DE4429602C2 - Stirlingmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Stirlingmaschine zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie bzw. umgekehrt, umfassend einen Kompressionskolben und einen zugeordneten Kompressionszylinderraum, einen Expansionskolben und einen zugeordneten Expansionzylinderraum, sowie mindestens eine Verbindungsleitung zwischen Kompressionszylinderraum und Ex­ pansionszylinderraum, wobei in der Verbindungsleitung eine Erhitzer-Re­ generator-Kühler-Anordnung angeordnet ist, sowie eine Vorrichtung zur Koordinierung der relativen Bewegungen von Kompressionskolben und Expansionskol­ ben.

Derartige Anordnungen sind als sogenannte Alpha-Stirling-Maschinen be­ kannt, wobei die Vorrichtung zur Koordinierung der Kolbenbewegungen aus einer teilweise sehr aufwendigen Mechanik mit Kurbeltriebwerk besteht, die eine feste Phasenlage der Kolben erzeugt. Dabei ist man herkömmli­ cherweise bestrebt, das Totvolumen in den Zylinderräumen möglichst klein zu halten, weil Totraum die mögliche Kompression und damit die Lei­ stungsdichte der Maschine herabsetzt.

Bei Alpha-Stirling-Maschinen hat der Phasenversatz zwischen Kompression und Ver­ drängung unabhängig von der Phasenverschiebung der Kolben als solcher theoretisch stets den idealen Wert von 90°, wobei eine geringe Pha­ senverschiebung zwischen den Kolbenbewegungen eine hohe Kompression und ein kleines verdrängtes Volumen bewirkt, während andererseits eine große Phasenverschiebung zwischen den beiden Kolben eine geringe Kom­ pression und ein großes verdrängtes Volumen zur Folge hat.

Dieser ideale (theoretische) Phasenversatz zwischen Kompression und Ver­ drängung weicht jedoch bei bekannten Maschinen mit steigender Drehzahl von den gewünschten 90° ab: er erhöht sich und nimmt im Extremfall so­ gar den Wert 180° an, wodurch die Maschinenleistung gegen Null geht.

Dieser Effekt beruht darauf, daß das Arbeitsmedium in der Verbindungs­ leitung bzw. in den Verbindungsleitungen eine nicht vernachlässigbare träge Masse besitzt, die sich jeder Geschwindigkeitsänderung widersetzt, und die in Verbindung mit den Gasvolumina im Kompressions- und Expan­ sionszylinderraum einen Resonator bildet, der durch den Strömungswider­ stand in Erhitzer, Regenerator und Kühler stark gedämpft ist.

Die Frequenz dieses Resonators hängt bei gegebener Motorgeometrie nur von der Schallgeschwindigkeit des verwendeten Arbeitsmediums ab. Dem­ entsprechend ist zu erwarten, daß solche Maschinen um so höhere Dreh­ zahlen erreichen, je höher die Schallgeschwindigkeit des Arbeitsmediums ist. Entsprechend durchgeführte Messungen von C. Bratt in Design Characteristics and Test Results of the United Stirling P40 Engine 15 th. Intersociety Energy Conversion, Engineering Converence, Seattle, Washington/August 18-22, 1980 bestätigen diese neue Interpretation.

Die Phasenverschiebung zwischen einem solchen stark bedämpften Resonator und seiner Anregung nähert sich schon bei Drehzahlen weit unterhalb der Resonanzfrequenz dem Wert 90°, und sie überschreitet diesen Wert bei Drehzahlen oberhalb der Resonanzfrequenz nur geringfügig. Diese Phasen­ verschiebung addiert sich zu der theoretischen 90° Phasenverschiebung zwischen Kompression und Volumenverdrängung in einer herkömmlichen Stirlingmaschine, so daß die Gesamtphasenverschiebung der Verdrängerbe­ wegung zu weit bei der Expansion liegt. Dies ist einer der Gründe, warum derartige Maschinen nur vergleichsweise geringe Drehzahlen und Leistungsdichten erreichen.

Von dieser neuen Erkenntnis ausgehend versucht die Erfindung, durch geeignete Maßnahmen diese zusätzliche Phasenver­ schiebung rückgängig zu machen, bzw. gar nicht erst entstehen zu las­ sen.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Maschine der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß sie bei relativ hohen und höchsten Drehzahlen eine Phasenverschiebung zwischen Kompression und Verdrängung von im wesentlichen 90° aufweist und mit möglichst wenigen und zudem nicht aufwendigen mechanischen Teilen auskommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Expansions­ zylinderraum und Kompressionszylinderraum Totvolumen vorgesehen sind, die zusammen mit den Hubräumen als Gasfedern dienen, wobei die Größen der beiden Totvolumina derart ausgelegt sind, daß die Phasenlage zwischen Kompression und Verdrängung bei einer bestimmten Drehzahl im wesentlichen 90° beträgt.

Die Arbeitsgasmasse in der Verbindungsleitung und in der Erhitzer-Rege­ nerator-Kühler-Anordnung "schaukelt" demnach auf den beiden so gebilde­ ten Gasfedern. Durch die Vergrößerung des Totvolumens im Expansionszy­ linderraum erfährt die schwingende Gasmasse eine zusätzliche Anregung derart, daß der Verdrängung eine mit der Kompression phasengleiche Ver­ drängung überlagert wird, so daß die durch die Wirkung der Arbeitsgas­ masse bereits hervorgerufene (zusätzliche) Phasenverschiebung zwischen Kompression und Verdrängung kompensiert wird.

In der erfindungsgemäßen Maschine ist somit im Expansionszylinder das Verhältnis von Totraum zu Hubraum größer als im Kompressionszylinder. Die Drehzahl der Maschine ist so gewählt, daß die Summe der Phasenver­ schiebungsbeiträge aus Kolbenphasenwinkel, aus der Trägheit der Arbeits­ gasmasse und dem Korrekturanteil der Totraum/Hubraum-Verhältnisse 90° beträgt. Die Größe des verdrängten Volumens ist dabei durch die Wahl des Verhältnisses von Hubraum/Totraum im Kompressions- und Expansionszylinderraum einstellbar. Zur Erleichterung der Einstellung der gewünschten Drehzahl bei optimaler Phasenverschiebung kann ein Totraum z. B. durch einen justierbaren Gegenkolben variabel gebaut sein.

Im Gegensatz zu bekannten Maschinen, bei denen man sich immer bemüht, die Druckänderungen in Expansions- und Kompressionszylinderraum mög­ lichst isotherm erfolgen zu lassen, sind sie in der erfindungsgemäßen Maschine im wesentlichen adiabatisch. Der Stirlingprozeß findet nämlich nur in der Erhitzer-Regenerator-Kühler-Anordnung sowie in den unmittel­ bar anschließenden Teilen der Verbindungsleitung statt. Die übrigen Teile des Arbeitsgases sind Gasfedern. Die Gasmassen im Expanions- und Kom­ pressionszylinderraum haben als Gasfedern folglich auch nur etwa Umge­ bungstemperatur und keine Temperaturdifferenz.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform mit synchron-gegenphasig beweg­ ten Kolben verwendet kein Kurbeltriebwerk zur Koordinierung der Kolben­ bewegungen, sondern koppelt Expansionskolben und Kompressionskolben über je einen Lineargenerator elektrisch. Dies ergibt eine Maschine mit wenigen bewegten Teilen. Kompressions- und Expansionskolben sind dabei als freischwingende, elastisch aufgehängte Kolben ausgebildet und wirken in einer bevorzugten Ausführungsform mit ihren Rückseiten auf eine gemein­ same Gasfeder.

Die Massen von Expansions- und Kompressionskolben bilden mit dem Ar­ beitsgasgesamtvolumen ein schwingungsfähiges Masse-Feder-System. Die Ar­ beitsgasmasse in der Verbindungsleitung und in der Erhitzer-Regenera­ tor-Kühler-Anordnung bildet mit den Gasvolumina im Expansions- und Kompressionszylinderraum ein zweites schwingungsfähiges Masse-Feder-Sy­ stem. Die beiden Masse-Feder-Systeme sind nun erfindungsgemäß so ge­ staltet, daß sie die gleiche Resonanzfrequenz haben. In diesem Fall be­ wegen sich erfindungsgemäß beide Kolben synchron mit der Kompression und die verdrängte Gasmasse bewegt sich mit 90° Phasenversatz dazu.

In einer bevorzugten besonders kompakten Ausführungsform mit besonders wenigen mechanischen Teilen sind die Lineargeneratorwicklungen in die Kolbenwandungen integriert, wobei die Kolbenwandungen dann von einem radialen Magnetfeld durchsetzt sind, um bei Bewegung der Kolben in axialer Richtung Strom in den Wicklungen zu induzieren. Das radiale Magnetfeld wird, wie üblich, in einem Eisenjoch erzeugt. Erfindungsgemäß kann das Eisenjoch als Kolbenführungsbahn ausgebildet sein. Die elasti­ sche Aufhängung der Kolben ist federartig gestaltet, so daß die Aufhän­ gung die Ruhelage der Kolben in der Mittelstellung festlegt. Die ela­ stische Aufhängung dient gleichgzeitig zur Stromab- und -zufuhr für die Generatoren.

Um die freischwingenden Kolben vor übergroßen Amplituden zu schützen, die durch Lastabfall oder Lastwechsel verursacht werden und zur Beschä­ digung der Kolben führen können, sind sie durch Zener-Dioden elektrisch geschützt, indem die Zener-Dioden im Notfall soviel Kurzschlußstrom durchlassen, daß zu große Amplituden der Kolben gar nicht erst entste­ hen.

Lineargeneratoren können wegen der relativ langsamen Relativgeschwin­ digkeit der Generatorwicklung zum Magnetfeld nur relativ geringe Lei­ stungsdichten erzeugen. Die erfindungsgemäße Stirlingmaschine mit zwei Lineargeneratoren ist daher auf ca. 3 KW beschränkt.

Um höhere Leistungen zu ermöglichen, verwendet eine Ausführungsform mehrere Kompressionszylinder und mehrere Expansionsylinder, die über mehrere Verbindungsleitungen an eine einzige Erhitzer-Regenerator-Küh­ ler-Anordnung angeschlossen sind. Zum Massenausgleich sind dabei alle Zylinder so einander gegenüber angeordnet, daß während der synchronen Bewegung aller Kolben ihr gemeinsamer Massenschwerpunkt in Ruhe bleibt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Maschine verwendet konzentriertes Sonnenlicht, das direkt auf den Erhitzer in der Verbindungsleitung ge­ richtet wird. Zu diesem Zweck ist am erhitzerseitigen Ende der Verbin­ dungsleitung ein Quarzfenster zur Einkoppelung von Solarstrahlung vor­ gesehen.

Dieses Quarzfenster besteht in einer Ausführungsform aus einem Topf mit außen verspiegelten Wänden und einem gewölbten durchsichtigen Boden. Dieser Topf steht über dem Erhitzer und bildet mit seiner Wand und einer außenherum angeordneten Isolierung einen Ringspalt, der die Verlänge­ rung der Verbindungsleitung zum Erhitzer bildet. Im erhitzernahen Teil des Ringspaltes findet eine annähernd isotherme Expansion des Stirling­ prozesses statt.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Quarzfensters verwendet einen Topf mit Wänden, die sich parabelförmig zum Boden hin verjüngen, so daß das Quarzfenster als konzentrierende, nicht abbildende Spiegeloptik ausge­ bildet ist.

Diese Spiegeloptik besteht, im Längsschnitt gesehen aus einem rechten und linken Parabelast, die ihre Brennpunkte jeweils gegenüberliegend in der Gegend des Randes des Erhitzers haben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrie­ ben. Dabei zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Maschine mit Kurbeltriebwerk und 90° Phasenversatz zwischen den Kolben,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Maschine mit Kurbeltriebwerk und 0° Phasenversatz zwischen den Kolben,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Maschine mit zwei Lineargeneratoren,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Maschine als hochfrequente 2-Kolben-Solar-Ausführungsform,

Fig. 5 bzw. 6 eine schematische Darstellung in Längs- bzw. Querschnitt einer hochfrequenten Mehrkolben-Solar-Ausführungsform und

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Quarzfensters einer Solarmaschine mit Erhitzer-Regenerator-Kühler-Anordnung.

Eine Stirlingmaschine der in Betracht stehenden Art umfaßt einen Expan­ sionszylinder 2, einen Kompressionszylinder 3 mit jeweils dort angeordne­ ten Expanionszylinder- bzw. Kompressionszylinderkolben, eine Verbin­ dungsleitung 4 zwischen Expansionszylinder 2 und Kompressionszylinder 3, in der eine Erhitzer-Regenerator-Kühler-Anordnung 5 angebracht ist, sowie eine Vorrichtung K zur Koordinierung der Phasenlage von Expansions- bzw. Kompressionskolben.

Es ist dabei vorgesehen, daß ein zusätzliches Totvolumen 1 (Fig. 1) in den Expansionszylinderraum 2 eingebaut wird, so daß das Verhältnis von Totraum zu Hubraum im Expansionszylinderraum 2 größer ist als im Kompressionszylinderraum 3. Durch dieses größere Verhältnis von Totraum zu Hubraum im Expansionszylinder wird der eingangs be­ schriebenen, durch Trägheitseffekte hervorgerufenen großen Phasenver­ schiebung eine mit der Kompression phasengleiche Verdrängung überlagert.

Eine solche Maschine hat bei geringen Drehzah­ len eine geringe Phasenverschiebung zwischen Kompression und Verdrän­ gung. Aufgrund des oben beschriebenen Trägheitseffekts nimmt die Phasen­ verschiebung jedoch mit steigender Drehzahl zu und erreicht bei einer bestimmten Drehzahl, die je nach gewählten Totraumverhältnissen hoch sein kann, den idealen Wert von 90°, der dann bei noch höheren Drehzahlen bei gewöhnlich starker Dämpfung der Bewegung der Arbeits­ gasmasse in der Erhitzer-Regenerator-Kühleranordnung nur wenig über­ schritten wird.

Durch den Einbau eines Totvolumens in den Expansionszylinder hat die Maschine mit dem 90°-Phasenwinkel zwischen den Kolben eine ge­ ringe Kompression. Diese kann jedoch, wie bereits erläutert, durch eine Reduzierung des Phasenwinkels zwischen den Kolben wieder erhöht werden.

Dementsprechend werden bei einer in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform Kompressionskolben und Expansionskol­ ben synchron, d. h. ohne Phasenverschiebung bewegt. Dies hat zur Folge, daß bei niedrigen Drehzahlen keine Phasenverschiebung zwischen Kompression und Volumenverdrängung besteht und dementsprechend erst eine Beschleunigung auf relativ hohe Drehzahlen vorgenommen werden muß, bevor eine derartige Maschine unter Leistungsabgabe weiterlaufen kann. Totvolumina 1 sind hier im Expansionszylinder 2 und Kompressions­ zylinder 3 vorhanden, um die gewünschte Verdrängung, die gewünschte Kompression und die gewünschte Phasenverschiebung zu erzielen. Die Totvolumina wirken zusammen mit den Hubräumen als Gasfedern, auf denen die durch die Erhitzer-Regenerator-Kühler-Anordnung 5 hin- und her­ schwingende Arbeitsgasmasse "schaukelt". Die Stärke der Auslenkung, d. h. Verdrängung, wird dabei durch die Differenz der Totraum/Hubraumverhält­ nisse im Expansionszylinder 2 und Kompressionszylinder 3 bestimmt. Diese Differenz der Totraum/Hubraumverhältnisse läßt sich in einer Ausfüh­ rungsform der erfindungsgemäßen Maschine einstellen, indem ein Totvolu­ men variabel gemacht wird, z. B. durch die Anordnung eines mittels Ju­ stierschrauben 7 verstellbaren Gegenkolbens 8.

Bei einer anderen Ausführungsform mit synchron bewegten Kolben wird kein Kurbeltriebwerk verwendet, um die Kolben synchron und gegenphasig zu bewegen; Expansionskolben 9 und Kompressionskolben 10 werden viel­ mehr über je einen Lineargenerator 11, 12 elektrisch gekoppelt, indem die beiden Generatorwicklungen 13, 14 mit gleichem Wicklungssinn parallel geschaltet werden. Erfindungsgemäß werden die Kolben 9, 10 mit den Li­ neargeneratoren 11, 12 durch Zener-Dioden 15, 16 vor zu großen zerstöre­ rischen Amplituden bewahrt, indem die zwei Zenerdioden mit umgekehrter Durchlaßrichtung in Serie parallel zum gemeinsamen Lineargeneratoraus­ gang geschaltet sind, so daß sie bei Lastabfall und entstehender Über­ spannung die Lineargeneratoren kurzschließen. Hiermit ist eine betriebssichere Maschine mit freischwingenden Kolben gegeben, die immer (spontan) in der optimalen Frequenz, d. h. ihrer Eigenfrequenz mit 90° Phasenversatz zwischen Kompression und Verdrängung arbeitet und nicht erst hochgefahren werden muß.

Die schwingenden Massen von Kolben und Lineargeneratoren bilden mit dem Gesamt-Arbeitsgasvolumen ein Masse-Feder-System, dessen Eigenfre­ quenz u. a. von der Größe der bewegten Massen abhängt. Um eine Maschi­ ne mit hoher Leistungsdichte zu haben, ist es wünschenswert, die Ar­ beitsfrequenz möglichst hoch zu wählen. Bei einer Arbeitsfrequenz von z. B. 600 Hz darf die bewegte Mase von Kolben und Lineargenerator nur noch wenige Gramm betragen. Deswegen sind in einer bevorzugten, beson­ ders kompakten Ausführungsform (Fig. 4) mit besonders wenigen bewegten Teilen die Lineargeneratorwicklungen 17, 18 in die Kolbenwandungen inte­ griert, wobei die Kolbenwandungen dann von radialen Magnetfeldern 19 durchsetzt sein müssen, um bei der Bewegung der Kolben Strom in den Wicklungen zu induzieren.

Die leichten Kolben 9, 10 sind elastisch an Federbügeln 20 aufgehängt, die so ausgelegt sind, daß sie die hohe Frequenz über längere Zeit überstehen. Diese Federbügel halten die Kolben 9, 10 in der Mittelstellung und dienen gleichzeitig der Stromab- und -zuführung für die Generatorwicklungen 17, 18. Die radialen Magnetfelder werden, wie üblich, in einem Eisenjoch, z. B. durch Permanentmagnete erzeugt (nicht dargestellt). Das Eisenjoch kann erfindungsgemäß so gestaltet sein, daß es eine Kolbenführungsbahn bildet. Die Führungsbahn liegt dabei auf der Kolbenwandinnenseite oder auf der Kolbenwandaußenseite oder auf beiden Seiten. Dies hat den Vorteil, daß der Luftspalt im Eisenjoch minimal ist und mit dem Lineargenerator daher der größtmögliche Wirkungsgrad erzielt werden kann.

Da in den Zylinderräumen das Arbeitsgas erfindungsgemäß als Gasfeder wirkt und demnach adiabatisch komprimiert und expandiert werden muß und die Zylinderräume auch nicht auf unterschiedlichen Temperaturen lie­ gen müssen, wie bei herkömmlichen Maschinen, liegen die Temperaturen zweckmäßigerweise nahe der Umgebungstemperatur, um die einzusetzenden Werkstoffe von Kolben, Zylinder, Führungsbahn ect. kostengünstig zu hal­ ten und vor Verschleiß zu bewahren.

Wie eingangs bereits ausgeführt, befindet sich erfindungsgemäß die ver­ drängte Gasmasse selbst in Resonanz mit den synchron schwingenden Arbeitskolben. Da­ durch erst sind extrem hohe Arbeitsfrequenzen bis zu 1000 Hz ( = 60.000 U/min) und damit eine hohe Leistungsdichte erzielbar.

Eine Maschine mit 600 Hz Arbeitsfrequenz und 30bar Helium-Arbeitsgas­ druck erzielt etwa 300 KW pro Liter verdrängtes Volumen (im Vergleich zu etwa 50 KW pro Liter Hubraum in einem heutigen Pkw-Hochleistungsmotor).

Die Maschinen haben außer den beiden Arbeitskolben keine bewegten Tei­ le. Sie benötigen keine Schmierung, keine Lager, keinen Anlasser. Sie eignen sich hervorragend als Strom- und Heißwasser-Erzeuger in kleinen solaren Hauskraftwerken mit Kraft-Wärme-Koppelung. Zu diesem Zweck sind sie im Zentrum eines Parabolspiegels angeordnet, der das auf ihn fallen­ de Sonnenlicht konzentriert und auf den Erhitzer in der Stirlingmaschine lenkt. Derartige Maschinen machen aus 100% Sonnenlicht, das auf den Spiegel fällt, etwa 30% Strom und gleichzeitig 40% Heißwasser, haben also einen Gesamtwirkungsgrad für die Nutzung der Sonnenenergie von etwa 70%. Bei einem Parabolspiegeldurchmesser von z. B. 2,4 m erzeugt eine solche Maschine etwa 1,4 KW Strom und 1,8 KW Heißwasser (d. h. pro Tag ca. 500 l). Durch das geringe Gewicht der Maschine und den kleinen Pa­ rabolspiegel ist die Anlage auch als mobiles Solar-Stromaggregat einsetz­ bar.

Bei einer Maschine mit zwei Arbeitskolben und integrierten Lineargenera­ tor-Wicklungen ist die Leistung aufgrund der geometrischen Verhältnisse auf ca. 3 KW beschränkt.

Zur Erhöhung der Maschinenleistung sind daher an eine zentrale Erhitzer- Regenerator-Kühler-Anordnung 5 (Fig. 5, 6) mehrere Expansionszylinder 2 und mehrere Kompressionszylinder 3 über mehrere Verbindungsleistungen 4 angeschlossen. Je ein Expansions- und ein Kompressionskolben kann dabei mit seiner Rückseite auf eine gemeinsame Gasfeder einwirken, indem, wie in Fig. 5 gezeigt, Verbindungsleitungen 21 die Verbindung herstellen, oder wie in Fig. 4 dargestellt, zwei Kolben in einem gemeinsamen Zylindergehäuse untergebracht sind.

Bei Mehrzylindermaschinen sind die Kolben immer so einander gegenüber angeordnet, daß während der synchronen Bewegung aller Kolben ihr ge­ meinsamer Massenschwerpunkt in Ruhe bleibt, um einen vibrationsfreien Lauf zu gewährleisten, da sich Vibrationen im Arbeitsfrequenzbereich der Maschinen als lautes sinusförmiges Gehäul bemerkbar machen können.

Bei einer Ausgestaltung als Solarstirlingmaschine ist bei einer weiteren Ausführung ein Quarzfenster 22 (Fig. 7) am erhitzerseitigen Ende der Verbindungsleitung 4 zur Einstrahlung von konzentrierter Solarstrahlung 23 auf den Erhitzer 24 vorgesehen. Das Quarzfenster 22 besteht aus einem Topf mit außen verspiegelten Wänden 25 und einem gewölbten durchsichti­ gen Boden 26. Der Quarztopf ist konzentrisch über dem Erhitzer 24 ange­ ordnet und bildet mit einer Wärmeisolierwand 27 einen Ringspalt 28, der die Verlängerung der Verbindungsleitung 4 zum Erhitzer 24 ist. In einer bevorzugten Ausführungsform verjüngt sich der Topf mit seinen verspie­ gelten Wänden 25 parabelförmig zum Boden hin, derart, daß die unter dem maximalen, vom Parabolhauptspiegel vorgegebenen Randwinkel einfal­ lenden Lichtstrahlen gerade auf dem Erhitzerrand fokussiert werden. Da­ durch erreicht man, daß möglichst alles Licht auf den Erhitzer fällt und möglichst gleichmäßig über diesen verteilt ist. Diese nicht abbildende, konzentrierende Spiegeloptik leuchtet erfindungsgemäß auf eine bevorzugt ebene Fläche, die größer ist als der Konzentra­ torausgang und im Abstand dazu angeordnet ist.

Das Quarzfenster mit dem gewölbten Boden kann dünnwandig sein und ist trotzdem gegen hohe Arbeitsgasdrücke bei hoher Arbeitsgastemperatur stabil. Die Spiegelschicht liegt in der inerten Helium-Arbeitsgasatmosphäre und oxidiert bei hohen Temperaturen nicht.

Claims (3)

1. Stirlingmaschine, umfassend einen Kompressionskolben mit einem zu­ geordneten Kompresssionszylinderraum, einen Expansionskolben mit einem zugeordneten Expansionszylinderraum, und wenigstens eine Ver­ bindungsleitung zwischen Kompressionszylinderraum und Expansions­ zylinderraum, wobei in der Verbindungsleitung eine Erhitzer-Regenerator- Kühler-Anordnung vorgesehen ist, sowie eine Vorrichtung zur Koordinie­ rung der relativen Bewegungen von Kompressionskolben und Expansions­ kolben, dadurch gekennzeichnet, daß im Expansionszylinderraum (2) und im Kompressionszylinderraum (3) Totvolumina vorgesehen sind, daß diese Totvolumina (1) zusammen mit den Hubräumen als Gasfedern dienen, und daß die Größen der beiden Totvolumina (1) derart ausgelegt sind, daß die Phasenlage zwischen Kompression und Verdrängung bei einer bestimmten Drehzahl im wesentlichen 90° beträgt.

2. Stirlingmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Ex­ pansionszylinder das Verhältnis von Totraum zu Hubraum kleiner ist als im Kompressionszylinder.

3. Stirlingmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Totraum variabel und justierbar ist.