SK1812022U1 - Stirling engine - Google Patents

Stirling engine Download PDF

Info

Publication number
SK1812022U1
SK1812022U1 SK181-2022U SK1812022U SK1812022U1 SK 1812022 U1 SK1812022 U1 SK 1812022U1 SK 1812022 U SK1812022 U SK 1812022U SK 1812022 U1 SK1812022 U1 SK 1812022U1
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
piston
cylinder
pistons
stirling engine
way
Prior art date
Application number
SK181-2022U
Other languages
Slovak (sk)
Other versions
SK9783Y1 (en
Inventor
Oto Mušálek
Original Assignee
Oto Mušálek
Mučka Jiří
Sirý René
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 Oto Mušálek, Mučka Jiří, Sirý René filed Critical Oto Mušálek
Publication of SK1812022U1 publication Critical patent/SK1812022U1/en
Publication of SK9783Y1 publication Critical patent/SK9783Y1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B1/00Reciprocating-piston machines or engines characterised by number or relative disposition of cylinders or by being built-up from separate cylinder-crankcase elements
    • F01B1/02Reciprocating-piston machines or engines characterised by number or relative disposition of cylinders or by being built-up from separate cylinder-crankcase elements with cylinders all in one line
    • 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
    • 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
    • F02G1/055Heaters or coolers
    • 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
    • F02G2244/00Machines having two pistons
    • F02G2244/02Single-acting two piston 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
    • F02G2270/00Constructional features
    • F02G2270/40Piston assemblies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

Cylinders (3, 4) of the engine comprise a piston (1, 2) with a recess (12) where a heat exchanger (10, 11) is situated. The heat exchanger (10) of the first cylinder (3) is connected to a heater (5)​, the heat exchanger (11) of the second cylinder (4) is connected to a cooler (6)​. From both cylinders (3, 4)​, a two-way passage (9) and a one-way outlet (13) are conducted to a regenerator (8) situated in a connecting channel (7)​. Heat exchangers (10, 11) are attached to the heads of the cylinders (3, 4)​, and are provided with a through-opening (17) through which a pin (15) formed on the piston (1, 2) passes. When the piston (1, 2) is in the top dead centre, the pin (15) closes the two-way passage (9)​, and the body of the piston (1, 2) closes the one-way outlet (13)​. The heat exchangers (10, 11) are preferably lamellar provided with a fluid circuit. Pistons (1, 2) are parallel, preferably connected to a cam mechanism of the stroke-drop-delay type.

Description

Oblasť technikyThe field of technology

Technické riešenie sa týka nového konštrukčného riešenia Stirlingovho motora typu a umožňujúceho dosiahnutie vyššej účinnosti, najmä na využitie v energetike.The technical solution refers to a new design solution for the Stirling engine of type A, enabling the achievement of higher efficiency, especially for use in the energy sector.

Doterajší stav technikyCurrent state of the art

Klasický Stirlingov motor typu a je dvojvalcový teplovzdušný motor. Jeho konštrukciu opisuje napríklad Wikipédia. Stirlingov motor je tu opísaný ako spaľovací motor s vonkajším spaľovaním, pracujúci s cyklickým stláčaním a expanziou pracovného plynu. Tento motor má dva pracovné piesty v oddelených valcoch, každý so svojim piestom. Jeden je teplý valec, nazývaný aj ako expanzný valec, tento valec je pripojený na zvonku valca situovaný ohrievač. Druhý je studený valec, nazývaný aj ako kompresný valec, ten je pripojený na zvonku valca situovaný chladič. Pomocou piestov dochádza k stláčaniu pracovného plynu pri nízkej teplote a expanzii pri vysokej teplote. Pracovný plyn je presúvaný z teplého valca do studeného a naopak cez regenerátor, ktorý je zapojený medzi valcami. Prepojenie medzi valcami je zaistené pomocou prepojovacieho kanála s obojsmerným priechodom do pracovného priestoru valcov. Regenerátor je tepelný výmenník, ktorý uschováva tepelnú energiu v čase medzi expanziou a kompresiou pracovného plynu. Regenerátor môže tvoriť výplň umiestnenú v prepojovacom kanáli medzi valcami, alebo prípadne je v obojsmernom prepojovacom kanáli medzi valcami zapojený individuálny regenerátor vhodného typu. V teplom valci plyn expanduje pri vysokej teplote ohrievača. V studenom valci sa plyn stláča pri nízkej teplote chladiča. Piesty sú vybavené pohybovým mechanizmom, ktorým je obvykle kľukový hriadeľ. Piesty sú voči sebe v uhle, bežne 90°. Ide o motor s uzavretým obehom, v ktorom prebieha transformácia tepelnej energie na mechanickú prácu.The classical Stirling engine type a is a two-cylinder hot air engine. Its construction is described, for example, by Wikipedia. The Stirling engine is described here as an external combustion engine operating with cyclic compression and expansion of the working gas. This engine has two working pistons in separate cylinders, each with its own piston. One is a warm cylinder, also called an expansion cylinder, this cylinder is connected to a heater located on the outside of the cylinder. The second is a cold cylinder, also called a compression cylinder, it is connected to a cooler located on the outside of the cylinder. With the help of pistons, the working gas is compressed at low temperature and expanded at high temperature. The working gas is moved from the warm cylinder to the cold one and vice versa through the regenerator, which is connected between the cylinders. The connection between the cylinders is ensured by means of a connecting channel with a two-way passage into the working space of the cylinders. The regenerator is a heat exchanger that stores thermal energy in the time between expansion and compression of the working gas. The regenerator can form a filling located in the connecting channel between the cylinders, or alternatively, an individual regenerator of a suitable type is connected in the two-way connecting channel between the cylinders. In the hot cylinder, the gas expands at the high temperature of the heater. In the cold cylinder, the gas is compressed at the low temperature of the radiator. Pistons are equipped with a movement mechanism, which is usually a crankshaft. The pistons are at an angle to each other, usually 90°. It is an engine with a closed circuit, in which the transformation of thermal energy into mechanical work takes place.

Príkladom iného konštrukčného riešenia Stirlingovho motora typu a je motor podľa CZ PV 2002-2455. Tu sú opísané dva piesty, ktoré sú voči sebe v ostrom uhle, tieto piesty sú spojené pomocou Hookovho kĺbu nastaveného v tupom uhle, väčšom ako 120° a menšom ako 180°. Valce piestov sú tu prepojené jednoduchým spojovacím potrubím. Regenerátor a chladič sú umiestnené mimo spojovacieho potrubia, na kanáli tvorenom tzv. vyrovnávacím potrubím, ktoré má vstup a výstup do studeného valca. Vstupy a výstupy do/z prepojovacieho potrubia sú uskutočnené obojsmernými priechodmi. Tepelný výmenník tvorí jednak nahrievacia komora, usporiadaná tak, ako koncová časť valca nad chladeným, studeným piestom, ako aj spojovacie potrubie.An example of another design solution of a type a Stirling engine is the engine according to CZ PV 2002-2455. Two pistons are described here which are at an acute angle to each other, these pistons are connected by means of a Hook joint set at an obtuse angle greater than 120° and less than 180°. The piston cylinders are connected here by a simple connecting pipe. The regenerator and cooler are located outside the connecting pipe, on the channel formed by the so-called through the equalizing pipe, which has an inlet and outlet to the cold cylinder. Inputs and outputs to/from the connecting pipe are made through two-way passages. The heat exchanger consists of both a heating chamber, arranged as the end part of the cylinder above a cooled, cold piston, and a connecting pipe.

Pri všetkých známych typoch Stirlingovho motora majú piesty podobu jednoduchého plného telesa v tvare zodpovedajúcom tvaru piestnice, v ktorej je piest umiestnený, pričom piest má rovné čelo aj dno. V terminológii daného odboru sa spravidla používa pre piestnicu Stirlingovho motora názov valec, hoci má niekedy piestnica iný tvar, napríklad ako nádoba s prierezom oválu alebo pravidelného mnohohranu. Tomu potom zodpovedá aj tvar piestu, ktorého teleso je valec, hranol, osemsten a podobne.In all known types of Stirling engine, the pistons have the form of a simple solid body in a shape corresponding to the shape of the piston in which the piston is located, while the piston has a straight face and bottom. In the terminology of the field, the name cylinder is usually used for the piston rod of the Stirling engine, although sometimes the piston rod has a different shape, for example, as a vessel with a cross section of an oval or a regular polygon. The shape of the piston, whose body is a cylinder, prism, octahedron, etc., corresponds to this.

Stirlingov motor typu alfa je významný svojou účinnosťou. V súčasnosti zvyšuje jeho význam možnosť použitia alternatívnych a obnoviteľných zdrojov energie. Problémom pri týchto zariadeniach je mŕtvy priestor piestov, ktorý znižuje dosahovanú účinnosť.The alpha Stirling engine is notable for its efficiency. Currently, the possibility of using alternative and renewable energy sources is increasing its importance. The problem with these devices is the dead space of the pistons, which reduces the efficiency achieved.

Nevýhodou v súčasnosti známych Stirlingových motorov typu alfa je, že neumožňujú dosahovať ideálny cyklus, čo sa týka účinnosti. Nad piestami vzniká dočasne mŕtvy priestor spôsobujúci znížený kompresný pomer piestov. Sú používané niektoré typy regenerátorov s relatívne nízkou teplovýmennou plochou. Dráha pracovného plynu je pomerne dlhá. Teplovýmenné plochy, na ktorých sa vykonáva ohrev alebo chladenie pracovného plynu, sú relatívne malé. Ďalšou nevýhodou je, že zdroj tepla nemôže byť vzdialený od motora. Motor môže byť pripojený iba k jednému zdroju tepla. Nie je možná regulácia pomocou cyklického privierania expanzného a kompresného priestoru, alebo jednosmerným prúdením pracovného plynu.The disadvantage of currently known alpha type Stirling engines is that they do not allow achieving an ideal cycle in terms of efficiency. A temporary dead space is formed above the pistons, causing a reduced compression ratio of the pistons. Some types of regenerators with a relatively low heat exchange surface are used. The path of the working gas is relatively long. The heat exchange surfaces on which the working gas is heated or cooled are relatively small. Another disadvantage is that the heat source cannot be far from the engine. The motor can only be connected to one heat source. It is not possible to regulate by means of cyclical closing of the expansion and compression space, or unidirectional flow of the working gas.

Podstata technického riešeniaThe essence of the technical solution

Vyššie uvedené nevýhody odstraňuje v značnej miere technické riešenie. Technické riešenie podstatne vylepšuje a upravuje konštrukčne Stirlingov motor typu alfa, zahŕňajúci dva piesty pohyblivé každý v jednom valci, regenerátor, ohrievač ako zdroj tepelnej energie mimo valca a chladič ako odberné miesto tepelnej energie mimo valca. Ohrievač aj chladič sa nachádzajú mimo valcov a regenerátor sa nachádza v prepojovacom kanáli, ktorý prepája pracovný priestor prvého valca s pracovným priestorom druhého valca, pričom prepojovací kanál je k pracovnému priestoru valcov pripojený prostredníctvom obojsmerných priechodov. Podstatou nového riešenia je, že oba piesty sú vybavené aspoň jedným vybraním, pričom kThe above-mentioned disadvantages are largely eliminated by the technical solution. The technical solution significantly improves and modifies the design of the Stirling engine of the alpha type, including two movable pistons each in one cylinder, a regenerator, a heater as a source of thermal energy outside the cylinder and a cooler as a place of absorption of thermal energy outside the cylinder. Both the heater and the cooler are located outside the cylinders and the regenerator is located in the connecting channel that connects the working space of the first cylinder with the working space of the second cylinder, the connecting channel being connected to the working space of the cylinders through two-way passages. The essence of the new solution is that both pistons are equipped with at least one recess, while k

SK 181-2022 U1 ohrievaču je pripojený prvý tepelný výmenník a k chladiču je pripojený druhý tepelný výmenník, kde tieto tepelné výmenníky, resp. ich teplovýmenné plochy, sa nachádzajú v pracovnom priestore valcov a svojim tvarom a rozmermi aj umiestnením zodpovedajú vybraniu tak, že aspoň sčasti zapadajú do vybrania piestov. Prvý tepelný výmenník zapadá do vybrania piestu v prvom valci a druhý tepelný výmenník zapadá do vybrania piestu v druhom valci.SK 181-2022 U1 the first heat exchanger is connected to the heater and the second heat exchanger is connected to the cooler, where these heat exchangers, or their heat exchange surfaces are located in the working space of the cylinders and their shape and dimensions, as well as their location, correspond to the recess so that they at least partially fit into the recess of the pistons. The first heat exchanger fits into the piston recess in the first cylinder and the second heat exchanger fits into the piston recess in the second cylinder.

Výhodne je z pracovného priestoru každého valca vyvedený jednosmerný vývod do regenerátora. Jednosmerné vývody sú vyvedené z pracovného priestoru valcov, vždy na inom mieste, než do pracovného priestoru ústi obojsmerný priechod.Advantageously, a one-way outlet to the regenerator is led from the working area of each cylinder. One-way outlets are taken out of the working space of the cylinders, always in a different place than the two-way passage that opens into the working space.

Jednosmerný vývod je výhodne vybavený jednosmerným uzáverom v mieste výstupu z valca.The one-way outlet is preferably equipped with a one-way cap at the point of exit from the cylinder.

Výhodne telo piestov zahŕňa tŕň, ktorý uzatvára obojsmerný priechod z valca tohto piestu do prepojovacieho kanála, a to pri polohe piestu, pri ktorej sa piest nachádza v hornom úvrate. Obojsmerný priechod je v tom prípade situovaný nad tŕňom. Rozmery, tvar i poloha tŕňa sú zvolené tak, že pri polohe piestu v hornom úvrate tŕň na obojsmerný priechod tesne dosadá a uzatvára obojsmerný priechod.Advantageously, the piston body includes a mandrel which closes a two-way passage from the cylinder of this piston to the connecting channel at the position of the piston in which the piston is at top dead center. In that case, the two-way passage is located above the thorn. The dimensions, shape and position of the mandrel are chosen in such a way that when the piston is in the top dead center position, the mandrel fits tightly against the two-way passage and closes the two-way passage.

Výhodne tŕň vybieha z dna vybrania.Advantageously, the mandrel extends from the bottom of the recess.

Výhodne sú prvý aj druhý tepelný výmenník vybavené otvorom na pohyb tŕňa a média. Prostredníctvom tohto otvoru prechádza tŕň pri svojom pohybe cez tepelný výmenník, pričom cez celý tepelný výmenník prebieha aspoň pri hornom úvrate piestu.Advantageously, the first and second heat exchangers are equipped with an opening for the movement of the mandrel and the medium. Through this opening, the mandrel passes through the heat exchanger during its movement, while it passes through the entire heat exchanger at least at the top dead center of the piston.

Tepelné výmenníky svojou hornou časťou výhodne tesne dosadajú na čelo valcov, a to na inom mieste, než kde do pracovného priestoru ústi obojsmerný kanál. Tvary, rozmery a umiestnenie prvkov si navzájom zodpovedajú tak, že v polohe horného úvratu piestu sú celé tepelné výmenníky uložené vo vybraní piestov a zapadajú doň iba s medzerou nutnou pre pohyb média. Veľkosť medzery je možné vypočítať a stanoviť ako veľkosť potrebnú na prúdenie pracovného plynu. Jednosmerné vývody z valcov sú v tom prípade situované výhodne nad piestom, na takom mieste, že jednosmerný vývod je pri polohe horného úvratu piestom uzavretý.Advantageously, heat exchangers with their upper part fit tightly on the front of the cylinders, in a different place than where the two-way channel opens into the working space. The shapes, dimensions and location of the elements correspond to each other in such a way that in the position of the top dead center of the piston, the entire heat exchangers are stored in the recess of the pistons and fit into it only with a gap necessary for the movement of the medium. The size of the gap can be calculated and determined as the size required for the flow of the working gas. In that case, the one-way outlets from the cylinders are advantageously located above the piston, in such a place that the one-way outlet is closed by the piston in the top dead center position.

Výhodne sú do valcov zvolené lamelové tepelné výmenníky. V oboch valcoch sa v tom prípade nachádza lamelový tepelný výmenník s kvapalinovým okruhom.Advantageously, lamellar heat exchangers are chosen for the cylinders. In this case, there is a lamellar heat exchanger with a liquid circuit in both cylinders.

Piesty sú výhodne v polohe, pri ktorej majú rovnobežné osi, a pri tejto polohe sú vybavené vačkovým mechanizmom typu zdvih-pokles-oneskorenie.The pistons are preferably in a position where their axes are parallel, and in this position they are equipped with a lift-decrease-delay cam mechanism.

Vačky vačkového mechanizmu typu zdvih-pokles-oneskorenie sú výhodne mechanicky spojené pre otáčavý pohyb rovnakým smerom a s rovnakým počtom otáčok. To umožňuje napríklad voľba mechanizmu s diskovými vačkami na hriadeli, alebo mechanizmu bubnových vačiek mechanicky prepojených prostredníctvom ozubeného súkolia.The cams of the lift-decrease-delay cam mechanism are advantageously mechanically connected for rotary movement in the same direction and with the same number of revolutions. This makes it possible, for example, to choose a mechanism with disc cams on the shaft, or a mechanism with drum cams mechanically connected via gearing.

Navrhnuté nové riešenie Stirlingovho motora typu alfa má zvýšený výkon v porovnaní s doterajším stavom a je využiteľný najmä pre generátory na výrobu elektriny. Umožňuje efektívne využiť odpadové teplo výfukových plynov zo spaľovania. Je tiež vhodný pre solárne zdroje tepla. Pri využití tepelnej energie zo slnečného žiarenia môže byť premenených až 40 % tepla na elektrickú energiu. Navrhnutý Stirlingov motor môže byť využitý na výrobu elektriny v kogeneračných jednotkách, v stavebných objektoch, napríklad pre všeobecné objekty, domácnosti alebo podnikateľské prevádzky. Môže umožniť aj využitie odpadového tepla z priemyselných procesov, ako sú prevádzky pekárne, pražiarne a pod., ktoré je možné s pomocou tohto motora využiť na výrobu elektriny. Hlavnou výhodou tohto motora je vysoká účinnosť motora, vyššia ako pri doterajšom stave. Je dosahovaný takmer ideálny Stirlingov cyklus. Navrhnuté riešenie dosahuje zníženie mŕtveho priestoru vo valcoch a zvýšenie ich kompresného pomeru. Voľbou regenerátora tvoriaceho náplň v prepojovacom potrubí je vytvorená veľká teplovýmenná plocha regeneračného prvku motora. Je dosiahnutá minimálna dráha pracovného plynu pri veľkej využiteľnej teplovýmennej ploche tepelných výmenníkov. Zdroj tepla môže byť od motora vzdialený. Ďalšou výhodou je, že navrhnutý motor môže byť súčasne pripojený k viacerým zdrojom tepla. Navrhnutý motor umožňuje cyklické privieranie expanzného a kompresného priestoru aj jednosmerné prúdenie pracovného plynu.The proposed new solution of the Stirling engine type alpha has an increased power compared to the current state and is usable mainly for generators for the production of electricity. It makes it possible to efficiently use the waste heat of exhaust gases from combustion. It is also suitable for solar heat sources. When using thermal energy from solar radiation, up to 40% of heat can be converted into electrical energy. The proposed Stirling engine can be used to produce electricity in cogeneration units, in construction objects, for example for general objects, households or business operations. It can also enable the use of waste heat from industrial processes, such as the operations of bakeries, roasters, etc., which can be used for the production of electricity with the help of this engine. The main advantage of this engine is the high efficiency of the engine, higher than in the current state. An almost ideal Stirling cycle is achieved. The proposed solution achieves a reduction of the dead space in the cylinders and an increase in their compression ratio. By choosing the regenerator forming the filling in the connecting pipeline, a large heat exchange surface of the engine regeneration element is created. The minimum path of the working gas is achieved with a large usable heat exchange surface of the heat exchangers. The heat source can be remote from the engine. Another advantage is that the designed motor can be connected to several heat sources at the same time. The designed engine enables cyclic closing of the expansion and compression spaces as well as unidirectional flow of the working gas.

Prehľad obrázkov na výkresochOverview of images on drawings

Technické riešenie je objasnené pomocou výkresov, kde znázorňujúThe technical solution is explained with the help of drawings where they show

Obr. 1 schému príkladného Stirlingovho motora podľa technického riešenia, pri pohľade na zvislý rez cez piesty a prepojovací kanál.fig. 1 diagram of an exemplary Stirling engine according to the technical solution, looking at a vertical section through the pistons and connecting channel.

Obr. 2 pohľad zhora na priečny rez jedným valcom s piestom a tepelným výmenníkom, v mieste naznačenom ako A-A na obr. 1fig. 2 is a top view of a cross-section of one cylinder with a piston and a heat exchanger, at the location indicated as A-A in fig. 1

Obr. 3 A, B, C a obr. 4 D, E rôzne fázy práce navrhnutého motora podľa polohy a smeru pohybu piestov, sfig. 3 A, B, C and fig. 4 D, E different phases of work of the designed engine according to the position and direction of movement of the pistons, p

SK 181-2022 U1 naznačením smeru pohybu médií a vačiek.SK 181-2022 U1 by indicating the direction of movement of media and cams.

Obr. 5 detail tepelného výmenníka, naznačeného na predchádzajúcich obrázkoch z dôvodu jednoduchosti iba blokovo, pri priestorovom pohľade spredu na zvislý rez vedený cez stred tepelného výmenníka.fig. 5 detail of the heat exchanger, indicated in the previous images for simplicity only in block form, in a three-dimensional view from the front of a vertical section through the center of the heat exchanger.

Obr. 6 priestorový pohľad šikmo zdola na celý tepelný výmenník z obr. 5fig. 6 spatial view obliquely from below of the entire heat exchanger from fig. 5

Príklady uskutočneniaImplementation examples

Príkladom najlepšieho uskutočnenia technického riešenia je Stirlingov motor podľa obrázkov 1 až 6.An example of the best implementation of a technical solution is the Stirling engine according to Figures 1 to 6.

Ide o Stirlingov motor základného typu alfa, ktorý je konštrukčne upravený podľa technického riešenia. Obsahuje dva piesty 1, 2, pohyblivé každý v jednom valci 3, 4, ohrievač 5 tvoriaci zdroj tepelnej energie a chladič 6, ako odberné miesto tepelnej energie. Valce 3, 4 majú pracovný priestor nad piestami 1, 2, pričom pracovný priestor prvého, expanzného valca 3 je prepojený s pracovným priestorom druhého, kompresného valca 4 prepojovacím kanálom 7. V prepojovacom kanáli 7 je zabudovaný regenerátor 8, tvorený akumulačným materiálom schopným absorbovať a akumulovať v sebe teplo z prúdiaceho média. Akumulačné materiály sú známe, môžu byť použité napríklad sklenené guľôčky, alebo drvina na báze častíc poréznej keramickej hmoty, alebo sústava plechových lamiel. Ako pracovné médium je použitý plyn. Ohrievač 5 aj chladič 6 sa nachádzajú mimo valcov 3, 4. Prepojovací kanál 7 je k pracovnému priestoru valcov 3, 4 pripojený prostredníctvom obojsmerných priechodov 9. K ohrievaču 5 je pripojený prvý tepelný výmenník 10 a k chladiču 6 je pripojený druhý tepelný výmenník 11. Obidva piesty 1, 2 sú vybavené vybraním 12. Prvý tepelný výmenník 10 sa nachádza v pracovnom priestore prvého, expanzného valca 3, druhý tepelný výmenník 11 sa nachádza v pracovnom priestore druhého, kompresného valca 4. V oboch valcoch je tepelný výmenník 10, 11 uložený vo vybraní 12. V tomto príkladnom uskutočnení ideálneho motora je z dôvodu zrozumiteľnosti a názornosti zvolený taký konkrétny tvar prvkov, aby zodpovedal zavedenému názvosloviu v danom odbore. Preto tu valce 3, 4 majú skutočne valcový tvar, teda majú podobu dutého telesa s prierezom v tvare kružnice. Adekvátne tomu tu majú príkladné piesty 1, 2 podobu plných telies, ktorých obvodová stena je taktiež v tvare kružnice. V praxi sa potom, ale ako valce 3, 4 podľa technického riešenia môžu použiť, a teda rozumieť ako valce v zmysle technického riešenia všetky tvary používané a nazývané ako valce motora v danom obore, teda aj telesá s prierezom elipsovitým, alebo ako mnohosteny a pod.It is a Stirling engine of the basic alpha type, which is structurally modified according to the technical solution. It contains two pistons 1, 2, each movable in one cylinder 3, 4, a heater 5 forming a source of heat energy and a cooler 6, as a heat energy receiver. The cylinders 3, 4 have a working space above the pistons 1, 2, while the working space of the first, expansion cylinder 3 is connected to the working space of the second, compression cylinder 4 by a connecting channel 7. A regenerator 8 is built into the connecting channel 7, formed by an accumulation material capable of absorbing and accumulate heat from the flowing medium. Accumulation materials are known, for example glass balls, or crumb based on particles of porous ceramic material, or a system of sheet metal plates can be used. Gas is used as the working medium. Both the heater 5 and the cooler 6 are located outside the cylinders 3, 4. The connecting channel 7 is connected to the working space of the cylinders 3, 4 via two-way passages 9. The first heat exchanger 10 is connected to the heater 5 and the second heat exchanger 11 is connected to the cooler 6. Both pistons 1, 2 are equipped with a recess 12. The first heat exchanger 10 is located in the working space of the first, expansion cylinder 3, the second heat exchanger 11 is located in the working space of the second, compression cylinder 4. In both cylinders, the heat exchanger 10, 11 is stored in selected 12. In this exemplary embodiment of the ideal engine, for reasons of comprehensibility and illustration, such a specific shape of the elements is chosen to correspond to the established nomenclature in the given field. That's why the cylinders 3, 4 here really have a cylindrical shape, that is, they have the form of a hollow body with a cross section in the shape of a circle. Adequately, the exemplary pistons 1, 2 here have the form of solid bodies, the peripheral wall of which is also in the shape of a circle. In practice, but as cylinders 3, 4 according to the technical solution, they can be used, and therefore understood as cylinders in the sense of the technical solution, all shapes used and called as engine cylinders in the given field, i.e. also bodies with an elliptical cross-section, or as polyhedrons and so on .

Z pracovného priestoru každého valca 3, 4 je na inom mieste, než sa nachádza obojsmerný priechod 9, vyvedený jednosmerný vývod 13 do regenerátora 8. Tieto jednosmerné vývody 13 sú v mieste výstupu z valcov 3, 4 vybavené jednosmerným uzáverom 14, napríklad jednoduchým uzatváracím ventilom.From the working space of each cylinder 3, 4, a one-way outlet 13 is led to the regenerator 8 in a place other than the two-way passage 9. These one-way outlets 13 are equipped with a one-way valve 14, for example a simple shut-off valve, at the point of exit from the cylinders 3, 4 .

Telo piestov 1, 2 obsahuje tŕň 15, umožňujúci dočasne uzatvárať obojsmerný priechod 9 do prepojovacieho kanála 7. Táto možnosť je dosiahnutá tvarom a vzájomným vhodným umiestnením tŕňa 15 a obojsmerného priechodu 9. Obojsmerný priechod 9 je situovaný nad tŕňom 15, a rozmery zvolené tak, že pri hornom úvrate piestu 1, 2 tŕň 15 na obojsmerný priechod 9 príslušného piestu 1, 2 tesne dosadá a daný obojsmerný priechod 9 je tŕňom 15 uzavretý.The body of the pistons 1, 2 contains a mandrel 15, which allows to temporarily close the two-way passage 9 into the connecting channel 7. This possibility is achieved by the shape and mutual suitable location of the mandrel 15 and the two-way passage 9. The two-way passage 9 is situated above the mandrel 15, and the dimensions are chosen so that that at the top dead center of the piston 1, 2, the mandrel 15 fits tightly against the two-way passage 9 of the corresponding piston 1, 2 and the given two-way passage 9 is closed by the mandrel 15.

V predvedenom ideálnom uskutočnení technického riešenia majú piesty 1, 2 obvodovú stenu v tvare valcového plášťa a tŕň 15 má tvar valca so skosenou hornou hranou. Vybranie 12 má obvodovú stenu tiež v tvare valcového plášťa a tŕň 15 vybieha uprostred z dna 16 vybrania 12, takže vybranie 12 vytvára v tele piestov 1, 2 dutinu v tvare medzikružia medzi tŕňom 15 a valcovou stenou vybrania 12. Existencii tŕňa 15 vo vybraní 12 sú prispôsobené svojím tvarom a typom aj oba tepelné výmenníky 10, 11. Sú použité lamelové tepelné výmenníky 10, 11, s teplovýmennými plochami tvorenými množinou lamiel, a oba tieto lamelové tepelné výmenníky 10, 11 sú vybavené otvorom 17, tvoriacim priechodný tunel na pohyb tŕňa 15 . Otvor 17 v každom z tepelných výmenníkov 10, 11, v tomto konkrétnom príklade stredový, spoločne s vybraním 12 umožňuje účinnejšie pretláčanie pracovného média okolo teplovýmenných plôch tepelných výmenníkov 10, 11 pri pohybe piestov 1, 2. Do tohto otvoru 17 sa tŕň zasúva a vysúva pri pohybe piestov 1, 2. Pri pohybe piestu 1, 2 hore sa tŕň 15 sunie postupne odspodu hore a tlačí médium okolo príslušného tepelného výmenníka 10, 11, hore do obojsmerného priechodu 9 a jednosmerného vývodu 13. Pri pohybe piestu 1, 2 smerom dole médium prúdi do valca 3 iba cez obojsmerný priechod 9, a vo valci 3, 4 prúdi dole okolo teplovýmenných plôch príslušného tepelného výmenníka 10, 11 a pod neho. Podľa toho, o ktorý valec 3, 4 ide, dochádza k ohrevu a expanzii pracovného média, alebo k chladeniu a zmenšovaniu objemu pracovného média. Ako pracovné médium je vhodný najmä vodík, hélium, dusík alebo vzduch.In the demonstrated ideal embodiment of the technical solution, the pistons 1, 2 have a peripheral wall in the shape of a cylindrical shell, and the mandrel 15 has the shape of a cylinder with a beveled upper edge. The recess 12 has a peripheral wall also in the shape of a cylindrical shell, and the mandrel 15 extends in the middle from the bottom 16 of the recess 12, so that the recess 12 creates an annulus-shaped cavity in the body of the pistons 1, 2 between the mandrel 15 and the cylindrical wall of the recess 12. The existence of the mandrel 15 in the recess 12 both heat exchangers 10, 11 are adapted by their shape and type. Lamellar heat exchangers 10, 11 are used, with heat exchange surfaces formed by a set of lamellae, and both of these lamellar heat exchangers 10, 11 are equipped with an opening 17, forming a through tunnel for the movement of the mandrel 15. The opening 17 in each of the heat exchangers 10, 11, in this particular example the central one, together with the recess 12, enables more efficient pushing of the working medium around the heat exchange surfaces of the heat exchangers 10, 11 during the movement of the pistons 1, 2. The mandrel is inserted and extended into this opening 17 when moving pistons 1, 2. When moving piston 1, 2 up, the mandrel 15 moves gradually from the bottom up and pushes the medium around the respective heat exchanger 10, 11, up into the two-way passage 9 and one-way outlet 13. When moving piston 1, 2 down the medium flows into the cylinder 3 only through the two-way passage 9, and in the cylinder 3, 4 it flows down around the heat exchange surfaces of the respective heat exchanger 10, 11 and below it. Depending on which cylinder 3, 4 is concerned, the working medium is heated and expanded, or the working medium is cooled and reduced in volume. As a working medium, hydrogen, helium, nitrogen or air are particularly suitable.

V polohe, kedy je piest 1, 2 v hornom úvrate, prechádza jeho tŕň 15 cez príslušný tepelný výmenník 10, 11 v celom výškovom rozmere tepelného výmenníka 10, 11, a pritom tŕň 15 uzatvára obojsmerný priechod 9. Nie je podmienkou, aby bol tŕň 15 uprostred vybrania 12 alebo valca 3, 4 alebo, aby bol rovnako vysoký ako okraj piestu 1, 2, závisí od voľby tvarov a umiestnenia prvkov motora, napríklad môže byť vyšší, ako tiežIn the position when the piston 1, 2 is at the top dead center, its mandrel 15 passes through the corresponding heat exchanger 10, 11 in the entire height dimension of the heat exchanger 10, 11, while the mandrel 15 closes the two-way passage 9. It is not a condition that the mandrel be 15 in the middle of the recess 12 or the cylinder 3, 4 or to be as high as the edge of the piston 1, 2 depends on the choice of shapes and the location of the engine elements, for example it can be higher, as well

SK 181-2022 U1 znázorňujú obrázky v tomto príkladnom uskutočnení.SK 181-2022 U1 show pictures in this exemplary embodiment.

Pri optimálnej realizácii technického riešenia tak, ako je ukázané v príkladnom uskutočnení na obrázkoch, sú tepelné výmenníky 10, 11 v pracovnom priestore valcov 3, 4 umiestnené tak, že svojou hornou časťou tesne dosadajú na čelo valcov 3, 4 a pri polohe horného úvratu piestov 1, 2 tepelné výmenníky 10, 11 celé zapadajú do vybrania 12 v pieste 1, 2, s obvodovou medzerou 18 nutnou na prúdenie pracovného média pri pohybe piestov 1, 2. Pri predvedenom optimálnom uskutočnení technického riešenia sa jednosmerné vývody 13 z valcov 3, 4 do regenerátora 8 nachádzajú nad piestom 1, 2 a piesty 1, 2 majú také rozmery a tvar, že pri polohe horného úvratu príslušného piestu 1, 2 je jednosmerný vývod 13 pri tomto pieste 1, 2 uzavretý. Teda pri hornej polohe prvého piestu 1 v expanznom valci 3 je uzavretý jednosmerný vývod 13 z expanzného valca 3, a pri hornej polohe druhého piestu 2 v kompresnom valci 4 je uzavretý jednosmerný vývod 13 z kompresného valca 4. V predvedenom príklade sú čelá valcov 3, 4 aj horné strany piestov 1, 2 rovné, čo ale nie je podmienkou, môžu byť napríklad vypuklé, vyduté alebo inak tvarované, avšak navzájom si tvarom zodpovedajúce.In the optimal implementation of the technical solution as shown in the exemplary embodiment in the pictures, the heat exchangers 10, 11 in the working space of the cylinders 3, 4 are placed in such a way that their upper part rests closely on the face of the cylinders 3, 4 and at the top dead center position of the pistons 1, 2 heat exchangers 10, 11 completely fit into the recess 12 in the piston 1, 2, with a circumferential gap 18 necessary for the flow of the working medium when the pistons 1, 2 move. to the regenerator 8 are located above the piston 1, 2, and the pistons 1, 2 have such dimensions and shape that at the top dead center position of the relevant piston 1, 2, the one-way outlet 13 at this piston 1, 2 is closed. Thus, at the upper position of the first piston 1 in the expansion cylinder 3, the one-way outlet 13 from the expansion cylinder 3 is closed, and at the upper position of the second piston 2 in the compression cylinder 4, the one-way outlet 13 from the compression cylinder 4 is closed. In the example shown, the faces of the cylinders 3, 4 and the upper sides of the pistons 1, 2 are straight, but this is not a condition, they can be, for example, convex, convex or otherwise shaped, but corresponding to each other in shape.

Pre motor podľa technického riešenia je optimálne zvoliť do valcov 3, 4 lamelové tepelné výmenníky 10, 11 s kvapalinovým okruhom, konštrukčne prispôsobené tvaru a rozmerom vybrania 12 v piestoch 1, 2 a tvare aj umiestnení tŕňov 15, ako ukazujú obrázky 5 a 6. Technické riešenie ďalej rieši aj zaistenie optimálneho pohybu piestov 1, 2. Piesty 1, 2 podľa technického riešenia majú na rozdiel od klasického Stirlingovho motora typu alfa rovnobežné osi. S cieľom dosiahnutia žiaduceho pohybu sú výhodne vybavené vačkovým mechanizmom typu zdvih-pokles-oneskorenie. Vačky 19, 20 vačkového mechanizmu sú mechanicky spojené pre otáčavý pohyb rovnakým smerom a s rovnakým počtom otáčok, napríklad spriahnutím na hriadeli alebo, ako v predvedenom príklade, pomocou dvoch hriadeľov 21, 22 a remeňa 23. Piesty 1, 2 sú pripojené k vačkovému mechanizmu napríklad prostredníctvom kladiek 24, 25.For the engine according to the technical solution, it is optimal to choose lamellar heat exchangers 10, 11 with a liquid circuit for the cylinders 3, 4, structurally adapted to the shape and dimensions of the recess 12 in the pistons 1, 2 and the shape and location of the pins 15, as shown in figures 5 and 6. Technical the solution also solves ensuring the optimal movement of pistons 1, 2. According to the technical solution, pistons 1, 2 have parallel axes, unlike the classic Stirling engine of the alpha type. In order to achieve the desired movement, they are preferably equipped with a lift-drop-delay cam mechanism. The cams 19, 20 of the cam mechanism are mechanically connected for rotary movement in the same direction and with the same number of revolutions, for example by coupling on a shaft or, as in the example shown, by means of two shafts 21, 22 and a belt 23. The pistons 1, 2 are connected to the cam mechanism, for example via pulleys 24, 25.

Cirkulácia kvapaliny v kvapalinovom okruhu tepelných výmenníkov 10,11 je zaistená bežným spôsobom, pomocou čerpadla 26.Liquid circulation in the liquid circuit of the heat exchangers 10,11 is ensured in the usual way, using the pump 26.

Konkrétny príklad práce motora je ukázaný na ukážke jednotlivých fáz motora na obrázkoch 3 a 4 a je nasledujúci.A concrete example of motor operation is shown in the motor phase diagram in Figures 3 and 4 and is as follows.

Obr. 3 A ukazuje stav motora pri krajných polohách piestov 1, 2. Prvý piest 1, horúci, je hore, v polohe horného úvratu, druhý piest 2, studený, je dole. Vačkový mechanizmus, konkrétne vačka 20 na obr. 3 A vpravo, zaistí krátke zotrvanie piestov 1, 2 v tejto polohe. V polohe, kedy je prvý piest 1 v hornom úvrate, prechádza jeho tŕň 15 cez prvý tepelný výmenník 10 v celom výškovom rozmere prvého tepelného výmenníka 10 a uzatvára obojsmerný priechod 9 z expanzného valca 3. Obojsmerný priechod 9 z kompresného valca 4, situovaný nad druhým piestom 2, je otvorený. Jednosmerný vývod 13 z expanzného valca 3 do regenerátora 8 uzavrel horný okraj prvého piestu 1. Jednosmerný uzáver 14 uzatvára jednosmerný vývod 13 z kompresného valca 4. Prúdenie pracovného média ustane.fig. 3 A shows the state of the engine at the extreme positions of pistons 1, 2. The first piston 1, hot, is up, in the top dead center position, the second piston 2, cold, is down. Cam mechanism, specifically cam 20 in fig. 3 And to the right, ensures a short stay of the pistons 1, 2 in this position. In the position when the first piston 1 is at the top dead center, its mandrel 15 passes through the first heat exchanger 10 in the entire height dimension of the first heat exchanger 10 and closes the two-way passage 9 from the expansion cylinder 3. The two-way passage 9 from the compression cylinder 4, situated above the second by piston 2, is open. The one-way outlet 13 from the expansion cylinder 3 to the regenerator 8 closed the upper edge of the first piston 1. The one-way valve 14 closes the one-way outlet 13 from the compression cylinder 4. The flow of the working medium stops.

Na obr. 3 B prvý piest 1, horúci, zostáva v hornom úvrate a uzatvára prepojovací kanál 7 na strane expanzného valca 3, zatiaľ čo druhý piest 2 sa pohybuje hore. Pri tomto pohybe druhý piest 2 stláča ochladené pracovné médium obsiahnuté v kompresnom valci 4 a vytláča ich ďalej cez obojsmerný priechod 9 a jednosmerný vývod 13 do prepojovacieho kanála 7 a tu do regenerátora 8. Keď druhý piest 2 vystúpi do horného úvratu, jeho tŕň 15 uzatvorí obojsmerný priechod 9 z kompresného valca 4 a okraj druhého piestu 2 uzavrie jednosmerný vývod 13 z kompresného valca 3. Motor prejde do ďalšej fázy podľa obr. 3 C.In fig. 3 B the first piston 1, hot, remains at the top dead center and closes the connecting channel 7 on the side of the expansion cylinder 3, while the second piston 2 moves up. During this movement, the second piston 2 compresses the cooled working medium contained in the compression cylinder 4 and pushes them further through the two-way passage 9 and the one-way outlet 13 into the connecting channel 7 and here into the regenerator 8. When the second piston 2 rises to the top dead center, its mandrel 15 closes the two-way passage 9 from the compression cylinder 4 and the edge of the second piston 2 close the one-way outlet 13 from the compression cylinder 3. The engine goes to the next phase according to fig. 3 C.

V ďalšej fáze podľa obr. 3 C sa pohybuje prvý piest 1 dole, z horného úvratu do dolného úvratu. Druhý piest 2 zotrváva hore, v polohe horného úvratu, a pritom uzatvára prepojovací kanál 7 na strane kompresného valca 4. Stlačené pracovné médium je tlakom kompresie i nasávaním následkom pohybu prvého piestu 1 vytláčané z prepojovacieho kanála 7 a iba cez obojsmerný priechod 9 prúdi do expanzného valca 3. Jednosmerný vývod 13 z expanzného valca 3 je pomocou jednosmerného uzáveru 14, napríklad v podobe spätnej klapky, uzavretý. Pracovné médium v expanznom valci 3 prúdi do otvoru 17 v prvom tepelnom výmenníku 10 a okolo jeho teplovýmenných plôch, teda medzi jeho lamelami aj cez medzeru 18. O teplovýmenné plochy prvého tepelného výmenníka 10 sa pracovné médium ohrieva, expanduje, postupne vypĺňa pracovný priestor expanzného valca 3 a stláča prvý piest 1 dole až do jeho medznej dolnej polohy. Motor prejde do fázy znázornenej na obrázku obr. 4 D.In the next phase according to fig. 3 C moves the first piston 1 down, from top dead center to bottom dead center. The second piston 2 remains up, in the top dead center position, and at the same time closes the connecting channel 7 on the side of the compression cylinder 4. The compressed working medium is pushed out of the connecting channel 7 by the pressure of compression and by suction as a result of the movement of the first piston 1, and flows only through the two-way passage 9 into the expansion cylinder 3. The one-way outlet 13 from the expansion cylinder 3 is closed by means of a one-way valve 14, for example in the form of a check valve. The working medium in the expansion cylinder 3 flows into the opening 17 in the first heat exchanger 10 and around its heat exchange surfaces, i.e. between its lamellae and through the gap 18. The working medium is heated by the heat exchange surfaces of the first heat exchanger 10, expands, and gradually fills the working space of the expansion cylinder 3 and presses the first piston 1 down to its limit lower position. The motor goes into the phase shown in fig. 4 D.

Obrázok 4 D ukazuje stav motora pri krajných polohách piestov 1, 2, kde prvý piest 1, horúci, je dole, a druhý piest 2, studený, je v polohe horného úvratu. Vačkový mechanizmus, konkrétne vačka 19 na obr. 4 D vľavo, zaistí krátke zotrvanie piestov 1, 2 v tejto polohe. V polohe, kedy je druhý piest 2 v hornom úvrate, prechádza jeho tŕň 15 cez druhý tepelný výmenník 11 v celom výškovom rozmere druhého tepelného výmenníka 11 a uzatvára obojsmerný priechod 9 z kompresného valca 4. Obojsmerný priechod 9 z expanzného valca 3, situovaný nad prvým piestom 1, je otvorený. Jednosmerný vývod 13 z kompresného valca 4 do regenerátora 8 uzavrel horný okraj druhého piestu 2. Jednosmerný uzáver 14 uzatváraFigure 4 D shows the state of the engine at the extreme positions of the pistons 1, 2, where the first piston 1, hot, is at the bottom and the second piston 2, cold, is at the top dead center position. Cam mechanism, specifically cam 19 in fig. 4 D to the left, ensures a short stay of the pistons 1, 2 in this position. In the position when the second piston 2 is at top dead center, its mandrel 15 passes through the second heat exchanger 11 in the entire height dimension of the second heat exchanger 11 and closes the two-way passage 9 from the compression cylinder 4. The two-way passage 9 from the expansion cylinder 3, located above the first by piston 1, is open. The one-way outlet 13 from the compression cylinder 4 to the regenerator 8 closed the upper edge of the second piston 2. The one-way valve 14 closes

SK 181-2022 U1 jednosmerný vývod 13 z expanzného valca 4. Prúdenie pracovného média ustane.SK 181-2022 U1 one-way outlet 13 from the expansion cylinder 4. The flow of the working medium stops.

Následne sa prvý piest 1 pohybuje nahor, a súčasne sa druhý piest 2 pohybuje nadol, ako znázorňuje obr. 4 E. V expanznom valci 3 sa pri pohybe prvého piestu 1 nahor sunie tŕň 15 postupne cez otvor 17 odspodu nahor a tlačí pracovné médium nahor. Prvým tepelným výmenníkom 10 ohriate médium prúdi z expanzného 5 valca 3 cez jednosmerný vývod 13 a obojsmerný priechod 9 do prepojovacieho kanála 7 a v ňom do regenerátora 8.Subsequently, the first piston 1 moves up, and at the same time the second piston 2 moves down, as shown in fig. 4 E. In the expansion cylinder 3, when the first piston 1 moves up, the mandrel 15 slides gradually through the opening 17 from below and pushes the working medium up. The medium heated by the first heat exchanger 10 flows from the expansion cylinder 3 through the one-way outlet 13 and the two-way passage 9 into the connecting channel 7 and into the regenerator 8 in it.

Nasleduje fáza podľa obr. 3 A. Vyššie uvedené fázy 3A až 4E sa v uvedenom poradí opakujú.The phase according to fig. 3 A. The above stages 3A to 4E are repeated in that order.

V expanznom valci 3 sa pracovné médium ohrieva prostredníctvom prvého tepelného výmenníka 10 teplom privádzaným z vonkajšieho zdroja, tu označeného ako ohrievač 5, napríklad v podobe spaľovacieho 10 motora, pece alebo solárneho tepelného zdroja. Teplo sa akumuluje v regenerátore 8, cez ktorý pracovné médium prúdi striedavo z jednej a druhej strany. V kompresnom valci 4 dochádza k odovzdávaniu tepla z teplonosného média druhému tepelnému výmenníku 11 a odtiaľ je teplo odvádzané k vonkajšiemu odberu prostredníctvom chladiča 6. K najväčšiemu prívodu tepla pre vonkajší odber dochádza, keď sa druhý piest 2 pohybuje dole.In the expansion cylinder 3, the working medium is heated through the first heat exchanger 10 by heat supplied from an external source, here designated as a heater 5, for example in the form of a combustion engine 10, a furnace or a solar heat source. The heat is accumulated in the regenerator 8, through which the working medium flows alternately from one side and the other. In the compression cylinder 4, heat is transferred from the heat-carrying medium to the second heat exchanger 11, and from there the heat is removed to the external outlet via the cooler 6. The largest heat supply for the external outlet occurs when the second piston 2 moves down.

SK 181-2022 U1SK 181-2022 U1

Zoznam vzťahových značiekList of relationship tags

1 1 prvý piest first piston 2 2 druhý piest second piston 3 3 expanzný valec expansion cylinder 4 4 kompresný valec compression cylinder 5 5 ohrievač heater 6 6 chladič cooler 7 7 prepojovací kanál connecting channel 8 8 regenerátor regenerator 9 9 obojsmerný priechod two-way passage 10 10 prvý tepelný výmenník the first heat exchanger 11 11 druhý tepelný výmenník second heat exchanger 12 12 vybranie selection 13 13 jednosmerný vývod one-way outlet 14 14 jednosmerný uzáver one-way closure 15 15 tŕň thorn

dno otvor medzerabottom hole gap

19, 20 vačka19, 20 cam

21, 22 hriadeľ remeň21, 22 shaft belt

24, 25 kladka čerpadlo24, 25 pulley pump

Claims (10)

1. Stirlingov motor zahŕňajúci dva piesty (1, 2) pohyblivé každý v jednom valci (3, 4), regenerátor (8), ohrievač (5) ako zdroj tepelnej energie a chladič (6) ako odberné miesto tepelnej energie, kde ohrievač (5) aj chladič (6) sa nachádzajú mimo valcov (3, 4) a regenerátor (8) sa nachádza v prepojovacom kanáli (7), ktorý prepája pracovný priestor prvého valca (3) s pracovným priestorom druhého valca (4), pričom prepojovací kanál (7) je k pracovnému priestoru valcov (3, 4) pripojený prostredníctvom obojsmerných priechodov (9), vyznačujúci sa tým , že oba piesty (1, 2) sú každý vybavený aspoň jedným vybraním (12) a v pracovnom priestore každého valca (3, 4) sa nachádza aspoň jeden tepelný výmenník (10, 11) uložený aspoň sčasti v tomto vybraní (12) pri aspoň niektorej pracovnej polohe piestu (1, 2), pričom tepelný výmenník (10) uložený vo vybraní (12) prvého piestu (1) je pripojený k ohrievaču (5) a tepelný výmenník (11) uložený vo vybraní (12) druhého piestu (2) je pripojený k chladiču (6).1. A Stirling engine including two pistons (1, 2) movable each in one cylinder (3, 4), a regenerator (8), a heater (5) as a source of thermal energy and a cooler (6) as a place of absorption of thermal energy, where the heater ( 5) and the cooler (6) are located outside the cylinders (3, 4) and the regenerator (8) is located in the connecting channel (7), which connects the working space of the first cylinder (3) with the working space of the second cylinder (4), while the connecting the channel (7) is connected to the working space of the cylinders (3, 4) through two-way passages (9), characterized by the fact that both pistons (1, 2) are each equipped with at least one recess (12) and in the working space of each cylinder (3 , 4) there is at least one heat exchanger (10, 11) stored at least partially in this recess (12) in at least some working position of the piston (1, 2), while the heat exchanger (10) stored in the recess (12) of the first piston ( 1) is connected to the heater (5) and the heat exchanger (11) located in the recess (12) of the second piston (2) is connected to the cooler (6). 2. Stirlingov motor podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým , že z pracovného priestoru každého valca (3, 4) je vyvedený jednosmerný vývod (13) do regenerátora (8), a to na inom mieste, než sa nachádza obojsmerný priechod (9).2. Stirling engine according to claim 1, characterized by the fact that from the working space of each cylinder (3, 4) there is a one-way outlet (13) to the regenerator (8), in a different place than the two-way passage (9) . 3. Stirlingov motor podľa nároku 2, vyznačujúci sa tým , že každý jednosmerný vývod (13) z valca (3, 4) je v mieste výstupu z valca (3, 4) vybavený jednosmerným uzáverom (14).3. The Stirling engine according to claim 2, characterized in that each DC outlet (13) from the cylinder (3, 4) is equipped with a DC cap (14) at the point of exit from the cylinder (3, 4). 4. Stirlingov motor podľa nárokov 2 a 3, vyznačujúci sa tým , že telo piestov (1, 2) zahŕňa tŕň (15), pričom obojsmerný priechod (9) z príslušného valca (3, 4) do prepojovacieho kanála (7) sa nachádza nad týmto tŕňom (15), a pričom pri polohe horného úvratu piestu (1, 2) tŕň (15) tesne dosadá na obojsmerný priechod (9) tak, že pri uvedenej polohe piestu (1, 2) je obojsmerný priechod (9) tŕňom (15) uzavretý.4. Stirling engine according to claims 2 and 3, characterized in that the body of the pistons (1, 2) includes a mandrel (15), while the two-way passage (9) from the respective cylinder (3, 4) to the connecting channel (7) is located above this mandrel (15), and while at the position of the top dead center of the piston (1, 2) the mandrel (15) closely abuts the two-way passage (9) so that at the given position of the piston (1, 2) the two-way passage (9) is a mandrel (15) closed. 5. Stirlingov motor podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým , že tŕň (15) vybieha z dna (16) vybrania (12).5. Stirling engine according to claim 4, characterized in that the mandrel (15) extends from the bottom (16) of the recess (12). 6. Stirlingov motor podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým , že tepelné výmenníky (10, 11) každého valca (3, 4) sú vybavené otvorom (17) na pohyb tŕňa (15) a pri polohe piestu (1, 2) v hornom úvrate sa tŕň (15) nachádza v tomto otvore (17) a prechádza cez tepelný výmenník (10, 11) vo výškovom smere.6. Stirling engine according to claim 5, characterized in that the heat exchangers (10, 11) of each cylinder (3, 4) are equipped with an opening (17) for the movement of the mandrel (15) and when the piston (1, 2) is in the upper dead center, the mandrel (15) is located in this hole (17) and passes through the heat exchanger (10, 11) in the height direction. 7. Stirlingov motor podľa nároku 6, vyznačujúci sa tým , že tepelné výmenníky (10, 11) svojou hornou časťou tesne dosadajú na čelo valcov (3, 4) a pri polohe horného úvratu piestov (1, 2) zapadajú do vybrania piestu (1, 2) celé tieto tepelné výmenníky (10, 11) a dookola sa nachádza obvodová medzera (18) na prúdenie pracovného média, pričom jednosmerné vývody (13) do regenerátora (8) sa nachádzajú nad piestami (1, 2) a pri polohe horného úvratu piestu (1, 2) je jednosmerný vývod (13) piestu (1, 2) v uvedenej polohe týmto piestom (1, 2) uzavretý.7. Stirling engine according to claim 6, characterized by the fact that the heat exchangers (10, 11) fit tightly with their upper part on the front of the cylinders (3, 4) and fit into the recess of the piston (1) at the top dead center position of the pistons (1, 2) , 2) all these heat exchangers (10, 11) and all around there is a circumferential gap (18) for the flow of the working medium, while the one-way outlets (13) to the regenerator (8) are located above the pistons (1, 2) and at the position of the upper dead center of the piston (1, 2), the one-way outlet (13) of the piston (1, 2) is closed by this piston (1, 2) in the indicated position. 8. Stirlingov motor podľa nárokov 1 až 7, vyznačujúci sa tým , že v oboch valcoch (3, 4) sa nachádza tepelný výmenník (10, 11) typu lamelový s kvapalinovým okruhom.8. Stirling engine according to claims 1 to 7, characterized by the fact that in both cylinders (3, 4) there is a heat exchanger (10, 11) of the lamellar type with a liquid circuit. 9. Stirlingov motor podľa nárokov 1 až 8, vyznačujúci sa tým , že piesty (1, 2) majú rovnobežné osi a sú vybavené vačkovým mechanizmom typu zdvih-pokles- oneskorenie.9. Stirling engine according to claims 1 to 8, characterized in that the pistons (1, 2) have parallel axes and are equipped with a cam mechanism of the lift-fall-delay type. 10. Stirlingov motor podľa nároku 9, vyznačujúci sa tým , že vačky (19, 20) vačkového mechanizmu sú mechanicky spojené na otáčavý pohyb rovnakým smerom a s rovnakým počtom otáčok.10. The Stirling engine according to claim 9, characterized in that the cams (19, 20) of the cam mechanism are mechanically connected for rotational movement in the same direction and with the same number of revolutions.
SK181-2022U 2020-06-23 2021-06-18 Stirling engine SK9783Y1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2020360A CZ308724B6 (en) 2020-06-23 2020-06-23 Stirling engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SK1812022U1 true SK1812022U1 (en) 2023-02-22
SK9783Y1 SK9783Y1 (en) 2023-06-14

Family

ID=74876956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK181-2022U SK9783Y1 (en) 2020-06-23 2021-06-18 Stirling engine

Country Status (7)

Country Link
AT (1) AT17981U1 (en)
CZ (1) CZ308724B6 (en)
DE (1) DE212021000406U1 (en)
PL (1) PL131203U1 (en)
SK (1) SK9783Y1 (en)
UA (1) UA154724U (en)
WO (1) WO2021259401A1 (en)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2736472C3 (en) * 1977-08-12 1980-10-02 Arnulf Dipl.-Ing. Keller Reciprocating piston machine, in particular hot gas machine or compressor
US4455825A (en) * 1983-03-01 1984-06-26 Pinto Adolf P Maximized thermal efficiency hot gas engine
CZ20022455A3 (en) * 2002-07-16 2004-02-18 Ing. Pavel Janeta-Kovo Stirling engine of increased efficiency
GB2396664A (en) * 2002-12-24 2004-06-30 Thomas Tsoi Hei Ma Extended cycle reciprocating Ericsson cycle engine
DE10319806B4 (en) * 2003-04-26 2007-04-05 Kraußer, Raimund Heat engine according to the ideal Stirling principle
JP2011524487A (en) * 2008-06-12 2011-09-01 ベルカナ,エルエルシー Stirling engine
NO331747B1 (en) * 2010-03-26 2012-03-19 Viking Heat Engines As Thermodynamic cycle and heating machine
FR2963645A1 (en) * 2010-08-06 2012-02-10 Jean Francois Chiandetti Thermal mechanism e.g. external combustion engine, has internal thermal exchanger provided internal to working volume or peripheral to working volume, where working fluid is contained in working volume during thermal cycle
CZ2012812A3 (en) * 2012-11-21 2014-05-28 Lubomír Olšák Device based on the principle of small temperature gradient with magnetic boost system
CN103089480B (en) * 2013-01-18 2015-04-01 中科力函(深圳)热声技术有限公司 Free piston stirling heat engine
WO2017164762A1 (en) * 2016-03-25 2017-09-28 ГАЙЗЕР, Эдуард Петрович Operating method of piston converter with heat exchanger, and converter for implementing method

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2020360A3 (en) 2021-03-24
SK9783Y1 (en) 2023-06-14
CZ308724B6 (en) 2021-03-24
AT17981U1 (en) 2023-09-15
PL131203U1 (en) 2023-06-05
UA154724U (en) 2023-12-13
DE212021000406U1 (en) 2023-02-28
WO2021259401A1 (en) 2021-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8991170B2 (en) Solar air conditioning heat pump with minimized dead volume
CN101509437B (en) Highly effective high temperature external combustion engine
JP4520527B2 (en) External combustion type closed cycle heat engine
CN102947575B (en) External-combustion, closed-cycle thermal engine
JP5525371B2 (en) External combustion type closed cycle heat engine
SK1812022U1 (en) Stirling engine
US10570851B2 (en) Heat engine
CN107762660B (en) Heat returning structure and Stirling engine comprising same
CA3053638C (en) A near-adiabatic engine
JP5317942B2 (en) External combustion type closed cycle heat engine
CZ34246U1 (en) Stirling engine
US8640454B1 (en) Lower costs and increased power density in stirling cycle machines
JP4438070B2 (en) Energy conversion system
US9140208B1 (en) Heat engine
KR101749213B1 (en) Single Piston Type Stirling Engine
CN201367951Y (en) Efficient high-temperature external combustion engine
JP5280325B2 (en) Multi-cylinder external combustion closed cycle heat engine with heat recovery device
US20240118037A1 (en) Multi-tiered regenerator
KR20060071827A (en) An external combustion engine combined with cylinder, re-generator and cooler
CN216477603U (en) Novel temperature difference engine
JPS62190391A (en) Heat exchanger
SK1092022U1 (en) Reciprocating machine with only one moving part
RU2549273C1 (en) External combustion engine heat exchange section
MXPA04012100A (en) Method and device for converting thermal energy into kinetic energy.
WO2023048667A1 (en) Heat transfer system for stirling engines