DE1601469B2

DE1601469B2 - Heissgasmotor

Info

Publication number: DE1601469B2
Application number: DE1967N0031833
Authority: DE
Inventors: Gregorius Theodorus Maria; Meijer Roelf Jan; Eindhoven Neelen (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1967-02-25
Filing date: 1967-12-20
Publication date: 1976-11-04
Also published as: DE1601469A1; NL6703011A; BE711249A; CH492121A; US3496720A; NL147226B; FR1566419A; GB1220153A; SE332097B

Description

Die Erfindung betrifft einen Heißgasmotor mit einem geschlossenen Arbeitsraum, in dem sich ein Arbeitsmedium befindet und der durch einen Regenerator in einen Kompressionsraum mit niedriger mittlerer Temperatur und einen Expansionsraum mit höherer mittlerer Temperatur aufgeteilt ist, wobei das Volumen jedes dieser Räume durch mit gegenseitigem Phasenunterschied bewegbare Kolben änderbar ist, die über Kolbenstangen mit einem in einem Kurbelkasten angeordneten Getriebe gekuppelt sind, wobei der Kolben, der den Expansionsraum begrenzt, an seiner diesem Raum zugewandten Seite mit einer am Kolben befestigten Kolbenkappe aus wärmeisolierendem Material versehen ist.

Ein solcher Heißgasmotor mit einer Kolbenkappe a,us wärmeisolierendem Material ist aus der US-PS 31 17 414 bekannt.

Die Temperatur des Mediums im Expansionsraum kann 600 bis 700° C betragen.

Für den Wirkungsgrad des Heißgasmotors ist es dabei von Belang, daß Wärme nicht vom Expansionsraum zum Kompressionsraum übertritt. Damit Wärmeübertritt vermieden wird, ist der Kolben, der den Expansionsraum begrenzt, an seiner dem Expansionsraum zugewandten Seite mit einer Kolbenkappe aus wärmeisolierendem Material versehen.

Um den hohen Drücken die im Arbeitsraum des Heißgasmotors herrschen (z.B. Minimumdruck 70 at und Maximumdruck 140 at), zu widerstehen und um zu vermeiden, daß Medium in das wärmeisolierende Material hineindringt und somit dem thermodynamischen Kreislauf entzogen wird, ist es erwünscht, die Kolbenkappe massiv auszubilden.

Ein Nachteil ist, daß infolge der dabei auftretenden verhältnismäßig großen Massenträgheitskräfte die Verbindung zwischen Kolbenkappe und Kolben periodisch einer Zugbelastung unterworfen ist, die zu Rissen im z. B. glasartigen oder keramischen Material der Kolbenkappe und zum Zerbrechen der Konstruktion führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heißgasmotor der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem unter Vermeidung der genannten Nachteile die Kolbenkappe sicher am Kolben befestigt ist.

Der Heißgasmotor nach der Erfindung hat das Kennzeichen, daß zwischen der Kolbenkappe und dem

ίο Kolben ein geschlossener Raum vorhanden ist, der in Verbindung mit einem Raum steht in dem ein Druck herrscht, der niedriger ist als der im Arbeitsraum auftretende Minimumdruck.

Auf diese Weise ist gewährleistet, daß die Kolbenkappe immer gegen den Kolben gedrückt wird. Die Verbindung zwischen der Kolbenkappe und dem Kolben wird somit nie einer Zugbelastung unterworfen.

Eine günstige Ausführungsform des Heißgasmotors

nach der Erfindung hat das Kennzeichen, daß der geschlossene Raum über einen Kanal durch die diesbezügliche Kolbenstange mit dem Kurbelkastenraum in Verbindung steht.

Auf vorteilhafte Weise wird also der im Kurbelkasten herrschende niedrige Druck, normalerweise atmosphärische Druck, benutzt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

F i g. 1 und 2 schematische und nicht maßstäbliche Darstellungen eines Heißgasmotors vom Verdrängertyp bzw. eines Heißgasmotors vom Zwei-Kolbentyp, wobei die Verdrängerkappe bzw. Kolbenkappe massiv ausgebildet ist.

In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 1 ein Zylinder angedeutet, in dem ein Kolben 2 und ein Verdränger 3 bewegbar sind. Der Kolben 2 und Verdränger 3 sind über eine Kolbenstange 4 bzw. eine Verdrängerstange 5 mit einem rautenartigen Getriebe 6 verbunden, dessen Bauart als bekannt vorausgesetzt wird. Zwischen dem Kolben 2 und dem Verdränger 3 befindet sich ein Kompressionsraum 7, während sich über dem Verdränger 3 ein Expansionsraum 8 befindet. Der Kompressionsraum 7 und der Expansionsraum 8 stehen über einen Kühler 9, einen Regenerator 10 und einen Erhitzer

^₅ 11 miteinander in Verbindung, wobei letzterer eine Anzahl Rohre 12 enthält, die sich einerseits an den Regenerator 10 und andererseits an einen Ringkanal 13 anschließen, und eine Anzahl Rohre 14 enthält, die sich einerseits an den Ringkanal 13 und andererseits an den Expansionsraum 8 anschließen. Vom Erhitzer 11 wird über einen Brenner 15 dem Heißgasmotor Wärme zugeführt.

In dem durch den Expansionsraum 8 und den Kompressionsraum 7 mit den dazwischenliegenden Verbindungskanälen gebildeten Arbeitsraum befindet sich ein Arbeitsmedium, beispielsweise Helium, unter hohem Druck. Der maximale Druck liegt in der Größenordnung von 140 at, bei einem Druckverhältnis von 2. Unter dem Kolben 2 befindet sich ein Pufferraum 17, in dem sich das gleiche Medium wie im Arbeitsraum befindet, nun aber unter einem mittleren Druck von 105 at. Im Kurbelgehäuse 18, in dem das rautenartige Getriebe angeordnet ist, herrscht atmosphärischer Druck.

Der Verdränger 3 ist durch einen Kolben 50 und eine mit diesem verbundene massive Verdrängerkappe 51 aus glaskeramischem Material gebildet. Die Verdrängerkappe 51 aus glaskeramischem Material weist

durch die schlechte Wärmeleitfähigkeit dieses Materials gute Isoliereigenschaften auf, während die Wichte dieses Materials verhältnismäßig klein ist. Weiter ist das glaskeramische Material undurchsichtig, so daß auch durch Strahlung vom Expansionsraum 8 her wenig S Wärme zum Kolben 50 gelangt. Das glaskeramische Material, aus dem die Verdrängerkappe 51 hergestellt ist, weist einen sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, so daß die Verdrängerkappe rein zylinderförmig gemacht werden kann, ohne daß die ie Gefahr besteht, daß diese Kappe sich durch Wärmeausdehnung derart verformen wird, daß sie sich im Zylinder 1 festsetzen wird. Die Verbindung zwischen der Verdrängerkappe 51 und dem Kolben 50 ist dadurch erhalten, daß ein Teil 52 der Verdrängerkappe einen kleineren Durchmesser aufweist und die Außenseite dieses Teils mit Gewinde versehen ist. Dieses Teil ist in einer Aussparung 53 im Kolben 50 eingeschraubt, welche an ihrer Innenseite mit Gewinde versehen ist. Auf den Boden der Aussparung 53 mündet ein Kanal 54„ zq der sich durch die Verdrängerstange zum Kurbelgehäuse 18 erstreckt, in dem atmosphärischer Druck herrscht. Dies bedeutet, daß in der Aussparung 53 auch atmosphärischer Druck herrscht, so daß die Verdrängerkappe durch den im Expansionsraum 8 herrsehenden Druck immer positiv gegen den Kolben 50 gedrückt wird. Das bedeutet, daß die Befestigung der Kolbenkappe 51 mit dem Kolben 50 niemals Zugspannungen ausgesetzt ist.

In F i g. 2 ist ein Heißgasmotor vom Zwei-Kolbentyp dargestellt. Dieser Motor enthält einen Zylinder 61, in dem ein Kompressionskolben 62 und ein Expansionskolben 63 dadurch bewegbar sind, daß sie über Kolbenstangen 64 und 65 mit einem nicht dargestellten Getriebe verbunden sind. Zwischen den einander zugewandten Flächen der Kolben 62 und 63 befindet sich der Kompressionsraum 66, ein Kühler 67, ein Regenerator 68, ein Erhitzer 69 und ein Expansionsraum 70. Der Expansionskolben 63 ist durch einen Kolbenteil 71 und eine Kolbenkappe 72 gebildet, wobei letztere aus einem glaskeramischen Material hergestellt ist und den Kolbenteil 71 vom Expansionsraum 70 isoliert. Die Bauart des Expansionskolbens 63 entspricht der des Verdrängers 51,50 nach Fig. 1, wobei auch jetzt wieder die Aussparung 73 zwischen der Expansionskolbenkappe 72 und dem Kolbenteil 71 über einen Kanal 74 mit dem unter atmosphärischem Druck stehenden Kurbelgehäuse in Verbindung steht, so daß auch bei dieser Bauart wieder erreicht ist, daß die Kolbenkappe 72 durch den im Expansionsraum 70 herrschenden Druck gegen den Kolbenteil 71 gedrückt wird, so daß die Verbindung niemals Zugspannungen ausgesetzt ist.

Die Kolbenkappe kann statt aus glaskeramischem Material auch beispielsweise aus Quarzglas mit Lunkern oder aus einem Sintermaterial, wie Sintermetall, oder einem keramischen Material hergestellt sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

16 Ol469 Patentansprüche:

1. Heißgasmotor mit einem geschlossenen Arbeitsraum, in dem sich ein Arbeitsmedium befindet und der durch einen Regenerator in einen Kompressionsraum mit niedriger mittlerer Temperatur und einen Expansionsraum mit höherer mittlerer Temperatur aufgeteilt ist, wobei das Volumen jedes dieser Räume durch mit gegenseitigem Phasenunterschied bewegbare Kolben änderbar ist, die über Kolbenstangen mit einem in einem Kurbelkasten angeordneten Getriebe gekuppelt sind, wobei der Kolben, der den Expansionsraum begrenzt, an seiner diesem Raum zugewandten Seite mit einer am Kolben befestigten Kolbenkappe aus wärmeisolierendem Material versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kolbenkappe (51) und dem Kolben (50) ein geschlossener Raum (53) vorhanden ist, der in Verbindung mit einem Raum steht, in dem ein Druck herrscht, der niedriger ist als der im Arbeitsraum (7, 8) auftretende Minimumdruck.

2. Heißgasmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Raum (53) über einen Kanal (54) durch die diesbezügliche Kolbenstange (5) mit dem Kurbelkastenraum in Verbindung steht.