DE2422150C3 - Heißgaskolbenmaschine mit einer Vorrichtung zur Regelung der Gewichtsmenge des in einem Arbeitsraum vorhandenen Arbeitsmediums - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Heißgaskolbenmaschine mit einer Vorrichtung zur Regelung der Gewichtsmenge des in einem Arbeitsraum der Maschine vorhandenen Arbeitsmediums, wobei die Vorrichtung einen Speicherbehälter für Arbeitsmedium sowie einen Arbeitsmediumverdichter enthält und wobei der Speicherbehälter über eine Abfuhrleitung mit einem ein erstes Rückschlagventil enthaltenden Ausgang des Arbeitsraums verbindbar ist und über eine Zufuhrleitung mit einem ein zweites Rückschlagventil enthaltenden Eingang des Arbeitsraums verbindbar ist.

Heißgaskolbenmaschinen dieser Art sind bekannt.

Unter Heißgaskolbenmaschinen werden im Rahmen der vorliegenden Anmeldung Heißgaskolbenmotoren, Gaskältemaschinen und Wärmepumpen verstanden. Im Arbeitsraum dieser Maschinen wird das Arbeitsmedium wechselweise verdichtet, wenn es sich im wesentlichen in einem Teilraum des Arbeitsraumes, dem Kompressionsraum, befindet, danach über einen Regenerator zu einem Teilraum, dem Expansionsraum, befördert, dann, wenn sich das Arbeitsmedium im wesentlichen im Expansionsraum befindet, expandiert und zum Schluß über den Regenerator wieder zum Kompressionsraum zurückbefördert, womit der Zyklus vollendet ist. Der Kompressions- und Expansionsraum weisen dabei im Betrieb voneinander abweichende mittlere Temperaturen auf.

Mit der Vorrichtung zur Regelung der Gewichtsmenge Arbeitsmedium im Arbeitsraum der Heißgaskolbenmaschine kann die Leistung dieser Maschine durch Änderung des mittleren Arbeitsmediumdruckpegels im Arbeitsraum geändert werden.

Bei den aus den US-Patentschriften 33 72 539 und 35 46 877 bekannten Heißgaskolbenmaschinen wird Arbeitsmedium über die erste Leitung dem Arbeitsraum entnommen und durch den in diese Leitung aufgenommen äußeren Verdichter in den Speicherbehälter gepreßl, der als Hochdruckbehälter ausgebildet ist. Eine Zufuhr von Arbeitsmedium zum Arbeitsraum aus dem Hochdruckspeicherbehälter erfolgt über die zweite Leitung durch öffnung eines in diese Leitung aufgenorn menen Absoerrelementes.

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65 Statt eines äußeren Verdichters kann der Verdichter auch innerhalb der Maschine angeordnet sein. Der innere Verdichter kann dabei einen integralen Teil der Maschine bilden, wie dies aus der DT-OS 22 20454 bekannt ist

Ein Nachteil dieser bekannten Maschine ist, daß ein Verdichter mit einem großen Verdichtungsverhältnis erforderlich ist, um das Arbeitsmedium unter hohen Druck in den Speicherbehälter zu pressen.

Bei großen Druckverhältnissen treten hohe Verdichtungstemperaturen des Arbeitsmediums auf. Hinzu kommt noch, daß bei Heißgasmotoren das aus dem Arbeitsraum vom Verdichter angesaugte Arbeitsmedium bereits eine ziemlich hohe Temperatur aufweist, was ebenfalls zu einer hohen Endverdichtungstemperatur beiträgt. Dies beeinträchtigt die Lebensdauer des Verdichters, namentlich die Lebensdauer der Dichtungen, die meistens aus Kunststoff bestehen, und außerdem die Lebensdauer des Ein- und Ausgangsventils.

Dieser Nachteil ist bei der in der älteren Patentanmeldung entsprechend der DT-OS 22 57 811 vorgeschlagenen Maschine ausgeschaltet Dabei ist der Verdichter in die zweite statt in die erste Leitung aufgenommen und der Verdichter pumpt Arbeitsmedium aus dem Speicherbehälter zum Arbeitsraum der Maschine statt in umgekehrter Richtung.

Muß der Druckpegel in der Maschine herabgesetzt werden, so wird die erste Leitung geöffnet, und es strömt Arbeitsmedium zum Speicherbehälter, der nun als Niederdruckspeicherbehälter ausgebildet ist. Der Verdichter in der zweiten Leitung kann nun ein verhältnismäßig niedriges Druckverhältnis aufweisen.

Gegenüber der vorgeschlagenen Maschine läßt sich bemerken, daß der Niederdruckspeicherbehälter verhältnismäßig groß bemessen ist, was namentlich beim Einbauen von Heißgasmotoren in Fahrzeugen nachteilig ist. Außerdem, gerade bei einem plötzlichen Bedarf an mehr Leistung, beansprucht der mit der Motorwelle verbundene Verdichter während der ganzen Periode der steigenden Leistung einen Teil dieser Leistung.

Die Erfindung bezweckt nun, eine verbesserte Heißgaskolbenmaschine zu schaffen, bei der die beschriebenen Nachteile nicht mehr, wenigstens in viel geringerem Maße, auftreten.

Die erfindungsgemäße Heißgaskolbenmaschine weist das Kennzeichen auf, daß sich der Verdichtereingang an die Abfuhrleitung anschließt und über diese Leitung mit dem Arbeitsraumausgang bzw. dem Speicherbehälter wahlweise verbindbar ist, während sich der Verdichterausgang an die Zufuhrleitung anschließt und über diese Leitung mit dem Arbeitsraumeingang bzw. dem Speicherbehälter wahlweise verbindbar ist.

Auf diese Weise ist eine Konstruktion erhalten, bei der ein Speicherbehälter mittelgroßer Bemessung sowie ein Verdichter mit einem akzeptierbaren Druckverhältnis verwendbar sind, während einem plötzlichen Leistungsbedarf weitgehend unmittelbar begegnet werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. I einen Längsschnitt durch einen Heißgasmotor mit einer Leistungsregelvorrichtung,

Fi g. 2a -2d für die jeweiligen Phasen der Leistungsregelung die Stellung der Ventile in dem Leistungsregelsystem.

In Fig. I ist mit dem Bemgszeichen I ein Zylinder

eines Heißgasmotors bezeichnet In diesem Zylinder sind ein Kolben 2 und ein Verdränger 3 phasenverschoben hin- und herbeweglich. Diese Körper sind mit einem nicht dargestellten Getriebe verbunden. Der Kolben 2 und die untere Hache des Verdräng srs 3 ändern das Volumen eines Kompressionsraumes 4; der Verdränger 3 ändert mit der oberen Fläche das Volumen eines Expansionsraumes 5. Diese beiden Räume sind über einen Kühler 6, einen Regenerator 7 und einen Erhitzer 8 miteinander verbunden. Ein Brenner 9 liefert dem Erhitzer 8 Wärme.

Der Kompressionsraum 4 und der Expansionsraum 5 bilden zusammen den Arbeitsraum des Heißgasmotors, an den sich eine Vorrichtung 10 zur Regelung der Gewichtsmenge Arbeitsmedium in diesem Arbeitsraum anschließt.

Diese Vorrichtung enthält einen Speicherbehälter 11 für Arbeitsmedium und einen Verdichter 12 mit einem Eingang 12a und einem Ausgang 12& Der Speicherbehälter 11 ist über eine erste Leitung 13, in die ein Hahn 14 aufgenommen ist, mit einem Ausgang 15 des Arbeitsraumes verbunden. Der Ausgang 15 enthält ein Rückschlagventil 16, das eine Strömung von Arbeitsmedium aus der Leitung 13 zum Verdichtungsraum 4 vermeidet. Weiter ist der Speicherbehälter 11 über eine zweite Leitung 17, in die ein Hahn 18 aufgenommen ist, mit einem Eingang 19 des Arbeitsraumes verbunden. Der Eingang 19 enthält ein Rückschlagventil 20, das in Richtung des Arbeitsraumes öffnet Der Verdichtercingang 12a schließt sich über den Hahn 14 an die erste Leitung 13 an und ist über diesen Hahn und die Leitung entweder mit dem Arbeitsraumausgang 15 oder dem Speicherbehälter 11 verbindbar. Der Verdichterausgang 12/> schließt sich über den Hahn 18 an die zweite Leitung 17 an und ist über diesen Hahn und die Leitung entweder mit dem Arbeitsraumeingang 19 oder dem Speicherbehälter 11 verbindbar.

Im Betrieb des Motors bei konstanter Leistung sind die an den Arbeitsraum grenzenden Teile der Leitungen 13 und 17 durch die Hähne 14 und 18 abgesperrt, was in F i g. 1 dargestellt ist. Wegen des Rückschlagventils 16 herrscht dann im genannten Teil der Leitung 13 ein Druck, der dem maximalen im Arbeitsraum mit dem veränderlichen Druck auftretenden Druck entspricht bzw. nahezu entspricht, während wegen des Rückschlagventils 20 im genannten Teii der Leitung 17 ein Druck herrscht, der dem minimal im Arbeitsraum auftretenden Druck entspricht bzw. nahezu entspricht

Wenn Arbeitsmedium dem Kompressionsraum 4 zugeführt wird, damit die vom Motor gelieferte Leistung erhöht wird, wird der Hahn 18 in die in F i g. 2a dargestellte Lage gebracht Es strömt dann Arbeitsmedium aus dem Speicherbehälter 11 durch die Leitung 17 und über das Rückschlagventil 20 unmittelbar zum Kompressionsraum 4. In dem Augenblick, wo die Drücke im Speicherbehälter 11 und in der Leitung 17 ein2iider entsprechen, werden die Hähne 14 und 18 in die in Fig. 2b dargestellte Lage gebracht Der Verdichter 12 saugt dann über den Hahn 14 aus dem Speicherbehälter 11 Arbeitsmedium an und preßt dieses über den Hahn 18 und die Leitung 17 in den Kompressionsraum 4.

Zum Zuführen in der Anfangsphase kann als alternative Möglichkeit auch der in F i g. 2b dargestellte Weg gewählt werden statt der nach F i g. 2a.

Muß die vom Motor gelieferte Leistung herabgesetzt werden, so werden die Hähne 14 und 18 in die in F i g. 2c dargestellte Lage gebracht Aus dem Motor strömt dann Arbeitsmedium über das Rückschlagventil 16, die Leitung 13 und den Hahn 14 zum Speicherbehälter U. Wenn der Druck im Speicherbehälter 11 dem Druck in der Leitung 13 entspricht werden die Hähne in die in Fig.2d dargestellte Lage gebracht Der Verdichter 12 saugt nun aus der Leitung 13 und dem Kompressionsraum 4 Arbeitsmedium an und preßt dieses über den Hahn 18 zum Speicherbehälter 11. Gegebenenfalls kann auch der Druckausgleich im Speicherbehälter 11 und in der Leitung 13 über den in Fig.2d dargestellten Weg erfolgen statt über den Weg nach F i g. 2c.

Bei der beschriebenen Konstruktion ist es möglich, einen Speicherbehälter mittelhohen Drucks sowie einen Verdichter mit einem mittelgroßen Druckverhältnis zu verwenden. Ein plötzlich erforderlicher Leistungsanstieg läßt sich schnell realisieren, da in erster Instanz ein Hahn geöffnet wird, während der Verdichter dann noch keine Leistung erfordert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Heißgaskolbenmaschine mit einer Vorrichtung zur Regelung der Gewichtsmenge des in einem Arbeitsraum der Maschine vorhandenen Arbeitsme- S diums, wobei die Vorrichtung einen Speicherbehälter für Arbeitsmedium sowie einen Arbeitsmediumverdichter enthält und wobei der Speicherbehälter fiber eine Abfuhrleitung mit einem ein erstes Rückschlagventil enthaltenden Ausgang des Arbeitsraums verbindbar ist und über eine Zufuhrleitung mit einem ein zweites Rückschlagventil enthaltenden Eingang des Arbeitsraums verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Verdicbtereingang (12a; an die Abfuhrleitung (13) anschließt und Ober diese Leitung mit dem Arbeitsraumausgang (15) bzw. dem Speicherbehälter (11) wahlweise verbindbar ist, während sich der Verdichterausgang (12Z^ an die Zufuhrleitung (17) anschließt und über diese Leitung mit dem Arbeitsraumeingang (19) bzw. dem Speicherbehälter (11) wahlweise verbindbar ist