DE19539379A1

DE19539379A1 - Device for operating and control of free piston machine

Info

Publication number: DE19539379A1
Application number: DE1995139379
Authority: DE
Inventors: Klaus Reithofer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-04-07
Filing date: 1995-10-23
Publication date: 1997-04-24

Abstract

In the ring space (34'), several lamellas (77) are inserted, tensioned between the cylinder (3') and the casing section (33'). Through the tension in the ring space by the lamellas, a bulge (85) is produced. The lamellas locate with surfaces (84.1, 84.2) on the walls (3.1',33.1') in a gap-free and/or gap-reducing manner. Between individual successive lamellas, a gap (81') is formed. The lamellas have an exchange surface, which forms the gap (81) with the opposite exchange surface of an adjoining lamella. A gap between two successive lamellas is minimised. A lamella has angled surfaces (84.1,84.2) at both ends, which locate on the outer wall (3.1') of the cylinder (3') and the inner wall (33.1') of the casing section (33').

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben und Steuern einer Freikolben-Stirling-Maschine mit einem Verdrängerkolben in einem Zylinder, der einen warmen Zylinderraum von einem kalten Zylinderraum trennt, wobei zwischen dem Zylinder und einem, den gesamten Zylinder umgebenden Hülsenabschnitt ein Ringraum gebildet ist, in den eine Mehrzahl von Lamellen eingesetzt sind, nach PCT/EP95/01294.The invention relates to a device for operating and Control a free piston Stirling engine with one Displacer piston in a cylinder, which is a warm Separates cylinder space from a cold cylinder space, whereby between the cylinder and one, the entire cylinder surrounding sleeve section an annular space is formed in which a plurality of slats are used after PCT / EP95 / 01294.

Stirling-Maschinen können je nach Art der zugeführten Energie als Wärmekraft- oder Kältemaschinen bzw. Wärmepumpen betrieben werden. Eine umfassende Übersicht bezüglich dem Stand der Technik von Stirling-Maschinen bietet die Diplomarbeit von Martin Werdich, die 1990 als Buch mit dem Titel "Stirling-Maschinen" vom Ökobuch-Verlag, Staufen bei Freiburg, unter der Nummer ISBN 3-922964-354 herausgegeben wurde. Alle Stirling-Maschinen verfügen über ein geschlossenes Arbeitsmedium, das meist aus Luft, Wasser oder Helium besteht. Dieses Arbeitsmedium wird, wie in der PCT/EP95/01294 beschrieben, durch Bereiche, Erhitzer, Regenerator, Kühler hin- und hergeführt.Stirling machines can be fed depending on the type Energy as thermal power or refrigeration machines or Heat pumps are operated. A comprehensive overview regarding the state of the art of Stirling machines offers the diploma thesis of Martin Werdich, 1990 as Book with the title "Stirling machines" from Ökobuch-Verlag, Staufen near Freiburg, under the number ISBN 3-922964-354 was published. All Stirling machines have a closed working medium, which mostly consists of air, water or helium. This working medium is, as in the PCT / EP95 / 01294 described by areas, heaters, Regenerator, cooler back and forth.

Nachteilig an herkömmlichen Stirling-Maschinen ist, daß eine Wärmeübertragung von Erhitzer bzw. Kühler auf ein bewegtes Arbeitsmedium den Wirkungsgrad der Stirling- Maschine stark reduziert und hohe thermische Verluste auftreten.A disadvantage of conventional Stirling machines is that a heat transfer from the heater or cooler to moving working medium the efficiency of the Stirling Machine greatly reduced and high thermal losses occur.

Es sind zwar bisher Lamellen in Ringspalten bekannt, jedoch sind die Ringspalten an sich und die Lamellen nicht geeignet, um eine optimale Wärmeübertragung zu erlangen.So far lamellae in annular gaps are known, however are the ring gaps per se and the lamellas are not suitable for optimal heat transfer.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die PCT/EP95/01294 weiter zu entwickeln und die o.g. Nachteile zu beseitigen und einen Temperaturübergangmittels speziell dafür ausgerichteten und optimierten Lamellen und spezielle Ausformung von Rippen eines Erhitzers und/oder Kühlers zu verbessern.The present invention is based on the object PCT / EP95 / 01294 to develop further and the above disadvantage to eliminate and a temperature transition means specifically specially designed and optimized slats Forming ribs of a heater and / or cooler improve.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß die Lamellen vorgespannt zwischen Zylinder und Hülsenabschnitt in den Ringraum eingesetzt sind.To achieve this task, the lamellae biased between the cylinder and sleeve section in the Annulus are used.

Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß zwischen einem Zylinder und einem Hülsenabschnitt, welcher als Erhitzer und/oder Kühler dient, ein durchgehender Ringraum gebildet ist. In diesem Ringraum sind, über den Umfang verteilt, achsparallel zwischen einer Außenwand eines Zylinders und einer Innenwand des Hülsenabschnittes durchgehend mehrere Lamellen aufeinanderfolgend eingesetzt. Dabei sind die Lamellen durchgehend von einem oberen Ringspalt bis zu einem unteren Ringspalt in den Ringraum zueinander beabstandet eingesetzt und bilden jeweils einen Spalt aus. Zu dessen Ausbildung, können zwischen zwei benachbarte Lamellen nahe der Innenwand des Hülsenabschnittes und der Außenwand des Zylinders Abstandshalter eingesetzt sein.An essential feature of the present invention is that between a cylinder and a sleeve section, which serves as a heater and / or cooler continuous annulus is formed. In this annulus are distributed over the circumference, axially parallel between one Outer wall of a cylinder and an inner wall of the Sleeve section continuously several lamellae successively used. Here are the slats continuously from an upper annular gap to a lower one Annular gap used spaced apart in the annular space and each form a gap. To train him, can be between two adjacent slats near the Inner wall of the sleeve section and the outer wall of the Cylinder spacers can be used.

Damit ein optimalerer Wärmeübergang zwischen dem Hülsenabschnitt radial in Richtung Zylinder möglich ist, ist es jedoch von großer Bedeutung, daß die Lamellen ohne Spalte an den Wandungen des Zylinders und des Hülsenabschnittes anliegen. Eine Möglichkeit der Ausgestal tung von derartigen Lamellen ist, daß diese nahe der Innen- bzw. Außenwand von Zylinder und Hülsenabschnitt abgewinkelt ausgebildet sind. Dieser abgewinkelte Endabschnitt liegt mit einer Fläche an der Innen- und Außenwand an. Dadurch können auch benachbart angeordnete Lamellen beabstandet in den Ringraum eingesetzt werden, so daß ein Spalt zwischen einzelnen Lamellen zum Transport eines Mediums gebildet ist.So that an optimal heat transfer between the Sleeve section radially towards the cylinder is possible it is very important, however, that the slats without Column on the walls of the cylinder and the Apply sleeve section. One way of designing tion of such slats is that they are close to the Inner and outer wall of the cylinder and sleeve section are angled. This angled one End section lies with a surface on the inside and Outer wall. This also allows adjacent ones Slats are used spaced in the annulus, so that a gap between individual slats for transportation a medium is formed.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Bereiche der Lamellen nahe den Zylinder- und den Hülsenabschnitten stufenförmig ausgebildet. Entscheidend dabei ist, daß die Ausbildung der einzelnen Stufen symmetrisch zu jeder Lamelle paßt und diese aneinanderlegbar sind.In a further preferred embodiment of the The present invention, the areas of the lamellae are close the cylinder and sleeve sections are stepped educated. It is crucial that the training of the individual steps fits symmetrically to each slat and these can be put together.

Wesentlich allerdings ist, daß die Lamellen vorgespannt zwischen Zylinder und Hülsenabschnitt eingesetzt sind, so daß die Wärmeübergangsflächen an Hülsenabschnitt und Zylinder mit Druck an diesen Wänden anliegen. Gleichzeitig wird durch die Vorspannung der Lamelle mittels einer äußeren Druckfläche eine innere Druckfläche der darüber angeordneten Lamelle beaufschlagt und diese zusätzlich an die Innenwand des Hülsenabschnittes bzw. Außenwand des Zylinders angedrückt. Ferner wird ein Spalt zwischen zwei benachbart angeordneten Lamellen zusammengedrückt, so daß auch hier dieser Spalt dauerhaft im Betrieb minimiert ist. It is essential, however, that the slats are prestressed are inserted between the cylinder and sleeve section, so that the heat transfer surfaces on the sleeve section and Pressure cylinders rest against these walls. At the same time is achieved by preloading the lamella using a outer printing area an inner printing area of the above arranged slat acted upon and this additionally the inner wall of the sleeve portion or outer wall of the Cylinder pressed. Furthermore, there is a gap between two adjacent slats compressed so that this gap is also permanently minimized during operation.

Ferner führen unterschiedliche Dehnungen von Zylinder bzw. Hülsenabschnitt zu einer querschnittlichen Änderung des Ringraumes. Wird beispielsweise der Zylinder stark erhitzt, so erfährt dieser, da er bevorzugt aus hochtempertur- und druckbeständigen Materialien, wie hochlegierte Stähle hergestellt ist, eine größere thermische Dehnung als der bevorzugt aus Grauguß, Molybdänguß oder Temperguß hergestellte Hülsenabschnitt. Diese unterschiedliche Dehnung verursacht eine Änderung des Ringraumes. Diese Änderung des Ringraumes wird erfindungsgemäß durch eine Vorspannung und damit entstehende Wölbung der Lamellen ausgeglichen, so daß diese immer mit Druck an der Innenwand des Hülsenabschnittes bzw. der Außenwand des Zylinders anliegt. Es können auch Dehnungen und Querschnittschwankungen aufgenommen werden, wobei der Spalt zwischen zwei benachbarten Lamellen konstant gehalten bleibt.Furthermore, different expansions of the cylinder or Sleeve section for a cross-sectional change of Annulus. For example, if the cylinder is overheated, this is what he learns because he prefers high-temperature and pressure-resistant materials such as high-alloy steels is produced, a greater thermal expansion than that preferably made of gray cast iron, molybdenum cast iron or malleable cast iron manufactured sleeve section. This different Elongation causes a change in the annulus. This Change of the annulus is according to the invention by a Preload and the resulting curvature of the slats balanced, so that this always with pressure on the Inner wall of the sleeve section or the outer wall of the Cylinder rests. It can also stretch and Cross-sectional fluctuations are recorded, the gap kept constant between two adjacent slats remains.

Im Rahmen der Erfindung soll allerdings auch liegen, daß die Lamellen an der Innen- bzw. Außenwand von Zylinder bzw. Hülsenabschnitt fest verbunden sind. Dies kann beispielsweise durch Verlöten, Verschweißen, Verkleben od. dgl. geschehen.However, it should also be within the scope of the invention that the fins on the inside or outside wall of the cylinder or sleeve section are firmly connected. This can for example by soldering, welding, gluing or the like. happen.

Damit auch ein Temperaturaustausch von Erhitzer bzw. Kühler durch den Hülsenabschnitt verbessert ist, bei gleichzeitiger Reduzierung von Herstellungskosten, wird der Hülsenabschnitt mit Rippen versehen, die über den gesamten Bereich von Erhitzer und Kühler angeordnet sind.This also means a temperature exchange of the heater or cooler is improved by the sleeve section at the same time reducing manufacturing costs Provide the sleeve section with ribs that cover the entire Area of heaters and coolers are arranged.

Aus fertigungstechnischen Gründen sind die Rippen als Bestandteil des Hülsenabschnittes ausgebildet. Der Hülsenabschnitt wird bevorzugt als Gußteil hergestellt. Dafür werden bevorzugt hochtemperaturbeständige, spannungsarme Gusse wie Molybdängusse verwendet. Damit Werkzeug- und Herstellungskosten reduziert sind, wird der Hülsenabschnitt symmetrisch zu einer Trennebene mit zwei Formhälften gebildet, wobei die einzelnen, auf dem Hülsenabschnitt angeordneten Rippen zu der Achse achsensymmetrisch angeordnet sind.For manufacturing reasons, the ribs are as Part of the sleeve portion formed. Of the The sleeve section is preferably produced as a cast part. High-temperature resistant, low-stress castings such as molybdenum castings are used. In order to Tool and manufacturing costs are reduced Sleeve section symmetrical to a parting plane with two Mold halves formed, the individual on which Sleeve section arranged ribs to the axis are arranged axisymmetrically.

Wesentlich daran ist, daß die Rippen in mehreren Ebenen auf dem Hülsenabschnitt angeordnet und zueinander von Ebene zu Ebene beabstandet sind. Ferner sind die Rippen innerhalb einer Ebene durch Öffnungen zueinander beabstandet. Entscheidend ist allerdings, daß die Rippen mit dazwischenliegenden Öffnungen alternierend von Ebene zu Ebene überdeckend bzw. überlappend angeordnet sind. So überlappt eine Rippe in einer Ebene eine Öffnung einer darauffolgenden bzw. darunterliegenden Ebene. Da der Wärme- bzw. Kältestrom in axialer Richtung strömt, kann ein Wärme- und/oder Kältestrom durch eine Öffnung zweier nebeneinan derliegender Rippen einer Ebene durchströmen und trifft auf eine Rippe einer darauffolgend angeordneten Ebene, wobei sich der Volumenstrom dort teilt und die Rippe umströmt wird. Hierdurch wird eine äußerst große Temperaturaus tauschfläche geschaffen, welche ein optimales Austauschen von Wärme und/oder Kälte ermöglicht.It is essential that the ribs in several levels arranged on the sleeve section and to each other by plane are spaced from the plane. Furthermore, the ribs are inside spaced apart from one another by openings. It is crucial, however, that the ribs with openings in between alternate from level to Level are arranged overlapping or overlapping. So a rib overlaps an opening in a plane subsequent or underlying level. Since the heat or Cold flow in the axial direction can be a heat and / or Cold flow through an opening of two next to each other flowing through the ribs of a plane and strikes a rib of a subsequently arranged plane, wherein the volume flow divides there and flows around the rib becomes. This results in an extremely high temperature exchange area created, which an optimal exchange of heat and / or cold.

Es ist allerdings auch daran gedacht, den Hülsenabschnitt mit einem Deckel zu versehen, wobei dieser, wie oben beschrieben, Rippen aufweisen kann. Dabei kann der Deckel auch Bestandteil des Hülsenabschnittes sein. However, it is also thought of the sleeve section to be provided with a lid, this as above described, can have ribs. The lid also be part of the sleeve section.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt inFurther advantages, features and details of the invention result from the following description more preferred Exemplary embodiments and with reference to the drawing; this shows in

Fig. 1 einen Teilquerschnitt einer Lamellenanordnung in eingebauter Lage zwischen einem Zylinder und einem Hülsenabschnitt einer Freikolben-Stirling-Maschine; Fig. 1 shows a partial cross section of a disk assembly in the installed position between a cylinder and a sleeve portion of a free piston Stirling engine;

Fig. 2 einen vergrößert dargestellten Teilquerschnitt der Lamellenanordnung aus Fig. 1; FIG. 2 shows an enlarged partial cross section of the lamella arrangement from FIG. 1;

Fig. 3 einen vergrößert dargestellten Teilquerschnitt der Lamellenanordnung aus Fig. 2; FIG. 3 shows a partial cross section, shown enlarged, of the lamella arrangement from FIG. 2; FIG.

Fig. 4 einen weiteren Teilquerschnitt durch die Lamellen anordnung gemäß Fig. 3; Fig. 4 is a further partial cross-section through the fin assembly of FIG. 3;

Fig. 5a und 5b einen Teilquerschnitt durch weitere Ausführungsbeispiele möglicher Lamellenanordnungen; 5a and 5b are a partial cross section through possible further embodiments lamella arrangements.

Fig. 6 einen Teillängsschnitt durch ein Teil einer Freikolbenmaschine im Bereich von Kühler und Erhitzer; Fig. 6 shows a partial longitudinal section through a part of a free-piston engine in the range of coolers and heaters;

Fig. 7 einen schematisch dargestellten Radialschnitt durch die Freikolbenmaschine entlang Linie VII-VII in Fig. 6; FIG. 7 shows a schematically represented radial section through the free-piston machine along line VII-VII in FIG. 6;

Fig. 8 eine teilweise dargestellte Seitenansicht auf einen Abschnitt der Freikolbenmaschine im Bereich des Erhitzers. Fig. 8 is a partially shown side view of a portion of the free piston machine in the area of the heater.

Zwischen einem inneren Zylinder 3′ und einem den Zylinder 3′ umgebenden Hülsenabschnitt 33′ ist gemäß Fig. 1 ein Ringraum 34′ gebildet. In den Ringraum 34′ sind mehrere Lamellen 77 aufeinanderfolgend angeordnet eingesetzt. Diese verbinden den Zylinder 3′ mit dem Hülsenabschnitt 33′, so daß ein radialer Temperaturaustausch zwischen Hülsenabschnitt 33′ und Zylinder 3′ möglich ist. Damit es zu einem radialen Temperaturaustausch kommt, wird der Hülsenabschnitt 33′ von außen im Bereich eines Kühlers 6 (Fig. 6) mit niedrigen und im Bereich eines Erhitzers 4 mit hohen Temperaturen beaufschlagt, so daß Wärme oder Kälte von dem Hülsenabschnitt 33′ in Richtung Zylinder 3′ übergeht.Between an inner cylinder 3 'and a cylinder portion 3 ' surrounding sleeve portion 33 'an annular space 34 ' is formed according to FIG. 1. In the annular space 34 ', a plurality of fins 77 are inserted one after the other. These connect the cylinder 3 'with the sleeve portion 33 ', so that a radial temperature exchange between the sleeve portion 33 'and cylinder 3 ' is possible. So that there is a radial temperature exchange, the sleeve portion 33 'from the outside in the area of a cooler 6 ( Fig. 6) with low and in the area of a heater 4 with high temperatures, so that heat or cold from the sleeve portion 33 ' in the direction Cylinder 3 'passes.

Da der Hülsenabschnitt 33′ mit einer anderen Temperatur als der Zylinder 3′ beaufschlagt wird, dehnen sich, radial betrachtet, Zylinder 3′ und Hülsenabschnitt 33′ unterschiedlich aus. Ferner ist eine Ausdehnung des Zylinders 3′ in der Regel größer als eine Ausdehnung des Hülsenabschnittes 33′, da der Zylinder 3′ bevorzugt aus druck- und temperaturbeständigen, hochlegierten Stählen besteht und der Hülsenabschnitt 33′ bevorzugt aus Temperguß, insbesondere aus Molybdänguß hergestellt ist. Insofern ist aufgrund unterschiedlicher Temperaturen und Materialien bei Temperaturänderung die radial Dehnung des Zylinders 3′ größer als die des Hülsenabschnittes 33′.Since the sleeve section 33 'is acted upon by a different temperature than the cylinder 3 ', viewed radially, cylinder 3 'and sleeve section 33 ' expand differently. Furthermore, an expansion of the cylinder 3 'is generally greater than an expansion of the sleeve portion 33 ', since the cylinder 3 'preferably consists of pressure and temperature-resistant, high-alloy steels and the sleeve portion 33 ' is preferably made of malleable cast iron, in particular of molybdenum cast iron. In this respect, due to different temperatures and materials when the temperature changes, the radial expansion of the cylinder 3 'is greater than that of the sleeve portion 33 '.

Eine solche unterschiedliche Dehnung wird von den in den Ringraum 34′ achsparallel eingesetzten Lamellen 77 kompensiert, indem die Lamellen 77 gewölbt ausgebildet sind. Die Lamellen stützen sich dabei gegen eine Innenwand 33.1′ des Hülsenabschnittes 33′ und einer Außenwand 3.1′ des Zylinders 3′ in jedem Betriebszustand der Freikolbenmaschine ab. Durch eine gewölbte und federartig vorgespannte Lamelle 77.1 bis 77.3 können radial unterschiedliche Dehnungen zwischen Zylinder 3′ und Hülsenabschnitt 33′ ausgeglichen werden, ohne daß ein Volumen im Ringspalt 81 zwischen den Lamellen 77.1 bis 77.3 verändert wird. Die Wölbung ist mit 85 bezeichnet.Such a difference in elongation is compensated by the 'axially inserted into the annular space 34 fins 77 by the slats are arched 77th The fins are supported against an inner wall 33.1 'of the sleeve portion 33 ' and an outer wall 3.1 'of the cylinder 3 ' in any operating state of the free-piston machine. By means of a curved and spring-biased lamella 77.1 to 77.3 , radially different expansions between cylinder 3 'and sleeve section 33 ' can be compensated for, without changing a volume in the annular gap 81 between the lamellae 77.1 to 77.3 . The curvature is 85 .

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 2 sind mehrere Lamellen 77.1 bis 77.3 nebeneinander angeordnet, so daß zwischen den Lamellen 77.1 bis 77.2 jeweils der Ringspalt 81 gebildet ist, in dem ein hier nicht näher beschriebener Volumenstrom quer zur radialen Wärmeübertragung in dem Ringraum hin und her transportiert wird. Damit ein hoher Temperaturaustausch zwischen einem bewegten Gas innerhalb des Spaltes 81 zwischen den Lamellen 77 stattfinden kann, sind diese bevorzugt aus wärmeleitenden Materialien, wie Kupfer, Silber od. dgl. Materialien hergestellt.In the preferred embodiment of the present invention shown in FIG. 2, a plurality of fins 77.1 to 77.3 are arranged side by side, so that between the fins 77.1 to 77.2 the annular gap 81 is formed, in which a volume flow not described in detail here transversely to the radial heat transfer in the annular space and transported here. So that a high temperature exchange between a moving gas can take place within the gap 81 between the fins 77 , these are preferably made of heat-conducting materials, such as copper, silver or the like. Materials.

Damit ein größerer Radius des Hülsenabschnittes 33′ im Verhältnis zu einem kleineren Radius des Zylinders 3′ von dem Lamellen 77 innerhalb des Ringraumes 34′ über den gesamten Umfang der Außenwand 3.1′ des Zylinders 3′ ausgeglichen wird, liegen die Lamellen 77.1 bis 77.3 auf der Seite der Innenwand 33.1′ des Hülsenabschnittes 33′ mit einer Fläche 84.1 an, welche eine Breite B aufweist. Diese ist größer als eine Fläche 84.2 mit einer geringeren Breite b an der Außenwand 3.1′ des Zylinders 3′.So that a larger radius of the sleeve portion 33 'in relation to a smaller radius of the cylinder 3 ' of the fins 77 within the annular space 34 'over the entire circumference of the outer wall 3.1 ' of the cylinder 3 'is balanced, the fins 77.1 to 77.3 are on the Side of the inner wall 33.1 'of the sleeve portion 33 ' with a surface 84.1 , which has a width B. This is larger than an area 84.2 with a smaller width b on the outer wall 3.1 'of the cylinder 3 '.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 ist eine Lamelle 77 wie folgt ausgestaltet:
Von der Fläche 84.1 verläuft eine Innenfläche 86 stufenförmig bis zu einer inneren Austauschfläche 87. Diese verläuft bogenförmig, symmetrisch über die Wölbung 85 bis zur gegenüberliegenden stufenförmigen Innenfläche. Die Grenze zwischen Austauschfläche 87 und Innenfläche 86 wird mit Punkt P1 bezeichnet. Ferner verläuft ausgehend von der Fläche 84.1 oberhalb und parallel zur Innenfläche 86 eine stufenförmige Außenfläche 88 bis zu einem Punkt P2 und geht dort in eine äußere Austauschfläche 89 über, welche ebenfalls bogenförmig parallel zu der inneren Austauschfläche 87 verläuft. Ein Spalt 90 zwischen zwei Flächen 84.1 ist annähernd geschlossen. . Referring to Figures 1 to 3 a blade 77 is configured as follows:
An inner surface 86 extends from the surface 84.1 in steps to an inner exchange surface 87 . This runs in an arc shape, symmetrically over the curvature 85 to the opposite step-shaped inner surface. The boundary between exchange surface 87 and inner surface 86 is designated by point P1. Furthermore, starting from the surface 84.1, a step-shaped outer surface 88 extends above and parallel to the inner surface 86 to a point P2 and merges there into an outer exchange surface 89 , which likewise runs in an arc parallel to the inner exchange surface 87 . A gap 90 between two surfaces 84.1 is approximately closed.

Wesentlich ist bei diesen Ausgestaltungen, daß eine äußere Druckfläche 91 zwischen Fläche 84.1 und dem Punkt P2 eine innere Druckfläche 92 einer nachfolgend angeordneten Lamelle mit Druck beaufschlagt. Dadurch wird zusätzlich ein Anliegen der Flächen 84.1 an die Außenwand 3.1′ oder Innenwand 33.1′ gefördert und ein stabiler Einbau der Lamelle 77 in den Ringraum 34′ gewährleistet.It is essential in these configurations that an outer pressure surface 91 between surface 84.1 and point P2 applies pressure to an inner pressure surface 92 of a subsequently arranged lamella. As a result, a contact of the surfaces 84.1 on the outer wall 3.1 'or inner wall 33.1 ' is promoted and a stable installation of the lamella 77 in the annular space 34 'is ensured.

Die Druckflächen 91, 92 sind zueinander parallel angeordnet und bevorzugt leicht zur Wölbung 85 hin geneigt, so daß ein Aufeinanderstecken bzw. Aufeinanderschieben von mehreren Lamellen nacheinander erleichtert ist.The pressure surfaces 91 , 92 are arranged parallel to each other and preferably slightly inclined towards the curvature 85 , so that it is easier to plug or slide several slats one after the other.

Gemäß Fig. 4 ist ein Wärmeübergang W bzw. Kälteübergang K des hier nicht näher gezeigten Erhitzers 4 und Kühlers 6 in Pfeilrichtung dargestellt, wobei von außen durch den Zylinder 3′ bzw. den Hülsenabschnitt 33′ Wärme W und/oder Kälte K radial transportiert wird.According to Fig. 4, a heat transfer is W cold transition K of the heater not further shown here 4 and the cooler 6 is shown in the arrow direction and, where '33 and the sleeve portion' heat W and / or cold K is transported radially from outside through the cylinders 3 .

Ferner wird senkrecht zur radialen Temperaturübertragung innerhalb des Spaltes 81 ein angedeuteter Wärmestrom W1 entlang der inneren und äußeren Austauschflächen 87, 89 hin und her geführt. So kann eine Wärmeübertragung zwischen den inneren und äußeren Austauschflächen 87, 89 und dem Wärmestrom W1 erfolgen.Furthermore, perpendicular to the radial temperature transfer within the gap 81, an indicated heat flow W1 is guided back and forth along the inner and outer exchange surfaces 87 , 89 . In this way, heat can be transferred between the inner and outer exchange surfaces 87 , 89 and the heat flow W1.

Damit der Spalte 90 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Lamellen 77.1, 77.2 so gering wie möglich ausgebildet ist, drückt aufgrund einer Vorspannung, erzeugt durch die Wölbung 85, die Lamelle 77.1, 77.2, mit einer Druckkraft F1, F2 nach außen. Die Druckkraft F1 drückt direkt auf die Außenwand 3.1′ bzw. Innenwand 33.1′. Die Druckkraft F2 beaufschlagt mittels der äußeren Druckfläche 91 die innere Druckfläche 92 der nachfolgenden Lamelle 77.1.Thus, the column 90 between two consecutive slats 77.1, is formed as small as possible 77.2, suppressed due to a bias voltage generated by the buckle 85, the blade 77.1, 77.2, with a pressure force F1, F2 to the outside. The pressure force F1 presses directly on the outer wall 3.1 'or inner wall 33.1 '. The pressure force F2 acts on the inner pressure surface 92 of the following lamella 77.1 by means of the outer pressure surface 91 .

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 5a sind Lamellen 77.4 bis 77.6 ebenfalls vorgespannt zwischen dem Zylinder 3′ und dem Hülsenabschnitt 33′ eingesetzt. Diese weisen eine Wölbung 85.1 auf, welche federartig wirkt und die Lamelle 77.4 bis 77.6 zwischen Zylinder 3′ und Hülsenabschnitt 33′ einspannt. Damit zwischen den einzelnen Lamellen 77.4 bis 77.6 ein Spalt 81.1 gebildet ist, sind Endabschnitt 93, 94 von einem Streifen 104 abgewinkelt und liegen an der Außenwand 3.1′ bzw. Innenwand 33.1′ mit Flächen 84.1, 84.2 an. Unterschiedliche Radien von Zylinder 3′ und Hülsenabschnitt 33′ werden durch breitere bzw. schmälere Flächen 84.1, 84.2 ausgeglichen.In a further embodiment of the present invention according to Fig. 5a, fins 77.4 to 77.6 are also biased between the cylinder 3 'and the sleeve portion 33 ' inserted. These have a curvature 85.1 , which acts like a spring and clamps the lamella 77.4 to 77.6 between the cylinder 3 'and the sleeve section 33 '. So that a gap 81.1 is formed between the individual slats 77.4 to 77.6 , end portions 93 , 94 are angled by a strip 104 and rest on the outer wall 3.1 'or inner wall 33.1 ' with surfaces 84.1 , 84.2 . Different radii of cylinder 3 'and sleeve section 33 ' are compensated for by wider or narrower surfaces 84.1 , 84.2 .

Wie in Fig. 5b ferner gezeigt ist, können Lamellen 77.7, 77.8 auch einen Spalt 81.2 bilden, indem unterschiedliche große Abstandhalter 95, 96 zwischen zwei benachbarten Lamellen 77.7 und 77.8 nahe der Außenwand 3.1′ des Zylinders 3′ und nahe der Innenwand 33.1′ des Hülsenabschnittes 33′ eingesetzt sind.As also shown in Fig. 5b, slats 77.7 , 77.8 can also form a gap 81.2 by different sized spacers 95 , 96 between two adjacent slats 77.7 and 77.8 near the outer wall 3.1 'of the cylinder 3 ' and near the inner wall 33.1 'of Sleeve section 33 'are used.

Zwischen dem Zylinder 33′ und der Außenwand 3.1′ des Zylinders 3′ sind über den gesamten Umfang des Ringraumes 34′ durchgehend im Bereich von Erhitzer 4 und Kühler 6 Lamellen 77 achsparallel in oben beschriebener Weise eingesetzt. Insofern gehen Erhitzer 4 und Kühler 6 ineinander über, wobei die Lamellen 77 mit dazwischen liegenden Spalten als Regeneratoren wirken.Between the cylinder 33 'and the outer wall 3.1 ' of the cylinder 3 ' 6 fins 77 are used axially parallel throughout the entire circumference of the annular space 34 ' in the area of the heater 4 and cooler in the manner described above. In this respect, the heater 4 and the cooler 6 merge into one another, the fins 77, with gaps between them, acting as regenerators.

Die Wärme wird dem Erhitzer 4 bevorzugt axial zugeführt und nahe dem Kühler 6 abgeführt. Der Kühler 6 wird von einem hier nicht näher ausgeführten Kühlkreislauf durchströmt.The heat is preferably fed axially to the heater 4 and removed near the cooler 6 . The cooler 6 is flowed through by a cooling circuit which is not detailed here.

Damit ein Wärme- bzw. Kältestrom optimal auf den Hülsenabschnitt 33′ übertragen wird, sind diesem gemäß Fig. 6 über den Umfang verteilt eine Vielzahl von Rippen 57 zugeordnet. Die Besonderheit liegt im vorliegenden Fall in der Ausformung und Anordnung der Rippen 57, welche, wie in Fig. 8 dargestellt, in mehreren Ebenen versetzt auf dem Umfang des Hülsenabschnittes 33′ angeordnet und von einem Mantel 58 umgeben sind. Die einzelnen Rippen 57, welche eine große Wärmeaustauschoberfläche erzeugen, werden in durch Pfeile 100 in dargestellter Weise umströmt.So that a heat or cold flow is optimally transmitted to the sleeve section 33 ', a plurality of ribs 57 are assigned to this according to FIG. 6 distributed over the circumference. The special feature in the present case is the shape and arrangement of the ribs 57 , which, as shown in Fig. 8, offset in several planes on the circumference of the sleeve portion 33 'and surrounded by a jacket 58 . The individual fins 57 , which generate a large heat exchange surface, are flowed around in the manner shown by arrows 100 .

Der Wärmestrom 100 strömt durch Öffnungen 97 zweier benachbarter Rippen 57 und trifft auf eine weitere, in einer Ebene E2 darüber angeordnete Rippe 57, wobei sich die Strömung 100 teilt und die geteilten Ströme auf nachfolgende versetzte Rippen 57 der danach angeordneten Ebenen E3 bis E4 treffen. Somit wird eine Vielzahl von Rippen 57 umströmt, was zu einer erheblichen Steigerung des Wärmeübergangskoeffizienten und der Wärmeaustauschfläche führt. Die einzelnen Ebenen E1-E4 bilden zueinander einen Abstand 98.The heat flow 100 flows through openings 97 of two adjacent ribs 57 and meets a further rib 57 arranged above it in a plane E2, the flow 100 dividing and the divided currents meeting subsequent offset ribs 57 of the planes E3 to E4 arranged thereafter. A large number of fins 57 are thus flowed around, which leads to a considerable increase in the heat transfer coefficient and the heat exchange area. The individual levels E1-E4 form a distance 98 from one another.

Damit eine Herstellung des Hülsenabschnittes 33′, ggfs. als vollständig ausgebildeter, mit einem Deckel versehener Korpus, leicht und kostengünstig möglich ist, wird der Hülsenabschnitt 33′ gemäß Fig. 7 symmetrisch zu einer Trennebene 101 ausgebildet. Dabei sind die Rippen 57 wellenartig ausgestaltet, wobei diese Wellenform in jeder Ebene abwechselnd versetzt angeordnet ist.So that a production of the sleeve portion 33 ', possibly. As a fully formed, provided with a cover body, easily and inexpensively, the sleeve portion 33 ' is formed symmetrically according to FIG. 7 to a parting plane 101 . The ribs 57 are designed in a wave-like manner, this wave shape being alternately offset in each plane.

Claims

1. Device for operating and controlling a free-piston Stirling machine with a displacement piston in a cylinder ( 3 '), which separates a warm cylinder space from a cold cylinder space, the cylinder ( 3 ') and one, the entire cylinder ( 3 ') Surrounding sleeve section ( 33 ') an annular space ( 34 ') is formed, in which a plurality of fins ( 77 ) are inserted, according to PCT / EP95 / 01294, characterized in that the fins ( 77 ) are prestressed between the cylinder ( 3rd ') And sleeve portion ( 33 ') are inserted into the annular space ( 34 ').

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the lamellae ( 77 ) are used continuously stacked one after the other in the annular space ( 34 ').

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that a curvature ( 85 ) results from the clamping in the annular space ( 34 ') in the slats ( 77 ).

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the lamellae ( 77 ) with surfaces ( 84.1 , 84.2 ) abut walls ( 3.1 ', 33.1 ').

5. The device according to claim 4, characterized in that the lamellae ( 77 ) with the surfaces ( 84.1 , 84.2 ) with the walls ( 3.1 ', 33.1 ') reduced gap and / or gap-free connection.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that in each case a gap ( 81 ) is formed between individual successive slats ( 77 ).

7. The device according to claim 6, characterized in that the lamella ( 77 ) has an exchange surface ( 87 ) which forms the gap ( 81 ) with an opposite exchange surface ( 89 ) of an adjacent lamella ( 77 ).

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that a gap ( 90 ) between two superimposed lamellae ( 77 ) is minimized.

9. The device according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that a lamella ( 77.4 ) on both ends angled surfaces ( 84.1 , 84.2 ) on the outer wall ( 3.1 ') of the cylinder ( 3 ') and the inner wall ( 33.1 ') of the sleeve portion ( 33 ') abut.

10. The device according to claim 9, characterized in that a width (B) surfaces ( 84.1 ) near the inner wall ( 33.1 ') of the sleeve portion ( 33 ') greater than a width (b) of the surface ( 84.2 ) near the outer wall ( 3.1 ') of the cylinder ( 3 ').

11. The device according to claim 9 or 10, characterized in that an outer pressure surface ( 91 ) of a lamella ( 77.2 ), an inner pressure surface ( 92 ) of a subsequent lamella ( 77.1 ) pressurized.

12. The device according to at least one of claims 1 to 11, characterized in that lamellae ( 77.7 , 77.8 ) are formed as pre-stressed, curved strips and spaced apart by spacers ( 95 , 96 ) and thereby form a gap ( 81.2 ).

13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the spacer ( 96 ) near the inner wall ( 33.1 ') cross-sectionally larger than the spacer ( 95 ) near the outer wall ( 3.1 ') is formed.

14. Device for operating and controlling a free-piston Stirling machine with a displacement piston in a cylinder ( 3 '), which separates a warm cylinder chamber from a cold cylinder chamber, the cylinder ( 3 ') and one, the entire cylinder ( 3 ') Surrounding sleeve section ( 33 ') an annular space ( 34 ') is formed, in which a plurality of fins ( 77 ) are inserted, according to PCT / EP95 / 01294, characterized in that the sleeve section ( 33 ') has a plurality of ribs ( 57 ) assigned.

15. The apparatus according to claim 18, characterized in that individual ribs ( 57 ) are arranged spaced apart in one plane.

16. The apparatus according to claim 14 or 15, characterized in that openings ( 97 ) are provided in each plane (E1) to (E4) between adjacent ribs ( 57 ).

17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the openings ( 97 ) are covered in a plane (E1-E4) by ribs ( 57 ) of a level above or below.

18. The apparatus according to claim 16 or 17, characterized in that the openings ( 97 ) and ribs ( 57 ) are alternately overlapped from level to level (E1 to E4).

19. The device according to at least one of claims 15 to 18, characterized in that a distance ( 98 ) is formed between two planes (E1, E2).

20. Device according to one of claims 14 to 19, characterized in that the ribs ( 57 ) are surrounded by a jacket ( 58 ).

21. Device according to one of claims 16 to 20, characterized in that a flow ( 100 ) flows through openings ( 97 ) of a plane (E1) and is divided and deflected by ribs ( 57 ) of a subsequent plane.

22. The device according to at least one of claims 14 to 21, characterized in that the sleeve portion ( 33 ') with ribs ( 57 ) with two mold halves ( 102 , 103 ) can be produced.