Kolbengasmaschine mit mindestens zwei Kreisprozessen. Die Erfindung bezieht. sich auf eine Kol- bengasmaschine mit mindestens zwei Kreis prozessen, die für jeden Kreisprozess mit einem Wä.rmeaustauscher für das Arbeits mittel der Maschine versehen ist, der aus min destens einem einerseits in einen Zylinder raum und anderseits in einen Regenerator- raum mündenden, selbst ausserhalb des Zylin ders der Maschine liegenden Element. besteht.
Die bisher bekannten Heissgaskolben- masehin.en haben. im allgemeinen für jeden zu einem bestimmten: Kreisprozess gehörenden Erhitzer einen gesonderten Brenner.
Wenn sieh in der 2vIasehine zwei oder mehr Kreis prozesse vollziehen, sind bei den bisher be kannten Bauarten auch zwei oder mehr Bren ner vorhanden, während bei Ausbildung der Erhitzer als Rohrerhitzer jeder Erhitzer einen eigenen Raum für die Verbrennungsgase be grenzt, so dass jede Gruppe von Erhitzerröhren eine eigene, gesonderte Wand bildet, der ka lorische Energie zugeführt. wird.
Bei diesen Bauarten. wird im allgemeinen, die Menge kaloriseher Energie, die von jedem Röhren bündel aufgenommen und dem zu einem be stimmten Kreisprozess gehörenden Arbeits mittel ü'bert'ragen wird, nicht gleich sein.
Infolge dieser Ungleichheit. der übertragenen Menfre kalorischer Energie, ist auch die Ar beit,, die von dem zu einem bestimmten Kreis prozess gehörenden Arbeitsmittel in der Ma schine verrichtet. wird, nicht gleich der Arbeit, die von einem zu einem andern Kreisprozess gehörenden Arbeitsmittel verriehtet wird. Dies beeinträchtigt dieWirkinmg der Maschine.
Zweck der Erfindung ist, eine Bauart zu schaffen, bei welcher diese Nachteile weit gehend behoben sind.
Die Erfindung ist sowohl bei Heissgas kolbenmaschinen als auch bei Kühlmaschinen verwendbar, die nach dem umgekehrten Heiss gasmotorprinzip arbeiten, in welchem Falle der Wärmeaustauscher nicht als Erhitzer, sondern als Organ zur Wärmeabgabe an das Arbeitsmedium benutzt wird.
Gemäss der Erfindung bilden die Ele mente aller Wärmeaustauscher gemeinsam eine Wand zum Austauschen kalorischer Energie, wobei die von den verschiedenen Kreisprozessen beanspruchten Teile der Wand ober fläche einander wenigstens annähernd gleich sind. ' Die Querschnitte der Elemente können verschiedene Formen haben; sie sind vorzugs weise rund, können aber auch eckig oder oval sein.
Die beiliegende Zeichnung stellt schema tisch einige beispielsweise Ausführungsformen von erfindungsgemässen Kolbengasmaschinen dar, die als Heissgaskol'benmotoren ausgebildet sind.
Fig.1 ist. eine Draufsicht auf einen Er hitzer eines Heissgaskolbenmotors.
Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie II-II in Fig.1. Fig. 3 ist eine Draufsicht auf einen Heiss gaskolbenmotor mit einer andern Art eines Erhitzers.
Fig. 4 ist. ein Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 ist. eine Draufsicht eines Motors mit einer dritten Art von Erhitzer.
Fig. 6 ist ein Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 5.
Der Heissgaskolbenmotor nach Fig. 1 ist ein mit beidseitig Arbeitsräume verschiedener Prozesse beeinflussenden Kolben versehener :Motor mit vier Kreisprozessen und ist mit vier Arbeitszylindern 1, 2, 3 bzw. 4 versehen. Der Regenerator und Kühler, die zu einem bestimmten Kreisprozess gehören, sind in je einem gemeinsamen Raum 5, -6, 7 bzw. 8 untergebracht.
Sowohl die vier Arbeitszylinder als auch die Räume für die Kühler und Rege neratoren liegen in einem Kranz. Im Raum 5 nach Fig. 2 liegt der Regenerator 9 und ein Kühler 10. In den andern Räumen 6, 7 und 8 liegen gleichfalls je ein Regenerator und ein Kühler, die in der Figur nicht dargestellt. sind. In den Arbeitszylindern sind die Kolben auf und ab beweglich angeordnet.
Der Raum 12 oberhalb des Kolbens 11 im Arbeitszylinder 1 ist der warme Raum des einen Kreisprozesses. An diesen warmen Raum schliesst sich ein Kanal 13, und an den Raum 5 für den Regenerator und Kühler ein an derer Kanal 14 an. Beide Kanäle 13 und 14 stehen durch eine Anzahl parallel geschal teter Erhitzerröhren 1'5 miteinander in Ver bindung.
Wie in Fig. 1 dargestellt" steht der Ar beitszylinder 2 durch den Kanal 16, die Erhit- zerröhren 1'7 und den Kanal 18 mit dem Raum 6 .in Verbindung. Der Arbeitszylinder 3 ist durch den Kanal 19, die Erhitzerröhren 20 und. :den Kanal 21 mit dem Raum 7 in Verbindung; der Arbeitszylinder 4 durch den Kanal 2 2, die Erhitzerröhren 23 -und den Ka nal 24 mit. dem Raum B.
Der Raum 5 ist ferner durch den Kanal 25 mit dem Raum unterhalb des Kolbens im Arbeitszylinder 2 in Verbindung. Auf entsprechende Weise sind die Räiune für die Regeneratoren und Kühler 6, 7 bzw. 8 mit, den zugehörigen Räumen unterhalb der Kolben in den Arbeitszylindern 3, 4 bzw. 1 in Verbindung. Die Räume ober halb der Kolben, die mit. konstantem Phasen unterschied auf- und abwärts bewegt werden, sind die warmen Räume des Motors und die Räume unterhalb der Kolben die kalten Räume.
Die Anordnung ist im übrigen der art., dass jede Gruppe der Erhitzerröhren aus einer Anzahl parallel geschalteter, zu einem grossen Teil quer zu den Achsen der Arbeits zylinder liegender Rohre besteht, wobei die eine Reihe von Rohrenden mit einem Arbeits zylinder und die andere Reihe von Enden mit einem Raum für den Regenerator in. Verbin dung steht, wobei die Röhrengruppe eines Wärmeaustauschers eines bestimmten Kreis prozesses an beiden Enden, je an einen für alle Rohre der Gruppe gemeinsamen Kanal angeschlossen ist, wobei der eine dieser zwei Kanäle in dem warmen. Raum und der andere in den Regeneratorraum mündet.
Die Erhit- zerröhrenbündel bilden gemeinsam eine Wand, der kalorische Energie durch die Verbren nungsgase zugeführt. wird. Bei der Bauart nach Fig. 1 ist. jeder Arbeitszylinder durch die Erhitzerröhren mit einem Raum für den Regenerator und Kühler in Verbindung, der zwischen zwei andern Arbeitszylindern an geordnet ist. Die Verbrennungsgase, die unter Zuhilfe nahme des gemeinsamen Brenners 26 zuge führt werden., streichen durch die Röhren bündel der Erhitzer und. geben diesen. Röhren kalorische Energie ab. Darauf verlassen die Gase den Heissgasmotor bei 27.
Infole der Anordnung der Erhitzerröhren nimmt' jedes Bündel von Erhitzerröhren eine weitestgehend gleiche Energiemenge auf. Es ist dabei ersichtlich, dass jede ElementeMlppe eines einzigen Kreisprozesses wenigstens teilweise vor einer Elementengruppe eines andern Kreisprozesses liegt.
Fig.3 ist. eine Draufsicht auf den Erhitzer eines andern Heissgasmotors. Dieser Heissgas motor hat ebenfalls vier beidseitig wirkende Zylinder. Fig. 4 ist ein iSchnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3. In beiden Figuren bezeich nen entsprechende Ziffern entsprechende Teile der Fig. 1 und 2.
Der Raum 12 oberhalb des Kolbens 11 im Zylinder 1 steht. durch eine Anzahl parallel geschalteter Röhren 31 mit dem Raum 5 in Verbindung. In, diesem Raten 5 ist der Regenerator 9 und der Kühler 10 enthalten, die durch den Kanal 25 mit dem Arbeitsraum unterhalb des Kolbens im Zy linder 4 verbunden sind.
Auch bei diesem 'lotor sind die Räume oberhalb der Kolben die warmen Räume, während die Räume unterhalb der Kolben die kalten Räume sind; die Kolben bewegen sieh mit konstantem Phasenunterschied auf- und abwärts. Die parallel geschalteten Röhren 31 bilden den Erhitzer für das Arbeitsmittel, das in den vorerwähnten, miteinander verbundenen Räu men. einen thermodynamisehen Kreisprozess vollführt.
Auf entsprechende Weise ist. der Arbeits zylinder 2 durch das Röhrenbündel 32 mit dem Raum 6 in Verbindung, während der Ar beitszylinder 3 durch das Röhrenbündel 33 mit dem Raum 7, und der Arbeitszylinder 4 durch das Röhrenbündel 34 mit. dem Raum 8 in Verbindung steht.. Die Räume ,6, 7 und 8 sind je durch einen: nicht. dargestellten Kanal mit den kalten Räumen unterhalb der Kolben in den entsprechenden Zylindern 1, 2 und 3 in Verbindung. Die Röhrenbündel 31, 32, 33 und 3.1 bestehen aus je drei parallel geschal teten Röhren, wobei jedes Rohr sowohl in einen Arbeitszylinder als auch in einen Re generatorraum mündet. Die Röhren aller (Truppen bilden eine gemeinsame wand, der kalorische Energie zugeführt wird.
Die Ver- brennungsgase werden unter Zuhilfenahme des Ringbrenners 35 zugeführt und verlassen den Motor bei 36. Die Erhitzerröhren jedes Bündels estrecken sich teilweise schrauben- linienförmig und über ein solcher Teil des Umfanges der von diesen Elementen gebil deten. wand, und sind derart @ gebogen, dass auf jeden Längsschnitt dieser Wand stets mindestens zwei Röhrengruppen liegen.
Ähn lich wie bei dem Motor nach Fig. 1 und 2, wirken die Kolben auf einen nicht dar gestellten, gemeinsamen Übertragungsmecha- nismus, z. B. eine Taumelscheibe.
In ,den Fig. 5 und 6 ist eine andere Aus- führungsform eines Heissgasmotors dargestellt. Hier sind die Regeneratoren und- Kühler je um, den kalten Raum eines Arbeitszylinders herumgelegt und der Kühler schliesst unmit telbar an diesen Raum an.
Bei dieser Bauart wird eine wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrades und der spezifischen Leistung im Vergleich zu Mo toren erzielt, bei denen sich zwischen dem Kühler und dem kalten Raten ein Verbin dungskanal verhältnismässig grosser Abmes sungen befindet.
Ausserdem ergibt sich bei dieser Ausführungsform der Vorteil, dass die Zufuhr zum Regenerator und zum Kühler da durch vorteilhaft ist, dass der 'Strömungs verlust geringer sein und die Anbringung von Leitschaufeln vermieden werden kann. In den Fig. 5 und -6 sind den Teilen der Fig. 1 und 2 entsprechende Teile mit entsprechenden Zif fern bezeichnet. Der Motor ist wieder ein Vierzylinder-Heiss,askolbenmotor mit beidsei tig Arbeitsräume verschiedener Prozesse be einflussenden Kolben 1' 11, vier Zylindern 1, 2, 3 bzw. 4.
Der Arbeitsraum oberhalb eines jeden Kolbens ist der warme Raum und steht durch einen Erhitzer, Regenerator und Küh ler mit. einem kalten Raum in Verbindung, der unterhalb des Kolbens im nächstfolgenden Arbeitszylinder liegt. Fig. 6 ist ein Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 5.
Der Raum 12 oberhalb des Kolbens 1 steht durch das Röhrenbündel 41 und einen nicht dargestellten Regenerator und Kühler mit dem kalten Raum unterhalb des Kolbens im Zylinder 4 in Verbbindung. Auf entsprechende Weise ist der warme Raum in Zylinder 4 durch das Röhrenbündel 45, den Regenerator 42 und den Kühler 43 mit dem kalten R.a1un 44 unterhalb des Kolbens im Zylinder 3 in Ver bindung.
Gleichfalls ist der warme Raum oberhalb des Kolbens im Zylinder 3 durch den Erhitzer 46 mit dem kalten Raum unter halb des Kolbens im Zylinder 2 verbunden, und der warme Raum oberhalb des Kolbens im Zylinder 2 ist durch den Erhitzer 47, den Regenerator 48 und den Kühler 49 mit dem kalten Raum 50 unterhalb des Kolbens im Zy linder 1 verbunden. Vorzugsweise sind die Er hitzerröhren derart angeordnet, dass der An schluss an den. Regenerator senkrecht oder nahezu senkrecht zur Regeneratorendfläche steht.
Aus Versuchen hat sich ergeben, dass bei dieser Bauart. gegenüber bekannten Mo toren mit. beidseitig Arbeltsräiune beeinflus senden Kolben eine Zunahme der spezifischen Leistung sogar von 10% erzielt wird.
Die Röhren der Erhitzer 41, 45, 46 und 47 bilden eine gemeinsame Wand, der kalo rische Energie zugeführt wird unter Zuhilfe nahme der Verbrennungsgase eines Bren ners.
In Fig. 5 ist die Form der Röhren der Er hitzer dargestellt. Wie aus .der Figur ersicht lich ist, ist beim Erhitzer 46 das Rohr 52 das äusserste Rohr des Erhitzerbündels. Darüber sind die Rohre 53, 54, 55 und 56 angeordnet. Diesen Rohren sind wieder die Rohre 57, 58, 59, 60, 61, 692 und 63 überlagert. Die An schlüsse der Rohre sind gleich über den Querschnitt des Regenerators verteilt.. Auf diese Weise ergibt sich ein symmetrisches Röh renmuster.
Ausserdem sind vorzugsweise die Rohre jedes Bündels wenigstens nahezu gleich lang, haben annähernd gleichen Durchström- widerstand und erstrecken sich zu einem gro ssen Teil quer zu den Achsen der Arbeits zylinder.
Die oben beschriebenen Heissgaskol'ben- maschinen sind alle Vierzylindermaschinen mit beidseitig Arbeitsräume beeinflussenden Kolben. Es ist ersichtlich, dass die Maschine nach der Erfindung auch als eine Zwei-, Drei oder Mehrzylindermaschine, entweder mit. ein seitig oder beidseitig Arbeitsräume beeinflus senden Kolben ausgebildet sein kann.
Bei allen beschriebenen Beispielen ist ersichtlich, dass von der durch die Erhitzerrohre gebil deten gemeinsamen Wand die von den ver schiedenen Kreisprozessen beanspruchten Teile der Wando#berfläehe einander wenigstens annähernd gleich sind. Die Röhren können dicht zusammenliegen, so dass mit den Röhren in wä.rmeaust.au- schender Berührung befindliche Gase nur längs der Wand strömen können. Die Röhren können jedoch auch in einem Abstand von einander liegen, so d.ass die Gase sie völlig um spülen können..
Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Er hitzer ist der, dass er verhältnismässig wenig Raum beansprucht und dass eine einfache Feuerung verwendbar ist.