WO2011160622A1 - Supercharged expansion motor - Google Patents

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WO2011160622A1
WO2011160622A1 PCT/DE2011/001386 DE2011001386W WO2011160622A1 WO 2011160622 A1 WO2011160622 A1 WO 2011160622A1 DE 2011001386 W DE2011001386 W DE 2011001386W WO 2011160622 A1 WO2011160622 A1 WO 2011160622A1
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WO
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working
piston
drive shaft
displacer
compressed gas
Prior art date
Application number
PCT/DE2011/001386
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hans Jürgen RATHKAMP
Original Assignee
Rathkamp Hans Juergen
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 Rathkamp Hans Juergen filed Critical Rathkamp Hans Juergen
Publication of WO2011160622A1 publication Critical patent/WO2011160622A1/en

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    • 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
    • F02G2243/00Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
    • F02G2243/30Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders
    • F02G2243/32Regenerative displacers having parallel cylinder, e.g. "Lauberau" or "Schwartzkopff" engines

Definitions

  • the invention relates to a device for converting thermal energy into a rotational movement of a driven shaft, in particular an expansion engine, with at least one at least one cold and
  • Thermoreactor having hot area which has at least one pressure chamber with a rotatably received in its interior displacer, in which a cyclically reciprocated by means of the displacer between the cold and warm area compressed gas is received, and at least one cyclic at least
  • Heat energy in the form of waste heat in a "high-quality" and thus more usable form of energy, primarily mechanical energy to be converted.
  • a compressed gas such as air or a clean gas, such as helium, alternately heated and cooled, resulting in a continuous pressure and Volume change of the compressed gas and a resulting
  • a Stirling machine which comprise at least one cold and warm region having a thermal reactor with at least one pressure chamber in which a displacer is rotatably received.
  • a compressed gas located in the pressure chamber between the cold and warm area is cyclically reciprocated.
  • a continuous pressure and volume change of the compressed gas causes, which in turn has a movement of the actuator and thus ultimately a rotational movement of the drive shaft result.
  • the actuator according to DE 198 09 847 A1 has a likewise rotatably received, designed as a rotary piston working piston, which is in particular coupled to the displacer via a shaft.
  • the displacer and the rotational movement of the drive shaft generating actuator thereby form a rotor unit, which is a structurally complex configuration, in particular of the heat energy converting mechanical components of such Stirling machines.
  • the production of prescribed Stirling machines also has to be done while maintaining a relatively high accuracy or low manufacturing tolerances in order to achieve a relatively high efficiency.
  • the invention is therefore an object of the invention to improve a device of the aforementioned type in that a relatively high
  • Embodiments of the invention are specified in claims 2 to 16.
  • a device for converting thermal energy into a rotational movement of a driven shaft in particular a Stirling machine, having at least one thermoreactor having at least one cold and warm region, which has at least one pressure chamber with a displacer rotatably received in the interior, in which a means the displacer between the cold and warm area cyclically reciprocating compressed gas is received, and with at least one cyclic change in volume of the compressed gas in a rotary motion of the drive shaft changing actuator
  • the actuator at least one axially in a working chamber movably held working piston and a linear movement of the working piston in the rotational movement of the drive shaft converting coupling gear, wherein the working chamber is at least pressure-conductively coupled to the pressure chamber of the thermoreactor.
  • the separate embodiment of the actuator with at least one axially movable in a working chamber held working piston is a structurally advantageous possibility for the design of a device for converting thermal energy into mechanical energy, in particular in a rotational movement of a drive shaft.
  • the production of the expansion engine according to the invention is thereby advantageously simplified, as with the separate, mechanically independent from one another education of the displacement piston and the actuator a simplified seal can be ensured to the outside.
  • the working chamber which may be formed as a cylinder, at least pressure-conductively connected to the pressurized gas-containing pressure chamber of the thermoreactor.
  • the pressure-conducting connection between the chambers may also comprise a media-conducting connection.
  • a coupling gear is used, such as a crank mechanism.
  • a working fluid within the working chamber and predetermined connection areas of the actuator has, on the one hand, the advantage that an improved sealing of the movable working piston to the wall of the working chamber can be ensured.
  • a working fluid in the region of moving component surfaces and their gaps is not so volatile, so that it can be operated at higher pressures.
  • the use of a generally nearly incompressible working fluid has the advantage that here, in contrast to the use of only one compressed gas, which is then also used for movement of the working piston, the dead volume is reduced, which is advantageous to the efficiency of the invention Device affects.
  • the compressed gas can act directly on the working fluid to transmit pressure, it being ensured that the compressed gas never flows into the working chamber.
  • the pressure chamber has at least one pressure line as a connection to the working chamber, in which already preferably the incompressible working fluid is present. Accordingly, only a volume change of the pressure gas received in the pressure chamber of the thermoreactor takes place. By a pressure change in the pressure chamber and a volume change of the compressed gas associated therewith, a correspondingly directed force acts on the working fluid in the
  • any fluid having a relatively low compressibility and causing no corrosion on the mainly metallic components can be used as the working fluid.
  • measured values in particular Press to connect sensing sensors to the chambers of measurement, which receive the respective working pressure in the working chambers, so that then the deviations of the working pressures among each other are determined.
  • the ascertained deviations can be compensated in particular with the leakage oil collecting device by filling certain working chambers with the working fluid.
  • the compressed gas and the working fluid are separated from each other in particular by at least one varying pressures transmitting release agent, whereby an advantageous separation of the compressed gas is achieved by the working fluid.
  • a release agent or pressure transmitter according to the invention which may preferably be formed as a metallic membrane, preferably with helium to be filled pressure chamber can be formed as a self-contained, metallically encapsulated area, so that an accidental escape of the compressed gas from the pressure chamber almost is excluded.
  • metallic seals are also used in assembling the device according to the invention, which, due to the complete encapsulation of the rotatably received displacer, are advantageously not burdened by any, along it moving components.
  • the pressure-transmitting, metallic separating agent between the compressed gas and the working fluid is also a dynamically moving seal, are advantageously avoided via the diffusion processes of the compressed gas into the working fluid.
  • At least two working chambers are arranged in a radially aligned to the drive shaft plane, wherein the working chambers are arranged with their working piston and optionally coupled with the working chambers thermoreactors in particular at an angle of 180 ° to each other on both sides of the drive shaft.
  • the device according to the invention can be charged relatively high in an advantageous manner, wherein by the Symmetrical arrangement of the working chambers and their working piston extremely high charges are even possible.
  • a pressure chamber for example, ambient pressures of 400 bar and higher may be present at ambient temperature, so that waste heat with a temperature of about 100 ° C can be used optimally for conversion into mechanical energy here in an advantageous manner.
  • the reciprocating motion of the working piston is caused by the respective differential pressure in both working chambers continuously, inversely changing working pressures, as a result of offset by 180 degrees to each other control times of the displacer.
  • a prerequisite for a uniform operation of the device is a uniform charging of the opposing pressure chambers.
  • the longitudinal axes of the working chambers in particular designed as cylinders, are arranged coaxially, the common longitudinal axis extending radially through the longitudinal axis of the drive shaft.
  • a plurality of such symmetrically arranged to the drive shaft working chamber arranged one behind the other along the drive shaft.
  • more than two pistons extending approximately in a plane radially to the working shaft may be arranged in a star shape around the working shaft, wherein the pistons preferably each have the same offset angle.
  • the coupling gear is in particular designed as a cross loop with a transverse to the direction of movement of the working piston aligned slide and a rotatably and slidably held in the sliding guide crank pin of the drive shaft.
  • the use of a cross loop has the advantage that no tilting moments occur on the working piston and thus an advantageously improved sealing can be made to the sliding surfaces of the working chambers.
  • the formation of a cross loop further has the advantage that the working pistons guided radially on both sides can in particular be designed in one piece, wherein a particular cuboid central part of the working piston is equipped with the sliding guide receiving the crank pin.
  • a plurality of filled with the working fluid working chambers may be arranged radially around the drive shaft of the expansion engine, wherein the working chambers with the axially movably held therein working piston and the coupling mechanism are at least part of a radial piston motor.
  • the actuator can have a plurality of working chambers with center axes running parallel to one another, wherein the working chambers are arranged in a circle around a central region which forms.
  • the working chambers and the axially movable therein are generated to each other, whereby an advantageous application of force to, for example, a mechanically connected to a drive shaft coupling gear is possible.
  • the working chambers and the axially movable therein are generated to each other, whereby an advantageous application of force to, for example, a mechanically connected to a drive shaft coupling gear.
  • Another development of the invention provides that the drive shaft and the displacer piston are coupled to each other via a coupling device, a fixed or varying angle of rotation to each other.
  • a coupling device can ensure a trouble-free synchronous or asynchronous transmission of the rotational movement of the drive shaft to the displacer for compliance with predetermined timing.
  • the synchronous transmission of the rotational movement from the drive shaft takes place both in particular to a displacement piston pair arranged symmetrically on both sides of the drive shaft and also to possibly several displacement piston pairs arranged one behind the other along the drive shaft.
  • the pressure chambers for the displacement piston can also be arranged in a star shape around the drive shaft.
  • Displacement piston pairs have these with respect to their timing, a predetermined twisting or offset angle to each other.
  • the coupling device has at least one servomotor, which has a respective associated displacer piston in dependence on
  • the displacer can be passed slowly corresponding to a respective hot and cold area.
  • Measuring sensors are arranged on the drive shaft, which detect the rotation angle of the drive shaft and thus the position of the piston in the working chambers.
  • the servomotors and thus the displacer are specifically controlled.
  • the coupling between servomotor and displacer can be realized for example by means of magnetic couplings.
  • the coupling device has at least one belt drive, which is connected directly or indirectly with the drive shaft in a rotary manner and has pulleys coupled to the displacer piston by means of magnetic couplings.
  • a belt drive such as a toothed belt drive
  • corresponding magnetic couplings are used with sufficiently high magnetic forces for non-contact coupling of the pulleys with the displacer.
  • the coupling device may have a chain drive or a spur gear for the synchronous rotation of the displacers to the drive shaft.
  • Each displacer piston is formed, in particular, from a plurality of disc bodies arranged one above the other with recesses for the compressed gas, stators forming regions of the pressure chamber wall projecting between the disc bodies.
  • stators By between the disk body protruding stators an increased heat transfer surface and thus an improved heat exchange between the cold and hot area of the thermal reactor and the pressure gas located in the pressure chamber is ensured. With the improved heat exchange is always relatively quickly or suddenly rising and falling again pressure change in the constantly repeating cycle allows, which is advantageous to the efficiency of the device according to the invention effect.
  • Each disk body of a displacer piston has a recess for the compressed gas to be moved in the pressure chamber, wherein the recesses of a displacer piston are always aligned congruent to each other.
  • the disk body for example, have a cylindrical
  • each stator is subdivided into at least two stator sections forming a cold and a hot zone of the pressure chamber wall, via which either heat is transferred to the compressed gas present in the recesses or heat is withdrawn from the compressed gas.
  • a regenerator may be provided in each case, wherein the regenerator is radially to both
  • the regenerator sections arranged on either side of the displacer shaft are connected to one another in a heat-conducting manner.
  • Each stator section forming a cold or warm region of the thermoreactor extends approximately over one third of the circumference of the pressure chamber wall.
  • a respective stator section is equipped with at least one channel leading to a heating or cooling medium.
  • each of the stator sections projecting between two rotatable disk bodies of the displacer piston has a liquid one
  • Medium leading channel initiated via the targeted heat by means of a correspondingly hot or heated medium in the thermoreactor or can be deducted from the heat over a correspondingly cold medium.
  • a heating medium can directly a waste heat stream be used. It is also conceivable to lead the waste heat stream to be used via a heat exchanger coupled to the device according to the invention, in which case a separate heating, cooling circuit is formed on the device exclusively as a heating medium and as a coolant between a heat exchanger and the thermoreactor is.
  • the displacer piston has a hollow shaft which has apertures associated with the recesses of the disk body, so that a pressure and media-conducting connection is produced between the inner diameter of the hollow shaft and the recesses receiving the compressed gas.
  • the use of a hollow shaft for producing a pressure-conducting connection between the pressure chamber and the possibly separately formed actuator provides a structurally advantageous possibility for pressure transmission.
  • the apertures formed as bores run radially to the longitudinal axis of the hollow shaft.
  • the displacement piston is open at one of its ends, whereby the pressure and medium-conducting connection to the separating the pressure gas and the working fluid separation means, which is arranged in a pressure transmission region of the thermoreactor, is ensured.
  • Fig. 1 a perspective view of an inventive
  • Fig. 2 is a perspective sectional view of an individual
  • Fig. 3 a detail view of the thermal reactor in section. 1 denotes a Stirling machine, which has a plurality of thermoreactors 2, 2 ', 2 ", each thermoreactor 2, 2', 2" being equipped with at least one pressure chamber 3, in each of which a displacer 4 (FIG. Fig. 2) is arranged.
  • a displacer 4 FIG. Fig. 2
  • Embodiment is in particular arranged at the lower end of each thermoreactor pressure-conductively connected to the pressure chamber 3 working chamber 5, in which a working piston 6 (Fig. 2) is held axially movable.
  • the working piston 6 which forms part of the actuator 7 is in particular connected to a drive shaft 9 of the Stirling engine 1 via a coupling mechanism 8 which converts the linear movement of the working piston into a rotary motion.
  • a coupling device 10 is provided on the drive shaft 9, which ensures a coupling of the drive shaft which maintains a fixed angle of rotation with the displacement pistons 4 of the thermoreactors 2, 2 "
  • the belts of the belt drives 11, 11 ' are guided in particular via pulleys 13, 13', wherein the belt pulleys are synchronously rotationally coupled to the respective displacement piston 4 by means of magnetic couplings 14 (FIG. 13 'and the
  • Displacement piston 4 are arranged in particular coaxially, which is also apparent from Fig. 2.
  • Fig. 2 is a detail view of the thermoreactor 2 and a particular directly disposed thereon work chamber 5 is shown in section, and is intended in particular to illustrate the structure of the pressure chamber 3 and the pressure-conductive connection to the working chamber 5.
  • the pressure chamber 3 has an approximately cylindrical basic shape, wherein within the pressure chamber 3, the displacer 4 is received rotatably.
  • the displacer piston 4 is made of a plurality of disk bodies arranged one above the other
  • each disk body has a recess 16, 16' (FIG. 3) for the compressed gas received in the pressure chamber -Wave 17 on which as a hollow shaft is formed and the recesses 16, 16 'of the disk body 15, 15', 15 "respectively associated, not shown breakthroughs has ..
  • the displacer shaft 17 With its open end 18, the displacer shaft 17 is connected to at least one pressure line 19, which opens into a pressure transfer area 20
  • a pressure transfer area 20 In particular in the pressure transfer region 20 is on one side of a respective release agent 21, 21 'directly in the volume changing pressure gas and on the other side About the directly on the release agent 21st 21 'and up to the working chamber 5 of the actuator 7 working fluid via at least one pressure line 22, a pressure relaying compound to the working piston 6 in the working chamber 5.
  • the cyclically through the heating or cooling of the compressed gas generated pressure and Vo Lumen selectedung acts on the release agent 21, 21 "and the nearly incompressible working fluid into the working chamber 5, so that a force acting in the longitudinal direction of the working chamber force on the working piston 6 rests and attacks and this moves accordingly.
  • a part of a magnetic coupling 14 is arranged, which is a non-rotatable
  • thermoreactor 2 pulley 13 Coupling to a rotatably held at the top of the thermoreactor 2 pulley 13 produces, which in turn has the other part of the magnetic coupling 14. In this case, it is always ensured that the pressure chamber 3 of the thermoreactor is completely metallurgically housed pressure-resistant. As illustrated in FIG. 1, in particular two thermoreactors are symmetrical to
  • the working piston 6, 6 ' preferably formed in one piece, wherein the working piston connecting approximately cuboid center region 24 has a transverse to the direction of movement of the working piston trained slide 25 for rotatably and slidably held therein crank pin of the drive shaft 9 for forming the linkage 8 ,
  • the movement of the working piston 6, 6 ' is generated by the pressure difference between the prevailing in the respective associated working chambers 5 working pressures, the piston movements of the working piston 6, 6' in opposite directions to each other are.
  • the respectively assigned displacement piston 4 of the thermoreactors arranged opposite each other assume a rotation angle offset by 180 degrees relative to each other.
  • the coupling mechanism 8 may be a conventional crank mechanism.
  • Fig. 3 shows an enlarged detail view of a portion of the thermal reactor in section, which illustrates in particular its structure.
  • each stators 26, 26' is divided into at least two stator sections 28, 28', each forming a cold zone and a hot zone.
  • a regenerator function acquiring stator section 28 is provided, which is arranged on both sides of the displacer shaft 16 between the stator sections 28, 28 '.
  • stator sections 28, 28 ' are each a heating or cooling-carrying channels 29, 29' are provided, whereby the direct heat input or the direct heat dissipation into the interior of the thermal reactor 2, in particular in the stator 28, 28 ', takes place.
  • 2 terminals 30, 30 ' for introducing or discharging the heating or cooling medium are formed on the outer surface of the thermoreactor.
  • the thermoreactor 2 can be composed of alsronssetzbaren segments.

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Abstract

In the case of an apparatus for converting thermal energy into a rotary movement of a drive shaft, in particular an expansion motor, having at least one thermal reactor, which has at least one cold region and hot region and at least one pressure chamber with a displacement piston, which is accommodated in a rotatable manner in the interior and which accommodates a compressed gas which moves cyclically back forth between the cold region and hot region by means of the displacement piston, and having at least one actuator for converting at least the cyclic change in volume of the compressed gas into a rotary movement of the drive shaft, wherein the actuator has at least one working piston, which is retained in an axially movable manner in a working chamber, and a coupler gear mechanism, which converts the linear movement of the working piston to the rotary movement of the drive shaft, and wherein the working chamber is coupled, at least with pressure-channelling action, to the pressure chamber of the thermal reactor, each working chamber of the actuator is designed such that it is filled with a working fluid which moves the working piston and has a low level of compactability.

Description

Hochaufgeladener Expansions-Motor  Highly charged expansion engine
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Umwandlung thermischer Energie in eine Drehbewegung einer anzutreibenden Welle, insbesondere auf einen Expansions-Motor, mit zumindest einem mindestens einen Kalt- undThe invention relates to a device for converting thermal energy into a rotational movement of a driven shaft, in particular an expansion engine, with at least one at least one cold and
Warmbereich aufweisenden Thermoreaktor, welcher mindestens eine Druckkammer mit einem in ihrem Inneren drehbeweglich aufgenommenen Verdrängerkolben aufweist, in der ein mittels des Verdrängerkolbens zwischen dem Kalt- und Warmbereich zyklisch hin- und herbewegtes Druck- gas aufgenommen ist, und mit wenigstens einem zumindest die zyklischeThermoreactor having hot area, which has at least one pressure chamber with a rotatably received in its interior displacer, in which a cyclically reciprocated by means of the displacer between the cold and warm area compressed gas is received, and at least one cyclic at least
Volumenänderung des Druckgases in eine Drehbewegung der Antriebswelle wandelnden Aktor. Volume change of the compressed gas in a rotary motion of the drive shaft changing actuator.
Vorrichtungen bekannter Gattung haben die Funktion ähnlich einer Stirling- Maschine, mit Hilfe denen eine„minderwertige" Energieform, wie zum BeispielDevices of known type have the function similar to a Stirling machine, by means of which an "inferior" form of energy, such as
Wärmeenergie in Form von Abwärme, in eine„hochwertige" und somit besser nutzbare Energieform, vornehmlich mechanische Energie, umgewandelt werden. Dabei wird ein Druckgas, wie beispielsweise Luft oder ein Reingas, wie Helium, abwechselnd erhitzt und abgekühlt, was eine fortlaufende Druck- und Volumenänderung des Druckgases und eine daraus resultierendeHeat energy in the form of waste heat, in a "high-quality" and thus more usable form of energy, primarily mechanical energy to be converted.A compressed gas, such as air or a clean gas, such as helium, alternately heated and cooled, resulting in a continuous pressure and Volume change of the compressed gas and a resulting
Bewegung eines Aktors zur Folge hat. Aus der DE 198 09 847 A1 ist eine Stirling-Maschine bekannt, welche mindestens einen Kalt- und Warmbereich aufweisenden Thermoreaktor mit mindestens einer Druckkammer umfassen, in der ein Verdrängerkolben drehbeweglich aufgenommen ist. Mittels des Verdrängerkolbens wird ein in der Druckkammer befindliches Druckgas zwischen dem Kalt- und Warmbereich zyklisch hin- und herbewegt. Dadurch ist, insbesondere in Verbindung mit dem abwechselnd erfolgenden Erwärmen und Abkühlen des Druckgases, eine fortlaufende Druck- und Volumenänderung des Druckgases bewirkt, was wiederum eine Bewegung des Aktors und somit letztlich eine Drehbewegung der Antriebswelle zur Folge hat. Movement of an actuator has the consequence. From DE 198 09 847 A1 a Stirling machine is known, which comprise at least one cold and warm region having a thermal reactor with at least one pressure chamber in which a displacer is rotatably received. By means of the displacer, a compressed gas located in the pressure chamber between the cold and warm area is cyclically reciprocated. As a result, in particular in conjunction with the alternating heating and cooling of the compressed gas, a continuous pressure and volume change of the compressed gas causes, which in turn has a movement of the actuator and thus ultimately a rotational movement of the drive shaft result.
Dabei weist der Aktor nach der DE 198 09 847 A1 einen ebenfalls drehbeweglich aufgenommen, als Kreiskolben ausgebildeten Arbeitskolben auf, welcher insbesondere mit dem Verdrängerkolben über eine Welle gekoppelt ist. Der Verdrängerkolben und der die Drehbewegung der Antriebswelle erzeugende Aktor bilden dabei eine Rotoreinheit aus, was eine konstruktiv komplexe Ausgestaltung, insbesondere der die Wärmeenergie umwandelnden mechanischen Bauteile derartiger Stirling-Maschinen darstellt. Die Herstellung vorbeschriebener Stirling-Maschinen hat zudem unter Einhaltung einer relativ hohen Genauigkeit bzw. geringer Fertigungstoleranzen zu erfolgen, um einen verhältnismäßig hohen Wirkungsgrad zu erzielen. In this case, the actuator according to DE 198 09 847 A1 has a likewise rotatably received, designed as a rotary piston working piston, which is in particular coupled to the displacer via a shaft. The displacer and the rotational movement of the drive shaft generating actuator thereby form a rotor unit, which is a structurally complex configuration, in particular of the heat energy converting mechanical components of such Stirling machines. The production of prescribed Stirling machines also has to be done while maintaining a relatively high accuracy or low manufacturing tolerances in order to achieve a relatively high efficiency.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der vorbezeichneten Gattung dahingehend zu verbessern, dass ein relativ hoherThe invention is therefore an object of the invention to improve a device of the aforementioned type in that a relatively high
Wirkungsgrad bei einer gleichzeitig vorteilhaft einfachen Ausgestaltung der Vorrichtung erreicht ist. Efficiency is achieved in a simultaneously advantageous simple embodiment of the device.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 . Vorteilhafte Weiterbildungen undThe object is achieved according to the invention by a device having the features of patent claim 1. Advantageous developments and
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 16 angegeben. Bei einer Vorrichtung zum Umwandeln von thermischer Energie in eine Drehbewegung einer anzutreibenden Welle, insbesondere einer Stirling- Maschine, mit zumindest einem mindestens einen Kalt- und Warmbereich aufweisenden Thermoreaktor, welcher mindestens eine Druckkammer mit einem im Inneren drehbeweglich aufgenommenen Verdrängerkolben aufweist, in der ein mittels des Verdrängerkolbens zwischen dem Kalt- und Warmbereich zyklisch hin- und herbewegtes Druckgas aufgenommen ist, und mit wenigstens einem zumindest die zyklische Volumenänderung des Druckgases in eine Drehbewegung der Antriebswelle wandelnden Aktor, ist nach der Erfindung vorgesehen, dass der Aktor wenigstens einen in einer Arbeitskammer axial beweglich gehaltenen Arbeitskolben und ein die Linearbewegung des Arbeitskolbens in die Drehbewegung der Antriebswelle umsetzendes Koppelgetriebe aufweist, wobei die Arbeitskammer zumindest druckleitend mit der Druckkammer des Thermoreaktors gekoppelt ist. Embodiments of the invention are specified in claims 2 to 16. In a device for converting thermal energy into a rotational movement of a driven shaft, in particular a Stirling machine, having at least one thermoreactor having at least one cold and warm region, which has at least one pressure chamber with a displacer rotatably received in the interior, in which a means the displacer between the cold and warm area cyclically reciprocating compressed gas is received, and with at least one cyclic change in volume of the compressed gas in a rotary motion of the drive shaft changing actuator is provided according to the invention that the actuator at least one axially in a working chamber movably held working piston and a linear movement of the working piston in the rotational movement of the drive shaft converting coupling gear, wherein the working chamber is at least pressure-conductively coupled to the pressure chamber of the thermoreactor.
Die separate Ausgestaltung des Aktors mit zumindest einem in einer Arbeitskammer axial beweglich gehaltenen Arbeitskolben stellt eine konstruktiv vorteilhafte Möglichkeit zur Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Energie dar, insbesondere in eine Drehbewegung einer Antriebswelle. Die Herstellung des erfindungsgemäßen Expansions-Motors ist dadurch vorteilhaft vereinfacht, da mit der separaten, mechanisch voneinander unabhängigen Ausbildung des Verdrängerkolbens und des Aktors eine vereinfachte Abdichtung nach außen gewährleistet werden kann. Durch eine Druckänderung in der Druckkammer und eine damit verbundene Volumenänderung des Druckgases wirkt eine entsprechend gerichtete Kraft auf den Arbeitskolben des Aktors, wodurch dieser in der Arbeitskammer in Achsrichtung bewegt wird. Dabei ist die Arbeitskammer, welche als Zylinder ausgebildet sein kann, zumindest druckleitend mit der das Druckgas beinhaltenden Druckkammer des Thermoreaktors verbunden. In diesem Fall kann die druckleitende Verbindung zwischen den Kammern auch eine medienleitende Verbindung mit umfassen. Zur Umwandlung der Linearbewegung in eine Drehbewegung der Antriebswelle wird insbesondere ein Koppelgetriebe eingesetzt, wie zum Beispiel ein Kurbeltrieb. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des Expansions-Motors ist vorgesehen, dass jede Arbeitskammer des Aktors derart ausgebildet ist, dass diese mit einem den Arbeitskolben bewegenden, eine geringe Kompressibilität aufweisenden Arbeitsfluid gefüllt ist. Die Verwendung eines Arbeitsfluids innerhalb der Arbeitskammer und vorbestimmten Anschlussbereichen des Aktors hat zum einen den Vorteil, dass sich eine verbesserte Abdichtung des beweglichen Arbeitskolbens zur Wandung der Arbeitskammer gewährleisten lässt. Im Gegensatz zu einem im Thermoreaktor der Vorrichtung verwendeten Druckgas, wie zum Beispiel Helium, ist ein Arbeitsfluid im Bereich zueinander bewegter Bauteilflächen und ihrer Spalte nicht so flüchtig, so dass hier mit höheren Drücken gearbeitet werden kann. Zum anderen hat der Einsatz eines in der Regel nahezu inkompressiblen Arbeitsfluids den Vorteil, dass hier, im Gegensatz zur Verwendung ausschließlich eines Druckgases, welches dann auch zur Bewegung des Arbeitskolbens Verwendung findet, das Totvolumen derart verringert ist, was sich vorteilhaft auf die Wirtschaftlichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auswirkt. Dabei kann das Druckgas direkt druckübertragend auf das Arbeitsfluid einwirken, wobei sichergestellt ist, dass das Druckgas nie bis in die Arbeitskammer einströmt. Die Druckkammer weist wenigstens eine Druckleitung als Verbindung zur Arbeitskammer auf, in der bereits vorzugsweise das inkompressible Arbeitsfluid ansteht. Dementsprechend erfolgt nur eine Volumenänderung des in der Druckkammer des Thermoreaktors aufgenommenen Druckgases. Durch eine Druckänderung in der Druckkammer und eine damit verbundene Volumenänderung des Druck- gases wirkt eine entsprechend gerichtete Kraft auf das Arbeitsfluid in derThe separate embodiment of the actuator with at least one axially movable in a working chamber held working piston is a structurally advantageous possibility for the design of a device for converting thermal energy into mechanical energy, in particular in a rotational movement of a drive shaft. The production of the expansion engine according to the invention is thereby advantageously simplified, as with the separate, mechanically independent from one another education of the displacement piston and the actuator a simplified seal can be ensured to the outside. By a pressure change in the pressure chamber and an associated change in volume of the compressed gas, a correspondingly directed force acts on the working piston of the actuator, whereby it is moved in the working chamber in the axial direction. In this case, the working chamber, which may be formed as a cylinder, at least pressure-conductively connected to the pressurized gas-containing pressure chamber of the thermoreactor. In this case, the pressure-conducting connection between the chambers may also comprise a media-conducting connection. To convert the linear movement into a rotational movement of the drive shaft, in particular a coupling gear is used, such as a crank mechanism. According to an advantageous development of the expansion engine is provided that each working chamber of the actuator is designed such that it is filled with a working piston moving the working piston, a low compressibility having working fluid. The use of a working fluid within the working chamber and predetermined connection areas of the actuator has, on the one hand, the advantage that an improved sealing of the movable working piston to the wall of the working chamber can be ensured. In contrast to a compressed gas used in the thermoreactor of the device, such as helium, a working fluid in the region of moving component surfaces and their gaps is not so volatile, so that it can be operated at higher pressures. On the other hand, the use of a generally nearly incompressible working fluid has the advantage that here, in contrast to the use of only one compressed gas, which is then also used for movement of the working piston, the dead volume is reduced, which is advantageous to the efficiency of the invention Device affects. In this case, the compressed gas can act directly on the working fluid to transmit pressure, it being ensured that the compressed gas never flows into the working chamber. The pressure chamber has at least one pressure line as a connection to the working chamber, in which already preferably the incompressible working fluid is present. Accordingly, only a volume change of the pressure gas received in the pressure chamber of the thermoreactor takes place. By a pressure change in the pressure chamber and a volume change of the compressed gas associated therewith, a correspondingly directed force acts on the working fluid in the
Arbeitskammer und damit auf den Arbeitskolben des Aktors, wodurch dieser in der Arbeitskammer in Achsrichtung bewegt wird. Als Arbeitsfluid kann insbesondere jede eine relativ geringe Kompressibilität aufweisende, keine Korrosion an den hauptsächlich metallischen Bauteilen verursachende Flüssigkeit eingesetzt werden. Des Weiteren kann ein aus wenigstens einerWorking chamber and thus on the working piston of the actuator, whereby it is moved in the working chamber in the axial direction. In particular, any fluid having a relatively low compressibility and causing no corrosion on the mainly metallic components can be used as the working fluid. Furthermore, one of at least one
Arbeitskammer austretender Leckölstrom eines Arbeitsfluids von zum Beispiel einer Leckölsammeleinrichtung vorteilhaft aufgefangen und mittels einer Pumpe der Leckölsammeleinrichtung in die entsprechende Arbeitskammer zurückgepumpt werden. Es ist ebenfalls denkbar, Messwerte, insbesondere Drücke, erfassende Sensoren an die Messkammem anzuschließen, welche den jeweiligen Arbeitsdruck in den Arbeitskammern aufnehmen, so dass dann die Abweichungen der Arbeitsdrücke untereinander ermittelt werden. Die ermittelten Abweichungen lassen sich insbesondere mit der Lecköl- sammeleinrichtung durch Auffüllen bestimmter Arbeitskammern mit dem Arbeitsfluid ausgleichen. Working chamber leaking leakage flow of a working fluid of advantageously collected, for example, a leak oil collection device and be pumped back by means of a pump of the leak oil collection device into the corresponding working chamber. It is also conceivable, measured values, in particular Press to connect sensing sensors to the chambers of measurement, which receive the respective working pressure in the working chambers, so that then the deviations of the working pressures among each other are determined. The ascertained deviations can be compensated in particular with the leakage oil collecting device by filling certain working chambers with the working fluid.
Das Druckgas und das Arbeitsfluid dabei sind insbesondere durch wenigstens ein variierende Drücke übertragendes Trennmittel voneinander getrennt, wodurch eine vorteilhafte Trennung des Druckgases vom Arbeitsfluid erreicht ist. Durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Trennmittels bzw. Druckmittlers, welches vorzugsweise als metallische Membrane ausgebildet sein kann, lässt sich die bevorzugt mit Helium zu befüllende Druckkammer als ein in sich geschlossener, metallisch gekapselter Bereich ausbilden, so dass ein ungewolltes Entweichen des Druckgases aus der Druckkammer nahezu ausgeschlossen ist. Zu diesem Zweck werden ebenfalls metallisch ausgeführte Dichtungen beim Zusammenbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt, welche, aufgrund der vollständigen Kapselung des drehbeweglich aufgenommenen Verdrängerkolbens, mit Vorteil nicht durch etwaige, sich daran entlang bewegende Bauteile belastet werden. Dabei stellt das Druck übertragende, metallische Trennmittel zwischen dem Druckgas und dem Arbeitsfluid ebenfalls eine dynamisch bewegte Dichtung dar, über die Diffusionsvorgänge des Druckgases in das Arbeitsfluid vorteilhaft vermieden sind. The compressed gas and the working fluid are separated from each other in particular by at least one varying pressures transmitting release agent, whereby an advantageous separation of the compressed gas is achieved by the working fluid. By using a release agent or pressure transmitter according to the invention, which may preferably be formed as a metallic membrane, preferably with helium to be filled pressure chamber can be formed as a self-contained, metallically encapsulated area, so that an accidental escape of the compressed gas from the pressure chamber almost is excluded. For this purpose, metallic seals are also used in assembling the device according to the invention, which, due to the complete encapsulation of the rotatably received displacer, are advantageously not burdened by any, along it moving components. In this case, the pressure-transmitting, metallic separating agent between the compressed gas and the working fluid is also a dynamically moving seal, are advantageously avoided via the diffusion processes of the compressed gas into the working fluid.
Vorzugsweise sind wenigstens zwei Arbeitskammern in einer radial zur Antriebswelle ausgerichteten Ebene angeordnet, wobei die Arbeitskammern mit ihren darin geführten Arbeitskolben und die gegebenenfalls mit den Arbeitskammern gekoppelten Thermoreaktoren insbesondere in einem Winkel von 180° zueinander zu beiden Seiten der Antriebswelle angeordnet sind. Somit ist zum einen ein ausgeglichenes Kräfteverhältnis zu beiden Seiten der Antriebswelle gewährleistet. Zum anderen lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auf vorteilhafte Weise relativ hoch aufladen, wobei durch die symmetrische Anordnung der Arbeitskammern und ihrer Arbeitskolben extrem hohe Aufladungen überhaupt erst möglich sind. Innerhalb einer Druckkammer können beispielsweise bei Umgebungstemperatur statische Überdrücke 400 bar und höher anliegen, so dass hier auf vorteilhafte Weise auch Abwärme mit einer Temperatur von um 100° Celsius optimal zur Umwandlung in mechanische Energie genutzt werden kann. Die Hin- und Herbewegung der Arbeitskolben ist dabei durch den jeweiligen Differenzdruck der in beiden Arbeitskammern sich fortlaufend, gegenläufig ändernden Arbeitsdrücke, als Folge der um 180 Grad zu einander versetzten Steuerzeiten der Verdrängerkolben, bewirkt. Voraussetzung für einen gleichmäßigen Betrieb der Vorrichtung ist eine gleichmäßige Aufladung der einander gegenüberliegenden Druckkammern. Vorzugsweise sind die Längsachsen der insbesondere als Zylinder ausgebildeten Arbeitskammem koaxial angeordnet, wobei die gemeinsame ittenachse radial durch die Längsachse der Antriebswelle verläuft. Um eine entsprechend hohe Kraft an der Antriebswelle erzeugen zu können, ist beispielsweise eine Vielzahl solcher symmetrisch zur Antriebswelle angeordneter Arbeitskammer hintereinander entlang der Antriebswelle angeordnet. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Kolben etwa in einer Ebene radial zur Arbeitswelle verlaufend, sternförmig um die Arbeitswelle angeordnet sein, wobei die Kolben zueinander bevorzugt jeweils den gleichen Versatzwinkel aufweisen. Preferably, at least two working chambers are arranged in a radially aligned to the drive shaft plane, wherein the working chambers are arranged with their working piston and optionally coupled with the working chambers thermoreactors in particular at an angle of 180 ° to each other on both sides of the drive shaft. Thus, on the one hand ensures a balanced balance of power on both sides of the drive shaft. On the other hand, the device according to the invention can be charged relatively high in an advantageous manner, wherein by the Symmetrical arrangement of the working chambers and their working piston extremely high charges are even possible. Within a pressure chamber, for example, ambient pressures of 400 bar and higher may be present at ambient temperature, so that waste heat with a temperature of about 100 ° C can be used optimally for conversion into mechanical energy here in an advantageous manner. The reciprocating motion of the working piston is caused by the respective differential pressure in both working chambers continuously, inversely changing working pressures, as a result of offset by 180 degrees to each other control times of the displacer. A prerequisite for a uniform operation of the device is a uniform charging of the opposing pressure chambers. Preferably, the longitudinal axes of the working chambers, in particular designed as cylinders, are arranged coaxially, the common longitudinal axis extending radially through the longitudinal axis of the drive shaft. In order to generate a correspondingly high force on the drive shaft, for example, a plurality of such symmetrically arranged to the drive shaft working chamber arranged one behind the other along the drive shaft. Of course, more than two pistons extending approximately in a plane radially to the working shaft, may be arranged in a star shape around the working shaft, wherein the pistons preferably each have the same offset angle.
Das Koppelgetriebe ist insbesondere als Kreuzschleife mit einer quer zur Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens ausgerichteten Gleitführung und einem in der Gleitführung dreh- und schiebbeweglich gehaltenen Kurbelzapfen der Antriebswelle ausgebildet. Die Verwendung einer Kreuzschleife hat den Vorteil, dass an den Arbeitskolben keine Kippmomente entstehen und somit eine vorteilhaft verbesserte Abdichtung derer zu den Gleitflächen der Arbeitskammern vorgenommen werden kann. Die Ausbildung einer Kreuzschleife hat des Weiteren den Vorzug, dass die zu beiden Seiten radial geführten Arbeitskolben insbesondere einteilig ausgebildet sein können, wobei ein insbesondere quaderförmiges Mittelteil der Arbeitskolben mit der den Kurbelzapfen aufnehmenden Gleitführung ausgerüstet ist. Bei der Verwendung von mehreren hintereinander angeordneten Arbeitskammern entlang der Antriebswelle sind deren Kurbelzapfen vorzugsweise versetzt zueinander angeordnet, derart, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung, sofern eine ausreichende Wärmemenge am Thermoreaktor anliegt, von selber anläuft. The coupling gear is in particular designed as a cross loop with a transverse to the direction of movement of the working piston aligned slide and a rotatably and slidably held in the sliding guide crank pin of the drive shaft. The use of a cross loop has the advantage that no tilting moments occur on the working piston and thus an advantageously improved sealing can be made to the sliding surfaces of the working chambers. The formation of a cross loop further has the advantage that the working pistons guided radially on both sides can in particular be designed in one piece, wherein a particular cuboid central part of the working piston is equipped with the sliding guide receiving the crank pin. In the Use of several successively arranged working chambers along the drive shaft whose crank pin are preferably arranged offset from one another, such that the inventive device, if a sufficient amount of heat is applied to the thermoreactor, starts by itself.
Darüber hinaus kann eine Vielzahl von mit dem Arbeitsfluid gefüllten Arbeitskammern radial um die Antriebswelle des Expansions-Motors herum angeordnet sein, wobei die Arbeitskammern mit den darin axial beweglich gehaltenen Arbeitskolben und das Koppelgetriebe zumindest Teil eines Radialkolbenmotors sind. Mit einer insbesondere sternförmigen Anordnung einer Vielzahl von Arbeitskammern radial um die Antriebswelle und die Ausbildung der Arbeitskammern mit ihren Arbeitskolben und das mit den Arbeitskolben mechanisch verbundene Koppelgetriebe als Radialkolbenmotor ist eine vorteilhafte Möglichkeit zur Umwandlung der geradlinigen Kolbenbewegungen in eine Drehbewegung der Antriebswelle mittels des in die Arbeitskammern teilweise ein- und ausströmenden Arbeitsfluides gegeben. Dabei kann der Radialkolbenmotor mit äußerer oder innerer Kolben- abstützung ausgerüstet sein. In addition, a plurality of filled with the working fluid working chambers may be arranged radially around the drive shaft of the expansion engine, wherein the working chambers with the axially movably held therein working piston and the coupling mechanism are at least part of a radial piston motor. With a particular star-shaped arrangement of a plurality of working chambers radially to the drive shaft and the formation of the working chambers with their working piston and mechanically connected to the power piston coupling gear as a radial piston motor is an advantageous way to convert the rectilinear piston movements in a rotary motion of the drive shaft by means of the in the working chambers given partially incoming and outgoing working fluids. In this case, the radial piston motor can be equipped with external or internal piston support.
Alternativ zu den radial um die Antriebswelle angeordneten Arbeitskammern kann der Aktor mehrere Arbeitskammern mit parallel zueinander verlaufenden Mittenachsen aufweisen, wobei die Arbeitskammern kreisförmig um einen sich ausbildenden Mittenbereich herum angeordnet sind. Damit ist eine relativ kompakte Anordnung der Arbeitskammern zueinander erzeugt, wodurch eine vorteilhafte Krafteinleitung auf beispielsweise ein mit einer Antriebswelle mechanisch verbundenes Koppelgetriebe möglich ist. Vorzugsweise sind die Arbeitskammern und die darin axialbeweglichenAs an alternative to the working chambers arranged radially around the drive shaft, the actuator can have a plurality of working chambers with center axes running parallel to one another, wherein the working chambers are arranged in a circle around a central region which forms. In order for a relatively compact arrangement of the working chambers is generated to each other, whereby an advantageous application of force to, for example, a mechanically connected to a drive shaft coupling gear is possible. Preferably, the working chambers and the axially movable therein
Arbeitskolben gemeinsam mit dem Koppelgetriebe als Axialkolbenmotor ausgebildet. Mit der Ausbildung des Aktors als Axialkolbenmotor besteht die vorteilhafte Möglichkeit, den Hub der Kolben innerhalb der Arbeitskammern in Abhängigkeit zur benötigten Last bzw. zur vorhandenen Wärmeenergie zu verändern. Die zu erzeugenden Drehmomente und Drehzahlen des beispielsweise als Schrägachsenmotor vorliegenden Axialkolbenmotors lassen sich dadurch optimal anpassen. Dementsprechend ist stets ein vorteilhaft hoher Wirkungsgrad des Aktors in Bezug auf die jeweils vorliegenden thermischenWorking piston formed together with the coupling mechanism as axial piston. With the formation of the actuator as axial piston motor is the advantageous possibility, the stroke of the pistons within the working chambers in dependence on the required load or the existing heat energy change. The torques to be generated and rotational speeds of the axial piston motor present, for example, as a bent-axis motor, can thereby be optimally adapted. Accordingly, there is always an advantageous high efficiency of the actuator with respect to the respective present thermal
Gegebenheiten gegeben. Given conditions.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Antriebswelle und die Verdrängerkolben über eine Kopplungseinrichtung, einen festen oder variierenden Drehwinkel zueinander einhaltend, miteinander gekoppelt sind.Another development of the invention provides that the drive shaft and the displacer piston are coupled to each other via a coupling device, a fixed or varying angle of rotation to each other.
Mit Hilfe einer Kopplungseinrichtung lässt sich eine störungsfreie synchrone oder asynchrone Übertragung der Drehbewegung von der Antriebswelle zu den Verdrängerkolben zur Einhaltung vorgegebener Steuerzeiten gewährleisten. Dabei erfolgt die synchrone Übertragung der Drehbewegung von der Antriebswelle sowohl zu insbesondere einem symmetrisch zu beiden Seiten der Antriebswelle angeordneten Verdrängerkolben-Paar als auch zu möglicherweise mehreren hintereinander entlang der Antriebswelle angeordneten Verdrängerkolben-Paaren. Selbstverständlich können die Druckkammern für die Verdrängerkolben auch sternförmig um die Antriebs- welle herum angeordnet sein. In Abhängigkeit zur Anzahl der verwendetenWith the help of a coupling device can ensure a trouble-free synchronous or asynchronous transmission of the rotational movement of the drive shaft to the displacer for compliance with predetermined timing. In this case, the synchronous transmission of the rotational movement from the drive shaft takes place both in particular to a displacement piston pair arranged symmetrically on both sides of the drive shaft and also to possibly several displacement piston pairs arranged one behind the other along the drive shaft. Of course, the pressure chambers for the displacement piston can also be arranged in a star shape around the drive shaft. Depending on the number of used
Verdrängerkolben-Paare weisen diese hinsichtlich ihrer Steuerzeiten, einen vorbestimmten Verdreh- bzw. Versatzwinkel zueinander auf. Displacement piston pairs have these with respect to their timing, a predetermined twisting or offset angle to each other.
Vorzugsweise weist die Kopplungseinrichtung wenigstens einen Servomotor auf, der einen jeweils zugeordneten Verdrängerkolben in Abhängigkeit zumPreferably, the coupling device has at least one servomotor, which has a respective associated displacer piston in dependence on
Drehwinkel der Antriebswelle verstellt. Der Einsatz eines Servomotors stellt eine konstruktiv vorteilhafte Möglichkeit zur Ausbildung einer verbindungsfreien Kopplung zwischen Antriebswelle und den insbesondere gekapselten Verdrängerkolben dar. Mittels der Servomotoren lassen sich Phasen- Verschiebungen zwischen Antriebswelle und Verdrängerkolben auf vorteilhafteAngle of rotation of the drive shaft adjusted. The use of a servomotor represents a structurally advantageous possibility for forming a connection-free coupling between the drive shaft and the particular encapsulated displacement piston. By means of the servomotors, phase shifts between drive shaft and displacer piston can be advantageous
Weise bewerkstelligen, so dass der Verdrängerkolben entsprechend langsam an einem jeweiligen Warm- und Kaltbereich vorbeigeführt werden kann. Damit ist eine verbesserte Erwärmung bzw. Abkühlung und eine damit verbundene Expansion bzw. Komprimierung des Druckgases erzielt. Zu diesem Zweck sind Messsensoren an der Antriebswelle angeordnet, die den Drehwinkel der Antriebswelle und damit die Stellung der Kolben in den Arbeitskammern erfassen. Über den dauerhaft überwachten Drehwinkel der Antriebswelle werden dann gezielt die Servomotoren und damit die Verdrängerkolben angesteuert. Die Kopplung zwischen Servomotor und Verdrängerkolben lässt sich beispielsweise mit Hilfe von Magnetkupplungen realisieren. Make way, so that the displacer can be passed slowly corresponding to a respective hot and cold area. For an improved heating or cooling and an associated expansion or compression of the compressed gas is achieved. To this end Measuring sensors are arranged on the drive shaft, which detect the rotation angle of the drive shaft and thus the position of the piston in the working chambers. About the permanently monitored angle of rotation of the drive shaft then the servomotors and thus the displacer are specifically controlled. The coupling between servomotor and displacer can be realized for example by means of magnetic couplings.
Alternativ weist die Kopplungseinrichtung zumindest einen Riementrieb auf, welcher drehgebend mit der Antriebswelle direkt oder indirekt verbunden ist und mittels Magnetkupplungen mit den Verdrängerkolben gekoppelte Riemenscheiben aufweist. Mit der Verwendung eines Riementriebes, wie zum Beispiel eines Zahnriementriebes, ist eine konstruktiv vorteilhafte Möglichkeit zur synchronen Übertragung der Drehbewegung zwischen der Antriebswelle und den den Verdrängerkolben zugeordneten Riemenscheiben geschaffen. Um eine gekapselte Ausbildung der einzelnen Druckkammern sicherstellen zu können, werden zur berührungslosen Kopplung der Riemenscheiben mit den Verdrängerkolben entsprechende Magnetkupplungen mit ausreichend hohen Magnetkräften eingesetzt. Die Kopplungseinrichtung kann selbstverständlich anstelle eines Riementriebes einen Kettenantrieb oder ein Stirnradgetriebe zur synchronen Verdrehung der Verdrängerkolben zur Antriebswelle aufweisen. Alternatively, the coupling device has at least one belt drive, which is connected directly or indirectly with the drive shaft in a rotary manner and has pulleys coupled to the displacer piston by means of magnetic couplings. With the use of a belt drive, such as a toothed belt drive, a structurally advantageous possibility for synchronous transmission of the rotational movement between the drive shaft and the displacement piston associated pulleys is created. In order to ensure an encapsulated design of the individual pressure chambers, corresponding magnetic couplings are used with sufficiently high magnetic forces for non-contact coupling of the pulleys with the displacer. Of course, instead of a belt drive, the coupling device may have a chain drive or a spur gear for the synchronous rotation of the displacers to the drive shaft.
Jeder Verdrängerkolben ist insbesondere aus mehreren, übereinander angeordneten Scheibenkörpern mit Aussparungen für das Druckgas ausgebildet, wobei zwischen die Scheibenkörper Bereiche der Druckkammerwandung ausbildende Statoren vorstehen. Durch die zwischen die Scheibenkörper vorstehenden Statoren ist eine vergrößerte Wärmeübergangsfläche und damit ein verbesserter Wärmeaustausch zwischen dem Kalt- und Warmbereich des Thermoreaktors und dem in der Druckkammer befindlichen Druckgas gewährleistet. Mit dem verbesserten Wärmeaustausch ist eine stets relativ schnell bzw. schlagartig ansteigende und wieder abfallende Druckänderung in dem sich stetig wiederholenden Kreisprozess ermöglicht, was sich vorteilhaft auf den Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung auswirkt. Jeder Scheibenkörper eines Verdrängerkolbens weist eine Aussparung für das in der Druckkammer zu bewegende Druckgas auf, wobei die Aussparungen eines Verdrängerkolbens stets deckungsgleich zueinander ausgerichtet sind. Die Scheibenkörper weisen beispielsweise eine zylindrischeEach displacer piston is formed, in particular, from a plurality of disc bodies arranged one above the other with recesses for the compressed gas, stators forming regions of the pressure chamber wall projecting between the disc bodies. By between the disk body protruding stators an increased heat transfer surface and thus an improved heat exchange between the cold and hot area of the thermal reactor and the pressure gas located in the pressure chamber is ensured. With the improved heat exchange is always relatively quickly or suddenly rising and falling again pressure change in the constantly repeating cycle allows, which is advantageous to the efficiency of the device according to the invention effect. Each disk body of a displacer piston has a recess for the compressed gas to be moved in the pressure chamber, wherein the recesses of a displacer piston are always aligned congruent to each other. The disk body, for example, have a cylindrical
Form auf, wobei über die gesamte Höhe eines jeweiligen Scheibenkörpers ein kreissegmentartiger Abschnitt zur Ausbildung der Aussparung für das Druckgas entfernt ist. Das durch die Aussparungen geschaffene Druckgasvolumen steht dabei in einem entsprechend hohen Verhältnis zu dem durch Spaltmaße und Druckleitungen gegebenen Totvolumen. Shape on, over the entire height of a respective disk body a circular segment-like portion for forming the recess for the compressed gas is removed. The created by the recesses compressed gas volume is in a correspondingly high ratio to the given by gap dimensions and pressure lines dead volume.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass jeder Stator in zumindest zwei, einen Kalt- und einen Warmbereich der Druckkammerwandung ausbildende Statorabschnitte unterteilt ist, über die entweder Wärme auf das in den Aussparungen befindliche Druckgas übertragen oder Wärme dem Druckgas entzogen wird. Dabei ist stets eine thermische Trennung der den Kalt- und Warmbereich des Thermoreaktors ausbildenden Statorabschnitte gegeben. Insbesondere zwischen den unterschiedliche Temperaturniveaus aufweisenden Statorabschnitten kann jeweils ein Regenerator vorgesehen sein, wobei der Regenerator sich radial zu beidenAnother development of the invention provides that each stator is subdivided into at least two stator sections forming a cold and a hot zone of the pressure chamber wall, via which either heat is transferred to the compressed gas present in the recesses or heat is withdrawn from the compressed gas. In this case, there is always a thermal separation of the cold and warm area of the thermoreactor forming stator sections. In particular, between the different temperature levels having stator sections, a regenerator may be provided in each case, wherein the regenerator is radially to both
Seiten der Verdrängerkolben-Welle erstreckende Abschnitte aufweist. Die beiderseits der Verdrängerkolben-Welle angeordneten Regeneratorabschnitte sind dabei miteinander wärmeleitend verbunden. Jeder einen Kalt- oder Warmbereich des Thermoreaktors ausbildender Statorabschnitt erstreckt sich etwa über ein Drittel des Umfangs der Druckkammerwandung. Has sides of the displacer shaft extending portions. The regenerator sections arranged on either side of the displacer shaft are connected to one another in a heat-conducting manner. Each stator section forming a cold or warm region of the thermoreactor extends approximately over one third of the circumference of the pressure chamber wall.
Es liegt dabei im Rahmen der Erfindung, dass ein jeweiliger Statorabschnitt mit zumindest einem ein Heiz- oder Kühlmittel führenden Kanal ausgerüstet ist. Vorzugsweise jeder der zwischen zwei drehbaren Scheibenkörpern des Verdrängerkolbens vorstehenden Statorabschnitte weist einen ein flüssigesIt is within the scope of the invention that a respective stator section is equipped with at least one channel leading to a heating or cooling medium. Preferably, each of the stator sections projecting between two rotatable disk bodies of the displacer piston has a liquid one
Medium führenden Kanal auf, über den gezielt Wärme mittels einem entsprechend heißen bzw. aufgeheizten Medium in den Thermoreaktor eingeleitet oder aus dem über ein entsprechend kaltes Medium Wärme abgezogen werden kann. Als Heizmittel kann dabei direkt ein Abwärmestrom genutzt werden. Es ist ebenfalls denkbar, den zu nutzenden Abwärmestrom über einen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gekoppelten Wärmetauscher zu führen, wobei dann als Heiz- und auch als Kühlmittel ein ausschließlich zwischen einem Wärmetauscher und dem Thermoreaktor umlaufender, separater Heiz-, Kühl- Kreislauf an der Vorrichtung ausgebildet ist. Medium leading channel, initiated via the targeted heat by means of a correspondingly hot or heated medium in the thermoreactor or can be deducted from the heat over a correspondingly cold medium. As a heating medium can directly a waste heat stream be used. It is also conceivable to lead the waste heat stream to be used via a heat exchanger coupled to the device according to the invention, in which case a separate heating, cooling circuit is formed on the device exclusively as a heating medium and as a coolant between a heat exchanger and the thermoreactor is.
Der Verdrängerkolben weist insbesondere eine Hohlwelle auf, die den Aussparungen der Scheibenkörper zugeordnete Durchbrüche aufweist, so dass eine druck- und medienleitende Verbindung zwischen dem Innendurchmesser der Hohlwelle und den das Druckgas aufnehmenden Aussparungen hergestellt ist. Der Einsatz einer Hohlwelle zum Herstellen einer druckleitenden Verbindung zwischen der Druckkammer und dem möglicher- weise separat ausgebildeten Aktor stellt eine konstruktiv vorteilhafte Möglichkeit zur Druckübertragung dar. Die als Bohrungen ausgebildeten Durchbrüche verlaufen dabei radial zur Längsachse der Hohlwelle. Des Weiteren ist die Verdrängerkolbenwelte an einem ihrer Enden offen ausgebildet, wodurch die druck- und medienleitende Verbindung zu dem das Druckgas und das Arbeitsfluid voneinander trennende Trennmittel, das in einem Druckübertragungsbereich des Thermoreaktors angeordnet ist, sichergestellt ist. In particular, the displacer piston has a hollow shaft which has apertures associated with the recesses of the disk body, so that a pressure and media-conducting connection is produced between the inner diameter of the hollow shaft and the recesses receiving the compressed gas. The use of a hollow shaft for producing a pressure-conducting connection between the pressure chamber and the possibly separately formed actuator provides a structurally advantageous possibility for pressure transmission. The apertures formed as bores run radially to the longitudinal axis of the hollow shaft. Furthermore, the displacement piston is open at one of its ends, whereby the pressure and medium-conducting connection to the separating the pressure gas and the working fluid separation means, which is arranged in a pressure transmission region of the thermoreactor, is ensured.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen: An embodiment of the invention, from which further inventive features, is shown in the drawing. Show it:
Fig. 1 : eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Fig. 1: a perspective view of an inventive
Vorrichtung mit einem Teilschnitt im Bereich seines Aktors;  Device with a partial section in the region of its actuator;
Fig. 2: eine perspektivische Schnittdarstellung eines einzelnen Fig. 2 is a perspective sectional view of an individual
Thermoreaktors und Teilbereichen des Aktors, und  Thermoreactor and sections of the actuator, and
Fig. 3: eine Detailansicht des Thermoreaktors im Schnitt. Mit 1 ist eine Stirling- aschine bezeichnet, welche mehrere Thermoreaktoren 2, 2', 2" aufweist, wobei jeder Thermoreaktor 2, 2', 2" mit wenigstens einer Druckkammer 3 ausgerüstet ist, in der jeweils ein drehbeweglich auf- genommener Verdrängerkolben 4 (Fig. 2) angeordnet ist. In dieserFig. 3: a detail view of the thermal reactor in section. 1 denotes a Stirling machine, which has a plurality of thermoreactors 2, 2 ', 2 ", each thermoreactor 2, 2', 2" being equipped with at least one pressure chamber 3, in each of which a displacer 4 (FIG. Fig. 2) is arranged. In this
Ausführungsform ist insbesondere am unteren Ende jedes Thermoreaktors eine druckleitend mit der Druckkammer 3 verbundene Arbeitskammer 5 angeordnet bzw. ausgebildet, in der ein Arbeitskolben 6 (Fig. 2) axialbeweglich gehalten ist. Der Teilbereiche des Aktors 7 ausbildende Arbeits- kolben 6 ist insbesondere über ein die Linearbewegung des Arbeitskolbens in eine Drehbewegung wandelndes Koppelgetriebe 8 mit einer Antriebswelle 9 der Stirling-Maschine 1 verbunden. An der Antriebswelle 9 ist des Weiteren eine Kopplungseinrichtung 10 vorgesehen, die eine einen festen Drehwinkel einhaltende Kopplung der Antriebswelle mit den Verdrängerkolben 4 der Thermoreaktoren 2, 2 2" sicherstellt. Die Kopplungseinrichtung 10 weist neben einem Riementrieb 1 1 , 11 ' ebenfalls ein Kegelradgetriebe 12 auf. Die Riemen der Riementriebe 1 1 , 1 1 ' sind insbesondere über Riemenscheiben 13, 13' geführt, wobei die Riemenscheiben synchron drehend mittels Magnetkupplungen 14 (Fig. 2) drehgebend mit dem jeweiligen Verdrängerkolben 4 gekoppelt sind. Die Drehachsen der Riemenscheiben 13, 13' und derEmbodiment is in particular arranged at the lower end of each thermoreactor pressure-conductively connected to the pressure chamber 3 working chamber 5, in which a working piston 6 (Fig. 2) is held axially movable. The working piston 6 which forms part of the actuator 7 is in particular connected to a drive shaft 9 of the Stirling engine 1 via a coupling mechanism 8 which converts the linear movement of the working piston into a rotary motion. Furthermore, a coupling device 10 is provided on the drive shaft 9, which ensures a coupling of the drive shaft which maintains a fixed angle of rotation with the displacement pistons 4 of the thermoreactors 2, 2 " The belts of the belt drives 11, 11 'are guided in particular via pulleys 13, 13', wherein the belt pulleys are synchronously rotationally coupled to the respective displacement piston 4 by means of magnetic couplings 14 (FIG. 13 'and the
Verdrängerkolben 4 sind insbesondere koaxial angeordnet, was ebenfalls aus Fig. 2 ersichtlich ist. Displacement piston 4 are arranged in particular coaxially, which is also apparent from Fig. 2.
In Fig. 2 ist eine Detailansicht des Thermoreaktors 2 und einer insbesondere direkt daran angeordneten Arbeitskammer 5 im Schnitt dargestellt, und soll insbesondere den Aufbau der Druckkammer 3 und der druckleitenden Verbindung zur Arbeitskammer 5 verdeutlichen. Die Druckkammer 3 weist eine etwa zylinderförmige Grundform auf, wobei innerhalb der Druckkammer 3 der Verdrängerkolben 4 drehbeweglich aufgenommen ist. Der Verdränger- kolben 4 ist dabei aus mehreren übereinander angeordneten ScheibenkörpernIn Fig. 2 is a detail view of the thermoreactor 2 and a particular directly disposed thereon work chamber 5 is shown in section, and is intended in particular to illustrate the structure of the pressure chamber 3 and the pressure-conductive connection to the working chamber 5. The pressure chamber 3 has an approximately cylindrical basic shape, wherein within the pressure chamber 3, the displacer 4 is received rotatably. The displacer piston 4 is made of a plurality of disk bodies arranged one above the other
15, 15', 15" ausgebildet, wobei jeder Scheibenkörper eine Aussparung 16, 16' (Fig. 3) für das in der Druckkammer aufgenommene Druckgas aufweist. Des Weiteren weist der Verdrängerkolben eine die Scheibenkörper 15, 15', 15" drehfest aufnehmende Verdrängerkolben-Welle 17 auf, welche als Hohlwelle ausgebildet ist und den Aussparungen 16, 16' der Scheibenkörper 15, 15', 15" jeweils zugeordnete, nicht dargestellte Durchbrüche aufweist. Mit ihrem offenen Ende 18 ist die Verdrängerkolben-Welle 17 mit wenigstens einer Druckleitung 19 verbunden, die in einen Druckübertragungsbereich 20 ausmündet, in dem insbesondere mehrere, Druckimpulse übertragende Trennmittel 21 ,21 ' , wie zum Beispiel eine Membran, angeordnet sein können. Im Druckübertragungsbereich 20 steht auf einer Seite eines jeweiligen Trennmittels 21 , 21 ' unmittelbar das sich im Volumen ändernde Druckgas und auf der anderen Seite der Trennmittel ein nahezu inkompressibles Arbeitsfluid an. Über das direkt am Trennmittel 21 . 21 ' und bis in die Arbeitskammer 5 des Aktors 7 anstehende Arbeitsfluid erfolgt über wenigstens eine Druckleitung 22 eine Drücke weiterleitende Verbindung bis zum Arbeitskolben 6 in der Arbeitskammer 5. Die zyklisch durch die Erwärmung bzw. Abkühlung des Druckgases erzeugte Druck- und Volumenänderung wirkt über das Trennmittel 21 , 21 " und das nahezu inkompressible Arbeitsfluid bis in die Arbeitskammer 5, so dass eine in Längsrichtung der Arbeitskammer wirkende Kraft am Arbeitskolben 6 anliegt bzw. angreift und diesen entsprechend verschiebt. Am anderen Ende 23 der Verdrängerkolben- Welle 17 ist ein Teil einer Magnetkupplung 14 angeordnet, die eine drehfeste15, 15 ', 15 ", wherein each disk body has a recess 16, 16' (FIG. 3) for the compressed gas received in the pressure chamber -Wave 17 on which as a hollow shaft is formed and the recesses 16, 16 'of the disk body 15, 15', 15 "respectively associated, not shown breakthroughs has .. With its open end 18, the displacer shaft 17 is connected to at least one pressure line 19, which opens into a pressure transfer area 20 In particular in the pressure transfer region 20 is on one side of a respective release agent 21, 21 'directly in the volume changing pressure gas and on the other side About the directly on the release agent 21st 21 'and up to the working chamber 5 of the actuator 7 working fluid via at least one pressure line 22, a pressure relaying compound to the working piston 6 in the working chamber 5. The cyclically through the heating or cooling of the compressed gas generated pressure and Vo Lumenänderung acts on the release agent 21, 21 "and the nearly incompressible working fluid into the working chamber 5, so that a force acting in the longitudinal direction of the working chamber force on the working piston 6 rests and attacks and this moves accordingly. At the other end 23 of the displacer 17, a part of a magnetic coupling 14 is arranged, which is a non-rotatable
Kopplung zu einer drehbeweglich am Kopf des Thermoreaktors 2 gehaltenen Riemenscheibe 13 herstellt, welche wiederum den anderen Teil der Magnetkupplung 14 aufweist. Dabei ist stets gewährleistet, dass die Druckkammer 3 des Thermoreaktors vollständig druckfest metallisch eingehaust ist. Wie Fig. 1 verdeutlicht, sind insbesondere zwei Thermoreaktoren symmetrisch zurCoupling to a rotatably held at the top of the thermoreactor 2 pulley 13 produces, which in turn has the other part of the magnetic coupling 14. In this case, it is always ensured that the pressure chamber 3 of the thermoreactor is completely metallurgically housed pressure-resistant. As illustrated in FIG. 1, in particular two thermoreactors are symmetrical to
Antriebswelle angeordnet. In diesem Zusammenhang sind die Arbeitskolben 6, 6' vorzugsweise einteilig ausgebildet, wobei ein die Arbeitskolben verbindender etwa quaderförmiger Mittenbereich 24 eine quer zur Bewegungsrichtung der Arbeitskolben ausgebildete Gleitführung 25 für einen darin dreh- und schiebbeweglich gehaltenen Kurbelzapfen der Antriebswelle 9 zur Ausbildung des Koppelgetriebes 8 aufweist. Die Bewegung der Arbeitskolben 6, 6' ist durch die Druckdifferenz zwischen den in den jeweils zugeordneten Arbeitskammern 5 vorherrschenden Arbeitsdrücken erzeugt, wobei die Kolbenbewegungen der Arbeitskolben 6, 6' gegenläufig zueinander sind. Dabei nehmen auch die jeweils zugeordneten Verdrängerkolben 4 der einander gegenüberliegend angeordneten Thermoreaktoren einen um 180 Grad zueinander versetzten Drehwinkel ein. Die Verwendung von mehr als zwei Kolben ist ebenfalls denkbar, wobei dann das Koppelgetriebe 8 ein herkömmlicher Kurbeltrieb sein kann. Drive shaft arranged. In this context, the working piston 6, 6 'preferably formed in one piece, wherein the working piston connecting approximately cuboid center region 24 has a transverse to the direction of movement of the working piston trained slide 25 for rotatably and slidably held therein crank pin of the drive shaft 9 for forming the linkage 8 , The movement of the working piston 6, 6 'is generated by the pressure difference between the prevailing in the respective associated working chambers 5 working pressures, the piston movements of the working piston 6, 6' in opposite directions to each other are. In this case, the respectively assigned displacement piston 4 of the thermoreactors arranged opposite each other assume a rotation angle offset by 180 degrees relative to each other. The use of more than two pistons is also conceivable, in which case the coupling mechanism 8 may be a conventional crank mechanism.
Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Detailansicht eines Abschnitts des Thermo- reaktors im Schnitt, die insbesondere dessen Aufbau verdeutlicht. Um den Wärmeübergang von einem Warmbereich auf das Druckgas und vomFig. 3 shows an enlarged detail view of a portion of the thermal reactor in section, which illustrates in particular its structure. To the heat transfer from a hot area to the compressed gas and from the
Druckgas auf einen Kaltbereich des Thermoreaktors zu erzielen, stehen zwischen die Scheibenkörper 15, 15' des Verdrängerkolbens 4 jeweils Statoren 26, 26' bis zur Verdrängerkolben-Welle 17 vor. Zur Vergrößerung der Wärmeübergangsfläche sind an den einander ablaufenden Flächen der Scheibenkörper 15, 15' und der Statoren 26, 26' eine berührungslos ineinandergreifende Verrippung 27 ausbildende Nuten und Stege eingebracht. Jeder Stator 26, 26' ist aus wenigstens zwei, jeweils einen Kalt- und einen Warmbereich ausbildenden Statorabschnitten 28, 28' unterteilt. Darüber hinaus ist neben den die Kalt- und Warmbereiche ausbildenden Stator- abschnitten ein die Regeneratorfunktion übernehmender Statorabschnitt 28 vorgesehen, der zu beiden Seiten der Verdrängerkolben-Welle 16 zwischen den Statorabschnitten 28, 28' angeordnet ist. Insbesondere in den einen jeweiligen Kalt- und Warmbereich ausbildenden Statorabschnitten 28, 28' sind jeweils ein Heiz- oder Kühlmittel führende Kanäle 29, 29' vorgesehen, wodurch der unmittelbare Wärmeeintrag bzw. die unmittelbare Wärmeabfuhr in das Innere des Thermoreaktors 2, insbesondere in dessen Statorabschnitte 28, 28', erfolgt. Zu diesem Zweck sind an der äußeren Mantelfläche des Thermoreaktors 2 Anschlüsse 30, 30' zum Einleiten bzw. Abführen des Heizoder Kühlmittels ausgebildet. Der Thermoreaktor 2 kann dabei aus aufeinandersetzbaren Segmenten zusammengesetzt sein. Pressure gas to achieve a cold region of the thermoreactor, stand between the disk body 15, 15 'of the displacer 4 each stators 26, 26' to the displacement piston shaft 17 before. To increase the heat transfer surface of the disc body 15, 15 'and the stators 26, 26' are introduced a contactless interlocking ribbing 27 forming grooves and lands on the converging surfaces. Each stator 26, 26 'is divided into at least two stator sections 28, 28', each forming a cold zone and a hot zone. In addition, in addition to the cold and hot regions forming stator sections, a regenerator function acquiring stator section 28 is provided, which is arranged on both sides of the displacer shaft 16 between the stator sections 28, 28 '. In particular, in the one respective cold and warm area forming stator sections 28, 28 'are each a heating or cooling-carrying channels 29, 29' are provided, whereby the direct heat input or the direct heat dissipation into the interior of the thermal reactor 2, in particular in the stator 28, 28 ', takes place. For this purpose, 2 terminals 30, 30 'for introducing or discharging the heating or cooling medium are formed on the outer surface of the thermoreactor. The thermoreactor 2 can be composed of aufeinandersetzbaren segments.

Claims

Patentansprüche claims
Vorrichtung zum Umwandeln von thermischer Energie in eine Drehbewegung einer Antriebswelle, insbesondere Expansions-Motor, mit zumindest einem mindestens einen Kalt- und Warmbereich aufweisenden Thermoreaktor, welcher mindestens eine Druckkammer mit einem im Inneren drehbeweglich aufgenommenen Verdrängerkolben aufweist, in der ein mittels des Verdrängerkolbens zwischen dem Kalt- und Warmbereich zyklisch hin- und herbewegtes Druckgas aufgenommen ist, und mit wenigstens einem zumindest die zyklische Volumenänderung des Druckgases in eine Drehbewegung der Antriebswelle wandelnden Aktor, Device for converting thermal energy into a rotational movement of a drive shaft, in particular an expansion engine, with at least one thermoreactor having at least one cold and warm region, which has at least one pressure chamber with a displacer rotatably received in the interior, in which a displacer between the Cold and warm area cyclically reciprocating compressed gas is received, and with at least one at least the cyclic change in volume of the compressed gas in a rotational movement of the drive shaft changing actuator,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass der Aktor wenigstens einen in einer Arbeitskammer axial beweglich gehaltenen Arbeitskolben und ein die Linearbewegung des Arbeitskolbens in die Drehbewegung der Antriebswelle umsetzendes Koppelgetriebe aufweist, und wobei die Arbeitskammer zumindest druckleitend mit der Druckkammer des Thermoreaktors gekoppelt ist. in that the actuator has at least one working piston which is axially movably held in a working chamber and a coupling gear which converts the linear movement of the working piston into the rotational movement of the drive shaft, and wherein the working chamber is at least pressure-conductively coupled to the pressure chamber of the thermoreactor.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jede Arbeitskammer (5) des Aktors (7) mit einem den Arbeitskolben (6, 6') bewegenden, eine geringe Kompressibilität aufweisenden Arbeitsfluid gefüllt ist. Apparatus according to claim 1, characterized in that each working chamber (5) of the actuator (7) with a working piston (6, 6 ') moving, a low compressibility having working fluid is filled.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckgas und das Arbeitsfluid durch wenigstens ein variierende Drücke übertragendes Trennmittel (21 , 21') voneinander getrennt sind. Apparatus according to claim 2, characterized in that the compressed gas and the working fluid by at least one varying pressures transmitting release agent (21, 21 ') are separated from each other.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer mittels des Trennmittels als ein in sich geschlossener, das Druckgas kapselnder Bereich ausgebildet ist. Apparatus according to claim 3, characterized in that the pressure chamber is formed by means of the separating means as a self-contained, the compressed gas encapsulating area.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Arbeitskammern (5) in einer radial zur Antriebswelle (9) ausgerichteten Ebene angeordnet sind. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least two working chambers (5) are arranged in a radially to the drive shaft (9) aligned plane.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelgetriebe (8) als Kreuzschleife mit einer quer zur Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens (6, 6') ausgerichteten Gleitführung (25) und einem in der Gleitführung (25) dreh- und schiebbeweglich gehaltenen Kurbelzapfen der Antriebswelle (9) ausgebildet ist. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the coupling gear (8) as a cross loop with a transversely to the direction of movement of the working piston (6, 6 ') aligned sliding guide (25) and one in the sliding guide (25) rotatable and sliding movable held crank pin of the drive shaft (9) is formed.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von mit dem Arbeitsfluid gefüllten Arbeitskammern (5) radial um die Antriebswelle (9) herum angeordnet sind, wobei die Arbeitskammern mit den darin axial beweglich gehaltenen Arbeitskolben und das Koppelgetriebe zumindest Teil eines Radialkolbenmotors sind. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that a plurality of filled with the working fluid working chambers (5) are arranged radially around the drive shaft (9) around, wherein the working chambers with the axially movable therein held piston and the coupling gear at least part a radial piston motor are.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch mehrere Arbeitskammern (5) mit parallel zueinander verlaufenden Mittenachsen, wobei die Arbeitskammern kreisförmig um einen sich ausbildenden Mittenbereich herum angeordnet sind. Device according to one of claims 1 to 4, characterized by a plurality of working chambers (5) with mutually parallel center axes, wherein the working chambers are arranged in a circle around a forming center region around.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammern (5) und die axial beweglichen Arbeitskolben gemeinsam mit dem Koppelgetriebe als Axialkolbenmotor ausgebildet sind. Apparatus according to claim 8, characterized in that the working chambers (5) and the axially movable working piston are formed together with the coupling gear as axial piston.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (9) und die Verdrängerkolben (4) über eine Kopplungseinrichtung (10), einen festen Drehwinkel zueinander einhaltend, miteinander gekoppelt sind. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the drive shaft (9) and the displacer piston (4) via a coupling device (10), a fixed angle of rotation to each other, are coupled together.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung wenigstens einen einen jeweils zugeordneten Verdrängerkolben in Abhängigkeit zum Drehwinkei der Antriebswelle verstellenden Servomotor aufweist. 11. The device according to claim 9, characterized in that the coupling device has at least one respective associated displacer in dependence on the Drehwinkei the drive shaft adjusting servomotor.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (10) zumindest einen Riementrieb (1 1 , 11 ') aufweist, welcher drehgebend mit der Antriebswelle (9) verbunden ist und mittels Magnetkupplungen (14) mit den Verdrängerkolben (4) gekoppelte Riemenscheiben (13, 13') aufweist. 12. The apparatus according to claim 10, characterized in that the coupling device (10) has at least one belt drive (1 1, 11 ') which is pivotally connected to the drive shaft (9) and by means of magnetic clutches (14) with the displacer (4) coupled pulleys (13, 13 ').
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Verdrängerkolben (4) mehrere, übereinander angeordnete Scheibenkörper (15, 15', 15") mit Aussparungen (16, 16') für das Druckgas aufweist, wobei zwischen die Scheibenkörper (15, 15', 15") Bereiche der Druckkammerwandung ausbildende Statoren (26, 26') vorstehen. 13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that each displacer (4) has a plurality of superimposed disk body (15, 15 ', 15 ") with recesses (16, 16') for the compressed gas, wherein between the Disk body (15, 15 ', 15 ") projecting portions of the pressure chamber wall stators (26, 26') protrude.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Stator (26, 26') in zumindest zwei, einen Kalt- und einen Warmbereich ausbildende Statorabschnitte (28, 28') unterteilt ist. 14. The device according to claim 13, characterized in that each stator (26, 26 ') in at least two, a cold and a hot region forming stator sections (28, 28') is divided.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Statorabschnitt (28, 28') mit zumindest einem ein Heiz- oder Kühlmittel führenden Kanal (29, 29') ausgerüstet ist. 15. The apparatus according to claim 14, characterized in that a respective stator section (28, 28 ') with at least one heating or cooling medium leading channel (29, 29') is equipped.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkolben (4) eine Hohlwelle aufweist, die den Aussparungen (16, 16') der Scheibenkörper (15, 15', 15") zugeordnete Durchbrüche aufweist. 16. Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the displacement piston (4) has a hollow shaft which has the recesses (16, 16 ') of the disk body (15, 15', 15 ") associated openings.
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