NO125643B

NO125643B -

Info

Publication number: NO125643B
Application number: NO1419/71A
Authority: NO
Inventors: G Neelen
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1970-04-21
Filing date: 1971-04-16
Publication date: 1972-10-09
Also published as: FR2089919A5; NL7005791A; JPS5148205B1; DE2114625A1; BE765968A; DE2114625B2; DK134723B; US3760592A; CH532190A; CA937408A; SE361336B; DK134723C; NL148377B; GB1346927A

Description

Varmgass-motor. Hot gas engine.

Oppfinnelsen angår en varmgass-motor omfattende minst ett kompresjonsrom med variabelt volum med lav midlere temperatur, minst ett ekspansjonsrom med variabelt volum og hoyere midlere temperatur og som kommuniserer med kompresjonsrommet og en kjoler, en regenerator og en oppvarmingsinnretning i forbindelsen mellom rommene, hvilken ' oppvarmingsinnretning er dannet av et antall ror som er anordnet i sylinderform rundt et rom for forbrenningsgasser og som strekker seg hovedsakelig parallelt med sylinderaksen, hvilke ror annethvert ett er forbundet med sin ene ende til regeneratoren og med sin andre ende til det neste ror som gjennom innoverboyde ender er forbundet med ekspansjonsrommet. The invention relates to a hot gas engine comprising at least one compression chamber with variable volume with low average temperature, at least one expansion chamber with variable volume and higher average temperature and which communicates with the compression chamber and a cooler, a regenerator and a heating device in the connection between the rooms, which 'heating device' is formed by a number of rudders which are arranged in a cylindrical shape around a space for combustion gases and which extend mainly parallel to the cylinder axis, which rudders are each connected with one end to the regenerator and with its other end to the next rudder which through inwardly bent ends is connected to the expansion room.

En slik varmgass-motor er kjent f.eks. fra hollandsk Such a hot gas engine is known e.g. from Dutch

patentskrift nr.99.795 og britisk patentskrift nr.1.053.052. patent document no. 99,795 and British patent document no. 1,053,052.

I en slik motor strømmer forbrenningsgassene langs opp-varmingsinnretningens rør og avgir varme til disse. I den del av oppvarmingsinnretningen som består av den del av rørene som forlø-per parallelt, passerer forbrenningsgassene smale passasjer mellom rørene slik at det sikres god varmeoverføring. I det område hvor de sistnevnte rør er bøyet innover oppstår det en større passasje mellom de to rørsett på grunn av det ene rørsetts bøyning. En del av de varme forbrenningsgasser strømmer gjennom temmelig store passasjer praktisk talt uten å avgi noe varme til rørene i dette område. In such an engine, the combustion gases flow along the heating device's pipes and emit heat to them. In the part of the heating device that consists of the part of the pipes that run in parallel, the combustion gases pass through narrow passages between the pipes so that good heat transfer is ensured. In the area where the latter pipes are bent inwards, a larger passage occurs between the two sets of pipes due to the bending of one set of pipes. Some of the hot combustion gases flow through rather large passages practically without emitting any heat to the pipes in this area.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en varmgassmotor hvor dette område mellom rørene har en betydelig større varmeoverføring enn ved den kjente utførelse. The purpose of the invention is to provide a hot gas engine where this area between the pipes has a significantly greater heat transfer than in the known design.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at i det område This is achieved according to the invention by that in that area

hvor de andre rør er bøyet innover fra sylinderen, strekker et ringformet legeme seg vinkelrett på sylinderaksen mellom de bøyde rørde-ler og vedkommende deler av de rette, første rør, hvilket legeme omfatter et antall utsparinger som delvis omgir de nevnte deler av rø-rene med spillerom, slik at slissformede kanaler for forbrenningsgassene dannes mellom utsparingenes vegger og vedkomm 1ende deler av rørene. where the other tubes are bent inwards from the cylinder, an annular body extends perpendicularly to the cylinder axis between the bent tube parts and relevant parts of the straight, first tubes, which body comprises a number of recesses which partially surround the said parts of the tubes with clearance, so that slot-shaped channels for the combustion gases are formed between the walls of the recesses and relevant parts of the pipes.

Ved anordningen av det ringformede legeme vil forbrenningsgassene tvinges til å strømme i de slissformede kanaler som dannes mellom det første og annet rørsett i dette område. Dette sikrer god varmeoverføring mellom forbrenningsgassene og rørdelene, slik at ein god varmeoverf øring oppnås i rørenes fulle lengde. By the arrangement of the annular body, the combustion gases will be forced to flow in the slot-shaped channels which are formed between the first and second set of pipes in this area. This ensures good heat transfer between the combustion gases and the pipe parts, so that a good heat transfer is achieved in the full length of the pipes.

Under varmgass-motorens drift antar oppvarmingsinnretningen en temperatur som kan overskride 700°C. Det ringformede legeme er da utsatt for en betydelig varmeutvidelse og dermed spenninger avhengig av forbindelsene. Dette kan føre til vanskeligheter, f.eks. sprekkdannelse i det rirgformede legeme, lekkasje i rørene o.l. For å unngå dette er det hensiktsmessig at det ringformede legeme er oppdelt i et antall atskilte segmenter. Ved høye temperaturer vil hvert av segmentene kunne utvide seg uten at det oppstår for store spenninger der hvor forbindelsene er anordnet og heller ikke vil segmentene kunne påvirke hverandre fordi de er atskilt fra hverandre. During the hot gas engine's operation, the heating device assumes a temperature that can exceed 700°C. The annular body is then exposed to a significant thermal expansion and thus stresses depending on the connections. This can lead to difficulties, e.g. crack formation in the spindle-shaped body, leakage in the pipes, etc. To avoid this, it is appropriate that the ring-shaped body is divided into a number of separate segments. At high temperatures, each of the segments will be able to expand without excessive stresses occurring where the connections are arranged, nor will the segments be able to affect each other because they are separated from each other.

Segmentene kan f.eks. være forbundet med det forste The segments can e.g. be connected with the first

eller det andre rorsett. or the other rudder set.

I en varmgass-motor som er kjent fra Motortechnische Zeit-schift bind 29, nr. 7 for juli 1968 (fig. 13) er det anordnet en hylse som består av varmeledende materiale med finner, hvilken hylse er anordnet rundt hver ende av rorene i det forste sett som kommuniserer med regeneratoren, slik at det sikres god varmeover-foring mellom disse rorender og forbrenningsgassene som strommer forbi. I en ytterligere fordelaktig utforelse av varmgassmotoren ifblge oppfinnelsen er derfor segmentene og slike hylser anordnet slik at de danner en enhet og er fremstilt av samme materiale. In a hot gas engine known from Motortechnische Zeit-schift vol. 29, no. 7 for July 1968 (fig. 13) there is arranged a sleeve consisting of heat-conducting material with fins, which sleeve is arranged around each end of the rudders in the first set that communicates with the regenerator, so that good heat transfer is ensured between these rudder ends and the combustion gases that flow past. In a further advantageous embodiment of the hot gas engine according to the invention, the segments and such sleeves are therefore arranged so that they form a unit and are made of the same material.

Dette medforer den fordel at hylsene og segmentene kan fremstilles samtidig i samme arbeidsoperasjon, f.eks. ved stbping og sammensetningen kan utfores i en operasjon, hvilket er okonomisk og hensiktsmessig. Under motorens drift vil temperaturen i ringsegmentene ikke oke for meget på grunn av varmeforbindelsen mellom ringsegmentet og hylsen og dermed minsker også faren for korrosjon. This has the advantage that the sleeves and segments can be manufactured simultaneously in the same work operation, e.g. by stbping and the composition can be carried out in one operation, which is economical and appropriate. During the engine's operation, the temperature in the ring segments will not rise too much due to the heat connection between the ring segment and the sleeve, and thus also reduces the risk of corrosion.

To utforelseseksempler på oppfinnelsen skal forklares Two embodiments of the invention will be explained

nærmere under.henvisning til tegningene. further below, reference to the drawings.

Fig. la viser skjematisk et aksialt snitt gjennom en del Fig. la schematically shows an axial section through a part

av en varmgass-motor ifolge oppfinnelsen. of a hot gas engine according to the invention.

Fig. lb viser i perspektiv og forstorret målestokk en Fig. 1b shows in perspective and on an enlarged scale a

detalj av varmgass-motoren på fig. la. detail of the hot gas engine in fig. let.

Fig. 2a viser på samme måte som fig. la en annen utfor-elsesform av varmgass-motoren ifolge oppfinnelsen. Fig. 2b viser i perspektiv og i forstorret målestokk en detalj av varmgass-motoren på fig. 2a. Fig. 2a shows in the same way as fig. showed another embodiment of the hot gas engine according to the invention. Fig. 2b shows in perspective and on an enlarged scale a detail of the hot gas engine in fig. 2a.

Fig. 2c viser i perspektiv og forstorret målestokk en Fig. 2c shows in perspective and enlarged scale one

annen utforelse av den detalj som er vist på fig. 2b. another embodiment of the detail shown in fig. 2b.

På fig. la er det i en sylinder 1 anordnet et stempel 2 In fig. let there is a piston 2 arranged in a cylinder 1

og en fortrenger 3 som er bevegelig med en viss faseforskjell. Stemplet 2 og fortrengeren 3 er forbundet med en på tegningen ikke vist drivmekanisme ved hjelp av en stempelstang 4 og en fortrengerstang 5. Mellom stemplet og fortrengeren 3 er det et kompresjonsrom 6 som kommuniserer med et ekspansjonsrom 10 over fortrengeren via en kjoler 71 en regenerator 8 og en oppvarmingsinnretning 9. Oppvarmingsinnretningen 9 består av to rorsett som er anordnet i et rom 11 and a displacer 3 which is movable with a certain phase difference. The piston 2 and the displacer 3 are connected by a drive mechanism not shown in the drawing by means of a piston rod 4 and a displacer rod 5. Between the piston and the displacer 3 there is a compression chamber 6 which communicates with an expansion chamber 10 above the displacer via a skirt 71 a regenerator 8 and a heating device 9. The heating device 9 consists of two sets of rudders which are arranged in a room 11

for forbrenningsgasser. Videre er det anordnet en brennerinnretning for combustion gases. A burner device is also provided

12 med en brenner 13, et innlop 14 for forbrenningsluft og et utlop 12 with a burner 13, an inlet 14 for combustion air and an outlet

15 for forbrenningsgasser. 15 for combustion gases.

Oppvarmingsinnretningen 9 består av et forste rorsett 18 som med den ene ende kommuniserer med regeneratoren 8 og med den - andre ende kommuniserer med en ringformet kanal 17, og et andre sett ror 18 hvis ror er anordnet mellom rorene i det forste rorsett og som forbinder den rorformede kanal 17 med ekspansjonsrommet 10. The heating device 9 consists of a first set of rudders 18 which communicates with one end of the regenerator 8 and with the other end communicates with an annular channel 17, and a second set of rudders 18 whose rudders are arranged between the rudders of the first set of rudders and which connect it tube-shaped channel 17 with the expansion space 10.

Por tydelighets skyld er bare to av rorene i hvert rorsett vist. Under varmgass-motorens drift vil de varme forbrenningsgasser fra brenneren stromme forbi det forste rorsett 16 og det andre rorsett 18 og avgi varme til disse og forlate motoren gjennom utlopet 15. Mellom deler av det forste rorsett 16 og det andre rorsett 18 som strekker seg vertikalt ved siden av hverandre dannes det smale passasjer slik at god varmeoverfbring sikres mellom disse deler av rorene og de forbistrbmmende forbrenningsgasser. For clarity, only two of the rudders in each rudder set are shown. During the operation of the hot gas engine, the hot combustion gases from the burner will flow past the first rudder set 16 and the second rudder set 18 and give off heat to these and leave the engine through the outlet 15. Between parts of the first rudder set 16 and the second rudder set 18 that extend vertically next to each other, narrow passages are formed so that good heat transfer is ensured between these parts of the pipes and the passing combustion gases.

I det område hvor det andre rorsett 18 er bbyet innover er en forholdsvis stor passasje mellom de innoverbbyde deler av rbrsettet 18 og de rette deler av det forste rorsett 16, på grunn av bbyningene. Por å sikre god varmeoverfbring mellom forbrenningsgassene og disse sistnevnte deler av rorene, er det i dette området anordnet en ring 20 som strekker seg vinkelrett på de vertikalt for-løpende ror i det forste rorsett 16, og som har utsparinger som omgir den nedre del av det forste rorsett 16 og delvis det andre rorsett 18, slik at det med spillerom dannes slissformede kanaler for forbrenningsgassene mellom veggene i utsparingene og rbrveggene. Forbrenningsgassene fra rommet 11 tvinges derfor til å stromme gjennom de slissformede kanaler med det resultat at det oppnås en god varmeoverfbring mellom forbrenningsgassene og disse nedre deler av rbrsettene 16 og 18. Dette er vist i detalj på fig. lb. In the area where the second rudder set 18 is bent inwards, there is a relatively large passage between the inward bent parts of the rudder set 18 and the straight parts of the first rudder set 16, due to the bends. In order to ensure good heat transfer between the combustion gases and these latter parts of the rudders, a ring 20 is arranged in this area which extends perpendicularly to the vertically extending rudders in the first rudder set 16, and which has recesses which surround the lower part of the first rudder set 16 and partly the second rudder set 18, so that slit-shaped channels for the combustion gases are formed with clearance between the walls of the recesses and the tube walls. The combustion gases from the room 11 are therefore forced to flow through the slot-shaped channels with the result that a good heat transfer is achieved between the combustion gases and these lower parts of the radiators 16 and 18. This is shown in detail in fig. lb.

Ringen 20 kan f.eks. være stbpt eller presset av plate-materiale og forsynt med utsparingene etter pressingen. The ring 20 can e.g. be stbpt or pressed from plate material and provided with the recesses after pressing.

Da oppvarmingsinnretningen 9 under varmgass-motorens drift kan få en temperatur på 700°C og hbyere, vil ringen 20 få As the heating device 9 during the operation of the hot gas engine can reach a temperature of 700°C and higher, the ring 20 will

en betydelig varmeutvidelse. Hvis ringen er festet til rorene 16 og/eller 18 oppstår det spenninger i materialet på grunn av utvidel-sen, hovedsakelig i forbindelsene, slik at det kan oppstå sprekker i ringen 20, og hvilket er ennå farligere, det kan oppstå lekkasje i rorene 16 og 18 slik at arbeidsmediet strbmmer ut. a significant thermal expansion. If the ring is attached to the rudders 16 and/or 18, tensions arise in the material due to the expansion, mainly in the connections, so that cracks may occur in the ring 20, and which is even more dangerous, leakage may occur in the rudders 16 and 18 so that the working medium flows out.

For å hindre dette kan ringen deles opp i et antall atskilte segmenter 20' som hvert har forholdsvis liten varmeutvidelse og derved vanskeligere vil kunne forårsake sprekker i materialet. Et slikt ringsegment kan utføres som vist på fig.lb. In order to prevent this, the ring can be divided into a number of separate segments 20', each of which has a relatively small thermal expansion and will thereby be more difficult to cause cracks in the material. Such a ring segment can be made as shown in fig.1b.

Varmgass-motoren på fig.2a er forsynt med en hylse 21 av' varmeledende materiale som er forsynt med finner og anordnet rundt hver ende av rørene i det første rørsett 16 som kommuniserer med regeneratoren 8. Forbrenningsgassene strømmer først forbi de øvre deler av rørene og deretter forbi de nedre deler av rørene 16, slik at god varmeoverføring sikres av hylsene 21. I området hvor de andre rør l8 er bøyet innover, er ringsegmentene 20' anordnet mellom de bøyde rørdeler og de rette deler av rørene 16, og disse seapenter danner en enhet med hylsene 21 og er fremstilt av samme materiale. Fig.2b og 2c viser to forskjellige utførelsesformer av en slik kombinasjon. Ved utsparingene i ringsegmentene 20' som delvis omgir rørdelene med spillerom, og forbrenningsgassene tvinges gjennom slissformede kanaler mellom utsparingenes vegger og rørveg-gene og gir en intim kontakt med forbrenningsgassene og sikrer derfor større varmeoverføring til disse rørdeler. The hot gas engine in fig. 2a is provided with a sleeve 21 of heat-conducting material which is provided with fins and arranged around each end of the pipes in the first pipe set 16 which communicates with the regenerator 8. The combustion gases first flow past the upper parts of the pipes and then past the lower parts of the pipes 16, so that good heat transfer is ensured by the sleeves 21. In the area where the other pipes 18 are bent inwards, the ring segments 20' are arranged between the bent pipe parts and the straight parts of the pipes 16, and these seapents form a unit with the sleeves 21 and is made of the same material. Fig.2b and 2c show two different embodiments of such a combination. At the recesses in the ring segments 20', which partially surround the pipe parts with clearance, and the combustion gases are forced through slit-shaped channels between the walls of the recesses and the pipe walls and provide an intimate contact with the combustion gases and therefore ensure greater heat transfer to these pipe parts.

Ved at hylsene 21 og ringsegmentene 20' utformes som In that the sleeves 21 and the ring segments 20' are designed as

en enhet av samme materiale oppnås for det første en billigere frem-stilling forbi enheten kan støpes i én arbeidsoperasjon. På den annen side er monteringen av én enhet i stedet for to separate deler tidsbesparende. Da ringsegmentene er varmeledende forbundet med hylsene, vil temperaturen av segmentene under drift ikke øke for meget og derved minskes faren for korrosjon. a unit of the same material is firstly achieved, a cheaper production past the unit can be cast in one work operation. On the other hand, the assembly of one unit instead of two separate parts saves time. As the ring segments are heat-conductingly connected to the sleeves, the temperature of the segments during operation will not increase too much, thereby reducing the risk of corrosion.

Claims

1. Hot gas engine comprising at least one compression chamber (6) of variable volume with low mean temperature, at least one expansion chamber (10) of variable volume and higher mean temperature and which communicates with the expansion chamber, and a cooler (7) > a regenerator (8) and a heating device (g) in the connection between the rooms, which heating device is formed by a number of pipes which are arranged in a cylindrical shape around a room (11) for combustion gases and which extends mainly parallel to the cylinder axis, which pipes are alternating with a first pipe (16) and a second pipe (l8), one end of the first pipe being connected to the regenerator and the other end being in open connection with the second pipe which is connected to the expansion space through inwardly bent ends, characterized in that in the area where the second tubes (18) are bent inwards from the cylinder, an annular body (20) extends perpendicular to the cylinder axis between the bent tube parts and the respective parts of the straight, first tubes (16), which body comprises a number of recesses which partially surround the said parts of the pipes with clearance, so that slot-shaped channels for the combustion gases are formed between the walls of the recesses and the respective parts of the pipes.

2. Hot gas engine according to claim 1, characterized in that the annular body is divided into a number of separate segments (20').

3. Hot gas engine according to claim 2, where a sleeve (21) of heat-conducting material with fins is arranged around the end of the first, straight pipes (16) which communicates with the regenerator (8), characterized in that the segments (20') and the sleeves (21) form a unit and are made of the same material.