DE202008002466U1

DE202008002466U1 - Stirlingmotor-Erhitzer aus einem Bündel strukturierter Röhren

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Publication number: DE202008002466U1
Application number: DE202008002466U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-02-21
Filing date: 2008-02-21
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2018-02-22
Also published as: DE112009000938B4; WO2009103281A3; EP2291597A2; WO2009103281A4; DE112009000938A5; WO2009103281A2

Abstract

Erhitzer eines Stirlingmotors, bestehend aus Röhren für ein Arbeitsgas, die über einen Sammelboden mit dem Heißgasraum des Stirlingmotors verbunden sind, gekennzeichnet dadurch, dass die Röhren auf ihrer sonst glatten Oberfläche Vertiefungen aufweisen, die in ihrer Form und in ihrer lateralen und vertikalen Ausdehnung derart ausgebildet sind und um die Röhrenachse und entlang der Röhrenachse derart versetzt zueinander positioniert sind, dass sie die äußere und innere Oberfläche der Röhren für eine Übertragung von äußerer Wärme in das in den Röhren befindliche Arbeitsgas strukturieren.

Description

Die Erfindung betrifft einen Erhitzer eines Stirlingmotors und insbesondere einen aus geraden oder gebogenen Röhren bestehenden Erhitzer.
Der Erhitzer eines Stirlingmotors ist ein Wärmetauscher mit der Funktion, äußere Wärme – wie z. B. die Wärmestrahlung der Sonne oder die Verbrennungswärme von Gas, Öl oder Festbrennstoffen – aufzunehmen und an das Arbeitsgas, das sich im Heißgaszylinder des Stirlingmotors befindet, zu übertragen. Als objektive Aufgabe ergibt sich für den Fachmann, unter Berücksichtigung der Besonderheiten der äußeren Wärmequelle und der Merkmale des Arbeitsgases des im Betriebszustand befindlichen Stirlingmotors einen Erhitzer mit einer hohen Wärmetauscheffizienz vorzuschlagen, d. h. einen Erhitzer, der einen möglichst hohen Anteil der äußeren Wärme in das Arbeitsgas des Stirlingmotors überträgt. Gemäß dem Stand der Technik besteht ein Erhitzer eines Stirlingmotors üblicherweise aus geraden oder gebogenen hitzebeständigen Edelstahl-Röhren mit kreisförmigem Querschnitt und glatter Oberfläche, die eng zueinander angeordnet und direkt mit dem Heißgasraum eines Stirlingmotors verbunden sind.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, die Erhitzer-Röhren mit glatter Oberfläche und kreisförmigem Querschnitt durch Röhren mit einer strukturierten inneren und äußeren Oberfläche zu ersetzen. Die Oberflächenstruktur der Röhren des erfindungsgemäßen Erhitzers ist gekennzeichnet durch Vertiefungen auf einer sonst glatten Oberfläche, wobei die Vertiefungen in ihrer Form, in ihrer lateralen und vertikalen Ausdehnung und in ihrer Verteilung rund um die Röhrenachse und entlang der Röhrenachse derart ausgebildet sind, dass sie eine hohe Effizienz für die Übertragung der Wärme aus dem äußeren Heizstrom in das Arbeitsgas des im Betrieb befindlichen Stirlingmotors bewirken. Da nach dem Stand der Technik nur gerade Röhren derart strukturiert werden können und die Steifigkeit derart strukturierter Röhren deutlich höher ist als die von Röhren mit glatter Oberfläche, bleiben fertigungsbedingt gebogene Röhrenabschnitte unstrukturiert.
Eine Rohr mit einer von Vertiefungen gekennzeichneten Oberflächenstruktur besitzt im Vergleich zu einem glatten, kreisrunden Rohr ein kleineres Innenvolumen bei gleichbleibender Größe der inneren Oberfläche. Da das Innenvolumen des Röhren-Erhitzers sog. Totvolumen ist, d. h. ein Volumen eines vom Arbeitsgas gefüllten Raumes, das während eines Stirling-Arbeitsprozesses unverändert bleibt und zum Erreichen eines optimalen Wirkungsgrades so klein wie möglich gehalten werden soll, hat der aus strukturierten Röhren bestehende erfindungsgemäße Erhitzer neben seiner verbesserten Wärmetauscher-Effizienz noch einen vergleichsweise kleineren Totraum, was zu einem höheren Stirlingmotor-Wirkungsgrad führt.
In 1 ist eine Ausführungsform eines Rohrstückes 1 eines erfindungsgemäßen Röhren-Erhitzers gezeigt, und in 2 ist der Querschnitt des Rohrstückes 1 in der in 1 eingezeichneten Ebene A dargestellt. Das abgebildete Erhitzerrohr ist gekennzeichnet von Vertiefungen 2, die um seine Längsachse und entlang seiner Längsachse versetzt zueinander positioniert sind.
Gemäß dem Stand der Technik können strukturierte Röhren, deren spezifische Struktur der äußeren und inneren Oberfläche das Ergebnis einer Optimierungsrechnung ist, die unter Berücksichtigung der Besonderheiten des äußeren Wärmestromes und des Gasstromes in den Röhren mit einem Computerprogramm für gasdynamische Vorgänge durchgeführt wird, kostengünstig gefertigt werden.

Claims

Erhitzer eines Stirlingmotors, bestehend aus Röhren für ein Arbeitsgas, die über einen Sammelboden mit dem Heißgasraum des Stirlingmotors verbunden sind, gekennzeichnet dadurch, dass die Röhren auf ihrer sonst glatten Oberfläche Vertiefungen aufweisen, die in ihrer Form und in ihrer lateralen und vertikalen Ausdehnung derart ausgebildet sind und um die Röhrenachse und entlang der Röhrenachse derart versetzt zueinander positioniert sind, dass sie die äußere und innere Oberfläche der Röhren für eine Übertragung von äußerer Wärme in das in den Röhren befindliche Arbeitsgas strukturieren.
Erhitzer nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die in das Arbeitsgas des Stirlingmotors übertragende äußere Wärme solare Strahlungswärme ist.
Erhitzer nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die in das Arbeitsgas des Stirlingmotors übertragende äußere Wärme Verbrennungswärme eines Gases ist.
Erhitzer nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die in das Arbeitsgas des Stirlingmotors übertragende äußere Wärme Verbrennungswärme von Öl ist.
Erhitzer nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die in das Arbeitsgas des Stirlingmotors übertragende äußere Wärme Verbrennungswärme eines Festbrennstoffes ist.
Erhitzer nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die in das Arbeitsgas des Stirlingmotors übertragende äußere Wärme die Wärme eines Auspuffgases ist, das durch den Abgaskanal eines Blockheizkraftwerkes strömt.