EP1411235A1 - 2-Zyklen-Heissgasmotor mit zwei beweglichen Teilen - Google Patents

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EP1411235A1
EP1411235A1 EP03023220A EP03023220A EP1411235A1 EP 1411235 A1 EP1411235 A1 EP 1411235A1 EP 03023220 A EP03023220 A EP 03023220A EP 03023220 A EP03023220 A EP 03023220A EP 1411235 A1 EP1411235 A1 EP 1411235A1
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gas
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piston
hot gas
gas engine
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Enerlyt Potsdam GmbH Energie Umwelt Planung und Analytik
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/0435—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines the engine being of the free piston type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/044—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines having at least two working members, e.g. pistons, delivering power output
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2275/00—Controls
    • F02G2275/20—Controls for preventing piston over stroke

Definitions

  • the invention is in the field of hot gas engines.
  • Patent DE 199 38 023 for the first time discloses a hot gas engine with one another running into one another Piston in which the stroke range of the inner working piston is centered in the stroke range of the outer piston lies.
  • Patent DE 100 16 707 for the first time discloses such a motor Free piston version.
  • Patent DE 102 40 750 describes such a gearless hot gas engine.
  • the object of the invention is to provide an improved two-cycle hot gas engine with only two moving parts works to reveal. It also suggests a way to increase the compression ratio of this engine.
  • the movement of the double outer piston 2 also influences when the inner piston is stationary the total working gas volume.
  • the double inner piston 3 reaches during operation a higher speed than the double outer piston 2.
  • the double inner piston 3 rushes, driven by the changing working gas pressure, the Double outer piston 2 ahead. With its movement, the double inner piston 3 produces one Pressure change of the buffer gas in rooms 6.1, 6.2 and thus forces the outer bulb in the same direction. Due to the interaction of its magnets 2.7 with external ones Magnet 1.2 prevents the double outer piston 2 from hitting the cylinder wall.
  • Fig. 2 is the isochoric heat supply from the regenerator for the first gas cycle and the isochoric heat dissipation to the regenerator is shown for the second gas cycle.
  • the subsequent isothermal heating for the first cycle and for the second cycle Isothermal cooling runs from point B to C.
  • the working gas volume increases for the first and falls for the second cycle.
  • the isochore finds for the first cycle Heat dissipation to the regenerator and for the second cycle the isochoric heat supply from Regenerator instead.
  • the working gas volume falls for the first cycle, the isothermal course Cooling and increasing working gas volume for the second cycle isothermal Heating from point D to A Fig.2.
  • Fig.1 shows the basic structure of the engine with its essential components.
  • the two gas cycles work with 180 ° phase shift.
  • the piston rod 3.3 can be designed to be hollow to connect the buffer gas spaces 6.1 and 6.2.
  • the buffer gas volume is constant and regardless of the piston positions.
  • a double outer piston 2 is arranged in an axially movable manner in a basic cylinder body 1 and in this a double inner piston 3 is axially movable.
  • the cylinder body 1 contains two outer end walls and one parallel to it middle partition, so that two identical rooms are formed in its interior.
  • the outer bulb 2.1 contains in its end boundary surface facing away from the magnet Openings 2.5 which connect the gas space 4.2 to the gas space 4.3.
  • the outer bulb 2.2 contains openings 2.6 in its end facing surface facing away from the magnets, which the Connect gas space 5.1 to gas space 5.2.
  • the engine can be modified in the rooms that serve as buffer gas rooms. This task is solved by converting the two buffer gas spaces into working gas spaces.
  • Another possibility is to have at least one of the channels in the piston rod 303 of the double inner piston 300.
  • Fig. 7 shows a motor that does completely without magnets.
  • the working gas rooms 404 and 504 are converted into buffer gas spaces 404P and 504P. So that serves with the Movement of the double inner piston 300 compressed buffer gas of the pulse transmission the double outer piston 200.
  • a defined damping can be e.g. set using the external heat transfer components.
  • Fig. 4 shows schematically the arrangement of the heat-transferring components: heater, regenerator and coolers for every working gas cycle. It can be the heater 800 with the heater 1300 for operation with one burner, combining both heaters as one behind the other lying spirals of a heater body are formed. Another sensible one The arrangement is the connection of the two coolers 1000 and 1100. These can be For example, when running as a shell-and-tube heat exchanger, separate on the gas side for both cycles and summarize on the water side.
  • Fig. 5 illustrates the state change process and the system function.
  • the working gas of the first cycle stands before the expansion under high pressure (e.g. 15 bar).
  • the volume is on the Compressed room 403.
  • the working gas of the second cycle is under compression low pressure (e.g. 5 bar).
  • the volume is high and is in rooms 502, 503 and 504.
  • the left magnet 207 can move away from the left magnet after reduced pressure in the first cycle Repel 102.
  • the kinetic energy of the double inner piston 300 is called an impulse transferred to the double outer piston 200.
  • the right magnet 304 pushes the Movement from B to C via the right magnet 207 on the double outer piston 200 the right side.
  • the volume of the first cycle remains constant and that of second cycle constant low. Because both regenerators through the shifting movement are flowed through, the pressure drops in the first (e.g. to 5 bar) and the pressure rises in second cycle (e.g. to 15 bar).

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen 2-Zyklen-Heißgasmotor mit ineinander laufenden Kolben, wobei in einem Zylindergrundkörper ein Doppel-Außenkolben axial beweglich angeordnet ist und in diesem ein Doppel-Innenkolben axial beweglich angeordnet ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet von Heißgasmotoren.
Hintergrund
Das Patent DE 199 38 023 offenbart erstmalig einen Heißgasmotor mit ineinander laufenden Kolben, bei dem der Hubbereich des inneren Arbeitskolbens mittig im Hubbereich des Außenkolbens liegt. Das Patent DE 100 16 707 offenbart erstmalig einen derartigen Motor als Freikolbenversion.
Sofern der Aufbau eines Heißgasmotor es zulässt, dass für die Realisierung eines oder mehrerer Heißgas-Zyklen (Kreisprozesse) auf ein Getriebe verzichtet werden kann, lassen sich die Druckschwankungen des Motors zum Antrieb von Membranen oder Piezo-Keramiken nutzen. Das Patent DE 102 40 750 beschreibt beispielsweise einen derartigen getriebelosen Heißgasmotor.
Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Zwei-Zyklen-Heißgasmotor, der mit nur zwei bewegten Teilen arbeitet, zu offenbaren. Es wird darüber hinaus eine Möglichkeit vorgeschlagen, das Verdichtungsverhältnis dieses Motors zu vergrößern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen 2-Zyklen-Heißgasmotor nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 7 näher erläutert.
Die Bewegung des Doppel-Außenkolbens 2 beeinflusst auch bei still stehendem Innenkolben das Arbeitsgasgesamtvolumen. Der Doppel-Innenkolben 3 erreicht während des Betriebes eine höhere Geschwindigkeit, als der Doppel-Außenkolben 2.
Der Doppel-Innenkolben 3 eilt, angetrieben durch den wechselnden Arbeitsgasdruck, dem Doppel-Außenkolben 2 voraus. Der Doppel-Innenkolben 3 erzeugt mit seiner Bewegung eine Druckänderung des Puffergases in den Räumen 6.1, 6.2 und zwingt damit den Außenkolben in die gleiche Richtung. Durch die Wechselwirkung seiner Magnete 2.7 mit außenliegenden Magneten 1.2 wird der Anschlag des Doppel-Außenkolbens 2 an die Zylinderwand verhindert.
Von Punkt A zu B Fig.2 ist für den ersten Gaszyklus die isochore Wärmezufuhr vom Regenerator und für den zweiten Gaszyklus die isochore Wärmeabfuhr zum Regenerator dargestellt. Die anschließende für den ersten Zyklus isotherme Erhitzung und für den zweiten Zyklus isotherme Kühlung verläuft von Punkt B zu C. Das Arbeitsgasvolumen steigt für den ersten und fällt für den zweiten Zyklus. Von Punkt C zu D findet für den ersten Zyklus die isochore Wärmeabfuhr an den Regenerator und für den zweiten Zyklus die isochore Wärmezufuhr vom Regenerator statt. Bei fallendem Arbeitsgasvolumen für den ersten Zyklus verläuft die isotherme Kühlung und steigendem Arbeitsgasvolumen für den zweiten Zyklus die isotherme Erhitzung von Punkt D zu A Fig.2.
Fig.1 zeigt den Grundaufbau des Motors mit seinen wesentlichen Bauteilen. Die beiden Gaszyklen arbeiten mit 180° Phasenversatz. Die Kolbenstange 3.3 kann hohl ausgeführt sein, um die Puffergasräume 6.1 und 6.2 zu verbinden. In diesem Fall ist das Puffergas- volumen konstant und unabhängig von den Kolbenstellungen. Über eine Querschnitts- reduzierung der Öffnung in der Kolbenstange 3.3 lässt sich in ihr ein definierter Druckverlust einstellen, um bei Bewegung des Doppel-Innenkolbens 3 eine Druckänderung in den Puffergasräume 6.1 und 6.2 zu erzielen.
Die Innenkolben 3.1 und 3.2 lassen sich unter Beibehaltung der notwendigen Kolbendichtflächen auch becherförmig ausführen, so, dass die Becheröffnungen den Magneten 2.7 zugewandt sind. Damit wird der Puffergasdruck auf ein geringeres Niveau gebracht.
Der Aufbau des Motors lässt sich wie folgt beschreiben:
In einem Zylindergrundkörper 1 ist ein Doppel-Außenkolben 2 axial beweglich angeordnet und in diesem ist ein Doppel-Innenkolben 3 axial beweglich angeordnet.
Der Zylindergrundkörper 1 enthält zwei äußere Stirnbegrenzungswände und eine dazu parallele mittlere Trennwand, so dass in seinem Innenraum zwei gleiche Räume gebildet werden.
Die mittlere Trennwand des Zylindergrundkörpers 1 enthält eine zentrale Bohrung um mindestens eine Gleitdichtung 1.1 aufnehmen zu können. Der Doppel-Außenkolben 2 verbindet über eine hohle Kolbenstange 2.3 zwei Außenkolben 2.1 und 2.2 miteinander und die hohle Kolbenstange 2.3 ist druckdicht durch die Gleitdichtung 1.1 geführt.
Der Doppel-Innenkolben 3 verbindet über eine Kolbenstange 3.3 zwei Innenkolben 3.1 und 3.2 miteinander und die Kolbenstange 3.3 ist druckdicht durch die Gleitdichtungen 2.4 geführt, die sich in der hohlen Kolbenstange 2.3 befinden.
Die Stirnbegrenzungsflächen des Zylindergrundkörpers 1 enthalten Magnete 1.2, die mit Magneten 2.7 in den Stirnbegrenzungsflächen des Doppel-Außenkolbens 2 auf Abstoßung wechselwirken (möglich sind auch Federn).
Der Außenkolben 2.1 enthält in seiner den Magneten abgewandten Stirnbegrenzungsfläche Öffnungen 2.5, die den Gasraum 4.2 mit dem Gasraum 4.3 verbinden. Der Außenkolben 2.2 enthält in seiner den Magneten abgewandten Stirnbegrenzungsfläche Öffnungen 2.6, die den Gasraum 5.1 mit dem Gasraum 5.2 verbinden.
Der Außenkolben 2.1 kann alternativ zu den vorgenannten Öffnungen 2.5 diese in seiner den Magneten zugewandten Stirnbegrenzungsfläche enthalten, die dann den Gasraum 4.1 mit dem Gasraum 6.1 verbinden. Der Gasraum 4.2 wird dadurch zum Pufferraum.
Der Außenkolben 2.2 kann alternativ zu den vorgenannten Öffnungen 2.6 diese in seiner den Magneten zugewandten Stirnbegrenzungsfläche enthalten, die dann den Gasraum 6.2 mit dem Gasraum 5.3 verbinden. Der Gasraum 5.2 wird dadurch zum Pufferraum.
Der Gasraum 4.1 ist über einen Erhitzer 8, einen Regenerator 9 und einen Kühler 10 mit dem Gasraum 4.3 verbunden, der Gasraum 5.1 ist über einen Kühler 11, einen Regenerator 12 und einen Erhitzer 13 mit dem Gasraum 5.3 verbunden.
In einer ebenfalls sinnvollen Anordnung lassen sich Erhitzer und Kühler gegeneinander vertauschen: An Stelle des Erhitzers 8 oder 13 ist ein Kühler angeordnet oder an Stelle des Kühlers 10 oder 11 ist ein Erhitzer angeordnet.
Zur Vergrößerung des Verdichtungsverhältnisses und zur Begrenzung der Druckamplitude in den Räumen, die als Puffergasräume dienen, lässt sich der Motor abwandeln. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die beiden Puffergasräume in Arbeitsgasräume umgewandelt werden.
Fig. 3 zeigt den Grundaufbau des Motors. Es befinden sich zwei Doppel-Kolben, der äußere Kolben 200 und der innere Kolben 300 in einem Zylindergrundkörper 100. Der Zylindergrundkörper umschließt den äußere Kolben 200, der seinerseits den inneren Kolben 300 beinhaltet.
In den Stirnflächen des Zylinders und der Kolben befinden sich zylindrische Magnete, die auf Abstoßung angeordnet sind.
Der erste Arbeitsgaszyklus läuft in folgenden Räumen ab: 401, 402, 403, 404 sowie Innenräume von 800, 900, 1000 und Innenräume verbindender Rohrleitungen. Der zweite Arbeitsgaszyklus läuft in folgenden Räumen ab: 501, 502, 503, 504 sowie Innenräume von 1100, 1200, 1300 und Innenräume verbindender Rohrleitungen.
Die erfindungsgemäße Anordnung eines Heißgasmotors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum 403 mit dem Gasraum 404 verbunden ist und dass der Gasraum 501 mit dem Gasraum 504 verbunden ist. Hierbei ist die erste Gasverbindung an einen der beiden Arbeitsgaszyklen und die zweite Gasverbindung an den zweiten Arbeitsgaszyklus angeschlossen. Beide Arbeitsgaszyklen sind gegeneinander abgedichtet.
Die wechselseitigen Verbindungsöffnungen lassen sich als umlaufende, zur Mittelachse parallel verlaufende Bohrungen (Kanäle 208 und 209) der hohlen Kolbenstange 203 ausführen. Die wechselseitige Gasverbindung kann in den inneren Begrenzungsdeckeln des Doppel-Außenkolbens 200 realisiert werden.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, mindestens einen der Kanäle in der Kolbenstange 303 des Doppel-Innenkolbens 300 auszubilden.
Zur thermischen Entkopplung von Erhitzer und Zylinder lässt sich für beide Zyklen je ein Pulsrohr sinnvoll so anordnen, dass die Mittelachse des Pulsrohres senkrecht auf der Mittelachse des Zylindergrundkörpers 100 des Motors steht.
Falls eine mechanische Kraftableitung vom Doppel-Außenkolben 200 durch die Zylinderwand nach außen benötigt wird (Fig. 6), erfolgt die Befestigung einer Kolbenstange 210 an dem Doppel-Außenkolben 200. Die Kolbenstange wird zur Ausführung einer linearen Hubbewegung durch die Zylinderwand druckdicht nach außen geführt. Hierzu wird eine Dichtung 103 benötigt, die in der beschriebenen Anordnung auf der kalten Motorseite liegt.
Im Zusammenhang mit einer außerhalb des Zylindergrundkörpers realisierten Hubbegrenzung des Doppel- Außenkolbens 200 kann auf die Magnete 102 verzichtet werden. Dazu ist die Kolbenstange zur Kraftfortleitung nach außen und zur Hubbegrenzung des Doppel-Außenkolbens 200 mit dem Mittelpunkt einer Membran, mit einem Pleuel, der an eine Kurbelwelle anlenkt oder mit dem Spulenkörper eines Lineargenerators mechanisch verbunden.
Fig. 7 zeigt einen Motor, der völlig ohne Magnete auskommt. Die Arbeitsgasräume 404 und 504 werden dazu in Puffergasräume 404P und 504P umgewandelt. Damit dient das mit der Bewegung des Doppel-Innenkolbens 300 komprimierte Puffergas der Impulsübertragung auf den Doppel-Außenkolben 200.
Ebenso lässt sich unter Beibehaltung der Arbeitsgasräume 404 und 504 und der Verbindungskanäle 208 und 209 über den Querschnitt dieser Kanäle, die in ihnen wirkende Gasfeder so einstellen, dass auf Magnete verzichtet werden kann. Eine definierte Dämpfung lässt sich bspw. über die externen wärmeübertragenden Bauteile einstellen.
Fig. 4 zeigt schematisch die Anordnung der wärmeübertragenden Bauteile: Erhitzer, Regenerator und Kühler für jeden Arbeitsgaszyklus. Es lässt sich der Erhitzer 800 mit dem Erhitzer 1300 für den Betrieb mit einem Brenner zusammenfassen, indem beide Erhitzer als hintereinander liegende Spiralen eines Erhitzergrundkörpers ausgebildet werden. Eine weitere sinnvolle Anordnung ist die Verbindung der beiden Kühler 1000 und 1100. Diese lassen sich bspw. bei der Ausführung als Rohrbündelwärmeübertrager für beide Zyklen gasseitig trennen und wasserseitig zusammenfassen.
Fig. 5 veranschaulicht den Ablauf der Zustandsänderungen und die Systemfunktion.
In Stellung A befinden sich beide Kolben auf der linken Seite. Das Arbeitsgas des ersten Zyklus steht vor der Expansion unter hohem Druck (bspw. 15 bar). Das Volumen ist auf den Raum 403 komprimiert. Das Arbeitsgas des zweiten Zyklus steht vor der Kompression unter niedrigem Druck (bspw. 5 bar). Das Volumen ist hoch und befindet sich in den Räumen 502, 503 und 504.
Bei der Bewegung des Doppel-Innenkolbens 300 von A nach B verharrt der Doppel-Außenkolben 200 in seiner linken Stellung. Die Bewegung des Doppel-Innenkolbens 300 von links nach rechts kommt durch die Druckdifferenz über die Kolbenseiten zustande. Gleichzeitig erfolgt eine Wärmezufuhr vom Erhitzer des ersten Zyklus und eine Wärmeabfuhr an den Kühler des zweiten Zyklus. Am Ende der Bewegung hat sich der Druck beider Zyklen angenähert. Er beträgt jetzt bspw. 10 bar in beiden Zyklen.
Der linke Magnet 207 kann sich nach reduziertem Druck im ersten Zyklus vom linken Magneten 102 abstoßen. Die kinetische Energie des Doppel-Innenkolbens 300 wird als Impuls auf den Doppel-Außenkolben 200 übertragen. Dabei schiebt der rechte Magnet 304 bei der Bewegung von B nach C über den rechten Magneten 207 den Doppel-Außenkolben 200 auf die rechte Seite. Das Volumen des ersten Zyklus bleibt dabei konstant hoch und das vom zweiten Zyklus konstant niedrig. Da durch die Verschiebebewegung beide Regeneratoren durchströmt werden, fällt der Druck im ersten (bspw. auf 5 bar) und steigt der Druck im zweiten Zyklus (bspw. auf 15 bar).
Bei der Bewegung des Doppel-Innenkolbens 300 von C nach D verharrt der Doppel-Außenkolben 200 in seiner rechten Stellung. Die Bewegung des Doppel-Innenkolbens 300 von rechts nach links kommt durch die Druckdifferenz über die Kolbenseiten zustande. Gleichzeitig erfolgt eine Wärmeabfuhr an den Kühler des ersten Zyklus und eine Wärmezufuhr vom Erhitzer des zweiten Zyklus. Am Ende der Bewegung hat sich der Druck beider Zyklen wieder angenähert. Er beträgt jetzt bspw. 10 bar in beiden Zyklen.
Der rechte Magnet 207 kann sich nach reduziertem Druck im zweiten Zyklus vom rechten Magneten 102 abstoßen. Die kinetische Energie des Doppel-Innenkolbens 300 wird als Impuls auf den Doppel-Außenkolben 200 übertragen. Dabei schiebt der linke Magnet 304 bei der Bewegung von D nach A über den linken Magneten 207 den Doppel-Außenkolben 200 auf die linke Seite. Das Volumen des ersten Zyklus bleibt dabei konstant niedrig und das vom zweiten Zyklus konstant hoch. Da durch die Verschiebebewegung beide Regeneratoren durchströmt werden, steigt der Druck im ersten (bspw. auf 15 bar) und fällt der Druck im zweiten Zyklus (bspw. auf 5 bar).
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.
Bezugszeichenliste
1
Zylindergrundkörper
1.1
Dichtung zur Trennung beider Gaszyklen
1.2
Magnet zur Abstoßung von 2.7
2
Doppel-Außenkolben
2.1
Außenkolben erster Gaszyklus
2.2
Außenkolben zweiter Gaszyklus
2.3
Kolbenstange von 2
2.4
Dichtung in 2.3
2.5
Gasverbindungsöffnung in 2.1
2.6
Gasverbindungsöffnung in 2.2
2.7
Magnet zur Abstoßung von 1.2
3
Doppel-Innenkolben
3.1
Innenkolben erster Gaszyklus
3.2
Innenkolben zweiter Gaszyklus
3.3
Kolbenstange von 3
4
Arbeitsgas erster Gaszyklus
4.1
Gasraum 4.1
4.2
Gasraum 4.2
4.3
Gasraum 4.3
5
Arbeitsgas zweiter Gaszyklus
5.1
Gasraum 5.1
5.2
Gasraum 5.2
5.3
Gasraum 5.3
6.1
Puffergasraum 1
6.2
Puffergasraum 2
7
Gasverbindungsleitung
8
Erhitzer von 4
9
Regenerator von 4
10
Kühler von 4
11
Kühler von 5
12
Regenerator von 5
13
Erhitzer von 5
100
Zylindergrundkörper
101
Dichtung zur Trennung beider Gaszyklen
102
Magneten zur Abstoßung von den Magneten 207
103
Kolbenstangendichtung im Zylindergrundkörper (für Kolbenstange 210)
200
Doppel-Außenkolben
201
Außenkolben erster Gaszyklus
202
Außenkolben zweiter Gaszyklus
203
Kolbenstange des Doppel-Außenkolbens
204
Dichtungen in der Kolbenstange 203
205
Gasverbindungsöffnungen im Doppel-Außenkolben 200, erster Gaszyklus
206
Gasverbindungsöffnungen im Doppel-Außenkolben 200, zweiter Gaszyklus
207
Magnet zur Abstoßung vom Magneten 102 im Zylindergrundkörper und von 304
208
Arbeitsgasverbindungskanal zwischen Gasraum 501 und Gasraum 504
209
Arbeitsgasverbindungskanal zwischen Gasraum 403 und Gasraum 404
210
Kolbenstange des Außenkolbens zur Kraftableitung aus der Maschine
300
Doppel-Innenkolben
301
Innenkolben erster Gaszyklus
302
Innenkolben zweiter Gaszyklus
303
Kolbenstange des Doppel-Innenkolbens
304
Magnet des Doppel-Innenkolbens zur Abstoßung vom Magneten 207
400
Arbeitsgas erster Gaszyklus
401
Gasraum 401
402
Gasraum 402 (über 205 verbunden mit 401)
403
Gasraum 403 (über 800, 900, 1000 verbunden mit 401)
404
Gasraum 404 (über 209 verbunden mit 403)
404P
Puffergasraum an Stelle von 404
500
Arbeitsgas zweiter Gaszyklus
501
Gasraum 501
502
Gasraum 502 (über 206 verbunden mit 503)
503
Gasraum 503 (über 1100, 1200, 1300 verbunden mit 501)
504
Gasraum 504 (über 208 verbunden mit 501)
504P
Puffergasraum an Stelle von 504
701
Kühleranschluss erster Gaszyklus an den Zylindergrundkörper
702
Erhitzeranschluss erster Gaszyklus an den Zylindergrundkörper
703
Erhitzeranschluss zweiter Gaszyklus an den Zylindergrundkörper
704
Kühleranschluss zweiter Gaszyklus an den Zylindergrundkörper
800
Erhitzer erster Gaszyklus
801
Pulsrohr zur thermischen Entkopplung von Erhitzer 800 und Zylindergrundkörper
900
Regenerator erster Gaszyklus
1000
Kühler erster Gaszyklus
1001
Wasseranschluss von Kühler 1000
1100
Kühler zweiter Gaszyklus
1101
Wasseranschluss von Kühler 1100
1200
Regenerator zweiter Gaszyklus
1300
Erhitzer zweiter Gaszyklus
1301
Pulsrohr zur thermischen Entkopplung von Erhitzer 1300 und Zylindergrundkörper

Claims (20)

  1. 2-Zyklen-Heißgasmotor mit ineinander laufenden Kolben, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zylindergrundkörper 1 ein Doppel-Außenkolben 2 axial beweglich angeordnet ist und in diesem ein Doppel-Innenkolben 3 axial beweglich angeordnet ist.
  2. Heißgasmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylindergrundkörper 1 zwei äußere Stirnbegrenzungswände und eine dazu parallele mittlere Trennwand enthält, so dass in seinem Innenraum zwei gleiche Räume gebildet werden.
  3. Heißgasmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Trennwand des Zylindergrundkörpers 1 eine zentrale Bohrung enthält um mindestens eine Gleitdichtung 1.1 aufnehmen zu können.
  4. Heißgasmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppel-Außenkolben 2 über eine hohle Kolbenstange 2.3 zwei Außenkolben 2.1 und 2.2 miteinander verbindet und die hohle Kolbenstange 2.3 druckdicht durch die Gleitdichtung 1.1 geführt ist.
  5. Heißgasmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppel-Innenkolben 3 über eine Kolbenstange 3.3 zwei Innenkolben 3.1 und 3.2 miteinander verbindet und die Kolbenstange 3.3 druckdicht durch die Gleitdichtungen 2.4 geführt ist, die sich in der hohlen Kolbenstange 2.3 befinden.
  6. Heißgasmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnbegrenzungsflächen des Zylindergrundkörpers 1 Magnete 1.2 enthalten, die mit Magneten 2.7 in den Stirnbegrenzungsflächen des Doppel-Außenkolbens 2 auf Abstoßung wechselwirken (möglich sind auch Federn).
  7. Heißgasmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkolben 2.1 in seiner den Magneten abgewandten Stirnbegrenzungsfläche Öffnungen 2.5 enthält, die den Gasraum 4.2 mit dem Gasraum 4.3 verbinden.
  8. Heißgasmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkolben 2.2 in seiner den Magneten abgewandten Stirnbegrenzungsfläche Öffnungen 2.6 enthält, die den Gasraum 5.1 mit dem Gasraum 5.2 verbinden.
  9. Heißgasmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche außer 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkolben 2.1 in seiner den Magneten zugewandten Stimbegrenzungsfläche Öffnungen 2.5 enthält, die den Gasraum 4.1 mit dem Gasraum 6.1 verbinden. Der Gasraum 4.2 wird zum Pufferraum.
  10. Heißgasmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche außer 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkolben 2.2 in seiner den Magneten zugewandten Stimbegrenzungsfläche Öffnungen 2.6 enthält, die den Gasraum 6.2 mit dem Gasraum 5.3 verbinden. Der Gasraum 5.2 wird zum Pufferraum.
  11. Heißgasmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum 4.1 über einen Erhitzer 8, einen Regenerator 9 und einen Kühler 10 mit dem Gasraum 4.3 verbunden ist und dass der Gasraum 5.1 über einen Kühler 11, einen Regenerator 12 und einen Erhitzer 13 mit dem Gasraum 5.3 verbunden ist.
  12. Heißgasmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an Stelle des Erhitzers 8 oder 13 ein Kühler angeordnet ist und dass an Stelle des Kühlers 10 oder 11 ein Erhitzer angeordnet ist.
  13. Heißgasmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange 3.3 des Doppel-Innenkolbens 3 hohl ist und damit den Puffergasraum 6.1 mit dem Puffergasraum 6.2 verbindet.
  14. Heißgasmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum 403 mit dem Gasraum 404 verbunden ist und dass der Gasraum 501 mit dem Gasraum 504 verbunden ist.
  15. Heißgasmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gasverbindung an einen der beiden Arbeitsgaszyklen angeschlossen ist, während die zweite Gasverbindung an den zweiten Arbeitsgaszyklus angeschlossen ist.
  16. Heißgasmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gasverbindungen über Kanäle 208 und 209 in der hohlen Kolbenstange 203 des Doppel-Außenkolbens 200 ausgebildet sind.
  17. Heißgasmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Kanäle in der Kolbenstange 303 des Doppel-Innenkolbens 300 ausgebildet ist.
  18. Heißgasmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur thermischen Entkopplung von Erhitzer und Zylinder für beide Zyklen je ein Pulsrohr so angeordnet ist, dass die Mittelachse des Pulsrohres senkrecht auf der Mittelachse des Zylindergrundkörpers 100 des Motors steht.
  19. Heißgasmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppel-Außenkolben 200 zur Kraftableitung mit einer Kolbenstange 210 verbunden ist und diese druckdicht durch die Zylinderwand nach außen geführt ist.
  20. Heißgasmotor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange 210 zur Kraftfortleitung nach außen und zur Hubbegrenzung des Doppel-Außenkolbens 200 mit dem Mittelpunkt einer Membran, mit einem Pleuel, der an eine Kurbelwelle anlenkt oder mit dem Spulenkörper eines Lineargenerators mechanisch verbunden ist.
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