AT515218A4 - Heißgasmotor - Google Patents

Abstract

Bei einer Heißgasmotor, umfassend einen Kolben, welcher in einem mit einem Gas gefüllten Arbeitsraum eines Zylinder hin- und herbewegbar geführt ist, wobei der Zylinder zumindest einen beheizbaren Bereich und zumindest einen kühlbaren Bereich aufweist, und der Zylinder zumindest eine verschließbare Öffnung umfasst, die den Arbeitsraum mit der Umgebung außerhalb des Zylinders verbindet, wobei der Kolben mit einer bewegbaren Einrichtung, bspw. einem Pleuel, verbindbar ist, ist zwischen dem zumindest einen beheizbaren Bereich und dem zumindest einen kühlbaren Bereich ein Wärmespeicher angeordnet, der von dem Gas durchströmbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Heißgasmotor, umfassend einenKolben, welcher in einem mit einem Gas gefülltenArbeitsraum eines Zylinder hin- und herbewegbar geführtist, wobei der Zylinder zumindest einen beheizbaren Bereichund zumindest einen kühlbaren Bereich aufweist, und derZylinder zumindest eine verschließbare Öffnung umfasst, dieden Arbeitsraum mit der Umgebung außerhalb des Zylindersverbindet, wobei der Kolben mit einer bewegbarenEinrichtung, bspw. einem Pleuel, verbindbar ist.

Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zumBereitstellen einer Bewegung, bei dem ein erster Bereicheines Zylinders von außen erwärmt wird, sodass sich ein imZylinder befindliches Gas erwärmt und einen Überdruckerzeugt, der einen im Zylinder befindlichen Kolben in eineerste Richtung bewegt, und ein zweiter Bereich desZylinders von außen gekühlt wird, sodass sich das imZylinder befindliche Gas abkühlt und einen Unterdrückerzeugt, wobei der Kolben in eine zweiten Richtung,entgegengesetzt zur ersten Richtung, bewegt wird.

Heißgasmotoren sind in mehreren Varianten bekannt, bspw.als Stirling-Motor. Die vorliegende Erfindung beschäftigtsich mit Heißgasmotoren der eingangs genannten Art. Diesewurden erstmals in den 1950er Jahren von A.D. Mansonbeschrieben und werden daher auch Manson-Motoren genannt.

Ein solcher Manson-Motor funktioniert grundsätzlichfolgendermaßen. In einem Zylinder wird ein Kolben geführt,welcher zusammen mit dem Zylinder einen Arbeitsraumausbildet. Dieser Arbeitsraum beinhaltet ein Gas. In einemersten Bereich des Zylinders wird das Gas von außen erhitztund in einem zweiten Bereich wird das Gas von außen gekühlt. Durch die Bewegung des Kolbens wird das Gaszwischen diesen beiden Bereich hin- und hergeschoben. EinArbeitszyklus besteht aus einem Hub und einementgegengesetzten Hub.

Befindet sich der Kolben in einem ersten Totpunkt, so wirder durch das sich ausdehnende, erhitzte Gas in Richtungeines zweiten Totpunktes bewegt. Dort angekommen, wird beiden meisten Heißgasmotoren dieser Art eine Öffnungfreigegeben, die einen Druckausgleich zwischen demÜberdruck im Arbeitsraum und dem Umgebungsdruck ermöglicht.Anschließend wird der Kolben in die entgegengesetzteRichtung angeregt und das Gas in den kühlbaren Bereichgedrückt, wo es gekühlt wird und sich zusammenzieht, sodassim Arbeitsraum ein Unterdrück entsteht, der den Kolben inRichtung des ersten Totpunktes bewegt. Ist der Kolben dortangekommen, wird wieder eine Öffnung freigegeben und derUnterdrück gleich sich mit dem Umgebungsdruck aus.

Vorteile von Heißgasmotoren allgemein gegenüber anderenMotoren, bspw. Verbrennungskraftmaschinen, sind diegeringen Abgasemissionen und die Möglichkeit derkontinuierlichen Beheizung bzw. Kühlung.

Vorteile von Manson-Motoren gegenüber anderenHeißgasmotoren sind insbesondere der einfache Aufbau unddie geringe Anzahl an beweglichen Teilen.

Nachteilig bei Manson-Motoren gemäß dem Stand der Technikist, dass der Übergangsbereich vom beheizbaren Bereich inden kühlbaren Bereich groß ist, wodurch es dort zu einerhohen Wärmeübertragung zwischen den zwei Bereichen kommt.Damit verbunden ist ein hoher Kühl- als auch Heizaufwand, weil das gekühlte Gas durch den angrenzenden heißen Bereicherwärmt und das erwärmte Gas durch den angrenzenden kaltenBereich abgekühlt wird, sodass laufend Energie eingebrachtwerden muss, um den durch die genannte Wärmeübertragungverloren gegangenen Temperaturunterschied zwischen den zweiBereichen wieder aufzubauen.

Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, die obengenannten Nachteile zu vermeiden. Insbesondere zielt dieErfindung darauf ab, den Bereich der Wärmeübertragungzwischen dem beheizbaren Bereich und dem kühlbaren Bereichso klein wie möglich zu gestalten.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einemHeißgasmotor der eingangs genannten Art vor, dass zwischendem zumindest einen beheizbaren Bereich und dem zumindesteinen kühlbaren Bereich ein Wärmespeicher angeordnet ist,der von dem Gas durchströmbar ist.

Ein Wärmespeicher dieser Art ist also im Übergangsbereichzwischen dem beheizbaren und dem kühlbaren Bereichangeordnet. Wenn das Gas zwischen diesen Bereichen hin- undherfließt, so gelangt es durch den Wärmespeicher in denjeweils anderen Bereich. Der Wärmespeicher ist ausgebildet,um das durchströmende Gas einer möglichst großen Oberflächezuzuführen, sodass das erhitzte Gas am Weg in den kühlbarenBereich schneller abkühlt und das gekühlte Gas am Weg inden beheizbaren Bereich schneller erwärmt wird.

Gleichzeitig wird der Wärmespeicher erwärmt, wenn das warmeGas aus dem beheizbaren Bereich in den kühlbaren Bereichfließt. Diese Wärme wird anschließend an das kühle Gas ausdem kühlbaren Bereich abgegeben, wenn dieses in denbeheizbaren Bereich fließt. Dadurch geht die abgegebene Wärme nicht verloren, sondern wird genutzt, um dienotwendige Heiz- bzw. Kühlleistung zu reduzieren unddadurch den Wirkungsgrad des Motors zu steigern.

Eine besonders effiziente Ausbildung sieht vor, dass dasgesamte Gas beim Übergang vom kühlbaren Bereich in denbeheizbaren Bereich bzw. beim Übergang vom beheizbarenBereich in den kühlbaren Bereich durch den Wärmespeichergeleitet wird. Dies wird bevorzugt dadurch erreicht, dassder Wärmespeicher ringförmig ausgebildet ist und amInnenmantel des Zylinders angebracht ist, wobei der Kolbenvorzugsweise im ringförmigen Wärmespeicher hin- undherbewegbar geführt ist. Dadurch wird wirkungsvollvermieden, dass Gas am Wärmespeicher vorbei von einemBereich in den anderen Bereich gelangt.

Alternativ kann der Wärmespeicher in einem anderen Bereichinnerhalb des Zylinders angebracht sein. Es können auchmehrere Wärmespeicher als unabhängige Einheiten ausgebildetsein. Bevorzugt sind der/die Wärmespeicher am Innenmanteldes Zylinders angebracht, im Rahmen der Erfindung könnender/die Wärmespeicher aber auch in anderen Bereichenangeordnet sein.

Um zu gewährleiten, dass in jeder Betriebsstellung desKolbens das gesamte Gas beim Übergang zwischen denBereichen durch den Wärmespeicher geleitet wird, istbevorzugt vorgesehen, dass die Länge des Kolbens so gewähltist, um in jeder möglichen Betriebsstellung den Bereich desWärmespeichers zumindest teilweise abzudecken. Dadurch kannauch in den beiden Totpunkten kein Gas direkt vom kühlbarenin den beheizbaren Bereich, oder vom beheizbaren Bereich inden kühlbaren Bereich gelangen.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Wärmespeicher Stahlwollebeinhaltet. Stahlwolle ist günstig in der Herstellung undweist einen geringen Luftwiderstand auf. Daher eignet sichStahlwolle für die Verwendung innerhalb des Wärmespeichers.

Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass der Wärmespeicher imWesentlichen aus einem keramischen Material besteht.Technische Keramiken weisen hohe Wärmeleitfähigkeiten aufund sind daher als Material für den Wärmespeicher gutgeeignet. Besonders bevorzugt sind hierbeiNichtoxidkeramiken, bspw. Siliciumnitrid, Borcarbid,Bornitrid, Siliciumcarbid oder Aluminiumnitrid.

Um einen guten Austausch der Gastemperatur mit demWärmespeicher erzielen zu können, ist es erforderlich, dieGasleitungen innerhalb des Wärmespeichers mit einem hohenOberfläche/Volumenverhältnis auszubilden. Hierbei istbesonders bevorzugt, dass der Wärmespeicher aus einem Blockmit einer Vielzahl von parallelen, axialen Strömungskanälenbesteht. Eine solche Ausbildung ist einfach zu konstruierenund zu fertigen. Andere mögliche Ausbildungen sehen bspw.gewundene Gasleitungen innerhalb des Wärmespeichers vor, umdie Länge der Gasleitungen innerhalb des Wärmespeichers zuerhöhen.

Der beheizbare Bereich kann auf viele Arten beheizt werden,z.B. durch Verbrennungswärme oder durch Solarenergie. Derkühlbare Bereich kann ebenso auf verschiedene Arten gekühltwerden, bspw. mithilfe einer Wasserkühlung. Auch eine reineLuftkühlung, bevorzugt mithilfe von Kühlrippen, istmöglich.

Unter einem Zylinder wird im Rahmen der Erfindung allgemeinein hohler Körper verstanden, der für den Einsatz imBereich der Heißgasmotoren geeignet ist. Die Form diesesZylinders kann daher bspw. zylindrisch oder quaderförmigsein, oder aber eine andere, geeignete geometrische Formaufweisen.

Eine bevorzugte Ausführung sieht vor, dass der Kolbenausgebildet ist, um die zumindest eine Öffnung wahlweisemit dem Arbeitsraum zu verbinden oder von dem Arbeitsraumzu trennen. Der ideale Zeitpunkt des Verbindens der Öffnungmit dem Arbeitsraum bzw. des Trennens der Öffnung vomArbeitsraum ist von mehreren Faktoren abhängig. Einwichtiger Faktor ist die Stellung des Kolbens. Daher ist esbevorzugt, den Kolben so zu gestalten, dass der Kolben dieVerbindung des Arbeitsraumes mit der Umgebung herstellt. Für viele Anwendungen ist lediglich eine Öffnung zu wenig,um einen effizienten Ausgleich mit der Umgebungvorzunehmen, weil die zeitlichen Abstände zwischen denVerbindungen des Arbeitsraumes mit der Umgebung sehr kurzsein können und innerhalb der entsprechenden GaskanäleDruckwellen entstehen können. Diese Druckwellen können sichungünstig auf den Durchfluss durch die Gaskanäle auswirken,falls die Zeitspanne zwischen zwei Öffnungsvorgängen zukurz ist. Daher sieht eine bevorzugte Ausführung vor, dassder Zylinder zumindest zwei verschließbare Öffnungenumfasst, die den Arbeitsraum mit der Umgebung außerhalb desZylinders verbinden.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Kolbenausgebildet ist, um an einem ersten Totpunkt desKolbenhubes eine erste Öffnung freizugeben und an einem zweiten Totpunkt des Kolbenhubes eine zweite Öffnungfreizugeben. Eine solche Ausführung erlaubt denDruckausgleich mit der Umgebung jeweils bei Erreichen desTotpunktes, also wenn die Druckverhältnisse ihre Maximaerreicht haben. Dies ist für den thermodynamischenWirkungsgrad des Heißgasmotors vorteilhaft. Für einige Anwendungen ist es vorteilhaft, zumindest einesder Ventile nicht mithilfe des Kolbens zu verschließen undzu öffnen, sondern mithilfe eines anderen

Betätigungsmittels. Es ist daher bevorzugt vorgesehen, dassdie zumindest eine Öffnung ein Ventil aufweist. DiesesVentil kann beispielsweise elektromotorisch,elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigtwerden. Besonders bevorzugt ist das Ventil ein Druckventil,welches in Abhängigkeit von den Druckverhältnissen imArbeitsraum öffnet bzw. schließt.

Heißgasmotoren stellen eine Bewegung bereit, die durch mitdem Heißgasmotor verbundene Geräte genutzt werden kann.

Eine bevorzugte Weiterbildung sieht daher vor, dass derKolben des Heißgasmotors mit einem Pleuel verbunden ist.Dieses Pleuel kann beispielsweise mit der Kurbelwelle einesGenerators oder mit einem Linearantrieb verbunden sein.

Heißgasmotoren können mit verschiedenen Gasen betriebenwerden, bspw. mit Luft, Helium oder Wasserstoff.Insbesondere bei teuren Gasen wie Helium kann es vonVorteil sein, wenn der Arbeitsraum nicht direkt mit derUmwelt in Verbindung steht, sondern mit einemabgeschlossenen Raum. Zum Beispiel kann das Gas in einemBehälter gelagert sein und mit einer Öffnung des Zylindersverbunden sein, um die Gaszuführung aus diesem Behälter zu ermöglichen. Es ist daher bevorzugt vorgesehen, dass diezumindest eine Öffnung den Arbeitsraum mit einer gasdichtenKammer verbindet. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dassalle Öffnungen des Zylinders den Arbeitsraum mit einergasdichten Kammer verbinden. Diese Ausführung ermöglichtdie Führung des Gases in einem geschlossenen Kreislaufzwischen dem Arbeitsraum und einer gasdichten Kammer. Einweiterer Vorteil einer solchen Ausbildung ist dieErmöglichung von höheren Drücken, die sich positiv auf denWirkungsgrad des Heißgasmotors auswirken. In diesem Fallherrscht in der gasdichten Kammer gegenüber der Umgebungein Überdruck. Der Überdruck kann beispielsweise 5 bar odermehr betragen.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die zumindest eineÖffnung des Zylinders mit einem stationären Aufladerohrverbunden ist. Ein solches Aufladerohr zeichnet sich zuerstdadurch aus, dass es eine Gassäule beinhaltet. BeiVorliegen eines Überdrucks innerhalb des Arbeitsraumes wirdbei Öffnung einer Öffnung des Zylinders eine Druckwelleerzeugt, die diese Gassäule anregt und verschiebt. Aufgrundder Trägheit der Gassäule wird der Druck im Arbeitsraumnicht nur auf Umgebungsniveau ausgeglichen, sondernkurzfristig ein Unterdrück gegenüber der Umgebung innerhalbdes Arbeitsraumes erzeugt. Wird die Öffnung des Zylinderslänger offen gehalten, so gleicht sich der Unterdrückwieder auf Umgebungsdruck aus. Durch eine speziellabgestimmte Steuerung der Öffnungen ist es möglich, diezumindest eine Öffnung dann zu schließen, wenn ein solcherUnterdrück im Arbeitsraum vorliegt. Dieser Unterdrückbewirkt eine Veränderung im Druck-Volumendiagramm desHeißgasmotors und insbesondere eine Erhöhung derArbeitsausbeute pro Zyklus und damit verbunden eine

Erhöhung des Wirkungsgrades. Auch bei der Ansaugung desGases in den Arbeitsraum bei Vorliegen eines Unterdruckeskann dieses Prinzip genutzt werden. Hierbei wird dieGassäule wieder durch eine Druckwelle angeregt und erzeugtaufgrund der Trägkeit der Gassäule einen Überdruck imArbeitsraum. Wird die Öffnung zu einem geeigneten Zeitpunktverschlossen, so befindet sich innerhalb des Arbeitsraumesein Überdruck, der ebenfalls die Arbeitsausbeute und damitden Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht.

Hierbei ist es wichtig, dass das Aufladerohr, z.B. dieLänge und der Durchmesser, und die Öffnung des Zylindersmit der Steuerung des Öffnungsvorganges abgestimmt sind, umdas Schließen im richtigen Zeitpunkt, insbesondere beiErreichen eines Maximums an Unter- bzw. Überdruck imArbeitsraum, sicherzustellen.

Weiters ist es bei der Ansaugung des Gases in denArbeitsraum bei Vorliegen eines Unterdruckes möglich, auchDampf und/oder zerstäubtes Wasser einzusaugen. Dadurch kanneine Erhöhung der Dichte innerhalb des Arbeitsraumeserreicht werden, was zu einem noch höheren Wirkungsgrad desHeißgasmotors führt. Hierbei kann die Dichte um bis zu 50%erhöht werden.

Besonders vorteilhaft bei einer Ausführung mit zumindestzwei Öffnungen ist es, wenn alle Öffnungen mit einemAufladerohr verbunden sind. Es ist daher bevorzugtvorgesehen, dass die zumindest zwei Öffnungen mit jeweilseinem stationären Aufladerohr verbunden sind.

Weiters ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass sich dasoffene Ende des zumindest einen Aufladerohrs in einer gasdichten Kammer, z.B. in einem gasdichten Kurbelkasten,befindet.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dasszumindest eines der Aufladerohre gekrümmt ist. Dadurch kanneine Platzersparnis innerhalb der Vorrichtung erzieltwerden, ohne die Länge des Aufladerohres zu verringern.

Zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabeschlägt die Erfindung weiters ein Verfahren der eingangsgenannten Art vor, wobei das Gas am Übergang zwischen demersten Bereich und dem zweiten Bereich durch einenWärmespeicher geführt wird.

Eine bevorzugte Weiterbildung dieses Verfahrens sieht vor,dass ein Teil des Gases nach dem Erwärmen an die Umgebungabgegeben wird und nach dem Abkühlen Gas aus der Umgebungin den Zylinder gesaugt wird. Dies ermöglicht den schnellenDruckausgleich mit der Umgebung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in derZeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels nähererläutert. In dieser zeigen Fig. 1 einen schematischenSchnitt des erfindungsgemäßen Heißgasmotors in einer erstenAusführungsform in einer ersten Betriebsposition, Fig. 2einen schematischen Schnitt des Heißgasmotors gemäß Fig. 1in einer zweiten Betriebsposition, Fig. 3 einenschematischen Schnitt des erfindungsgemäßen Heißgasmotorsin einer zweiten Ausführungsform und Fig. 4 ein Druck-Volumendiagramm einer bevorzugten Weiterbildung deserfindungsgemäßen Heißgasmotors.

In Fig, 1 ist ein erfindimgsgemaBer Heißgasmotordargestailt. Ein Cylinder 1 umfasst einen beheizbarenBereich 2, einen kühlbaren Bereich 3 und einen drittenBereich 4, In dieser Äasführungsform ist der dritte Bereich4 weder beheizbar noch kühlbar. Innerhalb des cylinders Iwird ein Kolben 5 in Richtung des Doppelpfeils 22 zwischendem beheizbaren Bereich 2 und dem kühlbaren Bereich 3 hin”und herbewegbar geführt. Der Kolben 5 umfasst ein vorderesElement 6 und ein hinteres Element 7, Der Eylinder 1 bildetzusammen mit dem Kolben 1 einen Ärbeitsraum 8 aus, welchersowohl im beheizbaren Bereich 2 als auch im kühlbarenBereich 3 des Cylinders I liegt. Der beheizbare Bereich 2und der kühlbare Bereich 3 des Bylinders 1 stehen übereinen därmesceicher 9 in Verbindung miteinander. Dashintere Element 2 des Kolbens 5 weist zwei Leitungen 10auf, die den hrbeitsraum S in Abhängigkeit von derKolbenStellung mit jeweils einer Öffnung 11, 12 desZylinders 1 verbinden, Mit 23 wird weiters die Umgebungaußerhalb des Heißgasmotors bezeichnet.

In der bevorzugten Ausführung gemäß Fig, 1 sind dieÖffnungen 11, 12 mit jeweils einem Äufladerchr 13, 14 festverbunden. Die in Fig, 1 dargestellten Aufladerohre 13, 14sind im Kesentliohen: gerade ausgebildet und weisenlediglich einen Knick auf. Der Kolben 5 ist in dieserbevorzugten Ausbildung mit einem Bleuel 15 verbunden.

In der in Big, 1 dargesteliten Betriebsateliung befindetsich der Kolben 5 im rechten Totpunkt, Im. Ärbeitsraum 8'herrscht bis zum Erreichen des Totpunktes ein Unterdrückgegenüber der Umgebung 23, Der Ärbeitsraum ist über dieLeitung 10, die Öffnung 12 und das Äufiaderohr 14 .mit derUmgebung 23 verbunden. Dadurch wird Luft in den Ärbeitsraum 8 gesaugt und der Druck im Arbeitsraum 8 dem Umgebungsdruckangeglichen. Durch die Trägheit der Gassäule in demAufladerohr 14 gelangt etwas mehr Luft in den Arbeitsraum8, als für einen Druckausgleich notwendig wäre und dadurchentsteht ein Überdruck im Arbeitsraum. Anschließend wirddie Öffnung 12 durch Bewegung des Kolbens 5 so geschlossen,dass ein Überdruck im Arbeitsraum herrscht. Anschließenderwärmt sich das Gas im beheizbaren Bereich des Zylinders 1und dehnt sich dadurch aus, sodass der Überdruck verstärktwird. Dieser Überdruck bewegt den Kolben 5 nach links, inRichtung des anderen Totpunktes. Durch die Bewegung desKolbens 5 wird das Gas vom kühlbaren Bereich 3 in denbeheizbaren Bereich 2 durch den Wärmespeicher 9 geführt unddadurch schneller erwärmt.

In Fig. 2 wird nunmehr die Betriebsstellung des Kolbens 5im linken Totpunkt dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichengleiche Teile wie in Fig. 1 bezeichnen. Im Arbeitsraum 8herrscht ein Überdruck, welcher den Kolben 5 nach linksgedrückt hat. Nunmehr ist der Arbeitsraum 8 über dieLeitung 10, die Öffnung 11 und das Aufladerohr 13 mit derUmgebung 23 verbunden, sodass Gas aufgrund des Überdruckesaus dem Arbeitsraum 8 ausströmt. Durch die Trägheit derGassäule im Aufladerohr 13 wird mehr Luft aus demArbeitsraum 8 herausgedrückt als für einen Druckausgleichnotwendig wäre und die Öffnung 11 wird geschlossen, wennein Unterdrück im Arbeitsraum vorliegt. Der Kolben 5 wirdnach rechts gedrückt, wobei der Unterdrück im Arbeitsraum 8diese Bewegung unterstützt. Durch die Bewegung des Kolbens5 wird Gas aus dem beheizbaren Bereich 2 des Zylinders 1 inden kühlbaren Bereich 3 durch den Wärmespe.icher 9 geführtund gibt im Wärmespeicher 9 Wärme ab. Das Gas im kühlbarenBereich 3 wird gekühlt und damit der Unterdrück im

Arbeitsraum 8 erhöht, bis der Kolben 5 wieder im rechtenTotpunkt, welcher in Fig. 1 dargestellt ist, angelangt ist.

Der Wärmespeicher 9 ist also ausgebildet, um die Wärme desGases bei Abfluss aus dem beheizbaren Bereich 2aufzunehmen, um dieses abzukühlen, und diese Wärme an dasGas bei Abfluss aus dem kühlbaren Bereich 3 an das Gasabzugeben. Dadurch wird der Übergangsbereich zwischen demkühlbaren und dem beheizbaren Bereich verkleinert und derAufwand der Erwärmung bzw. Kühlung wird reduziert. Dadurchkann der Wirkungsgrad des Heißgasmotors erhöht werden.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung,wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile wie in Fig. 1bezeichnen. Diese unterscheidet sich von der erstenAusführungsform einerseits durch die Form der Aufladerohre16, 17, welche in dieser Ausführungsform gekrümmt sind.Weiters sind die Aufladerohre mit einer gasdichten Kammer18 verbunden. Dadurch ist ein Kreislauf gebildet, der denArbeitsraum 8 und die gasdichte Kammer 18 sowie diezwischen diesen Elementen angeordneten Verbindungenumfasst. Der Arbeitsraum 8 steht also in dieser Ausbildungnie in Verbindung mit der Umgebung 23.

Fig. 4 zeigt das Druck-Volumendiagramm des erfindungsgemäßen Heißgasmotors, verglichen mit dem idealenthermodynamischen Prozess eines Manson-Motors gemäß demStand der Technik. Hierbei wird die Wirkung derAufladerohre 13, 14 ersichtlich. Mit 19 ist die Arbeit, dievon dem idealen Manson-Motor bereitgestellt wird,bezeichnet. Durch die Aufladerohre 13, 14 wird diese Arbeitdadurch vergrößert, dass der Kolbenhub jeweils nicht beiUmgebungsdruck, sondern bei Über- bzw. Unterdrück beginnt, wodurch verglichen mit dem Mansonprozess 19 gemäß dem Standder Technik mehr Arbeit bereitgestellt werden kann. Diesebeiden zusätzlichen Bereiche sind mit 20 und 21 bezeichnet.

Claims (19)

1. Patentansprüche: 1. Heißgasmotor, umfassend einen Kolben, welcher in einemmit einem Gas gefüllten Arbeitsraum eines Zylinder hin- undherbewegbar geführt ist, wobei der Zylinder zumindest einenbeheizbaren Bereich und zumindest einen kühlbaren Bereichaufweist, und der Zylinder zumindest eine verschließbareÖffnung umfasst, die den Arbeitsraum mit der Umgebungaußerhalb des Zylinders verbindet, wobei der Kolben miteiner bewegbaren Einrichtung, bspw. einem Pleuel,verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen demzumindest einen beheizbaren Bereich und dem zumindest einenkühlbaren Bereich ein Wärmespeicher angeordnet ist, der vondem Gas durchströmbar ist.
2. 2. Heißgasmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der Wärmespeicher ringförmig ausgebildet ist und amInnenmantel des Zylinders angebracht ist, wobei der Kolbenvorzugsweise im ringförmigen Wärmespeicher hin- undherbewegbar geführt ist.
3. 3. Heißgasmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennzeichnet, dass die Länge des Kolbens so gewählt ist,um in jeder möglichen Betriebsstellung den Bereich desWärmespeichers zumindest teilweise abzudecken.
4. 4. Heißgasmotor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurchgekennzeichnet, dass der Wärmespeicher Stahlwollebeinhaltet.
5. 5. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurchgekennzeichnet, dass der Wärmespeicher im Wesentlichen auseinem keramischen Material besteht.
6. 6. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurchgekennzeichnet, dass der Wärmespeicher aus einem Block miteiner Vielzahl von parallelen, axialen Strömungskanälenbesteht.
7. 7. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurchgekennzeichnet, dass der Kolben ausgebildet ist, um diezumindest eine Öffnung wahlweise mit dem Arbeitsraum zuverbinden oder von dem Arbeitsraum zu trennen.
8. 8. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurchgekennzeichnet, dass der Zylinder zumindest zweiverschließbare Öffnungen umfasst, die den Arbeitsraum mitder Umgebung außerhalb des Zylinders verbinden.
9. 9. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurchgekennzeichnet, dass der Kolben ausgebildet ist, um aneinem ersten Totpunkt des Kolbenhubes eine erste Öffnungfreizugeben und an einem zweiten Totpunkt des Kolbenhubeseine zweite Öffnung freizugeben.
10. 10. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurchgekennzeichnet, dass die zumindest eine Öffnung ein Ventilaufweist.
11. 11. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10,dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben mit einem Pleuelverbunden ist.
12. 12. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11,dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Öffnung denArbeitsraum mit einer gasdichten Kammer verbindet.
13. 13. Heißgasmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,dass alle Öffnungen des Zylinders den Arbeitsraum mit einergasdichten Kammer verbinden.
14. 14. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 13,dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Öffnung desZylinders mit einem stationären Aufladerohr verbunden ist.
15. 15. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 3 bis 14,dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Öffnungenmit jeweils einem stationären Aufladerohr verbunden sind.
16. 16. Heißgasmotor nach der Anspruch 14 oder 15, dadurchgekennzeichnet, dass sich das offene Ende des zumindesteinen Aufladerohrs in einer gasdichten Kammer, z.B. ineinem gasdichten Kurbelkasten, befindet.
17. 17. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 14 bis 16,dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Aufladerohre gekrümmt ist.
18. 18. Verfahren zum Bereitstellen einer Bewegung, bei demein erster Bereich eines Zylinders von außen erwärmt wird,sodass sich ein im Zylinder befindliches Gas erwärmt undeinen Überdruck erzeugt, der einen im Zylinder befindlichenKolben in eine erste Richtung bewegt, und ein zweiterBereich des Zylinders von außen gekühlt wird, sodass sichdas im Zylinder befindliche Gas abkühlt und einenUnterdrück erzeugt, wobei der Kolben in eine zweitenRichtung, entgegengesetzt zur ersten Richtung, bewegt wird,dadurch gekennzeichnet, dass das Gas am Übergang zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich durch einenWärmespeicher geführt wird.
19. 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,dass ein Teil des Gases nach dem Erwärmen an die Umgebungabgegeben wird und nach dem Abkühlen Gas aus der Umgebungin den Zylinder gesaugt wird.