DE4330444C2 - Doppeltwirkender, luftgekühlter Mehrzylinder-Heißgasmotor - Google Patents

Description

Stand der Technik:

In einem doppeltwirkenden Mehrzylinder-Heißgasmotor (z. B. DE 29 40 207) gibt es gleich viel Regeneratoren (212, 223, 234, 241) wie Zylinder (101, 102, 103, 104). Die Anordnung von Zylindern und Regeneratoren ist üblicherweise regelmäßig und abwechselnd, so daß einem Regenerator immer zwei benachbarte Zylinder zugeordnet werden können, aber ebenso jeder Zylinder zwei benachbarte Regeneratoren hat (Fig. 2). In dem Motor gibt es einen Heißbereich mit Heißtemperatur in den alle Zylinder und alle Regeneratoren mit ihrer Heißseite hineinragen und einen Kaltbereich mit Kalttemperatur in den alle Zylinder und alle Regeneratoren mit ihrer Kaltseite hineinragen. Auf beiden Seiten ist jeder Zylinder mit einem Wärmetauscher versehen, der üblicherweise auf der Heißseite Erhitzer (121, 122, 123, 124) und auf der Kaltseite Kühler (131, 132, 133, 134) heißt. Die Kolben erhalten durch das Triebwerk (70) eine näherungsweise sinusförmige, oszillierende Bewegung, wobei definitionsgemäß der Richtungssinn zur Heißseite hin positiv ist. Zwischen den einzelnen Kolbenbewegungen erzwingt das Triebwerk jeweils eine fortlaufende Phasenverschiebung von 360° dividiert durch Zylinderanzahl (Fig. 1a, 3a, 4a, 5a). Zwischen jedem Regenerator und seinen beiden benachbarten Zylindern sind leitungsmäßige Verbindungen angeordnet, dergestalt, daß von der Kaltseite des Regenerators zum kaltseitigen Wärmetauscher des bewegungsmäßig voreilenden Nachbarzylinders eine Verbindung ist und daß von der Heißseite des Regenerators zum heißseitigen Wärmetauscher des bewegungsmäßig nacheilenden Nachbarzylinders eine Verbindung ist (Fig. 2, 3a). Das Arbeitsgas ist somit in einzelne Arbeitsgasräume aufgeteilt, die jeweils einem Regenerator zugeordnet sind und durch die Kolben der beiden benachbarten Zylinder voneinander abgegrenzt werden. Jeder Arbeitsgasraum besteht im Kaltbereich aus einem Kaltgasraum und im Heißbereich aus einem Heißgasraum, wobei die innere Grenze zwischen beiden in der Regeneratormitte liegt. Jeder Kaltgasraum, besteht aus dem kaltseitigen Zylinderraum des ersten zugeordneten Zylinders, dem kaltseitigen Zylinderwärmetauscherraum und dem kaltseitigen Regeneratorraum, jeder Heißgasraum besteht aus dem heißseitigen Regeneratorraum, dem heißseitigen Zylinderwärmetauscherraum und dem heißseitigen Zylinderraum des zweiten zugeordneten Zylinders (Fig. 2, 3a).

Das Grundprinzip des Heißgasmotors wird in der technischen Standardliteratur erwähnt (Dubbel: Taschenbuch für den Maschinenbau, 17. Auflage, Springer-Verlag, 1990, P87), ausführliche Beschreibungen von Bauarten und Entwicklungsarbeiten sind in der Fachliteratur zu finden (Motortechnische Zeitschrift, MTZ 1968, S. 284ff; MTZ 1973, S. 135ff; MTZ 1977, S. 371 ff; MTZ 1980, S. 103ff; MTZ 1986, S. 515ff; Künzel, M.: Stirlingmotor der Zukunft. Fortschr.-Ber. Reihe 6, Nr. 193. Düsseldorf VDI-Verlag 1986).

Durch die Kolbenbewegung mit der charakteristischen Phasenverschiebung zwischen den benachbarten Kolben durchläuft das Arbeitsgas einen fortlaufenden Kompressions- und Expansionszyklus in Form eines Kreisprozesses. Hierbei wird durch die Phasenverschiebung das Arbeitgas periodisch während eines Triebwerksumlaufs zum einen mehr in den Kaltgasraum, dann mehr in den Heißgasraum geschoben, wobei es durch den Regenerator strömt und hierbei beim Weg vom Heißgasraum zum Kaltgasraum Wärme an die Speicherwände des Regenerators abgibt, dabei die Kalttemperatur erreicht, beim Weg vom Kaltgasraum zum Heißgasraum diese Wärme wieder zurückholt und dabei Heißtemperatur erreicht. Diese Regeneratorfunktion ist zur Erzielung eines guten Motor-Wirkungsgrades notwendig.

Der periodische Zyklus von Kompression und Expansion des Arbeitsgases in Form eines Kreisprozesses kann in einem p-V-Diagramm aufgetragen werden (Fig. 7b), bei dem auf der Abszisse das jeweilige Volumen und auf der Ordinate der jeweilige Druck des Arbeitsgasraums zu einem bestimmten Zeitpunkt aufgetragen wird. Dabei ergibt sich ein geschlossener Kurvenzug, der bei jedem Triebwerksumlauf einmal im Uhrzeigersinn, also rechtsläufig durchlaufen wird. Die vom Kurvenzug umschriebene sogenannte Arbeitsfläche ist unter Beachtung der Maßstäbe der Diagrammauftragung gleich der Arbeit, die bei einem Arbeitsspiel von einem Arbeitsgasraum abgegeben werden kann. Diese Arbeit möglichst groß zu machen ist Ziel der Technik. Ebenso kann dieser Prozeß auch in einem T-V-Diagramm aufgetragen werden, bei dem auf der Abszisse das jeweilige Volumen und auf der Ordinate die jeweilige Temperatur des Arbeitsgasraums zu einem bestimmten Zeitpunkt aufgetragen wird (Fig. 7a).

Für den Kreisprozeß ist ein Idealfall bekannt, wenn Kompression und Expansion so ablaufen, daß das Arbeitsgas im heißseitigen Zylinderraum ständig die Heißtemperatur TO (311) beibehält und im kaltseitigen Zylinderraum ständig die Kalttemperatur TU (321 in Fig. 7a) beibehält. Dabei ergibt sich im p-V-Diagramm eine große Arbeitsfläche (331). Der Wirkungsgrad bei diesem isothermen Kreisprozeß ist gleich dem Carnot-Wirkungsgrad, also dem größtmöglichen Wirkungsgrad, der bei einem vorgegebenen Temperaturverhältnis erzielbar ist.

Wird beim isothermen Prozeß die Zustandsänderung allein im Heißraum in einem p- V-Diagramm aufgetragen, so ergibt sich ein geschlossener Kurvenzug im Uhrzeigersinn. Die Fläche im Innern des Kurvenzugs entspricht der Erhitzer- Wärmemenge, die während eines Umlaufs vom heißseitigen Zylinderwärmetauscher dem Arbeitsgas im Heißraum zugeführt werden muß. Wird die Zustandsänderung im Kaltraum in einem p-V-Diagramm aufgetragen, so ergibt sich ein geschlossener Kurvenzug entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn. Die Räche im Innern dieses Kurvenzugs entspricht der Kühler-Wärmemenge, die während eines Umlaufs vom kaltseitigen Zylinderwärmetauscher dem Arbeitsgas im Kaltraum entzogen werden muß.

Problem:

Das zentrale Problem bei der technischen Realisierung des Heißgasmotors ist, eine möglichst gute Annäherung an den Kreisrozeß mit konstanter Heißtemperatur und mit konstanter Kalttemperatur zu erreichen. Allgemeiner gefaßt ist das Problem, die Heiß- und Kalt-Temperaturverläufe im Sinne einer Optimierung gezielt zu beeinflussen. Hierzu muß während der Expansionsphase im Heißraum gezielt eine abgestufte Heiß- Heiz-Wärmeleistung zugeführt werden, während der Kompressionsphase jedoch gezielt eine abgestufte Heiß-Kühl-Wärmeleistung abgeführt werden. Entsprechend muß im Kaltraum während der Expansionsphase gezielt eine abgestufte Kalt-Heiz- Wärmeleistung zugeführt werden und während der Kompressionsphase gezielt eine abgestufte Kalt-Kühl-Wärmeleistung abgeführt werden.

Bei den Heißgasmotoren nach dem beschriebenen Stand der Technik wird dieses Ziel nicht erreicht. Hier wird über den Erhitzer eine ständige Wärmezufuhr und über den Kühler eine ständige Wärmeabfuhr vorgenommen. Die Folge ist, daß im T-V- Diagramm (Fig. 7a) der mittlere Bereich der Expansions-Linie von einer Mitteltemperatur nach unten abweicht und der mittlere Bereich der Kompressions- Linie von dieser Mitteltemperatur nach oben abweicht. Es ergeben sich im heißseitigen Kreisprozeß (312) und im kaltseitigen Kreisprozeß (322) für das Arbeitsgas schwingende Temperaturverläufe, was aus der Fachliteratur bekannt ist (MTZ 1977, S. 373f). Die Phasenlage dieser Temperaturverläufe ist bei gegebener Bauart wegen der jeweils im Zeitverlauf konstanten Heiz- und Kühlleistung von außen nicht beeinflußbar. Dabei bleibt wegen der großen Wärmekapazität der Wände die Wandtemperatur der heißseitigen und kaltseitigen Zylinderwärmetauscher nahezu konstant (MTZ 1986, S. 521, Bild 10). Als Folge der Schwankungen der Arbeitsgastemperaturen ergibt sich im p-V-Diagramm (Fig. 7b) eine starke Verkleinerung der Arbeitsfläche (332) gegenüber dem isothermen Prozeß (331), was einem schlechteren Wirkungsgrad und einer geringeren spezifischen Leistung gegenüber dem isothermen Prozeß entspricht. Aufgrund der ständigen Heizung einerseits und der ständigen Kühlung andererseits weist der konventionelle Heißgasmotor außerdem eine große thermische Trägheit auf, welche die Leistungsregelung erschwert (MTZ 1968, S. 290f; MTZ 1977, S. 374ff).

Das spezifische Problem der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt somit in einer möglichst guten Annäherung an den isothermen Prozeß, bzw. allgemeiner in der Realisierung optimierbarer Heiß- und Kalt-Temperaturverläufe. Dies wird vom physikalischen Effekt dadurch bewirkt, daß während der Expansion eine der p-V- Charakteristik angepaßte Wärmezufuhr und während der Kompression eine der p-V- Charakteristik angepaßte Wärmeabfuhr vorgenommen wird und zwar sowohl auf der Heißseite als auch auf der Kaltseite. Diese Zielsetzung ist in Fig. 2 für einen Vierzylinder-Motor schematisch dargestellt: In den Zylindern (101, 102, 103, 104) bewegen sich die Kolben (111, 112, 113, 114) abhängig vom Kurbelwinkel (definiert für Kolben 111 von 0° bis 315°). Mit den Zylindern sind die heißseitigen Zylinderwärmetauscher (121, 122, 123, 124) und die kaltseitigen Zylinderwärmetauscher (131, 132, 133, 134) verbunden und jeweils zwischen zwei Zylindern sind die Regeneratoren (212, 223, 234, 241) angeordnet. Die jeweiligen mittleren Wandtemperaturen der Wärmetauscher sind zeitlich nahezu konstant; entlang der Wanddicke prägt sich nur in Richtung der jeweiligen Wärmeleitung der entsprechende Temperaturgradient aus. Anhand der Kolbenbewegungen können zu den jeweiligen Kurbelwinkellagen in den vier verschiedenen Arbeitsgasräumen Expansionsphasen, Kompressionsphasen oder neutrale Phasen unterschieden werden. In einer Expansionsphase wird das Arbeitsgas in den zugehörigen Zylinderwärmetauschern geheizt (Kennzeichen "H" in Fig. 2); die Temperatur des Heizfluids ist größer als die Wandtemperatur, die Temperatur des Arbeitsgases ist kleiner als die Wandtemperatur. In einer Kompressionsphase wird das Arbeitsgas in den zugehörigen Zylinderwärmetauschern gekühlt (Kennzeichen "K"); die Temperatur des Heizfluids ist kleiner als die Wandtemperatur, die Temperatur des Arbeitsgases ist größer als die Wandtemperatur. In einer neutralen Phase findet keinerlei Wärmetausch statt (Kennzeichen "-"); die Temperaturen von Heizfluid und Arbeitsgas sind etwa gleich der Wandtemperatur.

Lösung:

Die Aufgabe der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung ist, über eine Steuereinrichtung das Kühl-Heiz-Fluid gezielt auf die Zylinderwärmetauscher zu verteilen, so daß die zur Erzielung optimaler Temperaturverläufe notwendigen Wärmeströme erzwungen werden. Die Wärmetauschflächen der Zylinderwärmetauscher werden auf der Arbeitsgasseite so hochwertig wie bei üblichen Regeneratoren ausgeführt; dadurch sind kleine Temperaturdifferenzen zwischen Wand und Arbeitsgas möglich und eine weitgehende Annäherung an den isothermen Kreisprozeß wird realisierbar (MTZ 1986, S. 523).

Dies geschieht im einzelnen folgendermaßen und kann anhand von Fig. 1 und Fig. 3 für die 45°-Stellung des Kolbens (111) verfolgt werden: Das vom Ventilator (79) geförderte Kühl-Fluid in seinem kältesten Zustand (001) wird durch die Steuereinrichtung (400) in den entsprechenden kaltseitigen Zylinderwärmetauscher (132) geleitet. Beim Durchströmen wird das Arbeitsgas (3) des dem Regenerator (212) zugeordneten Kaltgasraums gekühlt, das Kühl-Fluid erwärmt sich dabei auf den Zustand (002). Durch die Steuereinrichtung gelangt das Kühl-Fluid in die Kühlkanäle des Zwischenwärmetauschers (500). Durch die Heizkanäle des Zwischenwärmetauschers fließt das Heiz-Fluid, es findet ein Wärmetausch zwischen beiden statt, bei dem sich das Kühl-Fluid auf den Zustand (003) erwärmt. Durch die Steuereinrichtung gelangt das Kühl-Fluid in den entsprechenden heißseitigen Zylinderwärmetauscher (121). Beim Durchströmen wird das Arbeitsgas des dem Regenerator (212) zugeordneten Heißgasraums gekühlt, das Kühl-Fluid erwärmt sich auf den Zustand (004). Durch die Steuereinrichtung fließt das Kühl-Fluid dem Energiewandler (90) zu und wird aufgrund von physikalischen oder chemischen Vorgängen unter Einwirkung des primären Energieträgers (4) unter Wärmezufuhr zum Heiz-Fluid mit dem Zustand (014) gewandelt. über die Steuereinrichtung fließt das Heiz-Fluid in den entsprechenden heißseitigen Zylinderwärmetauscher (123). Hier wird das Arbeitsgas des dem Regenerator (234) zugeordneten Heißgasraums geheizt, das Heiz-Fluid kühlt sich ab auf den Zustand (013). Durch die Steuereinrichtung gelangt das Heiz-Fluid in den Zwischenwärmetauscher, in dem es sich auf den Zustand (012) abkühlt. Durch die Steuereinrichtung fließt das Heiz-Fluid in den entsprechenden kaltseitigen Zylinderwärmetauscher (134). Hier wird das Arbeitsgas des dem Regenerator (234) zugeordneten Kaltgasraums geheizt, das Heiz-Fluid wird auf den Zustand (011) abgekühlt und tritt über die Steuereinrichtung in die Atmosphäre.

Für andere Kolbenstellungen als 45° werden zyklisch die anderen Zylinderwärmetauscher beaufschlagt, was anhand von Fig. 1, 2 und 3 für Vierzylindermotoren überlegt werden kann. In den Phasenlagen 135°, 225°, 315° ist entsprechend der obigen Ausführungen für 45° jeweils nur ein Zylinderwärmetauscher in den Kühl-Heiz-Fluid-Strom eingeschaltet; in den Phasenlagen 0°, 90°, 180°, 270° sind jeweils zwei Zylinderwärmetauscher zu gleichen Teilen in den Kühl-Heiz-Fluid- Strom eingeschaltet, in den Zwischenlagen verteilt sich der Kühl-Heiz-Fluid-Strom in Verhältnissen, die durch die Rotorstellung definiert werden, auf die jeweiligen zwei zugewandten Zylinderwärmetauscher. Für andere Anzahlen von Zylindern ändern sich die Phasenlagen und die Anzahl der beaufschlagten Zylinderwärmetauscher entsprechend.

Erreichte Vorteile:

Durch die oben beschriebene Wirkung der im Patentanspruch 1 beschriebenen Erfindung laufen die Kreisprozesse des Heißgasmotors sowohl auf der Heißseite als auch auf der Kaltseite mit gleichmäßigeren und optimierbaren Temperaturverläufen ab; isotherme Temperaturverläufe können näherungsweise realisiert werden. Die Folgen davon sind ein besserer Wirkungsgrad und eine Erhöhung der spezifischen Leistung des Motors bei gegebenen Extremtemperaturen und gegebenem Maximaldruck. Daraus ergibt sich, daß bei gegebenem Leistungsgewicht der Motor mit niedrigerer Maximaltemperatur und/oder niedrigerem Maximaldruck betrieben werden kann, was sich in einer Erhöhung der Zuverlässigkeit und der Lebensdauer niederschlägt und/oder geringere Herstellkosten verursacht.

Des weiteren wird im Patentanspruch 6 der Erfindung unter a10) beschrieben, daß vermittelst der Steuereinrichtung (400) die Phasenlage von Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr verändert werden kann; dies ist für die Leistungsregelung verwendbar, im Zusammenspiel mit der unter Patentanspruch 1 e1) beschriebenen Verstellmöglichkeit für den Ventilator. Im Vergleich zum konventionellen Heißgasmotor ist damit eine sehr einfache Leistungsanpassung möglich, was sich wiederum in geringeren Herstellkosten niederschlägt. Durch Ausnutzen einer großen Phasenverschiebung von 180° durch die Steuereinrichtung kann auf einfache Weise eine Motorbremse realisiert werden, mit erheblichem Kostenvorteil gegenüber dem Stand der Technik (z. B. DE 26 00 796).

Die genannten Vorteile lassen eine stärkere gewerbliche Nutzung des Heißgasmotors sowohl im stationären Einsatz als auch im Fahrzeugbetrieb erwarten.

Weitere Ausgestaltung der Erfindung:

Eine erste Ausgestaltung der Steuereinrichtung erfolgt als Rotor (40); die Wirkungsweise kann anhand von Fig. 1 und Fig. 3 für die 45°-Stellung des Kolbens (111) verfolgt werden: Das vom Ventilator (79) geförderte Kühl-Fluid in seinem kältesten Zustand (001) gelangt über die Einlaßkammer (41) des Rotors durch deren Auslaß (11) über das dem Auslaß aufgrund der gerade vorhandenen tangentialen Rotorstellung zugewandte Kanalfenster (132b) in den entsprechenden kaltseitigen Zylinderwärmetauscher (132). Beim Durchströmen wird das Arbeitsgas (3) des dem Regenerator (212) zugeordneten Kaltgasraums gekühlt, das Kühl-Fluid erwärmt sich dabei auf den Zustand (002). Durch den Einlaß (02) über das zugewandte Kanalfenster (132c) gelangt das Kühl-Fluid in die Kühlsammelkammer (42) und wird weitergeleitet in die Kühlkanäle des Rotorwärmetauschers (50). Durch die Heizkanäle des Rotorwärmetauschers fließt das Heiz-Fluid, es findet ein Wärmetausch zwischen beiden statt, bei dem sich das Kühl-Fluid auf den Zustand (003) erwärmt und in die Kühlverteilerkammer (43) gelangt. Durch den Auslaß (13) und das diesem Auslaß zugewandte Kanalfenster (121e) gelangt das Kühl-Fluid in den entsprechenden heißseitigen Zylinderwärmetauscher (121). Beim Durchströmen wird das Arbeitsgas des dem Regenerator (212) zugeordneten Heißgasraums gekühlt, das Kühl-Fluid erwärmt sich auf den Zustand (004). Durch den Einlaß (04) über das zugewandte Kanalfenster (121f) gelangt das Kühl-Fluid in die Kühlauslaßkammer (44). Durch den Auslaß (14) fließt es dem Energiewandler (90) zu und wird aufgrund von physikalischen oder chemischen Vorgängen unter Einwirkung des primären Energieträgers (4) unter Wärmezufuhr zum Heiz-Fluid mit dem Zustand (014) gewandelt. Über den Einlaß (24) fließt das Heiz-Fluid der Heizeinlaßkammer (54) zu und von da aus durch den Auslaß (34) und über das zugewandte Kanalfenster (123f) in den entsprechenden heißseitigen Zylinderwärmetauscher (123). Hier wird das Arbeitsgas des dem Regenerator (234) zugeordneten Heißgasraums geheizt, das Heiz- Fluid kühlt sich ab auf den Zustand (013). Durch den Einlaß (23) und über das zugewandtes Kanalfenster (123e) gelangt das Heiz-Fluid in die Heizsammelkammer (53) und von da aus in den Rotorwärmetauscher, in dem es sich auf den Zustand (012) abkühlt. Von der Heizverteilerkammer (52) fließt das Heiz-Fluid durch den Auslaß (32) über das zugewandte Kanalfenster (134c) in den entsprechenden kaltseitigen Zylinderwärmetauscher (134). Hier wird das Arbeitsgas des dem Regenerator (234) zugeordneten Kaltgasraums geheizt, das Heiz-Fluid wird auf den Zustand (011) abgekühlt und tritt durch den Einlaß (21) über das zugewandte Kanalfenster (134b) in die Auspuffkammer (51) und von da aus über den Auslaß (31) in die Atmosphäre.

Für andere Kolbenstellungen als 45° werden zyklisch die anderen Zylinderwärmetauscher beaufschlagt, was anhand von Fig. 1, 2 und 3 für Vierzylindermotoren überlegt werden kann. In den Phasenlagen 135°, 225°, 315° ist entsprechend der obigen Ausführungen für 45° jeweils nur ein Zylinderwärmetauscher in den Kühl-Heiz-Fluid-Strom eingeschaltet; in den Phasenlagen 0°, 90°, 180°, 270° sind jeweils zwei Zylinderwärmetauscher zu gleichen Teilen in den Kühl-Heiz-Fluid- Strom eingeschaltet, in den Zwischenlagen verteilt sich der Kühl-Heiz-Fluid-Strom in Verhältnissen, die durch die Rotorstellung definiert werden, auf die jeweiligen zwei zugewandten Zylinderwärmetauscher. Für andere Anzahlen von Zylindern ändern sich die Phasenlagen und die Anzahl der beaufschlagten Zylinderwärmetauscher entsprechend.

Eine zweite Ausgestaltung der Steuereinrichtung erfolgt als Ventilsteuerung (401);

Das in Patentanspruch 1 e1) angesprochene stufenlose Getriebe für den Ventilator- Verstellmechanismus (75) kann beispielsweise als Reibradgetriebe (Dubbel, G111, Bild 5f, 5h, 5i) realisiert werden.

Der im Patentanspruch 6 a10) angesprochene Muffen-Rasten-Mechanismus für den absoluten (76) und relativen (77) Verstellmechanismus des Rotors (40) kann bekannterweise folgendermaßen realisiert werden: 1. Auf dem Basisteil wird eine drehfeste aber axial bewegliche Schaltmuffe verschoben, die eine schräge in axialer und tangentialer Richtung verlaufende Nut aufweist, in die das Verstellteil mit einem Gleitstück eingreift, wodurch aus der Axialbewegung der Schaltmuffe eine relative tangentiale Verstellung des Verstellteils gegenüber dem Basisteil erfolgt. 2. Eine gefederte Raste hält das Verstellteil gegenüber dem Basisteil in der geschalteten Lage.

In den Patentansprüchen 2, 3 und 4 wird beschrieben, daß der Heißgasmotor mit unterschiedlichen primären Energieträgern betrieben werden kann. Hierbei können über an sich bekannte Brennkammern unterschiedliche Brennstoffe verwendet werden, wobei die bekannte Vielstoffähigkeit des Heißgasmotors und die schadstoffarme, kontinuierliche Verbrennung auch hier gewährleistet sind (Anspruch 2). Strahlungsenergie, insbesondere Sonnenenergie ist nutzbar, wobei sich aufgrund des verbesserten Wirkungsgrades und der erhöhten spezifischen Leistung eine Ausweitung der Anwendung im Bereich der Energieerzeugung in tropischen Entwicklungsländern abzeichnet (Anspruch 4). Die Verbesserung von Wirkungsgrad und spezifischer Leistung ermöglichen auch eine Ausweitung der Nutzung von Abwärme aus Industrie- und Kraftwerksprozessen (Anspruch 3).

Im Patentanspruch 5 wird die Möglichkeit beschrieben, den Brennstoff der Kühlluft schon vor Eintritt in den Rotor zuzumischen. Hierbei ist vor allem bei flüssigen Brennstoffen aufgrund der Verdampfungswärme mit einer Verbesserung der Kühlwirkung und damit mit einer nochmaligen Steigerung des Wirkungsgrades zu rechnen.

Im Patentanspruch 6 wird die Ausführung der Steuereinrichtung als Rotor beschrieben.

Im Patentanspruch 7 wird die Ausführung der Steuereinrichtung als Ventilsteuerung erwähnt.

In den Patentansprüchen 8 und 9 werden die beiden Rotorbauarten beschrieben, einmal mit der axialen Hauptstromrichtung, zum anderen mit der radialen Hauptstromrichtung.

Die Patentansprüche 10 bis 14 und 17 beschreiben unterschiedliche Motorbauarten, bei denen unterschiedliche Zylinderanordnungen mit unterschiedlichen Triebwerken und den beiden Rotorbauarten kombiniert werden. Als günstige Kombination erscheinen der Reihenmotor mit Ventilsteuerung (Anspruch 17), der Sternmotor (Anspruch 9), der v-Motor (Anspruch 10), beide mit Kurbeltriebwerk und der Taumelscheibenmotor (Anspruch 8), alle drei mit Rotorsteuerung, wobei sich günstige räumliche Anordnungen zwischen den Zylinderwärmetauschern und den Rotoren ergeben.

Die in Anspruch genommenen Vorteile für den beschriebenen Heißgasmotor sind nur zu erzielen, wenn in den Zylinderwärmetauschern, den Regeneratoren und dem Rotorwärmetauscher große Wärmetauschleistungen stattfinden. Die Anforderungen an die Wärmetauscher sind: große Wärmeübergangszahlen, große Wärmetauschflächen, geringe Masse, d. h. geringe thermische Trägheit. Diese Anforderungen sind in den Ansprüchen 15 und 16 berücksichtigt (Fig. 6), die damit für den Gehalt der Erfindung bedeutend werden. Durch die genoppten Leitplatten (81) werden ständig thermische Anlaufvorgänge erzwungen, die zusammen mit den kleinen Kanalabmessungen zu guten Wärmeübergangszahlen führen (VDI-Wärmeatlas, 5. Auflage, VDI-Verlag 1988, A 51). Durch den plattenförmigen modularen Aufbau können durch Steigerung der Plattenanzahl große Wärmetauschflächen erzielt werden. Durch die gegenseitige Druckabstützung zwischen den einzelnen Platten können die Plattendicken gering und somit die Masse und damit die thermische Trägheit klein gehalten werden. Bei Anwendung der Blechstanztechnik für die Leitplatten sind die Herstellkosten solcher Wärmetauscher gering.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele:

Im folgenden werden einige Ausführungen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Heißgasmotor mit einem axial durchströmten Rotor und mit Taumelscheibenantrieb, wobei die Taumelscheibe in ihrer Neigung unveränderbar ist. Derlei Antriebe werden mit umgekehrter Leistungsrichtung häufig in Axialkolbenpumpen angewendet (s. z. B. Firmenschrift F. X. Meiller, München, Blatt 0000 0321 050, Ausgabe 8.83). In konventionellen Heißgasmotoren wird der Taumelscheibenantrieb für Regelungszwecke häufig mit variabler Neigung ausgeführt (z. B. DE 26 00 796), was bei der vorliegenden Erfindung wegen der anderweitig gelösten Regelung nicht notwendig ist. Da die Kolbenstangen durch die Axialscheibe (74) nur zur Kaltseite hin begrenzt werden, muß die Führung zur Heißseite hin gegebenenfalls formschlüssig durch einen Umgriff oder kraftschlüssig durch Federvorspannung erfolgen. Der Vorteil dieser Bauart ist die Kompaktheit.

Zur Abdichtung des Kühl-Fluids und des Heiz-Fluids zwischen Rotor (40) einerseits und den Gehäuseteilen dienen die Dichtungen, und zwar zwischen Rotor und Ventilatorgehäuse die axialen Dichtungen (61, 62), zwischen Rotor und Zylinderwärmetauschern die radialen Dichtungen (63, 64, 65) und zwischen Rotor und Energiewandlergehäuse die axialen Dichtungen (66, 67). Außerdem muß eine Dichtung (68) in tangentialer Richtung das Heiz-Fluid vom Kühl-Fluid trennen. Diese Dichtungen können auf der Kaltseite berührend (z. B. ähnlich Dubbel, G88 und K19), auf der Heißseite aber vorzugsweise berührungslos ausgeführt werden (z. B. ähnlich Dubbel, G87 und R62f).

Fig. 3 zeigt einen Motor in Sternanordnung mit Kurbeltriebwerk und einem radial durchströmten Rotor. Hierbei ergibt sich in axialer Richtung eine flache Bauweise, in radialer Richtung ist reichlich Bauraum vorhanden, was für die konstruktive Gestaltung, vor allem für die Wärmetauscher, günstig ist.

Fig. 4 zeigt einen Motor in v-Anordnung mit Kurbeltriebwerk (ähnlich DE 21 49 213). Der Rotor kann hier günstigerweise in der axial durchströmten Bauweise angeordnet werden, so daß sich eine nahezu ähnlich kompakte Bauweise ergibt, wie beim Taumelscheibenmotor.

Fig. 5 zeigt einen Reihenmotor mit Kurbeltriebwerk und axial durchströmtem Rotor. Es muß hier nach geometrisch günstigen Lösungen für die Leitungsverbindungen zwischen Rotor und Zylinderwärmetauschern gesucht werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

Bezugszeichenliste, Fortsetzung

Claims (17)

1. Doppeltwirkender, luftgekühlter Mehrzylinder-Heißgasmotor, ausgestattet mit

• a) einem Energiewandler, der in der heißen Zone des Motors liegt, in dem Energie von einem primären Energieträger auf ein Heiz-Fluid übertragen wird;
• b) mindestens drei regelmäßig dergestalt angeordneten Zylindern, so daß jeder Zylinder mit seiner Heißseite in der heißen Zone des Motors bei Heißtemperatur und jeder Zylinder mit seiner Kaltseite in der kalten Zone des Motors bei Kalttemperatur liegt, in jedem Zylinder mit einem doppeltwirkenden Kolben, jeder Zylinder auf der Kaltseite mit einem kaltseitigen Zylinderwärmetauscher ausgestattet, jeder Zylinder auf der Heißseite mit einem heißseitigen Zylinderwärmetauscher ausgestattet, beide Zylinderwärmetauscher von einem Arbeitsgas einerseits und von einem Kühl- bzw. Heiz-Fluid andererseits durchströmt;
• c) gleich viel funktionsgemäß mit Speicherwänden versehenen Regeneratoren wie Zylindern, regelmäßig zwischen den Zylindern angeordnet, so daß jeder Regenerator mit seiner Heißseite in der heißen Zone des Motors und mit seiner Kaltseite in der kalten Zone des Motors liegt, jedem Regenerator zwei Zylinder zugeordnet, wobei jeder Regenerator von seiner Kaltseite zum kaltseitigen Zylinderwärmetauscher des ersten zugeordneten Zylinders eine leitungsmäßige Verbindung für das Arbeitsgas hat, sowie von seiner Heißseite zum heißseitigen Zylinderwärmetauscher des zweiten zugeordneten Zylinders eine leitungsmäßige Verbindung für das Arbeitsgas hat;
• d) einem Triebwerk mit einer Abtriebswelle, das den Kolben eine näherungsweise sinusförmige, oszillierende Bewegung in Richtung der Zylinderachse mit positivem Richtungssinn zur Heißseite hin erteilt, wobei von Zylinder zu Zylinder die jeweilige Kolbenstellung Phasenverschiebungswinkel von der Größe 360° dividiert durch die Zylinderanzahl aufweist, wobei vom jeweiligen Regenerator aus gesehen, der Kolben des kaltseitig zugeordneten Zylinders dem des heißseitig zugeordneten um diesen Phasenverschiebungswinkel voreilt;
• e) einem Ventilator zum Fördern des Kühl-Fluids, der in der kalten Zone des Motors liegt;

dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß der Ventilator (79) vom Triebwerk (70) über einen Ventilator- Verstellmechanismus (75) angetrieben wird (ausgeführt als stufenloses Getriebe oder als Flügelverstellung); oder daß der Ventilator elektrisch angetrieben und geregelt wird;

• a) und daß eine Steuereinrichtung (400) für das Kühl-Fluid (001, 002, 003, 004) auf dessen Weg vom Ventilator (79) zum Energiewandler (90) hin und für das Heiz-Fluid (014, 013, 012, 011) auf seinem Weg vom Energiewandler weg Leitungsfunktion hat, für das Kühl-Fluid und das Heiz-Fluid bezüglich der heißseitigen Zylinderwärmetauscher (121, 122, 123, 124), der kaltseitigen Zylinderwärmetauscher (131, 132, 133, 134) und des Zwischenwärmetauschers (500) eine Schaltfunktion ausführt, dergestalt, daß eine Verteilungsfunktion für das Kühl-Fluid und das Heiz- Fluid auf die Wärmetauscher hin und eine Sammlungsfunktion für das Kühl-Fluid und das Heiz-Fluid von den Wärmetauschern weg, vorgenommen wird;
• b) einem Zwischenwärmetauscher (500), der vom Kühl-Fluid (002-003) auf dem Weg vom Ventilator zum Energiewandler nach Durchströmen der kaltseitigen Zylinderwärmetauscher durchlaufen wird und vom Heiz-Fluid (013-012) auf dem Weg vom Energiewandler zum Auspuff nach Durchströmen der heißseitigen Zylinderwärmetauscher im Gegenstrom zum Kühl-Fluid durchlaufen wird.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der primäre Energieträger (4) ein Brennstoff ist, der Energiewandler (90) mithin eine Brennkammer ist, das Kühl-Fluid (001, 002, 003, 004) Luft ist und das Heiz- Fluid (014, 013, 012, 011) das Verbrennungsgas der Brennkammer ist.

3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der primäre Energieträger (4) ein wärmeführendes Fluid ist, der Energiewandler (90) ein von diesem Fluid auf der einen Seite durchströmter Primärwärmetauscher ist, das Kühl-Fluid (001, 002, 003, 004) und das Heiz-Fluid (014, 013, 012, 011) Luft ist, die den Primärwärmetauscher auf der anderen Seite durchströmt und dabei Wärme aufnimmt.

4. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der primäre Energieträger (4) Strahlung ist, vorzugsweise Sonnenstrahlung, der Energiewandler (90) aus einem Konzentrator für die Strahlung und einem Absorber für die Wandlung der Strahlungsenergie in Wärme und deren Übertragung in das Heiz-Fluid (014) besteht, das Kühl-Fluid (001, 002, 003, 004) und das Heiz-Fluid (014, 013, 012, 011) Luft ist, die den Absorber durchströmt und dabei Wärme aufnimmt.

5. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff (4) der Kühlluft (001) schon vor deren Eintritt in den Rotor (40) zugemischt wird, bei flüssigen Brennstoffen vorzugsweise durch einen Vergaser oder eine Einspritzpumpe, bei gasförmigen Brennstoffen vorzugsweise durch ein Dosierventil.

6. Motor nach Anspruch 2 oder Anspruch 3 oder Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß die Steuereinrichtung (400) ein kreiszylinder- oder kreiskegelstumpfförmiger Rotor (40) ist, dessen räumliche Ausdehnung in Zylinderkoordinaten mit einer tangentialen Winkelkoordinate und zwei translatorischen Koordinaten beschrieben werden kann, der für das Kühl-Fluid (001, 002, 003, 004) auf dessen Weg in positiver Richtung der ersten translatorischen Koordinate vom Ventilator (79) zum Energiewandler (90) hin und für das Heiz-Fluid (014, 013, 012, 011) auf seinem Weg in negativer Richtung der ersten translatorischen Koordinate vom Energiewandler weg Leitungsfunktion hat, der mit der Drehzahl der Abtriebswelle (71) um seine Längsachse rotiert, dadurch mit seiner tangentialen Winkelkoordinate eine Schaltfunktion für das Kühl-Fluid und das Heiz-Fluid bezüglich der heißseitigen Zylinderwärmetauscher (121, 122, 123, 124) und der kaltseitigen Zylinderwärmetauscher (131, 132, 133, 134) ausführt, der in positiver Richtung der zweiten translatorischen Koordinate eine Verteilungsfunktion für das Kühl-Fluid und das Heiz-Fluid auf die Zylinderwärmetauscher hin und in negativer Richtung der zweiten translatorischen Koordinate eine Sammlungsfunktion für das Kühl-Fluid und das Heiz-Fluid von den Zylinderwärmetauschern weg vornimmt, ausgestattet mit
  • 1. einem Rotorwärmetauscher (50), der die Funktion des Zwischenwärmetauschers (500) wahrnimmt, der vom Kühl-Fluid (002-003) in der positiven Richtung der ersten translatorischen Koordinate des Rotors (40) durchströmt wird, der vom Heizfluid (013-012) in der negativen Richtung der ersten translatorischen Koordinate des Rotors durchströmt wird und dessen Position bezüglich der ersten translatorischen Koordinate des Rotors einen mittleren Wert darstellt;
  • 2. einer Einlaßkammer (41) auf der kleinsten Position der ersten translatorischen Koordinate des Rotors (40), die für das Kühl-Fluid (001) über den Einlaß (01) eine ständige leitungsmäßige Verbindung zum Ventilator (79) aufweist und durch die Drehbewegung über den Auslaß (11) zyklisch leitungsmäßige Verbindungen zu den kaltseitigen Zylinderwärmetauschern (131, 132, 133, 134) schaltet, wodurch sich das Kühl-Fluid auf die jeweils geschalteten kaltseitigen Zylinderwärmetauscher verteilt;
  • 3. einer Kühlsammelkammer (42) auf der der Einlaßkammer (41) folgenden Position der ersten translatorischen Koordinate des Rotors (40), die für das Kühl-Fluid (002) eine ständige leitungsmäßige Verbindung zum Rotorwärmetauscher (50) aufweist und durch die Drehbewegung über den Einlaß (02) zyklisch leitungsmäßige Verbindungen zu den kaltseitigen Zylinderwärmetauschern (131, 132, 133, 134) schaltet, wodurch sich das Kühl-Fluid von den jeweils geschalteten kaltseitigen Zylinderwärmetauschern sammelt;
  • 4. einer Kühlverteilerkammer (43) auf der dem Rotorwärmetauscher (50) folgenden Position der ersten translatorischen Koordinate des Rotors, die für das Kühl-Fluid (003) eine ständige leitungsmäßige Verbindung zum Rotorwärmetauscher aufweist und durch die Drehbewegung über den Auslaß (13) zyklisch leitungsmäßige Verbindungen zu den heißseitigen Zylinderwärmetauschern (121, 122, 123, 124) schaltet, wodurch sich das Kühl-Fluid auf die jeweils geschalteten heißseitigen Zylinderwärmetauscher verteilt, wobei die Hauptlage des Rotors bezüglich ihrer tangentialen Koordinate relativ zum Triebwerk (70) näherungsweise dadurch bestimmt ist, daß die Kühlverteilerkammer gerade dann mit dem jeweiligen heißseitigen Zylinderwärmetauscher in bestmöglicher Verbindung steht, wenn der betreffende Kolben (111, 112, 113, 114) die 45°-Stellung einnimmt;
  • 5. einer Kühlauslaßkammer (44) auf der der Kühlverteilerkammer (43) folgenden Position der ersten translatorischen Koordinate des Rotors, die für das Kühl-Fluid (004) über den Auslaß (14) eine ständige leitungsmäßige Verbindung zum Energiewandler (90) aufweist und durch die Drehbewegung zyklisch leitungsmäßige Verbindungen über den Einlaß (04) zu den heißseitigen Zylinderwärmetauschern (121, 122, 123, 124) schaltet, wodurch sich das Kühl-Fluid von den jeweils geschalteten heißseitigen Zylinderwärmetauschern sammelt;
  • 6. einer Heizeinlaßkammer (54) auf der Position der Kühlauslaßkammer (44) der ersten translatorischen Koordinate des Rotors (40), die für das Heiz-Fluid (014) über den Einlaß (24) eine ständige leitungsmäßige Verbindung zum Energiewandler (90) aufweist und durch die Drehbewegung zyklisch leitungsmäßige Verbindungen über den Auslaß (34) zu den heißseitigen Zylinderwärmetauschern (121, 122, 123, 124) schaltet, wodurch sich das Heiz-Fluid auf die jeweils geschalteten heißseitigen Zylinderwärmetauscher verteilt;
  • 7. einer Heizsammelkammer (53) auf der Position der Kühlverteilerkammer (43) der ersten translatorischen Koordinatete des Rotors (40), die für das Heiz-Fluid (013) eine ständige leitungsmäßige Verbindung zum Rotorwärmetauscher aufweist und durch die Drehbewegung zyklisch leitungsmäßige Verbindungen über den Einlaß (23) zu den heißseitigen Zylinderwärmetauschern (121, 122, 123, 124) schaltet, wodurch sich das Heiz-Fluid von den jeweils geschalteten heißseitigen Zylinderwärmetauschern sammelt;
  • 8. einer Heizverteilerkammer (52) auf der Position der Kühlsammelkammer (42) der ersten translatorischen Koordinate des Rotors (40), die für das Heiz-Fluid (012) eine ständige leitungsmäßige Verbindung zum Rotorwärmetauscher aufweist und durch die Drehbewegung zyklisch leitungsmäßige Verbindungen über den Auslaß (32) zu den kaltseitigen Zylinderwärmetauschern (131, 132, 133, 134) schaltet, wodurch sich das Heiz-Fluid auf die jeweils geschalteten heißseitigen Zylinderwärmetauscher verteilt;
  • 9. einer Auspuffkammer (51) auf der Position der Einlaßkammer (41) der ersten translatorischen Koordinate des Rotors (40), die für das Heiz-Fluid (011) über den Auslaß (31) eine ständige leitungsmäßige Verbindung in die Atmosphäre aufweist und durch die Drehbewegung zyklisch leitungsmäßige Verbindungen über den Einlaß (21) zu den kaltseitigen Zylinderwärmetauschern (131, 132, 133, 134) schaltet, wodurch sich das Heiz-Fluid von den jeweils geschalteten kaltseitigen Zylinderwärmetauschern sammelt;
  • 10. einem absoluten Rotor-Verstellmechanismus (76), durch den der Rotor (40) gegenüber dem Triebwerk (70) aus seiner Hauptlage in Richtung der tangentialen Koordinate um einen Verstellwinkel, der maximal 180° ist, verstellt werden kann und/oder einem relativen Rotor-Verstellmechanismus (77), durch den der Rotorteil, bestehend aus Einlaßkammer (41), Auspuffkammer (51), Kühlsammelkammer (42) und Heizverteilerkammer (52), gegenber dem übrigen Rotor in Richtung der tangentialen Koordinate um einen Relativwinkel, der kleiner als der Phasenverschiebungswinkel ist, verstellt werden kann, beide Verstellmechanismen vorzugsweise durch einen an sich bekannten Muffen-Rasten-Mechanismus realisiert.

7. Motor nach Anspruch 2 oder Anspruch 3 oder Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (400) eine Ventilsteuerung ist.

8. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste translatorische Koordinate des Rotors die Axialkoordinate ist und die zweite translatorische Koordinate des Rotors die Radialkoordinate ist.

9. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste translatorische Koordinate des Rotors die Radialkoordinate ist und die zweite translatorische Koordinate des Rotors die Axialkoordinate ist.

10. Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet (s. Fig. 1a-1f),

• a) daß die Achsen der Zylinder (101, 102, 103, 104) zueinander parallel und mit gleichen Winkelabständen auf einem Teilkreis angeordnet sind;
• b) daß alle Kolben (111, 112, 113, 114) zum Kaltbereich hin mit je einer Kolbenstange ausgestattet sind;
• c) daß das Triebwerk (70) mit einer Abtriebswelle (71) ausgestattet ist, die parallel zu den Zylinderachsen und in der Mitte des Teilkreises der Zylinder (101, 102, 103, 104) angeordnet ist, wobei eine Taumelscheibe (72) drehfest mit der Abtriebswelle verbunden ist, dergestalt, daß eine zur Abtriebswelle schräg geneigte, den Kolbenstangenenden zugewandte Ebene entsteht, auf der die Wälzkörper (73) eines Axiallagers ablaufen, dessen drehbewegliche Axialscheibe (74) mit den Wälzkörpern einerseits und mit den Kolbenstangenenden andererseits in Berührungskontakt steht (Taumelscheibenmotor);
• d) daß die Rotorachse in Verlängerung der Drehachse der Abtriebswelle angeordnet ist.
• e) daß die Achsen aller Regeneratoren (212, 223, 234, 241) zueinander parallel und auf einem Teilkreis angeordnet sind, welcher mit dem Teilkreis der Zylinder identisch oder zu diesem konzentrisch ist, wobei ein Regenerator jeweils zwischen zwei Zylindern angeordnet ist.

11. Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet (s. Fig. 3a-3c),

• a) daß die Achsen aller Zylinder (101, 102, 103, 104) mit einer gleichmäßigen Teilung sternförmig auf eine lotrecht zu allen Zylinderachsen stehende gemeinsame Mittelachse zulaufen und entlang dieser Mittelachse zueinander einen fortlaufenden Axialversatz aufweisen (Sternmotor);
• b) daß alle Kolben (111, 112, 113, 114) zum Kaltbereich hin mit einer Kolbenstange, einem Kreuzkopf und einem Pleuel ausgestattet sind;
• c) daß das Triebwerk (70) aus einer Kurbelwelle besteht, deren Lage mit der Mittelachse identisch ist, ausgestattet mit einer Kurbel, auf der die Pleuel aller Kolbenstangen angelenkt werden, wobei die Abtriebswelle (71) Teil der Kurbelwelle ist;
• d) daß die Rotorachse in Verlängerung der Drehachse der Kurbelwelle angeordnet ist.
• e) daß alle Regeneratoren (212, 223, 234, 241) sternförmig angeordnet sind, so daß ein Regenerator jeweils zwischen zwei Zylindern angeordnet ist.

12. Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet (s. Fig. 4a-4c),

• a) daß die Achsen aller Zylinder (101, 102, 103, 104) in zueinander parallelen, versetzten Ebenen liegen und v-förmig auf eine von ihnen lotrecht geschnittene Mittelachse zulaufen, wobei der v-Öffnungswinkel so variiert ist, daß die Zylinderachsen näherungsweise einen fiktiven Teilungskreiskegel einhüllen;
• b) daß alle Kolben (111, 112, 113, 114) zum Kaltbereich hin mit einer Kolbenstange, einem Kreuzkopf und einem Pleuel ausgestattet sind;
• c) daß das Triebwerk (70) aus einer Kurbelwelle besteht, deren Lage mit der Mittelachse identisch ist, ausgestattet mit je einer Kurbel für jeden Kolben, auf der die Pleuel der Kolbenstangen angelenkt werden, wobei der jeweilige Versetzungswinkel der aufeinanderfolgenden Kurbelkröpfungen näherungsweise gleich dem Phasenverschiebungswinkel ist;
• d) daß die Rotorachse näherungsweise der Achse des fiktiven Teilungskreiskegels entspricht, also senkrecht zur Kurbelwellenachse verläuft, wobei der Antrieb des kreiskegelförmigen Rotors (40) über ein geeignetes Getriebe (78) von der Kurbelwelle aus erfolgt, vorzugsweise durch ein Kegelradpaar.
• e) daß alle Regeneratoren (212, 223, 234, 241) v-förmig angeordnet sind, so daß ein Regenerator jeweils zwischen zwei Zylindern angeordnet ist.

13. Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet (s. Fig. 5a-5c),

• a) daß die Achsen aller Zylinder (101, 102, 103, 104) zueinander parallel in einer einzigen Ebene liegen und kaltseitig auf eine von ihnen lotrecht geschnittene Mittelachse zulaufen (Reihenmotor);
• b) daß alle Kolben (111, 112, 113, 114) zum Kaltbereich hin mit einer Kolbenstange, einem Kreuzkopf und einem Pleuel ausgestattet sind;
• c) daß das Triebwerk (70) aus einer Kurbelwelle besteht, deren Lage mit der Mittelachse identisch ist, ausgestattet mit je einer Kurbel für jeden Kolben, auf der die Pleuel der Kolbenstangen angelenkt werden, wobei der jeweilige Versetzungswinkel der aufeinanderfolgenden Kurbelkröpfungen gleich dem Phasenverschiebungswinkel ist;
• d) daß die Rotorachse senkrecht zur Ebene der Zylinderachsen verläuft, also auch senkrecht zur Kurbelwellenachse und die Lage der Rotorachse so bestimmt wird, daß zwischen den Rotorkammern und den Zylinderwärmetauschern kurze Leitungswege entstehen, wobei der Antrieb des Rotors über ein geeignetes Getriebe (78) von der Kurbelwelle aus erfolgt, vorzugsweise in der ersten Stufe durch ein Kegelradpaar, in der zweiten Stufe durch ein Zugmittelgetriebe.
• e) daß die Achsen aller Regeneratoren (212, 223, 234, 241) zueinander parallel in einer einzigen Ebene liegen, die seitlich versetzt und parallel zur Ebene der Zylinderachsen ist, so daß ein Regenerator jeweils zwischen zwei Zylindern angeordnet ist.

14. Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß die Zylinderanzahl geradzahlig ist, die Achsen aller Zylinder zueinander parallel in einer einzigen Ebene liegen, die Zylinder paarweise nebeneinander angeordnet sind, bezüglich einer Mittelachse, der alle Zylinder kaltseitig zugewandt sind, um 180° verschwenkt (Boxermotor);
• b) daß alle Kolben zum Kaltbereich hin mit einer Kolbenstange, einem Kreuzkopf und einem Pleuel ausgestattet sind;
• c) daß das Triebwerk aus einer Kurbelwelle besteht, deren Lage mit der Mittelachse identisch ist, ausgestattet mit je einer Kurbel für ein jedes Zylinderpaar, auf der jeweils die zwei Pleuel der beteiligten Kolbenstangen angelenkt werden, wobei der jeweilige Versetzungswinkel der aufeinanderfolgenden Kurbelkröpfungen gleich dem Phasenverschiebungswinkel ist;
• d) daß die Rotorachse senkrecht zur Ebene der Zylinderachsen verläuft, also auch senkrecht zur Kurbelwellenachse und die Lage der Rotorachse so bestimmt wird, daß sie die Kurbelwelle etwa in deren Mitte schneidet, so daß zwischen den Rotorkammern und den Zylinderwärmetauschern kurze Leitungswege entstehen, wobei der Antrieb des Rotors über ein geeignetes Getriebe von der Kurbelwelle aus erfolgt, vorzugsweise durch ein Kegelradpaar;
• e) daß alle Regeneratorachsen zueinander parallel in einer einzigen Ebene liegen, die seitlich versetzt und parallel zur Ebene der Zylinderachsen ist, so daß ein Regenerator jeweils zwischen zwei Zylindern angeordnet ist.

15. Motor nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet (s. Fig. 6), daß die Zylinderwärmetauscher (121, 122, 123, 124, 131, 132, 133, 134) aus paketweise übereinandergeschichteten Platten aufgebaut sind, wobei sich ein Paket aufbaut aus einer genoppten Leitplatte (81), einer Kanalplatte (82), einer glatten Leitplatte (83) und einer Dichtplatte (84), wobei in der Kanalplatte Durchbrüche vorhanden sind, welche die Strömungskanäle des Arbeitsgases (3) definieren und in der Dichtplatte Durchbrüche vorhanden sind, welche die Strömungskanäle des Kühl- Fluids (001, 002, 003, 004) und des Heiz-Fluids (014, 013, 012, 011) definieren, die genoppte Leitplatte mit einem Raster von eingeprägten Noppen versehen, welche jeweils in den benachbarten Strömungskanal des Kühl- bzw. Heiz-Fluids hineinragen und die benachbarte glatte Leitplatte berühren, wobei die Strömungskanäle von Kühl- Fluid und Heiz-Fluid heißseitig zu Kanalfenstern (121e, 121f, 122e, 122f, 123e, 123f, 124e, 124f) und kaltseitig zu Kanalfenstern (131b, 131c, 132b, 132c, 133b, 133c, 134b, 134c) zusammengefaßt werden, die den Strömungs-Übergang zum Rotor gewährleisten.

16. Motor nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Rotorwärmetauschers (50) und/oder die Speicherwände der Regeneratoren (212, 223, 234, 241) mit einem Raster von eingeprägten Noppen, ähnlich der genoppten Leitplatte (81) der Zylinderwärmetauscher, versehen sind, welche jeweils die benachbarte Wand berühren.

17. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet (s. Fig. 5a-5c),

• a) daß die Achsen aller Zylinder (101, 102, 103, 104) zueinander parallel in einer einzigen Ebene liegen und kaltseitig auf eine von ihnen lotrecht geschnittene Mittelachse zulaufen (Reihenmotor);
• b) daß alle Kolben (111, 112, 113, 114) zum Kaltbereich hin mit einer Kolbenstange, einem Kreuzkopf und einem Pleuel ausgestattet sind;
• c) daß das Triebwerk (70) aus einer Kurbelwelle besteht, deren Lage mit der Mittelachse identisch ist, ausgestattet mit je einer Kurbel für jeden Kolben, auf der die Pleuel der Kolbenstangen angelenkt werden, wobei der jeweilige Versetzungswinkel der aufeinanderfolgenden Kurbelkröpfungen gleich dem Phasenverschiebungswinkel ist.