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DE102007035205A1 - Thermal power machine or thermally working machine, comprises closed working space filled with operating liquid, where displacement piston is provided that is free flying piston without piston rod - Google Patents

Thermal power machine or thermally working machine, comprises closed working space filled with operating liquid, where displacement piston is provided that is free flying piston without piston rod Download PDF

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DE102007035205A1
DE102007035205A1 DE200710035205 DE102007035205A DE102007035205A1 DE 102007035205 A1 DE102007035205 A1 DE 102007035205A1 DE 200710035205 DE200710035205 DE 200710035205 DE 102007035205 A DE102007035205 A DE 102007035205A DE 102007035205 A1 DE102007035205 A1 DE 102007035205A1
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Germany
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thermal power
piston
work machine
working space
free
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Application number
DE200710035205
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German (de)
Inventor
Lutz Hielscher
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Abstract

The thermal power machine or thermally working machine (1) comprises a closed working space (2) filled with an operating liquid. A displacement piston is provided that is a free flying piston (5) without a piston rod. An acting force is driven from outside the working space in a contactless manner. The acting force is driven back and forth between two end positions in the working space or in a rotating manner in the working space.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmekraft- oder arbeitsmaschine, insbesondere mit einem abgeschlossenen Arbeitsraum, gefüllt mit einem Arbeitsfluid, welches in einem stetig heißen Bereich durch Erwärmung expandiert und in einem stetig kalten Bereich durch Abkühlung deexpandiert wird, wobei die thermodynamischen Vorgänge so über die Maschine gekoppelt sind, dass eine Hin- und Herverlagerung des Arbeitsfluids zwischen dem stetig heißen und dem stetig kalten Bereich nach dem Stirling-Prinzip mit einem Verdrängerkolben und einem Arbeitskolben erfolgt.The Invention relates to a thermal power or work machine, in particular with a closed working space, filled with a working fluid, which is in a constantly hot area by heating expanded and deexpanded in a constantly cold area by cooling with thermodynamic processes coupled across the machine are that a back and forth shift of working fluid between the constantly hot and the constantly cold area according to the Stirling principle with a displacer and a working piston.

Wärmekraft- oder arbeitsmaschinen, die nach dem Stirling-Prinzip funktionieren, gibt es in den verschiedensten Bauformen. Allen Bauformen ist gemein, dass mindestens eine Kolbenstange, sei es zur Steuerung eines Kolbens oder zur Übertragung der gewonnen Nutzarbeit auf ein dafür bestimmtes System aus dem geschlossenen Arbeitsraum herausragt, so dass dort grundsätzlich nur eine Abdichtung an gleitenden Flächen stattfinden kann. Damit verbunden ergibt sich das Problem der Dauerfestigkeit solcher Abdichtungen aufgrund der Reibung zwischen den gleitenden Flächen. Ein vollständiges Abdichten des Arbeitsraums gegenüber seiner Umgebung ist so nicht ausreichend gegeben, insbesondere dann, wenn ein von Luft verschiedenes Gas als Arbeitsfluid Verwendung finden soll.thermal power or machines that work on the Stirling principle, There are a variety of designs. All designs are common, that at least one piston rod, be it to control a piston or for transmission of the gained useful work on a dedicated system from the closed working space sticking out, so there basically only a seal on sliding surfaces can take place. Associated with this, the problem of fatigue strength arises Seals due to friction between the sliding surfaces. One complete Sealing the work space opposite his environment is not sufficiently given, especially then when a gas other than air is used as the working fluid should find.

Dem gegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, den Arbeitsraum einer Wärmekraft- oder arbeitsmaschine von eingangs genannter Art mit einer verbesserten Abdichtung zu versehen, so dass auch ein im Arbeitsraum befindliches, von Luft verschiedenes Gas, in ausreichendem Maße zur Umgebung hin abgedichtet wird.the across from the object of the present invention is the working space of a thermal power or machine of the type mentioned with an improved To provide sealing, so that also a befindliches in the work space, from Air of various gases, sufficiently sealed to the environment becomes.

Die Aufgabe wird nach den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The Task is solved according to the features of claim 1.

Von wesentlicher Bedeutung ist es, dass die Abdichtung grundsätzlich an der Fläche des, als Arbeitskolben dienenden, Dichtungselementes stattfindet. Vorteilhafter Weise ergibt sich dadurch eine verschleißfreie Abdichtung und eine damit verbundene Verbesserung der Abdichtung des Arbeitsraums an sich.From It is essential that the seal in principle the area of, serving as a working piston, sealing element takes place. Advantageously, this results in a wear-free seal and an associated improvement of the sealing of the working space per se.

Als Dichtungselement kommen bevorzugt gummielastische Elemente wie Membranen oder Faltenbälge in Betracht, wobei deren Oberfläche eine ausreichende Dichtigkeit gegenüber Gasen aufweisen muss, um Gas als Arbeitsfluid verwenden zu können.When Sealing element are preferably rubber-elastic elements such as membranes or bellows into consideration, with their surface must have sufficient gas tightness to To be able to use gas as working fluid.

Vorzugsweise wird die Hin- und Herbewegung des Dichtungselements auf ein schwungmassenbehaftetes System mechanisch übertragen, so dass sich die gewonnene Nutzarbeit für verschiedenste Anwendungen, beispielsweise für den Betrieb eines Dynamos oder Generators, verwenden lässt.Preferably the reciprocating motion of the sealing element is affected by a flywheel mass System mechanically transferred, so that the gained useful work for a variety of applications, for example operation of a dynamo or generator.

Vorteilhafter Weise wird der Freiflugkolben mit magnetischem Material versehen, welches ein magnetisches Feld aufweist, so dass sich mit einem außerhalb des Arbeitsraums befindlichen entgegengesetzten magnetischen Feld der Freiflugkolben berührungslos bewegen lässt.Favorable Way the free-motion piston is provided with magnetic material, which has a magnetic field, so that with an outside the working space located opposite magnetic field the free-motion piston contactless lets move.

Aufgrund dieser Maßnahme ist es möglich, eine ausschließliche Abdichtung an der Fläche des Arbeitskolbens zu realisieren.by virtue of this measure is it possible to have one exclusive Sealing on the surface to realize the working piston.

Werden außerhalb des abgeschlossenen Arbeitsraums entlang der Bewegungsbahn des Freiflugkolbens magnetisch wirksame Elemente angeordnet, deren Bewegungen mit den Bewegungen des als Arbeitskolben dienenden Dichtungselements gekoppelt sind, kann die Maschine nach dem Stirling-Prinzip arbeiten.Become outside of the completed working space along the trajectory of the free-flowing piston arranged magnetically active elements whose movements with the Movements of serving as a piston working sealing element coupled are, the machine can work on the Stirling principle.

Um den funktionsgerechten Einsatz der magnetisch wirkenden Elemente zu gewährleisten, sind diese ausschließlich für die berührungslose Kraftübertragung der jeweiligen Bewegung des Freiflugkolbens vorgesehen.Around the functional use of magnetically acting elements to ensure, these are exclusive for the contactless power transmission provided the respective movement of the free-flow piston.

Für eine konstante Kraftübertragung weisen die magnetisch wirkenden Elemente ein permanentmagnetisches Feld auf.For a constant power transmission the magnetically acting elements have a permanent magnetic Field up.

Vorzugsweise bestehen die magnetisch wirkenden Elemente aus Permanentmagneten.Preferably The magnetic elements consist of permanent magnets.

Vorzuschlagen wäre, dass an Stelle von Fermanentmagneten außerhalb des abgeschlossenen Arbeitsraums ein Linearmotor angeordnet wird, dessen magnetische Feldbewegung mit der Bewegung des Dichtungselements gekoppelt ist. Dadurch würde man den Vorteil erreichen, dass sich die Bewegungsgeschwindigkeit des Freiflugkolbens stufenlos regulieren lässt und die Stärke des magnetischen Feldes einstellbar ist.propose that would be in place of permanent magnets outside the closed working space a linear motor is arranged, whose magnetic field movement is coupled with the movement of the sealing element. That would make you achieve the advantage that the movement speed of the Infinitely adjustable free piston and the strength of the magnetic field is adjustable.

Darüber hinaus wäre vorzuschlagen, die elektrische Energie für den Linearmotor von einem durch eine Schwungmasse des schwungmassenbehafteten Systems angetriebenen Generator erzeugen zu lassen. Dadurch würde man den Vorteil erreichen, dass sich ein Stirling-Motor mit besagten elektrischen Komponenten auch ohne ein vorhandenes elektrisches Versorgungsnetz betreiben lässt.Furthermore would be to suggest the electrical energy for the linear motor of a by a flywheel of the flywheel masses Systems to generate driven generator. That would make you achieve the advantage that a Stirling engine with said electrical components even without an existing electrical Operate supply network.

Vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass das als Arbeitskolben dienende Dichtungselement eine Membrane ist, um eine einfache kostengünstige aber effektive Bauform für den Arbeitskolben zu erhalten.Favorable It is provided that the serving as a working piston sealing element A diaphragm is a simple inexpensive but effective design for the To get working piston.

Vorzugsweise wird alternativ vorgeschlagen, dass das als Arbeitskolben dienende Dichtungselement ein Faltenbalg ist, so dass sich bei entsprechender Ausführung des Faltenbalgs eine antreibende Kraft, durch die Rückfederung des Faltenbalgs, auf die Schwungmasse ergibt und sich so der Wirkungsgrad verbessert.Preferably is alternatively suggested that serving as a working piston Seal element is a bellows, so that at appropriate execution the bellows a driving force, through the springback the bellows, the flywheel results and so the efficiency improved.

Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass der Freiflugkolben aus Metallwolle besteht, um vorteilhafter Weise Kolben mit geringer Masse zu erhalten und damit auch eine geringere Massenträgheit, so dass sich der Wirkungsgrad und auch die Beweglichkeit, im Hinblick auf schnelle Hin- und Herbewegungen durch magnetische Kräfte, verbessert. Darüber hinaus wirkt der Freiflugkolben bei besagter Ausführung auch als Regenerator, was ebenfalls eine Verbesserung des Wirkungsgrades zur Folge hat.Preferably it is proposed that the free-motion piston is made of metal wool, to obtain advantageously piston with low mass and thus also a lower mass inertia, so that the efficiency and the flexibility, in terms of on fast floats by magnetic forces, improved. About that In addition, the free-piston also works in said execution as a regenerator, which also improves the efficiency entails.

Von wesentlicher Bedeutung ist es, dass die Wandung des abgeschlossenen Arbeitsraums quer zur Bewegungsbahn des Freiflugkolbens für magnetische Feldlinien durchlässig ist. Vorteilhafter Weise wird dies dadurch erreicht, dass der abgeschlossene Arbeitsraum aus einem nicht metallischen Werkstoff besteht, insbesondere dann, wenn der nicht metallische Werkstoff aus Glas besteht.From It is essential that the wall of the completed Working space transverse to the trajectory of the free-motion piston for magnetic Permeable to field lines is. Advantageously, this is achieved in that the completed work space is made of a non-metallic material, in particular, if the non-metallic material consists of glass.

Das Arbeitsfluid kann eine Flüssigkeit sein, wodurch die Abdichtung des Arbeitsraums gegenüber der Umgebung unproblematisch verläuft.The Working fluid can be a liquid be, whereby the sealing of the work space opposite the Environment runs smoothly.

Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass das Arbeitsfluid ein Gas ist, wodurch vorteilhafter Weise ein hoch kompressionsfähiges Medium Verwendung findet und sich so der Wirkungsgrad der Maschine erhöht. Eine unproblematische Abdichtung des Arbeitsraums gegenüber seiner Umgebung, vor allem im Hinblick auf die Verwendung eines Gases, wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.Preferably it is suggested that the working fluid is a gas, which is more advantageous Way a highly compressible Medium use takes place and so the efficiency of the machine elevated. An unproblematic sealing of the workspace against his Environment, especially with regard to the use of a gas, is achieved by the features of claim 1.

Vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass das Gas ein inertes Gas ist, wodurch keine Reaktion mit den Komponenten und dem Arbeitsfluid stattfindet sowie eine korrosive Wirkung des Gases, gerade im Hinblick auf die Dichtungselemente, ausgeschlossen werden kann, insbesondere dann, wenn das Gas ein Edelgas ist.Favorable It is provided that the gas is an inert gas, whereby no reaction with the components and the working fluid takes place as well a corrosive effect of the gas, especially with regard to the sealing elements, can be excluded, especially if the gas is a noble gas is.

Denkbar wäre auch, dass als Gas Stickstoff Verwendung findet, wodurch ein kostengünstiges aber effektives Arbeitsfluid zum Einsatz käme.Conceivable would be too that is used as a gas nitrogen, which is a cost-effective but effective working fluid would be used.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.in the Below, the invention will be explained in more detail with reference to embodiments.

Es zeigen:It demonstrate:

1 ein Ausführungsbeispiel im Vollschnitt, mit Permanentmagneten versehenes Bewegungssystem, welches den Freiflugkolben zwischen zwei Endstellungen berührungslos hin- und herbewegt. 1 an embodiment in full section, provided with permanent magnets moving system, which reciprocates the free-flying piston between two end positions without contact.

2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Vollschnitt, mit einem mit Linearmotor gekoppeltem Bewegungssystem, welches den Freiflugkolben berührungslos zwischen zwei Endstellungen hin- und herbewegt. 2 an embodiment of the invention in full section, with a linear motor coupled to the motion system, which reciprocates the free piston reciprocally between two end positions and forth.

3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Vorderansicht, mit einem Bewegungssystem, welches den Freiflugkolben berührungslos in rotierender Weise im Arbeitsraum gesteuert drehend antreibt. 3 an embodiment of the invention in front view, with a movement system which rotatably drives the free-motion piston in a rotational manner controlled in the working space without contact.

4 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gem. 3 in Seitenansicht. 4 an embodiment of the invention gem. 3 in side view.

Sofern im Folgenden nichts anderes gesagt ist, gilt die folgende Beschreibung stets für alle Figuren.Provided not otherwise stated below, the following description applies always for all figures.

Die Figuren zeigen eine erfindungsgemäße Wärmekraft- oder arbeitsmaschine 1.The figures show a thermal power or working machine according to the invention 1 ,

Die Wärmekraft- oder arbeitsmaschine 1 weist einen abgeschlossenen Arbeitsraum 2 auf. Der Arbeitsraum 2 weist einen stetig heißen Bereich 3 und einen stetig kalten Bereich 4 auf.The thermal power or work machine 1 has a closed workspace 2 on. The workroom 2 indicates a constantly hot area 3 and a constantly cold area 4 on.

Die Wärmekraft- oder arbeitsmaschine 1 funktioniert vorzugsweise nach dem Stirling-Prinzip, so dass die thermodynamischen Vorgänge so über die Maschine gekoppelt sind, dass eine Hin- und Herverlagerung eines im Arbeitsraum befindlichen Arbeitsfluids zwischen dem stetig heißen und dem stetig kalten Bereich 3, 4 mit einem Verdrängerkolben 5 und einem den stetig kalten Bereich 4 zur Umgebung abschließenden verdrängbaren Dichtungselement erfolgt, welches als Arbeitskolben wirkt.The thermal power or work machine 1 preferably works according to the Stirling principle, so that the thermodynamic processes are coupled via the machine, that a back and forth displacement of a working fluid located in the working space between the constantly hot and the constantly cold area 3 . 4 with a displacer 5 and the always cold area 4 to the environment final displaceable sealing element takes place, which acts as a working piston.

Wesentlich ist nun, dass der Verdrängerkolben ein Freiflugkolben 5 ohne Kolbenstange ist, der über eine berührungslos von außerhalb des Arbeitsraums 2 wirkende Kraft entweder zwischen zwei Endstellungen im Arbeitsraum 2 gesteuert hin- und herbewegt (s. 1, 2) oder in rotierender Weise im Arbeitsraum 2 gesteuert drehend angetrieben wird (s. 3, 4).It is essential that the displacement piston is a free-flowing piston 5 without piston rod, which is over a non-contact from outside the working space 2 acting force either between two end positions in the work space 2 controlled back and forth (s. 1 . 2 ) or in a rotating manner in the working space 2 controlled driven rotation (s. 3 . 4 ).

Die Steuerung der Richtung der Kraft wird aber für alle Ausführungsbeispiele aus der Hin- und Herbewegung eines, den stetig kalten Bereich 4 zur Umgebung abschließenden verdräng baren als Arbeitskolben dienenden, Dichtungselements 6 abgegriffen.The control of the direction of the force but for all embodiments of the reciprocation of one, the constantly cold area 4 the environment final displaceable Baren serving as a working piston, sealing element 6 tapped.

Wie insbesondere aus den 1 und 2 ersichtlich ist, wird der Arbeitsraum ausschließlich an der Innenfläche des Dichtungselements 6 abgedichtet.As in particular from the 1 and 2 it can be seen, the working space is exclusively on the inner surface of the sealing element 6 sealed.

Dies ist bei den herkömmlich bekannten Bauformen von Wärmekraft- oder arbeitsmaschinen, die nach dem Stirling-Prinzip funktionieren, bislang nicht möglich gewesen.This is at the conventional known types of thermal power or machines that work on the Stirling principle, so far not possible been.

Die Figuren zeigen, dass die Hin- und Herbewegung des Dichtungselements 6 auf ein schwungmassenbehaftetes System 7 mechanisch übertragen wird.The figures show that the reciprocating motion of the sealing element 6 on a sweeping mass system 7 is transmitted mechanically.

Die im schwungmassenbehafteten System 7 gespeicherte Energie lässt sich zum einen für den Rückhub des als Arbeitskolben dienenden Dichtungselements 6 nutzen und zum anderen als Nutzarbeit für verschiedene Anwendungen, beispielsweise für den Betrieb eines Generators 20.The system with its sweeping mass 7 stored energy can be on the one hand for the return stroke of serving as a piston working seal element 6 and on the other as useful work for various applications, for example for the operation of a generator 20 ,

Zum Zwecke der berührungslosen Bewegung des Freiflugkolbens 5 ist dieser mit magnetischem Material 8 versehen, welches ein magnetisches Feld aufweist.For the purpose of non-contact movement of the free-motion piston 5 is this with magnetic material 8th provided, which has a magnetic field.

Weiterhin sind außerhalb des abgeschlossenen Arbeitsraums 2 entlang der Bewegungsbahn des Freiflugkolbens 5 magnetisch wirksame Elemente 9 angeordnet, deren Bewegungen mit den Bewegungen des Dichtungselements 6 über dem schwungmassenbehafteten System 7 gekoppelt sind.Furthermore, outside the completed work space 2 along the trajectory of the free-flying piston 5 magnetically active elements 9 arranged, their movements with the movements of the sealing element 6 above the flywheeling system 7 are coupled.

Die Figuren zeigen, dass die magnetisch wirksamen Elemente 9 bzw. der Linearmotor 10 ausschließlich für die berührungslose Kraftübertragung der jeweiligen Bewegung des Freiflugkolbens 5 gedacht sind.The figures show that the magnetically active elements 9 or the linear motor 10 exclusively for the non-contact power transmission of the respective movement of the free-flow piston 5 are meant.

Wie insbesondere 1 zeigt, weisen die magnetisch wirkenden Elemente 9 ein permanentmagnetisches Feld auf, wobei die magnetisch wirkenden Elemente 9 Permanentmagneten 12 sind. Wesentlich dabei ist, dass die jeweiligen magnetischen Felder entgegengesetzt gerichtet sind.In particular 1 shows, the magnetically acting elements 9 a permanent magnetic field, wherein the magnetically acting elements 9 permanent magnets 12 are. It is essential that the respective magnetic fields are directed opposite.

Wie insbesondere 2 zeigt, kann eine gesteuerte Bewegung des Freiflugkolbens 5 auch mit einem außerhalb des abgeschlossenen Arbeitsraums 2 angeordneten Linearmotor 10 realisiert werden, wobei dessen magnetische Feldbewegung mit der Bewegung des Dichtungselements 6 über ein schwungmassenbehaftetes System 7 und einem davon angetriebenen Generator 20 gekoppelt ist.In particular 2 shows, can be a controlled movement of the free-piston 5 also with one outside the completed workspace 2 arranged linear motor 10 be realized, with its magnetic field movement with the movement of the sealing element 6 about a system with plenty of momentum 7 and a generator driven by it 20 is coupled.

Die Energie für den Linearmotor 10 wird hierbei von dem durch die Schwungmasse 11 des schwungmassenbehafteten Systems 7 angetriebenen Generator 20 erzeugt, so dass ein Betrieb der Wärmekraft- oder arbeitsmaschine mit besagten elektrischen Komponenten auch ohne ein vorhandenes elektrisches Versorgungsnetz möglich ist.The energy for the linear motor 10 This is from the by the flywheel 11 of the flywheel system 7 powered generator 20 generated, so that operation of the thermal power or work machine with said electrical components is possible even without an existing electrical supply network.

Wie insbesondere 2 zeigt, kann das als Arbeitskolben dienende Dichtungselement 6 einfach aber effektiv in der Bauform einer Membrane 13 ausgeführt sein.In particular 2 shows, serving as a working piston sealing element 6 simple but effective in the design of a membrane 13 be executed.

Ergänzend hierzu zeigt die 1 ein Dichtungselement 6, welches als Faltenbalg 14 ausgeführt ist.In addition to this shows the 1 a sealing element 6 , which as a bellows 14 is executed.

Diese Maßnahme stützt den Rückhub des als Arbeitskolben dienenden Dichtungselements 6 durch federnde Wirkung des Faltenbalgs 14, so dass eine rücktreibende Kraft die Schwungmasse 11 weiter antreibt und sich so der Wirkungsgrad verbessert.This measure supports the return stroke of the piston serving as a piston seal member 6 by elastic effect of the bellows 14 so that a restoring force is the flywheel 11 continues to drive and thus improves the efficiency.

Einen in Leichtbauweise ausgeführter aus Metallwolle 15 bestehender Freiflugkolben 5 zeigt insbesondere 2.Made of lightweight metal wool 15 existing free-motion piston 5 shows in particular 2 ,

Diese Maßnahme dient zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Wärmekraft- oder arbeitsmaschine 1 durch geringe Freiflugkolbenmasse.This measure serves to improve the efficiency of the thermal power or work machine 1 by low free piston mass.

Von wesentlicher Bedeutung ist dabei auch der Gedanke, dass eine geringe Freiflugkolbenmasse auch eine geringe Massenträgheit des Freiflugkolbens 5 bedeutet, die allein durch magnetisch wirkende Kräfte zur Bewegung des Freiflugkolbens 5 überwunden werden muss.Of essential importance is also the idea that a small free-piston mass and a low mass inertia of the free-flow piston 5 means that solely by magnetically acting forces to move the free-motion piston 5 must be overcome.

Entscheidend für die berührungslose Bewegung des Freiflugkolbens 5 durch magnetische Kräfte ist ein für magnetische Feldlinien durchlässiger Arbeitsraum 2. Dies wird insbesondere dann erreicht, wenn der Arbeitsraum 2 aus einem nichtmetallischen Werkstoff besteht, vorzugsweise aus Glas.Decisive for the non-contact movement of the free-motion piston 5 by magnetic forces is permeable to magnetic field lines working space 2 , This is especially achieved when the work space 2 consists of a non-metallic material, preferably glass.

Wie 1 und 2 zeigen, ist der Arbeitsraum 2 für die Verwendung einer Flüssigkeit als Arbeitsfluid ausreichend dicht. Von wesentlicher Bedeutung ist nun, dass die Abdichtung des Dichtungselements 6 grundsätzlich nicht an gleitenden Flächen stattfindet, so dass auch ein Gas als Arbeitsfluid ausreichend abgedichtet werden kann.As 1 and 2 show is the work space 2 sufficiently tight for the use of a liquid as a working fluid. It is now essential that the sealing of the sealing element 6 basically does not take place on sliding surfaces, so that even a gas can be sufficiently sealed as a working fluid.

Vorzugsweise wird ein inertes Gas angewendet, insbesondere ein Edelgas.Preferably an inert gas is used, in particular a noble gas.

Darüber hinaus ist aber auch Stickstoff als Arbeitsfluid denkbar.Furthermore However, nitrogen is also conceivable as a working fluid.

11
Wärmekraft- oder Arbeitsmaschinethermal power or work machine
22
abgeschlossener Arbeitsraumcompleted working space
33
stetig heißer Bereichsteady hot Area
44
stetig kalter Bereichsteady cold area
55
FreiflugkolbenFree piston
66
Dichtungselementsealing element
77
schwungmassenbehaftetes Systemflywheel mass-affected system
88th
magnetisches Material am Freiflugkolbenmagnetic Material at the free-flying piston
99
der Bewegungsbahn des Freiflugkolbens folgende magnetische Elementeof the Trajectory of the free-piston the following magnetic elements
1010
Linearmotorlinear motor
1111
SchwungmasseInertia
1212
Permanentmagnetpermanent magnet
1313
Membranemembrane
1414
Faltenbalgbellow
1515
Metallwollemetal wool
2020
Generatorgenerator

Claims (21)

Wärmekraft- oder arbeitsmaschine (1) mit einem abgeschlossenen Arbeitsraum (2), gefüllt mit einem Arbeitsfluid, welches in einem stetig heißen Bereich (3) durch Erwärmung expandiert und in einem stetig kalten Bereich (4) durch Abkühlung deexpandiert wird, wobei die thermodynamischen Vorgänge so über die Maschine gekoppelt sind, dass eine Hin- und Herverlagerung des Arbeitsfluids zwischen dem stetig heißen und dem stetig kalten Bereich (3, 4) nach dem Stirling-Prinzip mit einem Verdrängerkolben und einem Arbeitskolben erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkolben ein Freiflugkolben (5) ohne Kolbenstange ist, der über eine berührungslos von außerhalb des Arbeitsraums (2) wirkende Kraft entweder zwischen zwei Endstellungen im Arbeitsraum (2) gesteuert hin- und herbewegt oder in rotierender Weise im Arbeitsraum (2) gesteuert drehend angetrieben wird, wobei die Steuerung der Richtung der Kraft aus der Hin- und Herbewegung eines, den stetig kalten Bereich (4) zur Umgebung abschließenden verdrängbaren als Arbeitskolben dienendes, Dichtungselementes (6) abgegriffen wird.Thermal power or work machine ( 1 ) with a closed working space ( 2 ) filled with a working fluid which is in a constantly hot area ( 3 ) is expanded by heating and in a constantly cold area ( 4 ) is deexpanded by cooling, wherein the thermodynamic processes are coupled via the machine so that a displacement of the working fluid back and forth between the constantly hot and the constantly cold region ( 3 . 4 ) takes place according to the Stirling principle with a displacement piston and a working piston, characterized in that the displacement piston is a free-flowing piston ( 5 ) without a piston rod, which is contactless from outside the working space ( 2 ) acting force either between two end positions in the working space ( 2 ) is reciprocated in a controlled manner or in a rotating manner in the working space ( 2 ) controlled in rotation, wherein the control of the direction of the force from the reciprocation of one, the constantly cold area ( 4 ) to the environment final displaceable serving as a working piston, sealing element ( 6 ) is tapped. Wärmekraft- oder arbeitsmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hin- und Herbewegung des Dichtungselements (6) auf ein schwungmassenbehaftetes System (7) mechanisch übertragen wird.Thermal power or work machine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the reciprocating movement of the sealing element ( 6 ) to a flywheeling system ( 7 ) is transmitted mechanically. Wärmekraft- oder arbeitsmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiflugkolben (5) magnetisches Material (8) enthält, welches ein magnetisches Feld aufweist.Thermal power or work machine ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the free-flowing piston ( 5 ) magnetic material ( 8th ) containing a magnetic field. Wärmekraft- oder arbeitsmaschine (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des abgeschlossenen Arbeitsraums (2) entlang der Bewegungsbahn des Freiflugkolbens (5) folgende magnetisch wirksame Elemente (9) angeordnet sind, deren Bewegungen mit den Bewegungen des Dichtungselements (6) gekoppelt sind.Thermal power or work machine ( 1 ) according to claim 3, characterized in that outside the closed working space ( 2 ) along the trajectory of the free-flight piston ( 5 ) the following magnetically active elements ( 9 ) are arranged whose movements with the movements of the sealing element ( 6 ) are coupled. Wärmekraft- oder arbeitsmaschine (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetsich wirksamen Elemente (9) ausschließlich für die berührungslose Kraftübertragung zur jeweiligen Bewegung des Freiflugkolbens (5) vorgesehen sind.Thermal power or work machine ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the magnetically active elements ( 9 ) exclusively for non-contact power transmission to the respective movement of the free-motion piston ( 5 ) are provided. Wärmekraft- oder arbeitsmaschine (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die, magnetisch wirkenden, Elemente (9) ein permanent magnetisches Feld aufweisen.Thermal power or work machine ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the, magnetically acting, elements ( 9 ) have a permanent magnetic field. Wärmekraft- oder arbeitsmaschine (1); nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetisch wirkenden Elemente (9) Permanentmagneten (12) sind.Thermal power or work machine ( 1 ); according to claim 6, characterized in that the magnetically acting elements ( 9 ) Permanent magnets ( 12 ) are. Wärmekraft- oder arbeitsmaschine (1) nach Anspruch 3 und 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen magnetischen Felder entgegengesetzt gerichtet sind.Thermal power or work machine ( 1 ) according to claim 3 and 6 or 7, characterized in that the respective magnetic fields are directed opposite. Wärmekraft- oder arbeitsmaschine (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des abgeschlossenen Arbeitsraums (2) ein Linearmotor (10) angeordnet ist, dessen magnetische Feldbewegungen mit der Bewegung des Dichtungselements (6) gekoppelt sind.Thermal power or work machine ( 1 ) according to claim 4, characterized in that outside the closed working space ( 2 ) a linear motor ( 10 ) whose magnetic field movements with the movement of the sealing element ( 6 ) are coupled. Wärmekraft- oder arbeitsmaschine (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie für den Linearmotor (10) von einem durch eine Schwungmasse (11) des schwungmassenbehafteten Systems (7) angetriebenen Generator (20) erzeugt wird.Thermal power or work machine ( 1 ) according to claim 9, characterized in that the electrical energy for the linear motor ( 10 ) of a by a flywheel ( 11 ) of the flywheel system ( 7 ) powered generator ( 20 ) is produced. Wärmekraft- oder arbeitsmaschine (1) nach einem der Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (6) eine Membrane (13) ist.Thermal power or work machine ( 1 ) according to one of claims 1 to 10, characterized in that the sealing element ( 6 ) a membrane ( 13 ). Wärmekraft- oder arbeitsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (6) ein Faltenbalg (14) ist.Thermal power or work machine ( 1 ) according to one of claims 1 to 11, characterized in that the sealing element ( 6 ) a bellows ( 14 ). Wärmekraft- oder arbeitsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiflugkolben (5) aus Metallwolle (15) besteht.Thermal power or work machine ( 1 ) according to one of claims 1 to 12, characterized in that the free-flowing piston ( 5 ) made of metal wool ( 15 ) consists. Wärmekraft- oder arbeitsmaschine (1) nach einem der Anspräche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der abgeschlossene Arbeitsraum (2) aus einem nicht metallischen Werkstoff besteht.Thermal power or work machine ( 1 ) according to one of the claims 1 to 13, characterized in that the closed working space ( 2 ) consists of a non-metallic material. Wärmekraft- oder arbeitsmaschine (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht metallische Werkstoff für magnetische Feldlinien durchlässig ist.Thermal power or work machine ( 1 ) according to claim 14, characterized in that the non-metallic material is permeable to magnetic field lines. Wärmekraft- oder arbeitsmaschine (1) nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht metallische Werkstoff aus Glas besteht.Thermal power or work machine ( 1 ) according to claim 14 and 15, characterized in that the non-metallic material consists of glass. Wärmekraft- oder arbeitsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsfluid eine Flüssigkeit ist.Thermal power or work machine ( 1 ) according to one of claims 1 to 16, characterized gekennzeich net, that the working fluid is a liquid. Wärmekraft- oder arbeitsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsfluid ein Gas ist.Thermal power or work machine ( 1 ) according to one of claims 1 to 17, characterized in that the working fluid is a gas. Wärmekraft- oder arbeitsmaschine (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas ein inertes Gas ist.Thermal power or work machine ( 1 ) according to claim 18, characterized in that the gas is an inert gas. Wärmekraft- oder arbeitsmaschine (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas ein Edelgas ist.Thermal power or work machine ( 1 ) according to claim 19, characterized in that the gas is a noble gas. Wärmekraft- oder arbeitsmaschine (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Stickstoff ist.Thermal power or work machine ( 1 ) according to claim 19, characterized in that the gas is nitrogen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102010006960A1 (en) * 2010-02-05 2012-01-26 Reinhard Wollherr Steam engine, particularly reciprocating piston engine, has cylinder, piston movably guided in cylinder and working medium enclosed in cylinder, where cylinder has cold zone and heat zone

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DE2855167A1 (en) * 1978-12-20 1980-07-03 Siemens Ag Diaphragm pump for liq. - uses external heat in Stirling cycle to move displacement member and diaphragm with liquid as coolant
US5156005A (en) * 1991-05-24 1992-10-20 Sunpower, Inc. Control of stirling cooler displacement by pulse width modulation of drive motor voltage

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