CH701579B1 - Heissgaskraftmaschine. - Google Patents

Abstract

Die Heissgaskraftmaschine umfasst einen Zylinder (2), einen Kolben (4), der einen Zylinderraum (5) zur Aufnahme eines Arbeitsmediums begrenzt, eine stationäre Verdrängungseinrichtung (6), die den Zylinderraum in einen ersten Arbeitsraum (20) und einen zweiten Arbeitsraum (21) unterteilt, eine Heizeinrichtung (7) zum Erwärmen des Arbeitsmediums und eine Kühleinrichtung (8) zum Kühlen des erwärmten Arbeitsmediums. Die Arbeitsräume sind über einen Regenerator (33) kommunizierend verbunden. Die Verdrängungseinrichtung (6) enthält ein den ersten Arbeitsraum (20) begrenzendes, eine zentrale Durchtrittsöffnung (23) aufweisendes Leitelement (22) und eine Verschalung (24), die mit dem Leitelement (22) einen zentralen Strömungskanal (26), und mit einem Wandabschnitt des Zylinders (2) einen peripheren Strömungskanal (27) begrenzt. Die Heizeinrichtung (7) enthält ein den zweiten Arbeitsraum (21) begrenzendes, mit der Verschalung (24) verbundenes, scheibenförmiges Heizorgan (37) mit einer zentralen Austrittsöffnung (30). Die hierdurch erzielbare, definierte Führung der durch die Verschalung (24) getrennten Strömungen des Arbeitsmediums und der internen Wärmeflüsse ermöglicht einen effizienten Wärmetransfer.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Heissgaskraftmaschine gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Eine Heissgaskraftmaschine der genannten Art ist aus der WO 2005/035 962 A3 bekannt. Bei dieser Kraftmaschine umfasst die Verdrängungseinrichtung ein tellerförmiges Leitelement mit einer zentralen Durchtrittsöffnung und einer Umfangspartie, die mit der Zylinderwand eine ringförmige Durchtrittsöffnung für das Arbeitsmedium begrenzt, sowie einen im zweiten Arbeitsraum angeordneten Ventilator zum Verdrängen des Arbeitsmediums. Die Heizeinrichtung enthält ein im ersten Arbeitsraum angeordnetes Heizorgan oder, nach einer anderen Ausführung, bei der ein brennbares Gas als Arbeitsmedium vorgesehen ist, ein in den ersten Arbeitsraum gerichtetes Einspritzorgan zum Einführen eines Oxidationsmittels. Die Einrichtung zum Kühlen des erwärmten Arbeitsmediums umfasst eine Einspritzvorrichtung zum Einführen von flüssigem oder verflüssigtem Arbeitsmedium in den ersten Arbeitsraum sowie eine Anordnung zum Ableiten des überschüssigen Arbeitsmediums aus dem zweiten Arbeitsraum. Der Regenerator ist im zweiten Arbeitsraum angeordnet und enthält eine den Ventilator ringförmig umgebende, vom Arbeitsmedium radial durchströmbare Einlage aus einem regenerativ wärmespeichernden Material.

[0003] Bei der einen Ausführung der bekannten Kraftmaschine wird die über das Heizorgan zugeführte Wärme stetig an das im ersten Arbeitsraum befindliche Arbeitsmedium abgegeben; bei der anderen Ausführung wird die durch taktmässiges Einspritzen des verflüssigten Oxidationsmittels erzeugte Wärme an das im ersten Arbeitsraum befindliche, brennbare Arbeitsmedium schlagartig abgegeben. Die bekannten Ausführungen ermöglichen eine gezielte Wärmeübergabe an das Arbeitsmedium und eine effiziente Kühlung desselben, erfordern jedoch eine relativ aufwändige Ausbildung des den Ventilator umgebenden Regenerators, dessen Wärmespeicherkapazität durch den im zweiten Arbeitsraum verfügbaren Einbauraum relativ eng begrenzt ist. Zwischen der Umfangspartie des Leitelementes und der Zylinderwand können zudem jeweils Kurzschlussströmungen des Arbeitsmediums und damit unerwünschte Wärmeübergänge zwischen den beiden Arbeitsräumen auftreten.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere in dieser Hinsicht verbesserte und auf einfachere Weise zu betreibende, weiterentwickelte Heissgaskraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die vorstehend genannten Nachteile nicht auftreten.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

[0006] Die Vorteile der Erfindung sind im Wesentlichen in einer sicheren Trennung zwischen der aus dem ersten gegen den zweiten Arbeitsraum verdrängten Teilmenge und der aus dem zweiten gegen den ersten Arbeitsraum zurückgeführten Teilmenge des Arbeitsmediums, wodurch ungewollte Wärmeübergänge zwischen den Arbeitsräumen vermieden werden, sowie in einem gegenüber bisherigen Ausführungen verbesserten, durch eine direkte Wärmeabgabe im zweiten Arbeitsraum erzielbaren und durch die dynamische Fördervorrichtung massgebend unterstützten Wärmetransfer an das im Zylinderraum befindliche Arbeitsmedium zu sehen. Durch die dem peripheren Strömungskanal zugeordnete Einspritzvorrichtung für das Kühlmittel ist zudem eine verbesserte, direkte Kühlung des gegen den ersten Arbeitsraum strömenden Arbeitsmediums erzielbar. Die erfindungsgemäss vorgesehene Anordnung des Regenerators gestattet ferner den Einbau einer über den grössten Teil des Querschnitts des ersten Arbeitsraums sich erstreckenden Ausführung des Regenerators mit einer gegenüber bisherigen Anordnungen entsprechend erhöhten Wärmespeicherkapazität.

[0007] In den abhängigen Ansprüchen sind weitere Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

[0008] Die Erfindung wird anhand von in den beiliegenden Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen: <tb>Fig. 1<sep>eine erste Ausführung einer erfindungsgemässen Heissgaskraftmaschine in einem Längsschnitt; <tb>Fig. 2<sep>einen Teillängsschnitt einer zweiten Ausführung einer erfindungsgemässen Heissgaskraftmaschine; <tb>Fig. 3<sep>einen Teillängsschnitt einer dritten Ausführung einer erfindungsgemässen Heissgaskraftmaschine, und <tb>Fig. 4<sep>einen Teillängsschnitt einer vierten Ausführung einer erfindungsgemässen Heissgaskraftmaschine.

[0009] Die Ausführung gemäss Fig. 1, ein Heissgasmotor, enthält ein Gehäuse 1, einen Zylinder 2 mit einem Zylinderdeckel 3, einen im Zylinder verschiebbaren Kolben 4, der mit dem Zylinderdeckel 3 einen zur Aufnahme eines beliebigen Arbeitsmediums bestimmten Zylinderraum 5 begrenzt, eine in diesem ortsfest angeordnete Verdrängungseinrichtung 6, eine Heizeinrichtung 7 zum Erwärmen des Arbeitsmediums und eine Kühleinrichtung 8 zum Kühlen des erwärmten Arbeitsmediums.

[0010] Der Kolben 4 ist über eine Kolbenstange 9 und eine daran angelenkte Pleuelstange mit einer Antriebsanordnung 10 koppelbar, welche eine im Gehäuse 1 gelagerte Kurbelwelle 11 mit einem Schwungrad 12 enthält. Die Kurbelwelle 10 kann mit einem beliebigen, nicht dargestellten Arbeitsverbraucher, z.B. einem Elektro-Generator, einer Pumpe oder dgl., gekuppelt werden. Die Kolbenstange 9 ist in einem mit dem Gehäuse 1 verbundenen Kolbenstangenlager 13 axial verschiebbar geführt. Der Zylinder 2 ist darstellungsgemäss mit einem den Hubbereich des Kolbens 4 zugeordneten, ersten Zylinderabschnitt 14 und einem einen grösseren Durchmesser aufweisenden, zur Aufnahme der Verdrängungseinrichtung 6 bestimmten zweiten Zylinderabschnitt 15 ausgeführt. Die Zylinderabschnitte 14 und 15 sind über einen Flansch 16 miteinander und mittels Schrauben 17 mit dem Zylinderdeckel 3 und dem Gehäuse 1 verbunden. Der Zylinder 2 kann mit einer wärmedämmenden Isolierung 18 versehen sein, die sich über seine ganze Länge oder, wie dargestellt, über seinen zweiten Zylinderabschnitt 15 erstreckt. Als Arbeitsmedium kann Wasserdampf, Stickstoff, Helium, Wasserstoff oder dgl., oder, wie beim dargestellten Beispiel angenommen, Luft vorgesehen sein. Es versteht sich, dass ein entsprechender Zylinder auch einstückig, mit einem über seine ganze Länge konstanten Durchmesser ausgeführt sein kann.

[0011] Die Verdrängungseinrichtung 6, die den Zylinderraum 5 in einen vom Kolben 4 begrenzten ersten, kalten Arbeitsraum 20 und einen vom Zylinderdeckel 3 begrenzten zweiten, warmen Arbeitsraum 21 unterteilt, umfasst ein den ersten Arbeitsraum 20 begrenzendes, plattenförmiges Leitelement 22, das mit einer vom Arbeitsmedium durchströmbaren zentralen Durchtrittsöffnung 23 und mit einer gegen den zweiten Arbeitsraum 21 sich erstreckenden Verschalung 24 versehen ist, und eine dynamische Fördervorrichtung 25, die zum Verdrängen des Arbeitsmediums aus dem ersten Arbeitsraum 20 in den zweiten Arbeitsraum 21 und zum Zurückführen des verdrängten Arbeitsmediums in den ersten Arbeitsraum 20 bestimmt ist. Die Verschalung 24, die durch beliebige, nicht dargestellte Haltemittel, z.B. Stellschrauben, im Abstand von der Wand des zweiten Zylinderabschnitts 15 gehalten ist, begrenzt mit dem Leitelement 22 einen zentralen Strömungskanal 26 für das gegen den zweiten Arbeitsraum 21 zu verdrängende Arbeitsmedium und mit dem zweiten Zylinderabschnitt 15 einen peripheren Strömungskanal 27 für das gegen den ersten Arbeitsraum 20 zurückzuführende Arbeitsmedium. In der Verschalung 14 kann eine den zentralen Strömungskanal 26 unterteilende Prallplatte 28 vorgesehen sein, die durch an sich bekannte, nicht dargestellte Haltemittel im Abstand von der Innenwand der Verschalung 24 gehalten ist und mit dieser einen vom Arbeitsmedium durchströmbaren Ringspalt 29 begrenzt. Die Fördervorrichtung 25 enthält ein im zweiten Arbeitsraum 21 angeordnetes Umwälzgebläse, darstellungsgemäss einen Radialventilator 31, der mit einer auf dem Zylinderdeckel 3 angebrachten Antriebseinheit 32 gekoppelt ist. Die Antriebseinheit 32 kann, wie bei der vorliegenden Ausführung angenommen, einen Elektromotor enthalten.

[0012] Der Ventilator 31 wird während des Betriebes des Heissgasmotors kontinuierlich angetrieben. Das im Zylinderraum 5 befindliche Arbeitsmedium wird somit in einer permanenten Zirkulation durch den zentralen Strömungskanal 26 in den zweiten Arbeitsraum 21 angesaugt und durch den peripheren Strömungskanal 27 in den ersten Arbeitsraum 20 zurückgeführt.

[0013] Im ersten Arbeitsraum 20 ist ein am Leitelement 22 angebrachter Regenerator 33 angeordnet, der eine dem Kolben 4 zugewandte, vom Arbeitsmedium radial durchströmbare Einlage 34 aus einem regenerativ wärmespeichernden Material enthält. Die Einlage 34 ist auf einer die Durchtrittsöffnung 23 des Leitelementes 22 ringförmig umgebenden Halterung 35 aus einem gut wärmeleitenden und wärmespeichernden Material angebracht. Die Einlage kann einen aus mehreren Windungen bestehenden, losen Wickel eines bandförmigen Drahtsiebes oder, wie beim dargestellten Beispiel angenommen, eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten stift- bzw. drahtförmigen Speicherelementen enthalten, welche in der Halterung 35 freistehend befestigt sind.

[0014] Die Heizeinrichtung 7 umfasst ein scheibenförmiges Heizorgan 37, das mit dem oberen Endabschnitt der Verschalung 24 dichtend verbunden und mit einer dem Ventilator 31 zugeordneten zentralen Austrittsöffnung 30 für das Arbeitsmedium versehen ist, und eine im Abstand vom Zylinder 2 vorgesehene Beheizungsanordnung 38. Das Heizorgan 37 enthält ein katalytisches Heizaggregat, das über ein die Wand des Zylinderabschnitts 15 durchsetzendes Verbindungsorgan 40 an eine Quelle 41 eines fluiden Brennstoffs, z.B. Propangas, Wasserstoff oder dgl., an eine Quelle 42 eines Reaktions- oder Oxidationsmittels, z.B. Luft, und an eine Abführleitung 43 für die beim katalytischen Prozess anfallenden Prozessprodukte angeschlossen ist. Diese können an die Atmosphäre abgegeben oder einem nicht dargestellten Sammler zugeführt werden. Bei dieser Ausführung wird die an das Arbeitsmedium zu übertragende Wärme innerhalb des Heizorgans 37, in unmittelbarer Nähe des zweiten Arbeitsraums 21 erzeugt. Mit der auf relativ einfache Weise steuerbaren Heizeinrichtung 7 ist eine besonders effiziente Wärmeübertragung mit relativ geringem Aufwand erzielbar.

[0015] Die für den Betrieb des Heissgasmotors erforderliche Kühleinrichtung 8 zum Kühlen des erwärmten Arbeitsmediums umfasst eine an eine Speichereinheit 46 für ein flüssiges oder verflüssigtes Arbeitsmedium anschliessbare Einspritzvorrichtung 47 zum Einführen einer bestimmten Menge des als Kühlmittel verwendeten Arbeitsmediums in den peripheren Strömungskanal 27 und eine dem zweiten Arbeitsraum 21 zugeordnete Ableitanordnung 51 zum Abführen einer beim Einspritzvorgang im Zylinderraum 5 anfallenden überschüssigen Menge des Arbeitsmediums.

[0016] Die Einspritzvorrichtung 47 enthält mindestens ein über eine Zuführleitung 48 anströmbares Einspritzorgan 49, welches die Wand des Zylinderabschnitts 15 durchsetzt und in den peripheren Strömungskanal 27 mündet. Die Einspritzvorrichtung 47 ist an eine nicht dargestellte Steuervorrichtung angeschlossen, welche über an sich bekannte Steuermittel, z.B. durch jeweils von einer bestimmten Winkelstellung der Kurbelwelle 11 abgeleitete Steuersignale, im Sinne einer taktmässigen Betätigung der Einspritzvorrichtung 47 beeinflussbar ist. Die Ableitanordnung 51 enthält mindestens ein am Zylinderdeckel 3 angeordnetes Auspuffventil 52, welches über eine Steuervorrichtung 53, z.B. durch von einer bestimmten Winkelstellung der Kurbelwelle abgeleitete Steuersignale, jeweils im Sinne einer taktmässigen Öffnung betätigbar ist. Das dabei abgeführte überschüssige Arbeitsmedium kann an die Atmosphäre abgegeben oder, wie dargestellt, einem angeschlossenen Auspuffkollektor 54 zugeführt werden.

[0017] Beim vorstehend beschriebenen Heissgasmotor wird die im Heizorgan 37 erzeugte Wärme innerhalb des Motors stetig an das den zweiten Arbeitsraum 21 durchströmende Arbeitsmedium und an den im ersten Arbeitsraum 20 angeordneten Regenerator 33 abgegeben. Die während der Kompressionsphase des Arbeitsprozesses benötigte Kühlung des stetig erwärmten Arbeitsmediums wird durch die Einspritzvorrichtung 47 gewährleistet. Durch das in den peripheren Strömungskanal 27 taktmässig eingespritzte Arbeitsmedium werden vorerst das gesamte im Zylinderraum 5 vorhandene Arbeitmedium und auch der Regenerator 33 gekühlt und anschliessend erwärmt, wobei das Arbeitsmedium annähernd isotherm komprimiert und danach der Druck im Zylinder 2 annähernd isochor erhöht wird. Während der Expansionsphase wird die über das Heizorgan 37 weiterhin zugeführte Wärme an das Arbeitmedium und an den Regenerator 33 abgegeben, wodurch Arbeit erzeugt und der Druck im Zylinderraum 5 zuerst annähernd isobar und danach isotherm gesenkt wird. Am Ende der Expansionsphase wird die überschüssige Menge des Arbeitsmediums entsprechend dem im Motor beim Kompressionsbeginn herrschenden Druck über das Auspuffventil 52 ausgelassen.

[0018] Das mit der Verschalung 24 verbundene Heizorgan 37 ermöglicht eine im Wesentlichen über den ganzen Querschnitt des zentralen Strömungskanals 26 wirksamer Wärmeübergabe an das Arbeitsmedium. Durch die den zentralen Strömungskanal 26 unterteilende Prallplatte 28 und die im Heizorgan 37 vorgesehene zentrale Austrittsöffnung 30 des zentralen Strömungskanals 26 wird eine definierte Strömung des zu erwärmenden Arbeitsmediums erzwungen, welche die Wärmeübergabe wesentlich begünstigt.

[0019] In den Zeichnungsfiguren sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

[0020] Die Fig. 2 zeigt einen Teil eines Heissgasmotors, der sich von der Ausführung nach Fig. 1 im Wesentlichen durch eine modifizierte Kühleinrichtung 56 unterscheidet. Die folgende Beschreibung beschränkt sich daher auf die entsprechenden Unterschiede. Die Kühleinrichtung 56 enthält einen Kondensator 57, der einerseits an die Abführleitung 43 der Heizeinrichtung 7 und andererseits über eine Speiseleitung 58 an die Einspritzvorrichtung 47 angeschlossen ist. Bei dieser Ausführung sind Wasserstoff und Sauerstoff als Beheizungsmedien angenommen. Im Kondensator 57, der eine beliebige, an sich bekannte Kühlanordnung 59 enthalten kann, wird der bei der katalytischen Verbrennung entstehende Wasserdampf kondensiert; das Kondensat wird gespeichert und jeweils als Kühlmittel an die Einspritzvorrichtung 47 abgegeben. Bei dieser Ausführung kann die dem Wasserdampf entzogene Abwärme der Heizeinrichtung 7 in einem an die Kühlanordnung 59 angeschlossenen Wärmeverbraucher 60 verwertet und damit der Wirkungsgrad des Motors erhöht werden.

[0021] Die Fig. 3 zeigt einen Teil eines Heissgasmotors, der sich von der Ausführung nach Fig. 1 im Wesentlichen durch eine modifizierte Heizeinrichtung 61, eine modifizierte Verdrängungseinrichtung 62 und einen modifizierten Regenerator 63 unterscheidet. Die folgende Beschreibung beschränkt sich daher auf die entsprechenden Unterschiede. Die Heizeinrichtung 61 enthält eine vom Arbeitsmedium durchströmbare Heizanordnung 64, die im oberen Endabschnitt der Verschalung 24 angebracht ist und sich im Wesentlichen über deren ganzen Querschnitt erstreckt. Die Heizanordnung 64 enthält ein von einem beliebigen Wärmeübertragungsfluid durchströmbares Rohrsystem, welches über das Verbindungsorgan 40 an einen Speicher 65 für erwärmtes Wärmeübertragungsfluid und an einen Sammler 66 für das abgekühlte Wärmeübertragungsfluid angeschlossen ist. Die Verdrängungseinrichtung 62 enthält einen mit dem oberen Ende der Verschalung 24 dichtend verbundenen, den zweiten Arbeitsraum 21 begrenzenden Deckel 67, der eine dem Ventilator 31 zugeordnete, zentrale Austrittsöffnung 68 für das erwärmte Arbeitsmedium aufweist. Der Regenerator 63 enthält eine zusätzliche wärmespeichernde Einlage 34, die innerhalb der Verschalung 24 auf dem Leitelement 22 angebracht ist.

[0022] Bei dieser Ausführung wird die von aussen zugeführte Wärme in unmittelbarer Nähe des zweiten Arbeitsraums 21 an das Arbeitsmedium übergeben. Durch die im Deckel 67 ausgebildete zentrale Austrittsöffnung 68 des zentralen Strömungskanals 26 ist eine die Wärmeübergabe begünstigende, definierte Führung des Arbeitsmediums erzielbar. Der mit der zusätzlichen Einlage 34 versehene Regenerator 63 kann eine gegenüber bisherigen Ausführungen wesentlich erhöhte, darstellungsgemäss annähernd verdoppelte Speicherkapazität aufweisen.

[0023] Es versteht sich, dass auch bei den Ausführungen nach den Fig. 1 und 2 die Verschalungen 24 je mit einem Deckel 67 versehen sein können.

[0024] Die Fig. 4 zeigt einen Teil eines Heissgasmotors, der sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungen im Wesentlichen durch die Verwendung eines brennbaren Arbeitsmediums und durch eine modifizierte Heizeinrichtung 71 unterscheidet. Die folgende Beschreibung beschränkt sich daher auf die entsprechenden Unterschiede. Als Arbeitsmedium kann ein beliebiges brennbares Gas, z.B. Methan, Butan, Erdgas oder, wie beim dargestellten Beispiel angenommen, Wasserstoff vorgesehen sein. Die Heizeinrichtung 71 enthält eine dem zweiten Arbeitsraum 21 zugeordnete Einspritzanordnung 73, die an eine Quelle 72 eines verflüssigten Oxidationsmittels angeschlossen ist. Als Oxidationsmittel kann gasförmiger oder, wie beim dargestellten Beispiel angenommen, verflüssigter Sauerstoff vorgesehen sein. Die Einspritzanordnung 73 enthält mindestens ein über eine Zuführleitung 74 anströmbares Einspritzorgan 75, welches die Wand des zweiten Zylinderabschnitts 15 durchsetzt und in den peripheren Strömungskanal 27 mündet. Die Einspritzanordnung 73 ist an eine nicht dargestellte Steuervorrichtung angeschlossen, welche über an sich bekannte Steuermittel, z.B. durch jeweils von einer bestimmten Winkelstellung der Kurbelwelle 11 abgeleitete Steuersignale im Sinne einer taktmässigen Betätigung des Einspritzorgans 75 beeinflussbar ist.

[0025] Das verflüssigte Oxidationsmittel wird jeweils, z.B. kurz vor dem Ende der Kompressionsphase des Arbeitsprozesses des Heissgasmotors, in den peripheren Strömungskanal 27 eingespritzt, wobei eine durch Steuerung der einzuspritzenden Menge des Oxidationsmittels bestimmbare Teilmenge des Arbeitsmediums verbrannt und die dabei erzeugte Wärmemenge direkt an das im Zylinderraum 5 vorhandene Arbeitsmedium, und von diesem an den Regenerator 63 abgegeben wird. Das beim Einspritzen des Oxidationsmittels anfallende Verbrennungsprodukt und die beim vorherigen Kühlvorgang angefallene überschüssige Menge des Arbeitsmediums, beim dargestellten Beispiel Wasserdampf, werden in bereits beschriebener Weise aus dem zweiten Arbeitsraum 21 abgeführt. Durch die bei dieser Ausführung im Auspuffkollektor 54 vorgesehene Kühlanordnung 59 und den an diese anschliessbaren Wärmeverbraucher 60 kann die Abwärme des Arbeitsprozesses verwertet und damit der Wirkungsgrad des Motors erhöht werden.

[0026] Die aus relativ einfachen, kostengünstigen Teilen bestehende Heizeinrichtung 71 erfordert einen geringen Wartungsaufwand und ermöglicht eine effiziente, direkte Übergabe der durch die Zufuhr des Oxidationsmittels erzeugten Wärme an das Arbeitsmedium. Die Erzeugung der jeweils benötigten Wärmemenge kann mit relativ geringem Steuerungsaufwand, durch eine entsprechende Dosierung der einzuspritzenden Menge des Oxidationsmittels, beeinflusst und an die jeweiligen Betriebserfordernisse angepasst werden.

[0027] Die vorstehend beschriebenen Ausführungen, die für kleine bis grösste Leistungen ausgelegt sein können, ermöglichen je eine vorteilhaft einfache, kompakte Bauweise der Heissgaskraftmaschine, welche eine insgesamt vereinfachte Führung der durch die Verschalung 24 voneinander getrennten Strömungen des Arbeitsmediums und der internen Wärmeflüsse gewährleistet. Die Vorteile dieser Ausführungen ergeben sich insbesondere im Zusammenhang mit dem an sich bekannten «Neuen Stirling Motor Konzept» («New Stirling Engine Concept-NSC»), wie es in der Dissertation von W. Servis, «Influence of lowering the cooler temperature on the Stirling engine performance» (Universität Rijeka/Kroatien, 2006), beschrieben ist. Mit diesem «Neuen Konzept» ist ein Arbeitsprozess mit gegenüber bisherigen Ausführungen wesentlich verringerten Wärmeverlusten und einem entsprechend erhöhten Gesamtwirkungsgrad realisierbar.

[0028] Die Arbeitsweise einer Heissgaskraftmaschine mit dem klassischen Stirling Prozess ist allgemein bekannt (z.B. DE 2 522 711 A1), so dass auf diesbezügliche nähere Erläuterungen verzichtet wird.

Claims (7)

1. Heissgaskraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (2) und einem hin- und hergehenden Kolben (4), der einen zur Aufnahme eines Arbeitsmediums bestimmten Zylinderraum (5) begrenzt, mit einer stationären Verdrängungseinrichtung (6; 62), die den Zylinderraum in einen vom Kolben (4) begrenzten ersten Arbeitsraum (20) und einen von einem Zylinderdeckel (3) begrenzten zweiten Arbeitsraum (21) unterteilt und die ein ortsfest angeordnetes, eine zentrale Durchtrittsöffnung (23) aufweisendes Leitelement (22) sowie eine dynamische Fördervorrichtung (25) umfasst, mit einer Heizeinrichtung (7; 64; 71) zum Erwärmen des Arbeitsmediums und mit einer Einrichtung (8; 56) zum Kühlen des erwärmten Arbeitsmediums, die eine Einspritzvorrichtung (47) zum Einführen eines Kühlmittels in den Zylinderraum (5) umfasst, wobei die Arbeitsräume (20 und 21) über einen Regenerator (33; 63) kommunizierend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement (22) mit einer Verschalung (24) versehen ist, die mit dem Leitelement (22) einen die Arbeitsräume (20 und 21) verbindenden zentralen Strömungskanal (26), und mit einem Wandabschnitt des Zylinders (2) einen peripheren Strömungskanal (27) begrenzt, dass die Heizeinrichtung (7; 64; 71) dem zweiten Arbeitsraum (21) zugeordnet ist, dass die Einspritzvorrichtung (47) für das Kühlmittel dem peripheren Strömungskanal (27) zugeordnet ist und dass der Regenerator (33; 63) im ersten Arbeitsraum (20) angeordnet ist.

2. Kraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschalung (24) mit einem den zweiten Arbeitsraum (21) begrenzenden Deckel (67) versehen ist, der mindestens eine zentrale Austrittsöffnung (68) für das Arbeitsmedium aufweist.

3. Kraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Heizeinrichtung (7) ein im Wesentlichen über den Querschnitt des Zylinderraums (5) sich erstreckendes, scheibenförmiges Heizorgan (37) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizorgan (37) in einem dem zweiten Arbeitsraum (21) zugewandten Endabschnitt des zentralen Strömungskanals (26) angeordnet ist und mindestens eine zentrale Austrittsöffnung (30) für das Arbeitsmedium aufweist.

4. Kraftmaschine nach Anspruch 2, wobei die Heizeinrichtung (61) eine im Wesentlichen über den Querschnitt des Zylinderraums (5) sich erstreckende, vom Arbeitsmedium durchströmbare Heizanordnung (64) umfasst, die ein von einem Wärmeübertragungsfluid durchströmbares Rohrsystem enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizanordnung (64) in einem dem Deckel (67) der Verschalung (24) zugewandten Endabschnitt des zentralen Strömungskanals (26) angebracht ist.

5. Kraftmaschine nach Anspruch 2, wobei als Arbeitsmedium ein brennbares Gas vorgesehen ist und die Heizeinrichtung (71) mindestens ein Einspritzorgan (75) zum Zuführen eines verflüssigten oder gasförmigen Oxidationsmittels enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzorgan (75) in den peripheren Strömungskanal (27) gerichtet ist.

6. Kraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verschalung (24) eine den zentralen Strömungskanal (26) unterteilende Prallplatte (28) vorgesehen ist, die mit der Verschalung (24) einen vom Arbeitsmedium durchströmbaren Ringspalt (29) begrenzt.

7. Kraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Regenerator (33; 63) mindestens eine auf dem Leitelement (22) angeordnete Einlage (34) aus regenerativ wärmespeichernden Speicherelementen enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherelemente in einer Halterung (35) aus einem wärmeleitenden und wärmespeichernden Material freistehend befestigt sind.