CH701391B1 (de) 2011-01-14
US8418454B2 (en) 2013-04-16
EP2273093A1 (de) 2011-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69732929T2 (de) Einlass- System für eine Stirlingmaschine
DE112010004335B4 (de) Gamma-Typ Freikolben-Stirlingmaschinen Konfiguration
EP2273093B1 (de) Wärmekraftmaschine
EP3146190B1 (de) Doppelzylinder-stirling-motor, mehrzylinder-stirling-motor sowie elektroenergie-erzeugungssystem
WO2010037358A1 (de) Abgasanlage für kraftfahrzeuge mit integrierter wärmekraftmaschine
EP0607154B1 (de) Energiewandler nach dem prinzip des heissluftmotors
DE4018943A1 (de) Kolbenmaschine
EP3942172B1 (de) Stirlingmotor
DE102008004075B4 (de) Stirlingmotor
DE19814742C1 (de) Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung
EP0796392B1 (de) Vorrichtung mit einem antrieb und einer vom antrieb antreibbaren maschine
WO2009138056A1 (de) Heissgasmotor nach dem stirlingprinzip
EP0178348B1 (de) Durch Wärmezufuhr direkt betriebener Gasverdichter
DE202009015957U1 (de) Wärmekraftmaschine
DE102006021497A1 (de) Wärmekraftmaschine nach dem Stirling-Prinzip
AT505764B1 (de) Stirlingmaschine
DE102009057125B4 (de) Fluid-Rotationsmotor mit Außenverbrennung
DE112009001509T5 (de) Abwärmerückgewinnungssystem
CH701246A2 (de) Wärmekraftmaschine.
DE102009017493B4 (de) Wärmekraftmaschine
DE3834071C2 (de)
DE3237841A1 (de) Thermisch betriebene waermepumpe
DE19945679C1 (de) Wärmekraftmaschine
DE10051115A1 (de) Pulse-Tube-Kühler
AT412571B (de) Stirlingmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME RS

17P Request for examination filed

Effective date: 20110629

REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 1152982

Country of ref document: HK

17Q First examination report despatched

Effective date: 20120614

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20130409

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

REG Reference to a national code

Ref country code: AT

Ref legal event code: REF

Ref document number: 629508

Country of ref document: AT

Kind code of ref document: T

Effective date: 20130915

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: LANGUAGE OF EP DOCUMENT: GERMAN

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R096

Ref document number: 502010004487

Country of ref document: DE

Effective date: 20131024

REG Reference to a national code

Ref country code: LT

Ref legal event code: MG4D

REG Reference to a national code

Ref country code: NL

Ref legal event code: VDEP

Effective date: 20130828

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20131128

Ref country code: HR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20130828

Ref country code: PT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20131230

Ref country code: LT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20130828

Ref country code: SE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20130828

Ref country code: CY

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20130918

Ref country code: IS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20131228

REG Reference to a national code

Ref country code: NL

Ref legal event code: VDEP

Effective date: 20130828

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20130828

Ref country code: PL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20130828

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20131129

Ref country code: LV

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20130828

Ref country code: SI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20130828

REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: GR

Ref document number: 1152982

Country of ref document: HK

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CY

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20130828

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CZ

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20130828

Ref country code: SK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20130828

Ref country code: EE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20130828

Ref country code: NL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20130828

Ref country code: RO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20130828

Ref country code: DK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20130828

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20130828

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20130828

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R097

Ref document number: 502010004487

Country of ref document: DE

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed

Effective date: 20140530

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R097

Ref document number: 502010004487

Country of ref document: DE

Effective date: 20140530

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R119

Ref document number: 502010004487

Country of ref document: DE

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: MC

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20130828

Ref country code: LU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20140602

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: PL

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20140602

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: MM4A

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R119

Ref document number: 502010004487

Country of ref document: DE

Effective date: 20150101

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

Effective date: 20150227

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20140602

Ref country code: LI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20140630

Ref country code: CH

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20140630

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20150101

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20140602

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20140630

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: MT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20130828

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SM

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20130828

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BG

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20130828

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: TR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20130828

Ref country code: HU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT; INVALID AB INITIO

Effective date: 20100602

Ref country code: BE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20140630

REG Reference to a national code

Ref country code: AT

Ref legal event code: MM01

Ref document number: 629508

Country of ref document: AT

Kind code of ref document: T

Effective date: 20150602

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: AT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20150602

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: MK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20130828

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: AL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20130828