NO345179B1 - Multi-circuit Stirling machine - Google Patents

Multi-circuit Stirling machine Download PDF

Info

Publication number
NO345179B1
NO345179B1 NO20190377A NO20190377A NO345179B1 NO 345179 B1 NO345179 B1 NO 345179B1 NO 20190377 A NO20190377 A NO 20190377A NO 20190377 A NO20190377 A NO 20190377A NO 345179 B1 NO345179 B1 NO 345179B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
cylinder
piston
circuit
machine according
crank
Prior art date
Application number
NO20190377A
Other languages
Norwegian (no)
Inventor
Arne Høeg
Original Assignee
Hoeeg Arne
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
Application filed by Hoeeg Arne filed Critical Hoeeg Arne
Priority to NO20190377A priority Critical patent/NO345179B1/en
Publication of NO345179B1 publication Critical patent/NO345179B1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot 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
    • F02G1/044Hot 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot 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
    • F02G1/053Component parts or details
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/06Controlling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/22Compensation of inertia forces
    • F16F15/26Compensation of inertia forces of crankshaft systems using solid masses, other than the ordinary pistons, moving with the system, i.e. masses connected through a kinematic mechanism or gear system

Description

FLERKRETS STIRLINGMASKIN MULTI CIRCUIT STIRLING MACHINE

Innledning Introduction

Oppfinnelsen gjelder en flerkrets stirlingmaskin, det vil si en motor, varmepumpe eller kjølemaskin som arbeider etter stirlingsyklusen, som består av to eller flere uavhengige lukkede gasskretser, som hver arbeider etter stirlingsyklusen. The invention relates to a multi-circuit Stirling machine, i.e. an engine, heat pump or cooling machine that works according to the Stirling cycle, which consists of two or more independent closed gas circuits, each of which works according to the Stirling cycle.

Bakgrunn og kjent teknikk Background and known technique

Stirlingmaskiner består av minst én lukket gasskrets, delt inn i et ekspansjonsvolum og et kompresjonsvolum, koblet sammen gjennom tre varmevekslere; en ekspansjonsvarmeveksler, regenerator og kompresjonsvarmeveksler. Ekspansjonsvolum og kompresjonsvolum kan være realisert på ulike måter, vanligvis fordelt på ett eller flere sylindervolumer, i lukkede sylindre, avgrenset av stempler. Stirlingmaskiner klassifiseres i konfigurasjonene alfa, beta og gamma, utfra hvordan volumene er konfigurert. Hvert stempel i en stirlingmaskin vil ha en slaglengde bestemt av veivakselen, og et slagvolum gitt av slaglengden og sylinderdiameteren. Hver gasskrets kan være avgrenset av ett eller flere stempler, og gasskretsens slagvolum er definert som differansen mellom største og minste oppnådde volum i løpet av en omdreining. I stirlingmaskiner defineres også et forskjøvet volum, som er det gjennomsnittlige gassvolumet som passerer gjennom varmevekslerne i hver retning i løpet av en omdreining. Stirling machines consist of at least one closed gas circuit, divided into an expansion volume and a compression volume, connected through three heat exchangers; an expansion heat exchanger, regenerator and compression heat exchanger. Expansion volume and compression volume can be realized in different ways, usually distributed over one or more cylinder volumes, in closed cylinders, delimited by pistons. Stirling machines are classified into alpha, beta and gamma configurations, based on how the volumes are configured. Each piston in a Stirling engine will have a stroke length determined by the crankshaft, and a stroke volume given by the stroke length and cylinder diameter. Each gas circuit can be delimited by one or more pistons, and the gas circuit's stroke volume is defined as the difference between the largest and smallest volume achieved during one revolution. In stirling machines, a displaced volume is also defined, which is the average gas volume that passes through the heat exchangers in each direction during one revolution.

WO 2014/020840 A1 omfatter en Stirlingmotor samt regulerings metode hvor på den ene enden av et forskyverstempel (2m), innbefattende et arbeids medium (gass) (G) og et innebygget forskyverstempel (2mp), er oppvarmet ved hjelp av et varmeelement (3) og på den andre enden av forskyversylinderen (2m) kjøles ved hjelp av et kjøleelement (4). Forskyverstempelet (2mp) er drevet i en oscillerende bevegelse ved hjelp av å bevege og regulere en fortrenger-aktuator (5m), et arbeidsstempel (6p) montert i en arbeidssylinder (6) som er satt i bevegelse ved å aktivere arbeidsmediet (G) i forskyver sylinderen (2m), og en stempelstang (6po) til arbeidsstempelet (6p) påvirker ut-enheten (7). WO 2014/020840 A1 includes a Stirling engine and regulation method where on one end of a displacement piston (2m), including a working medium (gas) (G) and a built-in displacement piston (2mp), is heated using a heating element (3 ) and on the other end of the displacement cylinder (2m) is cooled by means of a cooling element (4). The displacer piston (2mp) is driven in an oscillating motion by means of moving and regulating a displacer actuator (5m), a working piston (6p) mounted in a working cylinder (6) which is set in motion by activating the working medium (G) in displaces the cylinder (2m), and a piston rod (6po) to the working piston (6p) affects the output unit (7).

US 2657553 beskriver en drivende enhet for å transportere varme fra et lavere og opp til et høyere temperaturnivå, bygget som et lukket system, der enheten innbefatter en mengde gass bestående av en ren substans som er arbeidsmediet, bestående av en varm og kald del, hvor hver del kommuniserer via en varmeenhet, en regenerator og en kjøler med et kjøleområde. Volumene av de nevnte områdene, sammen med det totale volumet til arbeidsområdet, varieres ved sammenkoblet stempel-lignet enheter som oscillerer hovedsaklig harmonisk med en konstant faseforskyvning. US 2657553 describes a driving unit for transporting heat from a lower and up to a higher temperature level, built as a closed system, where the unit includes a quantity of gas consisting of a pure substance which is the working medium, consisting of a hot and a cold part, where each part communicates via a heating unit, a regenerator and a cooler with a cooling area. The volumes of the aforementioned areas, together with the total volume of the working area, are varied by coupled piston-like units that oscillate essentially harmonically with a constant phase shift.

JP S5412062 A viser en Stirlingmaskin anordnet med dobbeltvirkende stempler, ekspansjonsstempler, en veivaksel, veivstaker og føringer. Varmevekslere, regeneratorer og tilsvarende er koblet sammen via et kompresjonsvolum og ekspansjonsvolum som dannes på grunn av bevegelsene til nevnte stemplene. JP S5412062 A shows a Stirling engine provided with double acting pistons, expansion pistons, a crankshaft, connecting rods and guides. Heat exchangers, regenerators and the like are connected via a compression volume and expansion volume which is formed due to the movements of said pistons.

US 4365474 A beskriver en modul for en dobbeltvirkende firesylindret Stirlingmotor som inkluderer en varmeveksler, to øvre sylinderdeler, to regenerator / kjølerenheter som hver har en fleksibel sammenkoblet regenerator og en kjøler, to varmesystemer og to kjøle-rørsystemer. De øvre sylinderdelene og regeneratorene strekker seg inn i varmeveksleren og blir forseglet og festet på denne. De øvre sylinderdelene kan kobles til to nedre sylinderdeler festet til en motorblokk. Kjølerne kan kobles til to nedre sylinderdeler festet til blokken. Hvert av varmerørsystemene strekker seg i varmemodulen fra en respektiv øvre sylinderdel til en av motorens regeneratorer; og hvert av kjølerørsystemene strekker seg fra en regenerator, gjennom sin respektive kjøler og gjennom kjølerveggen for tilkobling til en av de nedre sylinderdelene. US 4365474 A describes a module for a double-acting four-cylinder Stirling engine which includes a heat exchanger, two upper cylinder sections, two regenerator/cooler units each having a flexible interconnected regenerator and a cooler, two heating systems and two cooling piping systems. The upper cylinder parts and regenerators extend into the heat exchanger and are sealed and attached to it. The upper cylinder parts can be connected to two lower cylinder parts attached to an engine block. The coolers can be connected to two lower cylinder parts attached to the block. Each of the heat pipe systems extends in the heat module from a respective upper cylinder part to one of the engine's regenerators; and each of the cooling pipe systems extends from a regenerator, through its respective cooler and through the cooler wall for connection to one of the lower cylinder sections.

JP H07167514 A beskriver et Stirling aggregat som kan generere kulde til en forhåndsbestemt sylinder, hvor aggregatet inkluderer en lav temperatur genererende sylinder, en medium temperatur genererende sylinder og en høy temperatur sylinder som mottar høy temperatur fra en ekstern varmekilde, hvor hver innbefatter et stempel i tilknytning til en veivaksel via en stempelstang. JP H07167514 A describes a Stirling unit that can generate cold to a predetermined cylinder, where the unit includes a low temperature generating cylinder, a medium temperature generating cylinder and a high temperature cylinder that receives high temperature from an external heat source, each including a piston in connection to a crankshaft via a piston rod.

US4195613A viser en 4-sylindret, 4-krets stirlingmaskin der hver krets omfatter ett sylindervolum i én sylinder, og ett sylindervolum i en annen sylinder, slik at hver sylinder består av ett volum fra en krets og ett volum fra en annen krets, adskilt av et stempel. De til sammen 4 stemplene er forbundet med 2 veivaksler, som er synkronisert i forhold til hverandre, slik at maskinen består av 4 identiske kretser, 90 grader faseforskjøvet i forhold til hverandre. Denne løsningen realiserer en 4-krets stirlingmaskin med kun ett stempel per sylinder. Løsningen innebærer også at hvert stempel utfører kompresjonsarbeid i en krets samtidig med ekspansjonsarbeid i en annen krets utføres på stempelet. Ettersom de 4 kretsene er identiske, blir dreiemomentet svært jevnt. US4195613A shows a 4-cylinder, 4-circuit Stirling machine where each circuit comprises one cylinder volume in one cylinder, and one cylinder volume in another cylinder, so that each cylinder consists of one volume from one circuit and one volume from another circuit, separated by a stamp. The total of 4 pistons are connected by 2 crankshafts, which are synchronized in relation to each other, so that the machine consists of 4 identical circuits, 90 degrees out of phase in relation to each other. This solution realizes a 4-circuit Stirling machine with only one piston per cylinder. The solution also means that each piston performs compression work in one circuit at the same time as expansion work in another circuit is performed on the piston. As the 4 circuits are identical, the torque becomes very even.

På grunn av den mekaniske utførelsen, blir forskjøvet volum lik sylinderslagvolumet mens krets-slagvolum blir lik sylinderslagvolumet x 1,414 (roten av 2). Dersom krets-slagvolumet er 1000 ccm, vil altså sylinderslagvolumet være 707 ccm, og forskjøvet volum 707 ccm. Due to the mechanical design, displacement volume equals cylinder stroke volume while circuit stroke volume equals cylinder stroke volume x 1.414 (root of 2). If the circuit stroke volume is 1000 ccm, the cylinder stroke volume will therefore be 707 ccm, and the displaced volume 707 ccm.

Løsningen til US4195613A har to ulemper hvor den første ulempen er forholdet mellom forskjøvet volum og krets-slagvolum er konstant. Forholdet kan være prosessmessig gunstig ved noen driftsbetingelser, men spesielt ved lavtemperatur-anvendelser, ønskes ofte et stort forskjøvet volum i forhold til krets-slagvolum, og da vil denne løsningen ikke gi optimal ytelse. The solution of US4195613A has two disadvantages, the first disadvantage being that the ratio between displaced volume and circuit stroke volume is constant. The ratio can be process-wise favorable under some operating conditions, but especially in low-temperature applications, a large displaced volume in relation to the circuit stroke volume is often desired, and then this solution will not provide optimal performance.

Den andre ulempen til US4195613A, er at alle stemplene skiller mellom to kretser som har forskjellig trykk mesteparten av tiden, og stempelringene på alle 4 stemplene skal derfor tette mot trykkforskjellen mellom to gasskretser. Samlet tettebehov står i forhold til samlet slagvolum for trykksatte stempler, og det samlede slagvolumet med tettebehov blir dermed 0,707 x samlet kretsslagvolum. The other disadvantage of US4195613A is that all the pistons separate between two circuits that have different pressures most of the time, and the piston rings on all 4 pistons must therefore seal against the pressure difference between two gas circuits. Total sealing requirement is in relation to total stroke volume for pressurized pistons, and the total stroke volume with sealing requirement is thus 0.707 x total circuit stroke volume.

Den tredje ulempen til US4195613A er at kreftene som skal overføres mekanisk mellom stemplene, også står i forhold til de trykksatte stemplenes slagvolum, og både maskinen generelt og mekanikken spesielt, må dimensjoneres etter disse kreftene. Det bidrar til høyere produksjonskost og høyere friksjon enn hva ville vært tilfelle med mindre slagvolum per krets-slagvolum. The third disadvantage of US4195613A is that the forces to be transmitted mechanically between the pistons are also proportional to the stroke volume of the pressurized pistons, and both the machine in general and the mechanics in particular must be dimensioned according to these forces. This contributes to higher production costs and higher friction than would have been the case with a smaller stroke volume per circuit stroke volume.

NO333268 viser en stirlingmaskin med to eller flere kretser. Løsningen tillater skalering av prosessen til et partall antall kretser, med kun to stempler per to kretser, og i motsetning til løsningen i US4195613A, gir løsningen frihet til å velge forholdet mellom krets-slagvolum og forskjøvet volum til andre verdier enn 1,414 (roten av 2). Forskjøvet volum er tilnærmet lik ett sylinderslagvolum. Ved å velge en vinkel på veivakselen på for eksempel 150 grader, kan det oppnås et krets-slagvolum på 1000 ccm, mens forskjøvet volum blir ca 1930 ccm. NO333268 shows a stirling machine with two or more circuits. The solution allows the scaling of the process to an even number of circuits, with only two pistons per two circuits, and unlike the solution in US4195613A, the solution gives the freedom to choose the ratio of circuit stroke volume to displaced volume to values other than 1.414 (the root of 2 ). Displaced volume is approximately equal to one cylinder stroke volume. By choosing an angle on the crankshaft of, for example, 150 degrees, a circuit displacement of 1000 ccm can be achieved, while the displaced volume is approx. 1930 ccm.

NO333628 har fem ulemper, hvor den første ulempen er ved lavtemperaturanvendelser, der krets-slagvolumet er lite i forhold til sylinderslagvolumet. Begge stemplene som avgrenser gasskretsen, skiller mellom to gasskretser med ulikt trykk mesteparten av omdreiningen. Dermed blir det samlede slagvolumet med tettebehov også stort. I eksempelet med 150 graders veivaksel, blir det samlede slagvolumet med tettebehov 1,93 x samlet krets-slagvolum. Dette er mye større enn i løsningen i US4195613A. Dette gir større friksjon og slitasje på relativt dyrt tetningsmateriale, enn dersom det skulle vært tettet for et mindre slagvolum per krets-slagvolum. NO333628 has five disadvantages, where the first disadvantage is in low-temperature applications, where the circuit stroke volume is small in relation to the cylinder stroke volume. Both pistons that define the gas circuit separate between two gas circuits with different pressures for most of the revolution. This means that the total stroke volume with sealing requirements is also large. In the example with a 150 degree crankshaft, the total stroke volume with sealing requirement becomes 1.93 x total circuit stroke volume. This is much larger than in the solution in US4195613A. This results in greater friction and wear on relatively expensive sealing material than if it had been sealed for a smaller stroke volume per circuit stroke volume.

Den andre ulempen til NO333628 er at for hvert par av kretser vil det være en sylinder der stempelet skiller mellom to kalde volumer, og en sylinder der stempelet skiller mellom to varme volumer. Dette kan gi utfordringer der temperaturene i kretsen er utenfor arbeidsområdet for materialene som normalt benyttes i stempelstangtetninger og stempelringer. The other disadvantage of NO333628 is that for each pair of circuits there will be a cylinder where the piston separates between two cold volumes, and a cylinder where the piston separates between two hot volumes. This can cause challenges where the temperatures in the circuit are outside the working range for the materials normally used in piston rod seals and piston rings.

Den tredje ulempen med NO333628, er at trykkforskjellen over begge stemplene i et par av prosesskretser, til enhver tid er lik trykkforskjellen mellom kretsene, og det må derfor overføres vesentlig større krefter gjennom veivmekanikken, enn i for eksempel US4195613A. De store kreftene gir behov for kraftige, tunge og dyre komponenter, og større lager og føringer, som også gir større friksjon, enn i en maskinkonfigurasjon med mindre sylinderslagvolum per prosesskrets. The third disadvantage of NO333628 is that the pressure difference across both pistons in a pair of process circuits is at all times equal to the pressure difference between the circuits, and therefore significantly greater forces must be transmitted through the crank mechanism than in, for example, US4195613A. The large forces require powerful, heavy and expensive components, and larger bearings and guides, which also produce greater friction, than in a machine configuration with a smaller cylinder stroke volume per process circuit.

Den fjerde ulempen med NO333628, er at det større tette-behovet gir økt risiko for lekkasje mellom prosesskretsene, og lekkasje mellom prosesskretser i stirlingmaskiner gir både ubalanse og betydelige tap i virkningsgrad. The fourth disadvantage of NO333628 is that the greater sealing requirement gives an increased risk of leakage between the process circuits, and leakage between process circuits in Stirling machines causes both imbalance and significant losses in efficiency.

Og den femte ulempen med NO0333628 er at de to prosesskretsene i et par av prosesskretser får betydelige forskjeller i kompresjon og fasevinkel mellom gasstransport og varmeveksling og kompresjon og ekspansjon. Årsaken ligger i stempelbevegelsen gitt av veivmekanikkens geometri og spesielt forholdet mellom veivstakelengde og veivbuktsradius. Dette gjør det utfordrende å optimalisere begge kretsene til driftsbetingelsene, og selv i en 4-sylindret utførelse, er dreiemoment-variasjonen betydelig større enn det som er publisert for maskiner ifølge US4195613A. And the fifth disadvantage of NO0333628 is that the two process circuits in a pair of process circuits get significant differences in compression and phase angle between gas transport and heat exchange and compression and expansion. The reason lies in the piston movement given by the geometry of the crank mechanics and in particular the relationship between the length of the crank arm and the radius of the crank bay. This makes it challenging to optimize both circuits for the operating conditions, and even in a 4-cylinder design, the torque variation is significantly greater than that published for machines according to US4195613A.

Med stirlingmaskiner i følge kjent teknikk, er det ikke mulig å oppnå lavt samlet slagvolum med tettebehov, full frihet i valg av forhold mellom forskjøvet volum og samlet krets-slagvolum, og momentutjevningen som kan oppnås ved å fordele to eller fire gasskretser jevnt fordelt utover 360 graders omdreining, samtidig som maskinen kan utformes slik at kun volumer med minst ugunstige temperaturforhold ligger nær stempelstangtetninger. With stirling machines according to known technology, it is not possible to achieve a low total stroke volume with sealing requirements, full freedom in choosing the ratio between displaced volume and total circuit stroke volume, and the torque equalization that can be achieved by distributing two or four gas circuits evenly distributed over 360 degree rotation, while the machine can be designed so that only volumes with the least unfavorable temperature conditions are close to piston rod seals.

Kort sammendrag av oppfinnelsen Brief summary of the invention

Et hovedformål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en konfigurasjon for flerkretsstirlingmaskiner som gjør det mulig å realisere ethvert ønskelig forhold mellom krets-slagvolum og forskjøvet volum for gasskretsene, samtidig som det samlede slagvolumet for trykksatte stempler blir så lite som mulig i forhold til samlet krets-slagvolum, og gasskretsene kan faseforskyves jevnt over en 360 graders omdreining, slik at dreiemomentet blir mest mulig konstant. A main purpose of the invention is to provide a configuration for multi-circuit stirring machines which makes it possible to realize any desired ratio between circuit stroke volume and displaced volume for the gas circuits, while at the same time the total stroke volume for pressurized pistons becomes as small as possible in relation to total circuit stroke volume , and the gas circuits can be phase-shifted uniformly over a 360-degree rotation, so that the torque is as constant as possible.

Videre er det et formål med oppfinnelsen å muliggjøre en realisering av en flerkrets stirlingmaskin, der ekspansjonsvolumer og kompresjonsvolumer kan fordeles slik at både trykksatte stempelringer og stempelstangtetninger kan plasseres i de volumene som har mest gunstige temperaturforhold for stempelringenes og stempelstangtetningenes ytelse. Dette vil ofte være temperaturer mellom 0 grader Celsius og 150 grader Celsius. Furthermore, it is an aim of the invention to enable the realization of a multi-circuit Stirling machine, where expansion volumes and compression volumes can be distributed so that both pressurized piston rings and piston rod seals can be placed in the volumes that have the most favorable temperature conditions for the performance of the piston rings and piston rod seals. These will often be temperatures between 0 degrees Celsius and 150 degrees Celsius.

Videre er det et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en konfigurasjon for en stirlingmaskin med flere kretser, hvor det overføres minst mulig krefter fra trykksatte stempler til veivakselen, i forhold til maskinens dreiemoment. Furthermore, it is an object of the invention to provide a configuration for a stirling machine with several circuits, where the least possible forces are transferred from pressurized pistons to the crankshaft, in relation to the machine's torque.

Videre er det et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en stirlingmaskin med flere kretser, som er bedre utbalansert enn andre konfigurasjoner for flerkretsstirlingmaskiner, gjennom at både første-ordens og andre-ordens massekrefter kan utbalanseres uten bruk av balanseaksler. Furthermore, it is an object of the invention to provide a stirring machine with several circuits, which is better balanced than other configurations for multi-circuit stirring machines, through that both first-order and second-order mass forces can be balanced without the use of balance shafts.

Figurer Figures

De vedlagte figurene viser noen utførelser av den krevde oppfinnelsen. The attached figures show some embodiments of the claimed invention.

Figur 1 viser stirlingsyklusen i et Trykk-volum-diagram (Pv-diagram). Figure 1 shows the Stirling cycle in a Pressure-Volume diagram (Pv diagram).

Figur 2 viser en skjematisk oppbygging av to kretser i en Stirlingmaskin ifølge oppfinnelsen. Figure 2 shows a schematic structure of two circuits in a Stirling machine according to the invention.

Figur 3 viser en skjematisk oppbygging av fire kretser i en Stirlingmaskin ifølge en utførelse av oppfinnelsen. Figure 3 shows a schematic structure of four circuits in a Stirling machine according to an embodiment of the invention.

Figur 4 viser veivmekanikken til utførelsen i figur 3. Figure 4 shows the crank mechanics of the design in Figure 3.

Figur 5 viser veivmekanikken til en annen utførelse av oppfinnelsen. Figure 5 shows the crank mechanism of another embodiment of the invention.

Detaljert beskrivelse av figurene og utførelser av oppfinnelsen Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet og utførelser av oppfinnelsen vil bli forklart med referanser til de vedlagte tegningene. Detailed description of the figures and embodiments of the invention The invention will be described below and embodiments of the invention will be explained with references to the attached drawings.

En forenklet termodynamisk anvisning av Stirling-syklusen går frem av Figur 1. Stirling-syklusen er en termodynamisk syklus som består av 4 prosesser: isoterm kompresjon, temperaturøkning ved konstant volum, isoterm ekspansjon og temperatursenking ved konstant volum, av et arbeidsmedium i gassform. Varme utveksles med eksterne temperaturreservoarer under kompresjon og ekspansjon. Varmen som blir frigjort ved temperatursenkningen lagres i en regenerator, og tilføres ved temperaturøkningen, ved tilnærmet samme temperatur. Syklusen er (som Carnotsyklusen) reversibel og har den høyeste oppnåelige termiske virkningsgrad. A simplified thermodynamic description of the Stirling cycle is shown in Figure 1. The Stirling cycle is a thermodynamic cycle that consists of 4 processes: isothermal compression, temperature increase at constant volume, isothermal expansion and temperature decrease at constant volume, of a working medium in gaseous form. Heat is exchanged with external temperature reservoirs during compression and expansion. The heat that is released when the temperature drops is stored in a regenerator, and supplied when the temperature rises, at approximately the same temperature. The cycle is (like the Carnot cycle) reversible and has the highest achievable thermal efficiency.

Oppfinnelsen er en fler-krets stirlingmaskin (0) omfattende i det minste to prosesskretser (1P, 2P), med The invention is a multi-circuit stirling machine (0) comprising at least two process circuits (1P, 2P), with

- tre sylindre (D1, W12, D2), - three cylinders (D1, W12, D2),

- tre stempel (5, 6, 7), koaksialt anordnet i hver sin sylinder (D1, W12, D2), - en veivaksel (21) med veivbukter (21a, 21b, 21c) og veivstaker (12, 16, 20), hvor veivstakene er anordnet og forbundet med hvert sitt stempel (5, 6, 7), - hvor sylindrene (D1, W12, D2), stemplene (5, 6, 7) og veivakselen (21) er anordnet i det minste i en sylinderbanke (8), - three pistons (5, 6, 7), coaxially arranged in each cylinder (D1, W12, D2), - a crankshaft (21) with crankcases (21a, 21b, 21c) and connecting rods (12, 16, 20), where the connecting rods are arranged and connected with each piston (5, 6, 7), - where the cylinders (D1, W12, D2), the pistons (5, 6, 7) and the crankshaft (21) are arranged in at least one cylinder bank (8),

- hvor to av sylindrene (D1, D2) omfatter hvert sitt koaksialt anordnet forskyverstempel (5, 7), hver sylinder (D1, D2) omfatter to volumer (1a, 1b, 2a, 2b) adskilt av et forskyverstempel (5, 7), og hvor det ene volumet (1b, 2b) er forbundet med et volum (1c, 2c) i den tredje sylinderen (W12), - where two of the cylinders (D1, D2) each comprise a coaxially arranged displacement piston (5, 7), each cylinder (D1, D2) comprises two volumes (1a, 1b, 2a, 2b) separated by a displacement piston (5, 7) , and where one volume (1b, 2b) is connected to a volume (1c, 2c) in the third cylinder (W12),

- hvor de to volumene (1c, 2c) i den tredje sylinderen (W12) er adskilt av et koaksialt anordnet arbeidsstempel (6), - where the two volumes (1c, 2c) in the third cylinder (W12) are separated by a coaxially arranged working piston (6),

- hvor hver prosesskrets (1P, 2P) omfatter i det minste et varmevekslerarrangement (1H, 2H), og - where each process circuit (1P, 2P) comprises at least one heat exchanger arrangement (1H, 2H), and

- hvor hver varmeveksler (1H, 2H) i tillegg er forbundet med og anordnet mellom de to sylindervolumene (1a, 1b, 2a, 2b). - where each heat exchanger (1H, 2H) is additionally connected to and arranged between the two cylinder volumes (1a, 1b, 2a, 2b).

Figur 2 viser to separate prosesskretser (1P, 2P) i en stirlingmaskin ifølge oppfinnelsen. Prosesskrets (1P) består av sylindervolumene (1a, 1b,1c), samt varmevekslermodulen (1H), bestående av varmevekslerene (1he, 1hr,1hc). Figure 2 shows two separate process circuits (1P, 2P) in a stirling machine according to the invention. Process circuit (1P) consists of the cylinder volumes (1a, 1b, 1c), as well as the heat exchanger module (1H), consisting of the heat exchangers (1he, 1hr, 1hc).

Sylindervolumene og varmevekslerne er knyttet sammen og forbundet med tre strømningskanaler (1d, 1e,1f). Prosesskrets (2P) består tilsvarende av sylindervolumene (2a, 2b,2c), samt varmevekslermodulen (2H), bestående av varmevekslerne (2he, 2hr,2hc). Sylindervolumene og varmevekslerne er knyttet sammen og forbundet med tre strømningskanaler (2d, 2e og 2f). The cylinder volumes and the heat exchangers are linked together and connected by three flow channels (1d, 1e, 1f). Process circuit (2P) consists correspondingly of the cylinder volumes (2a, 2b, 2c), as well as the heat exchanger module (2H), consisting of the heat exchangers (2he, 2hr, 2hc). The cylinder volumes and the heat exchangers are linked together and connected by three flow channels (2d, 2e and 2f).

Sylindervolumene (1a og 1b) er adskilt av stempel (5) i sylinder (D1), sylindervolumene (2a og 2b) er adskilt av stempel (7) i sylinder (D2), og sylindervolumene (1c og 2c) er adskilt av stempel (6) i sylinder (W12). The cylinder volumes (1a and 1b) are separated by piston (5) in cylinder (D1), the cylinder volumes (2a and 2b) are separated by piston (7) in cylinder (D2), and the cylinder volumes (1c and 2c) are separated by piston ( 6) in cylinder (W12).

Prosesskretsene (1P, 2P) er fylt med et arbeidsmedium eksempelvis bestående av hydrogen, helium eller nitrogen. The process circuits (1P, 2P) are filled with a working medium, for example consisting of hydrogen, helium or nitrogen.

Når stempel (5) beveges oppover, slik at sylindervolum (1a) blir redusert, og sylindervolum (1b) økes, vil arbeidsmediet strømme fra sylindervolum (1a), via strømningskanal (1e), gjennom varmevekslerne (1he, 1hr og 1hc), via strømningskanal (1f), og til sylindervolum (1b). Det samlede volumet reduseres ettersom stempelstangen (9) føres inn i sylinderen (5). When piston (5) is moved upwards, so that cylinder volume (1a) is reduced, and cylinder volume (1b) is increased, the working medium will flow from cylinder volume (1a), via flow channel (1e), through the heat exchangers (1he, 1hr and 1hc), via flow channel (1f), and to cylinder volume (1b). The overall volume is reduced as the piston rod (9) is fed into the cylinder (5).

Når stempel (6) beveges nedover, reduseres sylindervolum (1c), og dermed vil det samlede volumet i prosesskrets (1) også reduseres. When piston (6) is moved downwards, cylinder volume (1c) is reduced, and thus the overall volume in process circuit (1) will also be reduced.

Stempel (5) er forbundet med et krysshode (10), som løper i en krysshodeforing (11), via en stempelstang (9). Krysshodet (10) er forbundet med en veivaksel (21), via en veivstake (12), som er lagret opp i krysshodet (10) og i veivbukt (21a). Stempel (6) og stempel (7) er forbundet med veivakselen (21) på tilsvarende måte, i henholdsvis veivbukt (21b og 21c). Dersom vinkelen mellom veivbuktene (21a) og (21b) er mellom 0 og 180 grader, og temperaturen i sylindervolumene (1a og 1b) er forskjellig, vil prosesskrets (1P) kunne utføre en stirlingsyklus når veivakselen (21) roteres. Stempel (5) vil gjøre et forskyverarbeid/displasement-arbeid, i form av å overvinne strømningsfriksjon i varmevekslere (1H) og kanaler (1e, 1f), og stempel (5) vil utføre et kompresjonsarbeid og ekspansjonsarbeid. Piston (5) is connected to a cross head (10), which runs in a cross head liner (11), via a piston rod (9). The cross head (10) is connected to a crankshaft (21), via a crank rod (12), which is stored in the cross head (10) and in the crank bay (21a). Piston (6) and piston (7) are connected to the crankshaft (21) in a similar way, in the crank bay (21b and 21c) respectively. If the angle between the crank bays (21a) and (21b) is between 0 and 180 degrees, and the temperature in the cylinder volumes (1a and 1b) is different, the process circuit (1P) will be able to perform a Stirling cycle when the crankshaft (21) is rotated. Piston (5) will do displacement work, in the form of overcoming flow friction in heat exchangers (1H) and channels (1e, 1f), and piston (5) will perform compression work and expansion work.

I en utførelse av oppfinnelsen er veivbukt (21b) 90 grader faseforskjøvet i forhold til veivbukt (21a) og veivbukt (21c) er 90 grader faseforskjøvet i forhold til veivbukt (21b). For å oppnå den normale stirlingprosessen, vil vinkelen mellom veivbukt (21a) og (21b) velges i nærheten av 90 grader, men i noen applikasjoner, kan det være gunstig å velge en større eller mindre vinkel. In one embodiment of the invention, crank bay (21b) is 90 degrees phase-shifted in relation to crank bay (21a) and crank bay (21c) is 90 degrees phase-shifted in relation to crank bay (21b). To achieve the normal stirring process, the angle between the crank bay (21a) and (21b) will be chosen close to 90 degrees, but in some applications, it may be beneficial to choose a larger or smaller angle.

Dersom vinkelen mellom veivbuktene (21b) og (21c) velges slik at vinkelen mellom (21a) og (21c) er nær eller lik 180 grader, og temperaturen i volumene (1a) og (2a) er relativt lik, og temperaturen i volumene (1b) og (2b) er relativt lik, vil prosessen i prosesskrets (1P) og prosessen i prosesskrets (2P) være tilnærmet like, men 180 grader faseforskjøvet i forhold til hverandre. If the angle between the crank bays (21b) and (21c) is chosen so that the angle between (21a) and (21c) is close to or equal to 180 degrees, and the temperature in the volumes (1a) and (2a) is relatively equal, and the temperature in the volumes ( 1b) and (2b) are relatively similar, the process in process circuit (1P) and the process in process circuit (2P) will be approximately the same, but 180 degrees phase-shifted in relation to each other.

Ettersom stempel (5) vil ha ulikt effektivt areal over og under på grunn av stempelstangens (9) tverrsnittsareal, vil de to kretsene ha litt ulik kompresjon, og ettersom stempel (5) vil følge en normal stempelbevegelse (oscillerende), vil kompresjonsarbeid og ekspansjonsarbeid for de to kretsene være litt faseforskjøvet i forhold til strømningen gjennom varmevekslerne (1H, 2H). As piston (5) will have different effective area above and below due to the piston rod (9) cross-sectional area, the two circuits will have slightly different compression, and as piston (5) will follow a normal piston movement (oscillating), compression work and expansion work will for the two circuits be slightly out of phase in relation to the flow through the heat exchangers (1H, 2H).

Forskjellen i arbeid og prosess-ytelse er normalt liten. The difference in work and process performance is normally small.

Ettersom de to prosesskretsene (1P, 2P) er tilnærmet like, og nær 180 grader faseforskjøvet i forhold til hverandre, vil stempelet (5) gjøre kompresjonsarbeid i den ene prosesskretsen samtidig som det gjør ekspansjonsarbeid i den andre prosesskretsen. Dersom maskinen opereres som en motor, vil ekspansjonsarbeidet være størst, og kompresjonsarbeidet for en prosesskrets, vil utføres av ekspansjonsarbeidet fra den andre prosesskretsen, slik at bare differansen mellom de to arbeidene må overføres via stempelstang (9), krysshode (10) og veivstake (12) til veivakselen (21). Dersom maskinen opereres som varmepumpe, vil kompresjonsarbeidet være størst, og ekspansjonsarbeidet fra den ene kretsen vil utføre deler av kompresjonsarbeidet for den andre kretsen, slik at kun differensen mellom de to arbeidene må overføres fra veivakselen (21), via veivstake (12), krysshode og stempelstang til stempel (5). Dersom veivakselen (21) utføres slik at vinklene mellom veivbuktene (21a, 21b, 21c) er nær 90 grader, vil massekreftene på stempel (5) og (7) gi sammenfallende dreiemoment på veivakselen (21), mens massekreftene på stempel (6) vil gi et dreiemoment på veivakselen som er i motfase med dreiemomentet fra massekreftene på stempel (5) og (7). Dersom ekvivalent oscillerende punktmasse for stempel (6) er dobbelt så høy som ekvivalent oscillerende punktmasse for stempel (5), og at oscillerende punktmasser for stempel (5) og (7) er like, vil dreiemomentvariasjon fra første ordens massekrefter på stemplene kunne nøytraliseres. As the two process circuits (1P, 2P) are approximately the same, and close to 180 degrees out of phase in relation to each other, the piston (5) will do compression work in one process circuit at the same time as it does expansion work in the other process circuit. If the machine is operated as an engine, the expansion work will be greatest, and the compression work for one process circuit will be performed by the expansion work from the other process circuit, so that only the difference between the two works must be transferred via piston rod (9), crosshead (10) and connecting rod ( 12) to the crankshaft (21). If the machine is operated as a heat pump, the compression work will be the greatest, and the expansion work from one circuit will perform parts of the compression work for the other circuit, so that only the difference between the two works must be transferred from the crankshaft (21), via the crankshaft (12), crosshead and piston rod to piston (5). If the crankshaft (21) is made so that the angles between the crank bays (21a, 21b, 21c) are close to 90 degrees, the mass forces on piston (5) and (7) will produce coincident torque on the crankshaft (21), while the mass forces on piston (6) will produce a torque on the crankshaft which is in opposite phase to the torque from the mass forces on piston (5) and (7). If the equivalent oscillating point mass for piston (6) is twice as high as the equivalent oscillating point mass for piston (5), and that the oscillating point masses for piston (5) and (7) are equal, torque variation from first-order mass forces on the pistons can be neutralized.

I en utførelse av oppfinnelsen, er veivstaken (16) mer enn 2 ganger så lang fra senter av veivbukt-lageret til senter av krysspinnelageret, som slaglengden til stempel (6). Jo større forholdet mellom veivstakelengden og slaglengden for stempel (6) er, jo likere blir prosessen i de to prosesskretsene (1P, 2P), og dreiemomentkurven blir likere i de to halvdelene av en omdreining. I tillegg blir massekreftene lavere, særlig høyere ordens massekrefter, som andre ordens og fjerde ordens. In one embodiment of the invention, the connecting rod (16) is more than 2 times as long from the center of the crank bay bearing to the center of the cross pin bearing as the stroke length of the piston (6). The greater the ratio between the connecting rod length and the stroke length for piston (6), the more similar the process becomes in the two process circuits (1P, 2P), and the torque curve becomes more equal in the two halves of a revolution. In addition, the mass forces become lower, especially higher order mass forces, such as second order and fourth order.

Fordelen er at oppfinnelsen tillater skalering av prosessen til to prosesskretser (1P, 2P), med tre sylindre og tre dobbeltvirkende stempler (5, 6, 7), og en utjevning av dreiemoment og reduksjon av friksjon i forhold til en konfigurasjon med kun én prosesskrets. Kompresjonsarbeidet fra den ene kretsen foregår samtidig som ekspansjonsarbeidet fra den andre kretsen, og begge arbeidene utføres av eller på det samme stempelet, slik at kun differansen må overføres mekanisk til akselen. The advantage is that the invention allows the scaling of the process to two process circuits (1P, 2P), with three cylinders and three double-acting pistons (5, 6, 7), and an equalization of torque and reduction of friction compared to a configuration with only one process circuit . The compression work from one circuit takes place at the same time as the expansion work from the other circuit, and both work is performed by or on the same piston, so that only the difference has to be transferred mechanically to the axle.

Stempel (6) er det eneste stempelet som skiller mellom de to gasskretsene, og derfor er det samlede trykksatte slagvolumet for et par av gasskretser tilnærmet lik krets-slagvolumet for hver krets. Dermed blir det samlede slagvolumet med tettebehov ca 0,5 x samlet krets-slagvolum. Dette er det minste oppnåelige slagvolum med tettebehov i forhold til krets-slagvolum for stirlingmaskiner. Ifølge kjent teknikk innenfor Stirling applikasjoner vil samlet slagvolum med tettebehov være større i forhold til samlet krets-slagvolum enn oppfinnelsen. Piston (6) is the only piston that separates the two gas circuits, and therefore the total pressurized stroke volume for a pair of gas circuits is approximately equal to the circuit stroke volume for each circuit. Thus, the total stroke volume with sealing requirements is approx. 0.5 x total circuit stroke volume. This is the smallest achievable stroke volume with sealing requirements in relation to circuit stroke volume for Stirling machines. According to known technology within Stirling applications, total displacement with sealing requirements will be greater in relation to total circuit displacement than the invention.

I tillegg muliggjøres realiseringen av en familie av maskiner med ulikt kompresjonsforhold, men likt forhold mellom forskjøvet volum og varmevekslervolum, der kun arbeidsstempel-slagvolumet endres, f.eks. gjennom å endre diameteren på sylinder (W12) og stempel (6). In addition, it enables the realization of a family of machines with different compression ratio, but equal ratio between displaced volume and heat exchanger volume, where only the working piston stroke volume changes, e.g. by changing the diameter of cylinder (W12) and piston (6).

I en utførelse av oppfinnelsen er to par av prosesskretser (1P, 2P, 3P, 4P) arrangert i en sylinderbanke (8) med seks sylindere i rekke, hvor det første paret av prosesskretser (1P og 2P) er fordelt mellom sylinder (D1, W12 og D2), og det andre paret av prosesskretser (3P og 4P) er fordelt mellom sylinder (D3, W34 og D4). Se figur 3. In one embodiment of the invention, two pairs of process circuits (1P, 2P, 3P, 4P) are arranged in a cylinder bank (8) with six cylinders in a row, where the first pair of process circuits (1P and 2P) are distributed between cylinders (D1, W12 and D2), and the second pair of process circuits (3P and 4P) are distributed between cylinders (D3, W34 and D4). See Figure 3.

Prosesskrets (1P) består av sylindervolumene (1a, 1b og 1c), samt en varmevekslermodul (1H) som beskrevet i figur 2. Strømningskanalene (1e og 1f) leder til varmevekslermodulen (1H), og strømningskanalen (1d) forbinder de nevnte sylindervolumene. Tilsvarende består også prosesskretsene (2P, 3P og 4P) av tre sylindervolumer (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 3c, 4a, 4b, 4c), tre strømningskanaler (2e, 2f, 3e, 3f, 4e, 4f) og minst en varmevekslermodul (2H, 3H, 4H) hver. Process circuit (1P) consists of the cylinder volumes (1a, 1b and 1c), as well as a heat exchanger module (1H) as described in Figure 2. The flow channels (1e and 1f) lead to the heat exchanger module (1H), and the flow channel (1d) connects the aforementioned cylinder volumes. Correspondingly, the process circuits (2P, 3P and 4P) also consist of three cylinder volumes (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 3c, 4a, 4b, 4c), three flow channels (2e, 2f, 3e, 3f, 4e, 4f) and at least one heat exchanger module (2H, 3H, 4H) each.

På samme måte som sylindervolumene (1a og 1b) er adskilt av stempel (5) i sylinder (D1), sylindervolumene (2a og 2b) er adskilt av stempel (7) i sylinder (D2), og sylindervolumene (1c og 2c) er adskilt av stempel (6) i sylinder (W12), er sylindervolumene (3a og 3b) adskilt av stempel (22) i sylinder (D3), sylindervolumene (4a og 4b) adskilt av stempel (24) i sylinder (D4) og sylindervolumene (3c og 4c) adskilt av stempel (23) i sylinder (W34). In the same way that the cylinder volumes (1a and 1b) are separated by piston (5) in cylinder (D1), the cylinder volumes (2a and 2b) are separated by piston (7) in cylinder (D2), and the cylinder volumes (1c and 2c) are separated by piston (6) in cylinder (W12), the cylinder volumes (3a and 3b) are separated by piston (22) in cylinder (D3), the cylinder volumes (4a and 4b) are separated by piston (24) in cylinder (D4) and the cylinder volumes (3c and 4c) separated by piston (23) in cylinder (W34).

Stemplene er forbundet med en veivaksel (21), slik at stempel (5) er forbundet med veivbukt (21a), via en stempelstang (9), et krysshode (10) med krysspinne og en veivstake (12). Tilsvarende er stempel (6) forbundet med veibukt (21b), stempel (7) med veivbukt (21c), stempel (22) med veivbukt (21d), stempel (23) med veivbukt (21e) og stempel (24) med veivbukt (21f). The pistons are connected to a crankshaft (21), so that piston (5) is connected to the crank bay (21a), via a piston rod (9), a cross head (10) with cross pin and a connecting rod (12). Correspondingly, piston (6) is connected to crank bay (21b), piston (7) to crank bay (21c), piston (22) to crank bay (21d), piston (23) to crank bay (21e) and piston (24) to crank bay ( 21f).

Prosesskrets (1P), prosesskrets (2P) og forholdet mellom dem, er definert av vinklene mellom veivakselens veivbukt (21a, 21b og 21c). Tilsvarende er prosesskrets (3P), prosesskrets (4P) og forholdet mellom dem, definert av vinklene mellom veivakselens veivbukt (21d, 21e og 21f). Dersom vinklene mellom veivbuktene (21d, 21e og 21f) er lik vinklene mellom veivbuktene (21a, 21b og 21c), vil prosesskretsene (3P og 4P) kunne gjøres lik prosesskretsene (1P og 2P). Process circuit (1P), process circuit (2P) and the relationship between them are defined by the angles between the crankshaft's crank bay (21a, 21b and 21c). Similarly, process circuit (3P), process circuit (4P) and the relationship between them are defined by the angles between the crankshaft's crank bay (21d, 21e and 21f). If the angles between the crank bays (21d, 21e and 21f) are equal to the angles between the crank bays (21a, 21b and 21c), the process circuits (3P and 4P) can be made equal to the process circuits (1P and 2P).

Dersom vinkelen mellom veivbuktene (21a) og (21c), og vinkelen mellom veivbuktene (21d) og (21f), begge er nær 180 grader, og vinkelen mellom veivbuktene (21b) og (21e) er nær 90 grader, vil de fire prosesskretsene (1P, 2P, 3P, 4P) være 90 grader faseforskjøvet i forhold til hverandre, og det resulterende dreiemomentet fra de fire prosesskretsene vil ha svært liten variasjon over en omdreining. If the angle between the crank bays (21a) and (21c), and the angle between the crank bays (21d) and (21f), are both close to 180 degrees, and the angle between the crank bays (21b) and (21e) is close to 90 degrees, the four process circuits (1P, 2P, 3P, 4P) be 90 degrees out of phase relative to each other, and the resulting torque from the four process circuits will have very little variation over one revolution.

En stirlingmaskin ifølge oppfinnelsen, som er utført som vist i figur 3, vil ha de samme fordelene som utførelsen i figur 2, mhp trykksatt slagvolum. I tillegg vil det være mulig å fordele de fire prosesskretsene (1P, 2P, 3P, 4P) jevnt utover en omdreining, slik at dreiemomentet får liten variasjon. A Stirling machine according to the invention, which is designed as shown in figure 3, will have the same advantages as the design in figure 2, with regard to pressurized stroke volume. In addition, it will be possible to distribute the four process circuits (1P, 2P, 3P, 4P) evenly over one revolution, so that the torque has little variation.

En annen fordel med oppfinnelsen, i den utførelsen som vist i figur 3, er at den muliggjør en stirlingmaskin med fire prosesskretser, hvor alle sylindrene er i en rekke-konfigurasjon. Dette gjør at en stirlingmaskin med et stort slagvolum, og dermed stor avstand mellom stempel og veivaksel, kan konstrueres innenfor en vesentlig mindre bredde enn en V-konfigurasjon med tilsvarende slagvolum. Another advantage of the invention, in the embodiment shown in figure 3, is that it enables a stirling machine with four process circuits, where all the cylinders are in a row configuration. This means that a Stirling machine with a large displacement, and thus a large distance between piston and crankshaft, can be constructed within a significantly smaller width than a V-configuration with a similar displacement.

Figur 4 viser veivmekanikken i perspektiv til utførelsen beskrevet i figur 3. Figur 4 viser også krysspinnen (25) som forbinder krysshode (10) og veivstake (12), krysspinne (26), som forbinder krysshode (14) og veivstake (16), krysspinne (27) som forbinder krysshode (18) og veivstake (20), og tilsvarende for veivmekanikken som forbinder stemplene (22, 23 og 24) med veivakselen (21). Figure 4 shows the crank mechanics in perspective of the design described in Figure 3. Figure 4 also shows the cross pin (25) which connects the cross head (10) and the connecting rod (12), the cross pin (26), which connects the cross head (14) and the connecting rod (16), cross pin (27) which connects the cross head (18) and the crankshaft (20), and similarly for the crank mechanism which connects the pistons (22, 23 and 24) to the crankshaft (21).

Veivakselen (21) har en inngående eller drivende ende (21g), med et grensesnitt mot for eksempel svinghjul, generator, motor eller pumpe avhengig alt etter som stirlingmaskinen opererer som motor, kjølemaskin eller varmepumpe. Dersom veivakselen roterer med klokken, sett fra den drivende ende (21g), har veivakselen en veivstjerne der veivbukt (21a) definerer 0 grader, veibukt (21b) er på 90 grader og veivbukt (21c) er på 180 grader. Veivbukt (21d) er på 270 grader, veivbukt (21e) er på 0 grader, og veivbukt (21f) er på 90 grader. Andre utforminger av sylinder-rekkefølge og utlegg av veivstjerne vil også kunne oppnå 90 graders faseforskyvning mellom 4 prosesskretser, men ved den beskrevne veivstjernen, oppnås i tillegg at tre veivbukter ligger i planet 0 grader – 180 grader: (21a, 21c og 21e), og tre veivbukter ligger i planet 90 grader – 270 grader: (21b, 21d og 21f), samtidig som alle veivbukter i hvert plan har en avstand på 2 x sylinderavstanden, og har symmetrisk plassering, det vil si at den midterste av de tre veivbuktene i ett plan går i motsatt retning av de to ytterste veivbuktene i samme plan. The crankshaft (21) has an input or driving end (21g), with an interface to, for example, a flywheel, generator, motor or pump depending on whether the stirling machine operates as a motor, cooling machine or heat pump. If the crankshaft rotates clockwise, viewed from the driving end (21g), the crankshaft has a crank star where crank bay (21a) defines 0 degrees, crank bay (21b) is 90 degrees and crank bay (21c) is 180 degrees. Crank bay (21d) is at 270 degrees, crank bay (21e) is at 0 degrees, and crank bay (21f) is at 90 degrees. Other designs of cylinder sequence and layout of the crank star will also be able to achieve a 90 degree phase shift between 4 process circuits, but with the described crank star, it is also achieved that three crank bays lie in the plane 0 degrees - 180 degrees: (21a, 21c and 21e), and three crank bays lie in the plane 90 degrees - 270 degrees: (21b, 21d and 21f), while all crank bays in each plane have a distance of 2 x the cylinder distance, and have a symmetrical location, i.e. the middle of the three crank bays in one plane goes in the opposite direction of the two outermost crank bays in the same plane.

For kinematisk analyse, kan veivmekanikken for et stempel i en sylinder representeres ved en oscillerende punktmasse på sylinderaksen, en roterende punktmasse i veivbukt-aksen og et polart treghetsmoment i veivstaken. De roterende punktmassene kan utbalanseres på veivakselen og de oscillerende punktmassenes bevegelse kan uttrykkes som fourier-rekker, der første ledd gir første ordens massekrefter og andre ledd gir andre ordens massekrefter. For kinematic analysis, the crank mechanics of a piston in a cylinder can be represented by an oscillating point mass on the cylinder axis, a rotating point mass in the crankcase axis, and a polar moment of inertia in the connecting rod. The rotating point masses can be balanced on the crankshaft and the movement of the oscillating point masses can be expressed as fourier series, where the first term gives first-order mass forces and the second term gives second-order mass forces.

Dersom mekanikken til hver sylinder utføres med lik oscillerende punktmasse, vil første ordens massekrefter for veivmekanikken vist i figur 4, reduseres til 1 x oscillerende punktmasse i 0 grader i veivbukt (21c) og 1 x oscillerende punktmasse i 90 grader i veivbukt (21d). Andre ordens massekrefter vil reduseres til 3 x oscillerende punktmasse i 0 og 180 grader i veivbukt (21c) og 3 x oscillerende punktmasse i 90 og 270 grader i veivbukt (21d). En andel av resterende første ordens massekrefter kan som normalt utbalanseres på veivakselen, for eksempel 50%. De resulterende massekreftene ved normal utbalansering, vil være en motroterende første ordens massekraft på F1 = 0,7 m �<2 >r, et motroterende første ordens massemoment på 0,5 x F1 x sylinderavstand, og et andre ordens massemoment, normalt på sylinderaksene og veivaksen, fra 3 x oscillerende punktmasser med 1 sylinderavstand mellom seg. If the mechanics of each cylinder are performed with equal oscillating point mass, the first order mass forces for the crank mechanics shown in Figure 4 will be reduced to 1 x oscillating point mass at 0 degrees in the crank bay (21c) and 1 x oscillating point mass at 90 degrees in the crank bay (21d). Second order mass forces will be reduced to 3 x oscillating point mass at 0 and 180 degrees in the crankcase (21c) and 3 x oscillating point mass at 90 and 270 degrees in the crankcase (21d). A proportion of the remaining first-order mass forces can, as normal, be balanced out on the crankshaft, for example 50%. The resulting mass forces in normal balancing will be a counter-rotating first-order mass force of F1 = 0.7 m �<2 >r, a counter-rotating first-order mass moment of 0.5 x F1 x cylinder distance, and a second-order mass moment, normal to the cylinder axes and the crankshaft, from 3 x oscillating point masses with 1 cylinder distance between them.

I sum vil veivmekanikken som beskrevet kunne gi de lavest mulige massekrefter for en seks-sylindret rekkemotor ifølge oppfinnelsen. Resterende første ordens og andre ordens massekrefter og massemomenter kan utbalanseres med balanseaksler, som for andre maskiner. In sum, the crank mechanics as described will be able to provide the lowest possible mass forces for a six-cylinder in-line engine according to the invention. Remaining first-order and second-order mass forces and mass moments can be balanced with balance shafts, as for other machines.

Denne utførelsen er fordelaktig da den muliggjør en smal utførelse av maskinen, som kan være viktig, spesielt ved store slagvolum. I tillegg gir den mulighet for kun vertikale sylindre, som kan være fordelaktig ved at stemplene ikke utsettes for sidekrefter fra gravitasjonen. This design is advantageous as it enables a narrow design of the machine, which can be important, especially with large stroke volumes. In addition, it allows for vertical cylinders only, which can be advantageous in that the pistons are not exposed to lateral forces from gravity.

Denne utførelsen muliggjør også en stirlingmaskin med 4 uavhengige kretser, med nær 90 graders faseforskyvning mellom kretsene, på en slik måte at det oppnås et svært jevnt dreiemoment over en omdreining, samtidig som det er muliggjort god utbalansering av både massekrefter og dreiemomentvariasjoner fra massekrefter. This design also enables a Stirling machine with 4 independent circuits, with close to 90 degree phase shift between the circuits, in such a way that a very uniform torque is achieved over one revolution, while at the same time a good balancing of both mass forces and torque variations from mass forces is made possible.

Dersom sylinder nummer (D2) og (D3) konstrueres med dobbelt så stor oscillerende masse som de andre sylindrene, vil første ordens massekrefter kunne utbalanseres fullstendig, på bekostning av høyere krefter i veivstaker og lager. If cylinder numbers (D2) and (D3) are constructed with twice as much oscillating mass as the other cylinders, the first-order mass forces can be completely balanced, at the expense of higher forces in the crankshaft and bearing.

Dersom isteden sylinder (D1) og (W12) bytter plass, og (W34) og (D4) bytter plass, er det også mulig å oppnå bedre utbalansering enn med andre utførelser, med justerte oscillerende punktmasser for de ulike sylindrene, på bekostning av høyere krefter i veivstaker og lager. If instead cylinders (D1) and (W12) switch places, and (W34) and (D4) switch places, it is also possible to achieve better balancing than with other designs, with adjusted oscillating point masses for the various cylinders, at the expense of higher forces in connecting rods and bearings.

I en utførelse av oppfinnelsen er to par av prosesskretser (1P, 2P, 3P, 4P), arrangert i en seks-sylindret V-konfigurasjon, slik at den ene sylinderbanken (8) består av prosesskrets (1P) og prosesskrets (2P), og den andre sylinderbanken består av prosesskrets (3P og 4P), som kan utføres lik prosesskretsene (1P og 2P). De seks stemplene (5, 6, 7, 22, 23 og 24) er alle forbundet med en veivaksel (21), med en veivmekanikk omfattende stempelstang, krysshode, krysspinne og veivstake. Se figur 5. In one embodiment of the invention, two pairs of process circuits (1P, 2P, 3P, 4P) are arranged in a six-cylinder V-configuration, so that one cylinder bank (8) consists of process circuit (1P) and process circuit (2P), and the second bank of cylinders consists of process circuits (3P and 4P), which can be performed similarly to the process circuits (1P and 2P). The six pistons (5, 6, 7, 22, 23 and 24) are all connected by a crankshaft (21), with a crank mechanism comprising piston rod, cross head, cross pin and connecting rod. See figure 5.

Stempel (5) og stempel (22) er begge forbundet med veivbukt (21a), stempel (6) og stempel (23) er begge forbundet med veivbukt (21b), og stempel (7) og stempel (24) er begge forbundet med veivbukt (21c). Piston (5) and piston (22) are both connected to crank bay (21a), piston (6) and piston (23) are both connected to crank bay (21b), and piston (7) and piston (24) are both connected to crank bay (21c).

Dersom vinkelen mellom veivbukt (21a og 21c) er lik eller nær 180 grader, og vinkelen mellom sylinderbanken bestående av prosesskrets (P1 og P2) og sylinderbanken bestående av prosesskrets (P3 og P4), er lik eller nær 90 grader, vil de fire prosesskretsene (1P, 2P, 3P, 4P) kunne være 90 grader forskjøvet i forhold til hverandre, slik at dreiemomentet fra de fire prosesskretsene (1P – 4P) vil variere svært lite over en omdreining. If the angle between the crank bay (21a and 21c) is equal to or close to 180 degrees, and the angle between the cylinder bank consisting of the process circuit (P1 and P2) and the cylinder bank consisting of the process circuit (P3 and P4) is equal to or close to 90 degrees, the four process circuits (1P, 2P, 3P, 4P) could be 90 degrees offset in relation to each other, so that the torque from the four process circuits (1P – 4P) will vary very little over one revolution.

I en utførelse av oppfinnelsen er hver sylinderbanke (8, 8’) forskjøvet 90 grader i forhold til hverandre. Denne utførelsen tillater full utbalansering av første-ordens og andre-ordens massekrefter, gjennom at første-ordens massekrefter for et sylinderpar kan utbalanseres på veivakselen dersom vinkelen mellom sylinderbankene (8. 8’) er 90 grader, og gjennom at andre-ordens massekrefter for det samme sylinderparet virker i horisontal retning dersom sylindrene er plassert 45 grader ut fra vertikalen. Dersom veivbuktene er plassert på 0 grader, 90 grader og 180 grader, vil andre ordens massekrefter opptre i 0 grader, 180 grader og 360 grader, slik at andre ordens massekreftene kan utbalanseres ved å gjøre oscillerende masse for de to midterste stemplene dobbelt så høy som for de øvrige stemplene, og beholde samme veivstakeforhold, eller ved å endre kun veivstakeforholdet for de midterste stemplene, eller ved kombinasjoner av disse. In one embodiment of the invention, each cylinder bank (8, 8') is offset by 90 degrees in relation to each other. This design allows full balancing of first-order and second-order mass forces, through that the first-order mass forces for a pair of cylinders can be balanced on the crankshaft if the angle between the cylinder banks (8. 8') is 90 degrees, and through that the second-order mass forces for the same cylinder pair works in a horizontal direction if the cylinders are positioned 45 degrees from the vertical. If the crank bays are placed at 0 degrees, 90 degrees and 180 degrees, the second order mass forces will appear at 0 degrees, 180 degrees and 360 degrees, so that the second order mass forces can be balanced by making the oscillating mass for the two middle pistons twice as high as for the other pistons, and keep the same crank ratio, or by changing only the crank ratio for the middle pistons, or by combinations of these.

Dersom det benyttes helt symmetrisk sylinderplassering, der veivstaken til krysshodet i 3 av sylindrene har to lagere rundt veivbukten, ett plassert på hver side av veivstaken til krysshodet i den motstående sylinderen, blir første ordens massekrefter helt utbalansert, og andre ordens massekrefter kan utbalanseres fullstendig, med en av to ulike teknikker. Dersom stempel (6) med tilhørende mekanikk utføres med dobbelt så stor oscillerende punktmasse som hver av stempel (5) og stempel (7), og tilsvarende for stempel (23) i forhold til stempel (22) og stempel (24), vil resultanten av andre ordens massekrefter for stempel (6) og stempel (23) tilsammen utligne resultanten av andre ordens massekrefter for stempel (5, 7, 22 og 24). Fullstendig utbalansering av andre ordens massekrefter kan også oppnås ved å montere to mot-roterende balanse-aksler med dobbelt turtall i forhold til veivakselen, symmetrisk plassert om et horisontalt plan gjennom akselens rotasjonsakse, og med massekraft-vektorer i planet gjennom de to midtre sylindrene (W12, W34). Dersom sylinderbankene (8, 8’) er forskjøvet tilsvarende bredden av en veivstake i forhold til hverandre, blir det en liten rest av massekrefter igjen, men en slik utførelse regnes normalt som godt utbalansert. If completely symmetrical cylinder placement is used, where the connecting rod to the crosshead in 3 of the cylinders has two bearings around the crank bay, one placed on each side of the connecting rod to the crosshead in the opposite cylinder, the first order mass forces are completely balanced, and the second order mass forces can be completely balanced, with one of two different techniques. If piston (6) with associated mechanics is made with twice as large oscillating point mass as each of piston (5) and piston (7), and correspondingly for piston (23) in relation to piston (22) and piston (24), the resultant of second-order mass forces for piston (6) and piston (23) together equalize the resultant of second-order mass forces for piston (5, 7, 22 and 24). Complete balancing of second-order mass forces can also be achieved by mounting two counter-rotating balance shafts with double speed in relation to the crankshaft, symmetrically placed about a horizontal plane through the shaft's axis of rotation, and with mass force vectors in the plane through the two central cylinders ( W12, W34). If the cylinder banks (8, 8') are offset corresponding to the width of a connecting rod in relation to each other, there will be a small residue of mass forces, but such a design is normally considered well balanced.

En stirlingmaskin ifølge oppfinnelsen, som er utført som vist i figur 5, vil ha de samme fordelene som utførelsen i figur 2, med hensyn til trykksatt slagvolum. I tillegg vil det være mulig å fordele de fire prosesskretsene jevnt utover en omdreining, slik at dreiemomentet får liten variasjon. A Stirling machine according to the invention, which is designed as shown in figure 5, will have the same advantages as the design in figure 2, with regard to pressurized stroke volume. In addition, it will be possible to distribute the four process circuits evenly over one revolution, so that the torque has little variation.

En stirlingmaskin ifølge oppfinnelsen, som er vist i figur 5, vil også kunne utføres med en relativt kort veivaksel til å være en 6-sylindret maskin, og dermed oppnå en moderat total lengde. A Stirling machine according to the invention, which is shown in figure 5, will also be able to be made with a relatively short crankshaft to be a 6-cylinder machine, thus achieving a moderate total length.

En annen fordel med stirlingmaskin ifølge oppfinnelsen, som er vist i figur 5, og montert med sylinderbankene (8, 8’) 45 grader fra vertikalen, vil ikke ha første ordens eller andre ordens massekrefter eller massemomenter i vertikal retning. Dette er en stor fordel ved installasjon, da det er lettere å isolere horisontale vibrasjoner som vil påvirke fundament, support og evt. tilhørende gulv. Another advantage of the stirling machine according to the invention, which is shown in figure 5, and mounted with the cylinder banks (8, 8') 45 degrees from the vertical, will not have first-order or second-order mass forces or mass moments in the vertical direction. This is a major advantage during installation, as it is easier to isolate horizontal vibrations that will affect the foundation, support and any associated floor.

I en utførelse av oppfinnelsen hvor varmevekslerarrangementet (1H, 2H) omfatter tre varmevekslere, fortrinnsvis en ekspansjonsvarmeveksler (1he, 2he), en regenerator (1hr, 2hr) og en kompresjons-varmeveksler (1hc, 2hc). In an embodiment of the invention where the heat exchanger arrangement (1H, 2H) comprises three heat exchangers, preferably an expansion heat exchanger (1he, 2he), a regenerator (1hr, 2hr) and a compression heat exchanger (1hc, 2hc).

I henhold til en utførelse av oppfinnelsen kan plasseringen av varmevekslermodulene (1H, 2H, 3H, 4H) være arrangert og innebygget i sylinderbankene, være delvis innenfor og utenfor sylinderbankene eller være plassert utenfor sylinderbanken. Ulik plassering av varmevekslermodulene (1H, 2H, 3H, 4H) kan være fordelaktig i ulike anvendelser av stirlingmaskinens applikasjon beroende på om den opereres som varmekraftmotor, kryomotor, kjølemaskin eller varmepumpe. According to an embodiment of the invention, the location of the heat exchanger modules (1H, 2H, 3H, 4H) can be arranged and built into the cylinder banks, be partially inside and outside the cylinder banks or be located outside the cylinder bank. Different placement of the heat exchanger modules (1H, 2H, 3H, 4H) can be advantageous in different applications of the stirling machine's application, depending on whether it is operated as a thermal power engine, cryomotor, cooling machine or heat pump.

I en utførelse av oppfinnelsen, der maskinen er utført med 2 par av prosesskretser (1P, 2P, 3P, 4P), som er uført slik at de 4 kretsene er ca 90 grader faseforskjøvet i forhold til hverandre, vil dreiemomentet ha liten variasjon over en omdreining, uavhengig av om maskinen brukes som varmekraftmotor, kryomotor, kjølemaskin eller varmepumpe. In an embodiment of the invention, where the machine is made with 2 pairs of process circuits (1P, 2P, 3P, 4P), which are unwired so that the 4 circuits are about 90 degrees out of phase in relation to each other, the torque will have little variation over a revolution, regardless of whether the machine is used as a thermal power engine, cryomotor, cooling machine or heat pump.

I en utførelse av oppfinnelsen kan stirlingmaskinen benyttes som varmekraftmotor, kryomotor, kjølemaskin eller varmepumpe. In one embodiment of the invention, the stirling machine can be used as a thermal power engine, cryomotor, cooling machine or heat pump.

Claims (11)

KRAVCLAIM 1. En fler-krets stirlingmaskin (0) omfattende i det minste to prosesskretser (1P, 2P),1. A multi-circuit stirling machine (0) comprising at least two process circuits (1P, 2P), - tre sylindre (D1, W12, D2),- three cylinders (D1, W12, D2), - tre stempel (5, 6, 7), koaksialt anordnet i hver sin sylinder (D1, W12, D2), - en veivaksel (21) med veivbukter (21a, 21b, 21c) og veivstaker (12, 16, 20), hvor veivstakene er anordnet og forbundet med hvert sitt stempel (5, 6, 7),- three pistons (5, 6, 7), coaxially arranged in each cylinder (D1, W12, D2), - a crankshaft (21) with crankcases (21a, 21b, 21c) and connecting rods (12, 16, 20), where the connecting rods are arranged and connected with each piston (5, 6, 7), - hvor sylindrene (D1, W12, D2), stemplene (5, 6, 7) og veivakselen (21) er anordnet i det minste i en sylinderbanke (8),- where the cylinders (D1, W12, D2), the pistons (5, 6, 7) and the crankshaft (21) are arranged in at least one cylinder bank (8), - hvor to av sylindrene (D1, D2) omfatter hvert sitt koaksialt anordnet forskyverstempel (5, 7), hver sylinder (D1, D2) omfatter to volumer (1a, 1b, 2a, 2b) adskilt av et forskyverstempel (5, 7), og hvor det ene volumet (1b, 2b) er forbundet med et volum (1c, 2c) i den tredje sylinderen (W12), - hvor de to volumene (1c, 2c) i den tredje sylinderen (W12) er adskilt av et koaksialt anordnet arbeidsstempel (6),- where two of the cylinders (D1, D2) each comprise a coaxially arranged displacement piston (5, 7), each cylinder (D1, D2) comprises two volumes (1a, 1b, 2a, 2b) separated by a displacement piston (5, 7) , and where one volume (1b, 2b) is connected to a volume (1c, 2c) in the third cylinder (W12), - where the two volumes (1c, 2c) in the third cylinder (W12) are separated by a coaxially arranged working piston (6), - hvor hver prosesskrets (1P, 2P) omfatter i det minste et varmevekslerarrangement (1H, 2H), og- where each process circuit (1P, 2P) comprises at least one heat exchanger arrangement (1H, 2H), and - hvor hver varmeveksler (1H, 2H) er i tillegg forbundet med og anordnet mellom de to sylindervolumene (1a, 1b, 2a, 2b).- where each heat exchanger (1H, 2H) is additionally connected to and arranged between the two cylinder volumes (1a, 1b, 2a, 2b). 2. En stirlingmaskin ifølge krav 1, hvor veivakselen (21) er anordnet 90° ± 5° mellom veivbukt (21b) og hver av de to andre veivbuktene (21a, 21c) 2. A Stirling machine according to claim 1, where the crankshaft (21) is arranged 90° ± 5° between the crank bay (21b) and each of the other two crank bays (21a, 21c) 3. En stirlingmaskin ifølge krav 1, omfattende to par av prosesskretser (1P, 2P, 3P, 4P) hvor de 4 prosesskretsene er faseforskjøvet ca 90° ± 5° mellom hver krets3. A stirring machine according to claim 1, comprising two pairs of process circuits (1P, 2P, 3P, 4P) where the 4 process circuits are phase-shifted by approximately 90° ± 5° between each circuit 4. En stirlingmaskin ifølge krav 1 eller krav 2. omfattende:4. A stirring machine according to claim 1 or claim 2, comprising: - fire prosesskretser (1P, 2P, 3P, 4P),- four process circuits (1P, 2P, 3P, 4P), - hvor hvert par av prosesskretsene (1P – 4P) utgjør hver sin sylinderbanke (8, 8 ́) i en V-konfigurasjon.- where each pair of the process circuits (1P – 4P) constitutes its own bank of cylinders (8, 8 ́) in a V-configuration. 5. En stirlingmaskin ifølge krav 4 hvor hver sylinderbanke (8, 8’) er forskjøvet 90° ± 5° i forhold til hverandre.5. A stirring machine according to claim 4 where each cylinder bank (8, 8') is offset by 90° ± 5° in relation to each other. 6. En stirlingmaskin ifølge krav 1 eller krav 2. omfattende:6. A stirring machine according to claim 1 or claim 2, comprising: - fire prosesskretser (1P, 2P, 3P, 4P), og - four process circuits (1P, 2P, 3P, 4P), and - en sylinderbank (8), hvor sylinderbanken (8) er anordnet i en 6-sylindret rekke-konfigurasjon.- a bank of cylinders (8), where the bank of cylinders (8) is arranged in a 6-cylinder in-line configuration. 7. En stirlingmaskin ifølge krav 1, hvor veivstaken (12) til arbeidsstempelet (6) er lengre enn 2 x slaglengden til arbeidsstempelet (6).7. A stirling machine according to claim 1, where the connecting rod (12) of the working piston (6) is longer than 2 x the stroke length of the working piston (6). 8. En stirlingmaskin ifølge krav 1, hvor den oscillerende massen for arbeidsstempelet (6) med tilhørende oscillerende komponenter og oscillerende andel av veivstakemassen, er mellom 1,8 og 2,2 ganger så høy som den oscillerende massen for hvert av forskyverstemplene (5, 7) med tilhørende komponenter og oscillerende andel av veivstakemassen.8. A stirling machine according to claim 1, where the oscillating mass for the working piston (6) with associated oscillating components and oscillating proportion of the connecting rod mass is between 1.8 and 2.2 times as high as the oscillating mass for each of the displacer pistons (5, 7) with associated components and oscillating part of the connecting rod mass. 9. En stirlingmaskin ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvor varmevekslerarrangementet (1H, 2H) omfatter tre varmevekslere, fortrinnsvis en ekspansjonsvarmeveksler (1he, 2he), en regenerator (1hr, 2hr) og en kompresjons-varmeveksler (1hc, 2hc).9. A stirling machine according to any one of the preceding claims, wherein the heat exchanger arrangement (1H, 2H) comprises three heat exchangers, preferably an expansion heat exchanger (1he, 2he), a regenerator (1hr, 2hr) and a compression heat exchanger (1hc, 2hc) ). 10. En stirlingmaskin ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvor plasseringen av varmevekslermodulene (1H, 2H, 3H, 4H) er annordnet og innebygget i sylinderbanken (8, 8’), anordnet delvis innenfor og utenfor sylinderbankene (8, 8’) eller anordnet utenfor sylinderbanken (8, 8’).10. A stirling machine according to any one of the preceding claims, where the location of the heat exchanger modules (1H, 2H, 3H, 4H) is arranged and built into the cylinder bank (8, 8'), arranged partly inside and outside the cylinder banks (8, 8 ') or arranged outside the cylinder bank (8, 8'). 11. En stirlingmaskin ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvor maskinen (0) fortrinnsvis kan benyttes som varmekraftmotor, kryomotor, kjølemaskin eller varmepumpe. 11. A stirling machine according to any one of the preceding claims, where the machine (0) can preferably be used as a thermal power engine, cryomotor, cooling machine or heat pump.
NO20190377A 2019-03-19 2019-03-19 Multi-circuit Stirling machine NO345179B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20190377A NO345179B1 (en) 2019-03-19 2019-03-19 Multi-circuit Stirling machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20190377A NO345179B1 (en) 2019-03-19 2019-03-19 Multi-circuit Stirling machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NO345179B1 true NO345179B1 (en) 2020-10-26

Family

ID=72886171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20190377A NO345179B1 (en) 2019-03-19 2019-03-19 Multi-circuit Stirling machine

Country Status (1)

Country Link
NO (1) NO345179B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023239242A1 (en) * 2022-06-09 2023-12-14 Hoeeg Arne Stirling machine configuration

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2657553A (en) * 1950-10-09 1953-11-03 Hartford Nat Bank & Trust Co Self-driving device for transporting heat from a lower to a higher temperature level
JPS5412062A (en) * 1977-06-28 1979-01-29 Aisin Seiki Co Ltd Constitution of reversible cycle
US4365474A (en) * 1979-06-19 1982-12-28 Cmc Aktiebolag Module for constructing a double-acting four-cylinder Stirling engine
JPH07167514A (en) * 1993-09-10 1995-07-04 Tohoku Electric Power Co Inc Variable phase angle stirling cycle apparatus
WO2014020840A1 (en) * 2012-08-01 2014-02-06 清水 政紀 Stirling engine drive control method and stirling engines

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2657553A (en) * 1950-10-09 1953-11-03 Hartford Nat Bank & Trust Co Self-driving device for transporting heat from a lower to a higher temperature level
JPS5412062A (en) * 1977-06-28 1979-01-29 Aisin Seiki Co Ltd Constitution of reversible cycle
US4365474A (en) * 1979-06-19 1982-12-28 Cmc Aktiebolag Module for constructing a double-acting four-cylinder Stirling engine
JPH07167514A (en) * 1993-09-10 1995-07-04 Tohoku Electric Power Co Inc Variable phase angle stirling cycle apparatus
WO2014020840A1 (en) * 2012-08-01 2014-02-06 清水 政紀 Stirling engine drive control method and stirling engines

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023239242A1 (en) * 2022-06-09 2023-12-14 Hoeeg Arne Stirling machine configuration

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4255929A (en) Hot gas engine with dual crankshafts
US20040025489A1 (en) Fluidic-piston engine
US8820068B2 (en) Linear multi-cylinder stirling cycle machine
US4199945A (en) Method and device for balanced compounding of Stirling cycle machines
JP4638943B2 (en) 4-cycle Stirling engine with two double piston units
Batmaz et al. Design and manufacturing of a V-type Stirling engine with double heaters
KR100862965B1 (en) Heat engine
US5678406A (en) Energy generating system
JP2017508911A (en) Reciprocating engine compressor with built-in Stirling engine
US5983636A (en) Power converter according to the principle of the hot-air engine
NO345179B1 (en) Multi-circuit Stirling machine
US20100186405A1 (en) Heat engine and method of operation
AU2003266179A1 (en) Thermohydrodynamic power amplifier
US4415171A (en) Control system and shaft seal for Stirling cycle machine
WO2012017849A1 (en) External combustion closed-cycle heat engine
US3074229A (en) Hot-gas reciprocating machine and system composed of a plurality of these machines
US20100313559A1 (en) Thermal engine
US5644917A (en) Kinematic stirling engine
AU2018315619A1 (en) Efficient heat recovery engine
US20140290207A1 (en) External combustion engine
JP4342566B2 (en) Heat engine
US8984898B2 (en) Cryogenic refrigerator system with pressure wave generator
JP6626468B2 (en) Stirling engine
EP4286675A1 (en) External combustion engine
Daoud et al. A novel Franchot engine design based on the balanced compounding method

Legal Events

Date Code Title Description
CHAD Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften)

Owner name: HOEGTEMP AS, NO

CHAD Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften)

Owner name: ENERIN AS, NO