DE102011106466B4

DE102011106466B4 - Heat engine

Info

Publication number: DE102011106466B4
Application number: DE102011106466.8A
Authority: DE
Inventors: Mandy Weber-Mehnert; Andreas Pohlers
Original assignee: GPI GES F PRUEFSTANDUNTERSUCHUNGEN und INGENIEURDIENSTLEISTUNGEN MBH
Current assignee: GPI GES F PRUEFSTANDUNTERSUCHUNGEN und INGENIEURDIENSTLEISTUNGEN MBH
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2018-08-16
Anticipated expiration: 2031-07-05
Also published as: DE102011106466A1; EP2543860A2; EP2543860A3

Abstract

Wärmekraftmaschine bestehend aus einer Gaskammer (1), welche an mindestens einer Seite mit einem ersten Wärmetauscheinrichtung (4) in Verbindung steht, die ein kaltes Medium führt sowie einer weiteren Wärmetauscheinrichtung (2), welche an mindestens einer Seite der Gaskammer (1) gegenüber der ersten Wärmetauscheinrichtung (4) angeordnet ist und ein wärmeres Medium führt sowie einer beweglichen Verdrängerplatte (10), die sich in der Gaskammer (1) befindet, mit der Gaskammer (1) wenigstens ein Arbeitszylinder (8) verbunden ist, in dem ein Arbeitskolben (9) oszilliert und der Arbeitskolben (9) und die Verdrängerplatte (10) über ein Getriebe (7) zur Phasenverschiebung und Umwandlung der kontinuierlichen Oszillation des Arbeitskolbens (9) in eine bistabile Oszillation der Verdrängerplatte (10) gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängerplatte (10) mindestens einen gasdurchlässigen Regenerator (11) umfasst, jeder Regenerator (11) in einem Durchbruch durch die Verdrängerplatte (10) derart mittig angeordnet ist, dass die Verdrängerplatte (10) in ihrem geometrischen Zentrum ausbalanciert ist, wobei die Dichte der Verdrängerplatte (10) kleiner oder gleich der Dichte des Regenerators (11) ist und die Verdrängerplatte (10) eine Wärmeleitfähigkeit kleiner 0,09 Watt je Meter und Kelvin aufweist, und wobei die Gaskammer (1) als gasdruckdichtes Rohr mit viereckigem oder rundem Querschnitt ausgebildet ist, dessen Seitenwände gasentleerte Hohlräume aufweisen.

Heat engine comprising a gas chamber (1), which communicates on at least one side with a first heat exchange device (4), which leads a cold medium and a further heat exchange device (2), which on at least one side of the gas chamber (1) relative to the first heat exchange device (4) is arranged and a warmer medium leads and a movable displacement plate (10) which is located in the gas chamber (1), with the gas chamber (1) at least one working cylinder (8) is connected, in which a working piston ( 9) oscillates and the working piston (9) and the displacement plate (10) via a transmission (7) for phase shifting and conversion of the continuous oscillation of the working piston (9) are coupled in a bistable oscillation of the displacement plate (10), characterized in that the Displacer plate (10) comprises at least one gas-permeable regenerator (11), each regenerator (11) in a breakthrough by the Ve rdrängerplatte (10) is arranged centrally such that the displacement plate (10) is balanced in its geometric center, wherein the density of the displacement plate (10) is less than or equal to the density of the regenerator (11) and the displacement plate (10) has a lower thermal conductivity 0.09 watts per meter and Kelvin, and wherein the gas chamber (1) is designed as a gas pressure-tight tube with a square or round cross-section, the side walls have gas-evacuated cavities.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftmaschine zur Umwandlung von Wärmeenergie in kinetische Energie in Form eines Heißgasmotors. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet stellt die Nutzung von Restwärme zur Verrichtung mechanischer Arbeit dar.The invention relates to a heat engine for converting heat energy into kinetic energy in the form of a hot gas engine. A preferred field of application is the use of residual heat to perform mechanical work.

Heißgasmotoren sind in vielfältiger Ausbildung bekannt, da die konstruktive Ausgestaltung des Motors und seiner Peripherie je nach Aufgabengebiet erfolgt. Die Nutzung von Restwärme zum Antrieb eines Heißgasmotors erfordert bereits geringe Temperaturunterschiede verwerten zu können, indem die Wärmeverluste minimiert werden. Ein dieses Ziel verfolgender Motor ist aus der DE 30 15 815 A1 bekannt. Es handelt sich um einen Heißgasmotor mit mindestens einer in einem vorzugsweise wärmeisoliertem Gehäuse angeordneten Kammer, deren eine Seite erwärmt und die andere Seite gekühlt ist. In der Kammer ist ein Verdränger zwischen den beiden Seiten verschieblich angeordnet und über einen Kurbeltrieb mit einem Motorteil verbunden. Der Verdränger und eine als Schwungrad ausgebildete Arbeitswelle werden von einer als Arbeitskolben fungierenden Membran angetrieben. Der Membranmotor ist seitlich an den Überströmraum angeschlossen Der Antrieb des Verdrängers erfolgt mittels eines dicht mit dem Gehäuse verbundenen, durch eine Drehdurchführung eingeführten Schubstangentriebs, der durch Federvorspannung eine bistabile Lage des Verdrängers an den Seiten der Kammer herbeiführt. Der Verdränger ist plattenförmig ausgebildet und besteht aus wärmeisolierendem Material. Die Kammer kann einen Regenerator aufweisen, der seitlich der Flanke oder der Flanken der Verdrängerplatte im Überströmraum angeordnet ist und vorzugsweise aus einer dichten Drahtnetzanordnung besteht. Die Kammer umfasst sowohl entlang der warmen als auch der kalten Seite eine Zwischenwand, so dass der Raum zwischen dieser und der Kammerwand als Strömungskanal für ein warmes bzw. ein kühles Medium genutzt wird, wobei die Zwischenräume über entsprechende Durchgänge und Anschlussmittel für Medienleitungen verfügen. Der wesentliche Effekt der bekannten Lösung besteht in einer Erhöhung des Wirkungsgrades, indem durch den bistabil oszillierenden Verdränger eine Verbesserung der isotherm ischen Situation herbeigeführt wird. Es muss sowohl für die Kompression des kalten Arbeitsgases weniger Arbeit verrichtet werden und es wird bei der Expansion des heißen Gases mehr kinetisehe Energie gewonnen als bei kontinuierlich oszillierendem Verdränger, wodurch die Differenz zwischen der bei der Expansion des heißen Arbeitsgases gewonnenen Energie und der zur Kompression des kalten Arbeitsgases erforderlichen Arbeit, d.h. die nutzbare Energie größer wird. Damit kann der Motor bei gleichem Wärmeaufwand mehr Leistung abgeben.Hot gas engines are known in a variety of training, since the structural design of the engine and its periphery takes place depending on the task. The use of residual heat to drive a hot gas engine already requires low temperature differences can be used by the heat losses are minimized. A pursuing goal of this engine is from the DE 30 15 815 A1 known. It is a hot gas engine with at least one arranged in a preferably thermally insulated housing chamber whose one side is heated and the other side is cooled. In the chamber, a displacer between the two sides is slidably mounted and connected via a crank mechanism with a motor part. The displacer and a flywheel designed as a working shaft are driven by acting as a working piston diaphragm. The membrane motor is laterally connected to the overflow chamber. The displacement of the displacer is effected by means of a push rod drive which is tightly connected to the housing and introduced through a rotary feedthrough, which causes a bistable position of the displacer on the sides of the chamber by spring preloading. The displacer is plate-shaped and consists of heat-insulating material. The chamber may have a regenerator, which is arranged laterally of the flank or flanks of the displacer in the overflow space and preferably consists of a dense wire mesh arrangement. The chamber comprises an intermediate wall both along the hot and the cold side, so that the space between it and the chamber wall is used as a flow channel for a hot or a cool medium, wherein the intermediate spaces have corresponding passages and connection means for media lines. The essential effect of the known solution consists in an increase in the efficiency, by bringing about an improvement of the isothermal situation by the bistable oscillating displacer. There is less work to be done both for the compression of the cold working gas and more kinetic energy is gained in the expansion of the hot gas than in the continuously oscillating displacer, whereby the difference between the energy obtained during the expansion of the hot working gas and the compression of the hot gas cold working gas required work, ie the usable energy is greater. This allows the engine to deliver more power with the same amount of heat.

Die Druckschrift EP 0 570 731 B1 beschreibt eine Stirlingmaschine mit Wärmetauscher, welche für einen Nieder- bis Mitteltemperaturbetrieb, d.h. für kleines Kompressionsverhältnis und großes verdrängtes Volumen, ausgelegt ist. Die Stirlingmaschine weist ein Gehäuse mit zwei zueinander parallelen Gehäuseplatten auf, zwischen welchen eine Verdrängerplatte hin- und herbewegt wird. Die Verdrängerplatte trennt zwei Arbeitsgasteilvolumina - einen Expansionsraum und einen Kompressionsraum - voneinander, denen zum Wärmetausch Erhitzer und Kühler zugeordnet sind. Der Erhitzer, die Verdrängerplatte, der Kühler und ein Regenerator bilden eine bewegte Einheit, wobei der Erhitzer und der Kühler an der Verdrängerplatte angebracht sind. Der Regenerator, welcher den Expansionsraum und Kompressionsraum verbindet, ist in der Verdrängerplatte angeordnet und erstreckt sich über deren gesamte Fläche. Die beiden Gehäuseplatten sind durch verteilt angeordnete Streben zueinander auf Distanz gehalten, wobei die Streben rechtwinklig zu der Verdrängerplatte verlaufend durch diese hindurchtreten.The publication EP 0 570 731 B1 describes a Stirling engine with heat exchanger, which is designed for a low to medium temperature operation, ie for small compression ratio and large displaced volume. The Stirling engine has a housing with two mutually parallel housing plates, between which a displacement plate is reciprocated. The displacement plate separates two working gas part volumes - an expansion space and a compression space - from each other, which are assigned to the heat exchanger heaters and coolers. The heater, the displacer plate, the radiator and a regenerator form a moving unit with the heater and the radiator attached to the displacer plate. The regenerator connecting the expansion space and the compression space is disposed in the displacer plate and extends over the entire surface thereof. The two housing plates are held by spaced struts to each other at a distance, wherein the struts perpendicular to the displacer plate passing through them.

In der Druckschrift DE 20 2009 004 297 U1 ist ein Stirlingmotor mit Außenluftzufuhr beschrieben. Der Stirlingmotor weist einen zylindrischen Arbeitsraum auf, der von einer festen beheizbaren, ersten Verschlussplatte, einem zylindrischen Mantel und einem zwischen einer ersten Arbeitsposition und einer zweiten Arbeitsposition beweglich geführten Arbeitskolben begrenzt ist. In dem Arbeitsraum ist ein gesteuert bewegbarer Verdrängerkolben vorgesehen. In einem Bereich zwischen Arbeitskolben und Verdrängerkolben ist der Arbeitsbereich mit einem Mittel zur gesteuerten Öffnung zur Umgebung versehen. Vorzugsweise ist das Mittel zur gesteuerten Öffnung durch eine zweite Verschlussplatte gebildet, die gesteuert von dem Mantel abhebbar ist. Ein Regenerator ist in dem Verdrängerkolben vorgesehen.In the publication DE 20 2009 004 297 U1 is a Stirling engine with outside air supply described. The Stirling engine has a cylindrical working space which is delimited by a fixed, heatable, first closure plate, a cylindrical jacket and a working piston movably guided between a first working position and a second working position. In the working space a controllably movable displacer is provided. In a region between the working piston and displacer, the working area is provided with a means for controlled opening to the environment. Preferably, the controlled opening means is formed by a second closure plate, which can be lifted off under the control of the jacket. A regenerator is provided in the displacer.

Daraus ergibt sich die Aufgabe der Erfindung, die thermodynamischen Eigenschaften einer derartigen Wärmekraftmaschine weiter zu verbessern, so dass bereits Temperaturunterschiede von kleiner oder gleich 10 Kelvin zur Bereitstellung kinetischer Energie nutzbar sind.This results in the object of the invention to further improve the thermodynamic properties of such a heat engine, so that even temperature differences of less than or equal to 10 Kelvin can be used to provide kinetic energy.

Diese Aufgabe wird durch eine Wärmekraftmaschine mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich anhand der Merkmale der Unteransprüche.This object is achieved by a heat engine with the features of claim 1. Advantageous developments and refinements emerge on the basis of the features of the subclaims.

Die erfindungsgemäße Wärmekraftmaschine besteht aus einer Gaskammer, welche an mindestens einer Seite mit einer ersten Wärmetauscheinrichtung in Verbindung -steht, die ein kaltes Medium führt sowie einer weiteren Wärmetauscheinrichtung, welche an mindestens einer Seite der Gaskammer gegenüber der ersten Wärmetauscheinrichtung angeordnet ist und ein wärmeres Medium führt, sowie einer beweglichen Verdrängerplatte, die sich in der Gaskammer befindet. Die Verdrängerplatte umfasst mindestens einen gasdurchlässigen Regenerator. Mit der Gaskammer ist ein Arbeitszylinder verbunden, in dem ein Arbeitskolben oszilliert. Der Arbeitskolben und die Verdrängerplatte sind über ein Getriebe zur Phasenverschiebung und Umwandlung der kontinuierlichen Oszillation des Arbeitskolbens in eine bistabile Oszillation der Verdrängerplatte gekoppelt. Jeder Regenerator ist in einem Durchbruch durch die Verdrängerplatte derart mittig angeordnet, dass die Verdrängerplatte in ihrem geometrischen Zentrum ausbalanciert ist. Die Dichte der Verdrängerplatte ist kleiner oder gleich der Dichte des Regenerators, wobei die Verdrängerplatte eine Wärmeleitfähigkeit kleiner 0,09 Watt je Meter und Kelvin aufweist, und wobei die Gaskammer als gasdruckdichtes Rohr mit viereckigem oder rundem Querschnitt ausgebildet ist, dessen Seitenwände gasentleerte Hohlräume aufweisen.The heat engine according to the invention consists of a gas chamber which communicates on at least one side with a first heat exchange device in connection, which leads a cold medium and a further heat exchange device, which on at least one side of the gas chamber relative to the first heat exchange device is arranged and a warmer medium leads, and a movable displacement plate, which is located in the gas chamber. The displacement plate comprises at least one gas-permeable regenerator. Connected to the gas chamber is a working cylinder in which a working piston oscillates. The working piston and the displacement plate are coupled via a transmission for phase shifting and conversion of the continuous oscillation of the working piston in a bistable oscillation of the displacement plate. Each regenerator is centered in a breakthrough by the displacer such that the displacer is balanced in its geometric center. The density of the displacer is less than or equal to the density of the regenerator, wherein the displacer has a thermal conductivity less than 0.09 watts per meter and Kelvin, and wherein the gas chamber is formed as a gas-tight tube with a square or round cross-section, the side walls have gas-evacuated cavities.

Vorteilhaft ausgebildet wird die Erfindung, indem der Regenerator aus einem offenporigen Metallschaum besteht, wobei vorzugsweise der Metallschaum des Regenerators eine zweiteilige Struktur aufweist und diese einerseits gasdurchlässige Abschnitte durch eine offenporige Struktur sowie andererseits geschlossen porige Abschnitte besitzt, in welche ein Phasenwechselmaterial eingebracht ist.Advantageously, the invention is formed by the regenerator consists of an open-pore metal foam, wherein preferably the metal foam of the regenerator has a two-part structure and on the one hand gas-permeable sections through an open-pore structure and on the other hand has closed porous sections, in which a phase change material is introduced.

Die Effizienz der Erfindung wird vorteilhaft beeinflusst durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Wärmetauscher, indem diese als gasdruckdichte Gegenstrom-Wärmetauscher ausgebildet sind und zur Gaskammer hin eine glatte Oberflächenstruktur, auf der gegenüberliegenden Seite hingegen eine mäanderförmige Oberflächenstruktur aufweisen, die direkt in das Material der Wärmetauscher eingebracht oder als stoffschlüssige Verbindung mit gebogenen Rohren ausgebildet ist und jeder Wärmetauscher auf jeder Seite über jeweils eine Eintritts- und eine Austrittöffnung für das Übertragungsmedium verfügt, wobei vorzugsweise mindestens eine Wärmetauscheinrichtung wärmeisoliert ist und/oder die Wärmetauscher gasdruckdicht mit der Gaskammer verbunden sind.The efficiency of the invention is advantageously influenced by the inventive design of the heat exchanger by these are designed as gas pressure-tight countercurrent heat exchanger and the gas chamber towards a smooth surface structure, on the other hand, however, have a meandering surface structure, which is incorporated directly into the material of the heat exchanger or is formed as a cohesive connection with bent tubes and each heat exchanger has on each side via an inlet and an outlet opening for the transmission medium, wherein preferably at least one heat exchange device is thermally insulated and / or the heat exchangers are connected gas pressure tight with the gas chamber.

Vorteilhaft weitergebildet wird die Erfindung, wenn der Arbeitszylinder getriebeseitig ein gasdruckdichtes Gehäuse aufweist, das über eine Absperreinrichtung mit der Gaskammer verbunden ist, so dass Leckagegas aus dem Kurbelraum des Arbeitszylinders in die Gaskammer rückgeführt werden kann.Advantageously, the invention is further developed when the working cylinder on the transmission side has a gas-tight housing, which is connected via a shut-off device with the gas chamber, so that leakage gas from the crank chamber of the working cylinder can be returned to the gas chamber.

Die vorteilhafte Wirkung der Erfindung ergibt sich aus dem Zusammenspiel der konstruktiven Merkmale im Kreisprozess:The advantageous effect of the invention results from the interaction of the structural features in the cycle:

Der Verdränger befindet sich auf der kalten Seite, der Arbeitskolben am unteren Umkehrpunkt. Durch das Erwärmen des Gases wird der Arbeitskolben nach außen gedrückt, kinetische Energie wird gewonnen und über das Getriebe einem Nutzprozess zugeführt. Der Arbeitskolben erreicht den oberen Totpunkt, das Gas das maximale Volumen. Beim größten warmen Gasvolumen klappt der Verdränger schlagartig auf die warme Seite, das Gas strömt durch die kühlen Regeneratoren und gibt isochor Wärme ab. Mit dem Umklappen des Verdrängers auf die warme Seite ist der Wärmeaustausch abgeschlossen. Das kalte Gas wird nun durch den Arbeitskolben isotherm komprimiert. Hat der Arbeitskolben den unteren Totpunkt erreicht, klappt der Verdränger schlagartig auf die kalte Seite. Das Gas durchströmt die warmen Regeneratoren und nimmt isochor Wärme auf.The displacer is on the cold side, the working piston at the lower reversal point. By heating the gas, the working piston is pressed outward, kinetic energy is recovered and fed through the transmission to a utility process. The working piston reaches the top dead center, the gas reaches the maximum volume. With the largest volume of hot gas, the displacer suddenly flips to the warm side, the gas flows through the cool regenerators and releases isochoric heat. By folding the displacer on the warm side, the heat exchange is completed. The cold gas is now isothermally compressed by the working piston. If the working piston has reached the bottom dead center, the displacer suddenly works on the cold side. The gas flows through the warm regenerators and absorbs isochoric heat.

Der diskontinuierliche Ablauf des Kreisprozesses erfolgt in den isochoren Teilprozessen. In beiden Teilprozessen klappt der Arbeitskolben schlagartig von der Ausgangsseite auf die Zielseite um. Das plötzliche Umschlagen zwischen warmer und kalter Seite verhindert zugleich auch das Entstehen zusätzlicher Wärmeverluste, welche den Wirkungsgrad des Kreisprozesses herabsetzen könnten.The discontinuous sequence of the cycle takes place in the isochoric sub-processes. In both subprocesses, the working piston suddenly swings from the exit side to the destination side. The sudden turning between warm and cold side also prevents the emergence of additional heat losses, which could reduce the efficiency of the cycle.

Die pro Kreislaufzyklus auf die kalte Maschinenseite transportierte Wärmemenge wird in geeigneter Weise abgeleitet oder anderweitig genutzt.The amount of heat transported to the cold machine side per cycle cycle is appropriately dissipated or otherwise utilized.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeigt in

1 eine Wärmekraftmaschine mit einem Arbeitskolben und einem über zwei Zug-Schub-Stangen angetriebenen Verdränger und
2 eine Wärmekraftmaschine mit zwei Arbeitskolben und einem über eine Zug-Schub-Stange angetriebenen Verdränger.

A preferred embodiment of the heat engine according to the invention will be explained below with reference to the drawing. The drawing shows in

1 a heat engine with a working piston and a driven by two train-push rods displacer and
2 a heat engine with two working pistons and a driven by a train-push rod displacer.

Die Wärmekraftmaschine besteht aus einer starren Gaskammer 1, deren Seitenwände 6 aus einem thermischen Isolator und deren Grund- und Deckfläche 3, 5 aus Wärmetauschern 2, 4 mit außen liegender thermischer Isolation aufgebaut sind.The heat engine consists of a rigid gas chamber 1 whose side walls 6 from a thermal insulator and its base and top surface 3 . 5 from heat exchangers 2 . 4 are constructed with external thermal insulation.

In der Kammer 1 ist ein nicht dicht schließender Verdrängerkolben 10 mit Bewegungsfreiheit in Grund- und Deckflächenrichtung mit einer Mehrzahl integrierter Regeneratoren 11 angeordnet.In the chamber 1 is a non-tight displacement piston 10 with freedom of movement in the base and top surface direction with a plurality of integrated regenerators 11 arranged.

Die Deckfläche der Gaskammer 1 ist über ein kleines Totvolumen mit einem (1) oder zwei (2) Arbeitszylinder(n) 8 verbunden, dessen bzw. deren Arbeitskolben 9 in Arbeitszylinderachsrichtung beweglich ist und eine Variation des Gesamtvolumens von Gaskammer 1 und Arbeitszylinder 8 erlaubt. Ein Getriebe 7, welches Arbeitskolben 9 und Verdränger 10 funktionsgemäß verbindet, realisiert eine diskontinuierliche Bewegung des Verdrängers 10. Verdränger- 10 und Arbeitskolben 9 sind um 90° phasenversetzt. Die kontinuierliche Bewegung des Arbeitskolbens 9 wird durch Druckpunkt -und Federgetriebe 7 in eine ruckartige, bistabile Bewegung des Zug-Schub-Gestänges 12 gewandelt.The top surface of the gas chamber 1 is about a small dead volume with a ( 1 ) or two ( 2 ) Working cylinder (s) 8 connected, whose or their working piston 9 in Arbeitszylinderachsrichtung is movable and a variation of the total volume of gas chamber 1 and working cylinder 8th allowed. A gearbox 7 which working piston 9 and displacer 10 connects functionally, realizes a discontinuous movement of the displacer 10 , expeller 10 and working pistons 9 are phase-shifted by 90 °. The continuous movement of the working piston 9 is by pressure point and spring gear 7 in a jerky, bistable movement of the train-push rod 12 changed.

Die Wärmekraftmaschine ist ein Basismodul und kann zu komplexeren Wärmekraftmaschinen-Arrays in Form von Mehrzylinder-Wärmemaschinen zusammengesetzt werden.The heat engine is a base module and can be assembled into more complex heat engine arrays in the form of multi-cylinder heat engines.

1 zeigt eine erste Variante des Basismoduls. Der Arbeitszylinder 8 befindet sich aus strömungstechnischen Gründen zentralsymmetrisch auf der kalten Deckfläche 5, wobei der Kammerquerschnitt kreisförmig oder quadratisch ist. Arbeitskolben 9 und Verdrängerkolben 10 bewegen sich parallel und zentralsymmetrisch zur Kammerachse. Der Verdrängerkolben 10 wird zentralsymmetrisch durch zwei Zug-Schub-Stangen 12 geführt, welche über Exzenter auf einer Drehachse als Getriebe 7 mit dem Arbeitskolben 9 verbunden sind. 1 shows a first variant of the base module. The working cylinder 8th is due to flow reasons centrally symmetric on the cold deck surface 5 , wherein the chamber cross-section is circular or square. working piston 9 and displacer 10 move parallel and centrically symmetrical to the chamber axis. The displacer 10 is guided centrally symmetrically by two pull-push rods 12, which via eccentric on a rotation axis as a transmission 7 with the working piston 9 are connected.

Eine zweite Variante zeigt 2. Es werden zwei Arbeitszylinder 8 zentralsymmetrisch auf der kalten Deckfläche 5 angeordnet, aus strömungstechnischen Gründen müsste der Kammerquerschnitt elliptisch oder rechteckig gewählt werden. Arbeitskolben 9 und Verdrängerkolben 10 bewegen sich parallel zur Symmetrieachse der Kammer 1. Der Verdrängerkolben 10 wird zentralsymmetrisch durch eine Zug-Schub-Stange 12 geführt, welche über Exzenter auf einer Drehachse als Getriebe 7 mit dem Arbeitskolben 9 verbunden sind. Für den Aufbau von Mehrzylinder- oder Mehrstufen-Varianten ist die viereckige Bauweise einer runden oder elliptischen vorzuziehen.A second variant shows 2 , There are two working cylinders 8th Centrally symmetrical on the cold deck 5 arranged, for fluidic reasons, the chamber cross-section would have to be elliptical or rectangular. working piston 9 and displacer 10 move parallel to the symmetry axis of the chamber 1 , The displacer 10 becomes centrally symmetric by a pull-push rod 12 guided, which via eccentric on a rotation axis as transmission 7 with the working piston 9 are connected. For the construction of multi-cylinder or multi-stage variants, the quadrangular construction is preferable to a round or elliptical one.

In jedem Wärmetauscher 2, 4 sind ein oder mehrere Rohre mäanderförmig integriert, welche von einem oder mehreren warmen flüssigen oder gasförmigen Medien getrennt durchflossen werden. Für die Zug-Schub-Stangen 12 und Arbeitszylinder 8 sind entsprechende Durchbrüche vorhanden. Die Fließrichtung in den verschiedenen Rohren eines Wärmetauschers 2, 4 kann zur Verbesserung der Temperaturkonstanz gegenläufig sein. Die Zu- und Abflüsse 13 sind mit entsprechenden Pfeilen gekennzeichnet.In every heat exchanger 2 . 4 one or more tubes are integrated meandering, which are traversed by one or more warm liquid or gaseous media separated. For the train-push rods 12 and working cylinder 8th are appropriate breakthroughs available. The flow direction in the different tubes of a heat exchanger 2 . 4 may be in opposite directions to improve the temperature stability. The inflows and outflows 13 are marked with corresponding arrows.

Für die Seitenwände 3, 5, 6 ist als thermischer Isolator ein Metall-Dämmstoff- oder Metall-Polymer-Verbund vorgesehen. In beiden Varianten befindet sich zwischen den metallischen Außenflächen die eigentliche Dämmschicht, welche auch geschäumt sein kann.For the side walls 3 . 5 . 6 is provided as a thermal insulator, a metal-insulating or metal-polymer composite. In both variants is located between the metallic outer surfaces of the actual insulating layer, which may also be foamed.

Claims

Heat engine comprising a gas chamber (1), which communicates on at least one side with a first heat exchange device (4), which leads a cold medium and a further heat exchange device (2), which on at least one side of the gas chamber (1) relative to the first heat exchange device (4) is arranged and a warmer medium leads and a movable displacement plate (10) which is located in the gas chamber (1), with the gas chamber (1) at least one working cylinder (8) is connected, in which a working piston ( 9) oscillates and the working piston (9) and the displacement plate (10) via a transmission (7) for phase shifting and conversion of the continuous oscillation of the working piston (9) are coupled in a bistable oscillation of the displacement plate (10), characterized in that the Displacer plate (10) comprises at least one gas-permeable regenerator (11), each regenerator (11) in a breakthrough through the V erdrängerplatte (10) is arranged centrally such that the displacement plate (10) is balanced in its geometric center, wherein the density of the displacement plate (10) is less than or equal to the density of the regenerator (11) and the displacement plate (10) has a lower thermal conductivity 0.09 watts per meter and Kelvin, and wherein the gas chamber (1) is designed as a gas pressure-tight tube with a square or round cross-section, the side walls have gas-evacuated cavities.

Heat engine after Claim 1 , characterized in that the regenerator (11) consists of an open-pored metal foam.

Heat engine after Claim 2 , characterized in that the metal foam of the regenerator (11) has a two-part structure, on the one hand gas-permeable sections through an open-pore structure and on the other hand has closed-pore sections, in which a phase change material is introduced.

Heat engine after Claim 1 . 2 or 3 , characterized in that the heat exchangers (2, 4) are formed as a gas pressure-tight countercurrent heat exchanger and the gas chamber (1) towards a smooth surface structure, on the opposite side, however, have a meander-shaped surface structure, directly into the material of the heat exchanger (2, 4) or formed as a cohesive connection with bent tubes and each heat exchanger (2, 4) has on each side via an inlet and an outlet opening (13) for the transmission medium.

Heat engine after Claim 4 , characterized in that at least one heat exchanger (2, 4) is thermally insulated.

Heat engine Claim 4 or 5 , characterized in that the heat exchangers (2, 4) are connected gas pressure-tight with the gas chamber (1).

Heat engine according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that the working cylinder (8) on the transmission side has a gas-tight housing, which is connected via a shut-off device with the gas chamber (1).