DE1264866B

DE1264866B - Hot gas rotary piston machine

Info

Publication number: DE1264866B
Application number: DEH53697A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Eugen W Huber; Dipl-Ing Gottlieb Wilmers
Original assignee: EUGEN WILHELM HUBER DR ING
Current assignee: EUGEN WILHELM HUBER DR ING
Priority date: 1964-08-11
Filing date: 1964-08-11
Publication date: 1968-03-28

Description

Heißgas-Drehlcolbenmaschine Die Erfindung betrifft eine innenachsige parallelachsige Heißgas-Drehkolbenmaschine, insbesondere einen Heißgasmotor, mit Kämmeingriff; bestehend aus innerem Drehkolben und ringförmigem äußerem Läufer (Ringläufer), wobei sich Drehkolben und Ringläufer mit unterschiedlichen Drehzahlen im festen Verhältnis n+1 c n, vorzugsweise 2 ; 1, gleichsinnig drehen, mit durch Drehkolben und Ringläufer begrenzten atmenden Räumen, mit einem ruhenden, den Ringläufer umschließenden Gehäuse, wobei vorzugsweise die Kontur des Drehkolbens eine einbogige Trochoide ist und der Ringläufer eine etwa 8-förmige Innenkontur entsprechend der zugehörigen Hüllfigur aufweist.Hot gas rotary piston machine The invention relates to an internal axis parallel-axis hot gas rotary piston machine, in particular a hot gas engine, with Combing engagement; consisting of an inner rotary piston and a ring-shaped outer rotor (ring rotor), Rotary lobes and ring travelers with different speeds in the fixed Ratio n + 1 c n, preferably 2; 1, rotate in the same direction, with rotating piston and ring travelers limited breathing spaces, with a resting one surrounding the ring traveler Housing, the contour of the rotary piston preferably being a single-arched trochoid and the ring traveler has an approximately 8-shaped inner contour corresponding to the associated Has envelope figure.

Unter einer Heißgas-Drehkolbenmaschine soll im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht nur ein Heißgasmotor, sondern auch eiste Kältemaschine und eine Wärmepumpe verstanden werden, die nach dem umgekehrten Heißgasmotorprinzip arbeiten.Under a hot gas rotary piston engine in connection with the present invention not only a hot gas engine, but also a refrigeration machine and a heat pump based on the reverse hot gas engine principle work.

Heißgas-Drehkolbenmaschinen, bei denen in einer Maschineneinheit ein geschlossener thermodynamischer Kreisprozeß verwirklicht wird, sind bisher nicht bekannt.Hot gas rotary piston machines, in which one machine unit closed thermodynamic cycle is realized, are not yet known.

Ähnliche Maschinen bestehen aus getrennten Kompressions- und Expansionssnaschinen, so daß das Arbeitsmittel zwischen den Maschineneinheiten hin-und herströmen muß mit aller Problematik, wie Festlegung der Steuerzeiten und Kleinhalten der Drosselverluste (britisches Patent 637 000).Similar machines consist of separate compression and expansion machines, so that the working medium must flow back and forth between the machine units with all the problems, such as determining the timing and keeping the throttle losses small (British patent 637,000).

Eine scheinbare Heißgas=Drehkolbenmaschine ist eine Maschine mit einem üblichen ruhenden Zylinder und Kolben als »atmendem« Arbeitsraum, der mit einem Ringraum in Verbindung steht, in dem ein umlaufender Verdrängerkörper das Arbeitsmedium nacheinander in einen gekühlten und einen beheizten Bereich schiebt. Diese Maschine weist neben den Nachteilen der Hubkolbenmaschine mit unstetiger Bewegung besondere Nachteile bezüglich der Verbindung des Arbeitsraumes mit dem Ringraum auf (deutsches Patent 747 607). ' Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den atmenden Arbeitsräumen von außen Wärme zu- bzw. abzuführen, ohne daß das Arbeitsmedium seinen Arbeitsraum verläßt, so daß in einer Maschineneinheit ein geschlossener thermodynamischer Kreisprozeß verwirklicht werden kann.An apparent hot gas = rotary piston machine is a machine with a the usual stationary cylinder and piston as a "breathing" working space that is connected to a Annular space is in connection, in which a rotating displacement body is the working medium one after the other into a cooled and heated area. This machine has special features in addition to the disadvantages of reciprocating piston machines with discontinuous motion Disadvantages regarding the connection of the working area with the annulus (German Patent 747,607). 'The invention is based on the object of the breathing workspaces from the outside heat supply or dissipate without the working medium its working space leaves, so that a closed thermodynamic cycle process in a machine unit can be realized.

Diese Aufgabe Wird dadurch gelöst, daß der Ringläufer an seinem Umfang Öffnungen aufweist, die von der Innenwand des ruhenden Gehäuses abgedeckt werden, und daß die den Ringläufer umschließende Gehäuseinnenwand in an sich bekannter Weise an bestimmten Stellen gekühlt bzw. beheizt ist: Dabei kann es zur Vergrößerung der die Wärme übertragenden Innenfläche des Gehäuses erforderlich sein, daß die beheiztest oder gekühlten Stellen der den Ringläufer umschließenden Wand in an sich bekannter Weise verrippt ausgeführt sind.This object is achieved in that the ring traveler on its circumference Has openings which are covered by the inner wall of the housing at rest, and that the housing inner wall surrounding the ring traveler in a manner known per se is cooled or heated at certain points: This can lead to an increase in the the heat transferring inner surface of the housing required that the heated or cooled locations of the wall surrounding the ring traveler in known per se Way are ribbed.

Eine Ausführung ohne verlorenen Totraüm im Be= reich der Rippen ergibt sich, wenn der Ringläufer an seinem äußeren Umfang und die ihn unischließende Wand auf ihrem dem Ringläufer zugewandten inneren Umfang mit umlaufenden Rippen versehen ist, die in an sich bekannter Weise jeweils auf Lücke stehen und kasnniartig die jeweiligen Lücken ausfüllen.An execution without lost dead space in the area of the ribs results when the ring traveler is on its outer circumference and the wall that closes it provided with circumferential ribs on its inner circumference facing the ring traveler is, which are in a known manner each on loophole and Kasnni-like the fill in the respective gaps.

Für Gestaltung und Fertigung kann sich ein Vorteil ergeben, wenn die beheizten und gekühlten Stellen der den Ringläufer umschließenden Wand als vorgefertigte Teile in das ruhende Gehäuse eingesetzt sind.There can be an advantage for design and production if the heated and cooled areas of the wall surrounding the ring traveler as prefabricated Parts are inserted into the stationary housing.

Für den Betrieb einer Heißgas-Drehkolben= maschine ist es notwendig, in definierter Weise das Arbeitsmedium zu heizen und zu kühlen. Erfindungsgemäß geschieht dies durch Wärmeaustausch mit der Wand des ruhenden Gehäuses. Bei besonderen Uirigebungsbedingungen kann die Kühlung Schwierig= ketten machen. Nachdem im thermodynamischen Prozeß die Kühlung des Mediums einen Ersatz des heißen Mediums durch frisches kühles Mediürii gleichwertig ist, können für diesen Fall nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung zur Wärmeabfuhr im ruhenden Gehäuse Spülkanäle angeordnet werden, durch die in der Stellung des größten Volumens der Inhalt des Arbeitsraumes im Zweitnkt-Ladungsr wechsel ausgetauscht wird.To operate a hot gas rotary piston machine, it is necessary to to heat and cool the working medium in a defined way. According to the invention this happens through heat exchange with the wall of the housing at rest. With special Cooling conditions can make cooling difficult. After in thermodynamic The process of cooling the medium replaces the hot medium with fresh, cool one Mediürii is equivalent, can for this case after further training of the invention for heat dissipation in the stationary housing flushing channels are arranged, by which, in the position of the largest volume, the content of the working space in the second-point cargo area exchange is exchanged.

Ausführungsbeispiele der. Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.Embodiments of the. Invention are shown in the drawings and are described in more detail below.

F i g. 1, 2 und 3 zeigen eine Heißgas-Drehkolbernmaschine in den drei Hauptschnitten. Hier hat der Kolben -1 die Kontur einer einbogigen Trochoide, der Ringläufer 2 als Innenkontur die- zur Trochoide. gehörige äußere Hüllfigur. Kolben 1 und Ringläufer 2 laufen gleichsinnig um mit dem Drehzahlverhältnis 2: 1. Von Kolben und Ringläufer werden zwei Räume begrenzt, die sich vergrößern und verkleinern. Die Räume werden in üblicher Weise abgedichtet, unter anderem durch Dichtleisten 3 mit Federn 9. Der Ringläufer 2 weist an seinem Umfang erfindungsgemäß Öffnungen 4 auf, die von der Innenwand des ruhenden Gehäuses 5 abgedeckt werden. In das ruhende Gehäuse 5 sind zwei verrippte Einsätze 6 mit der Dichtung 7 eingesetzt. Diese Einsätze werden von außen gekühlt bzw. beheizt dadurch, daß durch Kanäle 8 ein heizendes bzw. kühlendes Medium strömt. Die F i g. 1 bis 3 zeigen weiter die Stirndeckel 10 und 11 des ruhenden Gehäuses, die Seitenteile 12 am Ringläufer sowie die Seitenteile 13 des ruhenden Gehäuses, schließlich das Getriebe mit dem Kolbenzahnrad 14, dem Ringläuferzahnrad 15 und den Synchronisierzahnrädern 16.F i g. 1, 2 and 3 show a hot gas rotary piston engine in the three Main cuts. Here the piston -1 has the contour of a single-arched trochoid, the Ring traveler 2 as the inner contour of the trochoid. Corresponding outer shell figure. Pistons 1 and ring traveler 2 run in the same direction with the speed ratio 2: 1. The piston and ring traveler delimit two spaces that enlarge and zoom out. The rooms are sealed in the usual way, including by Sealing strips 3 with springs 9. The ring traveler 2 has according to the invention on its circumference Openings 4 which are covered by the inner wall of the housing 5 at rest. Two ribbed inserts 6 with the seal 7 are inserted into the stationary housing 5. These inserts are cooled or heated from the outside in that channels 8 a heating or cooling medium flows. The F i g. 1 to 3 further show the End cover 10 and 11 of the stationary housing, the side parts 12 on the ring traveler as well the side parts 13 of the stationary housing, finally the transmission with the piston gear 14, the ring rotor gear 15 and the synchronizing gears 16.

F i g. 4 und 5 zeigt eine Heißgas-Drehkolbenmaschine gleicher Bauart, nur weist hier der Ringläufer 17 am äußeren Umfang Rippen auf, die in Lücken von gleichfalls umlaufenden Rippen an dei Innenwand des ruhenden Gehäuses 18 eintauchen. Der Heiz- bzw. Kühlkanal ist zu Einzelkanälen 19 aufgelöst.F i g. 4 and 5 show a hot gas rotary piston engine of the same design, only here has the ring traveler 17 on the outer circumference of ribs in gaps of also immerse circumferential ribs on the inner wall of the stationary housing 18. The heating or cooling channel is broken up into individual channels 19.

In den F i g. 6 bis 9 ist die Arbeitsweise einer erfindungsgemäß ausgeführten Heißgas-Drehkolbenmaschine dargestellt. Die Figuren zeigen vier nacheinanderfolgende Stellungen von Kolben 1 und Ringläufer 2. Die beheizte Partie des ruhenden Gehäuses ist 20, die gekühlte 21. Die beiden Arbeitsräume sind 22 und 23. Man sieht, wie sich der in F i g. 6 sehr kleine Raum 22 vergrößert, dabei in Verbindung mit der beheizten Partie 20 steht und Wärme aufnehmen kann, während sich gleichzeitig der zu Anfang große Raum 23 verkleinert und an die gekühlte Partie 21 Wärme abgeben kann. In dieser Maschine ist also ein geschlossener Kreisprozeß ähnlich dem Carnot-Prozeß mit Wärmezufuhr bei Expansion und Wärmeabfuhr bei Kompression bzw. seine Umkehrungen möglich. Die F i g. 6 bis 8 verdeutlichen zugleich, daß der Anteil des Arbeitsvolumens am Bauvolumen außerordentlich groß ist und daß gleichfalls das Verdichtungsverhältnis sehr hohe Werte erreichen kann.In the F i g. 6 to 9 is the operation of one implemented in accordance with the invention Hot gas rotary piston machine shown. The figures show four consecutive Positions of piston 1 and ring traveler 2. The heated part of the stationary housing is 20, the cooled 21. The two work rooms are 22 and 23. You can see how the in F i g. 6 very small space 22 enlarged, in connection with the heated part 20 is and can absorb heat, while at the same time the At the beginning, large room 23 is reduced in size and given off heat to the cooled section 21 can. In this machine there is a closed cycle similar to the Carnot process with heat input during expansion and heat dissipation during compression or its inversions possible. The F i g. 6 to 8 also make it clear that the proportion of the work volume is extremely large in terms of building volume and that the compression ratio is also extremely large can reach very high values.

In der F i g. 10 ist gezeigt, daß in analoger Weise auch Heißgas-Drehkolbenmaschinen mit mehrbogigen Trochoidenkolben und entsprechenden äußeren Hüllfiguren ausgeführt werden können. Hier ist die Bauart mit dreibogiger Trochoide dargestellt, die nun vier Dichtleisten 26 und vier Öffnungen 27 am Umfang des Ringläufers aufweist. Das ruhende Gehäuse 28 wurde hier mit radial verlaufenden Rippen 29 gezeigt, die von den Heiz- bzw. Kühlmedien 30 temperiert werden.In FIG. 10 it is shown that hot gas rotary piston engines can also be used in an analogous manner executed with multi-arched trochoid buttocks and corresponding outer shell figures can be. The design with three-arched trochoid is shown here, which is now has four sealing strips 26 and four openings 27 on the circumference of the ring traveler. That stationary housing 28 was shown here with radially extending ribs 29, which of the heating or cooling media 30 are tempered.

F i g. 11 zeigt eine Heißgas-Drehkolbenmaschine, bei der erfindungsgemäß als Wärmeabfuhr die heiße Ladung in der Stellung des größten Volumens durch kalte Ladung ersetzt wird. Dazu sind die Spülkanäle 31 und 32 vorgesehen.F i g. 11 shows a hot gas rotary piston machine in which, according to the invention the hot cargo in the position of the greatest volume through the cold one as heat dissipation Charge is replaced. The flushing channels 31 and 32 are provided for this purpose.

Als Arbeitsmedium bei der Heißgas-Drehkolbenmaschine können die bekannten Gase eingesetzt werden (H" He, Luft), das Arbeitsmedium kann aber auch ein Naßdampf sein, so daß Verdampfungs- und Kondensationseffekte zur Verbesserung des Wärmeübergangs beitragen.The known Gases are used (H "He, air), but the working medium can also be a wet steam so that evaporation and condensation effects to improve the heat transfer contribute.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß diese Heißgas-Drehkolbenmaschine die Eigenschaften der Heißgasmaschine - als Motoi z. B. Kraftstoffunempfindlichkeit, kein Auspufflärm - mit den Vorteilen der Drehkolbenmaschine - stetige Bewegungen, keine freien Massenkräfte -vereint. Sie hat nur wenige Teile, eine große Leistungsdichte und ermöglicht ein hohes Verdichtungsverhältnis, das gerade für den Heißgasprozeß ohne Regenerator entscheidend ist. Das Problem der Abdichtung des Arbeitsmediums nach außen ist hier auf eine Wellenabdichtung beschränkt und wird sogar völlig vermieden, wenn z. B. ein angeschlossener Generator nach außen gekapselt in der gleichen Gasatmosphäre läuft.The advantages achieved by the invention are that this Hot gas rotary piston machine the properties of the hot gas machine - as Motoi z. B. Insensitivity to fuel, no exhaust noise - with the advantages of the rotary piston engine - steady movements, no free mass forces -united. It has only a few parts a high power density and enables a high compression ratio, the is particularly important for the hot gas process without a regenerator. The problem of Sealing of the working medium to the outside is limited here to a shaft seal and is even completely avoided if z. B. a connected generator to the outside encapsulated running in the same gas atmosphere.

Claims

Claims: 1. Internal-axis, parallel-axis hot gas rotary piston machine, in particular hot gas engine, with meshing engagement, consisting of inner rotary piston and annular outer rotor (ring traveler), with rotary piston and ring traveler with different speeds in a fixed ratio n + 1: n, preferably 2: 1, rotate in the same direction, with breathing spaces delimited by rotary lobes and ring travelers, with a stationary, the ring traveler enclosing housing, preferably the The contour of the rotary piston is a single-arched trochoid and the ring traveler is approximately one 8-shaped inner contour corresponding to the associated shell figure, marked thereby e t that the ring traveler has openings on its circumference, which are from the inner wall of the stationary housing are covered and that the ring traveler enclosing The inner wall of the housing is cooled or heated at certain points in a manner known per se is.

2. Hot gas rotary piston machine according to claim 1, characterized in that the heated or cooled areas of the wall surrounding the ring traveler in are carried out ribbed in a known manner.

3. Hot gas rotary piston machine according to Claim 1, characterized in that the ring traveler on its outer periphery and the wall surrounding it on its inner circumference facing the ring traveler is provided with circumferential ribs, each in a known manner Stand in a gap and fill in the respective gaps like a comb.

4. Hot gas rotary piston machine according to claim 1, characterized in that the heated and cooled points the wall surrounding the ring traveler as prefabricated parts in the stationary housing are used.

5. hot gas rotary piston machine according to claim 1, characterized in that that flushing channels are arranged for heat dissipation in the stationary housing, through which in the position of the largest volume, the content of the working space in the two-stroke gas exchange is exchanged. Publications considered: German Patent No. 747 607; British Patent No. 637,000; Book of W an k el, classification of the Rotary piston machines, Deutsche Verlagsanstalt Stuttgart, 1963.