WO1995013466A1 - Stirlingmotor mit einer geraden anzahl von arbeitsgasen - Google Patents

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WO1995013466A1
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Andreas Reichel
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Andreas Reichel
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    • 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
    • F02G1/0435—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 the engine being of the free piston type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F02G1/044—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines having at least two working members, e.g. pistons, delivering power output

Definitions

  • the present invention relates to a heat engine for two (or a multiple of two) closed cycle processes with hot gases according to the Stirling principle.
  • each working gas flows through the cooler after leaving the working cylinder and regenerator, in which it releases the thermal energy not stored in the regenerator as waste heat (DE 301 7641 C2, DE 2814753 C2, Beschorner, F. et al. In: Status of Stirling engine development , BMFT Research Report T84-1 96, Kunststoff / Augsburg 1 984, pages 29 - 35, 56, 72 - 75, 78 - 81, 86), this waste heat is approximately 60% of the fuel output supplied to the engine (ibid. Page 173).
  • a hot gas engine is known from DE 3628214 A1, in which the working gas is heated in pressure accumulators and, after the work has been carried out on the piston, is expanded via countercurrent heat exchangers, by means of which working gas is compressed and fed to the pressure accumulators.
  • the Druckspeic .. mean a higher design effort and space requirements.
  • the heat exchange is only imperfect because the working gas supplied to the pressure accumulators heats up during compression.
  • the invention specified in the protection claim is based on the problem of using the thermal energy, which is usually dissipated via the radiator in the case of Stirling engines, as far as possible within the engine to save fuel, with little design effort.
  • the countercurrent heat exchanger ensures that a hot working gas does not give off a large part of its thermal energy to cooling water or air but to the other working gas after leaving the regenerator. Since the latter has just passed the cooler, there is the greatest possible temperature difference between the working gases.
  • the energy transfer between the working gases in the counterflow heat exchanger is correspondingly high.
  • the coolers of the working gases can be downsized. There is no need for the regenerators if the counterflow heat exchanger is enlarged accordingly becomes. In order to achieve a high level of effectiveness, the counterflow heat exchanger must be thermally insulated from the outside.
  • FIG. 1 An embodiment of the invention is shown in the drawing. Two working (2, 9) and compression cylinders (4, 5), regenerators (7, 8), coolers (3, 6) and the counterflow heat exchanger (1) are shown.
  • the arrows indicate the directions of flow of the working gases in the situation described in the protection claim. When the pistons and thus the working gases change direction, the heat is emitted in the opposite direction. Then hot working gas flows out of cylinder 9 through the counterflow heat exchanger 1 and in the process gives off heat to the cool working gas flowing out of the compression cylinder 4.
  • the exemplary embodiment is shown for the sake of clarity with separate working and compression cylinders and pistons.
  • the types of double-acting motor and free-piston motor are more advantageous for practical applications.

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Abstract

In einer Wärmekraftmaschine nach dem Stirling-Prinzip mit einer geraden Anzahl von Arbeitsgasen (zwei oder ein Mehrfaches von zwei) werden je zwei Arbeitsgase in der Art durch einen Gegenstromwärmetauscher geführt, daß im Gegenstromwärmetauscher (1) ein aus einem Arbeitszylinder (2) strömendes heißes Arbeitsgas vor Erreichen des Kühlers (3) Wärmeenergie an ein aus einem Kompressionszylinder (5) in entgegengesetzter Richtung zum Arbeitszylinder (9) strömendes kaltes Arbeitsgas abgibt und dieses vorheizt. Die Kühler der Arbeitsgase können verkleinert werden. Auf die Regeneratoren kann ganz verzichtet werden, wenn der Gegenstromwärmetauscher entsprechend vergrößert wird.

Description

Beschreibung
Stirlingmotor mit einer geraden Anzahl von Arbeitsgasen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmekraftmaschine für zwei (oder ein Mehrfaches von zwei) geschlossene Kreisprozesse mit Heißgasen nach dem Stirling-Prinzip.
In Stirlingmotoren üblicher Bauart durchströmt jedes Arbeitsgas nach Verlassen von Arbeitszylinder und Regenerator den Kühler, in welchem es die nicht im Regenerator gespeicherte Wärmeenergie als Abwärme abgibt (DE 301 7641 C2, DE 2814753 C2, BESCHORNER, F. et al. in: Stand der Stirlingmotorenentwicklung, BMFT Forschungs¬ bericht T84-1 96, München/Augsburg 1 984, Seite 29 - 35, 56, 72 - 75, 78 - 81 , 86), diese Abwärme beträgt ca. 60% der dem Motor zugeführten Brennstoffleistung (ebd. Seite 173). Aus der DE 3628214 A1 ist ein Heißgasmotor bekannt, bei dem das Arbeits¬ gas in Druckspeichern erhitzt und nach der Arbeitsverrichtung am Kolben über Gegen¬ stromwärmetauscher entspannt wird, durch die 'eichzeitig Arbeitsgas komprimiert den Druckspeichern zugeführt wird. Die Druckspeic .. edeuten einen höheren konstruktiven Aufwand und Platzbedarf. Der Wärmeaustausch ist nur unvollkommen, da das den Druckspeichern zugeführte Arbeitsgas sich beim Komprimieren erhitzt.
Der im Schutzanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die bei Stirlingmotoren üblicherweise über den Kühler abgeführte Wärmeenergie zur Brennstoffein¬ sparung möglichst weitgehend innerhalb des Motors zu nutzen und das bei geringem konstruktiven Aufwand.
Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruch aufgeführten Merkmalen gelöst.
Durch den Gegenstromwärmetauscher wird erreicht, daß ein heißes Arbeitsgas nach Verlassen des Regenerators einen Großteil seiner Wärmeenergie nicht an Kühlwasser oder -luft sondern an das andere Arbeitsgas abgibt. Da lezteres gerade den Kühler passiert hat, besteht zwischen den Arbeitsgasen der größtmögliche Temperaturunterschied. Entspre¬ chend hoch ist der Energieübergang zwischen den Arbeitsgasen im Gegenstromwärmetau¬ scher. Die Kühler der Arbeitsgase können verkleinert werden. Auf die Regeneratoren kann ganz verzichtet werden, wenn der Gegenstromwärmetauscher entsprechend vergrößert wird. Um eine hohe Wirksamkeit zu erreichen, muß der Gegenstromwärmetauscher nach außen wärmeisoliert sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der Zeichnung dargestellt. Es sind je zwei Arbeits- (2, 9) und Kompressionszylinder (4, 5), Regeneratoren (7, 8), Kühler (3, 6) sowie der Gegenstromwärmetauscher ( 1 ) dargestellt. Die Pfeile geben die Strömungsrichtungen der Arbeitsgase in der Situation an, die im Schutzanspruch beschrieben wird. Bei einem Richtungswechsel der Kolben und damit der Arbeitsgase findet die Wärmeabgabe in umgekehrter Richtung statt. Dann strömt heißes Arbeitsgas aus Zylinder 9 durch den Gegenstromwärmetauscher 1 und gibt dabei Wärme an das kühle, aus dem Kompressions¬ zylinder 4 strömende Arbeitsgas ab.
Das Ausführungsbeispiel ist der Übersichtlichkeit wegen mit getrennten Arbeits- und Kompressionszylindern und -kolben dargestellt. Vorteilhafter für praktische Anwendungen sind die Bauarten doppeltwirkender Motor und Freikolbenmotor.

Claims

Schutzanspruch
Stirlingmotor mit einer geraden Anzahl von Arbeitsgasen,
dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gegenstromwärmetauscher (1 ) ein aus einem Arbeitszylinder (2) strömendes heißes Arbeitsgas vor Erreichen des Kühlers (3) Wärmeenergie an ein aus einem Kom¬ pressionszylinder (5) in entgegengesetzter Richtung zum Arbeitszylinder (9) strömendes kaltes Arbeitsgas abgibt und dieses vorheizt, und daß ein Gegenstromwärmetauscher für jeweils zwei Arbeitsgase vorhanden ist.
PCT/DE1994/001308 1993-11-10 1994-11-08 Stirlingmotor mit einer geraden anzahl von arbeitsgasen WO1995013466A1 (de)

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DEG9317173.0U 1993-11-10

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001094769A1 (en) * 2000-06-06 2001-12-13 Sander Pels Stirling motor and heat pump
FR2891873A1 (fr) * 2005-10-10 2007-04-13 Electricite De France Dispositif electrogene a moteur stirling
DE202022001806U1 (de) 2022-08-13 2022-09-12 Thomas Seidenschnur Mehrzylinder-Heißgasmotor-Anlage

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19717469A1 (de) * 1997-04-26 1998-02-05 Friedhelm Dipl Ing Laubkemeier Verfahren und Wärmerecycling-Kraftmaschine zur Energiegewinnung
DE19725465A1 (de) * 1997-06-17 1998-04-16 Friedhelm Dipl Ing Laubkemeier Wärmerecycling-Kraftmaschine zur Energiegewinnung mit Verfahrensstufe "Graduelle Kontraktion"

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4753073A (en) * 1987-10-20 1988-06-28 Chandler Joseph A Stirling cycle rotary engine
US4977742A (en) * 1989-04-21 1990-12-18 Stirling Thermal Motors, Inc. Stirling engine with integrated gas combustor
US5076058A (en) * 1990-07-27 1991-12-31 Stirling Technology Company Heat transfer head for a Stirling cycle machine

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2291351A1 (fr) * 1974-11-14 1976-06-11 Kovacs Andre Machine thermodynamique a cycle ferme
DE3607432A1 (de) * 1986-03-06 1987-09-10 Eder Franz X Regenerative arbeits- und waermemaschine mit aeusserer waermezufuhr
DE3628214A1 (de) * 1986-08-20 1987-02-05 Roman Fetzer Waermekraftmaschine
DE4137756C2 (de) * 1991-11-16 1993-11-11 Kernforschungsz Karlsruhe Wärmekraftmaschine nach dem Stirling-Prinzip

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4753073A (en) * 1987-10-20 1988-06-28 Chandler Joseph A Stirling cycle rotary engine
US4977742A (en) * 1989-04-21 1990-12-18 Stirling Thermal Motors, Inc. Stirling engine with integrated gas combustor
US5076058A (en) * 1990-07-27 1991-12-31 Stirling Technology Company Heat transfer head for a Stirling cycle machine

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001094769A1 (en) * 2000-06-06 2001-12-13 Sander Pels Stirling motor and heat pump
US6877314B2 (en) 2000-06-06 2005-04-12 Sander Pels Stirling motor and heat pump
FR2891873A1 (fr) * 2005-10-10 2007-04-13 Electricite De France Dispositif electrogene a moteur stirling
DE202022001806U1 (de) 2022-08-13 2022-09-12 Thomas Seidenschnur Mehrzylinder-Heißgasmotor-Anlage

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