DE2904762A1 - Isotherme kapsel und mit solchen kapseln versehene maschinen - Google Patents

Description

Anmelder: Stuttgart, den ?. Februar 1979

Jean Cloup P 3667 S/C

Chateau Beaugey Carignan

33360 La Trlsne Frankreich

Vertreter;

Kohler-Schwindling-Späth Patentanwälte Hohentwielstr. 4-1 7000 Stuttgart 1

Isotherme Kapsel und mit solchen Kapseln versehene Maschinen

Die Erfindung "betrifft eine isotherme Kapsel und Maschi nen, die mit solchen Kapseln versehen sind.

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Zahlreiche Maschinen, axe nach thermodynamisehen Kreisprozessen arbeiten„ weisen Kapseln auf, die dazu dienen, Gasmengen zu verdichten und zu entspannen« In den meisten Fällen bestehen diese Kapseln aus einem starren Gefäß, von dessen Wänden die eine verschiebbar isb» Allgemein handelt es sich dabei um einen Zylinder mit einem Kolben.

In diesen. Maschinen finden die Zustandsänderungen des darin enthaltenen Gases gemäß einer Isochore statt, die einer Adiabate sehr nahe ist. Dabei erfordern die entstehenden Wärmemengen die Zufuhr einer erhöhten mechanischen Arbeit, wenn es sich um eine Verdichtung handelt, und sur Abgabe einer verminderten Arbeit, wenn es sich um eine Entspannung handelt» In beiden lallen würde eine isotherme Zustandsänderung das Erreichen eines besseren Wirkungsgrades gestatten»

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kapsel mit deformierbaren Wänden zu schaffen_s welche die Holle eines Wärmeaustataschers spielt, der so beschaffen ist, daß das in der Kapsel enthaltene Gas Zustandsänderuagen erfährt, die einer Isotherme sehr nahe sind«

Diese Aufgab© wird nach der Erfindung dadurch gelöst„ daß die Kapsel aus zwei Wänden mit komplementärer Gestalt besteht 5 die einen svri. sehen ihnen angeordneten,, ein Gas enthaltendem Hohlraum begrenzen und jeweils eine deformierbare und ein© starre Zone aufweisen,- so daß das Innere der Kapsel @ia variables Ifolumea aufx-jeist und mit einem äußeren fluid ia Wärmeaustausch steht« Durch diese Maßnahmen feann das in der Kapsel enthaltene Gas im wesentlichen isotiierme Zustandsänderungen erfahren»

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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Kapsel "besteht darin, daß die Punktionen der Volumenänderung und des Wärmeaustausches mit dem Äußeren gleichzeitig in der gleichen Anordnung erfolgen können.

Weitere Einzelheiten, Ausgestaltungen und "Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen :

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Kompressor, der mit isothermen Kapseln nach der Erfindung ausgestattet ist,

Fig. 2 die schematische Darstellung eines nach dem Stirling-Prinzip arbeitenden Heißluftmotors, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer nach dem Stirling-Proζeß arbeitenden, mit isothermen Kapseln nach der Erfindung ausgestatteten Maschine.

Der in Fig. 1 dargestellte Gaskompressor enthält mehrere isotherme Kapseln 1, 1a, 1b, 1c, die übereinander angeordnet sind und durch Öffnungen 2 miteinander in Verbindung stehen. Jede Kapsel 1 besteht aus zwei Wänden 3, 3a

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mit komplementärer Gestalt, die einen zwischen ihnen an geordneten Hohlraum 4 begrenzen, der ein Gas enthält. Die Wände 3, 3a weisen eine deformierbare Zone 5 auf, die einen veränderlichen Inhalt hat und die Form eines Halbtorus aufweist, der eine starre zentrale Zone 6 umgibt. Diese Zone ist mit Rinnen versehen, die zwischen Jeweils zwei benachbarten Kapseln Kanäle 7 begrenzen, welche den Durchtritt eines äußeren Fluids ermöglichen, der in Wärmeaustausch mit dem in den Hohlräumen 4· der Kapseln enthaltenen Gas treten soll. Bei der dargestell ten Ausführungsform haben die Rinnen in den starren Zonen 6 der Kapseln einen trapezförmigen Querschnitt, so daß sie Kanäle 7 mit sechseckigem Querschnitt bilden» Es versteht sich jedoch, daß die Rinnen und Kanäle auch jeden anderen Querschnitt haben könnenο

Die einzelnen Kapseln 1, 1a, 1b, 1c können insbesondere durch gleichzeitiges Pressen zweier dünner Bleche hergestellt werden, die dann an ihrem Umfang in der deformierbaren Zone 5 verschweißt oder verlötet

Der Kompressor weist ein Gestell 8 auf, das an seiner Oberseite eine feste Platte 9 trägt, an der die starre Zone 6 der obersten Kapsel 1 des Kapselsta.peis anliegt, wogegen die untere Kapsel 1c mit ihrer starren Zone 6 an einer Platte 10 anliegt, die der festen Platte 9 mit Abstand gegenübersteht und der eine in Richtung auf die feste Platte hin- und hergehende Bewegung erteilt werden kann. Der von den Kapseln 1 bis 1c gebildete und zwischen den Platten 9 und 10 angeordnete Kapselstapel ist sehr

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- erund erfährt keine Volumen.ände:rang„ xtfeixn bei stillstehenden Platten das in de-i Kapseln enthaltene Gas Druckänderungen erfährt.

In bekannter Weise ist die bewegliche Platte 10 mit einer Stange 10a versehen, die in einer Bohrung 11 des Gestelles 8 verschiebbar gelagert ist und mittels eines Bolzens 12 an eine neue Stange 13 ang<^lenkt ist, die ihrerseits auf dem Kurbelzapfen 14 einer Antriebswelle drehbar gelagert ist.

Die Kapseln 1 bis 1c, deren Hohlräume 4 miteinander über die öffnungen 2 in Verbindung stehen, sind einerseits mit einer Einlaßleitung 15 über ein Rückschlagventil 16 uiid Kanäle 17» 17a, die in die Kapsel 1 münden, sowie mit einer Auslaßleitung 18 über ein Rückschlagventil 19 und Kanäle 20, 20a, die ebenfalls in die Kapsel 1 münden, verbunden.

Die nach der Erfindung ausgebildeten isothermen Kapseln 1 bis 1c können auch bei anderen Maschinen als einem Kompressor angewendet werden, insbesondere bei bekannten thermodynamischen Maschinen, die nach dem Stirling-Prozeß arbeiten, für die ein Beispiel in Fig. 2 dargestellt ist.

Wärmekraftmaschinen, die mit heißem Gas oder heißer Luft arbeiten, weisen mehrere Zylinder 21, 21a, 21b₉ 21c auf, die bei der dargestellten Ausführungsform sternförmig angeordnet sind und in denen doppelt wirkende Kolben verschiebbar gelagert sind, wie beispielsweise die Kolben 22 und 22a, welche kalte Räume 23? 25a von heißen

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Raunen 2^₉ 24a trennen«. Der kalt© Baum 23 eines Zylinders 21 ist mit dem heißen Baum 24a des folgenden Zylinders über (siaaa Kühler 25? einen Regenerator 26 und einen Erhitzer 27 ₉ insbösondere einen Brenner₈ verbunden«. Der Segeaarator 26 beiteht im allgemeinen aias Bleehpaketen°

Bei J3©fcri©b d®s aargestallten Motors durchströmt aus dem kaltes Baum 23 atasgastoßene kalte Luft den Kühler 25» daaa. dan, Heg©n©rator 26, wo die Luft beim Durchströmen der porösoa Hetallaasse₉ die während des vorhergehenden Zyklus ©rhitsfc worden ist, erxfärmt wird, und endlich den ErMtg®E> 27s b©iror si© in den heißen Raum 24a eintritt ₉ wo si® siofl im Zylinder 21a entspannt,, Danach wird sie bsi kösstaatoa ¥oliam®n in den kalten Raum 23 &®&. Zylinders 21 guEÜeKb@fordert, xirobei sie d@n Rsgeaerator 26 diarchläüft nsß. OE¹MtZt, "bevor si© d©n Kühler 25 passiert „ Eadliöh wira di® abgekühlte Luft in dem kalten Saum 23

₀ "bevor si® @ra©«t ia den h©iß®& fiaiaa 24a "b®=* wird j vtLq qs smror "besenriebaa tfürd©₀ Eia© solch© Hasc&ia© w©iit galilrsicli® praktische Nacat®il© atsf ₉ di® Schwl0rig]s©it®a bsi der Einrichtiaag ainüE· soloh©a Haschine füs Q'ia© Fraktion ia einem GeMias®, die d@fahr voa LtOk=- ströa©a rad ins"b@soad@r@ das Vorliegen nahes« adiabati·= scafflE¹ Zi2staadsäad®n3ngen anstatt isothermer Ztastaadsändoriaagan betreffen ο -

Di© ©rfiadraagsgQaäß© isotherme Kapsel ist "besonders dazu geeignete, ©ia® thermodynamisch© Maschine zu realisieren und in ite©a Eigenschaften bedeutend zu verbessern^ die von ©ine® solchen Stirling-Proseß Gebrauch machte

Fig. 3 zeigt eine nach dem Stirling-Proζeß arbeitende Maschine, die ein Gehäuse 28 aufweist, auf dem zwei Kapselanordnungen 29 und 29a "befestigt sind, von denen jede aus zwei Kapselstapeln 30, 31 bzw. 30a, 31a besteht. Diese Kapselstapel, die in Fig. 3 nur schematisch dargestellt sind, sind mit den anhand Fig. 1 erläuterten Kapselstapeln identisch. Jede zwei Kapselstapel umfassende Anordnung 29» 29a ist zwischen zwei festen Platten 52, 33 bzw. 32a, 33a angeordnet, die miteinander durch Zuganker 34- bzw. 34-a verbunden und am Gehäuse 28 befestigt sind.

Eine hin- und herbewegliche bewegliche Platte 35 _s 35a ist durch Pleuelstangen 36 _s 36a mit einer Kurbelwelle verbunden, deren Kurbelzapfen um etwa 90° gegeneinander versetzt sind« Die beweglichen Platten 35 und 35a sind zwischen jeweils einem Paar von Kapselnstapeln 30, 31 bzw. 30a, 31a angeordnet»

Die Kapselstapel 30 und 51 sind einer Heiseinrichtung 38, 39 ausgesetzt und oxiden die heißen Räume der nach dem Stirling-Proseß arbeitenden Maschine, während die Kapselstapel 30a, 31a die kalten Säume sind, die einem Kühlmedium ausgesetzt sind» Jeder der Eapselstapel 30, 31 der einen Anordnung ist axt einem der Kapselstapel der anderen Anordnung über !Regeneratoren 40, 4-1 verbunden. Obwohl die Maschine nach Fig« 3 eine Kurbelwelle mit fest angeordneten Kurbelzapfda aufweist, versteht es sich, daß eine Einrichtung sua Einstellen der relativen Winkellage der Kurbelzapfea vorgesehen sein kann« die es ermöglicht, dea Wirkungsgrad oder die Leistung- der Maschine zu verändern.

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In Mg» 3 sind sw@I Jeweils zwei Kapselstapel umfassend© Anordnungen in Reihe hintereinander angeordnet« Es versteht SXCa₅, daß solche Anordnungen in Eorm eines doppelten V und eines doppelten Sternes um die Achse der Kurbelifelle verteilt angeordnet werden könnenο

Die "beschriebene Maschine kann als Heißgasmotor betrieben werden, so daß der an einem Ende der Kurbelwelle 37 angebracht© Achszapfen 37 ^uni Antrieb einer beliebigen Maschine benutzt werden kanne

Wenn dagegen die beschriebene Maschine am Achszapfen 37 angetrieben wird, kann si© auch als Wärmepumpe arbeiten»

Es versteht sich₉ daß die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren nur als Beispiele sur Erläuterung der Erfindung ausgox-jählt x-jordea siad und die Erfindung auf diese BoispislQ k©.ia@sif9gs besehmtifefe ist«» Vielmehr ist d©p Dwreiasehnlttsfaetea&n in d@r Lage₉ die Erfindung in einer Weise zu realisieren, di© von d©n dargestellten Ausführungsbeispielsa in vielerlei Hinsicht abweicht»

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Claims (1)

1. 29Ö41B2 - ff -

   Patentansprüche

   Isotherme Kapsel, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei Wänden (3» 3a) mit komplementärer Gestalt besteht, die einen zwischen ihnen angeordneten, ein Gas enthaltenden Hohlraum (·'+) "begrenzen und jeweils eine deformierbare Zone (5) und eine starre Zone (6) aufweisen, so daß der Hohlraum (4) der Kapsel ein variables Volumen aufweist und mit einem äußeren Fluid in Wärmeaustausch steht_$ wodurch das in der Kapsel enthaltene Gas im wesentlichen isotherme Zustandsänderungen erfahren kann.

   2ο Kapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Wände (3» 3a) eine deformierbare Handaone in Form eines Halbtorus und eine starre zentrale Zone aufweisen, die mit Rinnen versehen ist, welche den Durchtritt des äußeren Fluids zulassen-

   3» Mit isothermen ZuStandsänderungen arbeitend© Maschine , dadurch gekennzeichnet_? daß in ihr mehrere isotherm© Kapseln (1j 1a, 1b, 1c) zu einen* Kapselstapel übereinander angeordnet sind, in dem die Hohlräume (4) der Kapseln miteinander verbunden und deren starre Zonen (6) derart ausgebildet sind₃ daß sie zwischen den Kapseln angeordnete Kanäle (7) für den Durchtritt eines äußeren Fluids begrenzen, das mit dem in den Kapseln eingeschlossenen Gas in Wärmeaustausch treten soll»

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   INSPECTED

   4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapseln (1, 1a, 1b, 1c) mit ihren starren Zonen (6) übereinanderliegend zwischen zwei Platten (9> 10) angeordnet sind, von denen die eine fest und die andere in einer zu ihrer Fläche senkrechten Richtung hin- und herbeweglich ist, während die Randzqnen (6) der Kapseln frei deformierbar sind.

   5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (4) der Kapseln (1, 1a, 1b, 1c) über Rückschlagventile (16, 19) mit Einlaß- und Auslaßleitungen (15, 18) für das darin enthaltene Gas verbunden sind.

   6. Maschine nach Anspruch 3 oder 4, die nach dem Stirling-Prozeß arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen ersten Kapselstapel· (30, 31)» der mit einem heißen äußeren Fluid in Wärmeaustausch steht, und mindestens einem zweiten Kapselstapel (30a, 31a), der mit einem kalten Fluid in Wärmeaustausch steht, umfaßt, und jeder erste, beiße Kapselstapel (30, 31) mit federn zweiten, kalten Kapselstapel (30a, 31a) über einen Regenerator (40, 41) verbunden ist, und daß Einrichtungen zur· Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung einerseits mit den Kapselstapeln (30, 31; 30a, 31a) und andererseits mit einer Kurbelwelle (37) verbunden sind.

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   7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens zwei je zwei Kapselstapel (30, 31 "bzw. 30a, 31a) umfassende Kapselanordnungen (29, 29a) aufweist, von denen jede zwischen zwei festen Platten
   (32, 33 "bzw. 32a, 33a) angeordnet ist, während zwischen den beiden Kapselstapeln (30, 31 Tbzw. 30a, 31a) jeder Kapseianordnung (29» 29a) eine hin- und herbewegliche Platte (35» 35a) angeordnet und über wenigstens eine Pleuelstange (36, 36a) mit der Kurbelwelle (37) verbunden ist.

   8. Maschine nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß mehrere je zwei Kapselstapel umfassende Kapselanordnungen in Form eines doppelten Y und eines doppelten Sternes um die Achse der Kurbelwelle verteilt angeordnet sind»

   9· Maschine nach Anspruch 7s dadurch gekennzeichnet, daß aur Einstellung von Leistung und Wirkungsgrad der
   Maschine die Kurbelwelle mit Einrichtungen zum Verändern der relativen Winkelstellung ihrer Kurbelzapfen versehen ist.

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