DE4307211A1

DE4307211A1 - Rotary displacement Stirling engine - has rotating compressor, mounted on crank shaft, and working piston with rear pressure charging

Info

Publication number: DE4307211A1
Application number: DE19934307211
Authority: DE
Inventors: Dieter Schager
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-03-08
Filing date: 1993-03-08
Publication date: 1993-08-26

Abstract

The Stirling motor has a displacement compressor (2), which rotates and does not oscillate. The compressor is single- or multi-sectional, and is mounted directly on the crankshaft (6) so that it does not require a control mechanism.The compressor is semi-circular, symmetrical or asymmetrical, to create space for the working medium. It is arranged so that it acts as a flywheel. The compressor cylinder (3) is longitudinally divided into two semi-shells, which are pressure-proof, and relatively thermally isolated. The working cylinder is mounted directly on the compressor cylinder. The working piston (4) is pressure charged from the rear and not from the front. USE/ADVANTAGE - for stationary pumps, generators, etc,with low vibration and no sealing problems.

Description

Der Rotationsverdränger-Stirlingmotor ist im Grunde ein Heißluftmotor. Er arbeitet nach dem von R. Stirling bereits im Jahre 1816 erfundenen und nach ihm benannten Prinzip. Motore nach diesem Arbeitsprinzip sind heute in viel fältigen Ausführungen, Größen und Anwendungen bekannt, und ihre Funktions weise gehört heute wohl zum technischen Allgemeinwissen.The rotary displacement Stirling engine is basically a hot air engine. He works after and invented by R. Stirling as early as 1816 principle named after him. Engines based on this working principle are in a lot today known designs, sizes and applications, and their functionalities wise is now part of general technical knowledge.

Die Neuerung besteht nun im Wesentlichen darin, daß der Verdränger nicht mehr längs oszilliert sondern radial rotiert. Hierdurch werden mehrere Vorteile erzielt und einige Nachteile vermieden. So benötigt der Motor kein Schwung rad mehr. Er hat zwei freie Wellenenden und läuft in jeder Raumlage. Der ro tierende Verdränger läßt sich sehr gut auswuchten, wodurch ein sehr leiser und vibrationsarmer Lauf erzielt wird. Die Bauweise ist fast völlig geschlos sen, wodurch die sonst oft sehr lästigen Dichtungsprobleme entfallen, und der Motor aufgeladen, d. h. mit höherem Innendruck betrieben werden kann. Es sind nur noch zwei hin- und hergehende Maschinenteile vorhanden (Arbeitskolben und Pleuel), so daß durch diese sehr vereinfachte Mechanik bereits bei mitt leren Temperatur-Differenzen recht hohe Drehzahlen erreicht werden. Durch ein fache Verdrehung des Verdrängers auf der Welle ist Rechts- wie Linkslauf glei chermaßen möglich.The innovation now essentially consists in the fact that the displacer is no longer oscillates longitudinally but rotates radially. This has several advantages achieved and avoided some disadvantages. So the engine does not need momentum bike more. It has two free shaft ends and runs in any position. The ro ting displacer can be balanced very well, which makes it very quiet and low vibration running is achieved. The construction is almost completely closed sen, which eliminates the otherwise very annoying sealing problems, and the Engine charged, i. H. can be operated with higher internal pressure. There are only two reciprocating machine parts are left (working piston and connecting rods), so that this very simplified mechanics already at mitt fairly high speed differences can be achieved. By a The twist of the displacer on the shaft is clockwise and counterclockwise possible.

Der Rotationsverdränger-Stirlingmotor eignet sich grundsätzlich für alle Wär mequellen und Einsatzgebiete, die auch seither schon für Heißluftmotore in Frage kamen. Besonders würde er sich für den stationären Betrieb von Pumpen, el. Generatoren und Kältemaschinen im Solarbetrieb eignen. Auch könnte man sich ihn sehr gut in einer Wärme-Kraft-Kopplung vorstellen, wobei eine zwei te Verdrängeranordnung im Gegentakt auf den Arbeitskolben wirken könnte.The rotary displacement Stirling engine is basically suitable for all types of heat sources and areas of application that have been used for hot air motors in Question came. He would particularly like the stationary operation of pumps, electric generators and chillers in solar operation. You could too imagine it very well in a cogeneration, one being two te displacer arrangement could act on the working piston in push-pull.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail below.

Der Motor besteht aus einem länglichen, in Längsrichtung in zwei gleiche Halbschalen geteilten Blechzylinder 1 (Verdrängerzylinder). Die beiden Halb schalen sind über zwei gut dichtende aber thermisch schlecht leitende Brüc ken miteinander verbunden. Die untere Halbschale stellt die heiße Seite, die obere Halbschale die kalte Seite dar. An den Stirnseiten ist der Verdränger zylinder 1 mit ebenfalls schlecht wärmeleitenden Deckeln verschlossen, die zugleich die Lagerschilde 5 für die zentrisch den Verdrängerzylinder 1 durch ziehende Kurbelwelle 6 bilden. In der Mitte der Kurbelwelle 6 befindet sich die Kurbel für den Arbeitskolben 4, dessen Zylinder 3 in der Mitte der kalten Verdrängerhalbschale senkrecht angeordnet ist.The motor consists of an elongated sheet metal cylinder 1 (displacer cylinder ) divided in the longitudinal direction into two equal half-shells. The two half-shells are connected to each other via two good-sealing but thermally poorly conductive bridges. The lower half-shell, the hot side, the upper half-shell constitutes the cold side. On the end faces of the displacer cylinder 1 also poor heat conductive lids is closed, at the same time 5 constitute the end shields for the centric the displacer cylinder 1 by withdrawing the crankshaft 6. In the center of the crankshaft 6 is the crank for the working piston 4 , the cylinder 3 of which is arranged vertically in the middle of the cold displacement half-shell.

Der aus zwei Teilen bestehende zylinderförmige Verdränger 2, ist auf der Kur belwelle 6 beiderseits der Kurbel verstellbar aufgezogen (Drehrichtung). Er füllt bis auf einen sehr kleinen Luftspalt am Umfang und an den Stirnseiten den gesamten Verdrängerzylinder 1 aus. Jedoch entsteht durch das Zurücksetzen des Verdrängers 2 auf dem halben Umfang die Hälfte eines Hohlzylinders, in dem sich das Arbeitsmedium (Luft, H₂, He o. a.) befindet.The two-part cylindrical displacer 2 , is adjustable on the cure belwelle 6 on both sides of the crank (direction of rotation). It fills the entire displacement cylinder 1 except for a very small air gap on the circumference and on the end faces. However, by resetting the displacer 2 on half the circumference, half of a hollow cylinder in which the working medium (air, H ₂ , He or the like) is located.

Beim Betrieb wird nun dieser gasgefüllte halbe Hohlzylinder im Kreislauf ab wechselnd an der kalten und heißen Seite des Verdrängerzylinders 1 vorbeige schoben. Die durch die rhythmischen Temperaturänderungen auftretenden Druck schwankungen des Arbeitsmediums werden nun auf den Arbeitskolben 4 übertra gen. Dieser ist ein konventioneller Hubkolben, der aber jetzt im Gegensatz zu seitherigen Konstruktionen nicht von vorn sondern von hinten druckbeaufschlagt wird, d. h., daß bei einem Arbeitshub der Kolben 4 über das Kugelgelenk 10 und das Pleuel 9 nicht auf die Kurbel drückt sondern an ihr zieht.During operation, this gas-filled half hollow cylinder is pushed past the alternating cold and hot side of the displacement cylinder 1 in the circuit. The pressure fluctuations in the working medium caused by the rhythmic changes in temperature are now transferred to the working piston 4. This is a conventional piston, but in contrast to previous designs, it is now not pressurized from the front but from the rear, ie that during a working stroke the piston 4 on the ball joint 10 and the connecting rod 9 does not press on the crank but pulls on it.

Durch die Lüftungsschraube 7 wird ein Druckausgleich im Verdrängerzylinder 1 erreicht. An den beiden Wellenenden 8 kann die mechanische Energie abgenom men werden.A pressure equalization in the displacement cylinder 1 is achieved by the ventilation screw 7. At the two shaft ends 8 , the mechanical energy can be removed.

Claims

1. Rotational displacement Stirling engine characterized in that the United displacer ( 2 ) does not oscillate as usual but rotates.

2. Motor according to protection claim 1, characterized in that the displacer ( 2 ) is mounted in one or more parts directly on the crankshaft ( 6 ) and thus requires no further control mechanism.

3. Motor according to protection claim 1-2, characterized in that the displacer ( 2 ) has a more or less semicircular symmetrical or asymmetrical elaboration to create space for the working medium (air, H, He oa).

4. Motor according to protection claims 1-3, characterized in that the displacer ( 2 ) is designed in its balance and mass so that it takes over the task of the flywheel.

5. Motor according to protection claim 1-4, characterized in that the displacement cylinder ( 1 ) is divided lengthwise into two half-shells, which are pressure-tight but on the other hand well thermally insulated from one another.

6. Motor according to protection claim 1-5, characterized in that the working cylinder ( 3 ) is arranged directly on the displacement cylinder ( 1 ), and the working piston ( 4 ) is therefore pressurized from behind and not, as is customary, from the front.

7. Motor according to protection claims 1-6, characterized in that a second displacement arrangement corresponding to 1, 2, 5, 6, 7, 8, 9, and 10 in counteract on the working piston ( 4 ), and the working cylinder ( 3 ) is essential Ches connecting element of both displacement cylinder ( 1 ), so that a complete encapsulation of the system is achieved (chargeability).