EP1700023A2 - Hot gas engine - Google Patents

Hot gas engine

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Publication number
EP1700023A2
EP1700023A2 EP04761954A EP04761954A EP1700023A2 EP 1700023 A2 EP1700023 A2 EP 1700023A2 EP 04761954 A EP04761954 A EP 04761954A EP 04761954 A EP04761954 A EP 04761954A EP 1700023 A2 EP1700023 A2 EP 1700023A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
working
cylinder
heating
working medium
space
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04761954A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Wilhelm Servis
Ludwig K. Von Segesser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Von Segesser Ludwig
Original Assignee
Von Segesser Ludwig
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Von Segesser Ludwig filed Critical Von Segesser Ludwig
Publication of EP1700023A2 publication Critical patent/EP1700023A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot 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
    • F02G1/044Hot 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2243/00Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
    • F02G2243/02Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having pistons and displacers in the same cylinder
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2243/00Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
    • F02G2243/02Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having pistons and displacers in the same cylinder
    • F02G2243/04Crank-connecting-rod drives
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2254/00Heat inputs
    • F02G2254/20Heat inputs using heat transfer tubes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2254/00Heat inputs
    • F02G2254/30Heat inputs using solar radiation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2254/00Heat inputs
    • F02G2254/45Heat inputs by electric heating

Definitions

  • the invention relates to a hot gas engine according to the preamble of claim 1.
  • a hot gas engine of the type mentioned is known from WO 03/060309 AI.
  • the cylinder of the known engine contains a working piston connected to a crank drive and a displacement device which is stationary or, according to another embodiment, displaceable relative to the working piston and which divides the cylinder chamber into a first and a second working chamber.
  • the heating device intended for heating the working medium contains a heating surface formed on the end wall of the working piston and facing the first working space and a heating arrangement assigned to the working piston; another embodiment of the heating device contains an injection arrangement for supplying a fluid hot heating medium into the first work space.
  • the cooling device intended for cooling the working medium comprises an injection device for introducing liquid or liquefied working medium into the first working space and an arrangement for removing the excess working medium from the first working space.
  • the two work rooms are in the one Displacement device integrated regenerator connected communicating.
  • the heat supplied from the outside is continuously released within the cylinder via the end wall of the working piston or in cycles by the injected hot heating medium to the working medium located in the first working space.
  • the known designs enable effective, targeted heat transfer over the cylinder cross section, but either require a relatively complex process
  • the invention has for its object to provide a further developed hot gas engine of the type mentioned, in particular in this respect simplified and easier to operate, developed.
  • the heating element provided according to the first task which can be attached to the cylinder in a stationary manner, makes it possible to achieve a constant supply of heat to the working medium contained in the cylinder which is simplified in comparison to previous designs and is unaffected by stroke movements of the working piston. That after the second
  • the combustible working medium provided by the hot gas engine is compressed approximately isothermally during the compression phase of the working process and in each case heated abruptly by injecting a liquefied oxidizing agent by burning at least a partial amount of the working medium.
  • the advantages of the invention are essentially to be seen in a cost-effective heating device which is simplified compared to previous designs and in the generation of the heat to be supplied to the working medium directly within the cylinder space, as well as in an accurate metering of the required amount of heat which can be achieved in a relatively simple manner.
  • the embodiment according to the invention also enables a simpler, compact and cost-effective construction of the hot gas engine, as well as an operation of this machine which can be achieved with relatively little control and maintenance effort.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a hot gas engine according to the invention in a longitudinal section
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a hot gas engine according to the invention in a longitudinal section
  • FIG. 3 details of a hot gas engine according to FIG. 2 in a modified embodiment
  • 4 shows a third embodiment of a hot gas engine according to the invention in a longitudinal section
  • FIG. 5 shows a fourth embodiment of a hot gas engine according to the invention in a longitudinal section
  • FIG. 6 shows details of a hot gas engine according to FIG. 5 in a modified embodiment
  • FIG. 7 shows a fifth embodiment of a hot gas engine according to the invention in a longitudinal section
  • FIG. 8 shows a sixth embodiment of a hot gas engine according to the invention in a longitudinal section
  • FIG. 9 shows a seventh embodiment of a hot gas engine according to the invention in a longitudinal section
  • FIG. 11 shows a machine arrangement consisting of a hot gas engine provided with a device according to FIG. 10 and a further thermal machine unit, in a side view according to arrow XI in FIG. 9.
  • a Stirling hot gas engine contains a housing 1, a cylinder 2 with a cylinder cover 3, and a cylinder 2 that can be displaced
  • Working piston 4 which defines with the cylinder cover 3 a cylinder space 6 intended for receiving any working medium, and one arranged therein Displacement device 5 and a heating device 7 for heating the working medium and a cooling device 8 for cooling the heated working medium.
  • the working piston 4 which can be of any conventional design, can be coupled via a piston rod 9 and a connecting rod articulated thereon to a drive arrangement 10 which contains a crankshaft 11 mounted in the housing 1 with a flywheel 12.
  • the crankshaft 10 can be used with any work machine, e.g. a generator, not shown, or, as assumed in the embodiment shown, be coupled to a water pump.
  • the cylinder 2 is connected to the housing 1 and the cylinder cover 3 by means of screws 19.
  • the cylinder 2 and the cylinder cover 3 can each be provided with a thermal insulation 20 as shown. Water vapor, nitrogen, helium or the like, or, as assumed in the example shown, air can be provided as the working medium
  • the displacement device 5, which divides the cylinder space 6 into a first working space 14 delimited by the working piston 4 and a second working space 15 delimited by the cylinder cover 3, comprises a shell-like one fixed to the cylinder wall
  • the guide element 16 and a dynamic conveying device 17, which is intended for displacing the working medium from the first working space 14 into the second working space 15 and for returning the displaced working medium into the first working space 14.
  • the guide element 16 is designed with a central passage opening 21 connecting the working spaces 14 and 15 and with a circumferential portion protruding from the first working space 14, which with the cylinder wall forms the working spaces 14 and 15 connecting annular, peripheral passage opening 22 limited for the working medium.
  • the conveying device 17 contains a fan arranged in the second working space 15, as shown a radial fan 23 which can be flowed through through the central passage opening 21 and which is coupled via a shaft 24 to a drive unit 25 mounted on the cylinder cover 3.
  • the drive unit 25, as assumed in the present embodiment, may include an electric motor.
  • the guide element 16 can have a number, for. B. three, arranged distributed over its circumference holding elements in the cylinder 2. Set screws or, as shown, ribs 26 protruding from the guide element 16 can be provided as holding elements, which are held on the cylinder wall in any manner, not shown.
  • the guide element 16 can also be connected to the cylinder cover 3 to form an installation unit by any holding means, not shown.
  • regenerator 27 which surrounds the fan 23 in an annular manner and which contains an insert 28 made of a regeneratively heat-storing material and mounted on the guide element 16 and through which the working medium can flow radially.
  • insert 28 can be a loose winding of a band-shaped wire screen consisting of several turns or, as assumed in the example shown, a loose packing consisting of corresponding, upright arranged, concentric ring-shaped band sections.
  • a corresponding insert 28 can also contain a multiplicity of pin-shaped or wire-shaped storage elements arranged next to one another, which are fastened in a free-standing manner in an annular holder and thus form a brush-like regenerator.
  • the drive unit 25 of the fan 23 can be operated independently of the drive arrangement 10 of the hot gas engine and can therefore be designed in a correspondingly simple manner without special control means.
  • the fan 23 is continuously driven during the operation of the hot gas engine.
  • the working medium located in the cylinder chamber 6 is thus sucked in a permanent circulation through the central passage opening 21 into the second working chamber 15 and conveyed back into the first working chamber 14 through the peripheral passage opening 22.
  • the heating device 7 comprises a heating element 31 which can be fixedly attached to the cylinder 2 and a heating arrangement 32 associated therewith.
  • the cylinder cover 3 which according to the illustration can be designed with edge portions 30 projecting beyond the circumference of the cylinder 2, is designed as a heating element 31 which is a part of the second working space 15 facing, over the cross section extending heating surface 33.
  • the heating arrangement 32 is formed on the outer surface 34 of the cylinder cover 3 facing away from the working space 15, which is intended for absorbing heat radiation 35, as shown by solar radiation.
  • Cooling device 8 for cooling the heated working medium comprises an injection device 40, which can be controlled and connected to a storage unit 38 for a liquid or liquefied working medium, for introducing a certain amount of the coolant used
  • Coolant can be the working medium used for the working process or, according to another possible embodiment, a second working medium acting in the same way. Designs are also possible in which dry or moist air can be used as the coolant instead of a liquid or liquefied working medium. In the embodiment described, water is assumed as the coolant.
  • the injector 40 includes one to one
  • Supply line 39 connected injection element 42, which passes through the cylinder wall and opens into the first working space 14 between the top dead center position of the working piston 4 and the displacement device 5 indicated by the dot-dash line in the drawing.
  • the injection device 40 is also connected to a control device, not shown, which via known control means, for. B. can be influenced by control signals derived from a specific angular position of the crankshaft 11, in the sense of a cyclical actuation of the injection device 40.
  • the discharge arrangement 41 contains an outlet line 43 which penetrates the cylinder wall and which is connected to the first working space 14 above the bottom dead center position of the working piston 4 shown.
  • the outlet line 43 can be led outside or, as shown, connected to a collector 44 for the excess working medium. Designs are also possible in which two or more injection members 42 and / or outlet lines 43 are provided, which are offset with respect to one another in the circumferential direction.
  • the heat supplied to the cylinder cover 3 from outside is inside of the engine is continuously delivered to the working medium flowing through the second working space 15 and to the regenerator 27.
  • the injection device 40 ensures that the continuously heated working medium is cooled during the compression phase of the working process.
  • the injection of the cold working medium into the first working space 14 initially cools and then heats the entire working medium present in the cylinder 2 and also the regenerator 27, the pressure in the cylinder 2 being increased approximately isothermally.
  • the heat which is still supplied from the outside is given off to the working medium and to the regenerator 27, as a result of which work is generated and the pressure in the cylinder 2 is reduced approximately isothermally.
  • the excess amount of working fluid is released in accordance with the pressure prevailing in the engine at the start of compression.
  • the heating surface 33 formed on the cylinder cover 3 enables effective, efficient transfer of the heat supplied from the outside to the working medium over the entire cylinder cross section.
  • a correspondingly advantageous, efficient cooling of the working medium which is directly effective in the entire cylinder space 6 can be achieved by the injection device 40 assigned to the first working space 14.
  • the described embodiment enables, in particular in connection with the fixed displacement device 5 and the regenerator 27, which can be implemented with relatively small dimensions, a particularly compact and advantageously simple construction of the hot gas engine.
  • FIG. 2 shows a hot gas engine which differs from the embodiment according to FIG. 1 essentially only by a cylinder cover 46 which is flush with the cylinder 2 and a modified heating device 47.
  • the heating device 47 comprises a plate-shaped heating element 48, which is arranged in a fixed manner in the first working space 14, and a heating arrangement 50 associated therewith, with a heat storage unit 51 provided at a distance from the cylinder 2.
  • the heat storage unit 51 contains one for receiving any storage medium, for. B. water, oil or the like.
  • Certain container which is designed with a wall 52 which can be heated in any way, as shown by solar radiation. The other walls of the container can be provided with thermal insulation 20.
  • the heating element 48 has two heating surfaces 33, each of which essentially extends over the cross section of the first working space 14, wherein it defines an annular gap with the cylinder wall, which forms a passage opening 53 through which the working medium can flow.
  • the heating element 48 can be fastened to the cylinder wall in any manner, as shown by means of a number of ribs 54 distributed over its circumference.
  • the heating element 48 can also be attached directly to the cylinder wall
  • the heater 48 contains one of any heat transfer fluid, e.g. B. water, flow-through heating arrangement 55 for the heating surfaces 33.
  • the heating arrangement 55 is connected to a feed line 56 and to a return line 57 of a heating circuit 58 via two connecting elements which pass through the wall of the cylinder 2.
  • the heating circuit 58 contains a heat exchanger 49 which is arranged in the heat storage unit 51 and is represented as a heating coil and a pump 59 which is arranged in the supply line 56 for conveying the heat transfer fluid.
  • the heat supplied to the heating element 48 from the outside is continuously released within the engine to the working medium located in the first working space 14.
  • the two heating surfaces 33 of the heating element 48 make it possible to achieve a particularly efficient heat transfer which is directly effective over the entire cylinder cross section. This version also enables a particularly compact and advantageously simple construction of the hot gas engine.
  • FIG. 3 shows parts of the embodiment according to FIG. 2 and a modified heating device 61 with a heating element 62 which is fixedly mounted in the first working space 14 and which contains a catalytic heating unit 60.
  • the heating unit 60 is via three line members 63, 64 and 65 passing through the wall of the cylinder 2 to a source 66 of a fluid fuel, e.g. B. propane gas, hydrogen or the like., Connected to a source 67 of a reaction or oxidizing agent and to a discharge line 68 for the process products obtained in the catalytic process.
  • the process products can be released into the atmosphere or, as shown, fed to a collector 69.
  • the heat to be transferred to the working medium is generated within the heating element 62, in the immediate vicinity of the two heating surfaces 33.
  • the heating device 61 which can be controlled in a relatively simple manner, is therefore a b Particularly efficient heat transfer can be implemented with relatively little effort.
  • FIG. 4 shows a hot gas engine which differs from the embodiment according to FIG. 2 by a modified heating device 70 for heating the working medium located in the first working space 14 and a modified conveying device 72.
  • the heating device 70 comprises a solar collector system 74 designed to emit bundled solar radiation 73 and a heating element 71 which is arranged in a fixed manner in the first working space 14 and which extends essentially over the cylinder cross section.
  • the solar collector system 74 contains at least one associated with the cylinder cover 46
  • Connection element 75 which is intended for introducing at least part of the concentrated solar radiation 73 into the first working space 14 and, as shown, is attached to the drive unit 25 of the conveying device 72.
  • the connection element 75 can be connected to an outlet of the solar collector system 74 via a feed line 76, which can consist of a bundle of optical fibers, and contains a tubular line element 77 for the solar radiation 73 intended for insertion into the cylinder 2.
  • the fan 23 of the conveying device 72 can be coupled to the drive unit 25 via a continuous hollow shaft 78, which is at the same time intended for the contact-free reception of the line element 77 and thus surrounds an outlet directed against the first working space 14 for the solar radiation 73.
  • the line element 77 can be provided with a closure part made of a transparent material, for example glass or the like, which is impermeable to the working medium and not shown his.
  • a refractive optical element can also be provided as the closure part.
  • the heating element 71 is designed as a relatively solid plate, which is made of a heat-absorbing material with high thermal conductivity, for. B. a ceramic material suitable for high thermal loads. Accordingly, the stored heat can be distributed in an advantageously efficient, simple manner evenly over the two heating surfaces 33 and can be released to the working medium located in the first working space 14.
  • the solar collector system 74 can contain a focusing system, known per se, of concave mirrors, not shown.
  • the solar collector system 74 can furthermore have at least one additional output, as shown in the illustration two further outputs with feed lines 76 which can be connected to these and which can each be assigned to a corresponding connection element 75 of a further hot gas engine, not shown.
  • the hot gas engine shown in FIG. 5 differs from the embodiment according to FIG. 5
  • the working piston 80 is designed as a diaphragm piston with at least one flexible diaphragm 83 of any shape, which is fixed and sealed between two sections 85 and 86 of the cylinder 81 and is movably held on the piston rod 84 in a sealing manner and between the bottom dead center position shown and a top dead center position indicated by dash-dotted lines is.
  • the discharge arrangement 82 comprises a longitudinal bore 87 formed in the piston rod 84 and communicating with the working space 14, a flexible connecting line 88 which can be connected to it and which can be coupled to an outlet line 90 fixedly attached to the housing 1, and an outlet valve 89 arranged therein for the excess working medium to be discharged.
  • the outlet valve 89 is provided with a control device, not shown, which via known control means, for. B. can be influenced by control signals derived from a specific angular position of the crankshaft 11, in the sense of a cyclical opening of the outlet valve 89, in such a way that the excess amount of the working medium is omitted at the end of the expansion phase of the working process.
  • This embodiment enables a more compact and particularly cost-effective construction of the hot gas engine compared to the embodiment according to FIG. 1.
  • the heating device 7 can contain a selectively switchable second heating element 107 which is arranged in the first working space 14 and which, like the heating element 48 (FIG. 2), is plate-shaped and essentially extends over the cross section of the working space 14 extends.
  • the heating element 107 contains an integrated electrical heating element 108, shown as a heating coil, which passes through the wall of the cylinder section 85
  • Line arrangement 110 can be connected to any external power source 111.
  • a solar battery 112 which is arranged at a distance from the cylinder 81 and is composed of solar cells is assumed to be the current source.
  • the working medium heated via the cylinder cover 3 can be temporarily or continuously additionally heated, and thus the heating power of the heating device 7 can be adapted to the respective energy requirement with advantageously little effort.
  • the heating element 107 can be designed with an advantageously small thickness dimension.
  • An embodiment with two or more such space-saving heating elements 107 is also possible, which can be arranged in the first working space 14 at a distance from one another, around which flow can flow, or through which flow.
  • FIG. 6 shows parts of an embodiment according to FIG. 5 with a modified piston rod 91, a modified drive device 92 and a modified discharge arrangement 93.
  • the piston rod 91 has a longitudinal bore 94 which is continuous over its length.
  • the drive device 92 comprises a shaft 96 mounted in the housing 1, which can be coupled on the one hand via a crank disk 95 to a connecting rod 97 articulated on the piston rod 91 on the one hand and on the other hand to a non-illustrated working machine.
  • the discharge arrangement 93 comprises an outlet valve 98, which is arranged at the free end of the piston rod 91, and a discharge-type discharge element 99, which is attached to this free end and is fixedly attached in the housing 1 for the excess working medium to be discharged, as shown in the illustration.
  • the outlet valve 98 contains a valve seat 101 directed against the longitudinal bore 94 and a spherical one, which is arranged in the longitudinal bore 94 with lateral play, as shown Valve body 102, which is held in the closed position under the effect of its own weight and the pressure of the working medium prevailing in the cylinder chamber 6.
  • a stationary stop part 103 is provided, which is shown to be free-standing in the deflection element 99 by side ribs 26 and which projects into the range of motion of the valve body 102 held in the closed position, around the valve rod in the region of the lower stroke position of the piston rod 91 101 take off. Accordingly, the excess working medium at the end of the expansion phase of the working process can be discharged in an advantageously simple manner, in particular without additional control effort, via the drainage device 99.
  • working pistons 4 can also be connected via piston rods 84 or 91 to correspondingly modified discharge arrangements 82 or 93.
  • working pistons 4 can also be connected via piston rods 84 or 91 to correspondingly modified discharge arrangements 82 or 93.
  • FIG. 2 instead of
  • Heating element 48 at least one heating element 107 according to FIG. 5 can be provided with an integrated electrical heating element which can be connected to any power source via a corresponding line arrangement 110.
  • the hot gas engine shown in FIG. 7 differs from the embodiment according to FIG. 5 essentially by a modified displacement device 123, a modified heating device 124, and a modified cooling device
  • the displacement device 123 contains a displacement piston 127, which a second piston rod 128 is slidably coupled to a drive device 129, which can be actuated on the cylinder cover 46 and can be actuated relative to the working piston 80, between an upper dead center position and a lower dead center position indicated by dash-dotted lines.
  • the drive device 129 can contain an electrically or, as assumed in the example shown, pneumatically operated motor, which is operated via known control means, not shown, e.g. B. can be influenced by control signals derived from a specific angular position of the crankshaft 11.
  • the displacer piston 127 is arranged in an open tube piece 136 surrounding its stroke area, which is fixed in place in the cylinder section 85 and with the inner wall of which delimits a flow channel 137 connecting the working spaces 14 and 15.
  • the heating device 124 contains a heating element 138 through which any heat transfer fluid can flow, which is arranged in an end section of the flow channel 137 assigned to the second working space 15 and connecting elements passing through the cylinder wall to a distributor 139 of a storage unit 140 for heated heat transfer fluid or to a collector 141 for the cooled heat transfer fluid can be connected.
  • a heating element 138 a pipe system 142 is provided as shown, which is arranged in a plurality of one another, for. B. each spiral turns over a portion of the work space 15 and forms a cylinder surface 6 facing heating surface 118.
  • the cooling device 125 contains a cooling element 238, which is arranged in an end section of the flow channel 137 assigned to the first working chamber 14 and for receiving a supply under high pressure liquefied coolant is determined.
  • the regenerator 126 is arranged between the heating element 138 and the cooling element 238 and contains a heat-storing package 28 made of pin-shaped or wire-shaped storage elements, which are fastened in a brush-like arrangement in a holder 143 attached to the circumference of the pipe piece 136 in a free-standing manner.
  • the heat supplied from the outside via the heating element 138 is continuously released within the engine to the working medium located in the second working space 15 and to the regenerator 126.
  • the cooling element 238 assigned to the first working space ensures the cooling of the heated working medium required during the compression phase.
  • the heat required during the expansion phase continues to be supplied to the working medium through the heating element 138.
  • the heat exchanged in the engine isochorously is released by the regenerator 126 to the working medium at the end of the compression phase and taken over at the end of the expansion phase.
  • the coolant which is evaporated during the cooling of the heated working medium and is under high pressure can be fed to a turbine or, as assumed in the example shown, to a filling station for gas containers 242.
  • the heating element 138 can be assigned to the first working space 14 and the cooling element 238 to the second working space 15.
  • a pipe system provided as a heating element contains an electrical heating element that can be connected to a power source.
  • the hot gas engine shown in FIG. 8 differs from the embodiment according to FIG. 2 essentially by the use of a combustible working medium and by a modified heating device 130 for heating this working medium. The following description is therefore limited to the corresponding differences.
  • Any combustible gas e.g. B. hydrogen, methane, butane or, as assumed in the example shown, natural gas
  • the heating device 130 required for the operation of the hot gas engine contains an injection arrangement 132, which can be controlled and connected to a source 131 of a liquefied oxidizing agent, for introducing a certain amount of the oxidizing agent into the first working space 14.
  • a liquefied oxidizing agent liquefied oxygen or, as assumed in the example shown, can be used , liquefied air may be provided.
  • the injection arrangement 132 contains an injection member 133 passing through the cylinder wall 2, which is connected to a supply line 134 for the oxidizing agent and opens into the first working chamber 14 above the top dead center position of the working piston 4, which is indicated by dash-dotted lines in the drawing.
  • the injection arrangement 132 is connected to a control device, not shown, which via known control means, for. B.
  • Injection assembly 132 can be influenced by control signals derived from a specific angular position of the crankshaft 11 in the sense of a cyclical actuation of the injection member 133.
  • Injection assembly 132 can also contain two or more injection members 133 offset in the circumferential direction.
  • the liquefied oxidizing agent is, for. B. shortly before or after the end of the compression phase of the working process of the hot gas engine, in the first
  • Working space 14 is injected, a portion of the working medium that can be determined by controlling the quantity of oxidizing agent to be injected being burned, and the amount of heat generated in this way is given directly to the working medium present in the cylinder space 6, and from there to the regenerator 27.
  • the combustible working medium used for the working process can be provided as the coolant.
  • the combustion product resulting from the injection of the oxidizing agent, together with the excess amount of the working medium accumulated during the cooling process, is discharged from the first working chamber 14 via the discharge arrangement 41 in the manner already described.
  • the heating device 130 consisting of relatively simple, inexpensive parts, requires little maintenance and enables efficient, direct transfer of the heat generated by the supply of the oxidizing agent to the working medium.
  • the generation of the amount of heat required in each case can be influenced with relatively little control effort, by appropriate metering of the amount of the oxidizing agent to be injected into the cylinder space 6, and can be adapted to the respective operating requirements.
  • the described embodiment enables, particularly in connection with the displacement device 5 and the regenerator 27, which can be implemented with relatively small dimensions, an advantageously simple, compact design of the hot gas engine.
  • the hot gas engine shown in FIG. 9 differs from the embodiment according to FIG.
  • the discharge arrangement 172 contains at least one exhaust valve arranged on the cylinder cover 145, as shown two exhaust valves 175, each of which is controlled by a control device 176, e.g. B. by control signals derived from a certain angular position of the crankshaft 11, can be actuated at the end of the expansion phase in the sense of a cyclical opening.
  • a control device 176 e.g. B. by control signals derived from a certain angular position of the crankshaft 11, can be actuated at the end of the expansion phase in the sense of a cyclical opening.
  • the displacement device 173 comprises a guide element 177 which is arranged in a stationary manner in the cylinder space 6 and a fan 179 which is arranged essentially in the second work space 15 and can flow through the central passage opening 21 of the guide element 177, as shown an axial fan, the rotor of which via a shaft 181 in a on the cylinder cover 145 attached bearing 182 is held freely rotatable.
  • the rotor is designed with a blading 183 consisting of a plurality of, as shown, four, inclined blades, such that the rotor is driven by the working medium flowing through the passage opening 21 when the outlet valves 175 are open, and the fan 179 thus acts as a turbine.
  • the guide element 177 essentially consists of a flywheel 184 connected to the rotor in a rotationally fixed manner, which surrounds the blading 183 and delimits the peripheral passage opening 22 with the wall section 85 of the cylinder 81.
  • the flywheel 184 can as shown, be provided with a second blading 185 formed on its circumference, as a result of which the conveyance of the working medium flowing through the peripheral passage opening 22 can be improved.
  • the regenerator 174 contains a heat-storing pack 186 through which the working medium can flow radially, with a multiplicity of pin-shaped or wire-shaped storage elements arranged next to one another, which are attached in a brush-like arrangement in a free-standing manner in an annular holder 187 attached to the cylinder cover 145.
  • the embodiment described above enables a further improvement in the design of the displacement device 173 which can be attached to the cylinder cover 145 and an essentially continuous drive of the fan 179, on the one hand by the flow energy of the working medium which is active during the exhaust phase and stored in the flywheel 184, and on the other hand by the stored rotational energy of the flywheel 184 acting when the outlet valves 175 are closed.
  • the fan 179 which can be driven independently of external energy, thus enables the working medium to be displaced to be conveyed in a correspondingly cost-effective manner.
  • the hot gas engine shown can be provided with an additional heating device 115, which can be used to supplement the heating device 130, and which can be switched on or off, and which comprises a heating element 116 arranged in the first working space 14 and through which a heat transfer fluid can flow, and a heating arrangement 117 associated therewith ,
  • a heating element 116 is a pipe system 121, which runs along the inner circumference of wall section 85 and is shown as a simple pipe coil a number of turns extends over a section of the working space 14 and thus forms a heating surface 118 surrounding this section.
  • the heating arrangement 117 contains a heat accumulator 120, which is connected to a source 119 in an arbitrary manner, e.g. B. is connected geothermally or by waste heat, heated storage medium.
  • the heating element 116 is, similar to the heating element 48 (FIG. 2), connected to a heating circuit 58, the heat exchanger 49 of which is arranged in the heat accumulator 120.
  • FIG. 10 shows parts of an embodiment according to FIG. 9 with a modified working piston 146 shown in the top dead center position and an additional heating device 147 ⁇ which supplements the heating device 130, either selectively or continuously
  • the working piston 146 has a cavity 148 which is delimited by an end wall 150 facing the first working chamber 14, a peripheral wall 151 and a bottom part 152 connected to a hollow piston rod 153, at least the end wall 150 being made of a material with high thermal conductivity, e.g. B. an aluminum alloy.
  • the end wall 150 and the bottom part 152 can, as shown, be designed as rigid plates which are screwed to a ring with the U-shaped cross section forming the peripheral wall 151.
  • the bottom part 152 contains a passage 154 open against the hollow piston rod 153 for a line member 155 which opens into the cavity 148 and is intended for supplying a fluid operating medium, which passes through the piston rod 153 in the longitudinal direction and with the wall of which a connecting channel 156 open to the cavity 148 Removal of the operating medium limited ..
  • the management body 155 and the connecting channel 156 can each be coupled via a connection part 157 or 160 provided on the wall of the piston rod 153 and a movable line section 158 to a first or second connection element 159 or 161 attached to the housing 1 for the operating medium.
  • the peripheral wall 151, the bottom portion 152 and the piston rod 153 can each with at least one layer 162 made of a heat-insulating material, for. B. glass wool or the like., Lined.
  • the line member 155 which can be provided with a corresponding heat-insulating outer insulation, is designed as an element of the additional heating device 147 for heating the working medium located in the first working space 14.
  • the heating device 147 comprises a heating surface 163 formed on the end wall 150 of the working piston 146 and directed towards the first working chamber 14 and a heating arrangement 165 for the end wall.
  • the heating arrangement 165 contains a stationary feed unit 166 with a feed line 168 that can be connected to a heat source 167 for any fluid heat transfer medium.
  • a heat source for example, a burner can be provided, the combustion product of which serves as a heat transfer medium.
  • the feed line 168 can be coupled via the first connection element 159 to the line element 155, which ensures reliable supply of the heat transfer medium into the cavity 148, heat being continuously emitted to the working medium located in the first working space 14 via the heated end wall 150.
  • the heat transfer medium cooled in the cavity 148 is discharged through the connecting channel 156 and can be released to the environment via a discharge line 169 which can be coupled to the second connection element 161 or, as shown, to a collector 170.
  • a discharge line 169 which can be coupled to the second connection element 161 or, as shown, to a collector 170.
  • An embodiment is also possible in which the feed line 168 with the second connection element 161, and the discharge line 169 is coupled to the first connection element 159.
  • an arrangement according to FIG. 10 can also contain an additional cooling device for cooling the working medium, which can supplement the cooling device 8, can be switched on or off, and which has a cooling surface formed on the end wall 150 of the working piston 146 and a corresponding cooling arrangement with a Source of a heat transfer medium intended for cooling the end wall 150.
  • 11 contains two thermal machine units 189 and 190, which are coupled to one another via a common drive device 191.
  • One unit 189 can
  • Piston engine of any type e.g. B. be a diesel or gasoline engine
  • the other unit 190 may be a hot gas engine according to one of Figures 1 to 5, 8 or 9.
  • a hot gas engine according to FIG. 9 is assumed, which has a device according to FIG. 10.
  • the two units 189 and 190 are further coupled via a line arrangement 192 which connects the additional heating device 147 of the hot gas engine to the cooling system 193 of the piston internal combustion engine and thus enables mutual heat exchange.
  • the first connection element 159 of the heating device 147 is connected via a first line 194 to an outlet element 195 for heated cooling water connected to the cooling system 193, and the second connection element 161 is connected via a second line 196 to an inlet element 197 for cooled cooling water connected to the cooling system 193 ,
  • the one occurring in the hot gas engine during the cooling process Excess amount of the working medium and the combustion product obtained in the embodiment shown can be introduced into the head part of the piston internal combustion engine via the outlet line 43 connected to the cylinder cover 145.
  • the heating arrangement 165 of the heating device 147 which can be connected via the feed line 168 can be switched on temporarily or continuously as required. The arrangement described enables an optional increase in the overall performance of the machine arrangement.
  • Hot gas engine can e.g. B. can be used as a peak load unit.
  • thermo machine of any type, e.g. B. a Stirling refrigerator.
  • thermal machine of any type, e.g. B. a Stirling refrigerator.
  • Such an arrangement can e.g. B consist of a hot gas engine and three other thermal machines or two hot gas engines and ten other thermal machines.
  • a conventional piston internal combustion engine or any piston machine e.g. B. a piston pump or a
  • Compressor to be converted to a hot gas engine by a head section of the
  • Piston internal combustion engine or a corresponding piston machine is provided with a displacement device and with organs of one of the heating and cooling devices described above.
  • the head section can be designed as an add-on part that can be placed on a cylinder section of the piston internal combustion engine or the piston machine.

Abstract

Disclosed is a hot gas engine comprising a cylinder (2), a working piston (4) that delimits a cylinder chamber which accommodates a working medium along with the cylinder cover (3), a displacement mechanism (5) that subdivides the cylinder chamber into a first working chamber (14) which is delimited by the working piston (4) and a second working chamber (15) which is delimited by the cylinder cover (3), a device (7) for heating the working medium, and a device (8) for cooling the heated working medium. The working chambers (14 and 15) are interconnected in a communicating manner via a regenerator (27). The heating device (7) encompasses a heating element (31) that can be mounted in a stationary fashion on the cylinder (2) and is provided with a heating area (33) which extends substantially across the entire cross section of the cylinder chamber (6) and a heating system (32) which is allocated to the heating element (31). Said embodiment allows the externally delivered heat to be efficiently transferred to the heating medium so as to be continuously effective across the entire cross section of the cylinder while allowing for a simple, compact design of the hot gas engine.

Description

HeissgaskraftmaschineHot gas engine
Die Erfindung betrifft eine Heissgaskraftmaschine gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a hot gas engine according to the preamble of claim 1.
Eine Heissgaskraftmaschine der genannten Art ist aus der WO 03/060309 AI bekannt. Der Zylinder der bekannten Kraftmaschine enthält einen mit einem Kurbelantrieb verbundenen Arbeitskolben und eine ortsfest oder, nac einer anderen Ausführung, relativ zum Arbeitskolben verschiebbar angeordnete Verdrängungseinrichtung, welche den Zylinderraum in einen ersten und einen zweiten Arbeitsraum unterteilt. Die zum Erwärmen des Arbeitsmediums bestimmte Heizeinrichtung enthält eine an der Stirnwand des Arbeitskolbens ausgebildete, dem ersten Arbeitsraum zugewandte Heizfläche und eine dem Arbeitskolben zugeordnete Beheizungsanordnung; eine andere Ausführung der Heizeinrichtung enthält eine Einspritzanordnung zum Zuführen eines fluiden heissen Heizmittels in den ersten Arbeitsraum. Die zum Kühlen des Arbeitsmediums bestimmte Kühleinrichtung umfasst eine Einspritzvorrichtung zum Einführen von flüssigem oder verflüssigtem Arbeitsmedium in den ersten Arbeitsraum und eine Anordnung zum Ableiten des überschüssigen Arbeitsmediums aus dem ersten Arbeitsraum. Die beiden Arbeitsräume sind über einen in die Verdrängungseinrichtung integrierten Regenerator kommunizierend verbunden.A hot gas engine of the type mentioned is known from WO 03/060309 AI. The cylinder of the known engine contains a working piston connected to a crank drive and a displacement device which is stationary or, according to another embodiment, displaceable relative to the working piston and which divides the cylinder chamber into a first and a second working chamber. The heating device intended for heating the working medium contains a heating surface formed on the end wall of the working piston and facing the first working space and a heating arrangement assigned to the working piston; another embodiment of the heating device contains an injection arrangement for supplying a fluid hot heating medium into the first work space. The cooling device intended for cooling the working medium comprises an injection device for introducing liquid or liquefied working medium into the first working space and an arrangement for removing the excess working medium from the first working space. The two work rooms are in the one Displacement device integrated regenerator connected communicating.
Bei der bekannten Kraftmaschine wird die von aussen zugeführte Wärme innerhalb des Zylinders über die Stirnwand des Arbeitskolbens stetig bzw. durch das eingespritzte heisse Heizmittel taktmässig an das im ersten Arbeitsraum befindliche Arbeitsmedium abgegeben. Die bekannten Ausführungen ermöglichen eine über den Zylinderquerschnitt wirksame, gezielte Wärmeübergabe, erfordern jedoch entweder eine relativ aufwendigeIn the known engine, the heat supplied from the outside is continuously released within the cylinder via the end wall of the working piston or in cycles by the injected hot heating medium to the working medium located in the first working space. The known designs enable effective, targeted heat transfer over the cylinder cross section, but either require a relatively complex process
Ausbildung des oszillierend bewegten Arbeitskolbens und der mit diesem zu koppelnden Teile der Beheizungsanordnung oder eine relativ aufwendige Anordnung zum Bereitstellen des heissen Heizmittels und/oder zum Beheizen des Heizmittels.Formation of the oscillating piston and the parts of the heating arrangement to be coupled with it, or a relatively complex arrangement for providing the hot heating medium and / or for heating the heating medium.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere in dieser Hinsicht vereinfachte und auf einfachere Weise zu betreibende, weiter entwickelte Heissgaskraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen.The invention has for its object to provide a further developed hot gas engine of the type mentioned, in particular in this respect simplified and easier to operate, developed.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss einmal mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved once with the features of claim 1.
Eine zweite Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 2 erzielt.A second solution to this problem is achieved according to the invention with the features of independent claim 2.
Durch das nach der ersten Aufgabenlösung vorgesehene, am Zylinder ortsfest anbringbare Heizorgan ist eine im Vergleich zu bisherigen Ausführungen vereinfachte, durch Hubbewegungen des Arbeitskolbens unbeeinflusste konstante WärmeZuführung an das im Zylinder enthaltene Arbeitsmedium erzielbar. Das nach der zweitenThe heating element provided according to the first task, which can be attached to the cylinder in a stationary manner, makes it possible to achieve a constant supply of heat to the working medium contained in the cylinder which is simplified in comparison to previous designs and is unaffected by stroke movements of the working piston. That after the second
Aufgabenlösung für den Betrieb der erfindungsgemässen Heissgaskraftmaschine vorgesehene brennbare Arbeitsmedium wird während der Kompressionsphase des Arbeitsprozesses annähernd isotherm verdichtet und jeweils durch Einspritzen eines verflüssigten Oxidationsmittels schlagartig erwärmt, indem mindestens eine Teilmenge des Arbeitsmediums verbrannt wird.Task solution for the operation of the inventive The combustible working medium provided by the hot gas engine is compressed approximately isothermally during the compression phase of the working process and in each case heated abruptly by injecting a liquefied oxidizing agent by burning at least a partial amount of the working medium.
Die Vorteile der Erfindung sind im Wesentlichen in einer gegenüber bisherigen Ausführungen vereinfachten, kostengünstigen Heizeinrichtung und in der damit erzielbaren Erzeugung der dem Arbeitsmedium zuzuführenden Wärme direkt innerhalb des Zylinderraumes sowie in einer auf relativ einfache Weise realisierbaren genauen Dosierung der benötigten Wärmemenge zu sehen. Die erfindungsgemässe Ausführung ermöglicht zudem eine einfachere, kompakte und kostengünstige Bauweise der Heissgaskraftmaschine sowie einen mit relativ geringem Steuerungs- und Wartungsaufwand erzielbaren Betrieb dieser Maschine.The advantages of the invention are essentially to be seen in a cost-effective heating device which is simplified compared to previous designs and in the generation of the heat to be supplied to the working medium directly within the cylinder space, as well as in an accurate metering of the required amount of heat which can be achieved in a relatively simple manner. The embodiment according to the invention also enables a simpler, compact and cost-effective construction of the hot gas engine, as well as an operation of this machine which can be achieved with relatively little control and maintenance effort.
In den abhängigen Ansprüchen sind Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.Embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Die Erfindung wird anhand von in den beiliegenden Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:The invention is explained with reference to exemplary embodiments schematically illustrated in the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 eine erste Ausführung einer erfindungsgemässen Heissgaskraftmaschine in einem Längsschnitt;1 shows a first embodiment of a hot gas engine according to the invention in a longitudinal section;
Fig. 2 eine zweite Ausführung einer erfindungsgemässen Heissgaskraftmaschine in einem Längsschnitt;2 shows a second embodiment of a hot gas engine according to the invention in a longitudinal section;
Fig. 3 Einzelheiten einer Heissgaskraftmaschine gemäss Fig. 2 in einer abgewandelten Ausführungsform; Fig. 4 eine dritte Ausführung einer erfindungsgemässen Heissgaskraftmaschine in einem Längsschnitt;3 details of a hot gas engine according to FIG. 2 in a modified embodiment; 4 shows a third embodiment of a hot gas engine according to the invention in a longitudinal section;
Fig. 5 eine vierte Ausführung einer erfindungsgemässen Heissgaskraftmaschine in einem Längsschnitt;5 shows a fourth embodiment of a hot gas engine according to the invention in a longitudinal section;
Fig. 6 Einzelheiten einer Heissgaskraftmaschine gemäss Fig. 5 in einer abgewandelten Ausführungsform;6 shows details of a hot gas engine according to FIG. 5 in a modified embodiment;
Fig. 7 eine fünfte Ausführung einer erfindungsgemässen Heissgaskraftmaschine in einem Längsschnitt;7 shows a fifth embodiment of a hot gas engine according to the invention in a longitudinal section;
Fig. 8 eine sechste Ausführung einer erfindungsgemässen Heissgaskraftmaschine in einem Längsschnitt;8 shows a sixth embodiment of a hot gas engine according to the invention in a longitudinal section;
Fig. 9 eine siebte Ausführung einer erfindungsgemässen Heissgaskraftmaschine in einem Längsschnitt;9 shows a seventh embodiment of a hot gas engine according to the invention in a longitudinal section;
Fig. 10 Teile einer Heissgaskraftmaschine gemäss einer der Figuren 1-5, 8 oder 9, mit einem an ein zusätzliches Wärmeübertragungssystem anschliessbaren Arbeitskolben, und10 parts of a hot gas engine according to one of FIGS. 1-5, 8 or 9, with a working piston which can be connected to an additional heat transfer system, and
Fig. 11 eine Maschinenanordnung, bestehend aus einer mit einer Einrichtung gemäss Fig. 10 versehenen Heissgaskraftmaschine und einem weiteren thermischen Maschinenaggregat, in einer Seitenansicht gemäss Pfeil XI in Fig. 9.11 shows a machine arrangement consisting of a hot gas engine provided with a device according to FIG. 10 and a further thermal machine unit, in a side view according to arrow XI in FIG. 9.
Die Ausführung gemäss Fig. 1, ein Stirling-Heissgasmotor, enthält ein Gehäuse 1, einen Zylinder 2 mit einem Zylinderdeckel 3, einen im Zylinder 2 verschiebbaren1, a Stirling hot gas engine, contains a housing 1, a cylinder 2 with a cylinder cover 3, and a cylinder 2 that can be displaced
Arbeitskolben 4, der mit dem Zylinderdeckel 3 einen zur Aufnahme eines beliebigen Arbeitsmediums bestimmten Zylinderraum 6 begrenzt, und eine in diesem angeordnete Verdrängungseinrichtung 5 sowie eine Heizeinrichtung 7 zum Erwärmen des Arbeitsmediums und eine Kühleinrichtung 8 zum Kühlen des erwärmten Arbeitsmediums.Working piston 4, which defines with the cylinder cover 3 a cylinder space 6 intended for receiving any working medium, and one arranged therein Displacement device 5 and a heating device 7 for heating the working medium and a cooling device 8 for cooling the heated working medium.
Der Arbeitskolben 4, der in beliebiger, konventioneller Bauart ausgeführt sein kann, ist über eine Kolbenstange 9 und eine daran angelenkte Pleuelstange mit einer Antriebsanordnung 10 koppelbar, welche eine im Gehäuse 1 gelagerte Kurbelwelle 11 mit einem Schwungrad 12 enthält. Die Kurbelwelle 10 kann mit einer beliebigen Arbeitsmaschine, z.B. einem nicht dargestellten Generator oder, wie bei der dargestellten Ausführung angenommen, mit einer Wasserpumpe gekuppelt werden. Die KolbenstangeThe working piston 4, which can be of any conventional design, can be coupled via a piston rod 9 and a connecting rod articulated thereon to a drive arrangement 10 which contains a crankshaft 11 mounted in the housing 1 with a flywheel 12. The crankshaft 10 can be used with any work machine, e.g. a generator, not shown, or, as assumed in the embodiment shown, be coupled to a water pump. The piston rod
9 ist in einem mit dem Gehäuse 1 verbundenen Kreuzkopf 13 axial verschiebbar geführt. Der Zylinder 2 ist mit dem Gehäuse 1 und dem Zylinderdeckel 3 mittels Schrauben 19 verbunden. Der Zylinder 2 und der Zylinderdeckel 3 können darstellungsgemäss je mit einer wärmedämmenden Isolierung 20 versehen sein. Als Arbeitsmedium kann Wasserdampf, Stickstoff, Helium oder dgl., oder, wie beim dargestellten Beispiel angenommen, Luft vorgesehen sein9 is guided axially displaceably in a crosshead 13 connected to the housing 1. The cylinder 2 is connected to the housing 1 and the cylinder cover 3 by means of screws 19. The cylinder 2 and the cylinder cover 3 can each be provided with a thermal insulation 20 as shown. Water vapor, nitrogen, helium or the like, or, as assumed in the example shown, air can be provided as the working medium
Die Verdrängungseinrichtung 5, die den Zylinderraum 6 in einen vom Arbeitskolben 4 begrenzten ersten Arbeitsraum 14 und einen vom Zylinderdeckel 3 begrenzten zweiten Arbeitsraum 15 unterteilt, umfasst ein an der Zylinderwand ortsfest angebrachtes schalenartigesThe displacement device 5, which divides the cylinder space 6 into a first working space 14 delimited by the working piston 4 and a second working space 15 delimited by the cylinder cover 3, comprises a shell-like one fixed to the cylinder wall
Leitelement 16 und eine dynamische Fördervorrichtung 17, die zum Verdrängen des Arbeitsmediums aus dem ersten Arbeitsraum 14 in den zweiten Arbeitsraum 15 und zum Zurückführen des verdrängten Arbeitsmediums in den ersten Arbeitsraum 14 bestimmt ist. Das Leitelement 16 ist mit einer die Arbeitsräume 14 und 15 verbindenden zentralen Durchtrittsöffnung 21 und mit einer gegen den ersten Arbeitsraum 14 abstehenden Umfangspartie ausgeführt, welche mit der Zylinderwand eine die Arbeitsräume 14 und 15 verbindende ringförmige, periphere Durchtrittsöffnung 22 für das Arbeitsmedium begrenzt. Die Fördervorrichtung 17 enthält einen im zweiten Arbeitsraum 15 angeordneten Ventilator, darstellungsgemäss einen durch die zentrale Durchtrittsöffnung 21 anströmbaren Radialventilator 23, der über eine Welle 24 mit einer auf dem Zylinderdeckel 3 angebrachten Antriebseinheit 25 gekoppelt ist.Guide element 16 and a dynamic conveying device 17, which is intended for displacing the working medium from the first working space 14 into the second working space 15 and for returning the displaced working medium into the first working space 14. The guide element 16 is designed with a central passage opening 21 connecting the working spaces 14 and 15 and with a circumferential portion protruding from the first working space 14, which with the cylinder wall forms the working spaces 14 and 15 connecting annular, peripheral passage opening 22 limited for the working medium. The conveying device 17 contains a fan arranged in the second working space 15, as shown a radial fan 23 which can be flowed through through the central passage opening 21 and which is coupled via a shaft 24 to a drive unit 25 mounted on the cylinder cover 3.
Die Antriebseinheit 25 kann, wie bei der vorliegenden Ausführung angenommen, einen Elektromotor enthalten. Das Leitelement 16 kann über eine Anzahl, z. B. drei, über seinen Umfang verteilt angeordnete Halteelemente im Zylinder 2 befestigt sein. Als Halteelemente können Stellschrauben oder, wie dargestellt, vom Leitelement 16 abstehende Rippen 26 vorgesehen sein, die in beliebiger, nicht dargestellter Weise an der Zylinderwand gehalten sind. Das Leitelement 16 kann auch über beliebige, nicht dargestellte Haltemittel mit dem Zylinderdeckel 3 zu einer Einbaueinheit verbunden sein.The drive unit 25, as assumed in the present embodiment, may include an electric motor. The guide element 16 can have a number, for. B. three, arranged distributed over its circumference holding elements in the cylinder 2. Set screws or, as shown, ribs 26 protruding from the guide element 16 can be provided as holding elements, which are held on the cylinder wall in any manner, not shown. The guide element 16 can also be connected to the cylinder cover 3 to form an installation unit by any holding means, not shown.
Im zweiten Arbeitsraum 15 ist ein den Ventilator 23 ringförmig umgebender Regenerator 27 angeordnet, der eine auf dem Leitelement 16 angebrachte, vom Arbeitsmedium radial durchströmbare Einlage 28 aus einem regenerativ wärmespeichernden Material enthält. Als Einlage 28 kann ein aus mehreren Windungen bestehender, loser Wickel eines bandförmigen Drahtsiebes oder, wie beim dargestellten Beispiel angenommen, eine aus entsprechenden, aufrecht stehend angeordneten, konzentrischen ringförmigen Bandabschnitten bestehende lose Packung vorgesehen sein. Ein entsprechende Einlage 28 kann auch eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten stift- bzw. drahtförmigen Speicherelementen enthalten, welche in einer kreisringförmigen Halterung freistehend befestigt sind und somit einen bürstenartigen Regenerator bilden. Die Antriebseinheit 25 des Ventilators 23 kann unabhängig von der Antriebsanordnung 10 des Heissgasmotors betrieben und damit entsprechend einfach, ohne besondere Steuermittel, ausgeführt sein Der Ventilator 23 wird während des Betriebes des Heissgasmotors kontinuierlich angetrieben. Das im Zylinderraum 6 befindliche Arbeitsmedium wird somit in einer permanenten Zirkulation durch die zentrale Durchtrittsöffnung 21 in den zweiten Arbeitsraum 15 angesaugt und durch die periphere Durchtrittsöffnung 22 in den ersten Arbeitsraum 14 zurück gefördert .In the second working space 15 there is a regenerator 27 which surrounds the fan 23 in an annular manner and which contains an insert 28 made of a regeneratively heat-storing material and mounted on the guide element 16 and through which the working medium can flow radially. Provided as insert 28 can be a loose winding of a band-shaped wire screen consisting of several turns or, as assumed in the example shown, a loose packing consisting of corresponding, upright arranged, concentric ring-shaped band sections. A corresponding insert 28 can also contain a multiplicity of pin-shaped or wire-shaped storage elements arranged next to one another, which are fastened in a free-standing manner in an annular holder and thus form a brush-like regenerator. The drive unit 25 of the fan 23 can be operated independently of the drive arrangement 10 of the hot gas engine and can therefore be designed in a correspondingly simple manner without special control means. The fan 23 is continuously driven during the operation of the hot gas engine. The working medium located in the cylinder chamber 6 is thus sucked in a permanent circulation through the central passage opening 21 into the second working chamber 15 and conveyed back into the first working chamber 14 through the peripheral passage opening 22.
Die Heizeinrichtung 7 umfasst ein am Zylinder 2 ortsfest anbringbares Heizorgan 31 und eine diesem zugeordnete Beheizungsanordnung 32. Der Zylinderdeckel 3, der darstellungsgemäss mit über den Umfang des Zylinders 2 vorstehenden Randpartien 30 ausgeführt sein kann, ist als Heizorgan 31 ausgebildet, welches eine dem zweiten Arbeitsraum 15 zugewandte, über dessen Querschnitt sich erstreckende Heizfläche 33 aufweist. Die Beheizungsanordnung 32 ist an der dem Arbeitsraum 15 abgewandten Aussenfläche 34 des Zylinderdeckels 3 ausgebildet, welche zum Absorbieren einer Wärmestrahlung 35, darstellungsgemäss einer Sonneneinstrahlung, bestimmt ist.The heating device 7 comprises a heating element 31 which can be fixedly attached to the cylinder 2 and a heating arrangement 32 associated therewith. The cylinder cover 3, which according to the illustration can be designed with edge portions 30 projecting beyond the circumference of the cylinder 2, is designed as a heating element 31 which is a part of the second working space 15 facing, over the cross section extending heating surface 33. The heating arrangement 32 is formed on the outer surface 34 of the cylinder cover 3 facing away from the working space 15, which is intended for absorbing heat radiation 35, as shown by solar radiation.
Die für den Betrieb des Heissgasmotors erforderlicheThe necessary for the operation of the hot gas engine
Kühleinrichtung 8 zum Kühlen des erwärmten Arbeitsmediums umfasst eine an eine Speichereinheit 38 für ein flüssiges oder verflüssigtes Arbeitsmedium anschliessbare, für sich ansteuerbare Einspritzvorrichtung 40 zum Einführen einer bestimmten Menge des als Kühlmittel verwendetenCooling device 8 for cooling the heated working medium comprises an injection device 40, which can be controlled and connected to a storage unit 38 for a liquid or liquefied working medium, for introducing a certain amount of the coolant used
Arbeitsmediums in den ersten Arbeitsraum 14 und eine Ableitanordnung 41 zum Abführen einer beim Einspritzvorgang anfallenden überschüssigen Menge des Arbeitsmediums aus dem ersten Arbeitsraum 14. Als Kühlmittel kann das für den Arbeitsprozess verwendete Arbeitsmedium oder, nach einer anderen möglichen Ausführung, ein gleichartig wirkendes zweites Arbeitsmedium vorgesehen sein. Es sind auch Ausführungen möglich, bei denen anstelle eines flüssigen bzw. verflüssigten Arbeitsmediums trockene oder feuchte Luft als Kühlmittel verwendet werden kann. Bei der beschriebenen Ausführung ist als Kühlmittel Wasser angenommen.Working medium in the first working space 14 and a discharge arrangement 41 for discharging an excess amount of the working medium arising during the injection process from the first working space 14. As Coolant can be the working medium used for the working process or, according to another possible embodiment, a second working medium acting in the same way. Designs are also possible in which dry or moist air can be used as the coolant instead of a liquid or liquefied working medium. In the embodiment described, water is assumed as the coolant.
Die Einspritzvorrichtung 40 enthält ein an eineThe injector 40 includes one to one
Zuführleitung 39 angeschlossenes Einpritzorgan 42, welches die Zylinderwand durchsetzt und zwischen der in der Zeichnung strichpunktiert angedeuteten oberen Totpunktlage des Arbeitskolbens 4 und der Verdrängungseinrichtung 5 in den ersten Arbeitsraum 14 mündet. Die Einspritzvorrichtung 40 ist ferner an eine nicht dargestellte Steuervorrichtung angeschlossen, welche über an sich bekannte Steuermittel, z. B. durch jeweils von einer bestimmten Winkelstellung der Kurbelwelle 11 abgeleitete Steuersignale, im Sinne einer takt ässigen Betätigung der Einspritzvorrichtung 40 beeinflussbar ist. Die Ableitanordnung 41 enthält eine die Zylinderwand durchsetzende Austrittsleitung 43, die oberhalb der dargestellten unteren Totpunktlage des Arbeitskolbens 4 an den ersten Arbeitsraum 14 angeschlossen ist. Die Austrittsleitung 43 kann ins Freie geführt oder, wie dargestellt, an einen Sammler 44 für das überschüssige Arbeitsmedium angeschlossen sein. Es sind auch Ausführungen möglich, bei denen zwei oder mehrere, in Umfangsrichtung gegeneinander versetzte Einspritzorgane 42 und/oder Austrittsleitungen 43 vorgesehen sind.Supply line 39 connected injection element 42, which passes through the cylinder wall and opens into the first working space 14 between the top dead center position of the working piston 4 and the displacement device 5 indicated by the dot-dash line in the drawing. The injection device 40 is also connected to a control device, not shown, which via known control means, for. B. can be influenced by control signals derived from a specific angular position of the crankshaft 11, in the sense of a cyclical actuation of the injection device 40. The discharge arrangement 41 contains an outlet line 43 which penetrates the cylinder wall and which is connected to the first working space 14 above the bottom dead center position of the working piston 4 shown. The outlet line 43 can be led outside or, as shown, connected to a collector 44 for the excess working medium. Designs are also possible in which two or more injection members 42 and / or outlet lines 43 are provided, which are offset with respect to one another in the circumferential direction.
Beim vorstehend beschriebenen Heissgasmotor wird die dem Zylinderdeckel 3 von aussen zugeführte Wärme innerhalb des Motors stetig an das den zweiten Arbeitsraum 15 durchströmende Arbeitsmedium und an den Regenerator 27 abgegeben. Die während der Kompressionsphase des Arbeitsprozesses benötigte Kühlung des stetig erwärmten Arbeitsmediums wird durch die Einspritzvorrichtung 40 gewährleistet. Durch die Einspritzung des kalten Arbeitsmediums in den ersten Arbeitsraum 14 werden vorerst das gesamte im Zylinder 2 vorhandene Arbeitmedium und auch der Regenerator 27 gekühlt und anschliessend erwärmt, wobei der Druck im Zylinder 2 annähernd isotherm erhöht wird. Während der Expansionsphase wird die von aussen weiterhin zugeführte Wärme an das Arbeitmedium und an den Regenerator 27 abgegeben, wodurch Arbeit erzeugt und der Druck im Zylinder 2 annähernd isotherm gesenkt wird. Am Ende der Expansionsphase wird die überschüssige Menge des Arbeitsmediums entsprechend dem im Motor beim Kompressionsbeginn herrschenden Druck ausgelassen.In the hot gas engine described above, the heat supplied to the cylinder cover 3 from outside is inside of the engine is continuously delivered to the working medium flowing through the second working space 15 and to the regenerator 27. The injection device 40 ensures that the continuously heated working medium is cooled during the compression phase of the working process. The injection of the cold working medium into the first working space 14 initially cools and then heats the entire working medium present in the cylinder 2 and also the regenerator 27, the pressure in the cylinder 2 being increased approximately isothermally. During the expansion phase, the heat which is still supplied from the outside is given off to the working medium and to the regenerator 27, as a result of which work is generated and the pressure in the cylinder 2 is reduced approximately isothermally. At the end of the expansion phase, the excess amount of working fluid is released in accordance with the pressure prevailing in the engine at the start of compression.
Die am Zylinderdeckel 3 ausgebildete Heizfläche 33 ermöglicht eine über den ganzen Zylinderquerschnitt wirksame, effiziente Übergabe der von aussen zugeführten Wärme an das Arbeitmedium. Durch die dem ersten Arbeitsraum 14 zugeordnete Einspritzvorrichtung 40 ist eine entsprechend vorteilhafte, im ganzen Zylinderraum 6 direkt wirksame, effiziente Kühlung des Arbeitmediums erzielbar. Die beschriebene Ausführung ermöglicht, insbesondere in Verbindung mit der ortsfesten Verdrängungseinrichtung 5 und dem Regenerator 27, welche mit relativ kleinen Abmessungen ausgeführt werden können, eine besonders kompakte und vorteilhaft einfache Bauweise des Heissgasmotors.The heating surface 33 formed on the cylinder cover 3 enables effective, efficient transfer of the heat supplied from the outside to the working medium over the entire cylinder cross section. A correspondingly advantageous, efficient cooling of the working medium which is directly effective in the entire cylinder space 6 can be achieved by the injection device 40 assigned to the first working space 14. The described embodiment enables, in particular in connection with the fixed displacement device 5 and the regenerator 27, which can be implemented with relatively small dimensions, a particularly compact and advantageously simple construction of the hot gas engine.
Im Übrigen ist die Arbeitsweise einer klassischen Heissgaskraftmaschine dem Fachmann allgemein bekannt (z.B. DE 25 22 711 AI), so dass auf diesbezügliche nähere Erläuterungen verzichtet wird. In den Zeichnungsfiguren sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.Incidentally, the operation of a classic hot gas engine is generally known to the person skilled in the art (for example DE 25 22 711 AI), so that further explanations in this regard are dispensed with. Corresponding parts are provided with the same reference symbols in the drawing figures.
Die Figur 2 zeigt einen Heissgasmotor, der sich von der Ausführung nach Fig.l im Wesentlichen nur durch einen den Zylinder 2 bündig abschliessenden Zylinderdeckel 46 und eine modifizierte Heizeinrichtung 47 unterscheidet. Die folgende Beschreibung beschränkt sich daher auf die entsprechenden Unterschiede. Die Heizeinrichtung 47 umfasst ein im ersten Arbeitsraum 14 ortsfest angeordetes, darstellungsgemäss plattenförmiges Heizorgan 48 und eine diesem zugeordnete Beheizungsanordnung 50 mit einer im Abstand vom Zylinder 2 vorgesehenen Wärmespeichereinheit 51. Die Wärmespeichereinheit 51 enthält einen zur Aufnahme eines beliebigen Speichermediums, z. B. Wasser, Öl oder dgl., bestimmten Behälter, der mit einer auf beliebige Weise, darstellungsgemäss durch Sonneneinstrahlung, beheizbaren Wand 52 ausgeführt ist. Die anderen Wände des Behälters können mit einer wärmedämmenden Isolierung 20 versehen sein.FIG. 2 shows a hot gas engine which differs from the embodiment according to FIG. 1 essentially only by a cylinder cover 46 which is flush with the cylinder 2 and a modified heating device 47. The following description is therefore limited to the corresponding differences. The heating device 47 comprises a plate-shaped heating element 48, which is arranged in a fixed manner in the first working space 14, and a heating arrangement 50 associated therewith, with a heat storage unit 51 provided at a distance from the cylinder 2. The heat storage unit 51 contains one for receiving any storage medium, for. B. water, oil or the like., Certain container, which is designed with a wall 52 which can be heated in any way, as shown by solar radiation. The other walls of the container can be provided with thermal insulation 20.
Das Heizorgan 48 weist zwei Heizflächen 33 auf, die sich je im Wesentlichen über den Querschnitt des ersten Arbeitsraumes 14 erstrecken, wobei es mit der Zylinderwand einen Ringspalt begrenzt, der eine vom Arbeitsmedium durchströmbare Durchtrittsöffnung 53 bildet. Das Heizorgan 48 kann auf beliebige Weise, darstellungsgemäss mittels einer Anzahl über seinen Umfang verteilt angeordneter Rippen 54, an der Zylinderwand befestigt sein. Das Heizorgan 48 kann auch mit an der Zylinderwand direkt befestigbarenThe heating element 48 has two heating surfaces 33, each of which essentially extends over the cross section of the first working space 14, wherein it defines an annular gap with the cylinder wall, which forms a passage opening 53 through which the working medium can flow. The heating element 48 can be fastened to the cylinder wall in any manner, as shown by means of a number of ribs 54 distributed over its circumference. The heating element 48 can also be attached directly to the cylinder wall
Umfangsabschnitten ausgeführt und mit mehreren, über den Umfang verteilt angeordneten Durchtrittsöffnungen 53 versehen sein. Das Heizorgan 48 enthält eine von einem beliebigen Wärmeübertragungsfluid, z. B. Wasser, durchströmbare Heizanordnung 55 für die Heizfächen 33. Die Heizanordnung 55 ist über zwei die Wand des Zylinders 2 durchsetzende Verbindungsorgane an eine Zuführleitung 56 und an eine Rückführleitung 57 eines Heizkreislaufs 58 angeschlossen. Der Heizkreislauf 58 enthält einen in der Wärmespeichereinheit 51 angeordneten, als Heizschlange dargestellten Wärmeübertrager 49 und eine in der Zuführleitung 56 angeordnete Pumpe 59 zum Fördern des Wärmeübertragungsfluids. Bei dieser Ausführung wird die dem Heizorgan 48 von aussen zugeführte Wärme innerhalb des Motors stetig an das im ersten Arbeitsraum 14 befindliche Arbeitsmedium abgegeben. Durch die beiden Heizfächen 33 des Heizorgans 48 ist eine besonders effiziente, über den ganzen Zylinderquerschnitt direkt wirksame Wärmeübergabe erzielbar. Auch diese Ausführung ermöglicht eine besonders kompakte und vorteilhaft einfache Bauweise des Heissgasmotors.Circumferential sections executed and provided with a plurality of through openings 53 arranged distributed over the circumference. The heater 48 contains one of any heat transfer fluid, e.g. B. water, flow-through heating arrangement 55 for the heating surfaces 33. The heating arrangement 55 is connected to a feed line 56 and to a return line 57 of a heating circuit 58 via two connecting elements which pass through the wall of the cylinder 2. The heating circuit 58 contains a heat exchanger 49 which is arranged in the heat storage unit 51 and is represented as a heating coil and a pump 59 which is arranged in the supply line 56 for conveying the heat transfer fluid. In this embodiment, the heat supplied to the heating element 48 from the outside is continuously released within the engine to the working medium located in the first working space 14. The two heating surfaces 33 of the heating element 48 make it possible to achieve a particularly efficient heat transfer which is directly effective over the entire cylinder cross section. This version also enables a particularly compact and advantageously simple construction of the hot gas engine.
Die Figur 3 zeigt Teile der Ausführung nach Fig. 2 und eine modifizierte Heizeinrichtung 61 mit einem im ersten Arbeitsraum 14 ortsfest angebrachten Heizorgan 62, welches ein katalytisches Heizaggregat 60 enthält. Das Heizaggregat 60 ist über drei die Wand des Zylinders 2 durchsetzende Leitungsorgane 63, 64 und 65 an eine Quelle 66 eines fluiden Brennstoffs, z. B. Propangas, Wasserstoff oder dgl., an eine Quelle 67 eines Reaktionsoder Oxidationsmittels und an eine Abführleitung 68 für die beim katalytischen Prozess anfallenden Prozessprodukte angeschlossen. Die Prozessprodukte können an die Atmosphäre abgegeben oder, wie dargestellt, einem Sammler 69 zugeführt werden. Bei dieser Ausführung wird die an das Arbeitsmedium zu übertragende Wärme innerhalb des Heizorgans 62, in unmittelbarer Nähe der beiden Heizflächen 33 erzeugt. Mit der auf relativ einfache Weise steuerbaren Heizeinrichtung 61 ist daher eine besonders effiziente Wärmeübertragung mit relativ geringem Aufwand realisierbar.FIG. 3 shows parts of the embodiment according to FIG. 2 and a modified heating device 61 with a heating element 62 which is fixedly mounted in the first working space 14 and which contains a catalytic heating unit 60. The heating unit 60 is via three line members 63, 64 and 65 passing through the wall of the cylinder 2 to a source 66 of a fluid fuel, e.g. B. propane gas, hydrogen or the like., Connected to a source 67 of a reaction or oxidizing agent and to a discharge line 68 for the process products obtained in the catalytic process. The process products can be released into the atmosphere or, as shown, fed to a collector 69. In this embodiment, the heat to be transferred to the working medium is generated within the heating element 62, in the immediate vicinity of the two heating surfaces 33. With the heating device 61, which can be controlled in a relatively simple manner, is therefore a b Particularly efficient heat transfer can be implemented with relatively little effort.
Die Figur 4 zeigt eine Heissgasmotor, der sich von der Ausführung nach Fig. 2 durch eine modifizierte Heizeinrichtung 70 zum Erwärmen des im ersten Arbeitsraum 14 befindlichen Arbeitsmediums und eine modifizierte Fördervorrichtung 72 unterscheidet. Die folgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die entsprechenden Unterschiede. Die Heizeinrichtung 70 umfasst eine zur Abgabe einer gebündelten Sonnenstrahlung 73 ausgelegte Sonnenkollektoranlage 74 und ein im ersten Arbeitsraum 14 ortsfest angeordnete Heizorgan 71, welches sich im Wesentlichen über den Zylinderquerschnitt erstreckt. Die Sonnenkollektoranlage 74 enthält mindestens ein dem Zylinderdeckel 46 zugeordnetesFIG. 4 shows a hot gas engine which differs from the embodiment according to FIG. 2 by a modified heating device 70 for heating the working medium located in the first working space 14 and a modified conveying device 72. The following description is essentially limited to the corresponding differences. The heating device 70 comprises a solar collector system 74 designed to emit bundled solar radiation 73 and a heating element 71 which is arranged in a fixed manner in the first working space 14 and which extends essentially over the cylinder cross section. The solar collector system 74 contains at least one associated with the cylinder cover 46
Anschlussorgan 75, welches zum Einführen mindestens eines Teils der gebündelten Sonnenstrahlung 73 in den ersten Arbeitsraum 14 bestimmt und darstellungsgemäss auf der Antriebseinheit 25 der Fördervorrichtung 72 angebracht ist. Das Anschlussorgan 75 ist über eine Zuführleitung 76, die aus einem Bündel von Lichtleitfasern bestehen kann, an einen Ausgang der Sonnenkollektoranlage 74 anschliessbar und enthält ein zum Einführen in den Zylinder 2 bestimmtes rohrförmiges Leitungselement 77 für die Sonnenstrahlung 73.Connection element 75, which is intended for introducing at least part of the concentrated solar radiation 73 into the first working space 14 and, as shown, is attached to the drive unit 25 of the conveying device 72. The connection element 75 can be connected to an outlet of the solar collector system 74 via a feed line 76, which can consist of a bundle of optical fibers, and contains a tubular line element 77 for the solar radiation 73 intended for insertion into the cylinder 2.
Der Ventilator 23 der Fördervorrichtung 72 ist mit der Antriebseinheit 25 über eine durchgehende Hohlwelle 78 koppelbar, welche zugleich zur berührungsfreien Aufnahme des Leitungselementes 77 bestimmt ist und damit einen gegen den ersten Arbeitsraum 14 gerichteten Austritt für die Sonnenstrahlung 73 umgibt. Das Leitungselement 77 kann mit einem für das Arbeitsmedium undurchlässigen, nicht dargestellten Verschlussteil aus einem transparenten Material, z.B. Glas oder dgl., versehen sein. Als Verschlussteil kann auch ein lichtbrechendes optisches Element vorgesehen sein. Durch die beschriebene Anordnung kann die gebündelte Sonnenstrahlung 73 ungehindert, ohne nennenswerte Erwärmung der Fördervorrichtung 72 und des im zweiten Arbeitsraum 15 befindlichen Arbeitsmediums, durch die zentrale Durchtrittsöffnung 21 in den ersten Arbeitsraum 14 eingeführt und auf eine zentrale Partie des Heizorgans 71 konzentriert werden. Das Heizorgan 71 ist als relativ massive Platte ausgebildet, die aus einem wärmeabsorbierenden Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, z. B. einem für hohe thermische Beanspruchungen geeigneten keramischen Werkstoff, besteht. Entsprechend kann die gespeicherte Wärme auf vorteilhaft effiziente, einfache Weise gleichmässig über die beiden Heizflächen 33 verteilt und an das im ersten Arbeitsraum 14 befindliche Arbeitsmittel abgegeben werden.The fan 23 of the conveying device 72 can be coupled to the drive unit 25 via a continuous hollow shaft 78, which is at the same time intended for the contact-free reception of the line element 77 and thus surrounds an outlet directed against the first working space 14 for the solar radiation 73. The line element 77 can be provided with a closure part made of a transparent material, for example glass or the like, which is impermeable to the working medium and not shown his. A refractive optical element can also be provided as the closure part. As a result of the arrangement described, the bundled solar radiation 73 can be introduced through the central passage opening 21 into the first working space 14 without any significant heating of the conveying device 72 and the working medium located in the second working space 15 and concentrated on a central part of the heating element 71. The heating element 71 is designed as a relatively solid plate, which is made of a heat-absorbing material with high thermal conductivity, for. B. a ceramic material suitable for high thermal loads. Accordingly, the stored heat can be distributed in an advantageously efficient, simple manner evenly over the two heating surfaces 33 and can be released to the working medium located in the first working space 14.
Die Sonnenkollektoranlage 74 kann, wie bei der vorliegenden Ausführung angenommen, ein an sich bekanntes fokussierendes System aus nicht dargestellten Hohlspiegeln enthalten. Die Sonnenkollektoranlage 74 kann ferner mindestens einen zusätzlichen Ausgang, darstellungsgemäss zwei weitere Ausgänge mit an diese anschliessbaren Zuführleitungen 76 aufweisen, welche je einem entsprechenden Anschlussorgan 75 einer weiteren, nicht dargestellten Heissgaskraftmaschine zugeordnet sein können.As assumed in the present embodiment, the solar collector system 74 can contain a focusing system, known per se, of concave mirrors, not shown. The solar collector system 74 can furthermore have at least one additional output, as shown in the illustration two further outputs with feed lines 76 which can be connected to these and which can each be assigned to a corresponding connection element 75 of a further hot gas engine, not shown.
Der in der Figur 5 dargestellte Heissgasmotor unterscheidet sich von der Ausführung nach Fig. 1 imThe hot gas engine shown in FIG. 5 differs from the embodiment according to FIG
Wesentlichen durch einen modifizierten Arbeitskolben 80, eine modifizierte Kolbenstange 84, einen modifizierten Zylinder 81 und eine modifizierte Ableitanordnung 82 zum Abführen des überschüssigen Arbeitsmediums, welches beim vorstehend beschriebenen Einspritzvorgang anfällt. Der Arbeitskolben 80 ist als Membrankolben mit mindestens einer flexiblen Membran 83 beliebiger Form ausgeführt, die zwischen zwei Abschnitten 85 und 86 des Zylinders 81 ortsfest und dichtend angebracht und an der Kolbenstange 84 dichtend und zwischen der dargestellten unteren Totpunktlage und einer strichpunktiert angedeuteten oberen Totpunktlage beweglich gehalten ist. Die Ableitanordnung 82 umfasst eine in der Kolbenstange 84 ausgebildete, mit dem Arbeitsraum 14 kommunizierende Längsbohrung 87, eine an diese anschliessbare flexible Verbindungsleitung 88, die mit einer am Gehäuse 1 ortsfest angebrachten Austrittsleitung 90 koppelbar ist, und ein in dieser angeordnetes Auslassventil 89 für das • abzuführende überschüssige Arbeitsmedium. Das Auslassventil 89 ist mit einer nicht dargestellten Steuervorrichtung versehen, welche über an sich bekannte Steuermittel, z. B. durch jeweils von einer bestimmten Winkelstellung der Kurbelwelle 11 abgeleitete Steuersignale, im Sinne einer taktmässigen Öffnung des Auslassventils 89 beeinflussbar ist, derart, dass jeweils am Ende der Expansionsphase des Arbeitsprozesses die überschüssige Menge des Arbeitsmediums ausgelassen wird. Diese Ausführung ermöglicht eine gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 weiter vereinfachte kompaktere und besonders kostengünstige Bauweise des Heissgasmotors.Essentially by a modified working piston 80, a modified piston rod 84, a modified cylinder 81 and a modified discharge arrangement 82 for discharging the excess working medium which injection process described above occurs. The working piston 80 is designed as a diaphragm piston with at least one flexible diaphragm 83 of any shape, which is fixed and sealed between two sections 85 and 86 of the cylinder 81 and is movably held on the piston rod 84 in a sealing manner and between the bottom dead center position shown and a top dead center position indicated by dash-dotted lines is. The discharge arrangement 82 comprises a longitudinal bore 87 formed in the piston rod 84 and communicating with the working space 14, a flexible connecting line 88 which can be connected to it and which can be coupled to an outlet line 90 fixedly attached to the housing 1, and an outlet valve 89 arranged therein for the excess working medium to be discharged. The outlet valve 89 is provided with a control device, not shown, which via known control means, for. B. can be influenced by control signals derived from a specific angular position of the crankshaft 11, in the sense of a cyclical opening of the outlet valve 89, in such a way that the excess amount of the working medium is omitted at the end of the expansion phase of the working process. This embodiment enables a more compact and particularly cost-effective construction of the hot gas engine compared to the embodiment according to FIG. 1.
Wie aus der Figur 5 weiter hervorgeht, kann die Heizeinrichtung 7 ein im ersten Arbeitsraum 14 angeordnetes, wahlweise zuschaltbares zweites Heizorgan 107 enthalten, welches, analog zum Heizorgan 48 (Fig. 2), plattenförmig ausgeführt ist und sich im Wesentlichen über den Querschnitt des Arbeitsraumes 14 erstreckt. Das Heizorgan 107 enthält ein als Heizschlange dargestelltes, integriertes elektrisches Heizelement 108, welches über eine die Wand des Zylinderabschnitts 85 durchsetzende Leitungsanordnung 110 an eine beliebige externe Stromquelle 111 anschliessbar ist. Beim dargestellten Beispiel ist eine im Abstand vom Zylinder 81 angeordnete, aus Solarzellen bestehende Sonnenbatterie 112 als Stromquelle angenommen. Durch Zuschalten des zweiten Heizorgans 107 kann das über den Zylinderdeckel 3 erwärmte Arbeitsmedium zeitweise oder ständig zusätzlich erwärmt, und damit die Heizleistung der Heizeinrichtung 7 mit vorteilhaft geringem Aufwand an den jeweiligen Energiebedarf angepasst werden. Das Heizorgan 107 kann mit einer vorteilhaft geringen Dickenabmessung ausgeführt sein. Es ist auch eine Ausführung mit zwei oder mehreren derartigen, platzsparenden Heizorganen 107 möglich, welche im ersten Arbeitsraum 14 im Abstand voneinander, nacheinander umströmbar bzw. durchströmbar angeordnet werden können.As can further be seen from FIG. 5, the heating device 7 can contain a selectively switchable second heating element 107 which is arranged in the first working space 14 and which, like the heating element 48 (FIG. 2), is plate-shaped and essentially extends over the cross section of the working space 14 extends. The heating element 107 contains an integrated electrical heating element 108, shown as a heating coil, which passes through the wall of the cylinder section 85 Line arrangement 110 can be connected to any external power source 111. In the example shown, a solar battery 112 which is arranged at a distance from the cylinder 81 and is composed of solar cells is assumed to be the current source. By switching on the second heating element 107, the working medium heated via the cylinder cover 3 can be temporarily or continuously additionally heated, and thus the heating power of the heating device 7 can be adapted to the respective energy requirement with advantageously little effort. The heating element 107 can be designed with an advantageously small thickness dimension. An embodiment with two or more such space-saving heating elements 107 is also possible, which can be arranged in the first working space 14 at a distance from one another, around which flow can flow, or through which flow.
Die Figur 6 zeigt Teile einer Ausführung gemäss Fig. 5 mit einer modifizierten Kolbenstange 91, einer modifizierten Antriebseinrichtung 92 und einer modifizierten Ableitanordnung 93. Die Kolbenstange 91 weist eine über ihre Länge durchgehende Längsbohrung 94 auf. Die Antriebseinrichtung 92 umfasst eine im Gehäuse 1 gelagerte Welle 96, welche einerseits über eine Kurbelscheibe 95 mit einer an der Kolbenstange 91 einseitig angelenkten Pleuelstange 97 und andererseits mit einer nicht dargestellten Arbeitsmaschine koppelbar ist. Die Ableitanordnung 93 umfasst ein Auslassventil 98, welches am freien Ende der Kolbenstange 91 angeordnet ist, und ein diesem freien Ende zugeordnetes, im Gehäuse 1 ortsfest angebrachtes, darstellungsgemäss trichterartiges Ableitorgan 99 für das abzuführende überschüssige Arbeitsmedium. Das Auslassventil 98 enthält einen gegen die Längsbohrung 94 gerichteten Ventilsitz 101 und einen in der Längsbohrung 94 mit seitlichem Spiel angeordneten, darstellungsgemäss kugelförmigen Ventilkörper 102, der unter der Wirkung seines Eigengewichtes und des im Zylinderraum 6 herrschenden Druckes des Arbeitsmediums in Schliessstellung gehalten ist. Zum Betätigen des Auslassventils 98 ist ein ortsfest angeordneter Anschlagteil 103 vorgesehen, der darstellungsgemäss im Ableitorgan 99 durch seitliche Rippen 26 freistehend gehalten ist und der in den Bewegungsbereich des in Schliessstellung gehaltenen Ventilkörpers 102 ragt, um diesen im Bereich der unteren Hubstellung der Kolbenstange 91 vom Ventilsitz 101 abzuheben. Entsprechend kann das überschüssige Arbeitsmedium am Ende der Expansionsphase des Arbeitsprozesses auf vorteilhaft einfache Weise, insbesondere ohne zusätzlichen Steuerungsaufwand, über das Ableitorgan 99 ausgelassen werden.FIG. 6 shows parts of an embodiment according to FIG. 5 with a modified piston rod 91, a modified drive device 92 and a modified discharge arrangement 93. The piston rod 91 has a longitudinal bore 94 which is continuous over its length. The drive device 92 comprises a shaft 96 mounted in the housing 1, which can be coupled on the one hand via a crank disk 95 to a connecting rod 97 articulated on the piston rod 91 on the one hand and on the other hand to a non-illustrated working machine. The discharge arrangement 93 comprises an outlet valve 98, which is arranged at the free end of the piston rod 91, and a discharge-type discharge element 99, which is attached to this free end and is fixedly attached in the housing 1 for the excess working medium to be discharged, as shown in the illustration. The outlet valve 98 contains a valve seat 101 directed against the longitudinal bore 94 and a spherical one, which is arranged in the longitudinal bore 94 with lateral play, as shown Valve body 102, which is held in the closed position under the effect of its own weight and the pressure of the working medium prevailing in the cylinder chamber 6. To actuate the outlet valve 98, a stationary stop part 103 is provided, which is shown to be free-standing in the deflection element 99 by side ribs 26 and which projects into the range of motion of the valve body 102 held in the closed position, around the valve rod in the region of the lower stroke position of the piston rod 91 101 take off. Accordingly, the excess working medium at the end of the expansion phase of the working process can be discharged in an advantageously simple manner, in particular without additional control effort, via the drainage device 99.
Es sind noch zahlreiche weitere Ausführungsformen der Erfindung möglich. So können auch Arbeitskolben 4 über Kolbenstangen 84 oder 91 an entsprechend modifizierte Ableitanordnungen 82 bzw. 93 angeschlossen sein. Ferner kann bei der Ausführung nach Fig. 2 anstelle desNumerous other embodiments of the invention are possible. For example, working pistons 4 can also be connected via piston rods 84 or 91 to correspondingly modified discharge arrangements 82 or 93. Furthermore, in the embodiment of FIG. 2 instead of
Heizorgans 48 mindestens ein Heizorgan 107 gemäss Fig. 5 mit einem integrierten elektrischen Heizelement vorgesehen sein, welches über eine entsprechende Leitungsanordnung 110 an eine beliebige Stromquelle anschliessbar ist.Heating element 48 at least one heating element 107 according to FIG. 5 can be provided with an integrated electrical heating element which can be connected to any power source via a corresponding line arrangement 110.
Der in der Figur 7 dargestellte Heissgasmotor unterscheidet sich von der Ausführung nach Fig. 5 im Wesentlichen durch eine modifizierte Verdrängungseinrichtung 123, eine modifizierte Heizeinrichtung 124, eine modifizierte KühleinrichtungThe hot gas engine shown in FIG. 7 differs from the embodiment according to FIG. 5 essentially by a modified displacement device 123, a modified heating device 124, and a modified cooling device
125 und einen modifizierten Regenerator 126. Die folgende Beschreibung beschränkt sich daher auf die entsprechenden Unterschiede. Die Verdrängungseinrichtung 123 enthält einen Verdrängerkolben 127, der über eine zweite Kolbenstange 128 mit einer auf dem Zylinderdeckel 46 angebrachten, für sich ansteuerbaren Antriebseinrichtung 129 relativ zum Arbeitskolben 80 zwischen einer dargestellten oberen und einer strichpunktiert angedeuteten unteren Totpunktlage verschiebbar gekoppelt ist. Die Antriebseinrichtung 129 kann einen elektrisch oder, wie beim dargestellten Beispiel angenommen, pneumatisch betriebenen Motor enthalten, der über nicht dargestellte, bekannte Steuermittel, z. B. durch jeweils von einer bestimmten Winkelstellung der Kurbelwelle 11 abgeleitete Steuersignale, beeinflussbar ist. Der Verdrängerkolben 127 ist in einem seinen Hubbereich umgebenden offenen Rohrstück 136 angeordnet, welches im Zylinderabschnitt 85 ortsfest angebracht ist und mit dessen Innenwand einen die Arbeitsräume 14 und 15 verbindenden Strömungskanal 137 begrenzt.125 and a modified regenerator 126. The following description is therefore limited to the corresponding differences. The displacement device 123 contains a displacement piston 127, which a second piston rod 128 is slidably coupled to a drive device 129, which can be actuated on the cylinder cover 46 and can be actuated relative to the working piston 80, between an upper dead center position and a lower dead center position indicated by dash-dotted lines. The drive device 129 can contain an electrically or, as assumed in the example shown, pneumatically operated motor, which is operated via known control means, not shown, e.g. B. can be influenced by control signals derived from a specific angular position of the crankshaft 11. The displacer piston 127 is arranged in an open tube piece 136 surrounding its stroke area, which is fixed in place in the cylinder section 85 and with the inner wall of which delimits a flow channel 137 connecting the working spaces 14 and 15.
Die Heizeinrichtung 124 enthält ein von einem beliebigen Wärmeübertragungsfluid durchströmbares Heizorgan 138, welches in einem dem zweiten Arbeitsraum 15 zugeordneten Endabschnitt des Strömungskanals 137 angeordnet und über die Zylinderwand durchsetzende Verbindungsorgane an einen Verteiler 139 einer Speichereinheit 140 für erwärmtes Wärmeübertragungsfluid bzw. an einen Sammler 141 für das abgekühlte Wärmeübertragungsfluid anschliessbar ist. Als Heizorgan 138 ist darstellungsgemäss ein Rohrsystem 142 vorgesehen, welches sich in mehreren übereinander angeordneten, z. B. je spiralförmigen Windungen über einen Teilabschnitt des Arbeitsraums 15 erstreckt und eine dem Zylinderraum 6 zugewandte Heizfläche 118 bildet.The heating device 124 contains a heating element 138 through which any heat transfer fluid can flow, which is arranged in an end section of the flow channel 137 assigned to the second working space 15 and connecting elements passing through the cylinder wall to a distributor 139 of a storage unit 140 for heated heat transfer fluid or to a collector 141 for the cooled heat transfer fluid can be connected. As a heating element 138, a pipe system 142 is provided as shown, which is arranged in a plurality of one another, for. B. each spiral turns over a portion of the work space 15 and forms a cylinder surface 6 facing heating surface 118.
Die Kühleinrichtung 125 enthält ein Kühlorgan 238, welches in einem dem ersten Arbeitsraum 14 zugeordneten Endabschnitt des Strömungskanals 137 angeordnet und zur Aufnahme eines unter hohem Druck zugeführten verflüssigten Kühlmittels bestimmt ist. Das Kühlorgan 238, darstellungsgemäss ein analog zum Heizorgan 138 ausgebildetes Rohrsystem 242, erstreckt sich entlang der Zylinderwand über mindestens einen Teilabschnitt des Arbeitsraumes 14 und ist über die Zylinderwand durchsetzende Verbindungsorgane an einen Verteiler 239 einer Speichereinheit 240 für das verflüssigte Kühlmittel bzw. an einen Sammler 241 für das beim Kühlen des Arbeitsmediums verdampfende Kühlmittel angeschlossen. Der Regenerator 126 ist zwischen dem Heizorgan 138 und dem Kühlorgan 238 angeordnet und enthält eine wärmespeichernde Packung 28 aus stift- bzw. drahtförmigen Speicherelementen, welche in einer bürstenartigen Anordnung in einer am Umfang des RohrStücks 136 angebrachten Halterung 143 freistehend befestigt sind.The cooling device 125 contains a cooling element 238, which is arranged in an end section of the flow channel 137 assigned to the first working chamber 14 and for receiving a supply under high pressure liquefied coolant is determined. The cooling element 238, shown as a pipe system 242 designed analogously to the heating element 138, extends along the cylinder wall over at least a partial section of the working space 14 and is via the cylinder wall connecting elements to a distributor 239 of a storage unit 240 for the liquefied coolant or to a collector 241 for the coolant evaporating when cooling the working medium. The regenerator 126 is arranged between the heating element 138 and the cooling element 238 and contains a heat-storing package 28 made of pin-shaped or wire-shaped storage elements, which are fastened in a brush-like arrangement in a holder 143 attached to the circumference of the pipe piece 136 in a free-standing manner.
Die über das Heizorgan 138 von aussen zugeführte Wärme wird innerhalb des Motors stetig an das im zweiten Arbeitsraum 15 befindliche Arbeitsmedium und an den Regenerator 126 abgegeben. Durch das dem ersten Arbeitsraum zugeordnete Kühlorgan 238 wird die während der Kompressionsphase benötigte Kühlung des erwärmten Arbeitsmediums gewährleistet. Die während der Expansionsphase benötigte Wärme wird dem Arbeitsmedium weiterhin durch das Heizorgan 138 zugeführt. Die im Motor isochor ausgetauschte Wärme wird vom Regenerator 126 am Ende der Kompressionsphase an das Arbeitsmedium abgegeben und am Ende der Expansionsphase übernommen. Das bei der Kühlung des erwärmten Arbeitsmediums verdampfte, unter hohem Druck stehende Kühlmittel kann einer Turbine oder, wie beim dargestellten Beispiel angenommen, einer Füllstation für Gasbehälter 242 zugeführt werden.The heat supplied from the outside via the heating element 138 is continuously released within the engine to the working medium located in the second working space 15 and to the regenerator 126. The cooling element 238 assigned to the first working space ensures the cooling of the heated working medium required during the compression phase. The heat required during the expansion phase continues to be supplied to the working medium through the heating element 138. The heat exchanged in the engine isochorously is released by the regenerator 126 to the working medium at the end of the compression phase and taken over at the end of the expansion phase. The coolant which is evaporated during the cooling of the heated working medium and is under high pressure can be fed to a turbine or, as assumed in the example shown, to a filling station for gas containers 242.
Abweichend von der dargestellten Ausführung, kann das Heizorgan 138 dem ersten Arbeitsraum 14, und das Kühlorgan 238 dem zweiten Arbeitsraum 15 zugeordnet sein. Es ist auch eine Ausführung möglich, bei der ein als Heizorgan vorgesehenes Rohrsystem ein an eine Stromquelle anschliessbares elektrisches Heizelement enthält.Deviating from the embodiment shown, the heating element 138 can be assigned to the first working space 14 and the cooling element 238 to the second working space 15. An embodiment is also possible in which a pipe system provided as a heating element contains an electrical heating element that can be connected to a power source.
Die in der Figur 8 dargestellte Heissgaskraftmaschine unterscheidet sich von der Ausführung nach Fig. 2 im Wesentlichen durch die Verwendung eines brennbaren Arbeitsmediums und durch eine modifizierte Heizeinrichtung 130 zum Erwärmen dieses Arbeitsmediums. Die folgende Beschreibung beschränkt sich daher auf die entsprechenden Unterschiede. Als Arbeitsmedium kann ein beliebiges brennbares Gas, z. B. Wasserstoff, Methan, Butan oder, wie beim dargestellten Beispiel angenommen, Erdgas vorgesehen seinThe hot gas engine shown in FIG. 8 differs from the embodiment according to FIG. 2 essentially by the use of a combustible working medium and by a modified heating device 130 for heating this working medium. The following description is therefore limited to the corresponding differences. Any combustible gas, e.g. B. hydrogen, methane, butane or, as assumed in the example shown, natural gas
Die für den Betrieb des Heissgasmotors erforderliche Heizeinrichtung 130 enthält ein an eine Quelle 131 eines verflüssigten Oxidationsmittels anschliessbare, für sich ansteuerbare Einspritzanordnung 132 zum Einführen einer bestimmten Menge des Oxidationsmittels in den ersten Arbeitsraum 14. Als Oxidationsmittel kann verflüssigter Sauerstoff oder, wie beim dargestellten Beispiel angenommen, verflüssigte Luft vorgesehen sein. Die Einspritzanordnung 132 enthält ein die Zylinderwand 2 durchsetzendes Einspritzorgan 133, welches an eine Zuführleitung 134 für das Oxidationsmittel angeschlossen ist und oberhalb der in der Zeichnung strichpunktiert angedeuteten oberen Totpunktlage des Arbeitskolbens 4 in den ersten Arbeitsraum 14 mündet. Die Einspritzanordnung 132 ist an eine nicht dargestellte Steuervorrichtung angeschlossen, welche über an sich bekannte Steuermittel, z. B. durch jeweils von einer bestimmten Winkelstellung der Kurbelwelle 11 abgeleitete Steuersignale im Sinne einer taktmässigen Betätigung des Einspritzorgans 133 beeinflussbar ist. Die Einspritzanordnung 132 kann auch zwei oder mehrere, in Umfangsrichtung gegeneinander versetzte Einspritzorgane 133 enthalten.The heating device 130 required for the operation of the hot gas engine contains an injection arrangement 132, which can be controlled and connected to a source 131 of a liquefied oxidizing agent, for introducing a certain amount of the oxidizing agent into the first working space 14. As oxidizing agent, liquefied oxygen or, as assumed in the example shown, can be used , liquefied air may be provided. The injection arrangement 132 contains an injection member 133 passing through the cylinder wall 2, which is connected to a supply line 134 for the oxidizing agent and opens into the first working chamber 14 above the top dead center position of the working piston 4, which is indicated by dash-dotted lines in the drawing. The injection arrangement 132 is connected to a control device, not shown, which via known control means, for. B. can be influenced by control signals derived from a specific angular position of the crankshaft 11 in the sense of a cyclical actuation of the injection member 133. Injection assembly 132 can also contain two or more injection members 133 offset in the circumferential direction.
Das verflüssigte Oxidationsmittel wird jeweils, z. B. kurz vor oder nach dem Ende der Kompressionsphase des Arbeitsprozesses des Heissgasmotors, in den erstenThe liquefied oxidizing agent is, for. B. shortly before or after the end of the compression phase of the working process of the hot gas engine, in the first
Arbeitsraum 14 eingespritzt, wobei eine durch Steuerung der einzuspritzenden Menge des Oxidationsmittels bestimmbare Teilmenge des Arbeitsmediums verbrannt und die dabei erzeugte Wärmemenge direkt an das im Zylinderraum 6 vorhandene Arbeitsmedium, und von diesem an den Regenerator 27 abgegeben wird. Als Kühlmittel kann das für den Arbeitsprozess verwendete brennbare Arbeitsmedium vorgesehen sein. Das beim Einspritzen des Oxidationsmittels anfallende Verbrennungsprodukt wird, zusammen mit der beim Kühlvorgang angefallenen überschüssigen Menge des Arbeitsmediums, in bereits beschriebener Weise über die Ableitanordnung 41 aus dem ersten Arbeitsraum 14 abgeführt.Working space 14 is injected, a portion of the working medium that can be determined by controlling the quantity of oxidizing agent to be injected being burned, and the amount of heat generated in this way is given directly to the working medium present in the cylinder space 6, and from there to the regenerator 27. The combustible working medium used for the working process can be provided as the coolant. The combustion product resulting from the injection of the oxidizing agent, together with the excess amount of the working medium accumulated during the cooling process, is discharged from the first working chamber 14 via the discharge arrangement 41 in the manner already described.
Die aus relativ einfachen, kostengünstigen Teilen bestehende Heizeinrichtung 130 erfordert einen geringen Wartungsaufwand und ermöglicht eine effiziente, direkte Übergabe der durch die Zufuhr des Oxidationsmittels erzeugten Wärme an das Arbeitsmedium. Die Erzeugung der jeweils benötigten Wärmemenge kann mit relativ geringem Steuerungsaufwand, durch eine entsprechende Dosierung der in den Zylinderraum 6 einzuspritzenden Menge des Oxidationsmittels, beeinflusst und an die jeweiligen Betriebserfordernisse angepasst werden. Die beschriebene Ausführung ermöglicht, insbesondere in Verbindung mit der Verdrängungseinrichtung 5 und dem Regenerator 27, welche mit relativ kleinen Abmessungen ausgeführt werden können, eine vorteilhaft einfache, kompakte Bauweise des Heissgasmotors . Der in der Figur 9 dargestellte Heissgasmotor unterscheidet sich von der Ausführung nach Fig.8 im Wesentlichen durch den modifizierten Zylinder 81, einen modifizierten Zylinderdeckel 145, eine modifizierte Ableitanordnung 172 für das überschüssige Arbeitsmedium und das Verbrennungsprodukt, eine modifizierte Verdrängungseinrichtung 173 und einen modifizierten Regenerator 174. Die folgende Beschreibung beschränkt sich daher auf die entsprechenden Unterschiede. Die Ableitanordnung 172 enthält mindestens ein am Zylinderdeckel 145 angeordnetes Auslassventil, darstellungsgemäss zwei Auslassventile 175, welche je über eine Steuervorrichtung 176, z. B. durch von einer bestimmten Winkelstellung der Kurbelwelle 11 abgeleitete Steuersignale, jeweils am Ende der Expansionsphase im Sinne einer taktmässigen Öffnung betätigbar sind.The heating device 130, consisting of relatively simple, inexpensive parts, requires little maintenance and enables efficient, direct transfer of the heat generated by the supply of the oxidizing agent to the working medium. The generation of the amount of heat required in each case can be influenced with relatively little control effort, by appropriate metering of the amount of the oxidizing agent to be injected into the cylinder space 6, and can be adapted to the respective operating requirements. The described embodiment enables, particularly in connection with the displacement device 5 and the regenerator 27, which can be implemented with relatively small dimensions, an advantageously simple, compact design of the hot gas engine. The hot gas engine shown in FIG. 9 differs from the embodiment according to FIG. 8 essentially by the modified cylinder 81, a modified cylinder cover 145, a modified discharge arrangement 172 for the excess working medium and the combustion product, a modified displacement device 173 and a modified regenerator 174 The following description is therefore limited to the corresponding differences. The discharge arrangement 172 contains at least one exhaust valve arranged on the cylinder cover 145, as shown two exhaust valves 175, each of which is controlled by a control device 176, e.g. B. by control signals derived from a certain angular position of the crankshaft 11, can be actuated at the end of the expansion phase in the sense of a cyclical opening.
Die Verdrängungseinrichtung 173 umfasst ein im Zylinderraum 6 ortsfest angeordnetes Leitelement 177 und einen im Wesentlichen im zweiten Arbeitsraum 15 angeordneten, durch die zentrale Durchtrittsöffnung 21 des Leitelementes 177 anströmbaren Ventilator 179, darstellungsgemäss einen Axialventilator, dessen Rotor über eine Welle 181 in einem auf dem Zylinderdeckel 145 angebrachten Lager 182 frei drehbar gehalten ist. Der Rotor ist mit einer aus mehreren, darstellungsgemäss vier, schräg gestellten Schaufeln bestehenden Beschaufelung 183 ausgeführt, derart, dass der Rotor bei offenen Auslassventilen 175 durch das die Durchtrittsöffnung 21 durchströmende Arbeitsmedium angetrieben wird und der Ventilator 179 somit als Turbine wirkt. Das Leitelement 177 besteht im Wesentlichen aus einem mit dem Rotor drehfest verbundenen Schwungrad 184, welches die Beschaufelung 183 umschliesst und mit dem Wandabschnitt 85 des Zylinders 81 die periphere Durchtrittsöffnung 22 begrenzt. Das Schwungrad 184 kann darstellungsgemäss mit einer an seinem Umfang ausgebildeten, zweiten Beschaufelung 185 versehen sein, wodurch die Förderung des die periphere Durchtrittsöffnung 22 durchstömenden Arbeitsmediums verbessert werden kann. Der Regenerator 174 enthält eine vom Arbeitsmedium radial durchströmbare wärmespeichernde Packung 186 mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten stift- bzw. drahtförmigen Speicherelementen, welche in einer bürstenartigen Anordnung in einer am Zylinderdeckel 145 angebrachten, kreisringförmigen Halterung 187 freistehend befestigt sind.The displacement device 173 comprises a guide element 177 which is arranged in a stationary manner in the cylinder space 6 and a fan 179 which is arranged essentially in the second work space 15 and can flow through the central passage opening 21 of the guide element 177, as shown an axial fan, the rotor of which via a shaft 181 in a on the cylinder cover 145 attached bearing 182 is held freely rotatable. The rotor is designed with a blading 183 consisting of a plurality of, as shown, four, inclined blades, such that the rotor is driven by the working medium flowing through the passage opening 21 when the outlet valves 175 are open, and the fan 179 thus acts as a turbine. The guide element 177 essentially consists of a flywheel 184 connected to the rotor in a rotationally fixed manner, which surrounds the blading 183 and delimits the peripheral passage opening 22 with the wall section 85 of the cylinder 81. The flywheel 184 can as shown, be provided with a second blading 185 formed on its circumference, as a result of which the conveyance of the working medium flowing through the peripheral passage opening 22 can be improved. The regenerator 174 contains a heat-storing pack 186 through which the working medium can flow radially, with a multiplicity of pin-shaped or wire-shaped storage elements arranged next to one another, which are attached in a brush-like arrangement in a free-standing manner in an annular holder 187 attached to the cylinder cover 145.
Die vorstehend beschriebene Ausführung ermöglicht eine gegenüber der Ausführung nach Fig.8 weiter verbesserte Ausbildung der am Zylinderdeckel 145 anbringbaren Verdrängungseinrichtung 173 sowie einen im Wesentlichen kontinuierlichen Antrieb des Ventilators 179, einerseits durch die während der Auslassphase wirkende und im Schwungrad 184 gespeicherte Strömungsenergie des Arbeitsmediums und andererseits durch die bei geschlossenen Auslassventilen 175 wirkende gespeicherte Drehenergie des Schwungrades 184. Der von Fremdenergie unabhängig antreibbare Ventilator 179 ermöglicht somit eine entsprechend kostengünstige Förderung des zu verdrängenden Arbeitsmediums.The embodiment described above enables a further improvement in the design of the displacement device 173 which can be attached to the cylinder cover 145 and an essentially continuous drive of the fan 179, on the one hand by the flow energy of the working medium which is active during the exhaust phase and stored in the flywheel 184, and on the other hand by the stored rotational energy of the flywheel 184 acting when the outlet valves 175 are closed. The fan 179, which can be driven independently of external energy, thus enables the working medium to be displaced to be conveyed in a correspondingly cost-effective manner.
Wie aus der Figur 9 weiter hervorgeht, kann der dargestellte Heissgasmotor mit einer die Heizeinrichtung 130 ergänzenden, wahlweise oder ständig zuschaltbaren zusätzlichen Heizeinrichtung 115 versehen sein, welche ein im ersten Arbeitsraum 14 angeordnetes, von einem Wärmeübertragungsfluid durchströmbares Heizorgan 116 und eine diesem zugeordnete Beheizungsanordnung 117 umfasst. Als Heizorgan 116 ist ein entlang des Innenumfangs des Wandabschnitts 85 verlaufende, als einfache Rohrschlange dargestelltes Rohrsystem 121 vorgesehen, welche sich mit einer Anzahl Windungen über einen Teilabschnitt des Arbeitsraums 14 erstreckt und damit eine diesen Teilabschnitt umgebende Heizfläche 118 bildet. Die Beheizungsanordnung 117 enthält einen Wärmespeicher 120, der an eine Quelle 119 eines auf beliebige Weise, z. B. geothermisch oder durch Abwärme, erwärmten Speichermediums angeschlossen ist. Das Heizorgan 116 ist, analog zum Heizorgan 48 (Fig. 2), an einen Heizkreislauf 58 angeschlossen, dessen Wärmeübertrager 49 im Wärmespeicher 120 angeordnet ist.As can further be seen from FIG. 9, the hot gas engine shown can be provided with an additional heating device 115, which can be used to supplement the heating device 130, and which can be switched on or off, and which comprises a heating element 116 arranged in the first working space 14 and through which a heat transfer fluid can flow, and a heating arrangement 117 associated therewith , Provided as heating element 116 is a pipe system 121, which runs along the inner circumference of wall section 85 and is shown as a simple pipe coil a number of turns extends over a section of the working space 14 and thus forms a heating surface 118 surrounding this section. The heating arrangement 117 contains a heat accumulator 120, which is connected to a source 119 in an arbitrary manner, e.g. B. is connected geothermally or by waste heat, heated storage medium. The heating element 116 is, similar to the heating element 48 (FIG. 2), connected to a heating circuit 58, the heat exchanger 49 of which is arranged in the heat accumulator 120.
Die Figur 10 zeigt Teile einer Ausführung nach Fig. 9 mit einem in der oberen Totpunktlage dargestellten, modifizierten Arbeitskolben 146 und einer die Heizeinrichtung 130 ergänzenden, wahlweise oder ständig zuschaltbaren zusätzlichen Heizeinrichtung 147ι zumFIG. 10 shows parts of an embodiment according to FIG. 9 with a modified working piston 146 shown in the top dead center position and an additional heating device 147ι which supplements the heating device 130, either selectively or continuously
Erwärmen des Arbeitsmediums. Der Arbeitskolben 146 weist einen Hohlraum 148 auf, der durch eine dem ersten Arbeitsraum 14 zugewandte Stirnwand 150, eine Umfangswand 151 und eine mit einer hohlen Kolbenstange 153 verbundene Bodenpartie 152 begrenzt ist, wobei zumindest die Stirnwand 150 aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, z. B. einer Aluminiumlegierung, besteht. Die Stirnwand 150 und die Bodenpartie 152 können darstellungsgemäss als biegesteife Platten ausgeführt sein, welche mit einem die Umfangswand 151 bildenden Ring mit U-förmigem Querschnitt verschraubt sind.Heating the working medium. The working piston 146 has a cavity 148 which is delimited by an end wall 150 facing the first working chamber 14, a peripheral wall 151 and a bottom part 152 connected to a hollow piston rod 153, at least the end wall 150 being made of a material with high thermal conductivity, e.g. B. an aluminum alloy. The end wall 150 and the bottom part 152 can, as shown, be designed as rigid plates which are screwed to a ring with the U-shaped cross section forming the peripheral wall 151.
Die Bodenpartie 152 enthält einen gegen die hohle Kolbenstange 153 offenen Durchlass 154 für ein in den Hohlraum 148 mündendes, zum Zuführen eines fluiden Betriebsmediums bestimmtes Leitungsorgan 155, welches die Kolbenstange 153 in Längsrichtung durchsetzt und mit deren Wandung einen gegen den Hohlraum 148 offenen Verbindungskanal 156 zum Abführen des Betriebsmediums begrenzt .. Das Leitungsorgan 155 und der Verbindungskanal 156 sind je über eine an der Wandung der Kolbenstange 153 vorgesehene Anschlusspartie 157 bzw. 160 und einen beweglichen Leitungsabschnitt 158 mit einem am Gehäuse 1 angebrachten ersten bzw. zweiten Anschlussorgan 159 bzw. 161 für das Betriebsmedium koppelbar. Die Umfangswand 151, die Bodenpartie 152 und die Kolbenstange 153 können je mit mindestens einer Schicht 162 aus einem wärmedämmenden Material, z. B. Glaswolle oder dgl., ausgekleidet sein. Das Leitungsorgan 155, welches mit einer entsprechenden wärmedämmenden Aussenisolierung versehen sein kann, ist als Element der zusätzlichen Heizeinrichtung 147 zum Erwärmen des im ersten Arbeitsraum 14 befindlichen Arbeitsmediums ausgebildet.The bottom part 152 contains a passage 154 open against the hollow piston rod 153 for a line member 155 which opens into the cavity 148 and is intended for supplying a fluid operating medium, which passes through the piston rod 153 in the longitudinal direction and with the wall of which a connecting channel 156 open to the cavity 148 Removal of the operating medium limited .. The management body 155 and the connecting channel 156 can each be coupled via a connection part 157 or 160 provided on the wall of the piston rod 153 and a movable line section 158 to a first or second connection element 159 or 161 attached to the housing 1 for the operating medium. The peripheral wall 151, the bottom portion 152 and the piston rod 153 can each with at least one layer 162 made of a heat-insulating material, for. B. glass wool or the like., Lined. The line member 155, which can be provided with a corresponding heat-insulating outer insulation, is designed as an element of the additional heating device 147 for heating the working medium located in the first working space 14.
Die Heizeinrichtung 147 umfasst eine an der Stirnwand 150 des Arbeitskolbens 146 ausgebildete, gegen den ersten Arbeitsraum 14 gerichtete Heizfläche 163 und eine Beheizungsanordnung 165 für die Stirnwand. Die Beheizungsanordnung 165 enthält eine ortsfeste Speiseeinheit 166 mit einer an eine Wärmequelle 167 anschliessbaren Speiseleitung 168 für ein beliebiges fluides Wärmeübertragungsmittel. Als Wärmequelle kann z.B. ein Brenner vorgesehen sein, dessen Verbrennungsprodukt als Wärmeübertragungsmittel dient. Die Speiseleitung 168 ist über das erste Anschlussorgan 159 mit dem Leitungsorgan 155 koppelbar, welches eine sichere Zuführung des Wärmeübertragungsmittels in den Hohlraum 148 gewährleistet, wobei über die beheizte Stirnwand 150 stetig Wärme an das im ersten Arbeitsraum 14 befindliche Arbeitsmedium abgegeben wird. Das im Hohlraum 148 abgekühlte Wärmeübertragungsmittel wird durch den Verbindungskanal 156 abgeführt und kann über eine mit dem zweiten Anschlussorgan 161 koppelbare Abführleitung 169 an die Umgebung oder, wie dargestellt, an einen Sammler 170 abgegeben werden. Es ist auch eine Ausführung möglich, bei der die Speiseleitung 168 mit dem zweiten Anschlussorgan 161, und die Abführleitung 169 mit dem ersten Anschlussorgan 159 gekoppelt ist.The heating device 147 comprises a heating surface 163 formed on the end wall 150 of the working piston 146 and directed towards the first working chamber 14 and a heating arrangement 165 for the end wall. The heating arrangement 165 contains a stationary feed unit 166 with a feed line 168 that can be connected to a heat source 167 for any fluid heat transfer medium. As a heat source, for example, a burner can be provided, the combustion product of which serves as a heat transfer medium. The feed line 168 can be coupled via the first connection element 159 to the line element 155, which ensures reliable supply of the heat transfer medium into the cavity 148, heat being continuously emitted to the working medium located in the first working space 14 via the heated end wall 150. The heat transfer medium cooled in the cavity 148 is discharged through the connecting channel 156 and can be released to the environment via a discharge line 169 which can be coupled to the second connection element 161 or, as shown, to a collector 170. An embodiment is also possible in which the feed line 168 with the second connection element 161, and the discharge line 169 is coupled to the first connection element 159.
Nach einer abgewandelten, nicht dargestellten Ausführungsform kann eine Anordnung gemäss Fig. 10 auch eine die Kühleinrichtung 8 ergänzende, wahlweise oder ständig zuschaltbare zusätzliche Kühleinrichtung zum Kühlen es Arbeitsmediums enthalten, welche eine an der Stirnwand 150 des Arbeitskolbens 146 ausgebildete Kühlfläche und eine entsprechende Kühlanordnung mit einer Quelle eines zum Kühlen der Stirnwand 150 bestimmten Wärmeübertragungsmittels umfasst .According to a modified, not shown embodiment, an arrangement according to FIG. 10 can also contain an additional cooling device for cooling the working medium, which can supplement the cooling device 8, can be switched on or off, and which has a cooling surface formed on the end wall 150 of the working piston 146 and a corresponding cooling arrangement with a Source of a heat transfer medium intended for cooling the end wall 150.
Die Maschinenanordnung gemäss Fig. 11 enthält zwei thermische Maschinenaggregate 189 und 190, welche über eine gemeinsame Antriebseinrichtung 191 miteinander gekoppelt sind. Das eine Aggregat 189 kann eine11 contains two thermal machine units 189 and 190, which are coupled to one another via a common drive device 191. One unit 189 can
Kolbenbrennkraftmaschine beliebiger Bauart, z. B. ein Diesel- oder Ottomotor sein, das andere Aggregat 190 kann eine Heissgaskraftmaschine gemäss einer der Figuren 1 bis 5, 8 oder 9 sein. Beim dargestellten Beispiel ist eine Heissgaskraftmaschine gemäss Fig. 9 angenommen, welche eine Einrichtung gemäss Fig. 10 aufweist. Die beiden Aggregate 189 und 190 sind ferner über eine Leitungsanordnung 192 gekoppelt, welche die zusätzliche Heizeinrichtung 147 der Heissgaskraftmaschine mit dem Kühlsystem 193 der Kolbenbrennkraftmaschine verbindet und damit einen gegenseitigen Wärmeaustausch ermöglicht. Entsprechend ist das erste Anschlussorgan 159 der Heizeinrichtung 147 über eine erste Leitung 194 mit einem an das Kühlsystem 193 angeschlossenen Austrittsorgan 195 für erwärmtes Kühlwasser, und das zweite Anschlussorgan 161 über eine zweite Leitung 196 mit einem an das Kühlsystem 193 angeschlossenen Eintrittsorgan 197 für gekühltes Kühlwasser verbunden. Die in der Heissgaskraftmaschine beim Kühlvorgang anfallende überschüssige Menge des Arbeitsmediums und das bei der dargestellten Ausführung anfallende Verbrennungsprodukt können über die an den Zylinderdeckel 145 angeschlossene Austrittsleitung 43 in die Kopfpartie der Kolbenbrennkraftmaschine eingeführt werden. Die über die Speiseleitung 168 anschliessbare Beheizungsanordnung 165 der Heizeinrichtung 147 kann je nach Bedarf zeitweise oder ständig zugeschaltet werden. Die beschriebene Anordnung ermöglicht eine wahlweise Erhöhung der Gesamtleistung der Maschinenanordnung. DiePiston engine of any type, e.g. B. be a diesel or gasoline engine, the other unit 190 may be a hot gas engine according to one of Figures 1 to 5, 8 or 9. In the example shown, a hot gas engine according to FIG. 9 is assumed, which has a device according to FIG. 10. The two units 189 and 190 are further coupled via a line arrangement 192 which connects the additional heating device 147 of the hot gas engine to the cooling system 193 of the piston internal combustion engine and thus enables mutual heat exchange. Correspondingly, the first connection element 159 of the heating device 147 is connected via a first line 194 to an outlet element 195 for heated cooling water connected to the cooling system 193, and the second connection element 161 is connected via a second line 196 to an inlet element 197 for cooled cooling water connected to the cooling system 193 , The one occurring in the hot gas engine during the cooling process Excess amount of the working medium and the combustion product obtained in the embodiment shown can be introduced into the head part of the piston internal combustion engine via the outlet line 43 connected to the cylinder cover 145. The heating arrangement 165 of the heating device 147 which can be connected via the feed line 168 can be switched on temporarily or continuously as required. The arrangement described enables an optional increase in the overall performance of the machine arrangement. The
Heissgaskraftmaschine kann z. B. als Spitzenlastaggregat verwendet werden.Hot gas engine can e.g. B. can be used as a peak load unit.
Anstelle einer Kolbenbrennkraftmaschine kann auch eine andere thermische Maschine beliebiger Bauart, z. B. eine Stirling- Kältemaschine, vorgesehen sein. Es sind auch entsprechende Anordnungen mit mehreren, z. B. vier oder zwölf, miteinander gekoppelten Maschinenaggregaten möglich. Eine derartige Anordnung kann z. B aus einer Heissgaskraftmaschine und drei anderen thermischen Maschinen oder aus zwei Heissgaskraftmaschinen und zehn anderen thermischen Maschinen bestehen. Es sind noch zahlreiche weitere Ausführungsformen der Erfindung möglich. So kann eine konventionelle Kolbenbrennkraftmaschine oder eine beliebige Kolbenmaschine, z. B. eine Kolbenpumpe oder einInstead of a piston internal combustion engine, another thermal machine of any type, e.g. B. a Stirling refrigerator. There are also corresponding arrangements with several, for. B. four or twelve, coupled machine units possible. Such an arrangement can e.g. B consist of a hot gas engine and three other thermal machines or two hot gas engines and ten other thermal machines. Numerous other embodiments of the invention are possible. For example, a conventional piston internal combustion engine or any piston machine, e.g. B. a piston pump or a
Kompressor, zu einer Heissgaskraftmaschine umgerüstet werden, indem eine Kopfpartie derCompressor to be converted to a hot gas engine by a head section of the
Kolbenbrennkraftmaschine bzw. einer entsprechenden Kolbenmaschine mit einer Verdrängungseinrichtung sowie mit Organen einer der vorstehend beschriebenen Heiz- und Kühleinrichtungen versehen wird. Die Kopfpartie kann dabei als auf einen Zylinderabschnitt der Kolbenbrennkraftmaschine bzw. der Kolbenmaschine aufsetzbarer Anbauteil ausgeführt sein. Piston internal combustion engine or a corresponding piston machine is provided with a displacement device and with organs of one of the heating and cooling devices described above. The head section can be designed as an add-on part that can be placed on a cylinder section of the piston internal combustion engine or the piston machine.

Claims

Patentansprüche claims
1. Heissgaskraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (2; 81) und einem hin- und hergehenden Arbeitskolben (4; 80;146), der einen zur Aufnahme eines Arbeitsmediums bestimmten Zylinderraum (6) begrenzt, mit einer Verdrängungseinrichtung (5; 123 173), die den Zylinderraum in einen vom Arbeitskolben (4; 80; 146) begrenzten ersten Arbeitsraum (14) und einen von einem Zylinderdeckel (3; 46; 145) begrenzten zweiten Arbeitsraum (15) unterteilt, mit einer Heizeinrichtung (7; 47; 61; 70; 115; 124; 130) zum Erwärmen des Arbeitsmediums und mit einer Kühleinrichtung (8; 125) zum Kühlen des erwärmten Arbeitsmediums, wobei die Arbeitsräume (14 und 15) über einen Regenerator (27; 126) kommunizierend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7; 47; 61; 70; 115; 124; 130) mindestens ein am Zylinder (2; 81) ortsfest anbringbares Heizorgan (31; 48; 62 ;71; 107; 116; 138) umfasst, welches mindestens eine dem Zylinderraum (6) zugewandte Heizfläche (33; 118) aufweist.1. hot gas engine with at least one cylinder (2; 81) and a reciprocating working piston (4; 80; 146) which delimits a cylinder space (6) intended for receiving a working medium, with a displacement device (5; 123 173), which divides the cylinder space into a first working space (14) delimited by the working piston (4; 80; 146) and a second working space (15) delimited by a cylinder cover (3; 46; 145), with a heating device (7; 47; 61; 70; 115; 124; 130) for heating the working medium and with a cooling device (8; 125) for cooling the heated working medium, the working spaces (14 and 15) being communicatively connected via a regenerator (27; 126), characterized in that that the heating device (7; 47; 61; 70; 115; 124; 130) comprises at least one heating element (31; 48; 62; 71; 107; 116; 138) which can be fixedly attached to the cylinder (2; 81) and which has at least one has the heating surface (33; 118) facing the cylinder space (6).
2. Heissgaskraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (2; 81) und einem hin- und hergehenden Arbeitskolben (4; 146), der einen zur Aufnahme eines Arbeitsmediums bestimmten Zylinderraum (6) begrenzt, mit einer Verdrängungseinrichtung (5; 173), die den Zylinderraum in einen vom Arbeitskolben (4; 146) begrenzten ersten Arbeitsraum (14) und einen von einem Zylinderdeckel (46; 145) begrenzten zweiten Arbeitsraum (15) unterteilt, mit einer Heizeinrichtung (130) zum Erwärmen des Arbeitsmediums und mit einer Kühleinrichtung (8) zum Kühlen des erwärmten Arbeitsmediums, wobei die Arbeitsräume (14 und 15) über einen Regenerator (27; 174) kommunizierend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitsmedium ein brennbares Gas vorgesehen ist und dass die Heizeinrichtung (130) eine Einspritzanordnung (132) umfasst, welche mindestens ein in den ersten Arbeitsraum (14) gerichtetes Einspritzorgan (133) zum Zuführen eines verflüssigten Oxidationsmittels enthält.2. Hot gas engine with at least one cylinder (2; 81) and a reciprocating working piston (4; 146) which delimits a cylinder space (6) intended for receiving a working medium, with a displacement device (5; 173) which defines the cylinder space divided into a first working space (14) delimited by the working piston (4; 146) and a second working space (15) delimited by a cylinder cover (46; 145), with a heating device (130) for heating the working medium and with a cooling device (8) for cooling the heated working medium, the working rooms (14 and 15) being communicatively connected via a regenerator (27; 174), characterized in that a combustible gas is provided as the working medium and that the heating device (130 ) comprises an injection arrangement (132) which contains at least one injection member (133) directed into the first working space (14) for supplying a liquefied oxidizing agent.
3. Kraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizorgan (31) am Zylinderdeckel (3) ausgebildet ist, dessen Innenseite als Heizfläche (33) vorgesehen ist.3. Engine according to claim 1, characterized in that the heating element (31) is formed on the cylinder cover (3), the inside of which is provided as a heating surface (33).
4. Kraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderdeckel (3) mit einer zum Absorbieren einer Wärmestrahlung (35) bestimmten, beheizbaren Aussenflache (34) ausgeführt ist.4. Engine according to claim 3, characterized in that the cylinder cover (3) is designed with a heatable outer surface (34) intended for absorbing thermal radiation (35).
5. Kraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizorgan (48; 62 ;71; 107) im ersten Arbeitsraum (14) angeordnet ist, dass die Heizfläche (33) sich im Wesentlichen über den Querschnitt des ersten Arbeitsraumes (14) erstreckt und dass im Bereich des Heizorgans (48; 62 ;71; 107) mindestens eine vom Arbeitsmedium durchströmbare Durchtrittsöffnung (53) vorgesehen ist.5. Engine according to claim 1, characterized in that the heating element (48; 62; 71; 107) is arranged in the first working space (14), that the heating surface (33) extends essentially over the cross section of the first working space (14) and that in the area of the heating element (48; 62; 71; 107) there is at least one passage opening (53) through which the working medium can flow.
6. Kraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizorgan (116; 138) in einem Abschnitt des Zylinderraumes (6) angeordnet ist, der sich über mindestens einen Teilabschnitt des ersten und/oder des zweiten Arbeitsraumes (14 bzw. 15) erstreckt und dass die Heizfläche (118) sich im Wesentlichen über den Umfang dieses Teilabschnitts erstreckt.6. Engine according to claim 1, characterized in that the heating element (116; 138) is arranged in a section of the cylinder space (6) which extends over at least a portion of the first and / or the second working space (14 and 15) and that the heating surface (118) is in the Extends essentially over the scope of this section.
7. Kraftmaschine nach 7Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizorgan (48; 116; 138) eine von einem Wärmeübertragungsfluid durchströmbare Heizanordnung enthält, welche über die Wand des Zylinders (2; 81) durchsetzende Verbindungsorgane an eine Zuführleitung (56) für erwärmtes Wärmeübertragungsfluid und an eine Abführleitung (57) für das abgekühlte Wärmeübertragungsfluid anschliessbar ist.7. Engine according to claim 7 or claim 6, characterized in that the heating element (48; 116; 138) contains a heating arrangement through which a heat transfer fluid can flow, which connecting elements passing through the wall of the cylinder (2; 81) to a supply line (56) for heated heat transfer fluid and can be connected to a discharge line (57) for the cooled heat transfer fluid.
8. Kraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizorgan (62) ein katalytisches Heizaggregat (60) enthält, welches über die Wand des Zylinders (2) durchsetzende Leitungsorgane (63, 64, und 65) an eine Quelle (66) eines fluiden Brennstoffs, an eine Quelle (67) eines Reaktions- oder Oxidationsmittels bzw. an eine Abführleitung (68) für Verbrennungsprodukte anschliessbar ist.8. An engine according to claim 5, characterized in that the heating element (62) contains a catalytic heating unit (60) which through the wall of the cylinder (2) penetrating line elements (63, 64, and 65) to a source (66) of fluid fuel, can be connected to a source (67) of a reaction or oxidizing agent or to a discharge line (68) for combustion products.
9. Kraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizorgan (107) ein elektrisches Heizelement (108) enthält, welches über eine die Wand des Zylinders (2; 81) durchsetzende Leitungsanordnung an eine Stromquelle (111) anschliessbar ist.9. The engine according to claim 5, characterized in that the heating element (107) contains an electrical heating element (108) which can be connected to a current source (111) via a line arrangement passing through the wall of the cylinder (2; 81).
10. Kraftmaschine nach Anspruch 5, mit mindestens einem auf dem Zylinderdeckel (46) angeordneten Anschlussorgan (75) einer Sonnenkollektoranlage (74) und einem in den Zylinder (2) einführbaren Leitungselement (77) zum Einleiten einer gebündelten Sonnenstrahlung (73) in den ersten Arbeitsraum (14), dadurch gekennzeichnet, dass als Heizorgan (71) eine Platte vorgesehen ist, welche aus einem wärmeabsorbierenden Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht und auf welche die gebündelte Sonnenstrahlung (73) konzentrierbar ist.10. Engine according to claim 5, with at least one on the cylinder cover (46) arranged connecting member (75) of a solar collector system (74) and a in the cylinder (2) insertable line element (77) for introducing a concentrated solar radiation (73) in the first Work space (14), characterized in that a plate is provided as the heating element (71), which consists of a heat-absorbing material with high thermal conductivity and on which the concentrated solar radiation (73) can be concentrated.
11. Kraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Heizorgan (116; 138) ein entlang der Zylinderwand verlaufendes Rohrsystem (121) vorgesehen ist, welches über die Wand des Zylinders (2; 81) durchsetzende Verbindungsorgane an einen Heizkreislauf (58) oder an eine Speichereinheit (140) für ein erwärmtes Wärmeübertragungsfluid und an eine Abführanordnung für das abgekühlte Wärmeübertragungsfluid anschliessbar ist.11. The engine according to claim 6, characterized in that a heating system (116; 138) is a pipe system (121) running along the cylinder wall, which through the wall of the cylinder (2; 81) passes through connecting elements to a heating circuit (58) or can be connected to a storage unit (140) for a heated heat transfer fluid and to a discharge arrangement for the cooled heat transfer fluid.
12. Kraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kühleinrichtung (8) eine Einspritzvorrichtung (40) zum Einführen von als Kühlmittel vorgesehenem, flüssigem oder verflüssigtem Arbeitsmedium in den ersten Arbeitsraum (14) und eine Ableitanordnung (41; 82; 93; 172) zum Abführen des überschüssigen Arbeitsmediums aus dem Zylinderraum (6) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitanordnung (82; 93; 172) mindestens ein taktmässig betätigbares Auslassventil (89; 98; 175) enthält.12. Engine according to one of the preceding claims, wherein the cooling device (8) an injection device (40) for introducing liquid or liquefied working medium provided as a coolant into the first working space (14) and a discharge arrangement (41; 82; 93; 172) for discharging the excess working medium from the cylinder space (6), characterized in that the discharge arrangement (82; 93; 172) contains at least one exhaust valve (89; 98; 175) which can be actuated in cycles.
13. Kraftmaschine nach Anspruch 12, wobei der Arbeitskolben (4; 80) über eine Kolbenstange (9; 84; 91) mit einer Antriebseinrichtung (10; 92) koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (9; 84; 91) eine mit dem ersten Arbeitsraum (14) kommunizierende Längsbohrung (87; 94) aufweist und dass das Auslassventil (89; 98) dieser Längsbohrung (87; 94) zugeordnet ist. 13. Engine according to claim 12, wherein the working piston (4; 80) via a piston rod (9; 84; 91) can be coupled to a drive device (10; 92), characterized in that the piston rod (9; 84; 91) one has longitudinal bore (87; 94) communicating with the first working space (14) and that the outlet valve (89; 98) is assigned to this longitudinal bore (87; 94).
14. Kraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil (98) am freien Ende der Kolbenstange (91) angeordnet ist und einen gegen die Längsbohrung (94) gerichteten Ventilsitz (101) sowie einen an diesem in Schliessstellung gehaltenen Ventilkörper (102) enthält und dass zum Betätigen des Auslassventils (98) ein ortsfest angeordneter Anschlagteil (103) vorgesehen ist, der in den Bewegungsbereich des in der Schliessstellung gehaltenen Ventilkörpers (102) ragt, um diesen vom Ventilsitz (101) abzuheben.14. Engine according to claim 13, characterized in that the outlet valve (98) is arranged at the free end of the piston rod (91) and a valve seat (101) directed against the longitudinal bore (94) and a valve body (102) held thereon in the closed position. contains and that for actuating the outlet valve (98) a stationary stop part (103) is provided which projects into the range of motion of the valve body (102) held in the closed position in order to lift it off the valve seat (101).
15. Kraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil (175) am Zylinderdeckel (145) angebracht und dem zweiten Arbeitsraum (15) zugeordnet ist.15. The engine according to claim 12, characterized in that the exhaust valve (175) is attached to the cylinder cover (145) and is assigned to the second working space (15).
16. Kraftmaschine nach Anspruch 15, wobei die Verdrängungseinrichtung (5; 173) ein im Zylinderraum (6) ortsfest angeordnetes Leitelement (16; 177) mit mindestens einer zentralen Durchtrittsöffnung (21) und mindestens einer peripheren Durchtrittsöffnung (22) für das Arbeitsmedium sowie einen Ventilator (23; 179) zum Verdrängen des Arbeitsmediums aus dem ersten Arbeitsraum (14) in den zweiten Arbeitsraum (15) und zum Zurückführen des verdrängten Arbeitsmediums in den ersten Arbeitsraum (14) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator (179) einen Rotor aufweist, der in einem am Zylinderdeckel (145) angeordneten Lager (182) frei drehbar gehalten ist und eine Beschaufelung (183) aufweist, mittels welcher der Rotor durch das die zentrale Durchtrittsöffnung (21) durchströmende Arbeitsmedium antreibbar ist, und dass der Rotor mit einem Schwungrad (184) drehfest verbunden ist. 16. An engine according to claim 15, wherein the displacement device (5; 173) is a guide element (16; 177) arranged in a stationary manner in the cylinder space (6) with at least one central passage opening (21) and at least one peripheral passage opening (22) for the working medium and one Fan (23; 179) for displacing the working medium from the first working space (14) into the second working space (15) and for returning the displaced working medium into the first working space (14), characterized in that the fan (179) comprises a rotor which is freely rotatable in a bearing (182) arranged on the cylinder cover (145) and has a blading (183) by means of which the rotor can be driven by the working medium flowing through the central passage opening (21), and that the rotor with a Flywheel (184) is rotatably connected.
17. Kraftmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad (184) als Leitelement (177) ausgeführt ist, welches mit der Wand des Zylinders (81) die periphere Durchtrittsöffnung (22) begrenzt.17. Engine according to claim 16, characterized in that the flywheel (184) is designed as a guide element (177) which, with the wall of the cylinder (81), delimits the peripheral passage opening (22).
18. Kraftmaschine nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad (184) eine an seinem Umfang ausgebildete zweite Beschaufelung (185) aufweist, welche zum Fördern des die periphere Durchtrittsöffnung (22) durchströmenden Arbeitsmediums bestimmt ist.18. Engine according to claim 16 or 17, characterized in that the flywheel (184) has a second blading (185) formed on its circumference, which is intended for conveying the working medium flowing through the peripheral passage opening (22).
19. Kraftmaschine nach Anspruch 6 oder 11, wobei die Verdrängungseinrichtung (123) einen relativ zum Arbeitskolben (80) verschiebbaren Verdrängerkolben (127) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkolben (127) in einem seinen Hubbereich umgebenden, im Zylinder (81) ortsfest angebrachten Rohrstück (136) angeordnet ist, welches mit einem' Wandabschnitt des Zylinders (81) einen die Arbeitsräume (14 und 15) verbindenden Strömungskanal (137) begrenzt, der zur Aufnahme des Regenerators (126) bestimmt ist, dass das Heizorgan (116; 138) in einem dem einen Arbeitsraum (15 oder 14) zugeordneten Endabschnitt des Strömungskanals (137) angeordnet ist und dass die Kühleinrichtung (125) ein Kühlrohrsystem (242) aufweist, welches in einem dem anderen Arbeitsraum (14 bzw. 15) zugeordneten Endabschnitt des Strömungskanals (137) angeordnet ist und sich über mindestens einen Teilabschnitt dieses Arbeitsraumes erstreckt und welches über die Zylinderwand durchsetzende Verbindungsorgane an eine Speichereinheit (240) für ein verflüssigtes Kühlmittel und an einen Sammler (241) für das beim Kühlen des Arbeitsmediums verdampfende Kühlmittel anschliessbar ist.19. The engine according to claim 6 or 11, wherein the displacement device (123) has a displacer piston (127) which is displaceable relative to the working piston (80), characterized in that the displacement piston (127) is stationary in a cylinder (81) surrounding its stroke range is attached pipe section (136) which, with a wall portion of the cylinder (81), delimits a flow channel (137) connecting the working spaces (14 and 15) and which is intended for receiving the regenerator (126) that the heating element (116; 138) is arranged in an end section of the flow channel (137) which is assigned to one working space (15 or 14) and that the cooling device (125) has a cooling pipe system (242) which in an end section of the Flow channel (137) is arranged and extends over at least a portion of this working space and which connecting or penetrating through the cylinder wall go to a storage unit (240) for a liquefied coolant and to a collector (241) for the Cooling the working medium evaporating coolant can be connected.
20. Kraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitskolben (80) mindestens eine an der Wand des Zylinders (81) ortsfest und dichtend anbringbare flexible Membran (83) vorgesehen ist.20. Engine according to one of the preceding claims, characterized in that at least one on the wall of the cylinder (81) stationary and sealingly attachable flexible membrane (83) is provided as the working piston (80).
21. Kraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch eine Hilfseinrichtung (147) zum zusätzlichen Erwärmen oder Kühlen des Arbeitsmediums, welche eine am Arbeitskolben (146) ausgebildete, dem ersten Arbeitsraum (14) zugewandte Wärmeübertragungsfläche (163) und eine dem Arbeitskolben' (146) zugeordnete Anordnung (165) zum Beheizen bzw. zum Kühlen der Wärmeübertragungsfläche (163) umfasst.21. Engine according to one of claims 1 to 19, characterized by an auxiliary device (147) for additional heating or cooling of the working medium, which is formed on the working piston (146), the first working chamber (14) facing the heat transfer surface (163) and the working piston ' (146) associated arrangement (165) for heating or cooling the heat transfer surface (163).
22. Maschinenanordnung mit mindestens zwei über eine gemeinsame Antriebsanordnung (191) gekoppelten thermischen Maschinenaggregaten (189, 190), von denen mindestens eines (190) eine Heissgaskraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche ist. 22. Machine arrangement with at least two thermal machine units (189, 190) coupled via a common drive arrangement (191), at least one of which (190) is a hot gas engine according to one of the preceding claims.
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