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Heissgaskolbenmaschine
Es ist bereits eine Heissgaskolbenmaschine mit einem geschlossenen Kreislauf bekannt, in der ein teilweise aus Wasserstoffgas bestehendes Arbeitsmittel vorhanden ist. Unter einer Heissgaskolbenmaschine mit geschlossenem Kreislauf ist eine Maschine zu verstehen, in der ein sich stets in gasförmigem Zustand befindliches Mittel bei verschiedenen Temperaturen abwechselnd zusammengepresst und ausgedehnt wird.
Wenn die Ausdehnung bei einer höheren Temperatur als die Zusammenpressung erfolgt, so stellt die Heissgaskolbenmaschine einen Heissgaskolbenmotor dar ; erfolgt dagegen die Ausdehnung bei einer niedrigeren Temperatur als die Zusammenpressung, so stellt die Heissgaskolbenmaschine, entsprechend dem
Temperaturpegel, bei dem die Ausdehnung erfolgt, eine nach dem umgekehrten Heissgaskolbenmotorprinzip arbeitende Kühlmaschine bzw. eine Wärmepumpe dar.
Von dem für Heissgaskolbenmaschinen bekannten, teilweise aus Wasserstoffgas bestehenden Arbeitmittel ausgehend, weist die Heissgaskolbenmaschine nach der vorliegenden Erfindung das Kennzeichen auf, dass das Arbeitsmittel aus einem sauerstofffreien Gasgemisch besteht, das wenigstens 3 Gew. % und höchstens 20 Gew. % Wasserstoff enthält.
Die Anwendung eines sauerstofffreien Gasgemisches bietet den Vorteil, dass die Möglichkeit einer Oxydierung der inneren Teile der Heissgaskolbenmaschine ausgeschlossen ist. Dieser Vorteil ist bei Ausbildung der Heissgaskolbenmaschine als Heissgaskolbenmotor besonders wichtig im Zusammenhang mit den dann auftretenden sehr hohen Temperaturen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Wahl von Wasserstoffgas als eine der zusammensetzenden Komponenten in dem das Arbeitsmittel in der Maschine bildenden Gasgemisch. Spuren von Schmieröl, die sich unverhofft in dem Raum, in dem sich der thermo- dynamischeKreislauf abspielt, befinden und zur Verschmutzung des Inneren der Maschine führen könnten, werden nämlich von Wasserstoffgas hydriert und dabei in unschädliche gasförmige Kohlenwasserstoffe übergeführt.
Das Schmieröl kann somit keinen Anlass zur Verschmutzung der Maschine geben. In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, dass ein Gewichtsprozentsatz von 3% Wasserstoff im Gasgemisch bereits hinreichend ist. Dadurch, dass der Höchstgewichtsprozentsatz des Wasserstoffs im Gasgemisch auf 20, vorzugsweise auf 10 gesetzt wird, ist die Möglichkeit einer Entzündung der Gasfüllung bei etwaigem Aussickern infolge einer Undichtheit äusserst gering.
Wird nach einer weiteren Ausführungsform der Heissgaskolbenmaschine nach der Erfindung als Restteil des als Arbeitsmittel dienenden Gasgemisches wenigstens im wesentlichen Heliumgas gewählt, so entsteht ein Arbeitsmittel, das auch im Zusammenhang mit seinem Strömungswiderstand in der Maschine äusserst kleine Verluste ergibt.
Die Erfindung wird an Hand der eine Heissgaskolbenmaschine der Verdrängerart darstellenden Zeichnung näher erläutert.
Im Zylinder 1 sind ein Verdränger 2 und ein Kolben 3 beweglich, wobei der Verdränger 2 mittels der Verdrängerstange 4 und einer Triebstange 5 mit einer Kurbel 6 der Kurbelwelle 7 der Maschine gekuppelt ist. Der Kolben 3 ist durch zwei Kolbenstangen 8 und 9 mit zwei Kurbeln 10 und 11 verbunden, die gleichfalls Teile der Kurbelwelle 7 bilden. Die Kurbeln 10 und 11 einerseits und 6 anderseits schliessen miteinander einen bestimmten Winkel ein, der durch die vorgeschriebene Bewegung des Verdrängers 2 gegenüber dem Kolben 3 festgelegt ist.
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Der warme Raum 12, der sich über dem Verdränger 2 im Zylinder 1 befindet, steht über den Erhitzer 13, den Regenerator 14 und den Kühler 15 in freier Verbindung mit dem kalten Raum 16, der sich zwischen dem Verdränger 2 und dem Kolben 3 befindet. Sowohl der warme Raum 12 als auch der kalte Raum 16 ändern sich periodisch zwischen einem Mindestvolumen, das gewöhnlich möglichst klein gewählt wird, und einem Höchstvolumen. Im Arbeitsraum der Maschine, der aus dem warmen Raum 12, dem für das Arbeitsmittel bestimmten Volumen des Erhitzers 13, des Regenerators 14 und des Kühlers 15, und dem kalten Raum 16 besteht, befindet sich das Arbeitsmittel, das im vorliegenden Falle aus einem sauerstofffreien Gasgemisch besteht, das fünf Gewichtsprozent Wasserstoff enthält und im übrigen aus Heliumgas besteht.
Der Erhitzer 13 wird aussen von einer durch Pfeile 17 angegebenen Wärmequelle erhitzt. Die vom Kühler 15 absorbierte Wärme wird mittels einer Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser, abgeführt ; zu diesem Zweck ist der Kühler mit einer Flüssigkeitszufuhrleitung 18 und einer Flüssigkeitsabfuhrleitung 19 versehen.
Da die Bewegungen des Verdrängers 2 und des Kolbens 3 derart zueinander gewählt sind. dass bei dieser Maschine die Ausdehnung des Arbeitsmittels bei einer höheren Temperatur als die Zusammenpressung erfolgt, arbeitet diese Maschine als Motor und führt die von den Brennern 17 herrührende Wärme in mechanische Energie über, die der Kurbelwelle 7 entnommen werden kann.
PATENTANSPRÜCHE : l. Heissgaskolbenmaschine mit einem geschlossenen Kreislauf, in. der ein teilweise aus Wasserstoffgas bestehendes Arbeitsmittel vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Arbeitsmittel aus-einem sauerstofffreien Gasgemisch besteht, das wenigstens 3 Gew. % und höchstens 20 Gew. % Wassel toff enthält.