DE3416271A1

DE3416271A1 - Heissgasmotor

Info

Publication number: DE3416271A1
Application number: DE19843416271
Authority: DE
Inventors: Friedrich 6900 Heidelberg Becker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-05-03
Filing date: 1984-05-03
Publication date: 1985-11-07

Description

Bes chrei:bung
Die Erfindung betrifft eine Kolben-Wärmekraftmaschine mit äußerer Verbrennung. In einem Zylinderraum befindet sich ein beidseitig wirkender Kolben, der in einem Arbeitsgang auf der einen Seite die Expansionskraft eines erhitzten Gases ausnutzt und auf der anderen Seite unter Kühlung das Gas aus einem vorangegangenen Arbeitsgang komprimiert.
Durch einen Regenerator wird die Restwärme des Arbeitsgases für einen neuen Arbeitsgang genutzt. Das komprimierte und gekühlte Gas wird in einem im Verhältnis zum Arbeitszylinder kleinen Zylinder mit ebenfalls beidseitig wirkendem Kolben gesammelt, um während des Arbeitsganges unter Ausnutzung der Expansionskraft des erhitzten Gases in den Arbeitszylinder getrieben zu werden.
Die äußere Verbrennung ermöglicht die Verwendung verschiedener Brennstoffe und eine möglichst vollkommene und schadstoffreie Verbrennung.
Im zugrundeliegenden idealisierten Kreisprozess folgen nacheinander die Zustandänderungen: isotherme Verdichtung isochore Drucksteigerung durch Wärmeaufnahme im Regenerator und Erhitzer, isotherme Ausdehnung durch weitere Wärmezufuhr durch den Erhitzer.
Der Kreisprozess ist demnach ähnlich dem Stirling-Kreisprozess und hat auch die Vorteile desselben: die Drucksteigerung durch Wärmezufuhr, die bei relativ niedriger Temperatur beginnt, der geräuscharme Lauf, schnelle Leistungregelung, großer Drehzahlbereich, ohne den Nachteil, daß die Bewegungen des Arbeits- und Verdrängerkolbens auf komplizierte Weise einander zugeordnet werden müssen, was z.B. mit Hilfe eines Rhombengetriebes geschieht.
Die Erfindung ist bohne Änderung ihrer prinzipiellen Funktion in zwei Bauweisen realisierbar, und zwar je-; nachdem ob nach Abb.1 der kleine Zylinder, der Regenerator und die dazugehörenden Ventile außerhalb des Arbeitszylinders angebracht sind oder nach Abb. 2 im Inneren des Arbeitskolbens untergebracht sind.
Bei einer Bauweise nach Abb. 2 verkürzen sich die notwendigen Rohrleitungen erheblich, was im praktischen Betrieb Vorteile haben mag.
Wegen der gleichen prinzipiellen Funktion der Erfindung in den beiden Bauweisen sind die Ziffern der folgenden Beschreibung in Abb. 1 und Abb. 2 die gleichen.
In einem beidseitig geschlossenen Zylinder (i) ist der Kolben(2) mit der Kolbenstange (3) und der Treibstange (4) mit der Kurbelwelle (5)verbunden.
Im Zylinder (1) befindet sich ein möglichst gut wärmeleitendes Gas (z.B. Helium). Bei der Arbeitsbewegung des Kolbens (2)wird das im unteren Zylinderraum (6) befindliche Gas komprimiert und gibt seine Wärme an den Kühler (7) ab, der zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit mit Kühlrippen (8) versehen ist, denen entsprechende, in diese bei der Abwärtsbewegung passend eingreifende Kühlrippen (9) an der Kolbenunterseite entgegenstehen.
Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens werden die Ventile (10) und (11) abwechselnd geschlossen, je nachdem ob der Druck im oberen (?2)'oder im unteren Zylinderraum (6) überwiegt, sodaß während der ganzen Abwärtsbewegung des Kolbens kein Gas vom oberen in den unteren Zylinderraum oder umgekehrt strömen kann. Das Ventil (13) bzw.(13a) wird durch einen leichten Federdruck geschlossen, der gerade ausreichen muß, um das Ventil im drucklosen Zustand zu schließen. Mit zunehmender Verdichtung im unteren Zylinderraum (6) strömt das Gas in den kleinen Zylinder (14) und treibt gegen den Druck der Feder (15) und den abnehmenden Druck im oberen Zylinderraum (12) den kleinen Kolben (16) bis zur Arettierung (17). Das Ventil (18), das -ebenso wie das Ventil (13)-in drucklosem Zustand durch einen leichten Federdruck verschlossen wird, bleibt geschlossen.
Wenn der Kolben (2) im unteren Totpunkt angekommen ist, ist fast das ganze komprimierte und gekühlte Gas aus dem unteren Zylinderraum (6) vDm kleinen Zylinder (14) aufgenommen worden.
Bei der nun folgendenAufwärtsbewegung des Kolbens herrschen im oberen und unteren Zylinderraum geringer Druck, sodaß die Ventile (10) und (11) durch einen leichten Federdruck geöffnet bleiben und das Gas leicht von der einen Seite des Kolbens auf die andere gelangen kann.
Wenn der Kolben (2) im oberen Totpunkt ankommt, wird dadurch den Zapfen (19) und den Hebel (20) das Ventil (18) geöffnet, sodaß das komprimierte Gas aus dem kleinen Zylinder (14) durch den Druck der Feder (15) und mittels des kleinen Kolbens (16) durch den Regenerator (21) getrieben wird.
Die Blechstreifen des Regenerators geben ihre Wärme, die sie bei einem vorangegangenen Durchströmen des heißen Gases aufgenomrnen hatten, an das komprimierte Gas ab. Das somit erwärmte Gas durchströmt die Erhitzerrohre (22)und wird durch die von der Kraft der Feder (15) bewirkte Bewegung des kleinen Kolbens.(16) von dem dabei entstehenden Hohlraum auf der Seite zum Arbeitszylinder aufgenommen.
Der große Kolben (2) ist inzwischen wieder in einer Abwärtsbewegung und wird durch das erhitzte und sich an den Erhitzerrohren weiter erhitzende Gas mit großem Druck nach unten getrieben. Dabei kann der Kolben über das Gestänge (3) und (4) nutzbare Arbeit an die Kurbelwelle (5) bertragen. Das Ventil (11) wird durch den Druck des erhitzten Gases im oberen Zylinderraum geschlossen.
An der Kolbenstange (4) befindet sich eine Rollsockendichtung (23), die den'Austritt des Arbeitsgases verhindert.
Der'Brenner (24) ist so konstruiert, daß seine Abgase im Gegenstromverfahren die Verbrennungsluft vorerhitzen.
Das Material des Brenners muß bei guter Druckfestigkeit möglichst hitzebständig sein. Es ist dabei auch an den Einsatz nichtmetallischer, z.B. oxidkeramischer Werkstoffe wie gesintertes Al2Q3 zu denken. -Zum besseren Wärmeübergang zwischen Brenngas und Arbeitsgas mögen Erhitzerrohre verwendet werden, in denen ein während des Betriebs schmelzendes oder verdampfendes Metall oder Salz umläuft.

Claims

Heißgasmotor Patentansprüche 1 Vorrichtung zur Umwandlung von Wärme in mechanische energie, dadurch gekennzeichnet, daß ein in einem Zylinderraum beweglicher, beidseitig wirkender Kolben auf der einen Seite dem Druck eines erhitzten und expandierenden Gases ausgesetzt wird und dabei auf der anderen Seite Gas unter Kühlung komprimiert, daß das komprimierte und gekühlte Gas in einem kleinen Zylinder gesammelt und über einen Regenerator und einen Erhitzer dem großen Zylinder wieder zugeführt wird und daß das entspannte heiße Gas durch einen Hub des Kolbens im großen Zylinder über den Regenerator geleitet wird, in dem es weitgehend seine Wärme abgibt und vom Raum auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens aufgenommen wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß der kleine Zylinder, der Regenerator und die notwendigen Ventile und Rohrleitungen außerhalb der Arbeitszylinders angebracht sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekermzeichnet, daß der kleine Zylinder, der Regenerator und die notwendigen Ventile und Rohrleitungen im Arbeitskolben innerhalb des Arbeitszylinders angebracht sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß die KLEllung durch Kühlrippen bewirkt wird, die an einem Ende des Zylinders angebracht sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß Brenner und Erhitzerrohre aus Oxidkeramik bestehen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß zum besseren Wärmeübergang zwischen Brenngas und Arbeitsgas Erhitzerrohre verwendet werden, durch die während des Betriebs schmelzende oder verdampfende Metalle oder Salze geleitet werden.