AT515213A4 - Heißgasmotor - Google Patents

Abstract

Bei einer Heißgasmotor, umfassend einen Kolben, welcher in einem mit einem Gas gefüllten Arbeitsraum eines Zylinder hin- und herbewegbar geführt ist, wobei der Zylinder zumindest einen beheizbaren Bereich und zumindest einen kühlbaren Bereich aufweist, und der Zylinder zumindest eine verschließbare Öffnung umfasst, die den Arbeitsraum mit der Umgebung außerhalb des Zylinders verbindet, wobei der Kolben mit einer bewegbaren Einrichtung, bspw. einem Pleuel, verbindbar ist, ist die zumindest eine Öffnung des Zylinders mit einem stationären Aufladerohr verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Heißgasmotor, umfassend einenKolben, welcher in einem mit einem Gas gefülltenArbeitsraum eines Zylinder hin- und herbewegbar geführtist, wobei der Zylinder zumindest einen beheizbaren Bereichund zumindest einen kühlbaren Bereich aufweist, und derZylinder zumindest eine verschließbare Öffnung umfasst, dieden Arbeitsraum mit der Umgebung außerhalb des Zylindersverbindet, wobei der Kolben mit einer bewegbarenEinrichtung, bspw. einem Pleuel, verbindbar ist.

Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zumBereitstellen einer Bewegung, bei dem ein erster Bereicheines Zylinders von außen erwärmt wird, sodass sich ein imZylinder befindliches Gas erwärmt und einen Überdruckerzeugt, der einen im Zylinder befindlichen Kolben in eineerste Richtung bewegt, und ein zweiter Bereich desZylinders von außen gekühlt wird, sodass sich das imZylinder befindliche Gas abkühlt und einen Unterdrückerzeugt, wobei der Kolben in eine zweiten Richtung,entgegengesetzt zur ersten Richtung, bewegt wird.

Heißgasmotoren sind in mehreren Varianten bekannt, bspw.als Stirling-Motor. Die vorliegende Erfindung beschäftigtsich mit Heißgasmotoren der eingangs genannten Art. Diesewurden erstmals in den 1950er Jahren von A.D. Mansonbeschrieben und werden daher auch Manson-Motoren genannt.

Ein solcher Manson-Motor funktioniert grundsätzlichfolgendermaßen. In einem Zylinder wird ein Kolben geführt,welcher zusammen mit dem Zylinder einen Arbeitsraumausbildet. Dieser Arbeitsraum beinhaltet ein Gas. In einemersten Bereich des Zylinders wird das Gas von außen erhitztund in einem zweiten Bereich wird das Gas von außen gekühlt. Durch die Bewegung des Kolbens wird das Gaszwischen diesen beiden Bereich hin- und hergeschoben. EinArbeitszyklus besteht aus einem Hub und einementgegengesetzten Hub.

Befindet sich der Kolben in einem ersten Totpunkt, so wirder durch das sich ausdehnende, erhitzte Gas in Richtungeines zweiten Totpunktes bewegt. Dort angekommen, wird beiden meisten Heißgasmotoren dieser Art eine Öffnungfreigegeben, die einen Druckausgleich zwischen demÜberdruck im Arbeitsraum und dem Umgebungsdruck ermöglicht.Anschließend wird der Kolben in die entgegengesetzteRichtung angeregt und das Gas in den kühlbaren Bereichgedrückt, wo es gekühlt wird und sich zusammenzieht, sodassim Arbeitsraum ein Unterdrück entsteht, der den Kolben inRichtung des ersten Totpunktes bewegt. Ist der Kolben dortangekommen, wird wieder eine Öffnung freigegeben und derUnterdrück gleich sich mit dem Umgebungsdruck aus.

Vorteile von Heißgasmotoren allgemein gegenüber anderenMotoren, bspw. Verbrennungskraftmaschinen, sind diegeringen Abgasemissionen und die Möglichkeit derkontinuierlichen Beheizung bzw. Kühlung.

Vorteile von Manson-Motoren gegenüber anderenHeißgasmotoren sind insbesondere der einfache Aufbau unddie geringe Anzahl an beweglichen Teilen.

Nachteilig bei Manson-Motoren gemäß dem Stand der Technikist, dass der Druckunterschied zwischen dem Arbeitsraum undder Umgebung während des Druckausgleiches wirkungslosverpufft.

Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, einenHeißgasmotor der eingangs genannten Art zu verbessern.Insbesondere zielt die Erfindung darauf ab, die Effizienzdes eingangs genannten Heißgasmotors durch die Nutzung desDruckunterschiedes zwischen dem Arbeitsraum und derUmgebung zu erhöhen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einemHeißgasmotor der eingangs genannten Art vor, dass diezumindest eine Öffnung des Zylinders mit einem stationärenAufladerohr verbunden ist.

Ein solches Aufladerohr zeichnet sich zuerst dadurch aus,dass es eine Gassäule beinhaltet. Bei Vorliegen einesÜberdrucks innerhalb des Arbeitsraumes wird bei Öffnungeiner Öffnung des Zylinders eine Druckwelle erzeugt, diediese Gassäule anregt und verschiebt. Aufgrund der Trägheitder Gassäule wird der Druck im Arbeitsraum nicht nur aufUmgebungsniveau ausgeglichen, sondern kurzfristig einUnterdrück gegenüber der Umgebung innerhalb desArbeitsraumes erzeugt. Wird die Öffnung des Zylinderslänger offen gehalten, so gleicht sich der Unterdrückwieder auf Umgebungsdruck aus. Durch eine speziellabgestimmte Steuerung der Öffnungen ist es möglich, diezumindest eine Öffnung dann zu schließen, wenn ein solcherUnterdrück im Arbeitsraum vorliegt. Dieser Unterdrückbewirkt eine Veränderung im Druck-Volumendiagramm desHeißgasmotors und insbesondere eine Erhöhung derArbeitsausbeute pro Zyklus und damit verbunden eineErhöhung des Wirkungsgrades. Auch bei der Ansaugung desGases in den Arbeitsraum bei Vorliegen eines Unterdruckeskann dieses Prinzip genutzt werden. Hierbei wird dieGassäule wieder durch eine Druckwelle angeregt und erzeugt aufgrund der Trägkeit der Gassäule einen Überdruck imArbeitsraum. Wird die Öffnung zu einem geeigneten Zeitpunktverschlossen, so befindet sich innerhalb des Arbeitsraumesein Überdruck, der ebenfalls die Arbeitsausbeute und damitden Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht.

Hierbei ist es wichtig, dass das Aufladerohr, z.B. dieLänge und der Durchmesser, und die Öffnung des Zylindersmit der Steuerung des Öffnungsvorganges abgestimmt sind, umdas Schließen im richtigen Zeitpunkt, insbesondere beiErreichen eines Maximums an Unter- bzw. Überdruck imArbeitsraum, sicherzustellen.

Weiters ist bei der Ansaugung des Gases in den Arbeitsraumbei Vorliegen eines Unterdruckes möglich, auch Dampfund/oder zerstäubtes Wasser einzusaugen. Dadurch kann eineErhöhung der Dichte innerhalb des Arbeitsraumes erreichtwerden, was zu einem noch höheren Wirkungsgrad desHeißgasmotors führt. Hierbei kann die Dichte um bis zu 50%erhöht werden.

Eine bevorzugte Ausführung sieht vor, dass der Kolbenausgebildet ist, um die zumindest eine Öffnung wahlweisemit dem Arbeitsraum zu verbinden oder von dem Arbeitsraumzu trennen. Der ideale Zeitpunkt des Verbindens der Öffnungmit dem Arbeitsraum bzw. des Trennens der Öffnung vomArbeitsraum ist von mehreren Faktoren abhängig. Einwichtiger Faktor ist die Stellung des Kolbens. Daher ist esbevorzugt, den Kolben so zu gestalten, dass der Kolben dieVerbindung des Arbeitsraumes mit der Umgebung herstellt. Für viele Anwendungen ist lediglich eine Öffnung zu wenig,um einen effizienten Ausgleich mit der Umgebung vorzunehmen, weil die zeitlichen Abstände zwischen denVerbindungen des Arbeitsraumes mit der Umgebung sehr kurzsein können und innerhalb der entsprechenden GaskanäleDruckwellen entstehen können. Diese Druckwellen können sichungünstig auf den Durchfluss durch die Gaskanäle auswirken,falls die Zeitspanne zwischen zwei Öffnungsvorgängen zukurz ist. Daher sieht eine bevorzugte Ausführung vor, dassder Zylinder zumindest zwei verschließbare Öffnungenumfasst, die den Arbeitsraum mit der Umgebung außerhalb desZylinders verbinden.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Kolbenausgebildet ist, um an einem ersten Totpunkt desKolbenhubes eine erste Öffnung freizugeben und an einemzweiten Totpunkt des Kolbenhubes eine zweite Öffnungfreizugeben. Eine solche Ausführung erlaubt denDruckausgleich mit der Umgebung jeweils bei Erreichen desTotpunktes, also wenn die Druckverhältnisse ihre Maximaerreicht haben. Dies ist für den thermodynamischenWirkungsgrad des Heißgasmotors vorteilhaft.

Besonders vorteilhaft bei einer Ausführung mit zumindestzwei Öffnungen ist es, wenn alle Öffnungen mit einemAufladerohr verbunden sind. Es ist daher bevorzugtvorgesehen, dass die zumindest zwei Öffnungen mit jeweilseinem stationären Aufladerohr verbunden sind.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dasszumindest eines der Aufladerohre gekrümmt ist. Dadurch kanneine Platzersparnis innerhalb der Vorrichtung erzieltwerden, ohne die Länge des Aufladerohres zu verringern. Für einige Anwendungen ist es vorteilhaft, zumindest einesder Ventile nicht mithilfe des Kolbens zu verschließen undzu öffnen, sondern mithilfe eines anderen

Betätigungsmittels. Es ist daher bevorzugt vorgesehen, dassdie zumindest eine Öffnung ein Ventil aufweist. DiesesVentil kann beispielsweise elektromotorisch,elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigtwerden. Besonders bevorzugt ist das Ventil ein Druckventil,welches in Abhängigkeit der Druckverhältnisse imArbeitsraum öffnet bzw. schließt.

Heißgasmotoren können mit verschiedenen Gasen betriebenwerden, bspw. mit Luft, Helium oder Wasserstoff.Insbesondere bei teuren Gasen wie Helium kann es vonVorteil sein, wenn der Arbeitsraum nicht direkt mit derUmwelt in Verbindung steht, sondern mit einemabgeschlossenen Raum. Zum Beispiel kann das Gas in einemBehälter gelagert sein und mit einer Öffnung des Zylindersverbunden sein, um die Gaszuführung aus diesem Behälter zuermöglichen. Es ist daher bevorzugt vorgesehen, dass sichdas offene Ende des zumindest einen Aufladerohrs in einergasdichten Kammer, z.B. in einem gasdichten Kurbelkasten,befindet. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass alleÖffnungen des Zylinders den Arbeitsraum mit einergasdichten Kammer verbinden. Diese Ausführung ermöglichtdie Führung des Gases in einem geschlossenen Kreislaufzwischen dem Arbeitsraum und einer gasdichten Kammer. Einweiterer Vorteil einer solchen Ausbildung ist dieErmöglichung von höheren Drücken, die sich positiv auf denWirkungsgrad des Heißgasmotors auswirken. In diesem Fallherrscht in der gasdichten Kammer gegenüber der Umgebungein Überdruck. Der Überdruck kann beispielsweise 5 bar odermehr betragen.

Heißgasmotoren stellen eine Bewegung bereit, die durch mitdem Heißgasmotor verbundene Geräte genutzt werden kann.

Eine bevorzugte Weiterbildung sieht daher vor, dass derKolben des Heißgasmotors mit einem Pleuel verbunden ist.Dieses Pleuel kann beispielsweise mit der Kurbelwelle einesGenerators oder mit einem Linearantrieb verbunden sein.

Weiters ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass zwischendem zumindest einen beheizbaren Bereich und dem zumindesteinen kühlbaren Bereich ein Wärmespeicher angeordnet ist,der von dem Gas durchströmbar ist. Ein Wärmespeicher dieserArt ist also im Übergangsbereich zwischen dem beheizbarenund dem kühlbaren Bereich angeordnet. Wenn das Gas zwischendiesen Bereichen hin- und herfließt, so gelangt es durchden Wärmespeicher in den jeweils anderen Bereich. DerWärmespeicher ist ausgebildet, um das durchströmende Gaseiner möglichst großen Oberfläche zuzuführen, sodass daserhitzte Gas am Weg in den kühlbaren Bereich schnellerabkühlt und das gekühlte Gas am Weg in den beheizbarenBereich schneller erwärmt wird. Gleichzeitig wird derWärmespeicher erwärmt, wenn das warme Gas aus dembeheizbaren Bereich in den kühlbaren Bereich fließt. DieseWärme wird anschließend an das kühle Gas aus dem kühlbarenBereich abgegeben, wenn dieses in den beheizbaren Bereichfließt. Dadurch geht die abgegebene Wärme nicht verloren,sondern wird genutzt, um die notwendige Heiz- bzw.Kühlleistung zu reduzieren und dadurch den Wirkungsgrad desMotors zu steigern.

Eine besonders effiziente Ausbildung sieht vor, dass dasgesamte Gas beim Übergang vom kühlbaren Bereich in denbeheizbaren Bereich bzw. beim Übergang vom beheizbaren

Bereich in den kühlbaren Bereich durch den Wärmespeichergeleitet wird. Dies wird bevorzugt dadurch erreicht, dassder Wärmespeicher ringförmig ausgebildet ist und amInnenmantel des Zylinders angebracht ist, wobei der Kolbenvorzugsweise im ringförmigen Wärmespeicher hin- undherbewegbar geführt ist. Dadurch wird wirkungsvollvermieden, dass Gas am Wärmespeicher vorbei von einemBereich in den anderen Bereich gelangt.

Alternativ kann der Wärmespeicher in einem anderen Bereichinnerhalb des Zylinders angebracht sein. Es können auchmehrere Wärmespeicher als unabhängige Einheiten ausgebildetsein. Bevorzugt sind der/die Wärmespeicher am Innenmanteldes Zylinders angebracht, im Rahmen der Erfindung könnender/die Wärmespeicher aber auch in anderen Bereichenangeordnet sein.

Um zu gewährleiten, dass in jeder Betriebsstellung desKolbens das gesamte Gas beim Übergang zwischen denBereichen durch den Wärmespeicher geleitet wird, istbevorzugt vorgesehen, dass die Länge des Kolbens so gewähltist, um in jeder möglichen Betriebsstellung den Bereich desWärmespeichers zumindest teilweise abzudecken. Dadurch kannauch in den beiden Totpunkten kein Gas direkt vom kühlbarenin den beheizbaren Bereich, oder vom beheizbaren Bereich inden kühlbaren Bereich gelangen.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Wärmespeicher Stahlwollebeinhaltet. Stahlwolle ist günstig in der Herstellung undweist einen geringen Luftwiderstand auf. Daher eignet sichStahlwolle für die Verwendung innerhalb des Wärmespeichers.

Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass der Wärmespeicher imWesentlichen aus einem keramischen Material besteht.Technische Keramiken weisen hohe Wärmeleitfähigkeiten aufund sind daher als Material für den Wärmespeicher gutgeeignet. Besonders bevorzugt sind hierbeiNichtoxidkeramiken, bspw. Siliciumnitrid, Borcarbid,Bornitrid, Siliciumcarbid oder Aluminiumnitrid.

Um einen guten Austausch der Gastemperatur mit demWärmespeicher erzielen zu können, ist es erforderlich, dieGasleitungen innerhalb des Wärmespeichers mit einem hohenOberfläche/Volumenverhältnis auszubilden. Hierbei istbesonders bevorzugt, dass der Wärmespeicher aus einem Blockmit einer Vielzahl von parallelen, axialen Strömungskanälenbesteht. Eine solche Ausbildung ist einfach zu konstruierenund zu fertigen. Andere mögliche Ausbildungen sehen bspw.gewundene Gasleitungen innerhalb des Wärmespeichers vor, umdie Länge der Gasleitungen innerhalb des Wärmespeichers zuerhöhen.

Der beheizbare Bereich kann auf viele Arten beheizt werden,z.B. durch Verbrennungswärme oder durch Solarenergie. Derkühlbare Bereich kann ebenso auf verschiedene Arten gekühltwerden, bspw. mithilfe einer Wasserkühlung. Auch eine reineLuftkühlung, bevorzugt mithilfe von Kühlrippen, istmöglich.

Unter einem Zylinder wird im Rahmen der Erfindung allgemeinein hohler Körper verstanden, der für den Einsatz imBereich der Heißgasmotoren geeignet ist. Die Form diesesZylinders kann daher bspw. zylindrisch oder quaderförmigsein, oder aber eine andere, geeignete geometrische Formaufweisen.

Zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabeschlägt dis Erfindung weiters ein Verfahren der eingangsgenannten Art vor, wobei ein Teil des Gases nach demErwärmen über eine Öffnung und ein daran anschließendesAufiade'rohr an die Umgebung abgegeben wird, wobei eineDruckwelle in das Aufladerohr gelangt und eine Gassäule imAuf lade rohr, in Bewegung setzt, wodurch ein Unterdrück imZylinder erzeugt wird, wobei die Steuerung der Öffnungsenge ion l int, um die Öffnung zu schließen, -wenn einUnterdrück im Zylinder vorhanden ist.

Eine bevorzugte 'Weiterbildung dieses Verfahrens sieht vor,dass ein Gas nach dem Ä> kühlen über eine Öffnung und eindaran ansch.iieisend.es Äufladeröhr von der Umgehung angesaugtwird, wobei eine Druckwelle in das Aufiaderobr gelangt undeine Gassauie im Äufladeröhr in Bewegung setzt, wodurch einÜberdruck im Zylinder erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet;,dass die Steuerung der Öffnung ausgelegt ist, um dieÖffnung zu schließen, wenn ein Überdruck im Zylindervorhanden ist»

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in derZ ei chnnng dargest e 11 ten Ausfuhr one stud arc. eis nähererläutert, ln dieser zeigen Fig, i einen schematischen.Schnitt des erfindungsgemäßen Beiilga«motors in einer erstenAusführungsforro in einer ersten Betriebsposition, Fig. 2einen schematischen Schnitt des Heißgasmotors gemäß Fig. iin einer zweiten. Betriebsposition, Big. 3 einenschematischen Schnitt des erfindungsgemäßen Heißgasmotorsin einer zweiten. Aus füh rungs form und big. 4 ein Druck-Voiumendiagramm des erf.indungsgemäßen Beißgasmotors.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Heißgasmotordargestellt. Ein Zylinder 1 umfasst einen beheizbarenBereich 2, einen kühlbaren Bereich 3 und einen drittenBereich 4. In dieser Ausführungsform ist der dritte Bereich4 weder beheizbar noch kühlbar. Innerhalb des Zylinders 1wird ein Kolben 5 in Richtung des Doppelpfeils 22 zwischendem beheizbaren Bereich 2 und dem kühlbaren Bereich 3 hin-und herbewegbar geführt. Der Kolben 5 umfasst ein vorderesElement 6 und ein hinteres Element 7. Der Zylinder 1 bildetzusammen mit dem Kolben 1 einen Arbeitsraum 8 aus, welchersowohl im beheizbaren Bereich 2 als auch im kühlbarenBereich 3 des Zylinders 1 liegt. Der beheizbare Bereich 2und der kühlbare Bereich 3 des Zylinders 1 stehen übereinen Wärmespeicher 9 in Verbindung miteinander. Dashintere Element 7 des Kolbens 5 weist zwei Leitungen 10auf, die den Arbeitsraum 8 in Abhängigkeit von derKolbenstellung mit jeweils einer Öffnung 11, 12 desZylinders 1 verbinden. Mit 23 wird weiters die Umgebungaußerhalb des Heißgasmotors bezeichnet.

Weiters sind die Öffnungen 11, 12 mit jeweils einemerfindungsgemäßen Aufladerohr 13, 14 fest verbunden. Die inFig. 1 dargestellten Aufladerohre 13, 14 sind imWesentlichen gerade ausgebildet und weisen lediglich einenKnick auf. Der Kolben 5 ist in dieser bevorzugtenAusbildung mit einem Pleuel 15 verbunden.

In der in Fig. 1 dargestellten Betriebsstellung befindetsich der Kolben 5 im rechten Totpunkt. Im Arbeitsraum 8herrscht bis zum Erreichen des Totpunktes ein Unterdrückgegenüber der Umgebung 23. Der Arbeitsraum ist über dieLeitung 10, die Öffnung 12 und das Aufladerohr 14 mit derUmgebung 23 verbunden. Dadurch wird Luft in den Arbeitsraum 8 gesaugt und der Druck im Arbeitsraum 8 dem Umgebungsdruckangeglichen. Durch die Trägheit der Gassäule in demAufladerohr 14 gelangt etwas mehr Luft in den Arbeitsraum8, als für einen Druckausgleich notwendig wäre und dadurchentsteht ein Überdruck im Arbeitsraum. Anschließend wirddie Öffnung 12 durch Bewegung des Kolbens 5 so geschlossen,dass ein Überdruck im Arbeitsraum herrscht. Anschließenderwärmt sich das Gas im beheizbaren Bereich des Zylinders 1und dehnt sich dadurch aus, sodass der Überdruck verstärktwird. Dieser Überdruck bewegt den Kolben 5 nach links, inRichtung des anderen Totpunktes. Durch die Bewegung desKolbens 5 wird das Gas vom kühlbaren Bereich 3 in denbeheizbaren Bereich 2 durch den Wärmespeicher 9 geführt unddadurch schneller erwärmt.

In Fig. 2 wird nunmehr die Betriebsstellung des Kolbens 5im linken Totpunkt dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichengleiche Teile wie in Fig. 1 bezeichnen. Im Arbeitsraum 8herrscht ein Überdruck, welcher den Kolben 5 nach linksgedrückt hat. Nunmehr ist der Arbeitsraum 8 über dieLeitung 10, die Öffnung 11 und das Aufladerohr 13 mit derUmgebung 23 verbunden, sodass Gas aufgrund des Überdruckesaus dem Arbeitsraum 8 ausströmt. Durch die Trägheit derGassäule im Aufladerohr 13 wird mehr Luft aus demArbeitsraum 8 herausgedrückt als für einen Druckausgleichnotwendig wäre und die Öffnung 11 wird geschlossen, wennein Unterdrück im Arbeitsraum vorliegt. Der Kolben 5 wirdnach rechts gedrückt, wobei der Unterdrück im Arbeitsraum 8diese Bewegung unterstützt. Durch die Bewegung des Kolbens5 wird Gas aus dem beheizbaren Bereich 2 des Zylinders 1 inden kühlbaren Bereich 3 durch den Wärmespeicher 9 geführtund gibt im Wärmespeicher 9 Wärme ab. Das Gas im kühlbarenBereich 3 wird gekühlt und damit der Unterdrück im

Arbeitsraum 8 erhöht, bis der Kolben 5 wieder im rechtenTotpunkt, welcher in Fig. 1 dargestellt ist, angelangt ist.

Der Wärmespeicher 9 ist also ausgebildet, um die Wärme desGases bei Abfluss aus dem beheizbaren Bereich 2aufzunehmen, um dieses abzukühlen, und diese Wärme an dasGas bei Abfluss aus dem kühlbaren Bereich 3 an das Gasabzugeben. Dadurch wird der Übergangsbereich zwischen demkühlbaren und dem beheizbaren Bereich verkleinert und derAufwand der Erwärmung bzw. Kühlung wird reduziert. Dadurchkann der Wirkungsgrad des Heißgasmotors erhöht werden.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung,wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile wie in Fig. 1bezeichnen. Diese unterscheidet sich von der erstenAusführungsform einerseits durch die Form der Aufladerohre16, 17, welche in dieser Ausführungsform gekrümmt sind.Weiters sind die Aufladerohre mit einer gasdichten Kammer18 verbunden. Dadurch ist ein Kreislauf gebildet, der denArbeitsraum 8 und die gasdichte Kammer 18 sowie diezwischen diesen Elementen angeordneten Verbindungenumfasst. Der Arbeitsraum 8 steht also in dieser Ausbildungnie in Verbindung mit der Umgebung 23.

Fig. 4 zeigt das Druck-Volumendiagramm des erfindungsgemäßen Heißgasmotors, verglichen mit dem idealenthermodynamischen Prozess eines Manson-Motors gemäß demStand der Technik. Hierbei wird die Wirkung derAufladerohre 13, 14 ersichtlich. Mit 19 ist die Arbeit, dievon dem idealen Manson-Motor bereitgestellt wird,bezeichnet. Durch die Aufladerohre 13, 14 wird diese Arbeitdadurch vergrößert, dass der Kolbenhub jeweils nicht beiUmgebungsdruck, sondern bei Über- bzw. Unterdrück beginnt, wodurch verglichen mit dem Mansonprozess 19 gemäß dem Standder Technik mehr Arbeit bereitgestellt werden kann. Diesebeiden zusätzlichen Bereiche sind mit 20 und 21 bezeichnet.

Claims (17)

1. Patentansprüche: 1. Heißgasmotor, umfassend einen Kolben, welcher in einemmit einem Gas gefüllten Arbeitsraum eines Zylinder hin- undherbewegbar geführt ist, wobei der Zylinder zumindest einenbeheizbaren Bereich und zumindest einen kühlbaren Bereichaufweist, und der Zylinder zumindest eine verschließbareÖffnung umfasst, die den Arbeitsraum mit der Umgebungaußerhalb des Zylinders verbindet, wobei der Kolben miteiner bewegbaren Einrichtung, bspw. einem Pleuel,verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindesteine Öffnung des Zylinders mit einem stationären Aufladerohr verbunden ist.
2. 2. Heißgasmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der Kolben ausgebildet ist, um die zumindest eineÖffnung wahlweise mit dem Arbeitsraum zu verbinden oder vondem Arbeitsraum zu trennen.
3. 3. Heißgasmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennzeichnet, dass der Zylinder zumindest zweiverschließbare Öffnungen umfasst, die den Arbeitsraum mitder Umgebung außerhalb des Zylinders verbinden.
4. 4. Heißgasmotor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurchgekennzeichnet, dass der Kolben ausgebildet ist, um aneinem ersten Totpunkt des Kolbenhubes eine erste Öffnungfreizugeben und an einem zweiten Totpunkt des Kolbenhubeseine zweite Öffnung freizugeben.
5. 5. Heißgasmotor nach Anspruch 3 oder 4, dadurchgekennzeichnet, dass die zumindest zwei Öffnungen mitjeweils einem stationären Aufladerohr verbunden sind.
6. 6. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurchgekennzeichnet, dass zumindest eines der Aufladerohregekrümmt ist.
7. 7. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurchgekennzeichnet, dass die zumindest eine Öffnung ein Ventilaufweist.
8. 8. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurchgekennzeichnet, dass sich das offene Ende des zumindesteinen Aufladerohrs in einer gasdichten Kammer, z.B. ineinem gasdichten Kurbelkasten, befindet.
9. 9. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurchgekennzeichnet, dass der Kolben mit einem Pleuel verbundenist.
10. 10. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurchgekennzeichnet, dass zwischen dem zumindest einenbeheizbaren Bereich und dem zumindest einen kühlbarenBereich ein Wärmespeicher angeordnet ist, der von dem Gasdurchströmbar ist.
11. 11. Heißgasmotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,dass der Wärmespeicher ringförmig ausgebildet ist und amInnenmantel des Zylinders angebracht ist, wobei der Kolbenvorzugsweise im ringförmigen Wärmespeicher hin- undherbewegbar geführt ist.
12. 12. Heißgasmotor nach Anspruch 10 oder 11, dadurchgekennzeichnet, dass die Länge des Kolbens so gewählt ist, um in jeder möglichen Betriebsstellung den Bereich des Wärmespeichers zumindest teilweise abzudecken.
13. 13. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 10 bis 12,dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher Stahlwollebeinhaltet.
14. 14. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 10 bis 13,dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher imWesentlichen aus einem keramischen Material besteht.
15. 15. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 10 bis 14,dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher aus einemBlock mit einer Vielzahl von parallelen, axialenStrömungskanälen besteht.
16. 16. Verfahren zum Bereitstellen einer Bewegung, bei demein erster Bereich eines Zylinders von außen erwärmt wird,sodass sich ein im Zylinder befindliches Gas erwärmt undeinen Überdruck erzeugt, der einen im Zylinder befindlichenKolben in eine erste Richtung bewegt, und ein zweiterBereich des Zylinders von außen gekühlt wird, sodass sichdas im Zylinder befindliche Gas abkühlt und einenUnterdrück erzeugt, wobei der Kolben in eine zweiteRichtung, entgegengesetzt zur ersten Richtung, bewegt wird,dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Gases nach demErwärmen über eine Öffnung und ein daran anschließendesAufladerohr an die Umgebung abgegeben wird, wobei eineDruckwelle in das Aufladerohr gelangt und eine Gassäule imAufladerohr in Bewegung setzt, wodurch ein Unterdrück imZylinder erzeugt wird, wobei die Steuerung der Öffnungausgelegt ist, um die Öffnung zu schließen, wenn einUnterdrück im Zylinder vorhanden ist.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,dass ein Gas nach dem Abkühlen über eine Öffnung und eindaran anschließendes Aufladerohr von der Umgebung angesaugtwird, wobei eine Druckwelle in das Aufladerohr gelangt undeine Gassäule im Aufladerohr in Bewegung setzt, wodurch einÜberdruck im Zylinder erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet,dass die Steuerung der Öffnung ausgelegt ist, um dieÖffnung zu schließen, wenn ein Überdruck im Zylindervorhanden ist.