DE102006013468A1 - Heißgasmaschine - Google Patents

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2270/00Constructional features
    • F02G2270/42Displacer drives

Abstract

Es wird eine nach dem Stirling-Kreisprozess arbeitende Zylinder-Kolben-Einheit (1) vorgeschlagen, bei welcher ein frei schwingender Arbeitskolben (9) eine Fluid-Druckpumpe (55) antreibt, während ein Verdrängerkolben (13) von einem Fremdantrieb, beispielsweise einem doppelt wirkenden Hydraulikzylinder (27), mit einem vorgebbaren Bewegungstakt zwangsweise fremdbewegt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine nach dem Stirling-Verfahren arbeitende Heißgasmaschine.
  • Herkömmliche Stirling-Motoren haben eine Zylinder-Kolben-Einheit mit einem Arbeitszylinderabschnitt, in welchem ein Arbeitskolben abgedichtet verschiebbar geführt ist und einen Verdrängerzylinderabschnitt, in welchem ein Verdrängerkolben verschiebbar geführt ist. Der Verdrängerzylinderabschnitt, der Arbeitszylinderabschnitt und der Arbeitskolben begrenzen gemeinsam einen abgeschlossenen, mit einem Arbeitsgas, beispielsweise Luft, gefüllten Gasprozessraum, dessen Volumen entsprechend der oszillierenden Verschiebebewegung des Arbeitskolbens variiert. Der Verdrängerkolben unterteilt den Gasprozessraum in zwei Kammern, von denen eine erste der beiden Kammern von dem Verdrängerkolben und dem Arbeitskolben begrenzt ist. Die beiden Kammern sind über einen den Verdrängerkolben überbrückenden Nebenschlussweg für das Arbeitsgas miteinander verbunden.
  • Eine solche Anordnung bildet eine entsprechend dem Stirling-Kreisprozess motorisch arbeitende Arbeitsmaschine, wenn mittels einer Erhitzeranordnung das Arbeitsgas in einer zweiten der beiden Kammern erwärmt und mittels einer Kühlanordnung in der ersten der beiden Kammern gekühlt wird. Der Arbeitskolben ist mit einer Abtriebsanordnung versehen, während der Verdrängerkolben von einer Antriebsanordnung in den Verdrängerzylinderabschnitt oszillierend hin- und herbewegt wird. Die Bewegungsphasen des Verdrängerkolbens und des Arbeitskolbens sind so aufeinander abgestimmt, dass sich der Zustand des Arbeitsgases in dem Gasprozessraum zumindest angenähert entsprechend dem aus zwei Isothermen und zwei Isochoren bestehenden Stirling-Kreisprozess sich ändert. Der Verdrängerkolben verschiebt bei seiner Hin- und Herbewegung in der zweiten Kammer erwärmtes Arbeitsgas in die erste Kammer und verdrängt in der ersten Kammer abgekühltes Arbeitsgas zurück in die zweite Kammer. Die wechselweise Erwärmung und Abkühlung des Arbeitsgases bedingt eine wechselweise Erhöhung und Erniedrigung des Arbeitsgasdrucks, was zur oszillierenden Verschiebebewegung des Arbeitskolbens führt. Um den Wirkungsgrad des Kreisprozesses zu erhöhen ist es üblich in dem Nebenschlussweg zum Verdrängerkolben einen Regenerator, d. h. einen Wärmespeicher anzuordnen, der einen Teil der Wärme speichert, während der Verdrängerkolben das erhitzte Arbeitsgas aus der zweiten Kammer in die erste Kammer verdrängt und die gespeicherte Wärme an das Arbeitsgas zurückgibt, wenn es abgekühlt aus der ersten Kammer in die zweite Kammer zurückströmt. Üblicherweise verläuft der Nebenschlussweg außerhalb des Verdrängerzylinderabschnitts, wobei der Regenerator vielfach die Form eines Drahtnetzkörpers hat.
  • Bei herkömmlichen Stirling-Motoren arbeitet der Arbeitskolben über ein Pleuel auf eine Abtriebs-Kurbelwelle. Auch der Verdrängerkolben ist über ein Pleuel mit der Kurbelwelle gekuppelt, wobei die dem Verdrängerkolben zugeordnete Kurbelwellenkröpfung der Kurbelwellenkröpfung des Arbeitskolbens um 90 Grad voreilend versetzt ist. Die Verschiebebewegung des direkt mit der Abtriebskurbelwelle gekuppelten Verdrängerkolbens folgt kontinuierlich einem sinusförmigen Zeitverlauf. Dies verschlechtert den Wirkungsgrad der Maschine. Darüber hinaus lassen sich bei diesem herkömmlichen Kurbelwellen-Abtrieb Unwucht und Vibrationen der Maschine nur schwer vermeiden. Zur Verbesserung des Massenausgleichs ist es in diesem Zusammenhang auch bekannt bei einem so genannten „Rhombentriebwerk" den Antrieb des Verdrängerkolbens einerseits und den Abtrieb des Abtriebskolbens andererseits auf zwei miteinander gekuppelte, jedoch gegensinnig rotierende Kurbelwellen aufzuteilen. Solche Triebwerke haben sich in der Praxis als zu teuer erwiesen.
  • Zur Verbesserung des Wirkungsgrads wurde versucht den Verdrängerkolben diskontinuierlich anzutreiben. Der Verdrängerkolben wurde hierbei von einem Nockenantrieb bewegt, der seinerseits von der Abtriebs-Kurbelwelle des Arbeitskolbens angetrieben wird. Auch hierbei handelt es sich um vergleichsweise aufwendige Konstruktionen.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung eine insbesondere als Motor arbeitende Heißgasmaschine anzugeben, die bei einfacher Konstruktion einen hohen Wirkungsgrad hat.
  • Die Erfindung geht aus von einer Heißgasmaschine umfassend:
    • – eine Zylinder-Kolben-Einheit mit einem Arbeitszylinderabschnitt, in welchem ein Arbeitskolben abgedichtet verschiebbar geführt ist und einem Verdrängerzylinderabschnitt, in welchem ein Verdrängerkolben verschiebbar geführt ist, wobei der Verdrängerzylinderabschnitt, der Arbeitszylinderabschnitt und der Arbeitskolben gemeinsam einen abgeschlossenen, mit einem Arbeitsgas gefüllten Gasprozessraum begrenzen, dessen Volumen entsprechend der Verschiebebewegung des Arbeitskolbens variiert und der Verdrängerkolben den Gasprozessraum in zwei Kammern unterteilt, von denen eine erste der beiden Kammern von dem Verdrängerkolben und dem Arbeitskolben begrenzt ist und wobei die beiden Kammern über einen den Verdrängerkolben überbrückenden Nebenschlussweg für das Arbeitsgas miteinander verbunden sind,
    • – eine Kühlanordnung zum Kühlen des Arbeitsgases in der ersten der beiden Kammern,
    • – eine Erhitzeranordnung zum Erwärmen des Arbeitsgases in einer zweiten der beiden Kammern,
    • – eine den Verdrängerkolben in dem Verdrängerzylinderabschnitt oszillierend hin- und herbewegende Antriebsanordnung und
    • – eine mit dem Arbeitskolben verbundene Abtriebsanordnung.
  • Zur Lösung der vorstehend angegebenen Aufgabe ist vorgesehen, dass die Antriebsanordnung des Verdrängerkolbens als steuerbarer Fremdantrieb ausgebildet ist, dessen Bewegungstakt relativ zum Bewegungstakt des Arbeitskolbens zwangsweise änderbar ist.
  • Bei einer solchen Heißluftmaschine führt der Antrieb des Verdrängerkolbens den Bewegungstakt des Arbeitskolbens. Die Taktrate und gegebenenfalls die Phasenlage des Bewegungstakts des Verdrängerkolbens relativ zum Bewegungstakt des Arbeitskolbens lassen sich damit anders als bei mechanischer Kupplung des Verdrängerkolbenantriebs zum Arbeitskolbenabtrieb einfach ändern. Insbesondere lässt sich der Bewegungsablauf des Verdrängerkolbens zur Erhöhung des Wirkungsgrads der Maschine auch ohne weiteres diskontinuierlich gestalten.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Fremdantrieb einen über eine Kolbenstange mit dem Verdrängerkolben verbundenen Druckfluid-Antriebszylinder, dem über eine von einer Steuerung gesteuerte Steuerventilanordnung Druckfluid mit zwangsweise vorbestimmter Taktfrequenz oder/und zwangsweise vorbestimmter Taktphase zuführbar ist. Bevorzugt handelt es sich hierbei um einen Hydraulik-Antriebszylinder. Der Antriebszylinder kann einfach wirkend sein, insbesondere wenn dem Verdrängerzylinder eine Rückholfeder zugeordnet ist. Doppelt wirkende Antriebszylinder sind jedoch bevorzugt, da sie in beiden Stellrichtungen ruckartig-diskontinuierliche Stellbewegungen des Verdrängerkolbens ermöglichen.
  • Bei dem Fremdantrieb kann es sich aber auch um einen über ein Kurbelgetriebe mit dem Verdrängerkolben verbundenen Elektromotor handeln, dessen Abtriebsdrehzahl oder/und Abtriebsphase mittels einer Steuerung zwangsweise vorbestimmbar ist. Es versteht sich, dass auch hier der Elektromotor diskontinuierlich betrieben werden kann, insbesondere wenn es sich um einen Schrittmotor handelt.
  • Der Verdrängerzylinderabschnitt und der Arbeitszylinderabschnitt können in an sich bekannter Weise gegeneinander versetzte oder geneigte Zylinderachsen haben, soweit die Zylinderabschnitte für die Bildung des gemeinsamen Gasprozessraums miteinander verbunden sind. Zu besonders einfachen Konstruktionen gelangt man allerdings, wenn der Verdrängerzylinderabschnitt und der Arbeitszylinderabschnitt gleichachsig nebeneinander angeordnet sind. Solche Konstruktionen sind stabil und nehmen vergleichsweise wenig Bauraum ein. In einer solchen Konstruktion liegen sich der Verdrängerkolben und der Arbeitskolben axial gegenüber.
  • Die Abtriebsanordnung des Antriebskolbens einerseits und der Fremdantrieb des Verdrängerkolbens andererseits können bei einer solchen Konstruktion gesondert voneinander von sich gegenüberliegenden Seiten her mit den Kolben verbunden werden. Allerdings muss dann die den Verdrängerkolben zugeordnete Kolbenstange durch den Bereich der Erhitzungsanordnung aus dem Verdrängerzylinderabschnitt herausgeführt werden, was zu Abdichtungsproblemen führen kann. Als günstiger hat es sich herausgestellt, wenn der Fremdantrieb auf der dem Verdrängerzylinderabschnitt axial abgewandten Seite des Arbeitszylinderabschnitts angeordnet ist und dementsprechend über eine Kolbenstange durch den Arbeitskolben hindurch mit dem Verdrängerkolben verbunden ist.
  • Bei der Abtriebsanordnung des Arbeitskolbens kann es sich in herkömmlicher Weise um eine Abtriebs-Kurbelwelle handeln. In einer wesentlichen Verbesserung, die auch selbstständige erfinderische Bedeutung besitzt, ist vorgesehen, dass die Abtriebsanordnung eine von dem Arbeitskolben angetriebene Fluid-Druckpumpe umfasst. Verglichen mit dem herkömmlichen Abtrieb über eine Kurbelwelle hat dies den Vorteil, dass der Hub des Arbeitskolbens sich freischwingend einstellen kann und nicht durch eine definierte Kurbelwellenkröpfung vorgegeben ist. Die Fluid-Druckpumpe steht bevorzugt in Treibverbindung mit einem Druckfluidmotor und treibt den Druckfluidmotor bevorzugt über einen Fluid- Druckpufferspeicher an. Auf diese Weise können Leistungsschwankungen sowohl auf der Abtriebsseite des Druckfluidmotors als auch auf der Seite der Heißgasmaschine besser ausgeglichen werden. Es wird ein stabiler Betriebszustand erreicht, der Lastwechseländerungen oder/und gewünschten Leistungsänderungen rasch folgen kann. Bei der Fluid-Druckpumpe und dem Druckfluidmotor handelt es sich bevorzugt um Druckluftaggregate.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung steht der Druckfluidmotor in Treibverbindung mit den Fluid-Druckpumpen mehrerer Zylinder-Kolben-Einheiten, die den Druckfluidmotor zueinander parallel gegebenenfalls über einen gemeinsamen Fluid-Druckpufferspeicher speisen. Bei den Zylinder-Kolben-Einheiten handelt es sich zweckmäßigerweise um untereinander gleiche Moduleinheiten, so dass im Baukastensystem Heißgasmotoren unterschiedlicher Leistung aufgebaut werden können. Als günstig hat es sich in diesem Zusammenhang erwiesen, wenn die Zylinder-Kolben-Einheiten paarweise eingesetzt werden und so gesteuert werden, dass die Verdrängerkolben des Paars sich gegenphasig bewegen. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Auslastung der Energiezufuhr zu den Fremdantrieben. Insbesondere wenn es sich bei diesen um hydraulische Fremdantriebe handelt.
  • Um einen hinreichenden Massenausgleich bei der Bewegung der Kolben zu erreichen, ist bevorzugt vorgesehen, dass bei mehreren Zylinder-Kolben-Einheiten die deren Verdrängerkolben bewegenden Fremdantriebe miteinander synchron gesteuert werden. Bei Verwendung von Druckfluid-Antriebszylindern lässt sich dies durch synchrone Steuerung der Steuerventilanordnungen erreichen. Soweit die Verdrängerkolben durch Elektromotore über Kurbelgetriebe bewegt werden, lässt sich dies am einfachsten dadurch erreichen, dass ein gemeinsamer Elektromotor mehrere Kurbelgetriebe antreibt. Zweckmäßigerweise ist die Anordnung so getroffen, dass die Verdrängerkolben paarweise gegenphasig bewegt werden. Es versteht sich, dass auch die Arbeitskolben mehrerer Zylinder- Kolben-Einheiten miteinander synchronisiert werden können, beispielsweise indem mehrere Arbeitskolben auf eine gemeinsame Kurbelwelle arbeiten. Selbst wenn die Arbeitskolben, was bevorzugt ist, als frei schwingende Arbeitskolben ausgebildet sind, können diese über mit den Arbeitskolben gekoppelte Druckfluidzylinder miteinander synchronisiert werden, beispielsweise paarweise, so dass die Hinbewegung eines Arbeitskolbens über eine Druckfluidverbindung der Druckfluidzylinder zwangsweise eine Herbewegung des anderen Arbeitskolbens bewirkt.
  • Im Betrieb des Druckfluidmotors entspannt sich das Druckfluid, und kühlt den Motor ab, mit der Folge, dass der Druckfluidmotor vielfach erwärmt werden muss, um ihn auf hinreichender Betriebstemperatur zu halten. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist deshalb vorgesehen, dass der Druckfluidmotor in Wärmetauschverbindung mit der Kühlanordnung zumindest einer Kolben-Zylinder-Einheit der vorstehend erläuterten Art steht, so dass die über die Kühlanordnung abzuführende Wärme zur Erwärmung des expansionsgekühlten Druckfluidmotors ausgenutzt werden kann. Die Wärmetauschverbindung kann einen geschlossenen Wärmeübertragungskreis mit einem beispielsweise zwangsweise zirkulierenden Wärmetauschfluid umfassen. Im Einzelfall kann es aber auch genügen, wenn der Druckfluidmotor in räumlicher Nähe zu der Kolben-Zylinder-Einheit angeordnet ist, so dass der Wärmetausch durch Wärmeleitung oder durch eine Luft-Konvenktionsströmung erreicht wird.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung hat die Fluid-Druckpumpe einen zum Arbeitszylinderabschnitt gleichachsig neben diesem angeordneten Pumpzylinderabschnitt mit einem Einlassventil und einem Auslassventil und einem mit dem Arbeitskolben verbundenen, in dem Pumpzylinderabschnitt abgedichtet verschiebbaren Pumpkolben. Der Arbeitszylinderabschnitt ist hierbei bevorzugt mit dem Pumpzylinderabschnitt dicht verbunden. Dies hat den Vorteil, dass der Pumpkolben mit zur Abdichtung des Arbeitskolbens beiträgt und Leckage an Arbeitsgas verhindert. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn statt Luft als Arbeitsgas zur Erhöhung des Wirkungsgrads Helium benutzt wird. Es versteht sich, dass der Pumpzylinderabschnitt zur Leistungssteigerung der Pumpe einen größeren Innendurchmesser haben kann als der Arbeitszylinderabschnitt.
  • Der Arbeitskolben und der Pumpkolben können mit einer gemeinsamen Kolbenstange verbunden sein, die auf der dem Arbeitskolben axial abgewandten Seite des Pumpkolbens in einem Zylinderkopf abgedichtet verschiebbar ist. Dies verbessert die Führung des Arbeitskolbens und des Pumpkolbens. Der Arbeitskolben kann auf seiner von der ersten Kammer axial abgewandten Seite von einer Druckfeder zur ersten Kammer hin federnd vorgespannt sein, so dass er die Fluid-Druckpumpe „fliegend" antreibt. Die Druckfeder lässt sich problemlos in der dem Arbeitskolben und dem Pumpkolben gemeinsamen Kolbenstange unterbringen.
  • Selbstständige erfinderische Bedeutung hat auch eine bevorzugte Ausgestaltung, bei welcher der Verdrängerkolben in dem Verdrängerzylinderabschnitt radial geführt ist und an seinem Umfang zur Bildung des Nebenschlusswegs eine Vielzahl im Wesentlichen axial verlaufender, die beiden Kammern miteinander verbindender Nuten aufweist. Die Nuten vergrößern die Oberfläche des Nebenschlusswegs, so dass der Verdrängerkolben als solcher die Wirkung eines Regenerators hat, ohne dass zusätzliche Wärmespeichermittel außerhalb des Verdrängerzylinderabschnitts erforderlich sind. Es versteht sich, dass in den Nuten zusätzliche, die Wärmetauschfläche erhöhende Maßnahmen getroffen sein können, beispielsweise Drahtnetze oder Lamellen oder dergleichen eingefügt sein können. Die zwischen den Nuten verbleibenden Stege bilden Führungsflächen, die den Verdrängerkolben bei seiner Verschiebebewegung mit vergleichsweise geringem Spiel in den Verdrängerzylinderabschnitt führen. Diese Nuten verlaufen bevorzugt schräg zur Achsrichtung des Verdrängerkolbens, also auf Schraubenlinien um die Kolbenachse, um zu verhindern, dass die Stege Abnutzungsbahnen in den Verdrängerzylinderabschnitt eingraben.
  • Das Arbeitsgas wird in der zweiten Kammer erwärmt. Um auch bei hoher Taktfrequenz die Heißgasmaschine das Arbeitsgas in der zweiten Kammer hinreichend rasch erwärmen zu können, ist in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass die zweite Kammer auf der dem Verdrängerzylinder axial abgewandten Seite durch einen mittels der Erhitzeranordnung erwärmbaren Zylinderkopf abgeschlossen ist, der eine Vielzahl zur zweiten Kammer hin offene im Wesentlichen axial sich erstreckende Kanäle aufweist. Die Kanäle können durch Bohrungen oder Schlitze gebildet sein und vergrößern die in der zweiten Kammer verfügbare Wärmetauschfläche. Um die Gaszirkulation in den Kanälen zu verbessern, können die Kanäle an deren dem Verdrängerkolben axial abgewandten Enden miteinander in Strömungsverbindung stehen, so dass Druckunterschiede innerhalb der zweiten Kammer zu Gasströmungen in den Kanälen führen. Die Gaszirkulation in den Kanälen kann auch zwangsweise erfolgen, wenn der Verdrängerkolben dem Zylinderkopf axial zugewandt wenigstens einen Pumpfortsatz trägt, dem in dem Zylinderkopf jeweils eine in Strömungsverbindung mit den Kanälen stehende Pumpkammer zugeordnet ist. Die vorstehend erläuterten Maßnahmen zur Vergrößerung der Wärmetauschwirkung in der zweiten Kammer haben auch selbstständige erfinderische Bedeutung.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:
  • 1 einen Axiallängsschnitt durch eine Zylinder-Kolben-Einheit einer entsprechend einem Stirling-Kreisprozess arbeitenden Heißgasmaschine;
  • 2 einen Axialquerschnitt durch einen Verdrängerkolben der Zylinder-Kolben-Einheit, gesehen entlang einer Linie II-II in 1;
  • 3 einen Axialquerschnitt durch den Zylinderkopf eines Verdrängerzylinderabschnitts der Zylinder-Kolben-Einheit, gesehen entlang einer Linie III-III in 1;
  • 4 eine unter Verwendung von mehreren Zylinder-Kolben-Einheiten aufgebaute Motoranordnung und
  • 5 einen Axiallängsschnitt durch eine Variante der Zylinder-Kolben-Einheit aus 1.
  • Die in den 1 bis 3 dargestellte Heißgasmaschine umfasst eine Zylinder-Kolben-Einheit 1 mit einem Arbeitszylinderabschnitt 3, in welchem ein durch eine Dichtung 5 gegen den Innenmantel 7 des Arbeitszylinderabschnitts 3 abgedichteter Arbeitskolben 9 verschiebbar ist. An den Arbeitszylinderabschnitt 3 schließt gleichachsig ein Verdrängerzylinderabschnitt 11 an, in welchem seinerseits ein Verdrängerkolben 13 axial verschiebbar ist. Der Verdrängerzylinderabschnitt 11 ist auf der dem Arbeitszylinderabschnitt 3 axial abgewandten Seite durch einen Zylinderkopf 15 abgeschlossen und begrenzt zusammen mit dem Arbeitszylinderabschnitt 3 und dem Arbeitskolben 9 einen allgemein mit 17 bezeichneten Gasprozessraum, dessen Volumen entsprechend der Verschiebebewegung des Arbeitskolbens 9 zwischen dem in 1 dargestellten maximalen Volumen, bei welchem der Arbeitskolben 9 dem Verdrängerzylinderabschnitt 11 entfernt gelegen ist und einem minimalen Volumen, bei welchem der Arbeitskolben 9 die in 1 bei 9' dargestellte, dem Verdrängerzylinderabschnitt 11 benachbarte Totpunktstellung einnimmt, variiert.
  • Der Verdrängerkolben 13 unterteilt den Gasprozessraum 17 in zwei Kammern 19 und 21, deren Volumenverhältnis sich abhängig von der Position des Verdrängerkolbens 13 ändert. In der in 1 dargestellten Totpunktstellung des Verdrängerkolbens 13 ist die durch den Arbeitskolben 9 und den Verdrängerkolben 13 begrenzte Kammer 19 maximal, während die auf der dem Arbeitskolben 9 abgewandten Seite des Verdrängerkolbens 13 gelegene Kammer 21 minimal ist. Wird der Verdrängerkolben 13 in die bei 13' angedeutete andere Totpunktstellung des Verdrängerkolbens 13 verschoben, so ist das Volumen der Kammer 19 minimal und das der Kammer 21 maximal.
  • Der Gasprozessraum 17 ist mit einem abgeschlossenen Volumen eines unter Druck stehenden Arbeitsgases, beispielsweise Luft, vorzugsweise aber Helium, gefüllt. Zwischen dem Innenmantel 23 des Verdrängerzylinderabschnitts 11 und dem Umfang des Verdrängerkolbens 13 ist ein nachfolgend noch näher erläuterter Nebenschlussweg 25 vorgesehen, über den das Arbeitsgas abhängig von der Hubposition des Verdrängerkolbens 13 aus der Kammer 19 in die Kammer 21 und zurück verdrängt wird.
  • Der Verdrängerkolben 13 wird über einen Fremdantrieb, hier in Form eines Hydraulikzylinders 27 zwangsweise und diskontinuierlich zwischen seinen beiden Totpunktstellungen oszillierend hin- und herbewegt. Der Hydraulikzylinder 27 wird von einer nachfolgend anhand von 4 noch näher erläuterten Steuerung mit einer zwangsweise vorbestimmten Taktfrequenz oder/und zwangsweise vorbestimmten Taktphase gesteuert. Der Hydraulikzylinder 27 ist als doppelt wirkender Zylinder ausgebildet und auf der dem Verdrängerzylinderabschnitt 11 axial abgewandten Seite des Arbeitszylinderabschnitts 3 angeordnet. In dem Hydraulikzylinder 27, dessen Hydraulikanschlüsse bei 29, 31 dargestellt sind, ist gleichachsig zum Verdrängerkolben 13 ein Kolben 33 verschiebbar, der über eine bei 35 gegen den Arbeitsprozessraum 17 abgedichtete, durch den Arbeitskolben 9 verschiebbar sich erstreckende Kolbenstange 37 mit dem Verdrängerkolben 13 gekuppelt ist. Positionssensoren 39 erfassen die Endstellungen des Kolbens 33 und damit die Totpunktstellungen des Verdrängerkolbens 13.
  • Die Kammer 21 und zumindest ein Teil des sie begrenzenden Verdrängerzylinderabschnitts 11 ragen in einem durch ein Gehäuse 41 umgrenzten Erhitzungsraum, der das in der Kammer 21 sich befindende Arbeitsgas erwärmt. Der Verdrängerzylinderabschnitt 11 und sein Zylinderkopf 15 sind auf deren Außenseiten zur Vergrößerung der Wärmetauschflächen mit Rippen 45 oder dergleichen versehen. Der Erhitzungsraum 43 wird mit Heißgas beispielsweise aus einem Gas- oder Ölbrenner beschickt. Es versteht sich, dass jede andere Wärmequelle geeignet ist. Insbesondere kann Abwärme eines anderen Prozesses genutzt werden. Die Abwärme kann gegebenenfalls auch durch direkten Wärmekontakt mit dem Verdrängerzylinderabschnitt 11 oder dem Zylinderkopf 15 zugeführt werden.
  • Die zwischen dem Verdrängerkolben 13 und dem Arbeitskolben 9 gebildete Kammer 19 des Arbeitsprozessraums 17 ist von einer Kühlanordnung 47 umschlossen, die das von dem Verdrängerkolben 13 in die Kammer 19 verdrängte Arbeitsgas kühlt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kühlanordnung 47 als Fluid-Kühlmantel ausgebildet, der den Arbeitszylinderabschnitt 3 und einen Teil des Verdrängerzylinderabschnitts 11 umschließt. Das Kühlfluid, bei dem es sich bevorzugt um eine Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser handelt, wird über Anschlüsse 49, 51 zu- bzw. abgeführt. Der Kühlmantel 47 erstreckt sich im dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen über den gesamten Hubweg des Arbeitskolbens 9, um Dichtprobleme an dem Kolben zu vermeiden.
  • Die vorstehend erläuterte Zylinder-Kolben-Einheit 1 arbeitet in einem Stirling-Kreisprozess. In den in der 1 dargestellten Totpunktstellungen des Verdrängerkolbens 13 und des Arbeitskolbens 9 hat der Verdrängerkolben 13 das in der Kammer 21 erhitzte Arbeitsgas in die Kammer 19 hinein verdrängt, in der es abgekühlt wird und dementsprechend der Druck in dem Arbeitsgas abnimmt. Eine zwischen dem Arbeitskolben 9 und einem zum Arbeitszylinderabschnitt 3 festen Anschlag, hier an dem Hydraulikzylinder 27 eingespannte, die Kolbenstange 37 umschließende Schraubendruckfeder 53 verschiebt den Arbeitskolben 9 in seine das Volumen der Kammer 19 verringernde Totpunktstellung 9'. In einem nächsten Schritt des Stirling-Kreisprozesses verschiebt der Hydraulikzylinder 27 den Verdrängerkolben 13 in die Totpunktstellung 13', wobei das abgekühlte Arbeitsgas aus der Kammer 19 über den Nebenschlussweg 25 in die Kammer 21 verdrängt wird, in der es erneut erhitzt wird. Damit steigt in dem Arbeitsprozessraum 17 der Druck des Arbeitsgases und der Arbeitskolben 9 wird unter Kompression der Druckfeder 53 und unter Arbeitsleistung wieder in die in 1 dargestellte Totpunktstellung geschoben. Der Stirling-Kreisprozess beginnt dann erneut.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel bildet der Arbeitskolben 9 einen frei schwingenden Kolben, der mit einer Fluid-Druckpumpe direkt gekuppelt ist. Bei der Fluid-Druckpumpe kann es sich um eine Hydraulikpumpe handeln. Im vorliegenden Fall ist jedoch eine Luft-Druckpumpe 55 vorgesehen, deren Zylinder 57 auf der dem Verdrängerkolben 13 axial abgewandten Seite fest und bei 59 abgedichtet gleichachsig zum Arbeitszylinderabschnitt 3 an diesen anschließt. In dem Zylinder 57 ist ein Kolben 61 abgedichtet verschiebbar, der über eine hülsenförmige, die Druckfeder 53 umschließende Kolbenstange 63 fest mit dem Arbeitskolben 9 verbunden ist. Die Kolbenstange 63 ist in einem zentrischen Ansatz 65 eines den Zylinder 57 auf der dem Arbeitszylinderabschnitt 3 fernen Seite abschließenden Zylinderkopfs 67 abgedichtet verschiebbar geführt. Der Ansatz 65 trägt Positionssensoren 69 der nachfolgend noch näher erläuterten Steuerung, die die Totpunktstellungen der Kolbenstange 63 und damit des Arbeitskolbens 9 erfassen. In dem Zylinderkopf 67 sind ferner ein mit einem Einlassventil versehener Lufteinlassanschluss 71 und ein mit einem Luftauslassventil versehener Auslassanschluss 73 vorgesehen. Der Hydraulikzylinder 27 ist in das kolbenferne Ende des Ansatzes 65 eingeschraubt.
  • Die Taktrate, mit der der Hydraulikzylinder 27 den Verdrängerkolben 13 bewegt, bestimmt die Arbeitsfrequenz des Arbeitskolbens und damit die Pumpleistung der Luft-Druckpumpe 55. Da der Arbeitskolben 9 hierbei frei schwingen kann, kann sich sein Hub der entsprechend dem Stirling-Kreisprozess zugeführten Energie anpassen, was zu einer stabilen Betriebsweise führt. Von Vorteil ist auch, dass der Zylinder 57 der Luft-Druckpumpe 55 abgedichtet an den Arbeitszylinderabschnitt 3 anschließt, da dann der Kolben 61 zusätzlich zu den Dichtungen 5 des Arbeitskolbens 9 Druckverluste an Arbeitsgas verringert, was insbesondere bei Helium als Arbeitsgas von Vorteil ist. Insbesondere kann der Zwischenraum 71 zwischen dem Arbeitskolben 9 und dem Kolben 61 auf einem gewissen Überdruck gehalten werden, was zusätzlich einem Arbeitsgasverlust entgegenwirkt. Der Zylinder 57 kann, wie dies in 1 dargestellt ist einen größeren Innendurchmesser haben als der Arbeitszylinderabschnitt 3, wodurch einerseits die Pumpleistung der Luft-Druckpumpe 55 erhöht werden kann und andererseits im Verlauf der Kolbenbewegung ein Überdruck in dem Zwischenraum 71 erzeugt wird.
  • Wie die 1 und 2 zeigen, ist der Verdrängerkolben 13 auf seinem Außenumfang mit einer Vielzahl in Umfangsrichtung verteilter schraubenlinienförmig angeordneter Nuten 75 mit dazwischen angeordneten, gleichfalls schraubenlinienförmigen Stegen 77 versehen. Die Stege 77 führen mit geringem Spiel den Verdrängerkolben 13 an der in 2 bei 79 angedeuteten Innenfläche des Verdrängerzylinderabschnitts 11, während die Gesamtheit der Nuten 75 den Nebenschlussweg 25 bildet. Die Nuten 75 vergrößern die Oberfläche des Verdrängerkolbens 13, der damit einen bei Stirling-Maschinen üblichen Regenerator bildet. Der Regenerator speichert einen Teil der Wärme des Arbeitsgases, wenn es vom Verdrängerkolben 13 aus der Kammer 21, in der es erhitzt wurde, in die gekühlte Kammer 19 verdrängt wird. Wird das gekühlte Arbeitsgas von der Kammer 19 wieder in die Kammer 21 verdrängt, so wird die so zwischengespeicherte Wärme zur Verbesserung des Wirkungsgrads der Maschine an das Arbeitsgas zurückgegeben. Es versteht sich, dass die Regenerierungsleistung durch die Anzahl und Tiefe der Nuten 75 festgelegt wird. Zusätzlich können in den Nuten 75 weitere Wärmetauschflächen, beispielsweise in Form von Lamellen oder einem Drahtnetz oder dergleichen vorgesehen sein. Es versteht sich ferner, dass der Regenerator auch in einer außerhalb des Verdrängerzylinderabschnitts 11 die Kammern 19 und 21 verbindenden Nebenschlussleitung vorgesehen sein kann.
  • Bei schnell laufenden Maschinen ist die Verweilzeit des Arbeitsgases in der Kammer 21 relativ kurz. Um dennoch für hinreichende Wärmeübertragung auf das Arbeitsgas zu sorgen, ist der Zylinderkopf 15 auf seiner dem Verdrängerkolben 13 zugewandten Seite, wie die 1 und 3 zeigen, mit einer Vielzahl axial verlaufender, zum Verdrängerkolben 13 hin offener Kanäle 81, hier in Form von Bohrungen, versehen. Die Kanäle 81 sind an ihren dem Verdrängerkolben 13 abgewandten Enden durch Verbindungskanäle 83 miteinander und mit einer zentrischen Kammer 85 verbunden, in die ein vom Verdrängerkolben 13 abstehender Pumpfortsatz 87 in der dem Zylinderkopf 15 benachbarten Totpunktstellung des Verdrängerkolbens 13 eintaucht. Der Pumpfortsatz 87 sorgt während der Annäherung des Verdrängerkolbens 13 an die Totpunktstellung für eine Arbeitsgasströmung in den Kanälen 81, 83 und damit auf Grund der vergrößerten Wärmetauschflächen für eine Verbesserung der Erwärmung des Arbeitsgases. Die Kammer 85 und der Pumpfortsatz 87 kann gegebenenfalls entfallen. Die Kanäle 81 sind in Reihen angeordnet, wobei die Verbindungskanäle 83 jeweils die Kanäle 81 von zwei benachbarten Reihen schneiden. Auf diese Weise kann der für die Wärmeübertragung in der Grundfläche des Zylinderkopfs 15 verbleibende Materialquerschnitt hinreichend groß gemacht werden.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kolben 9 als frei schwingender Kolben ausgebildet. Es versteht sich, dass der Arbeitskolben 9 aber auch zwangsweise mit einem Abtrieb gekuppelt sein kann, beispielsweise einem Kurbel-Abtrieb.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Hydraulikzylinder 27 auf der dem Verdrängerkolben 13 abgewandten Seite des Arbeitskolbens 9 angeordnet. Es versteht sich, dass der Hydraulikzylinder 27 auch auf der Seite des Zylinderkopfs 15 angeordnet sein kann. Auf diese Weise kann zwar ein geschlossener Arbeitskolben 9 verwendet werden, doch sind die dann zur Abdichtung der Kolbenstange des Verdrängerkolbens 13 erforderlichen Dichtungen auf der heißen Seite des Verdrängerzylinderabschnitts 11 angeordnet, was zu Abdichtproblemen führen kann.
  • Die anhand der 1 bis 3 erläuterte Heißgasmaschine erlaubt die Erzeugung einer Druckfluidströmung, hier von Druckluft. Die Kolben-Zylinder-Einheit 1 ist hierbei als Modul ausgebildet, der für sich funktionsfähig ist. 4 zeigt eine unter Verwendung mehrerer solcher Zylinder-Kolben-Einheiten bzw. Module aufgebaute Motoranordnung 89. Die Motoranordnung umfasst zumindest ein Paar der anhand der 1 bis 3 erläuterten Zylinder-Kolben-Einheiten 1, die über ein von einer elektronischen Steuerung 91 gesteuertes Hydrauliksteuerventil 93 an eine Hydraulikdruckquelle 95 angeschlossen sind. Die Hydraulikdruckquelle 95 umfasst herkömmlich eine Hydraulikpumpe 97 mit einem Überdruckventil 99 und einem Filter 101 in einer Rückführleitung. Das Steuerventil 93 ist als Umschaltventil ausgebildet, welches den Druckausgang der Hydraulikpumpe 97 wechselweise mit den Druckanschlüssen 29 des doppelt wirkenden Hydraulikzylinders 27 verbindet, so dass wechselweise die Verdrängerkolben 13 vom Arbeitskolben 9 weg verschoben werden. Das Steuerventil 93 verbindet den Druckeingang 29 des jeweils nicht mit dem Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 97 verbundenen Anschluss 29 mit der über das Filter 101 zum Hydrauliktank 103 führenden Rückführleitung. Die Hydraulikzylinder 27 des Paars werden auf diese Weise gegenphasig druckbeaufschlagt. Die der entgegengesetzten Betätigungsrichtung zugeordneten Anschlüsse 31 der Hydraulikzylinder 27 sind paarweise über je eine Leitung 105 miteinander verbunden, wobei das der Leitung 105 zugeordnete System gleichfalls mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid gefüllt ist. Der vom Druck der Hydraulikpumpe 97 aktiv betätigte Hydraulikzylinder 27 sorgt auf diese Weise für das Rückholen des jeweils anderen Hydraulikzylinders. Die Positionssensoren 39 und 69 sind mit der Steuerung 91 verbunden und sorgen für die Synchronisierung der Kolbenbewegungen.
  • Die Kolben-Zylinder-Einheiten 1 der 4 unterscheiden sich von der Einheit der 1 bis 3 im Wesentlichen nur dadurch, dass den beiden Einheiten 1 ein gemeinsames, den Erhitzungsraum 43 bildendes Gehäuse 41 zugeordnet ist.
  • Die gegenphasig arbeitenden Luft-Druckpumpen 55 saugen Umgebungsluft über an die Lufteinlässe 71 angeschlossene Luftfilter 107 an und sind über ihre Druckluftauslässe 73 zueinander parallel an einen Druckluft-Pufferspeicher 109 angeschlossen, aus dem ein Druckluftmotor 111 gespeist wird. Der Druckluftmotor 111 hat ein Gehäuse 113, in dem ein Zylinderläufer 115 mit mehreren in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Zylindern 117 drehbar gelagert ist. Bei Rotation des Läufers treiben die über Exzenterscheiben 119 mit einer Kurbelwelle 121 gekuppelten Kolbenpaare die Kurbelwelle 121 rotierend an. Die am Außenumfang des Rotors über einen Einlassspalt 123 zugeführte Druckluft entspannt sich im Verlauf der Drehbewegung des Rotors 115 und verlässt den Druckluftmotor 111 über einen Auslassspalt 125. Konstruktive Einzelheiten eines solchen Druckluftmotors sind in EP 0 477 256 B1 beschrieben, wobei jedoch an Stelle von Druckluft ein durch Zündung expandierendes Kraftstoff-Luft-Gemisch eingesetzt wird. Weitere Einzelheiten sind in DE 196 11 824 C1 anhand eines Motors beschrieben, der jedoch als Arbeitsgas an Stelle von Druckluft unter Druck stehenden Dampf ausnutzt.
  • Es versteht sich, dass auch andere Typen von Druckluftmotoren eingesetzt werden können, wie zum Beispiel Motorturbinen oder dergleichen. Es versteht sich ferner, dass das System auch auf hydraulischer Basis arbeiten kann, wenn der Druckspeicher 109, der Motor 111 und die Fluidpumpen 55 zur Förderung eines hydraulischen Fluids geeignet sind.
  • 4 zeigt die Motoranlage 89 mit lediglich zwei Zylinder-Kolben-Einheiten 1. Es versteht sich, dass auch mehr als zwei Einheiten vorgesehen sein können, wie dies durch Leitungen bei 127 angedeutet ist. Wenngleich für den Massenausgleich und die Vibrationsfreiheit der Anlage gegenphasig arbeitende Paare solcher Einheiten bevorzugt sind, kann die Anzahl der Einheiten aber auch. ungerade gewählt sein.
  • In Druckluftmotoren der vorstehenden Art expandiert die Druckluft im Verlauf der Rotordrehung. Dementsprechend wird der Druckluftmotor 111 abgekühlt. Der Druckluftmotor 111 muss dementsprechend extern erwärmt werden, wenn eine gewünschte Betriebstemperatur eingehalten werden soll. Im Ausführungsbeispiel der 4 wird dies dadurch erreicht, dass die im Kühlmantel 47 der Kolben-Zylinder-Einheiten 1 bei der Kühlung der Kammer 19 abzuführende Wärme in einem Kühlkreislauf einem im Gehäuse 113 vorgesehenen, bei 129 angedeuteten Wärmetauscher zur Erwärmung des Motors 111 zugeführt wird. Der Wärmetauscher 129 ist hierzu in einem geschlossenen Wärmetauscherkreislauf mit den Anschlüssen 49, 51 verbunden. Es versteht sich, dass der Wärmetauscherkreislauf gegebenenfalls eine Umwälzpumpe umfassen kann.
  • Im Folgenden wird eine Variante der anhand der 1 bis 3 erläuterten Zylinder-Kolben-Einheit 1 beschrieben. Gleich wirkende Komponenten sind hierzu mit den Bezugszahlen der 1 bis 3 bezeichnet. Zur Erläuterung dieser Komponenten wird auf die Beschreibung der 1 bis 3 Bezug genommen.
  • Die Zylinder-Kolben-Einheit 1 der 5 unterscheidet sich von derjenigen der 1 bis 3 im Wesentlichen nur dadurch, dass an Stelle des doppelt wirkenden Hydraulikzylinders 27 und seiner Komponenten 29 bis 33 und 39 die Kolbenstange 37 des Verdrängerkolbens 13 über ein Pleuel 131 mit einer von einem Elektromotor 133 angetriebenen Kurbel 135 verbunden ist. Das kurbelferne Ende des Pleuels 131 greift an einem Schlitten 137 an, der gleichachsig zur Kolbenstange 37 an einer mit dem Ansatz 65 verbundenen Führung 139 verschiebbar geführt ist. Der Elektromotor 133, bei dem es sich bevorzugt um einen Schrittmotor handelt, wird von einer elektronischen Steuerung, ähnlich der Steuerung 91 aus 4, diskontinuierlich entsprechend den beiden Totpunktstellungen des Verdrängerkolbens 13 gesteuert. Es versteht sich, dass auch die Zylinder-Kolben-Einheit der 5 in der Motoranlage 89 der 4 betrieben werden kann. Auch hier kann der Elektromotor 133 für die Steuerung mehrerer Zylinder-Kolben-Einheiten 1 genutzt werden, beispielsweise indem auf der Abtriebswelle des Elektromotors 133 mehrere Kurbelwellenarme vorgesehen sind. Auch hier sind die Kurbelwellenarme, wie dies bei 135' in 5 angedeutet ist um 180 Grad gegeneinander versetzt, um paarweise gegenphasigen Betrieb der Einheiten 1 zu erreichen. Es versteht sich, dass der Elektromotor 133 gemeinsam die Verdrängerkolben von auch mehr als zwei Einheiten 1 antreiben kann. Auch versteht sich, dass an Stelle eines Elektromotors ein pneumatischer oder hydraulischer Motor mit rotierendem Kurbelabtrieb genutzt werden kann. An Stelle eines Kurbelabtriebs kann auch ein Nockenabtrieb oder dergleichen in den vorstehend erläuterten Varianten eingesetzt werden, soweit der Nockenhub dem gewünschten Verdrängerkolbenhub genügt.

Claims (28)

  1. Heißgasmaschine umfassend: – eine Zylinder-Kolben-Einheit (1) mit einem Arbeitszylinderabschnitt (3), in welchem ein Arbeitskolben (9) abgedichtet verschiebbar geführt ist und einem Verdrängerzylinderabschnitt (11), in welchem ein Verdrängerkolben (13) verschiebbar geführt ist, wobei der Verdrängerzylinderabschnitt (11), der Arbeitszylinderabschnitt (3) und der Arbeitskolben (9) gemeinsam einen abgeschlossenen, mit einem Arbeitsgas gefüllten Gasprozessraum (17) begrenzen, dessen Volumen entsprechend der Verschiebebewegung des Arbeitskolbens (9) variiert, und der Verdrängerkolben (13) den Gasprozessraum (17) in zwei Kammern (19, 21) unterteilt, von denen eine erste (19) der beiden Kammern (19, 21) von dem Verdrängerkolben (13) und dem Arbeitskolben (9) begrenzt ist und wobei die beiden Kammern (19, 21) über einen den Verdrängerkolben (13) überbrückenden Nebenschlussweg (25) für das Arbeitsgas miteinander verbunden sind, – eine Kühlanordnung (47) zum Kühlen des Arbeitsgases in der ersten (19) der beiden Kammern (19, 21), – eine Erhitzeranordnung (41, 43, 45) zum Erwärmen des Arbeitsgases in einer zweiten (21) der beiden Kammern (19, 21), – eine den Verdrärgerkolben (13) in dem Verdrängerzylinderabschnitt (11) oszillierend hin- und herbewegende Antriebsanordnung (27; 133, 135) und – eine mit dem Arbeitskolben (9) verbundene Abtriebsanordnung (55), dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsanordnung des Verdrängerkolbens (13) als steuerbarer Fremdantrieb (27; 133, 135) ausgebildet ist, dessen Bewegungstakt relativ zum Bewegungstakt des Arbeitskolbens (9) zwangsweise änderbar ist.
  2. Heißgasmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fremdantrieb einen über eine Kolbenstange (37) mit dem Verdrängerkolben (13) verbundenen Druckfluid-Antriebszylinder (27) umfasst, dem über eine von einer Steuerung (91) gesteuerte Steuerventilanordnung (93) Druckfluid mit zwangsweise vorbestimmter Taktfrequenz oder/und zwangsweise vorbestimmter Taktphase zuführbar ist.
  3. Heißgasmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckfluid-Antriebszylinder (27) ein doppelt wirkender Antriebszylinder ist.
  4. Heißgasmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckfluid-Antriebszylinder (27) ein Hydraulik-Antriebszylinder ist.
  5. Heißgasmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fremdantrieb einen über ein Kurbelgetriebe (133) mit dem Verdrängerkolben (13) verbundenen Elektromotor (133) umfasst, dessen Abtriebsdrehzahl oder/und Abtriebsphase mittels einer Steuerung (91) zwangsweise vorbestimmbar ist.
  6. Heißgasmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerung (91) wenigstens ein eine vorbestimmte Bewegungsstellung der Fremdsteuerung (27) erfassender Positionssensor (39) zugeordnet ist.
  7. Heißgasmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerzylinderabschnitt (11) und der Arbeitszylinderabschnitt (3) gleichachsig nebeneinander angeordnet sind und der Fremdantrieb (27; 133, 135) auf der dem Verdrängerzylinderabschnitt (11) axial abgewandten Seite des Arbeitszylinderabschnitts (3) angeordnet ist.
  8. Heißgasmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zylinder-Kolben-Einheiten (1) vorgesehen sind, deren die Verdrängerkolben (13) bewegende Fremdantriebe (27; 133, 135) miteinander synchron gesteuert werden.
  9. Heißgasmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebsanordnung eine von dem Arbeitskolben angetriebene Fluid-Druckpumpe (55) umfasst.
  10. Heißgasmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluid-Druckpumpe einen zum Arbeitszylinderabschnitt (3) gleichachsig neben diesem angeordneten Pumpzylinderabschnitt (57) mit einem Einlassventil (71) und einem Auslassventil (73) und einen mit dem Arbeitskolben (9) verbundenen, in dem Pumpzylinderabschnitt (57) abgedichtet verschiebbaren Pumpenkolben (61) umfasst.
  11. Heißgasmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitszylinderabschnitt (3) mit dem Pumpzylinderabschnitt (57) dicht verbunden ist.
  12. Heißgasmaschine nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpzylinderabschnitt (57) einen größeren Innendurchmesser hat als der Arbeitszylinderabschnitt (3).
  13. Heißgasmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskolben (9) und der Pumpkolben (61) mit einer gemeinsamen Kolbenstange (63) verbunden sind, die auf der dem Arbeitskolben (9) axial abgewandten Seite des Pumpkolbens (61) in einem Zylinderkopf (67) abgedichtet verschiebbar ist.
  14. Heißgasmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskolben (9) auf seiner von der ersten Kammer (19) axial abgewandten Seite von einer Druckfeder (53) zur ersten Kammer (19) hin federnd vorgespannt ist.
  15. Heißgasmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluid-Druckpumpe (55) eine Luft-Druckpumpe ist.
  16. Heißgasmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluid-Druckpumpe (55) in Treibverbindung mit einem Druckfluidmotor (111) steht.
  17. Heißgasmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibverbindung zwischen der Fluid-Druckpumpe (55) und dem Druckfluidmotor (111) einen Fluid-Druckpufferspeicher (109) enthält.
  18. Heißgasmaschine nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckfluidmotor (111) in Treibverbindung mit den Fluid-Druckpumpen (55) mehrerer Zylinder-Kolben-Einheiten (1) steht.
  19. Heißgasmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder-Kolben-Einheiten (1) als untereinander gleiche Moduleinheiten ausgebildet sind.
  20. Heißgasmaschine nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbaren Fremdantriebe (27; 133, 135) wenigstens eines Paars der Zylinder-Kolben-Einheiten (1) so gesteuert sind, dass die Verdrängerkolben (13) des Paars sich gegenphasig bewegen.
  21. Heißgasmaschine nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckfluidmotor (111) in Wärmetauschverbindung mit der Kühlanordnung (47) zumindest einer Kolben-Zylinder-Einheit (1) steht.
  22. Heißgasmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 21 oder dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkolben (13) in dem Verdrängerzylinderabschnitt (11) radial geführt ist und an seinem Umfang zur Bildung des Nebenschlusswegs (25) eine Vielzahl im Wesentlichen axial verlaufender, die beiden Kammern (19, 21) miteinander verbindender Nuten (75) aufweist.
  23. Heißgasmaschine nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Nuten (75) und ihre Tiefe so gewählt sind, dass die Nuten (75) einen Regenerator bilden.
  24. Heißgasmaschine nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (75) schräg zur Achsrichtung des Verdrängerkolbens (13) verlaufen.
  25. Heißgasmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 24 oder dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kammer (21) auf der dem Verdrängerzylinder (13) axial abgewandten Seite durch einen mittels der Erhitzeranordnung (41, 43) erwärmbaren Zylinderkopf (15) abgeschlossen ist, der eine Vielzahl zur zweiten Kammer (21) hin offene, im Wesentlichen axial sich erstreckende Kanäle (81) aufweist.
  26. Heißgasmaschine nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Kanäle (81) an deren dem Verdrängerkolben (13) axial abgewandten Enden in Strömungsverbindung miteinander stehen.
  27. Heißgasmaschine nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (81) über quer verlaufende Kanäle (83) in Strömungsverbindung miteinander stehen.
  28. Heißgasmaschine nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkolben (13) dem Zylinderkopf (15) axial zugewandt wenigstens einen Pumpfortsatz (87) trägt, dem in dem Zylinderkopf (15) jeweils eine in Strömungsverbindung mit den Kanälen (81, 83) stehende Pumpkammer (85) zugeordnet ist.
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