NO115723B

NO115723B -

Info

Publication number: NO115723B
Application number: NO164650A
Authority: NO
Inventors: H Schulze
Original assignee: Leybolds Nachfolger E
Priority date: 1966-04-05
Filing date: 1966-09-09
Publication date: 1968-11-18
Also published as: GB1112060A; US3415054A; DE1286807B; FR1517409A

Description

Apparat til lære- og demonstrasjonsformål i form av varmluftmotor hhv. varmepumpe. Apparatus for teaching and demonstration purposes in the form of a hot air engine or heat pump.

Denne oppfinnelse vedrører et apparat til lære- og demonstrasjonsformål i form av varmluftmotor hhv. varmepumpe med en sylinder som inneholder et arbeidsstempel og et fortrengningsstempel som er forskyvbare i forhold til hverandre. This invention relates to an apparatus for teaching and demonstration purposes in the form of a hot air engine or heat pump with a cylinder containing a working piston and a displacement piston which are displaceable in relation to each other.

For demonstrasjon av en varmluftmotors hhv. en kuldemaskins virkemåte er det tidligere kjent til undervisningsformål å fremstille de-monstrasjonsmodeller hvor det i en arbeidssylin-der er innbyrdes forskyvbart anordnet et arbeidsstempel og et fortrengningsstempel og som er leddet til en felles veivakseldrift. For the demonstration of a hot air engine's or how a refrigeration machine works, it was previously known for teaching purposes to produce demonstration models where a working piston and a displacement piston are mutually displaceable in a working cylinder and which are connected to a common crankshaft drive.

Også tidligere kjent er en varmegassmotor med et fortrengningsstempel og et arbeidsstempel som ligger nærmest sylinderens bunn og hvor stemplene over stempelstenger og veivdrifter er koblet til en felles aksel. Ved den kjente ut-førelse har fortrengningsstemplet på den bort fra arbeidsstemplet vendende side en sentral uttagning for innføring av et på sylinderhuset festet element som trer i varmeutveksling med arbeidsmediet i sylinderen. Also previously known is a hot gas engine with a displacement piston and a working piston which is located closest to the bottom of the cylinder and where the pistons over piston rods and crank drives are connected to a common shaft. In the known design, the displacement piston on the side facing away from the working piston has a central recess for introducing an element attached to the cylinder housing which engages in heat exchange with the working medium in the cylinder.

Apparatet ifølge oppfinnelsen er av den sistnevnte type, men sylinderen er utført med kjøling og av gjennomsiktig materiale. Hen-sikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe et apparat av den nevnte type, dog ikke et apparat som skal utføre nyttig arbeide, men et apparat som er så hensiktsmessig som mulig når det dreier seg om anskueliggjørelse av de varme-tekniske prosesser som finner sted i forbin-delse med varme- og kjølemaskiner. En annen hensikt med oppfinnelsen er å oppnå en effektiv varmeoverføring mellom apparatets, termiske komponenter og en tredje hensikt med oppfinnelsen er å utføre apparatet så enkelt at det er billig i anskaffelse. The apparatus according to the invention is of the latter type, but the cylinder is made with cooling and of transparent material. The purpose of the invention is to provide a device of the aforementioned type, although not a device that will perform useful work, but a device that is as appropriate as possible when it comes to visualizing the heat-technical processes that take place in connection with heating and cooling machines. Another purpose of the invention is to achieve an efficient heat transfer between the device's thermal components and a third purpose of the invention is to make the device so simple that it is cheap to purchase.

Apparatet ifølge oppfinnelsen utmerker seg The apparatus according to the invention excels

i det vesentlige ved at fortrengningsstemplets essentially in that the displacement stamp

sentrale uttagning ved sin nedre ende over minst en radial kanal er forbundet med en ringnot på omkretsen av stemplets nedre del, slik at gassen som fra sylinderens topp eller kompresjonskammer strømmer gjennom fortrengningsstemplet mot stemplets underside ledes radialt utover og langs sylinderens vegg mot kammeret mellom fortrengningsstemplet og arbeidsstemplet. Fortrengningsstemplets uttagning er fortrinnsvis i det minste delvis fylt med en porøs fylling bestående av flere lag fortrinnsvis av grovt gjennomslippelig materiale, f. eks. kobberull, ved innstrømningen fra kompresjonsrommet, og deretter av fint gjennomslippelig materiale, f. eks. plastull. Mellom nevnte uttagning og stempelveggen er fortrengningsstemplet fortrinnsvis ut-ført med et hulrom som opptar vesentlig hele stemplets volum og som gjennom stemplets hule stempelstang er forbundet med en innretning for tilførsel av kjølefluidum. I det minste en del av fortrengningsstemplet er av gjennomsiktig materiale og har forholdsvis tynn vegg. Ytterligere trekk ved apparatet ifølge oppfinnelsen frem-går av den følgende beskrivelse og av patent-kravene. central outlet at its lower end over at least one radial channel is connected by an annular groove on the circumference of the lower part of the piston, so that the gas flowing from the top of the cylinder or compression chamber through the displacement piston towards the underside of the piston is directed radially outwards and along the wall of the cylinder towards the chamber between the displacement piston and the work stamp. The displacement piston's recess is preferably at least partially filled with a porous filling consisting of several layers preferably of coarsely permeable material, e.g. copper wool, at the inflow from the compression chamber, and then of fine permeable material, e.g. plastic wool. Between said recess and the piston wall, the displacement piston is preferably designed with a cavity which occupies substantially the entire volume of the piston and which is connected through the piston's hollow piston rod to a device for supplying cooling fluid. At least part of the displacement piston is made of transparent material and has a relatively thin wall. Further features of the device according to the invention appear from the following description and from the patent claims.

Apparatet er fortrinnsvis bestemt for under-visning i termodynamikk og apparatet arbeider etter den Stirlingske prosess enten som motor, som kuldemaskin eller som varmepumpe. The device is preferably intended for teaching thermodynamics and the device works according to the Stirling process either as an engine, as a cooling machine or as a heat pump.

Arbeidsgassen eller luften befinner seg i sylinderen som er delt i to ved hjelp av det luftgjennomslippelige fortrengningsstempel. I sylinderens øvre del oppvarmes gassen ved hjelp av et elektrisk element hvis apparat skal brukes som motor og føres gjennom fortrengningsstemplet og avkjøles i den nedre vannkjølte del av apparatet. Den avkjølte gass presses på ny ved hjelp av arbeidsstemplet gjennom fortrengningsstemplet og inn i den øvre del av sylinderen. Denne prosess gjentas periodisk. The working gas or air is contained in the cylinder which is divided in two by the air-permeable displacement piston. In the upper part of the cylinder, the gas is heated by means of an electric element whose device is to be used as a motor and is passed through the displacement piston and cooled in the lower water-cooled part of the device. The cooled gas is pressed again by means of the working piston through the displacement piston and into the upper part of the cylinder. This process is repeated periodically.

Når apparatet brukes som kuldemaskin og som varmepumpe, drives apparatet over veiv-driften for hånd eller ved hjelp av en forsøks-motor. Ved drift som varmepumpe tas varmen fra kjølevannet og tilføres sylinderens øvre del, mens ved drift som motor tas varmen fra sylinderens øvre del og tilføres kjølevannet. • Man har også anledning til å måle den ytelse som motoren avgir. Da det samtidig er lett å måle den elektriske energi som opptas av apparatet, er det mulig å bestemme apparatets (motorens) virkningsgrad. When the device is used as a cooling machine and as a heat pump, the device is driven via crank operation by hand or with the help of a test motor. When operating as a heat pump, the heat is taken from the cooling water and supplied to the upper part of the cylinder, while when operating as an engine, the heat is taken from the upper part of the cylinder and supplied to the cooling water. • You also have the opportunity to measure the performance that the engine emits. As it is also easy to measure the electrical energy absorbed by the device, it is possible to determine the device's (motor's) efficiency.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere ved hjelp av et eksempel under henvisning til teg-ningene, hvor: Fig. 1 viser et lengdesnitt av en motor i sam-svar med oppfinnelsen, fig. 2 en detalj av motoren ifølge fig. 1, fig. 3 et snitt gjennom driv-delen for motoren ifølge fig. 1 eller 2, og fig. 4 er et sideriss av partiet som er vist på fig. 3. The invention shall be explained in more detail by means of an example with reference to the drawings, where: Fig. 1 shows a longitudinal section of a motor in accordance with the invention, fig. 2 a detail of the engine according to fig. 1, fig. 3 a section through the drive part for the motor according to fig. 1 or 2, and fig. 4 is a side view of the portion shown in fig. 3.

Motorens sylinder 1 er fremstilt av glass eller plast og inneholder et fortrengningsstempel 2 og et arbeidsstempel 3 som er lagret forskyvbart i forhold til hverandre. Arbeidsstemplet 3 er stivt festet på en hul stempelstang 4 og utfører derfor en vippebevegelse i forhold til fortrengningsstemplets stang 5 som over en veivdrift 6 er forbundet med drivakselen til et drivhjul 7. Sylinderen 1 er forsynt med en kjølemantel 8 for en kjølevæske som kan sir-kulere kontinuerlig eller intermitterende. Fortrengningsstemplets stang 5 kan være hul, men er fortrinnsvis kompakt. Arbeidsstemplets stang 4 som er hul, har en tilkobling (fig. 4) for en slange e. 1. som fører til et manometer for av-lesning av trykket i sylinderen mellom de to stempler 2 og 3. I arbeidsstemplet 3 er det laget en utboring 15 som forbinder stangens 4 indre med sylinderens indre. The engine's cylinder 1 is made of glass or plastic and contains a displacement piston 2 and a working piston 3 which are stored displaceably in relation to each other. The working piston 3 is rigidly attached to a hollow piston rod 4 and therefore performs a rocking movement in relation to the displacement piston rod 5 which is connected via a crank drive 6 to the drive shaft of a drive wheel 7. The cylinder 1 is provided with a cooling jacket 8 for a coolant which can cool continuously or intermittently. The displacement piston's rod 5 can be hollow, but is preferably compact. The working piston's rod 4, which is hollow, has a connection (fig. 4) for a hose e. 1. which leads to a manometer for reading the pressure in the cylinder between the two pistons 2 and 3. In the working piston 3, a bore 15 which connects the interior of the rod 4 with the interior of the cylinder.

Fortrengningsstemplet 2 har en veivdrift med veivstang, krysshodeledd og stempelstang. Stempelstangen 5 beveges derfor rettlinjet i sin aksiale retning. Stempelstangen 4 er direkte forbundet med apparatets veivstang slik at den utfører en vippebevegelse som medfører en tum-leaktig bevegelse av arbeidsstemplet 3 i forhold til fortrengningsstemplets stang 5. For å mulig-gjøre denne bevegelse er stemplets 3 omkretsflate utstyrt med en kraftig O-ringtetning samtidig som gjennomføringen i stemplet for stempelstangen 5 er forsynt med en elastisk mansjettetning 12, 13, 14. Displacement piston 2 has a crank drive with connecting rod, cross head joint and piston rod. The piston rod 5 is therefore moved in a straight line in its axial direction. The piston rod 4 is directly connected to the device's crank rod so that it performs a tilting movement which causes a tumble-like movement of the working piston 3 in relation to the displacement piston's rod 5. To enable this movement, the piston 3's circumferential surface is equipped with a strong O-ring seal at the same time as the passage in the piston for the piston rod 5 is provided with an elastic sleeve seal 12, 13, 14.

I arbeidsstemplet 3 finnes på omkretsflaten en ringnot 9 med en innlagt elastisk, gummitetning 10 i form av en O-ring. Over ringtetnin-gen 10 på fortrengningsstemplets 2 side finnes en skiveformet filtring 11 som er impregnert med et smøremiddel. Tetningen mellom for-trengningstemplets stang 5 og det tippbare ar-arbeidsstempel 3 skjer ved hjelp av den nevnte mansjettetning 12, hvis tetningsleppe 13 ovenfor festeplanet 14 ligger an mot fortrengningsstemplets stang 5. Under arbeidsstemplet 3 er på fortrengningsstemplets stang 5 glidbart anbragt en med smøremiddel gjennomfuktet ring av porøst materiale. Ringnoten 9 er innenfor den innlagte gummielastiske ringtetning 10 ved hjelp av en vinkelboring 30 forbundet med sylinder-rommet ovenfor arbeidsstemplet 3. In the working piston 3, there is an annular groove 9 on the circumferential surface with an inserted elastic, rubber seal 10 in the form of an O-ring. Above the ring seal 10 on the side of the displacement piston 2 is a disk-shaped filter 11 which is impregnated with a lubricant. The seal between the displacement piston's rod 5 and the tippable scar work piston 3 takes place with the help of the aforementioned sleeve seal 12, whose sealing lip 13 above the attachment plane 14 abuts against the displacement piston's rod 5. Under the work piston 3, on the displacement piston's rod 5, a lubricant-moistened one is slidably placed ring of porous material. The ring groove 9 is inside the inserted rubber elastic ring seal 10 by means of an angle bore 30 connected to the cylinder space above the working piston 3.

I fortrengningsstemplet 2 er det anordnet en sentral uttagning 16 som tildels kan tettes med en innsatt korkring 17 slik at et termo-meter 18 som med sin termometerkule skal stikke inn i irinerrommet i den sentrale uttagning 16, kommer i gunstig varmeutveksling med den utstrømmende gass. Termometeret 18 er lagret i et innsetningsstøpsel 19 som er stuk-ket inn i en tilsvarende utformet ansats 20 på sylinderen 1. Til tetning mellom fortrengningsstemplet 2 og sylinderen 1 er det anordnet en ytterligere O-ringtetning 21 som ligger i en ytterligere ringnot 22 på fortrengningsstemplet 2. På ringtetnlngens 21 bort fra arbeidsstemplet 3 vendende side finnes også ved denne utførelse en ytterligere filtring 23 for smøremiddelfor-rådet. In the displacement piston 2, there is arranged a central outlet 16 which can be partially sealed with an inserted cork ring 17 so that a thermometer 18, which with its thermometer ball is to be inserted into the internal space in the central outlet 16, enters into a favorable heat exchange with the flowing gas. The thermometer 18 is stored in an insertion plug 19 which is inserted into a correspondingly designed projection 20 on the cylinder 1. To seal between the displacement piston 2 and the cylinder 1, a further O-ring seal 21 is arranged which lies in a further annular groove 22 on the displacement piston 2. On the side of the ring seal 21 facing away from the working piston 3, there is also a further filter 23 for the lubricant supply in this embodiment.

I fortrengningsstemplets 2 hule innerrom er det anbragt sjikt av «Teflon»-ull 24 med fine porer, som ligger etter sjiktene med grove porer, f. eks. av kobberull 25. Kobberullen fra de grov-porede sjikt strekker seg radialt fra det sentrale indre rom i retning mot fortrengningsstemplets omkretsflate og kommer med sitt ene sjikt om-trent til fortrengningsstemplets 2 ytterste om-kretsbegrensning. Mellom kjølevannmantelen eller -kappen 8 og sylinderen 1 er det anbragt tetningsringer 26, 27. På stempelstangen 4 finnes In the 2 hollow inner spaces of the displacement piston, a layer of "Teflon" wool 24 with fine pores is placed, which lies after the layers with coarse pores, e.g. of copper wool 25. The copper wool from the coarse-porous layers extends radially from the central inner space in the direction towards the circumferential surface of the displacement piston and comes with its one layer approximately to the displacement piston 2's outermost circumferential limit. Sealing rings 26, 27 are placed between the cooling water jacket or jacket 8 and the cylinder 1. On the piston rod 4 there are

en avstengbar tilførselsåpning 28, og den hule a shut-off supply opening 28, and the hollow

stempelstang 4 er under nevnte åpning avstengt piston rod 4 is closed during said opening

med en propp 29. with a stopper 29.

Claims

1. Apparatus for teaching and demonstration purposes in the form of a hot air engine or heat pump, comprising a cooled cylinder of preferably transparent material, in which a working piston and a displacement piston made with a cavity are arranged displaceable in relation to each other, with the working piston located closest to the bottom of the cylinder, which pistons via piston rods and crank drives are connected to a common shaft , and where the displacement piston at the end facing away from the working piston has a central recess for the introduction of an element attached to the cylinder housing which engages in heat exchange with the working medium in the cylinder, characterized in that the central recess (16) of the displacement piston (2) at its lower end over at least a radial channel is connected to an annular groove on the circumference of the lower part of the piston, so that the gas flowing from the top of the cylinder or compression chamber through the displacement piston towards the underside of the piston is guided radially outwards and along the cylinder (1) wall towards the chamber between the displacement piston and the working piston.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the displacement piston (2) recess (16) is at least partially filled with a porous filling consisting of several layers preferably of coarse permeable material (25), e.g. copper wool, at the inflow from the compression chamber, and then of fine permeable material (24), e.g. plastic wool.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, character raised by the fact that the displacement piston (2) is between said recess (16) and the piston wall made with a cavity which takes up essentially the entire volume of the piston and which is connected through the piston's hollow piston rod (5) to a device for supplying cooling fluid.

4. Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that at least the part of the displacement piston facing away from the working piston (3) is made of transparent material and with a relatively thin piston wall.

5. Apparatus according to one or more of the preceding claims, characterized in that exchangeable sealing rings (17) are arranged in the upper opening of the central outlet (16).

6. Apparatus according to one or more of the preceding claims, characterized in that the working piston (3) which is known per se is rigidly connected to its piston rod (4) which forms an extension of the crank rod, so that the working piston (3) performs a tilting movement in relation to the displacement piston's rod (5), and which movement is made possible by the fact that an annular groove (9) with an O-ring seal (10) is arranged on the working piston's (3) circumference, and an elastic rubber seal (12) with a radial attachment flange and an axial sleeve (13) with a bottom that seals compliantly against the displacement piston's rod (5).

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the ring groove (9) for the O-rings (10) over an angle bore (30) is connected to the space above the working piston (3).

8. Apparatus according to one or more of claims 1-7, characterized in that the space between the pistons is connected through the hollow interior of the working piston rod (through 15, 28) with a line leading to a pressure measurement point. Publications cited: German Patent No. 331,855. patent No. 3,224,187.