| US5076058A | 1991-12-31 | |||
| US4977742A | 1990-12-18 | |||
| US4753073A | 1988-06-28 |
| 1. | Schutzanspruch Stirlingmotor mit einer geraden Anzahl von Arbeitsgasen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gegenstromwärmetauscher (. |
| 2. | ) ein aus einem Arbeitszylinder (2) strömendes heißes Arbeitsgas vor Erreichen des Kühlers (3) Wärmeenergie an ein aus einem Kom¬ pressionszylinder (5) in entgegengesetzter Richtung zum Arbeitszylinder (9) strömendes kaltes Arbeitsgas abgibt und dieses vorheizt, und daß ein Gegenstromwärmetauscher für jeweils zwei Arbeitsgase vorhanden ist. |
Stirlingmotor mit einer geraden Anzahl von Arbeitsgasen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmekraftmaschine für zwei (oder ein Mehrfaches von zwei) geschlossene Kreisprozesse mit Heißgasen nach dem Stirling-Prinzip.
In Stirlingmotoren üblicher Bauart durchströmt jedes Arbeitsgas nach Verlassen von Arbeitszylinder und Regenerator den Kühler, in welchem es die nicht im Regenerator gespeicherte Wärmeenergie als Abwärme abgibt (DE 301 7641 C2, DE 2814753 C2, BESCHORNER, F. et al. in: Stand der Stirlingmotorenentwicklung, BMFT Forschungs¬ bericht T84-1 96, München/Augsburg 1 984, Seite 29 - 35, 56, 72 - 75, 78 - 81 , 86), diese Abwärme beträgt ca. 60% der dem Motor zugeführten Brennstoffleistung (ebd. Seite 173). Aus der DE 3628214 A1 ist ein Heißgasmotor bekannt, bei dem das Arbeits¬ gas in Druckspeichern erhitzt und nach der Arbeitsverrichtung am Kolben über Gegen¬ stromwärmetauscher entspannt wird, durch die 'eichzeitig Arbeitsgas komprimiert den Druckspeichern zugeführt wird. Die Druckspeic .. edeuten einen höheren konstruktiven Aufwand und Platzbedarf. Der Wärmeaustausch ist nur unvollkommen, da das den Druckspeichern zugeführte Arbeitsgas sich beim Komprimieren erhitzt.
Der im Schutzanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die bei Stirlingmotoren üblicherweise über den Kühler abgeführte Wärmeenergie zur Brennstoffein¬ sparung möglichst weitgehend innerhalb des Motors zu nutzen und das bei geringem konstruktiven Aufwand.
Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruch aufgeführten Merkmalen gelöst.
Durch den Gegenstromwärmetauscher wird erreicht, daß ein heißes Arbeitsgas nach Verlassen des Regenerators einen Großteil seiner Wärmeenergie nicht an Kühlwasser oder -luft sondern an das andere Arbeitsgas abgibt. Da lezteres gerade den Kühler passiert hat, besteht zwischen den Arbeitsgasen der größtmögliche Temperaturunterschied. Entspre¬ chend hoch ist der Energieübergang zwischen den Arbeitsgasen im Gegenstromwärmetau¬ scher. Die Kühler der Arbeitsgase können verkleinert werden. Auf die Regeneratoren kann ganz verzichtet werden, wenn der Gegenstromwärmetauscher entsprechend vergrößert
wird. Um eine hohe Wirksamkeit zu erreichen, muß der Gegenstromwärmetauscher nach außen wärmeisoliert sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der Zeichnung dargestellt. Es sind je zwei Arbeits- (2, 9) und Kompressionszylinder (4, 5), Regeneratoren (7, 8), Kühler (3, 6) sowie der Gegenstromwärmetauscher ( 1 ) dargestellt. Die Pfeile geben die Strömungsrichtungen der Arbeitsgase in der Situation an, die im Schutzanspruch beschrieben wird. Bei einem Richtungswechsel der Kolben und damit der Arbeitsgase findet die Wärmeabgabe in umgekehrter Richtung statt. Dann strömt heißes Arbeitsgas aus Zylinder 9 durch den Gegenstromwärmetauscher 1 und gibt dabei Wärme an das kühle, aus dem Kompressions¬ zylinder 4 strömende Arbeitsgas ab.
Das Ausführungsbeispiel ist der Übersichtlichkeit wegen mit getrennten Arbeits- und Kompressionszylindern und -kolben dargestellt. Vorteilhafter für praktische Anwendungen sind die Bauarten doppeltwirkender Motor und Freikolbenmotor.