SE467837B - ENERGY CONVERTERS WORKING ON STIRLING- ERICSSON OR SIMILAR THERMODYNAMIC CYCLES - Google Patents
ENERGY CONVERTERS WORKING ON STIRLING- ERICSSON OR SIMILAR THERMODYNAMIC CYCLESInfo
- Publication number
- SE467837B SE467837B SE9001225A SE9001225A SE467837B SE 467837 B SE467837 B SE 467837B SE 9001225 A SE9001225 A SE 9001225A SE 9001225 A SE9001225 A SE 9001225A SE 467837 B SE467837 B SE 467837B
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- pressure
- energy converter
- cylinder
- gas
- working gas
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/045—Controlling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/045—Controlling
- F02G1/05—Controlling by varying the rate of flow or quantity of the working gas
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2242/00—Ericsson-type engines having open regenerative cycles controlled by valves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
- F02G2243/02—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having pistons and displacers in the same cylinder
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
- F02G2243/02—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having pistons and displacers in the same cylinder
- F02G2243/04—Crank-connecting-rod drives
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2244/00—Machines having two pistons
- F02G2244/50—Double acting piston machines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2270/00—Constructional features
- F02G2270/85—Crankshafts
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Supply Devices, Intensifiers, Converters, And Telemotors (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
467 857 10 15 20 25 30 35 2 minskas alls eller åtminstone inte i proportion till effektminskningen, varför motorns verkningsgrad väsentligt reduceras. Detta arbetstillstånd med minskad verkningsgrad varar den tid gaspumpen behöver för att pumpa den erfor- derliga mängden arbetsgas tillbaka till tryckbehållaren. 467 857 10 15 20 25 30 35 2 is reduced at all or at least not in proportion to the reduction in power, so that the efficiency of the engine is significantly reduced. This working condition with reduced efficiency lasts the time the gas pump needs to pump the required amount of working gas back to the pressure vessel.
Andra sätt att snabbt sänka effekten på energiom- vandlare förekommer, t ex dödvolymsreglering, dvs in- och urkoppling av biutrymmen vid konstant medeltryck, men de är antingen för långsamma, för komp1icerade.eller behäf- tade med andra begränsningar, inte minst utrymmesmässigt, som gör dem opraktiska att använda. Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en energiomvandlare, som möjliggör snabb reglering av ut- effekten utan att större verkningsgradsförluster uppstår.Other ways of rapidly lowering the power of energy converters exist, such as dead volume control, ie switching on and off of secondary spaces at constant average pressure, but they are either too slow, too complicated or subject to other limitations, not least spatial, such as makes them impractical to use. The object of the invention is to provide an energy converter which enables rapid control of the output without major efficiency losses occurring.
Energiomvandlaren skall dessutom vara enkel till sin kon-_ struktion och skall, om så erfordras, kunna göras mycket kompakt och lätt.The energy converter must also be simple in its construction and, if required, can be made very compact and light.
Detta ändamål uppnås enligt uppfinningen med hjälp av minst en i energiomvandlaren inrymd och med arbetsgas fylld lågtrycksbehållare, i vilken gastrycket väsentligt understiger medeltrycket och vilken har förbindelse dels med gaspumpens inloppssida, dels via ventilen/-rna för styrning av medeltrycksminskningen med energiomvandlarens cylinder/-rar, varvid lågtrycksbehållarens/-nas totala volym är betydligt större än energiomvandlarens slag- volym.This object is achieved according to the invention by means of at least one low-pressure container housed in the energy converter and filled with working gas, in which the gas pressure is substantially below the mean pressure and which is connected partly to the inlet side of the gas pump and via the valve (s) for controlling the mean pressure reduction with the energy converter cylinder , whereby the total volume of the low-pressure tank (s) is significantly larger than the stroke volume of the energy converter.
Genom att enligt uppfinningen koppla in en relativt stor lågtrycksbehållare mellan ventilen för minskning av medeltrycket och gaspumpens inlopp, kan på mycket kort tid stora gasmängder tappas ur energiomvandlarens cylinder/- rar, oberoende av gaspumpens kapacitet. Enda kravet på gaspumpen är att den skall kunna säkerställa att till- räckligt stora tryckskillnader föreligger mellan hög- trycksbehållaren och energiomvandlarens cylinder/-rar respektive mellan cylindern/-rarna och lågtrycksbehålla- ren/-na, vilket i praktiken innebär att man jämfört med teknikens ståndpunkt ofta kan välja en något mindre pump, 10 15 20 25 30 35- 467 837 3 som t ex kan inrymmas i energiomvandlarens vevhus och då kan drivas direkt av energiomvandlarens vevmekanism.By connecting a relatively large low-pressure container between the valve for reducing the average pressure and the inlet of the gas pump according to the invention, large amounts of gas can be drained from the energy converter cylinder / s in a very short time, regardless of the gas pump capacity. The only requirement for the gas pump is that it must be able to ensure that there are sufficiently large pressure differences between the high-pressure tank and the energy converter's cylinder (s) and between the cylinder (s) and the low-pressure tank (s), which in practice means that compared to technology position can often choose a slightly smaller pump, which can for example be accommodated in the crankcase of the energy converter and can then be driven directly by the crank mechanism of the energy converter.
Det mest fördelaktiga arrangemanget åstadkommes om man utnyttjar energiomvandlarens vevhus såsom lågtrycks- behållare, eftersom vevhusets volym i allmänhet har en för ändamålet passande storlek och man alltså inte behöver öka energiomvandlarens dimensioner. Det relativt låga trycket i lågtrycksbehållaren (vevhuset) innebär dessutom att man kan välja en i vikthänseende gynnsam, ringa godstjocklek och att vevmekanismen tack vare den relativt tunna atmosfärenn inte påverkas i nämnvärd grad.The most advantageous arrangement is achieved if the crankcase of the energy converter is used as a low-pressure container, since the volume of the crankcase generally has a size suitable for the purpose and it is therefore not necessary to increase the dimensions of the energy converter. The relatively low pressure in the low-pressure container (crankcase) also means that one can choose a favorable, small wall thickness in terms of weight and that the crank mechanism is not significantly affected due to the relatively thin atmosphere.
Om man önskar minska energiomvandlarens dimensioner ytterligare, anordnas lämpligen även högtrycksbehållaren inuti energiomvandlaren. Vid energiomvandlare med kupol- formig deplacementskolv kan detta åstadkommas genom att deplacementskolven används som högtrycksbehållare.If it is desired to further reduce the dimensions of the energy converter, the high-pressure container is suitably also arranged inside the energy converter. In the case of energy converters with a dome-shaped displacement piston, this can be achieved by using the displacement piston as a high-pressure tank.
Flera behållare eller volymer med dels högt, dels lågt tryck kan arrangeras i modulerade trycksteg med gas- pumpar, som reglerar det inbördes trycket mellan volymer- na. Därvid uppnås fördelen att de ingående volymerna kan trycksättas optimalt med hänsyn till deras hàllfasthet och väggtjocklek, t ex om man i en helkapslad energiomvandlare använder en magnetisk axelkoppling som kräver en tunn mellanvägg mellan den drivande och den drivna enheten, eller med hänsyn till risken för läckage av arbetsgas till omgivningen, t ex om man använder en genomgående rote- rande axel i vevhuset med axeltätning mot omgivningen.Several containers or volumes with both high and low pressure can be arranged in modulated pressure stages with gas pumps, which regulate the mutual pressure between the volumes. This has the advantage that the constituent volumes can be optimally pressurized with regard to their strength and wall thickness, for example if a fully encapsulated energy converter uses a magnetic shaft coupling that requires a thin partition between the driving and the driven unit, or with regard to the risk of leakage. of working gas to the environment, for example if you use a continuously rotating shaft in the crankcase with a shaft seal against the environment.
Uppfinningen kan med fördel användas även för ener- giomvandlare som i sig integrerar dels en Stirlingmotor som drivkälla, dels en värmepump eller kylmaskin av Stirlingtyp som driven enhet. Effekterna i de drivande och drivna enheterna kan moduleras genom att man sörjer för att medelgastrycket i den drivande enheten skiljer sig på lämpligt sätt från medelgastrycket i den drivna enheten, så att önskade effekter uppnås. Samtidigt kan trycket i vevhuset hållas på relativt låg nivå. I vevhuset pumpar en mekaniskt driven gaspump arbetsgas till en högtrycksbe- 467 837 10 15 20 25 30 35 4 behållare, från vilken arbetsgasen snabbt kan fördelas antingen till den drivande eller drivna enheten eller till båda. Alternativt kan arbetstrycket i den drivande eller den drivna enheten snabbt minskas genom att arbetsgas får återgå till vevhuset. På detta sätt kan de båda integre- rade Stirlingenheterna snabbt styras och regleras utan att verkningsgraden på enheterna försämras.The invention can also be used to advantage for energy converters which in themselves integrate a Stirling motor as a drive source, and a heat pump or cooling machine of the Stirling type as a driven unit. The effects in the driving and driven units can be modulated by ensuring that the average gas pressure in the driving unit differs in a suitable manner from the average gas pressure in the driven unit, so that the desired effects are achieved. At the same time, the pressure in the crankcase can be kept at a relatively low level. In the crankcase, a mechanically driven gas pump pumps working gas to a high-pressure container, from which the working gas can be quickly distributed either to the driving or driven unit or to both. Alternatively, the working pressure in the driving or driven unit can be quickly reduced by allowing working gas to return to the crankcase. In this way, the two integrated Stirling units can be quickly controlled and regulated without the efficiency of the units deteriorating.
I en integrerad maskin av ovannämnda typ med en drivande Stirlingmotor och en driven Stirlingvärmepump eller kylmaskin kan även en eller flera elektriska gene- ratorer vara kopplade till vevmekanismen, varvid modu- leringen av medeltrycken i de drivande och drivna enheterna kan bestämmas så att en önskad del av den genererade mekaniska energin används för att generera elström medan resten utnyttjas av värmepumpen eller kylmaskinen. Man kan sålunda på önskat sätt utan verk- ningsförluster styra effektnivåerna i de olika delarna av den integrerade maskinen.In an integrated machine of the above type with a driving Stirling motor and a driven Stirling heat pump or cooling machine, one or more electric generators can also be connected to the crank mechanism, whereby the modulation of the average pressures in the driving and driven units can be determined so that a desired part of the generated mechanical energy is used to generate electricity while the rest is used by the heat pump or cooling machine. You can thus control the power levels in the various parts of the integrated machine in the desired way without loss of efficiency.
Såsom nämnts är.det en fördel med uppfinningen att man hos helkapslade energiomvandlare, som arbetar enligt Stirling-, Ericsson- eller liknande termodynamiska cykler, i syfte att minska energiomvandlarens vikt kan reducera godstjockleken i väggarna till de utrymmen där lågt gastryck föreligger. När energiomvandlaren stängs av, pumpas då först arbetsgas från lågtrycksbehållaren till högtrycksbehållaren så att det utjämnade gastrycket i resten av energiomvandlaren inte överstiger det nominella arbetstrycket i t ex vevhuset och andra lågtrycksutrymmen.As mentioned, it is an advantage of the invention that in fully encapsulated energy converters operating according to Stirling, Ericsson or similar thermodynamic cycles, in order to reduce the weight of the energy converter, the wall thickness in the walls can be reduced to the spaces where there is low gas pressure. When the energy converter is switched off, working gas is first pumped from the low-pressure tank to the high-pressure tank so that the equalized gas pressure in the rest of the energy converter does not exceed the nominal working pressure in, for example, the crankcase and other low-pressure spaces.
Vid start av energiomvandlaren tillförs arbetsgas till cylindern, så att ett lämpligt starttryck uppnås.When starting the energy converter, working gas is supplied to the cylinder, so that a suitable starting pressure is achieved.
Den på området kända tekniken och föredragna ut- föringsformer av uppfinningen beskrivs närmare i det följande med hänvisning till bifogade ritningar.The art known in the art and preferred embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the accompanying drawings.
Fig 1 visar schematiskt en känd energiomvandlare med medeltrycksreglering. 10 15 20 25 30 35 467 837 5 Fig 2 visar schematiskt en encylindrig Stirlingmotor med medeltrycksreglering enligt uppfinningen.Fig. 1 schematically shows a known energy converter with medium pressure control. Fig. 2 schematically shows a single-cylinder Stirling engine with medium pressure control according to the invention.
Fig 3 visar schematiskt en fyrcylindrig dubbelver- kande Stirlingmotor med medeltrycksreglering enligt upp- finningen.Fig. 3 schematically shows a four-cylinder double-acting Stirling engine with medium pressure control according to the invention.
Fig 4 visar schematiskt en dubbelverkande fyrcylind- rig Stirlingmotor, som är kopplad både till en dubbel- verkande fyrcylindrig värmepump, som också arbetar enligt Stirlingcykeln, och till integrerade elgeneratorer, varvid både Stirlingsmotorn och värmepumpen medeltrycksregleras enligt uppfinningen.Fig. 4 schematically shows a double-acting four-cylinder Stirling engine, which is connected both to a double-acting four-cylinder heat pump, which also operates according to the Stirling cycle, and to integrated electricity generators, whereby both the Stirling engine and the heat pump are medium pressure regulated according to the invention.
Den gängse kända effektregleringen med s k kortslut-_ ningsventil visas i fig 1. I cylindern 101 pá en encylind- rig Stirlingmotor flyttar deplacementskolven 102 arbets- gasen från den varma övre delen av cylindern förbi vär- maren 103, i vilken värme tillföres motorn från en extern energikälla, t ex en brännkammare. I regeneratorn 104 ackumuleras den tillförda värmen, så att den kan utnyttjas i rätt ögonblick i den termodynamiska cykeln. Kylaren 105 bortför värme, som inte omvandlats till tryckenergi och mekanisk energi, med hjälp av arbetskolven 106, som på sin övre del påverkas av det varierande gastrycket och pà sin undre del pâverkas av trycket i bufferten 107, vars tryck bestäms av en backventil 108. I det visade fallet härskar i bufferten ett tryck som ligger nära cykelns maximal- tryck.The common known power control with a so-called short-circuit valve is shown in Fig. 1. In the cylinder 101 of a single-cylinder Stirling engine, the displacement piston 102 moves the working gas from the hot upper part of the cylinder past the heater 103, in which heat is supplied to the engine from a external energy source, such as a combustion chamber. In the regenerator 104, the supplied heat accumulates, so that it can be utilized at the right moment in the thermodynamic cycle. The cooler 105 removes heat, which is not converted to pressure energy and mechanical energy, by means of the working piston 106, which on its upper part is affected by the varying gas pressure and on its lower part is affected by the pressure in the buffer 107, whose pressure is determined by a non-return valve 108. In the case shown, a pressure prevails in the buffer that is close to the maximum pressure of the bicycle.
För att vid ett givet motorvarvtal öka motorns effekt tillföres arbetsgas fràn högtrycksbehàllaren 109 genom öppning av en ventil 110, så att motorns medeltryck snabbt stiger och därmed även motoreffekten snabbt ökar.In order to increase the engine power at a given engine speed, working gas is supplied from the high-pressure tank 109 by opening a valve 110, so that the average pressure of the engine rises rapidly and thus the engine power also increases rapidly.
För att minska effekten vid ett givet motorvarvtal öppnas en ventil lll, och en gaspump 112 pumpar i en takt som bestäms av dess kapacitet arbetsgas tillbaka till -högtrycksbehàllaren 109. Detta förlopp är emellertid långsamt, ca 10-30 sek i bästa fall, och otillfredsstäl- lande i många användningar. Därför finns en s k kort- slutningsventil 113, som snabbt utjämnar tryckskillnaderna 467 ß37 . 10 15 20 25 30 35 6 över arbetskolven och därmed snabbt sänker motorns effekt.To reduce the power at a given engine speed, a valve III is opened, and a gas pump 112 pumps at a rate determined by its capacity working gas back to the high pressure vessel 109. However, this process is slow, about 10-30 seconds at best, and unsatisfactory. in many uses. Therefore, there is a so-called short-circuit valve 113, which quickly equalizes the pressure differences 467 ß37. 10 15 20 25 30 35 6 over the work piston and thus quickly lowers the engine power.
Under den tid som kortslutningsventilen 113 är öppen måste en bränsle- och energimängd tillföras motorn motsvarande den högre utgångseffekten. Först när gaspumpen pumpat tillbaka en tillräcklig mängd arbetsgas till högtrycksbe- hàllaren 109 kan den tillförda bränsle- och energimängden minskas. Vid användning av motorn med många snabba effekt- minskningar och därmed ofta förekommande användning av kortslutningsventilen 113, kommer motorns bränsleförbruk- ning bli ogynnsamt hög.During the time that the short-circuit valve 113 is open, a quantity of fuel and energy must be supplied to the engine corresponding to the higher output power. Only when the gas pump has pumped back a sufficient amount of working gas to the high-pressure tank 109 can the amount of fuel and energy supplied be reduced. When using the engine with many rapid power reductions and thus frequent use of the short-circuit valve 113, the engine's fuel consumption will be unfavorably high.
I fig 2 visas en encylindrig Stirlingmotor 201 med en brännkammare 202 och en luftförvärmare 203. Den vid förbränningen genererade värmen tillföres motorn i en värmare 203. Värme lagras i en regenerator 205, och värme, som inte omvandlas till tryckenergi eller mekanisk energi, avledes i en kylare 206. En deplacementskolv 207 flyttar arbetsgasen från en varm del av motorn till en kall och vice versa, varvid en tryckvariation uppstår på undersidan av arbetskolven 208. I ett buffertutrymme 209 råder gas- medeltryck med endast små variationer, eftersom buffert- volymen är väsentligt större än motorns slagvolym. Tryck- skillnaden över arbetskolven driver en mekanism 210 i vevhuset 211, i vilket ett väsentligt lägre gastryck råder än i bufferten 209. Vevmekanismen 210 driver två mot- roterande elgeneratorer 212, som är hermetiskt inneslutna i vevhuset. Endast en elkabel, som levererar den nyttiga elektriska effekten, står i förbindelse med omgivningen.Fig. 2 shows a single-cylinder Stirling engine 201 with a combustion chamber 202 and an air preheater 203. The heat generated during combustion is supplied to the engine in a heater 203. Heat is stored in a regenerator 205, and heat which is not converted to pressure energy or mechanical energy is dissipated in a cooler 206. A displacement piston 207 moves the working gas from a hot part of the engine to a cold and vice versa, a pressure variation occurring on the underside of the working piston 208. In a buffer space 209 there is a mean gas pressure with only small variations, since the buffer volume is significantly greater than the engine displacement. The pressure difference across the working piston drives a mechanism 210 in the crankcase 211, in which a substantially lower gas pressure prevails than in the buffer 209. The crank mechanism 210 drives two counter-rotating electric generators 212, which are hermetically enclosed in the crankcase. Only one power cable, which delivers the beneficial electrical power, is connected to the environment.
Vevmekanismen driver också en gaspump 213, som pumpar arbetsgas från vevhuset till en högtrycksflaska 214.The crank mechanism also drives a gas pump 213, which pumps working gas from the crankcase to a high pressure cylinder 214.
Medelst en ventil 215 kan snabbt arbetsgas tillföras till motorns cylinder, så att motorns effekt snabbt ökar. På samma sätt kan en ventil 216 öppnas, så att arbetsgas snabbt avlägsnas från motorns cylinder, varvid motorns effekt snabbt minskar. På detta sätt kan motorns effekt snabbt ändras på önskat sätt med bibehållande av verk- ningsgraden och således utan ökning av bränsleförbruk- ningen. 10 15 20 25 30 35 467 837 _7 I fig 3 visas motsvarande funktion för en fyrcylind- rig dubbelverkande Stirlingmotor 301, som har en brännkam- mare 302, vilken är gemensam för alla fyra cylindrar, vär- marrör 303, vilka är anordnade i en cirkel runt förbrän- ningszonen, regeneratorer 304, kylare 305 och kolvar 306, en i varje cylinder. Cylindrarna är anordnade i rad och sammanbundna med värmeväxlarna enligt den kända dubel- verkande Stirlingprincipen. Kolvarnas rörelse överföres till rotation via ok 307 medelst två motroterande vevaxlar 308, som är inneslutna i vevhuset 309. Vevaxlarna 308 är inbördes synkroniserade medelst kugghjul 310. Dessutom är varje vevaxel kopplad till en i vevhuset integrerad, roterande elgenerator 311.By means of a valve 215, working gas can be quickly supplied to the engine cylinder, so that the engine power increases rapidly. In the same way, a valve 216 can be opened, so that working gas is quickly removed from the engine cylinder, whereby the engine power is rapidly reduced. In this way, the engine power can be changed quickly in the desired way while maintaining the efficiency and thus without increasing the fuel consumption. Fig. 3 shows the corresponding function of a four-cylinder double-acting Stirling engine 301, which has a combustion chamber 302, which is common to all four cylinders, heating pipes 303, which are arranged in a circle around the combustion zone, regenerators 304, radiators 305 and pistons 306, one in each cylinder. The cylinders are arranged in a row and connected to the heat exchangers according to the known double-acting Stirling principle. The movement of the pistons is transmitted to rotation via the yoke 307 by means of two counter-rotating crankshafts 308, which are enclosed in the crankcase 309. The crankshafts 308 are mutually synchronized by means of gears 310. In addition, each crankshaft is connected to a rotating electric generator 311 integrated in the crankcase.
Effektregleringen av motorn utföres vid behov av ökad effekt genom att arbetsgas tillföres förbindelseledningen 312 i motorn mellan kylaren 305 och det kalla utrymmet under kolven 306 genom öppning av en ventil 313, så att arbetsgas med högt tryck strömmar frán en högtrycksflaska 314. Gas pumpas kontinuerligt från motorns vevhus 309 till högtrycksflaskan 314 med hjälp av fyra gaspumpar 315, en för varje cylinder, varvid pumparna är inbyggda i vevhuset och drives direkt av kolvstängerna 316. Vid minskat effektbehov tappas arbetsgas från motorn via en ventil 317 till vevhuset, i vilket tack vare gaspumparna 315 ett väsentligt lägre tryck föreligger än medelgastrycket i motorn. På så sätt kan motorns effekt snabbt ökas och minskas med hjälp av ventilerna 313 och 317, vilka står i förbindelse med samtliga fyra cylindrar i motorn, så att dessa regleras på samma sätt. vevhuset 309 kan alternativt vara hermetiskt slutet med integrerade elgeneratorer, vara kopplat genom magnetiska kopplingar pà vevaxlarna till yttre drivna anordningar eller vara försett med i vevhusväggen anordnade, avtätade axelgenomföringar.The power control of the engine is performed in case of need for increased power by supplying working gas to the connecting line 312 in the engine between the radiator 305 and the cold space under the piston 306 by opening a valve 313, so that high pressure working gas flows from a high pressure bottle 314. Gas is continuously pumped from the engine crankcase 309 to the high pressure cylinder 314 by means of four gas pumps 315, one for each cylinder, the pumps being built into the crankcase and driven directly by the piston rods 316. At reduced power demand, working gas is drained from the engine via a valve 317 to the crankcase, in which 315 a significantly lower pressure is present than the average gas pressure in the engine. In this way, the engine power can be quickly increased and decreased by means of the valves 313 and 317, which are connected to all four cylinders in the engine, so that these are regulated in the same way. the crankcase 309 may alternatively be hermetically sealed with integrated electric generators, be connected by magnetic couplings on the crankshafts to externally driven devices or be provided with sealed shaft bushings arranged in the crankcase wall.
I fig 4 demonstreras uppfinningen med hjälp av en dubbelverkande, fyrcylindrig Stirlingmotor 401, som via kolvstänger 402 och en vevmekanism 403 driver en dub- belverkande, fyrcylindrig värmepump 404, som arbetar' 467 857 10 15 20 25 30 35 8 enligt Stirlingcykeln. Vevaxlarna 405 är samtidigt kopplade till var sin roterande elgenerator 406, vilka är integrerade i vevhuset. I värmepumpen finns en värmeupp- § tagande värmeväxlare 407, en värmeavgivande värmeväxlare 408 och en regenerator 409.In Fig. 4, the invention is demonstrated by means of a double-acting, four-cylinder Stirling engine 401, which via piston rods 402 and a crank mechanism 403 drives a double-acting, four-cylinder heat pump 404, which operates according to the Stirling cycle. The crankshafts 405 are simultaneously connected to a rotating electric generator 406, which are integrated in the crankcase. The heat pump has a heat-absorbing heat exchanger 407, a heat-emitting heat exchanger 408 and a regenerator 409.
Värmeväxlande medium cirkulerar i värmeväxlaren 407 genom ett inlopp 410 och ett utlopp 411. Pá samma sätt har värmeväxlarna 408 ett inlopp 412 och ett utlopp 413 för ett värmeväxlande medium. Med hjälp av högtrycksflaskan 414 kan Stirlingmotorn med sina fyra cylindrar trycksättas via ventilen 415, medan Stirlingvärmepumpen med likaledes fyra cylindrar kan trycksättas via ventilen 416. I vev- huset 417 råder väsentligt lägre tryck än i de båda Stirlingcyklerna, tack vare att fyra gaspumpar 418a, b, c, d, en för varje cylinder, pumpar arbetsgas till högtrycks- behållaren. Stirlingmotorns och Stirlingvärmepumpens effekt kan på detta sätt individuellt ökas genom tillför- sel av arbetsgas. De bada energiomvandlarnas effekt mins- kas pà analogt sätt genom att arbetsgas fràn cyklerna avtappas till vevhuset via ventilen 419 för motorn och ventilen 420 för värmepumpen. De till vevaxlarna kopplad elgeneratorerna kan fås att leverera mer eller mindre elström beroende på hur motorns och värmepumpens effekter regleras.Heat exchanging medium circulates in the heat exchanger 407 through an inlet 410 and an outlet 411. Similarly, the heat exchangers 408 have an inlet 412 and an outlet 413 for a heat exchanging medium. With the help of the high-pressure cylinder 414, the Stirling engine with its four cylinders can be pressurized via the valve 415, while the Stirling heat pump with also four cylinders can be pressurized via the valve 416. In the crankcase 417 there is significantly lower pressure than in the two Stirling cycles, thanks to four gas pumps 418 b, c, d, one for each cylinder, pumps working gas to the high pressure tank. The power of the Stirling engine and the Stirling heat pump can be increased individually in this way by supplying working gas. The power of both energy converters is reduced in an analogous manner by draining working gas from the cycles to the crankcase via the valve 419 for the engine and the valve 420 for the heat pump. The electric generators connected to the crankshafts can be made to supply more or less electric current depending on how the effects of the motor and the heat pump are regulated.
Värmepumpen i fig 4 kan alternativt fungera som kyl- maskin, där kylmediet strömmar genom värmeväxlaren 407 via in- och utloppen 410 och 411.The heat pump in Fig. 4 can alternatively function as a cooling machine, where the cooling medium flows through the heat exchanger 407 via the inlets and outlets 410 and 411.
De i fig 2-4 visade exemplen utgör endast nâgra av de möjligheter till energiomvandlare som arbetar enligt Stirling-, Ericsson- eller liknande termodynamiska cykler och som kan effektregleras genom modulerad medeltrycks- reglering enligt uppfinningen. Det är också möjligt att använda tvà eller flera trycknivàer i làgtrycksdelen, t ex ° genom att låta vevhuset arbeta på en lágtrycksnivà och el- generatorhuset eller -husen på en annan làgtrycksnivá under förutsättning att flera uppsättningar gaspumpar och ventiler används. Likaledes kan flera högtrycksnivàer an- 10 15 20 25 30 35 467 837 9 ordnas, t ex en nivå i deplacementskolvens inre, som kopplas till gaspumpen genom en rörformad kolvstáng, och en annan nivå i en extern högtrycksflaska.The examples shown in Figures 2-4 constitute only some of the possibilities for energy converters which operate according to Stirling, Ericsson or similar thermodynamic cycles and which can be power-regulated by modulated average pressure control according to the invention. It is also possible to use two or more pressure levels in the low pressure part, for example by letting the crankcase operate at a low pressure level and the electric generator housing or housings at another low pressure level, provided that several sets of gas pumps and valves are used. Likewise, several high pressure levels can be provided, for example a level in the interior of the displacement piston, which is connected to the gas pump through a tubular piston rod, and another level in an external high pressure bottle.
Claims (4)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9001225A SE467837B (en) | 1990-04-03 | 1990-04-03 | ENERGY CONVERTERS WORKING ON STIRLING- ERICSSON OR SIMILAR THERMODYNAMIC CYCLES |
PCT/SE1991/000242 WO1991015672A1 (en) | 1990-04-03 | 1991-04-02 | Power control system for energy converter operating according to the stirling, ericsson or similar thermodynamic cycles |
AU76599/91A AU7659991A (en) | 1990-04-03 | 1991-04-02 | Power control system for energy converter operating according to the stirling, ericsson or similar thermodynamic cycles |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9001225A SE467837B (en) | 1990-04-03 | 1990-04-03 | ENERGY CONVERTERS WORKING ON STIRLING- ERICSSON OR SIMILAR THERMODYNAMIC CYCLES |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE9001225D0 SE9001225D0 (en) | 1990-04-03 |
SE9001225L SE9001225L (en) | 1991-10-04 |
SE467837B true SE467837B (en) | 1992-09-21 |
Family
ID=20379088
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE9001225A SE467837B (en) | 1990-04-03 | 1990-04-03 | ENERGY CONVERTERS WORKING ON STIRLING- ERICSSON OR SIMILAR THERMODYNAMIC CYCLES |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU7659991A (en) |
SE (1) | SE467837B (en) |
WO (1) | WO1991015672A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998054458A1 (en) * | 1997-05-30 | 1998-12-03 | Rein Tigane | Thermal machine |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6530237B2 (en) | 2001-04-02 | 2003-03-11 | Helix Technology Corporation | Refrigeration system pressure control using a gas volume |
AT507614A1 (en) | 2008-11-19 | 2010-06-15 | Frauscher Josef | STIRLING MACHINE |
JP6626468B2 (en) * | 2017-03-15 | 2019-12-25 | ヤンマー株式会社 | Stirling engine |
-
1990
- 1990-04-03 SE SE9001225A patent/SE467837B/en not_active IP Right Cessation
-
1991
- 1991-04-02 AU AU76599/91A patent/AU7659991A/en not_active Abandoned
- 1991-04-02 WO PCT/SE1991/000242 patent/WO1991015672A1/en unknown
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998054458A1 (en) * | 1997-05-30 | 1998-12-03 | Rein Tigane | Thermal machine |
US6314731B1 (en) | 1997-05-30 | 2001-11-13 | Rein Tigane | Thermal machine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU7659991A (en) | 1991-10-30 |
SE9001225L (en) | 1991-10-04 |
SE9001225D0 (en) | 1990-04-03 |
WO1991015672A1 (en) | 1991-10-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6568169B2 (en) | Fluidic-piston engine | |
EP0920572B1 (en) | Thermal hydraulic engine | |
US4235077A (en) | Combination engine | |
US20110131966A1 (en) | Systems and methods for compressed-gas energy storage using coupled cylinder assemblies | |
US20130269330A1 (en) | Systems and methods for energy storage and recovery using gas expansion and compression | |
SE463375B (en) | STROEMALSTRING Aggregate, PICTURED BY SPECIAL DESIGN OF A HOT GAS ENGINE | |
US8938942B2 (en) | External-combustion, closed-cycle thermal engine | |
US4306414A (en) | Method of performing work | |
US3869857A (en) | Thermal power plant | |
US6192683B1 (en) | Device for converting thermal energy into electrical energy | |
US20050268607A1 (en) | Thermohydrodynamic power amplifier | |
US4815290A (en) | Heat recovery system | |
JP3692506B2 (en) | Free piston regenerative Stirling engine | |
SE467837B (en) | ENERGY CONVERTERS WORKING ON STIRLING- ERICSSON OR SIMILAR THERMODYNAMIC CYCLES | |
CA2518280C (en) | Improved heat engine with hydraulic output | |
JP5525371B2 (en) | External combustion type closed cycle heat engine | |
EP0162868B1 (en) | Stirling cycle engine and heat pump | |
US5878571A (en) | Device for amplifying the output of a driven machine | |
EP0055769A1 (en) | Stirling engine. | |
EP1116872A1 (en) | Thermal-energy conversion device | |
US9541027B2 (en) | System and method for recovering waste heat | |
Dros | An industrial gas refrigerating machine with hydraulic piston drive | |
NO345179B1 (en) | Multi-circuit Stirling machine | |
CN109555639B (en) | Liquid external combustion engine | |
RU2811880C2 (en) | Hybrid compressor and boiler for heat supply/output containing such hybrid compressor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NAL | Patent in force |
Ref document number: 9001225-3 Format of ref document f/p: F |
|
NUG | Patent has lapsed |
Ref document number: 9001225-3 Format of ref document f/p: F |