DE2807004C2

DE2807004C2 - Heißgaskolbenmaschine

Info

Publication number: DE2807004C2
Application number: DE2807004A
Authority: DE
Inventors: Jan Eindhoven Mulder
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-03-02
Filing date: 1978-02-18
Publication date: 1984-08-02
Also published as: US4188791A; BE864410A; AU3362478A; FR2382592B1; JPS5852151B2; ATA139578A; NL7702207A; GB1600812A; DK88578A; SE7802198L; DE2807004A1; JPS53109243A; SE437406B; IT7820644A0; FR2382592A1; IT1093122B; AT351872B

Description

dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (32; 56; 66; 95) im Hilfskolben (28; 53; 63; 92) mit dem anderen Ende in den I lilfszylinderraum (31; 55; 67; 93) mündet.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heißgaskolbcnmaschine

— mit mindestens einem Arbeitsraum, der einen Kompressionsraum und einen Expansionsraum mit im Betrieb untereinander verschiedenen mittleren Temperaturen hat, aic über Wärmeaustauscher, unter denen ein Regenerator ist. miteinander verbunden sind,

— mit mindestens einem in einem Zylinder hin und her beweglichen freien Kolben, der mit der einen Oberfläche das Volumen des Arbeitsraumes ändert und mit der anderen Oberfläche einen Teil der Begrenzung eines Pufferriiumcs bildet, in dem sich ebenfalls Arbeitsmedium unter einem im Betrieb nahezu konstanten Druck befindet, der dem mittleren Arbeitsmediumdruck im Arbeitsraum entspricht.

— mit einem Rcgclmechanismus zum Beibehalten einer bestimmten mittleren .Stellung des freien Kolbens, der zwei Elemente enthüll, von denen das eine mit dem freien Kolben verbunden und das andere ortsfest angeordnet ist und die als I lilfs/ylimlcr und ;ils darin beweglicher I lillskolbcn ausgebildet sind,

— und mit mindestens einem Kanal im Hilfskolben, der mit einem Ende in die mil dir I lilfs/.ylinderwand zusammenarbeitende Hilfskolbenwand mündet und dort in einer bestimmten Stellung des Hilfskolbcns mil einem mit dem Pufferraum in Verbindung stehenden Kanal in der Hilfszylinderwand übereinstimmt

Eine Hcißgaskolbenmaschine der oben genannten Art ist Gegenstand des Patenies DE-PS 26 53 4,35 der Anmeldcrin (Fig. 4 und 5).

Bei der betreffenden Heißgaskolbenmaschine mündet der Kanal im Hilfskolben mil dem vom Pufferraum abgewandicn Ende in den Arbeitsraum der Maschine, so daß eine bestimmte mittlere Stellung des freien Kolbens dadurch beibehalten wird, daß zeitweise eine off ει 5 nc Verbindung zwischen dem Pufferraum und dem Arbeitsraum vorhanden ist. Abhängig von der Lage strömt dann Arbeitsmedium vom Pufferraum zum Arbeitsraum oder umgekehrt.

Ein Nachteil dieser Konstruktion ist, daß der im Arbcitsraum durchgeführte thermodynamische Kreislauf beeinträchtigt wird. Das Maximum-Minimum-Druckverhältnis des sich am Kreislauf beteiligenden Arbeilsmcdiums wird beeinträchtigt, während zugleich eine Phasenverschiebung auftritt, d. h. der Phasenunterschied zwischen der Druck- und Volumenänderung des Arbcitsmediums im A cbeitsraum ändert sich. Dies führt zur Verringerung des Wirkungsgrades der Maschine.

Die Erfindung bezweckt nun, eine verbesserte Heißgaskolbcnmaschinc der obengenannten Art zu schaffen,

jo wobei die Regelung der mittleren Stellung des freien Kolbens derart ausgebildet ist. daß der thermodynamische Kreislauf keine negativen Einflüsse erfährt.

Dazu weist die erfindungsgeniäßc Heißgaskolbenmaschine das Kennzeichen auf, daß der Kanal im Hilfskol-

j5 ben mit dem anderen Ende in den Hilfszylindcrraum mündet.

Ausfi'ihrungsbcispiclc der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden '>m folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Kig. 1 einen Längsschnitt durch eine Gaskältemaschine, wobei der Rcgelmechanismus zum Beibehalten einer bestimmten mittleren Stellung des freien Kolbens einen im Pufferraum fest angeordneten Hilfskolben enthält, der in einem mit dem freien Kolben verbundenen Hilfszylinder hin- und herbeweglich ist,

F i g. 2 eine graphische Darstellung des Druckes (P) als Funktion der Zeit (t) für das sich am Kreislauf im Arbeitsraum der Maschine nach Fi g. 1 beteiligende Arbeitsmedium (Λ), für das Arbeitsmedium im Pufferraum (Pi) und für das Arbeitsmedium im Hilfszylindcrraum (Γ\)ύοτ Maschine.

F i g. 3 einen Längsschnitt durch einen Hcißgasinotor zum Erzeugen elektrischer Energie (Generator), wobei der Hilfskolben mit dem freien Kolben verbunden und in einem mit dem Pufferraum verbundenen Hilfszylinder beweglich ist,

Fig.4 einen Längsschnitt durch eine Gaskältemaschine mit einem im Pufferraum ortsfest ungeordneten Hilfszylinder und einem mit dem freien Kolben axial

W) verstellbar gekuppelten Hilfskolben,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine Gaskältemaschine mit einem am freien Kolben befestigten Hilfskolben und einem im l'ufferraiim axial verstellbar angeordneten Hilfszylinder.

Ii^. h einen Lüngssi'hnill durch eine (iaskiilk'ina vfhine. wobei der Expaiisionsknlbcn einen freien Kolben bildet, der mit einem Hilfskolben versehen ist, der im I lilfs/ylinder hin- und herbeweglich ist,

Fig.7 eine etwas geänderte Ausführungsform des Heißgasmotors nach F i g. 3,

F i g. 8 eine graphische Darstellung des Druckes (P) als Funktion der Zeit (t) für das sich am Kreislauf im Arbeitsraum des Heißgasmotors nach F i g. 7 beteiligende Arbeitsmedium (Pj), für das Arbeitsmedium im Pufferraum (P2) und für das Arbeitsmedium im I lilfs/.ylindcrraum (Pi), wobei Pi und Pi gleichphasig sind.

In Fig. 1 k* mit dem Bezugszeichen 1 ein Zylinder bezeichnet, in dem ein freier Kolben 2 und ein freier Verdränger 3 mit einem gegenseitigen Phasenunterschied hin- und herbeweglich sind. Zwischen der Arbeitsoberfläche 2a des Kolbens 2 und der Arbcitsoberfläche 3a des Verdrängers 3 befindet sich ein Kompressionsraum 4 mit einem darin angeordneten Kühler 5. Der Verdränger 3 begrenzt mit der oberen Arbcitsoberfläche 36 einen Expansionsraum 6, der mit dem Kompressionsraum 4 den Arbeitsraum bildet. Im Verdränger 3 isi ein Regenerator 7 angeordnet, der auf der Unterseite über Bohrungen 8 und auf der Oberseite über Bohrungen S für Arbeitsmedium zugänglich ist Die maschine ist mit einem Gefrierer 10 als Wärmei^istauscher zwischen expandiertem kaltem Arbeitsmedium und einem zu kühlenden Gegenstand versehen.

Wenn im Betrieb der Kolben 2 und der Verdränger 3 sich mit einem Phasenunterschied bewegen, wird ein Arbeitsmedium (beispielsweise Helium oder Wasserstoff) im Arbeitsraum der Maschine abwechselnd verdichtet und expandiert, wobei infolge der Expansion Kälte erzeugt wird. Die Verdichtung des Arbeitsmediums erfolgt, wenn dieses Medium sich im wesentlichen im Kompressionsraum 4 befindet. Das Arbeitsmedium strömt nacheinander über den Kühler 5 unter Abgabe von Kompressionswärme, Bohrungen 8. Regenerator 7 unter Abgabe von Wärme und Bohrungen 9 /um Expansionsraum 6. Expansion des Arbeitsmcdiums erfolgt, wenn dieses Medium sich im wesentlichen im Expansionsraum 6 befindet. Das Arbeitsmedium strömt dann wieder über die bezeichnete Strecke in umgekehrter Reihenfolge zurück, nachdem im Gefrierer 10 Wurme aus dem nicht dargestellten zu kühlenden Gegenstand aufgenommen worden ist, während im Regenerator 7 die früher gespeicherte Wärme wieder aufgenommen wird.

Der freie Kolben 2 begrenzt mit der Unterseile 2b einen Pufierraum 11. in dem sich ebenfalls Arbeitsmedium unter einem im Betrieb nahezu konstanten Druck befindet, der dem mittleren Arbeilsmediumdnick im Arbeitsraum entspricht. Die Kolbenunterseite 2b enthält eine Leichtgewichtbüchse 12 aus nicht magnetischem oder nicht magnetisierbarem Material, wie Hartpapier oder Aluminium. Um die Büchse 12 ist ein elektrischer Stromleiter zu einer Ankerspule 13 gewickelt, an weiche Spule Stromzufübrungsdrähtc 14 und 15 angeschlossen sind, die durch die Wand eines mit dem Zylinder 1 gasdicht verbundenen Gehäuses 16 hinausgeführt und dort mit elektrischen Kontakten 17 bzw. 18 versehen sind. Die Ankerspule 13 ist in axialer Richtung des Kolbens 2 hin- und herbeweglich in einem ringförmigen Spalt 19, in dem ein Dauermagnet herrscht, dessen Kraftlinien sich in radialer Richtung erstrecken und zwar quer zur Bewegungsrichtung der Ankerspule.

Das Dauermagnetfcld verläuft im betreffenden Fall durch einen ringförmigen Dauermagneten 20 mit auf der Ober- und Unterseite befindlichen Polen, eine Weicheisenringscheibc 21, einen massiven Weicheisenzylinder 22 und eine kreisförmige Weicheisenscheibe 23. Der Dauermagnet und die Weicheisenclcmente bilden zusammen einen geschlossenen Magnetkreis, d. h. einen Kreis geschlossener magnetischer Kraftlinien, im Betrieb sind die Kontakte 17 und 18 an eine elektrische Wechselstromquelle (beispielsweise an das elektrische Versorgungsnetz) mit einer Frequenz ^ (beispielsweise 50 Hz) angeschlossen. Auf die Wechselstrom führende Ankerspule 13 werden nun unter dem Einfluß des Dauermagnetfeldes im Spalt 19 wechselweise aufwärts und abwärts gerichtete Lorentzkräfte ausgeübt, wodurch das Gefüge aus Kolben 2. Büchse 12 und Ankerspule 13 ins Schwingen gerät. Dies erfolgt derart, daß die Resonanzfrequenz des Systems, das aus dem bewegenden Gefüge und dem Arbeitsmedium im Raum besteht, der Wechselstromfrequenz /"_n(eine Abweichung von 10% ist noch akzepiierbar) nahezu entspricht. Dabei ist das Arbeitsmedium im Arbeitsraum als Federsystem wirksam. Dem Schwingungssystem aus Koiben/Ankerspulengefüge und Arbeitsmedium braucht der Wechselstrom über die Ankerspule 13 nur soviel Energie zuzuführen,

2(i wie es zum Ausgleichen der vom A'b-eitsmedium geleisteten Arbeit sowie der Reibungsverlusf "· notwendig ist. Der Verdränger 3 hat örtlich einen kleineren Durchmesser, wodurch ein ringförmiger Zwischenraum 24 zwischen dem Zylinder 1 und dem Verdränger 3 gebildet isi Die Wand des Zylinders 1 ist mit einem Vorsprung 25 versehen. Ein Federeiement 26 ist einerseits am Vorsprung 25 und andererseits an der Ringfläche 27 des Verdrängers 3 befestigt.

Das Federelemeni 26 begrenzt den Hub des Verdrän-

JO gcrs 3 und bildet zusammen damit ein Masse/Federsyslesn, wodurch der Verdränger ebenso wie der Kolben eine rein harmonische Bewegung mit derselben Frequenz macht wie der Kolben aber gegenüber demselben mit einem Phasenunterschied. Die Federkonstante

Y> des Federclementcs 26 und die Masse des Verdrängers 3 sind derart gewählt worden, daß die Resonanzfrequenz f\ dieses Systems höher liegt als die Resonanzfrequenz f des Systems aus Kolben/Ankerspuler-gefüge und Arbeitsmedium. Im Betrieb mit gleichen Schwtngungsfrcquen/en des Kolbens 2 und des Verdrängers 3 eilt die Volumenänderung des Expansionsraums 6 dann gegenüber der in diesem Raum auftretenden Druckänderung vor mit der Folge, daß im Expansionsraum 6 Kälte erzeugt wird.

Im Pufferraum 11 ist ein Hilfskolben 28, der über eine Stange 29 an dem Weicheisenzylinder 22 befestigt ist. ortsfest angeordnet. Der Hilfskolben 28 ist in einem mit dem freien Kolben 2 verbundenen Hilfszylinder 30 beweglich und kann dabei das Volumen des Raumes 31 ändern.

Im Hilfskolben 28 ist ein Kanalsystem 32 vorgesehen, das einerseits mit dem Raum 31 verbunden ist und andererseits an verschiedenen Stellen in die mit der Hilfszylinderwand zusammenarbeitenden Hilfskclbemvand

γ-, 32a mündet und dort mit öffnungen 33 in der Wand des Hilfszylinders 30 zusammenarbeitet. Die öffnungen 33 stehen mit dem Pufferraum 11 in offener Verbindung. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist während des Zeitintervalls A der Kreislaufdruck P_x im Arbeitsraum 4, 6 aus

bfi F i g. I größer als der Druck Pi im Pufferraum 11. Durch Undichtigkeit durch den Spalt 34 zwischen der Wand des Kolbens 2 und dem Zylinder 1 strömt dann Arbeitsmedium vom Arbeitsraum 4, 6 zum Pufferraum 11. Im Zeitintervall S(F i g. 2) ist der Druck dagegen im Pufferte raum 11 größer als im Arbeitsraum 4, 6, so daß dann Medium aus dem Pufferraum 11 durch den Spalt 34 zum Arbeitsraum 4, 6 strömt. Der Druck des im Intervall A aus dem Arbeitsraum strömenden Mediums iit ipilnrh

höher als der Druck des im Intervall H aus dem Puffer· raum strömenden Mediums. Dies bedeutet zwar, daß die Mediumvolumenslröme aus und zum Arbcitsraium gleich sind aber nicht die Massenströme. Der Mediummassenstrom zum Pufferraum 11 ist größer als der zum Arbeitsraum 4, 6. Das Resultat wäre, daß der Kolben 2 allmählich eine höhere mittlere Lage einnimmt, d. h., die mittlere Lage des Kolbens würde sich in Richtung des Kompressionsraums 4 verschieben.

Letzleres wird nun durch die Wirkung des durch den Hilfskolben 28 und den Hilfszylinder 30 gebildeten Rcgelmcchanismus vermieden.

Bewegt sich der Kolben hin und her und zwar um die gewünschte mittlere Nennslcllung. so passieren die Öffnungen 33 die Kanäle 32;) zu den Zeitpunkten Λ. t»und /₍ (Fig. 2). wenn die Drücke in dem Arbeitsraum, dem Pufferraum und dem Hilfszylindcrraum gleich sind. Fs Mrfinn dann kein Arbeitsmedium durch die Öffnungen 33 und das Kanalsystem 32.

Verlagert sich die mittlere Stellung des Kolbens 2 nach oben und zwar wegen eines größeren Mediummassenstromes vom Kompressionsraum 4 durch den Spalt 34 zum Pufferraum Il als in umgekehrte Richtung, so passieren bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 2 die Öffnungen 33 die Kanäle 32a zu einem Zeitpunkt, beispielsweise u, der später liegt als I2. während bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 die Öffnungen 33 die Kanäle 32a zu dem Zeitpunkt r-, passieren, der früher liegt als der Zeitpunkt tv. Das Resultat ist, daß zu den Zeitpunkten u und /5, wenn der Druck P₁ im Hilfszylinderraum 31 größer ist als der Druck P₁ im Pufferraum U. Arbeitsmedium aus dem Hilfszylinderraum 31 über das Kanalsystem 32 und die öffnungen 33 zum Pufferraum Il strömt. Der Druckpegel im Hilfszylindcrraum 31 sinkt also mit der Folge einer zusätzlichen zurücktreibenden abwärts gerichteten Kraft auf den Kolben 2. wodurch dessen ursprüngliche mittlere Lage wiederhergestellt wird.

Sollte die mittlere Lage des Kolbens 2 sich beispielsweise unter dem Einfluß des Eigengewichtes abwärtsbewegen, also in der Richtung des Weicheisenzylinders 22, so passieren bei Abwärtsbewegung des Kolbens 2 die Öffnungen 33 die Kanäle 32j zu einem gegenüber /1 (Fig. 2) späteren Zeitpunkt, beispielsweise /*, und bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 2 zu einem gegenüber t; früheren Zeitpunkt ti. Zu den Zeitpunkten /„ und fr. wenn der Druck P₁ im Pufferraum 11 größer isi als der Druck Pirn Hilfszylinderraum 31. strömt dann aus dem Pufferraum II über die Öffnungen 33 und das Kanalsystem 32 Arbc^smedium zum Hilfszylindcrraum 31. Der mittlere Druck im Hilfszylinderraum 31 steigt dann mit der Folge, daß sich die mittlere Kolbenlage nach oben in die ursprüngliche mittlere Lage verschiebt.

Beim Heißgasmotor nach F i g. 3 sind Teile, die denen der Gaskältemaschine nach Fig. 1 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen angegeben.

Der Kompressionsraum 4 steht dabei über den Kühler 5. den in einem Zylinder 40 ortsfest angeordneten Regenerator 7 und einen Erhitzer 41 mit dem Expansionsraum 6 in Verbindung. Der Erhitzer 41 enthält eine Anzahl Rohre 42. die sich einerseits an den Regenerator 7 und andererseits an einen Ringkanal 43 anschließen, sowie eine Anzahl Rohre 44. die sich einerseits an den Ringkanal 43 und andererseits an den Expansionsraum 6 anschließen.

Dem im Betrieb durch die F.rhitzcrrohre 42, 44 strömenden Arbeitsmedium wird Wärme zugeführt, die von einer Brennervorrichtung 45 herrührt. Die Brcnncrvorrichtung 45 umfaßt einen Brenner 46 mit Kraftstoffzufuhr 47 und Luftzufuhr 48. Nach Abgabe von Wärme an den in einem Gehäuse 49 angeordneten Erhitzer 41 verlassen die Verbrennungsgase das Gehäuse 49 über den

<; Auspuff 50.

Der Verdränger 3 ist über eine Verdrängerstange 51 mit einem nicht dargestellten Getriebe verbunden. Im Betrieb des Heißgasmotors, wobei der Verdränger 3 und der Kolben 2 sich phasenverschoben bewegen, wird

H) die dem Erhitzer 41 zugeführie Wärmeenergie dazu benutzt, den Kolben 2 anzutreiben, wodurch in der Ankcrspule 13 elektrische Energie erzeugt wird. Dadurch, daß der Verdränger 3 mit einem elektrodynamischen Antrieb versehen wird, kann nach Anlaufen des Hciß-

r> gasmotors ein Teil der in der Ankerspule 13 erzeugten elektrischen Energie als Speisung für die mit der Vcrdrängerslange 3 verbundene Ankerspule verwendet werden.

Über eine Stange 52 ist ein Hilfskolben 53, der in einem Hilfszylinder 54 hin- und herbeweglich ist. mit dem freien Kolben 2 verbunden. Der Hilfskolben 53 ändert das Volumen des Hilfszylinderraumes 55. Im Hilfskolben 53 ist ein Kanal 56 vorgesehen, der mit einem Ende in den Hilfszylinderraum 55 mündet und mit

2Ί dein anderen Ende mit einer Öffnung 57 in der Wand des Hilfszylinders 54 zusammenarbeitet, welche öffnung 57 ii^cr eine Leitung 58 mit dem Pufferraum 11 in offener Verbindung steht.

Die Regelung der mittleren Lage des Kolbens 2 ent-

ju spricht der aus F i g. 2, so daß sich eine weitere Beschreibung erübrigt.

Für die in Fig.4 dargestellte Gaskältemaschine sind für Einzelteile, die denen der Maschine nach F i g. I entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet worden.

is Im betreffenden Fall ist eine mit Gewinde 60 versehene Rohrung 61 im Kolben 2 vorgesehen, in der eine Stange 62 gasdicht eingeschraubt ist. weiche Stange einen Hilfskolben 63 trägt, der in einem Hilfszylinder 64 hin- und herbeweglich ist. welcher Zylinder mit Öffnun-

4i) gen 65 versehen ist. In der dargestellten Lage ist der Pufferraum Il über die öffnungen 65 und ein Kanaisystcm 66 im Hilfskolben 63 mit dem Hilfszylindcrraum 67 in offener Verbindung. Die Wirkungsweise des Mechanismus zur Regelung der mittleren Lage entspricht der obenslehcnd bei F i g. 1 beschriebenen Wirkungsweise.

Dadurch, daß die Stange 62 mehr oder weniger in die

Bohrung 61 eingeschraubt wird, kann die gewünschte mittlere Stellung des Kolbens 2 eingestellt werden.

Bei der Gaskältemaschine nach F i g. 5 sind für Einzelteile, die denen aus Fig.4 entsprechen, dieselbe: Bezugszeichen angegeben.

Die Stange 62 ist nun mit dem Kolben 2 fest verbunden, während der Hilfszylinder 64 mittels einer Einstellschraube 70 in einer Büchse 71 in axialer Richtung einstellbar ist. Auf diese Weise läßt sich auch hier die mittlere Stellung des Kolbens 2 einstellen, wobei zugleich der Vorteil erhalten worden ist. daß die Einstellung im Betrieb von außen her erfolgen kann.

In F i g. 6 ist eine Gaskältemaschine mit einem Zylin-

bo der 80 dargestellt, in dem ein Kompressionskolben 81 vorhanden ist. der über eine Kolbenstange 82 mit einem Getriebe 83 im Getrieberaum 83a verbunden ist. Der Kompressionskolbcn 81 ändert bei Bewegung das Volumen des Kompressionsraums 84. Der Komprcssions-

bi raum 84 ist über den Kühler 85, den Regenerator 86 und den Gefrierer 87 mit einem Expansionsraum 88 verbunden. Der Expansionsraum 88 wird durch einen F.xpansionskolbcn 89 begrenzt, der mit dem anderen Ende

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einen Pufferraum 90 begrenzt, in dem sich Arbeitsmedium unter einem Druck befindet, der dem mittleren Arbeilsmcdiumdruck im Expansionsrauni 88 entspricht.

Der Expansionskulbcn 89 ist mit einer Kolbenstange 9t

verbunden, die einen Hilfskolben 92 trägt, der bei Bewc- ■> j

giing das Volumen des Raumes 93 innerhalb eines Hilfs-

/ylinclcrs 94 ändert. |

Im Hlfskolben 92 ist ein Kanal 95 vorgesehen und im Hilfszylinder 94 eine öffnung 96.

In der dargestellten Situation ist der Pufferraum 90 id über die öffnung 96 und den Kanal 95 mit dem Hilfszylindcrraum 93 in offener Verbindung. Die Wirkungsweise des durch den Hilfskolben 92 und den l· lilfs/.ylindcr 94 gebildeten Regclmeehanismus für die mittlere Stellung des Kolbens 89 entspricht der in F i g. 1 beschriebenen r> Wirkungsweise.

Selbstverständlich kann auch der Kompressionskolben 81 als freier Kolben ausgebildet und mit einer Regelung füi die miiileie Stellung vei seilen sein, wie beispielsweise nach Fig. 1. Der Kurbelwellenraum 8.3.i kann gewünschtenfalls mit dem Pufferratim 90 ein Ganzes bilden.

Bei dem Heißgasmotor nach F i g. 7 sind für die Kinzelteile die Bezugs/eichen aus Fig. 3 verwendet worden. Der betreffende Heißgasmotor weicht nur darin von dem nach F i g. 3 ab, daß der Hilfskolben 53 nun mit der Oberseite das Volumen des Hilfs/ylinderraumes 55 ändert. Das bedeutet, daß die Druckänderung P, im Hilfszylinderraum 55 nun mit der Druckänderung P\ im Kompressionsraum 4 gleichphasig ist, was in F i g. 8 dar- jo gestellt ist.

Verlagert sich die mittlere Stellung des Kolbens 2 nach oben, so passiert bei Abwärtsbewegung des Kolbens 2, der Kanal 56 die Öffnung 57 zu dem Zeitpunkt /4. der später liegt als />, während bei der Aufwärtsbewe- r> gung des Kolbens 2 der Kanal 56 die öffnung 57 zu dem Zeitpunkt l·. passier!, der früher lieg! als der Zeitpunkt' j. Das Resultat ist, daß zu den Zeitpunkten U und l·,. wenn der Druck P: im Pufferraum Il größer ist als der Druck Pi im Hilfszylinderraum 55, Arbeitsmedium aus dem 40 |

Pufferraum 11 über die Leitung 58, die Öffnung 57 und %

den Kanal 56 zum Hilfszylinderraum 55 strömt, so daß \

der Druckpegel im letztgenannten Raum steigt. Der ψ

Kolben 2 wird auf diese Weise wieder in die ursprüngliehe mittlere Stellung zurückgetrieben.

Verlagert sich die mittlere Stellung des Kolbens 2 nach unten, so passiert bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 der Kanal 56 die öffnung 57 zu einem gegenüber ii (Fig.8) späteren Zeitpunkt /_h und bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 2 zu einem gegenüber f> früheren Zeitpunkt fr. Zu den Zeitpunkten t_b und tj ist der Druck Pi im Hilfszylinderraum 55 größer als der Druck P₂ im Pufferraum 11. Dann fließt Arbeitsmedium vom Hilfszylinderraum 55 zum Pufferraum 11. Der Druckpegel im Hilfszylinderraum 55 sinkt, wodurch der Kolben 2 wieder die höhere ursprüngliche mittlere Stellung einnimmt

Aus dem Obenstehenden geht hervor, daß die Regelung der mittleren Stellung sowohl, wenn die veränderlichen Drücke im Arbeitsraum und im Hilfszylinderraum w) gleichphasig sind (F i g. 8), als auch, wenn die genannten Drücke gegenphasig sind (Phasenunterschied 180°) (F i g. 2), funktioniert

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:
Heißgaskolbenmaschine

— mit mindestens einem Arbeitsraum, der einen Kompressionsraum und einen Expansionsraum mit im Betrieb untereinander verschiedenen mittleren Temperaturen hat. die Ober Wärmeaustauscher, unier denen ein Regenerator ist. miteinander verbunden sind,

— mit mindestens einem in einem Zylinder hin und her beweglichen freien Kolben, der mit der einen Oberfläche das Volumen des Arbeitsraumes ändert und mit der anderen Oberfläche einen Teil der Begrenzung eines Pufferraumes bildet, in dem sich ebenfalls Arbeitsmedium unter einem im Betrieb nahezu konstanten Druck befinde», der dem mittleren Arbeitsmediumdruck int Arbeitsraum entspricht.

— mit einem Regelmechanismus zum Beibehalten einer bestimmten mittleren Stellung des freien Kolbens, der zwei Elemente enthält, von denen das eine mit dem freien Kolben verbunden und das andere ortsfest angeordnet ist und die als Hilfszylinder und als darin beweglicher Hilfskolben ausgebildet sind.

— und mit mindestens einem Kanal im Hilfskolben, der mit einem Ende in die mit der Hilfszylinderwa'd zusammenarbeitende Hilfskolbenwand mündet und dort in einer bestimmten Stellung des Hilfskolben mit einem mit dem Pufferraum in Verbindung siehenden Kanal in der Hilfszylinderwand übereinstimmt.