WO2005035962A2

WO2005035962A2 - Heissgaskraftmaschine

Info

Publication number: WO2005035962A2
Application number: PCT/CH2004/000614
Authority: WO
Inventors: Wilhelm Servis; Ludwig K. Von Segesser
Original assignee: Wilhelm Servis; Von Segesser Ludwig K
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2004-10-07
Publication date: 2005-04-21
Also published as: WO2005035962A3; EP1700023A2

Abstract

Die Heissgaskraftmaschine enthält einen Zylinder (2), einen Arbeitskolben (4), der mit dem Zylinderdeckel (3) einen zur Aufnahme eines Arbeitsmediums bestimmten Zylinderraum (6) begrenzt, eine Verdrängungseinrichtung (5), die den Zylinderraum in einen vom Arbeitskolben (4) begrenzten ersten Arbeitsraum (14) und einen vom Zylinderdeckel (3) begrenzten zweiten Arbeitsraum (15) unterteilt, sowie eine Heizeinrichtung (7) zum Erwärmen des Arbeitsmediums und eine Kühleinrichtung (8) zum Kühlen des erwärmten Arbeitsmediums. Die Arbeitsräume (14 und 15) sind über einen Regenerator (27) kommunizierend verbunden. Die Heizeinrichtung (7) umfasst ein am Zylinder (2) ortsfest anbringbares Heizorgan (31), welches eine im Wesentlichen über den Querschnitt des Zylinderraumes (6) sich erstreckende Heizfläche (33) aufweist, und eine dem Heizorgan (31) zugeordnete Beheizungsanordnung (32). Die beschriebene Ausführung ermöglicht eine über den ganzen Zylinderquerschnitt stetig wirksame, effiziente Übergabe der von aussen zugeführten Wärme an das Arbeitsmedium sowie eine einfache, kompakte Bauweise der Heissgaskraftmaschine.

Description

Heissgaskraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Heissgaskraftmaschine gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 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.

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 aufwendige

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.

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.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss einmal mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Eine zweite Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 2 erzielt.

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 zweiten

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.

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.

In den abhängigen Ansprüchen sind Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Die Erfindung wird anhand von in den beiliegenden Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführung einer erfindungsgemässen Heissgaskraftmaschine in einem Längsschnitt;

Fig. 2 eine zweite Ausführung einer erfindungsgemässen Heissgaskraftmaschine in einem Längsschnitt;

Fig. 3 Einzelheiten einer Heissgaskraftmaschine gemäss Fig. 2 in einer abgewandelten Ausführungsform; Fig. 4 eine dritte Ausführung einer erfindungsgemässen Heissgaskraftmaschine in einem Längsschnitt;

Fig. 5 eine vierte Ausführung einer erfindungsgemässen Heissgaskraftmaschine in einem Längsschnitt;

Fig. 6 Einzelheiten einer Heissgaskraftmaschine gemäss Fig. 5 in einer abgewandelten Ausführungsform;

Fig. 7 eine fünfte Ausführung einer erfindungsgemässen Heissgaskraftmaschine in einem Längsschnitt;

Fig. 8 eine sechste Ausführung einer erfindungsgemässen Heissgaskraftmaschine in einem Längsschnitt;

Fig. 9 eine siebte Ausführung einer erfindungsgemässen Heissgaskraftmaschine in einem Längsschnitt;

Fig. 10 Teile einer Heissgaskraftmaschine gemäss einer der Figuren 1-5, 8 oder 9, mit einem an ein zusätzliches Wärmeübertragungssystem anschliessbaren Arbeitskolben, und

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.

Die Ausführung gemäss Fig. 1, ein Stirling-Heissgasmotor, enthält ein Gehäuse 1, einen Zylinder 2 mit einem Zylinderdeckel 3, einen im Zylinder 2 verschiebbaren

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.

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 Kolbenstange

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 sein

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 schalenartiges

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.

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.

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 .

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.

Die für den Betrieb des Heissgasmotors erforderliche

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 verwendeten

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.

Die Einspritzvorrichtung 40 enthält ein an eine

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.

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.

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.

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.

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.

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 befestigbaren

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.

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.

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 zugeordnetes

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.

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.

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.

Der in der Figur 5 dargestellte Heissgasmotor unterscheidet sich von der Ausführung nach Fig. 1 im

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.

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.

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.

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 des

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.

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 Kühleinrichtung

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.

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.

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.

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.

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.

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 sein

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.

Das verflüssigte Oxidationsmittel wird jeweils, z. B. kurz vor oder nach dem Ende der Kompressionsphase des Arbeitsprozesses des Heissgasmotors, in den ersten

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.

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.

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.

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.

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.

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 zum

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.

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.

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.

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 .

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 eine

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. Die

Heissgaskraftmaschine kann z. B. als Spitzenlastaggregat verwendet werden.

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 ein

Kompressor, zu einer Heissgaskraftmaschine umgerüstet werden, indem eine Kopfpartie der

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.

Claims

Patentansprüche

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.

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.

3. Kraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizorgan (31) am Zylinderdeckel (3) ausgebildet ist, dessen Innenseite als Heizfläche (33) vorgesehen ist.

4. Kraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderdeckel (3) mit einer zum Absorbieren einer Wärmestrahlung (35) bestimmten, beheizbaren Aussenflache (34) ausgeführt ist.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

15. Kraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil (175) am Zylinderdeckel (145) angebracht und dem zweiten Arbeitsraum (15) zugeordnet ist.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.