AT515218B1 - Heißgasmotor - Google Patents

Abstract

Bei einem Heißgasmotor, umfassend einen Kolben (5), welcher in einem mit einem Gas gefüllten Arbeitsraum (8) eines Zylinder (1) hin- und herbewegbar geführt ist, wobei der Zylinder (1) zumindest einen beheizbaren Bereich (2) und zumindest einen kühlbaren Bereich (3) aufweist, und der Zylinder (1) zumindest eine verschließbare Öffnung (11,12) umfasst, die den Arbeitsraum (8) mit der Umgebung (23) oder einer gasdichten Kammer (18) außerhalb des Zylinders (1) verbindet, wobei der Kolben (5) mit einer bewegbaren Einrichtung, bspw. einem Pleuel (15), verbindbar ist, ist zwischen dem zumindest einen beheizbaren Bereich (2) und dem zumindest einen kühlbaren Bereich (3) ein Wärmespeicher (9) angeordnet, der von dem Gas durchströmbar ist und Stahlwolle beinhaltet oder aus einem Block mit einer Vielzahl von parallelen, axialen Strömungskanälen besteht.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Heißgasmotor, umfassend einen Kolben, welcher in einemmit einem Gas gefüllten Arbeitsraum eines Zylinder hin- und herbewegbar geführt ist, wobei derZylinder zumindest einen beheizbaren Bereich und zumindest einen kühlbaren Bereich auf¬weist, und der Zylinder zumindest eine verschließbare Öffnung umfasst, die den Arbeitsraummit der Umgebung oder einer gasdichten Kammer außerhalb des Zylinders verbindet, wobei derKolben mit einer bewegbaren Einrichtung, bspw. einem Pleuel, verbindbar ist.

[0002] Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zum Bereitstellen einer Bewegung, bei demein erster Bereich eines Zylinders von außen erwärmt wird, sodass sich ein im Zylinder befindli¬ches Gas erwärmt und einen Überdruck erzeugt, der einen im Zylinder befindlichen Kolben ineine erste Richtung bewegt, und ein zweiter Bereich des Zylinders von außen gekühlt wird,sodass sich das im Zylinder befindliche Gas abkühlt und einen Unterdrück erzeugt, wobei derKolben in eine zweiten Richtung, entgegengesetzt zur ersten Richtung, bewegt wird.

[0003] Heißgasmotoren sind in mehreren Varianten bekannt, bspw. als Stirling-Motor. Dievorliegende Erfindung beschäftigt sich mit Heißgasmotoren der eingangs genannten Art. Diesewurden erstmals in den 1950er Jahren von A.D. Manson beschrieben und werden daher auchManson-Motoren genannt.

[0004] Ein solcher Manson-Motor funktioniert grundsätzlich folgendermaßen. In einem Zylinderwird ein Kolben geführt, welcher zusammen mit dem Zylinder einen Arbeitsraum ausbildet.Dieser Arbeitsraum beinhaltet ein Gas. In einem ersten Bereich des Zylinders wird das Gas vonaußen erhitzt und in einem zweiten Bereich wird das Gas von außen gekühlt. Durch die Bewe¬gung des Kolbens wird das Gas zwischen diesen beiden Bereichen hin- und hergeschoben. EinArbeitszyklus besteht aus einem Hub und einem entgegengesetzten Hub.

[0005] Befindet sich der Kolben in einem ersten Totpunkt, so wird er durch das sich ausdeh¬nende, erhitzte Gas in Richtung eines zweiten Totpunktes bewegt. Dort angekommen, wird beiden meisten Heißgasmotoren dieser Art eine Öffnung freigegeben, die einen Druckausgleichzwischen dem Überdruck im Arbeitsraum und dem Umgebungsdruck ermöglicht. Anschließendwird der Kolben in die entgegengesetzte Richtung angeregt und das Gas in den kühlbarenBereich gedrückt, wo es gekühlt wird und sich zusammenzieht, sodass im Arbeitsraum einUnterdrück entsteht, der den Kolben in Richtung des ersten Totpunktes bewegt. Ist der Kolbendort angekommen, wird wieder eine Öffnung freigegeben und der Unterdrück gleich sich mitdem Umgebungsdruck aus.

[0006] Vorteile von Heißgasmotoren allgemein gegenüber anderen Motoren, bspw. Verbren¬nungskraftmaschinen, sind die geringen Abgasemissionen und die Möglichkeit der kontinuierli¬chen Beheizung bzw. Kühlung.

[0007] Vorteile von Manson-Motoren gegenüber anderen Heißgasmotoren sind insbesondereder einfache Aufbau und die geringe Anzahl an beweglichen Teilen.

[0008] Nachteilig bei Manson-Motoren gemäß dem Stand der Technik ist, dass der Übergangs¬bereich vom beheizbaren Bereich in den kühlbaren Bereich groß ist, wodurch es dort zu einerhohen Wärmeübertragung zwischen den zwei Bereichen kommt.

[0009] Damit verbunden ist ein hoher Kühl- als auch Heizaufwand, weil das gekühlte Gas durchden angrenzenden heißen Bereich erwärmt und das erwärmte Gas durch den angrenzendenkalten Bereich abgekühlt wird, sodass laufend Energie eingebracht werden muss, um den durchdie genannte Wärmeübertragung verloren gegangenen Temperaturunterschied zwischen denzwei Bereichen wieder aufzubauen.

[0010] Das Dokument DE 29921016 U1 offenbart einen Heißgasmotor der eingangs genanntenArt.

[0011] Das Dokument GR 1006638 B2 offenbar einen Heißgasmotor, umfassend einen Kolben,welcher in einem mit einem Gas gefüllten Arbeitsraum eines Zylinders hin- und herbewegbar geführt ist, wobei der Kolben mit einer bewegbaren Einrichtung, bspw. einem Pleuel verbindbarist. Im Zylinder ist ein Wärmespeicher angeordnet, der von dem Gas durchströmbar ist.

[0012] Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, die oben genannten Nachteile zu ver¬meiden. Insbesondere zielt die Erfindung darauf ab, den Bereich der Wärmeübertragung zwi¬schen dem beheizbaren Bereich und dem kühlbaren Bereich so klein wie möglich zu gestalten.

[0013] Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Heißgasmotor der eingangsgenannten Art vor, dass zwischen dem zumindest einen beheizbaren Bereich und dem zumin¬dest einen kühlbaren Bereich ein Wärmespeicher angeordnet ist, der von dem Gas durchström¬bar ist und Stahlwolle beinhaltet oder aus einem Block mit einer Vielzahl von parallelen, axialenStrömungskanälen besteht.

[0014] Ein Wärmespeicher dieser Art ist also im Übergangsbereich zwischen dem beheizbarenund dem kühlbaren Bereich angeordnet. Wenn das Gas zwischen diesen Bereichen hin- undherfließt, so gelangt es durch den Wärmespeicher in den jeweils anderen Bereich. Der Wärme¬speicher ist ausgebildet, um das durchströmende Gas einer möglichst großen Oberfläche zuzu¬führen, sodass das erhitzte Gas am Weg in den kühlbaren Bereich schneller abkühlt und dasgekühlte Gas am Weg in den beheizbaren Bereich schneller erwärmt wird.

[0015] Gleichzeitig wird der Wärmespeicher erwärmt, wenn das warme Gas aus dem beheizba¬ren Bereich in den kühlbaren Bereich fließt. Diese Wärme wird anschließend an das kühle Gasaus dem kühlbaren Bereich abgegeben, wenn dieses in den beheizbaren Bereich fließt.Dadurch geht die abgegebene Wärme nicht verloren, sondern wird genutzt, um die notwendigeHeiz- bzw. Kühlleistung zu reduzieren und dadurch den Wirkungsgrad des Motors zu steigern.

[0016] Stahlwolle ist günstig in der Herstellung und weist einen geringen Luftwiderstand auf.Daher eignet sich Stahlwolle für die Verwendung innerhalb des Wärmespeichers.

[0017] Um einen guten Austausch der Gastemperatur mit dem Wärmespeicher erzielen zukönnen, ist es erforderlich, die Gasleitungen innerhalb des Wärmespeichers mit einem hohenOberfläche/Volumenverhältnis auszubilden. Hierbei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass derWärmespeicher aus einem Block mit einer Vielzahl von parallelen, axialen Strömungskanälenbesteht. Eine solche Ausbildung ist einfach zu konstruieren und zu fertigen. Andere möglicheAusbildungen sehen bspw. gewundene Gasleitungen innerhalb des Wärmespeichers vor, umdie Länge der Gasleitungen innerhalb des Wärmespeichers zu erhöhen.

[0018] Eine besonders effiziente Ausbildung sieht vor, dass das gesamte Gas beim Übergangvom kühlbaren Bereich in den beheizbaren Bereich bzw. beim Übergang vom beheizbarenBereich in den kühlbaren Bereich durch den Wärmespeicher geleitet wird. Dies wird bevorzugtdadurch erreicht, dass der Wärmespeicher ringförmig ausgebildet ist und am Innenmantel desZylinders angebracht ist, wobei der Kolben vorzugsweise im ringförmigen Wärmespeicher hin-und herbewegbar geführt ist. Dadurch wird wirkungsvoll vermieden, dass Gas am Wärmespei¬cher vorbei von einem Bereich in den anderen Bereich gelangt.

[0019] Alternativ kann der Wärmespeicher in einem anderen Bereich innerhalb des Zylindersangebracht sein. Es können auch mehrere Wärmespeicher als unabhängige Einheiten ausge¬bildet sein. Bevorzugt sind der/die Wärmespeicher am Innenmantel des Zylinders angebracht,im Rahmen der Erfindung können der/die Wärmespeicher aber auch in anderen Bereichenangeordnet sein.

[0020] Um zu gewährleiten, dass in jeder Betriebsstellung des Kolbens das gesamte Gas beimÜbergang zwischen den Bereichen durch den Wärmespeicher geleitet wird, ist bevorzugt vor¬gesehen, dass die Länge des Kolbens so gewählt ist, um in jeder möglichen Betriebsstellungden Bereich des Wärmespeichers zumindest teilweise abzudecken. Dadurch kann auch in denbeiden Totpunkten kein Gas direkt vom kühlbaren in den beheizbaren Bereich, oder vom be¬heizbaren Bereich in den kühlbaren Bereich gelangen.

[0021] Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass der Wärmespeicher im Wesentlichen aus einemkeramischen Material besteht. Technische Keramiken weisen hohe Wärmeleitfähigkeiten auf und sind daher als Material für den Wärmespeicher gut geeignet. Besonders bevorzugt sindhierbei Nichtoxidkeramiken, bspw. Siliciumnitrid, Borcarbid, Bornitrid, Siliciumcarbid oder Alumi¬niumnitrid.

[0022] Der beheizbare Bereich kann auf viele Arten beheizt werden, z.B. durch Verbrennungs¬wärme oder durch Solarenergie. Der kühlbare Bereich kann ebenso auf verschiedene Artengekühlt werden, bspw. mithilfe einer Wasserkühlung. Auch eine reine Luftkühlung, bevorzugtmithilfe von Kühlrippen, ist möglich.

[0023] Unter einem Zylinder wird im Rahmen der Erfindung allgemein ein hohler Körper ver¬standen, der für den Einsatz im Bereich der Heißgasmotoren geeignet ist. Die Form diesesZylinders kann daher bspw. zylindrisch oder quaderförmig sein, oder aber eine andere, geeig¬nete geometrische Form aufweisen.

[0024] Eine bevorzugte Ausführung sieht vor, dass der Kolben eine Leitung aufweist, die ineinem ersten Totpunkt des Kolbenhubes in die zumindest eine Öffnung mündet, um den Ar¬beitsraum bei Erreichen des ersten Totpunkts mit der zumindest einen Öffnung zu verbinden.Der ideale Zeitpunkt des Verbindens der Öffnung mit dem Arbeitsraum bzw. des Trennens derÖffnung vom Arbeitsraum ist von mehreren Faktoren abhängig. Ein wichtiger Faktor ist dieStellung des Kolbens. Daher ist es bevorzugt, den Kolben so zu gestalten, dass der Kolben dieVerbindung des Arbeitsraumes mit der Umgebung herstellt.

[0025] Für viele Anwendungen ist lediglich eine Öffnung zu wenig, um einen effizienten Aus¬gleich mit der Umgebung vorzunehmen, weil die zeitlichen Abstände zwischen den Verbindun¬gen des Arbeitsraumes mit der Umgebung sehr kurz sein können und innerhalb der entspre¬chenden Gaskanäle Druckwellen entstehen können. Diese Druckwellen können sich ungünstigauf den Durchfluss durch die Gaskanäle auswirken, falls die Zeitspanne zwischen zwei Öff¬nungsvorgängen zu kurz ist. Daher sieht eine bevorzugte Ausführung vor, dass der Zylinderzumindest zwei verschließbare Öffnungen umfasst, die den Arbeitsraum mit der Umgebungoder einer gasdichten Kammer außerhalb des Zylinders verbinden.

[0026] Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Kolben eine erste Leitung (10) und einezweite Leitung (10) aufweist, die so angeordnet sind, dass die erste Leitung (10) in einem ers¬ten Totpunkt des Kolbenhubes in eine erste (11) der zumindest zwei Öffnungen (11,12) mündet,um den Arbeitsraum (8) bei Erreichen des ersten Totpunkts mit der ersten Öffnung (11) zuverbinden, und die zweite Leitung (10) in einem zweiten Totpunkt des Kolbenhubes in einezweite (12) der zumindest zwei Öffnung (11,12) mündet, um den Arbeitsraum (8) bei Erreichendes zweiten Totpunkts mit der zweiten Öffnung (11) zu verbinden. Eine solche Ausführungerlaubt den Druckausgleich mit der Umgebung jeweils bei Erreichen des Totpunktes, also wenndie Druckverhältnisse ihre Maxima erreicht haben. Dies ist für den thermodynamischen Wir¬kungsgrad des Heißgasmotors vorteilhaft.

[0027] Für einige Anwendungen ist es vorteilhaft, zumindest eines der Ventile nicht mithilfe desKolbens zu verschließen und zu öffnen, sondern mithilfe eines anderen Betätigungsmittels. Esist daher bevorzugt vorgesehen, dass die zumindest eine Öffnung ein Ventil aufweist. DiesesVentil kann beispielsweise elektromotorisch, elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatischbetätigt werden. Besonders bevorzugt ist das Ventil ein Druckventil, welches in Abhängigkeitvon den Druckverhältnissen im Arbeitsraum öffnet bzw. schließt.

[0028] Heißgasmotoren stellen eine Bewegung bereit, die durch mit dem Heißgasmotor ver¬bundene Geräte genutzt werden kann.

[0029] Eine bevorzugte Weiterbildung sieht daher vor, dass der Kolben des Heißgasmotors miteinem Pleuel verbunden ist. Dieses Pleuel kann beispielsweise mit der Kurbelwelle eines Gene¬rators oder mit einem Linearantrieb verbunden sein.

[0030] Heißgasmotoren können mit verschiedenen Gasen betrieben werden, bspw. mit Luft,Helium oder Wasserstoff. Insbesondere bei teuren Gasen wie Helium kann es von Vorteil sein,wenn der Arbeitsraum nicht direkt mit der Umwelt in Verbindung steht, sondern mit einem abge¬ schlossenen Raum. Zum Beispiel kann das Gas in einem Behälter gelagert sein und mit einerÖffnung des Zylinders verbunden sein, um die Gaszuführung aus diesem Behälter zu ermögli¬chen. Es ist daher bevorzugt vorgesehen, dass die zumindest eine Öffnung den Arbeitsraummit einer gasdichten Kammer verbindet. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass alle Öff¬nungen des Zylinders den Arbeitsraum mit einer gasdichten Kammer verbinden. Diese Ausfüh¬rung ermöglicht die Führung des Gases in einem geschlossenen Kreislauf zwischen dem Ar¬beitsraum und einer gasdichten Kammer. Ein weiterer Vorteil einer solchen Ausbildung ist dieErmöglichung von höheren Drücken, die sich positiv auf den Wirkungsgrad des Heißgasmotorsauswirken. In diesem Fall herrscht in der gasdichten Kammer gegenüber der Umgebung einÜberdruck. Der Überdruck kann beispielsweise 5 bar oder mehr betragen.

[0031] Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die zumindest eine Öffnung des Zylinders miteinem stationären Aufladerohr verbunden ist. Ein solches Aufladerohr zeichnet sich zuerstdadurch aus, dass es eine Gassäule beinhaltet. Bei Vorliegen eines Überdrucks innerhalb desArbeitsraumes wird bei Öffnung einer Öffnung des Zylinders eine Druckwelle erzeugt, die dieseGassäule anregt und verschiebt. Aufgrund der Trägheit der Gassäule wird der Druck im Arbeits¬raum nicht nur auf Umgebungsniveau ausgeglichen, sondern kurzfristig ein Unterdrück gegen¬über der Umgebung innerhalb des Arbeitsraumes erzeugt. Wird die Öffnung des Zylinderslänger offen gehalten, so gleicht sich der Unterdrück wieder auf Umgebungsdruck aus. Durcheine speziell abgestimmte Steuerung der Öffnungen ist es möglich, die zumindest eine Öffnungdann zu schließen, wenn ein solcher Unterdrück im Arbeitsraum vorliegt. Dieser Unterdrückbewirkt eine Veränderung im Druck-Volumendiagramm des Heißgasmotors und insbesondereeine Erhöhung der Arbeitsausbeute pro Zyklus und damit verbunden eine Erhöhung des Wir¬kungsgrades. Auch bei der Ansaugung des Gases in den Arbeitsraum bei Vorliegen einesUnterdruckes kann dieses Prinzip genutzt werden. Hierbei wird die Gassäule wieder durch eineDruckwelle angeregt und erzeugt aufgrund der Trägkeit der Gassäule einen Überdruck imArbeitsraum. Wird die Öffnung zu einem geeigneten Zeitpunkt verschlossen, so befindet sichinnerhalb des Arbeitsraumes ein Überdruck, der ebenfalls die Arbeitsausbeute und damit denWirkungsgrad der Vorrichtung erhöht.

[0032] Hierbei ist es wichtig, dass das Aufladerohr, z.B. die Länge und der Durchmesser, unddie Öffnung des Zylinders mit der Steuerung des Öffnungsvorganges abgestimmt sind, um dasSchließen im richtigen Zeitpunkt, insbesondere bei Erreichen eines Maximums an Unter- bzw.Überdruck im Arbeitsraum, sicherzustellen.

[0033] Weiters ist es bei der Ansaugung des Gases in den Arbeitsraum bei Vorliegen einesUnterdruckes möglich, auch Dampf und/oder zerstäubtes Wasser einzusaugen. Dadurch kanneine Erhöhung der Dichte innerhalb des Arbeitsraumes erreicht werden, was zu einem nochhöheren Wirkungsgrad des Heißgasmotors führt. Hierbei kann die Dichte um bis zu 50% erhöhtwerden.

[0034] Besonders vorteilhaft bei einer Ausführung mit zumindest zwei Öffnungen ist es, wennalle Öffnungen mit einem Aufladerohr verbunden sind. Es ist daher bevorzugt vorgesehen, dassdie zumindest zwei Öffnungen mit jeweils einem stationären Aufladerohr verbunden sind.

[0035] Weiters ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass sich das offene Ende des zumindesteinen Aufladerohrs in einer gasdichten Kammer, z.B. in einem gasdichten Kurbelkasten, befin¬det.

[0036] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass zumindest eines der Auflade¬rohre gekrümmt ist. Dadurch kann eine Platzersparnis innerhalb der Vorrichtung erzielt werden,ohne die Länge des Aufladerohres zu verringern.

[0037] Zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe schlägt die Erfindung weitersein Verfahren der eingangs genannten Art vor, wobei das Gas am Übergang zwischen demersten Bereich und dem zweiten Bereich durch einen Wärmespeicher geführt wird.

[0038] Eine bevorzugte Weiterbildung dieses Verfahrens sieht vor, dass ein Teil des Gasesnach dem Erwärmen an die Umgebung abgegeben wird und nach dem Abkühlen Gas aus der

Umgebung in den Zylinder gesaugt wird. Dies ermöglicht den schnellen Druckausgleich mit derUmgebung.

[0039] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfüh¬rungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigen [0040] Fig. 1 einen schematischen Schnitt des erfindungsgemäßen Heißgasmotors in einer ersten Ausführungsform in einer ersten Betriebsposition, [0041] Fig. 2 einen schematischen Schnitt des Heißgasmotors gemäß Fig. 1 in einer zweiten

Betriebsposition, [0042] Fig. 3 einen schematischen Schnitt des erfindungsgemäßen Heißgasmotors in einer zweiten Ausführungsform und [0043] Fig. 4 ein Druck- Volumendiagramm einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungs¬ gemäßen Heißgasmotors.

[0044] In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Heißgasmotor dargestellt. Ein Zylinder 1 umfassteinen beheizbaren Bereich 2, einen kühlbaren Bereich 3 und einen dritten Bereich 4. In dieserAusführungsform ist der dritte Bereich 4 weder beheizbar noch kühlbar. Innerhalb des Zylinders1 wird ein Kolben 5 in Richtung des Doppelpfeils 22 zwischen dem beheizbaren Bereich 2 unddem kühlbaren Bereich 3 hin- und herbewegbar geführt. Der Kolben 5 umfasst ein vorderesElement 6 und ein hinteres Element 7. Der Zylinder 1 bildet zusammen mit dem Kolben 1 einenArbeitsraum 8 aus, welcher sowohl im beheizbaren Bereich 2 als auch im kühlbaren Bereich 3des Zylinders 1 liegt. Der beheizbare Bereich 2 und der kühlbare Bereich 3 des Zylinders 1stehen über einen Wärmespeicher 9 in Verbindung miteinander. Das hintere Element 7 desKolbens 5 weist zwei Leitungen 10 auf, die den Arbeitsraum 8 in Abhängigkeit von der Kolben¬stellung mit jeweils einer Öffnung 11, 12 des Zylinders 1 verbinden. Mit 23 wird weiters dieUmgebung außerhalb des Heißgasmotors bezeichnet.

[0045] In der bevorzugten Ausführung gemäß Fig. 1 sind die Öffnungen 11, 12 mit jeweilseinem Aufladerohr 13, 14 fest verbunden. Die in Fig. 1 dargestellten Aufladerohre 13, 14 sindim Wesentlichen gerade ausgebildet und weisen lediglich einen Knick auf. Der Kolben 5 ist indieser bevorzugten Ausbildung mit einem Pleuel 15 verbunden.

[0046] In der in Fig. 1 dargestellten Betriebsstellung befindet sich der Kolben 5 im rechtenTotpunkt. Im Arbeitsraum 8 herrscht bis zum Erreichen des Totpunktes ein Unterdrück gegen¬über der Umgebung 23. Der Arbeitsraum ist über die Leitung 10, die Öffnung 12 und das Aufla¬derohr 14 mit der Umgebung 23 verbunden. Dadurch wird Luft in den Arbeitsraum 8 gesaugtund der Druck im Arbeitsraum 8 dem Umgebungsdruck angeglichen. Durch die Trägheit derGassäule in dem Aufladerohr 14 gelangt etwas mehr Luft in den Arbeitsraum 8, als für einenDruckausgleich notwendig wäre und dadurch entsteht ein Überdruck im Arbeitsraum. Anschlie¬ßend wird die Öffnung 12 durch Bewegung des Kolbens 5 so geschlossen, dass ein Überdruckim Arbeitsraum herrscht. Anschließend erwärmt sich das Gas im beheizbaren Bereich desZylinders 1 und dehnt sich dadurch aus, sodass der Überdruck verstärkt wird. Dieser Überdruckbewegt den Kolben 5 nach links, in Richtung des anderen Totpunktes. Durch die Bewegung desKolbens 5 wird das Gas vom kühlbaren Bereich 3 in den beheizbaren Bereich 2 durch denWärmespeicher 9 geführt und dadurch schneller erwärmt.

[0047] In Fig. 2 wird nunmehr die Betriebsstellung des Kolbens 5 im linken Totpunkt dargestellt,wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile wie in Fig. 1 bezeichnen. Im Arbeitsraum 8 herrschtein Überdruck, welcher den Kolben 5 nach links gedrückt hat. Nunmehr ist der Arbeitsraum 8über die Leitung 10, die Öffnung 11 und das Aufladerohr 13 mit der Umgebung 23 verbunden,sodass Gas aufgrund des Überdruckes aus dem Arbeitsraum 8 ausströmt. Durch die Trägheitder Gassäule im Aufladerohr 13 wird mehr Luft aus dem Arbeitsraum 8 herausgedrückt als füreinen Druckausgleich notwendig wäre und die Öffnung 11 wird geschlossen, wenn ein Unter¬drück im Arbeitsraum vorliegt. Der Kolben 5 wird nach rechts gedrückt, wobei der Unterdrück imArbeitsraum 8 diese Bewegung unterstützt. Durch die Bewegung des Kolbens 5 wird Gas aus dem beheizbaren Bereich 2 des Zylinders 1 in den kühlbaren Bereich 3 durch den Wärmespei¬cher 9 geführt und gibt im Wärmespeicher 9 Wärme ab. Das Gas im kühlbaren Bereich 3 wirdgekühlt und damit der Unterdrück im Arbeitsraum 8 erhöht, bis der Kolben 5 wieder im rechtenTotpunkt, welcher in Fig. 1 dargestellt ist, angelangt ist.

[0048] Der Wärmespeicher 9 ist also ausgebildet, um die Wärme des Gases bei Abfluss ausdem beheizbaren Bereich 2 aufzunehmen, um dieses abzukühlen, und diese Wärme an dasGas bei Abfluss aus dem kühlbaren Bereich 3 an das Gas abzugeben. Dadurch wird der Über¬gangsbereich zwischen dem kühlbaren und dem beheizbaren Bereich verkleinert und der Auf¬wand der Erwärmung bzw. Kühlung wird reduziert. Dadurch kann der Wirkungsgrad des Hei߬gasmotors erhöht werden.

[0049] Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, wobei gleiche Bezugszeichengleiche Teile wie in Fig. 1 bezeichnen. Diese unterscheidet sich von der ersten Ausführungs¬form einerseits durch die Form der Aufladerohre 16, 17, welche in dieser Ausführungsformgekrümmt sind. Weiters sind die Aufladerohre mit einer gasdichten Kammer 18 verbunden.Dadurch ist ein Kreislauf gebildet, der den Arbeitsraum 8 und die gasdichte Kammer 18 sowiedie zwischen diesen Elementen angeordneten Verbindungen umfasst. Der Arbeitsraum 8 stehtalso in dieser Ausbildung nie in Verbindung mit der Umgebung 23.

[0050] Fig. 4 zeigt das Druck-Volumendiagramm des erfindungsgemäßen Heißgasmotors,verglichen mit dem idealen thermodynamischen Prozess eines Manson-Motors gemäß demStand der Technik. Hierbei wird die Wirkung der Aufladerohre 13, 14 ersichtlich. Mit 19 ist dieArbeit, die von dem idealen Manson-Motor bereitgestellt wird, bezeichnet. Durch die Auflade¬rohre 13, 14 wird diese Arbeit dadurch vergrößert, dass der Kolbenhub jeweils nicht bei Umge¬bungsdruck, sondern bei Über- bzw. Unterdrück beginnt, wodurch verglichen mit dem Manson-prozess 19 gemäß dem Stand der Technik mehr Arbeit bereitgestellt werden kann. Diese bei¬den zusätzlichen Bereiche sind mit 20 und 21 bezeichnet.

Claims (16)

1. Patentansprüche 1. Heißgasmotor, umfassend einen Kolben, welcher in einem mit einem Gas gefüllten Arbeits¬raum eines Zylinder hin- und herbewegbar geführt ist, wobei der Zylinder zumindest einenbeheizbaren Bereich und zumindest einen kühlbaren Bereich aufweist, und der Zylinderzumindest eine verschließbare Öffnung umfasst, die den Arbeitsraum mit der Umgebungoder einer gasdichten Kammer außerhalb des Zylinders verbindet, wobei der Kolben miteiner bewegbaren Einrichtung, bspw. einem Pleuel, verbindbar ist, dadurch gekenn¬zeichnet, dass zwischen dem zumindest einen beheizbaren Bereich (2) und dem zumin¬dest einen kühlbaren Bereich (3) ein Wärmespeicher (9) angeordnet ist, der von dem Gasdurchströmbar ist und Stahlwolle beinhaltet oder aus einem Block mit einer Vielzahl vonparallelen, axialen Strömungskanälen besteht.
2. 2. Heißgasmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (9)ringförmig ausgebildet ist und am Innenmantel des Zylinders (1) angebracht ist, wobei derKolben (5) vorzugsweise im ringförmigen Wärmespeicher (9) hin- und herbewegbar geführtist.
3. 3. Heißgasmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge desKolbens (5) so gewählt ist, um in jeder möglichen Betriebsstellung den Bereich des Wär¬mespeichers (9) zumindest teilweise abzudecken.
4. 4. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass derWärmespeicher (9) im Wesentlichen aus einem keramischen Material besteht.
5. 5. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass derKolben (5) eine Leitung (10) aufweist, die in einem ersten Totpunkt des Kolbenhubes in diezumindest eine Öffnung (11,12) mündet, um den Arbeitsraum (8) bei Erreichen des erstenTotpunkts mit der zumindest einen Öffnung (11,12) zu verbinden.
6. 6. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass derZylinder (1) zumindest zwei verschließbare Öffnungen (11,12) umfasst, die den Arbeits¬raum (8) mit der Umgebung (23) oder einer gasdichten Kammer (18) außerhalb des Zylin¬ders (1) verbinden.
7. 7. Heißgasmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5) eine ersteLeitung (10) und eine zweite Leitung (10) aufweist, die so angeordnet sind, dass die ersteLeitung (10) in einem ersten Totpunkt des Kolbenhubes in eine erste (11) der zumindestzwei Öffnungen (11,12) mündet, um den Arbeitsraum (8) bei Erreichen des ersten Tot¬punkts mit der ersten Öffnung (11) zu verbinden, und die zweite Leitung (10) in einemzweiten Totpunkt des Kolbenhubes in eine zweite (12) der zumindest zwei Öffnungen (11,12) mündet, um den Arbeitsraum (8) bei Erreichen des zweiten Totpunkts mit der zweitenÖffnung (11) zu verbinden.
8. 8. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass diezumindest eine Öffnung (11,12) ein Ventil aufweist.
9. 9. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass derKolben (5) mit einem Pleuel (15) verbunden ist.
10. 10. Heißgasmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass alle Öffnungen (11,12)des Zylinders (1) den Arbeitsraum (8) mit einer gasdichten Kammer (18) verbinden.
11. 11. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass diezumindest eine Öffnung (10,12) des Zylinders (1) mit einem stationären Aufladerohr(16,17) verbunden ist.
12. 12. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass diezumindest zwei Öffnungen (11,12) mit jeweils einem stationären Aufladerohr (16,17) ver¬bunden sind.
13. 13. Heißgasmotor nach der Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich dasoffene Ende des zumindest einen Aufladerohrs (16,17) in einer gasdichten Kammer (18),z.B. in einem gasdichten Kurbelkasten, befindet.
14. 14. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dasszumindest eines der Aufladerohre (16,17) gekrümmt ist.
15. 15. Verfahren zum Bereitstellen einer Bewegung, bei dem ein erster Bereich eines Zylindersvon außen erwärmt wird, sodass sich ein im Zylinder befindliches Gas erwärmt und einenÜberdruck erzeugt, der einen im Zylinder befindlichen Kolben in eine erste Richtung be¬wegt, und ein zweiter Bereich des Zylinders von außen gekühlt wird, sodass sich das imZylinder befindliche Gas abkühlt und einen Unterdrück erzeugt, wobei der Kolben in einezweite Richtung, entgegengesetzt zur ersten Richtung, bewegt wird, dadurch gekenn¬zeichnet, dass das Gas am Übergang zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Be¬reich durch einen Wärmespeicher (9) geführt wird, wobei der Wärmespeicher (9) Stahlwol¬le beinhaltet oder aus einem Block mit einer Vielzahl von parallelen, axialen Strömungska¬nälen besteht.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Gases nachdem Erwärmen an die Umgebung abgegeben wird und nach dem Abkühlen Gas aus derUmgebung in den Zylinder (1) gesaugt wird. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen