Heissgasmotor. Es wurde bereits vorgeschlagen, Heiss gasmotoren mit geschlossenem Kreislauf mit einem Erhitzer, einem Regenerator und einem Kühler zu versehen, die in dieser und in. umgekehrter Reihenfolge vom Gas durch flossen werden,.
Unter "Erhitzer" und "Kühler" sind da bei Organe zu verstehen, die zum Austausch von Wärme mit dem gasförmigen Medium dienen, indem letzteres Oberflächen der Or gane bestreicht, die auf das Medium eine er hitzende bezw. kühlende Wirkung ausüben, und wobei die Wärme von aussen her zuge führt bezw. nach aussen hin abgeführt wird.
Bei diesen bekannten Heissgasmotoren sind zwei oder mehr als zwei der genannten Elemente, Erhitzer, Regenerator und Kühler, baulich, auf verschiedene Weise miteinander in Verbindung gebracht. So ist es bekannt, diese Elemente als gesonderte Einheiten aus zubilden und durch Kanäle miteinander zu verbinden. Sind diese Verbindungskanäle eng, so stösst das Medium auf einen grossen Strömungswiderstand.
Es sind auch Heissgasmotoren bekannt, hei denen der Regenerator den Raum, in dein sich der Verdränger bewegt, zylindrisch um fasst und mit einer ringförmigen Endfläche an den Raum grenzt, worin das Gut erhitzt wird.
Zwar werden hiermit zum 'Teil Verbin dungskanäle überflüssig gemacht, aber der Durchgangsquerschnitt für das Gas ist sehr beschränkt, wenn man nicht einen übermässig grossen Aussendurchmesser für den Regener a- tor wählt.
Gemäss der Erfindung ist die Anordnung so getroffen, dass von den drei Elementen: Erhitzer, Regenerator und Kühler, wenig stens zwei einander koaxial umhüllen und das Gas in radialem .Sinne ineinander über treten lassen. Das Gas kann infolgedessen über die ganze Mantelfläche radial von einem Element zum andern strömen, so dass die Durchtrittsfläche auch bei einem relativ ge ringen Aussendurchmesser des Motorzylinders relativ gross gehalten werden kann und zwi schen den beiden Elementen praktisch kein schädlicher Raum vorhanden zu sein braucht.
In der beiliegenden Zeichhung sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen standes im Axialschnitt dargestellt.
In Fig. 1 ist 10 der Zylinder des Heiss gasmotors. Der Zylinderraum ist in den hei ssen Raum 11 und den kalten Raum 12 un terteilt. Diese Räume sind durch den Ver- dräng-er 13, der im engen Teil des Zylinders 10 geführt wird, voneinander getrennt. Der heisse Raum 11 steht mit. dem am Kopf des Zylinders angeordneten Erhitzer 14 in Ver bindung. Dieser Erhitzer besteht aus einer zylindrischen, harmonikaförmig gewellten Platte aus einem hitzebeständigen und trotz dem gut wärmeleitenden Material, z. B. Alu miniumbronze.
Auf der Innenseite des Erhit- zers befindet sich die Verbrennungskammer 7.7, in der mittels eines Brenners 18 ein Gas gemisch verbrannt wird. Die heissen Ver- brennungsgase streichen der innern Wandung des Erhitzers entlang in der Richtung der eingezeichneten Pfeile und verlassen den Motor durch die Öffnungen 16 in der Aussen hülle. Diese Öffnungen 16 korrespondieren nur mit jenen Rillen (innere Rillen) des Er- hitzers, die gegen die Verbrennungskammer <B>17</B> hin offen sind.
Der Zylinderraum ist durch einen Satz von Öffnungen 15 im Zylinderkopf mit den äussern Rillen des Erhitzers verbunden, das Gas nimmt also durch die Wand des Erhi t- zers 14 hindurch die Wärme aus den Ver brennungsgasen auf.
Das erhitzte Gas strömt in Richtung der eingezeichneten Pfeile aus den, nach aussen offenen Rillen des Erhitzers 14 zu dem un- inittelbar angrenzenden, den Erhitzer koaxial cimhüllenden Regenerator 19.
Dieser Regene- rator besteht aus einer zylindrischen Spule aus dünnem Draht mit vielen Zwischenräu- inen. Da diese aufgewickelte Regenerator- spule den Erhitzer 14 unmittelbar umgibt, entsteht ein reichlicher Ein- und Austritts querschnitt für den Regenerator. Ausserdem dient der Regenerator 19 als Wärmeisolator des Erhitzers 14,
da die Strahlungswärme dieses Erhitzers vom Regenerator aufgefan gen und somit wiederum dem zu erhitzenden Gas zugeführt wird.
Die aus dem Regenerator kommenden und mithin bereits abgekühlten Gase strömen durch den zylindrischen Kanal 21 zwischen dem Zylinder 10 und der äussern Hülle 20 zum Kühler 22. Der heisse Raum 11 des Zy linders 10 ist an der Stelle des Kanals 21 von einer Isolierstoffschicht 28 umgeben, welche die Abkühlung des heissen Raumes verhindert. Der Kühler 22 ist vom gleichen <B>T</B>yp wie der oben beschriebene Erhitzer 14. Die nach aussen hin offenen Rillen stehen durch Öffnungen 24 im Aussenmantel 23 mit der Aussenluft in Verbindung.
Das Gas strömt durch die nach einwärts offenen Ril len des Kühlers und kann durch Öffnungen 25 im Zylindermantel 10 und korrespondie rende Pforten 26 im Verdränger 13 in den kalten Raum 12 oberhalb des Arbeitskolbens 27 gelangen. Die Wärmeabfuhr im Kühler 22 erfolgt entweder durch unmittelbare Wärmeabgabe an die Aussenluft oder, wenn der natürliche Zug hierzu ungenügend ist, mittels eines Luftstromes, der durch die äussern Rillen des Kühlers geht und von be kannten, nicht dargestellten Mitteln hervor gerufen wird.
In Fig. 2 ist ein Heissgasmotor darge stellt, bei dem sowohl der Erhitzer als auch der Kühler koaxial um den Raum, worin sich der Verdränger bewegt, herum angeordnet sind und beide von einem Regenerator um geben sind. Der Erhitzer 34 und der Kühler 39 bestehen hier aus einem Rohrsystem, das von einem flüssigen Metall oder einer flüs sigen Metallegierung bezw. von einer Kühl flüssigkeit durchflossen wird.
Der Erhitzer 34 umgibt koaxial den hei ssen Raum 31, so dass die Wärmeausstrahlung dieses Raumes. in radialer Richtung verhin dert wird. Die Ausstrahlung in axialer Rich tung wird von einem Zylinderkopf 45 auf gefangen, der von einer Isolierstoffachicht und einer den grössten Teil der auf den Zylinderkopf ausgeübten Kräfte aufneh menden Hülle 41 umgeben ist. Zwischen dieser Hülle und der Zylinderwand herrscht der mittlere Druck des Kreisprozesses, so dass die auf den Zylinder selbst aus geübten Kräfte nur infolge des Druck wechsels während des Kreisvorganges ent stehen.
Der mittlere Druck zwischen dem Zy linder und der Hülle wird dadurch erhalten, dass durch eine.kapillare Öffnung 46 im<B>Zy-</B> linderkopf Gas fliesst.
Die Wärmeausstrahlung des Erhitzers 34 wird vom Regenerator 35 aufgefangen, der unmittelbar an den Erhitzer grenzt und letz.- \ teren koaxial umgibt. Die Zylinderwand 36 wird also nicht der im heissen Raum 31 herr schenden hohen Temperatur ausgesetzt. Bei der Bewegung des Gases aus dem heissen Raum 31 durchströmt dieses Gas zunächr-t den Erhitzer 34 und dann den Regenerator 35.
Sowohl an den Regenerator 35 wie au den heissen Raum 31 grenzt der Erhitzer 34 mit einer grossen 1Vlantelfläche, so dass den in radialem Sinne durchgehenden Gasen ein grosser Durchgangsquerschnitt geboten wird. Ein zweiter Regenerator 3$ umschliesst ko- iixial den Kühler 39.
Da der Erhitzer und der Kühler den Wärmeinhalt einer gleichen Gewichtsmenge Gas ändern müssen, ist es z@veckmässig, die kühlende und die erhitzende Oberfläche gleich und daher die Abmessun gen des Kühlers und des Erhitzers gleich zu machen. Nach Fig.2 sind auch die beiden Regeneratoren gleich bemessen, und @es . ist dementsprechend der Zylinderdurchmesser iiber dem heissen und dem kalten Raum gleich, was einen einfachen konstruktiven Aufbau des Motors zur Folge hat.
Das aus dem Regenerator 35 herkom- inende Gas strömt zwischen Regenerator und Zylinderwand 36 und 40 hindurch zum Re generator 38 und von dort durch den Kühler 3;) zum kalten Raum 3,2. Regenerator 3,8 und Kühler 39 sind baulich auf gleiche Weise angeordnet wie Regenerator 35 und Erhitzer 34, so dass, was Durchströmungs- querschnitte der Gase betrifft, hier dieselben jTorteile gelten. Die Zylinderwand 36 umgibt den heissen Raum, die Zylinderwand 40 hin gegen den kalten Raum.
Um Wärmeverluste durch Leitung in der Wand zu verhindern, sind diese Teile durch eine Isolierstoffschicht '7 voneinander getrennt.
Die Führung des Verdrängers <B>33</B> erfolgt ausser im kalten Teil 44 des Zylinders auch noch in einem ringförmigen Teil 47 der Zy linderwand 40. Diese ringförmige Führung 4 7 dient ausserdem als Abdichtung zwischen dem heissen und dem kalten Raum des Zy- 1 i nders: In Fig. 3 ist eine Ausführungsform dar gestellt, die derjenigen nach Fig.2 ähnlich ist.
Bei dieser Bauart sind Erhitzer 53, Re generator 54 und Kühler 55 koaxial zueinan der sowie zum Raum 50, worin sich der Ver- dränger bewegt, angeordnet. Der Erhitzer 53 grenzt unmittelbar an den heissen Raum. Da;, Gas strömt vom heissen Raum über den gan zen Umfang in den Erhitzer 53. Von diesem Erhitzer strömt das Gas - radial nach aussen zum Regenerator 54 und dann auf gleiche Weise zum Kühler 55. Die Aussenwand 56 des Zylinders kommt also ausschliesslich mit gekühlten Gasen in Berührung, so dass sich eine besondere Wärmeisolierung erübrigt..
Die Wärmeausstrahlung des Erhitzers und des heissen Raumes wird vom Regenerator aufgefangen, der hier gleichzeitig als Isola tor dient. Der Zylinderkopf ist mit einer Kappe 57 versehen, welche den grössten Teil der auf den Zylinderkopf wirkenden Kraft aufnimmt, während der Raum zwischen Zy linderkopf und dieser Kappe zur Wärmeiso lierung dient.
Vom Kühler 55 wird das Gas durch Ka näle 59 in der Wandung des Zylinders 58 in den kalten Raum 51 geführt. Der heisse und der kalte Raum sind durch den Verdränger 52 voneinander getrennt, dessen Führung und Abdichtung im Zylinder 58 erfolgen.
Hot gas engine. It has already been proposed to provide hot gas engines with a closed circuit with a heater, a regenerator and a cooler, through which the gas flows in this and in the reverse order.
Under "heater" and "cooler" are to be understood as organs that are used to exchange heat with the gaseous medium by the latter surfaces of the organs coated, which bezh on the medium he heats. have a cooling effect, and the heat from the outside leads respectively. is discharged to the outside.
In these known hot gas engines, two or more than two of the elements mentioned, heater, regenerator and cooler, are structurally connected to one another in different ways. It is known to form these elements as separate units and to connect them to one another through channels. If these connecting channels are narrow, the medium encounters a great flow resistance.
There are also hot gas engines known, in which the regenerator the space in which the displacer moves, cylindrical summarizes and borders with an annular end surface on the space in which the material is heated.
In this way, connection channels are in part made superfluous, but the passage cross-section for the gas is very limited unless an excessively large outside diameter is chosen for the regenerator.
According to the invention, the arrangement is such that of the three elements: heater, regenerator and cooler, at least two coaxially surround each other and allow the gas to pass into each other in a radial sense. As a result, the gas can flow radially from one element to the other over the entire surface area, so that the passage area can be kept relatively large even with a relatively small outer diameter of the engine cylinder and there is practically no harmful space between the two elements.
In the accompanying drawing, some embodiments of the subject invention are shown in axial section.
In Fig. 1, 10 is the cylinder of the hot gas engine. The cylinder space is divided into the hot space 11 and the cold space 12. These spaces are separated from one another by the displacer 13, which is guided in the narrow part of the cylinder 10. The hot room 11 stands with. the arranged at the head of the cylinder heater 14 in Ver connection. This heater consists of a cylindrical, harmonica-shaped corrugated plate made of a heat-resistant and, despite the good heat-conducting material, e.g. B. aluminum bronze.
On the inside of the heater is the combustion chamber 7.7, in which a gas mixture is burned by means of a burner 18. The hot combustion gases sweep along the inner wall of the heater in the direction of the arrows and leave the engine through the openings 16 in the outer shell. These openings 16 correspond only to those grooves (inner grooves) of the heater which are open towards the combustion chamber 17.
The cylinder space is connected to the outer grooves of the heater through a set of openings 15 in the cylinder head, so the gas absorbs the heat from the combustion gases through the wall of the heater 14.
The heated gas flows in the direction of the arrows drawn from the outwardly open grooves of the heater 14 to the directly adjacent regenerator 19, which coaxially encases the heater.
This regenerator consists of a cylindrical coil made of thin wire with many gaps. Since this wound-up regenerator coil directly surrounds the heater 14, there is an ample inlet and outlet cross-section for the regenerator. In addition, the regenerator 19 serves as a heat insulator for the heater 14,
because the radiant heat from this heater is captured by the regenerator and thus fed back to the gas to be heated.
The gases coming from the regenerator and therefore already cooled flow through the cylindrical channel 21 between the cylinder 10 and the outer shell 20 to the cooler 22. The hot space 11 of the cylinder 10 is surrounded by a layer of insulating material 28 at the location of the channel 21, which prevents the hot room from cooling down. The cooler 22 is of the same type as the heater 14 described above. The outwardly open grooves are in communication with the outside air through openings 24 in the outer jacket 23.
The gas flows through the inwardly open grooves of the cooler and can pass through openings 25 in the cylinder jacket 10 and corresponding ports 26 in the displacer 13 into the cold space 12 above the working piston 27. The heat dissipation in the cooler 22 takes place either by direct heat dissipation to the outside air or, if the natural draft is insufficient for this, by means of an air flow that goes through the outer grooves of the cooler and is caused by known means, not shown.
In Fig. 2, a hot gas engine is Darge presents, in which both the heater and the cooler are arranged coaxially around the space in which the displacer moves and both are given by a regenerator. The heater 34 and the cooler 39 here consist of a pipe system that BEZW of a liquid metal or a liq denominated metal alloy. is traversed by a cooling liquid.
The heater 34 surrounds the hot space 31 coaxially, so that the heat radiation of this space. is prevented in the radial direction. The radiation in the axial direction is caught by a cylinder head 45 which is surrounded by a layer of insulating material and a shell 41 which absorbs most of the forces exerted on the cylinder head. The mean pressure of the cycle prevails between this shell and the cylinder wall, so that the forces exerted on the cylinder itself only arise as a result of the pressure change during the cycle.
The mean pressure between the cylinder and the casing is obtained in that gas flows through a capillary opening 46 in the cylinder head.
The heat radiation from the heater 34 is collected by the regenerator 35, which is directly adjacent to the heater and surrounds the latter coaxially. The cylinder wall 36 is therefore not exposed to the high temperature prevailing in the hot room 31. When the gas moves out of the hot space 31, this gas first flows through the heater 34 and then the regenerator 35.
The heater 34 adjoins both the regenerator 35 and the hot space 31 with a large surface area, so that the gases passing through in the radial sense are provided with a large passage cross-section. A second regenerator 3 co-axially surrounds the cooler 39.
Since the heater and the cooler have to change the heat content of the same amount of gas by weight, it is essential to make the cooling and heating surfaces the same and therefore to make the dimensions of the cooler and the heater the same. According to Figure 2, the two regenerators are dimensioned the same, and @es. Accordingly, the cylinder diameter is the same over the hot and cold room, which results in a simple structural design of the engine.
The gas coming from the regenerator 35 flows between the regenerator and cylinder wall 36 and 40 through to the regenerator 38 and from there through the cooler 3;) to the cold space 3, 2. Regenerator 3, 8 and cooler 39 are structurally arranged in the same way as regenerator 35 and heater 34, so that the same gate parts apply here with regard to flow cross-sections of the gases. The cylinder wall 36 surrounds the hot space, the cylinder wall 40 towards the cold space.
In order to prevent heat loss through conduction in the wall, these parts are separated from one another by a layer of insulating material.
The displacer <B> 33 </B> is guided not only in the cold part 44 of the cylinder but also in an annular part 47 of the cylinder wall 40. This annular guide 4 7 also serves as a seal between the hot and the cold space of the Zy - 1 i nders: In Fig. 3 an embodiment is provided which is similar to that of Fig.2.
In this design, heater 53, Re generator 54 and cooler 55 are arranged coaxially to one another and to space 50 in which the displacer moves. The heater 53 is directly adjacent to the hot room. Since, gas flows from the hot room over the entire circumference into the heater 53. From this heater the gas flows - radially outward to the regenerator 54 and then in the same way to the cooler 55. The outer wall 56 of the cylinder comes exclusively with cooled Gases in contact, so that special thermal insulation is not necessary.
The heat radiation from the heater and the hot room is absorbed by the regenerator, which also serves as an isolator here. The cylinder head is provided with a cap 57, which absorbs most of the force acting on the cylinder head, while the space between the cylinder head and this cap is used for heat insulation.
From the cooler 55, the gas is passed through channels 59 in the wall of the cylinder 58 into the cold space 51. The hot and cold spaces are separated from one another by the displacer 52, which is guided and sealed in the cylinder 58.