DE2807004A1 - Heissgaskolbenmaschine - Google Patents
HeissgaskolbenmaschineInfo
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Description
PIIN. 8698.
WXJ/EVH.
- > - 8.8.1977.
"Heiεsgaskolbenmaschine"
Die Erfindung bezieht, sich auf eine Heissgaslcolben~
maschine mit mindestens einem Arbeitsraum, in dem ein Arbeitsmedium einen thermodynamischen Kreislauf macht,
welcher Arbeitsraum einen Kompressionsraum und einen
Expansionsraum mit im Betrieb untereinander verschiedenen mittleren Temperaturen hat, die über Värmeaustauscher,
unter denen ein Regenerator, miteinander verbunden sind, wobei mindestens ein in einem Zylinder hin- und herbeweglicher
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PHN. 8698.
H
8·
freier Kolben vorhanden ist, der mit der einen Oberfläche
das Volumen des Arbeitsraumes ändert und mit "der anderen Oberfläche einen Teil der Begrenzung eines Pufferraumes
bildet, in dem sich ebenfalls Arbeitsmedium unter einem im Betrieb wenigstens nahezu konstanten Druck befindet,
der dem mittleren Arbeitsdruck im Arbeitsraum entspricht, wobei ein Regelmechanismus zum Beibehalten einer gewissen
mittleren Stellung des freien Kolbens durch das augenblickliche Freigeben einer Verbindung zwischen dem Pufferraum
und einem Raum veränderlichen Druckes vorhanden ist, welcher Regelmechanismus zwei Elemente enthält, die ale
Hilfszylinder und als darin beweglicher Hilfskolben zum
Aendern des Volumens des Hilfszylinderraumes ausgebildet
sind, von welchen Elementen das eine mit dem freien Kolben verbunden und das andere ortsfest abgeordnet ist, wobei
der Hilfskolben mit mindestens einem Kanal versehen ist*
dessen eines Ende in die mit der Hilfszylinderwand eueammenarbeitende
Hilfskolbenwand mündet Und dort in einer bestimmten Stellung des Hilfskolben» «it mindetetis feinem
mit dem Pufferraum verbundenen Kanal in der RilFeeylinder»
wand übereinstimmt. Im Rahmen der Erfindung werdeil unter
Heissgasko^benmaschinen Gaskältemas chin en, Heissgastnotoren
und Wärmepumpen verstanden.
Eine Heissgaskolbenmaschiiie der obengenannten Art
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8.8.77.
iat in der DE-OS 26 53 455 der Anmelderin (Fig. 4 und·5)
bereits vorgeschlagen worden.
Bei der vorgeschlagenen Heissgaslcolbenmaschine mündet der Kanal im Hilfskolben mit dem vom Pufferraum
.3 abgewandten Ende in den Arbeitsraum der Maschine, so dass
eine bestimmte mittlere Stellung des freien Kolbens dadurch beibehalten wird, dass augenblicklich eine offene Verbindung
• zwischen dem Pufferraum und dem Arbeitsraum vorhanden ist.
Abhängig von der Lage strömt dann Arbeitsmedium vom Pufferraum
zum Arbeitsraum oder umgekehrt.
Ein Nachteil dieser Konstruktion ist, dass der im Arbeitsraum durchgeführte thermodynamisehe Kreislauf
beeinträchtigt wird. Das Maximum-Minimum-Druckverhältnis des sich-am Kreislauf beteiligenden Arbeitsmediums wird
beeinträchtigt, während zugleich Phasenverschiebung auftritt, d,h. der Phasenuntex-schied zwischen der Druck- und A^olumen-änderung
des Arbeitsmediums im Arbeitsraum ändert. Dies führt zur Wirkungsgradverringerung der Maschine.
Die Erfindung bezweckt nun, eine verbesserte Heissgaskolbenmaschine der obengenannten Art zu schaffen,
wobei die Regelung der mittleren Stellung des freien Kolbens derart aulsgebildet ist, dass der thermodyn amis ehe
Kreislauf keine negativen Einflüsse erfährt.
Dazu weist die erfindungsgemässe Heissgaskolbenmaschine
das Kennzeichen auf, dass der Kanal im Hilfskolben
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, 8.8.77.
J*"- U
mit dem anderen Ende in den Hilfszylinderraum mündet.
Eine günstige Ausführungsform der· erfindungsgemässen
Heissgaskolbenmascliine weist das Kennzeichen auf, dass das ortsfest angeordnete Element gegenüber dem
Zylinder in der Richtung der Zylinderachse verstellbar ist.
Auf diese Weise ist die mittlere Stellung des freien Kolbens einstellbar.
Eine weitere günstige Ausführungsform der erfindungsgemässen
Heissgaskolbenmaschine weist das Kennzeichen auf, dass das mit dem freien Kolben verbundene Element in
axialer Richtung gegenüber dem freien Kolben verstellbar angeordnet ist.
Auf diese Weise ist die mittlere Stellung des freien Kolbens ebenfalls einstellbar.
Vorzugsweise sind die beiden Elemente aus räumlichen Erwägungen im Pufferraum untergebracht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher
beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Gaskältemaschine, wobei der Regelmechanismus zum Beibehalten einer
bestimmten mittleren Stellung des freien Kolbens einen im Pufferraum fest angeordneten Hilfskolben enthält, der
in einem mit dem freien Kolben verbundenen Hilfszylinder hin- und herbeweglich ist.
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8.8.77.
Fig. 2 eine graphische Darstellung des Druckes (p) als Funktion der Zeit (t) für das sich am Kreislauf im
Arbeitsraum der Heissgaskolbenmaschxne nach Fig. 1 beteiligende Arbeitsmedium (P1),für das Arbeitsmedium im Pufferraum (P„)
un4- -^ur °^as Arbeitsmedium im Hilfszylinderraum (P„) der
genannten Maschine,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Heissgasmotor zum Erzeugen elektrischer Energie (Generator), wobei
der Hilfskolben mit dem freien Kolben verbunden und in einem mit dem Pufferraum verbundenen Hilfszylinder beweglich ist,
Fig. h einen Längsschnitt durch eine Gaskältemaschine
mit einem im Pufferraum ortsfest angeordneten Hilfßzylinder und einem mit dem freien Kolben axial verstellbar
gekuppelten Hilfskolben,
maschine mit einem am freien Kolben befestigten Hilfekolben und einem im Pufferraum axial verstellbar angeordneten Hllfeeyltnder,
Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine Gaskältemaschine,
wobei der Expansionskolben einen freien Kolben bildet, der mit einem Hilfskolben versehen ist, der im
Hilfszylinder hin- und herbeweglich ist,
Fig. 7 eine etwas geänderte Ausführungsform
des Heissgasmotors nach Fig. 3»
Fig. 8 eine graphische Darstellung des Druckes (p)
Fig. 8 eine graphische Darstellung des Druckes (p)
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PHN. 8698.
_ #- % 8.8.77.
als Funktion der Zeit (t) Tür das sich am Kreislauf im
Arbeitsmedium des Heissgasmotors nach Fig. 7 beteiligende
Arbeitsmedium (P1), für das Arbeitsmedium im Pufferraum (Pp^
und für das Arbeitsmedium im Hilfszylinderraum (P„) wobei
Po und P1 gleichphasig sind.
In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeiehen 1 ein Zylinder bezeichnet, in dem ein freier Kolben 2 und ein freier
Verdränger 3 mit einem gegenseitigen Phasenunterschied hin- und herbeweglich sind. Zwischen der Arbeitsoberfläche 2a
des Kolbens 2 und der Arbeitsoberfläche 3a des Verdrängers
befindet sich ein Kompressionsraum h mit einem darin angeordneten
Kühler 5- Der Verdränger 3 begrenzt mit der oberen
Arbeitsoberfläche 3b einen Expansionsraum 6, der mit.dem
Kompressionsraum 4 den Arbeitsraum bildet. Im Verdränger ist ein Regenerator 7 angeordnet, der auf der Unterseite
über Bohrungen 8 und auf der Oberseite über Bohrungen für Arbeitsmedium zugänglich ist. Die Maschine ist mit einem
Gefrierer 10 als Wärmeaustauscher zwischen expandiertem kaltem Arbeitsmedium und einem zu kühlenden Gegenstand
versehen.
Wenn im Betrieb der Kolben 2 und der Verdränger sich mit einem Phasenunterschied bewegen, wird ein
Arbeitsmedium (beispielsweise Helium oder Wasserstoff) im Arbeitsraum .der Maschine abwechselnd verdichtet und
expandiert, wobei infolge der Expansion Kälte erzeugt' wird.
Die Verdichtung des Arbeitsniediums erfolgt, wenn dieses
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- 3
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Medium sich im wesentlichen im Kompressionsraum k befindet.
Das Arbeitsmedium strömt nacheinander über den Kühler 5
unter Abgabe von Kompressionswärme, Bohrungen 8, Regenerator unter Abgabe von Wärme und Bohrungen 9 zum Expansionsraum
Expansion des Arbeitsmediums erfolgt, wenn dieses Medium sich im wesentlichen im Expansionsraum 6 befindet. Das
Arbeitsmeditim strömt dann wieder über die bezeichnete Strecke
in umgekehrter Reihenfolge zurück, nachdem im Gefrierer
Wärme aus dem nicht dargestellten zu kühlenden Gegenstand aufgenommen worden ist, während im Regenerator 7 die früher
gespeicherte Wärme wieder aufgenommen wird.
Der freie Kolben 2 begrenzt mit der Unterseite 2b einen Pufferraum 11-_, in dem sich ebenfalls Arbeitsmedium
unter einem im Betrieb nahezu konstanten Druck befindet, der dem mittleren Arbeitsmediumdruck im Arbeitsraum entspricht.
Die Kolbenunterseite 2b enthält eine Leichtgewichtbüchse 12 aus nicht magnetischem und nicht magnetisierbarem
Material, wie Hartpapier oder Aluminium. Um die Büchse ist ein elektrischer Stromleiter zu einer Ankerspule 13
gewickelt, an welche Spule Stromzuführungsdrähte 14 und
angeschlossen sind, die durch die Wand eines mit dem Zylinder 1 gasdicht verbundenen Gehäuses hinausgeführt
und dort mit elektrischen Kontakten 17 bzw. 18 versehen
sind. Die Ankerspule 13 ist in axialer Richtung des Kolbens
hin- und herbeweglich in einem ringförmigen Spalt 19»
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in dem ein Dauermagnetfeld herrscht, dessen Kraftlinien
sich in radialer Richtung erstrecken und zwar quer zur Bewegungsrichtung der Ankerspule.
Das Dauermagnetfeld ist im betreffenden Fall
mit Hilfe eines ringförmigen Dauermagneten 20 mit auf der Ober- und Unterseite ^befindlichen Polen, einer Welcheisenringscheibe
21, eines massiven Weicheisenzylinders und einer kreisförmigen Weicheisenscheibe 23 erhalten
worden.
Der Dauermagnet und die Weiche!senelemente
bilden zusammen einen geschlossenen Magnetkreis, d.li.
einen Kreis geschlossener magnetischer Kraftlinien. Im
Betrieb sind die Kontakte 17 und 18 an eine elektrische Wechselstromquelle (beispielsweise an das elektrische
Versorgungsnetz) mit einer Frequenz f (beispielsweise 50 Hz)
angeschlossen. Auf die Wechselstrom führende Ankerspule '13 werden nun unter dem Einfluss des Dauermagnetfeldes im
Spalt 19 wechselweise aufwärts und abwärts gerichtete
Lorentzkräfte ausgeübt, wodurch das Gefüge aus Kolben 2,
Büchse 12 und Ankerspule 13 ins Schwingen gerät. Dies
erfolgt derart, dass die Resonanzfrequenz des Systems, das aus dein beilegenden Gefüge und dem Arbeitsmedium im
Raum besteht, wenigstens der Wechselstromfrequenz f (eine Abweichung von 1O$ ist noch akzeptierbar) nahezu
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8.8.77.
entspricht. Dabei ist das Arbeitsmedium im Arbeitsraum
als Federsystem, «irksani. Dem Scliwingungssystem aus Kolben/
Anlcerspulengefüge und Arbeitsmedium braucht der Wechselstrom
über die Ankerspule 13 nur soviel Energie zuzuführen,
wie es zum Ausgleichen der vom Arbeitsmedium geleisteten
Arbeit sowie der Reibungsverluste notwendig ist. Der Verdränger
3 hat örtlich, einen kleineren Durchmesser, wodurch ein ringförmiger Zwischenraum Zk zwischen dem Zylinder 1
und dem Verdränger 3 gebildet ist. Die Wand des Zylinders 1 ist mit einem Vorsprung 25 versehen. Ein Federelement 26
ist einerseits am Vorsprung 25 und andererseits an der
Ringfläche 27 des Verdrängers 3 befestigt.
Das Federelement 26 begrenzt den Hub des Verdrängers 3 und bildet zusammen damit ein Masse/Federsystem,
wodurch der Verdränger ebenso wie der Kolben eine rein harmonische Bewegung mit derselben Frequenz macht wie
der Kolben aber gegenüber demselben mit einem PhasenunterschiQd. Die Federkonstante des Federelementes 26
und die Masse des Verdrängers 3 sind derart gewählt worden, dass die Frequenz f1, b%i der dieses System resonieren kann,
höher liegt als die Resonanzfrequenz f des Systems aus Kolben/Ankerspulengefüge und Arbeitsmedium. Im Betrieb mit
gleichen Schwingungsfrequenzen des Kolbens 2 und der Verdrängers 3 eilt die Volumenänderung des Expansionsraums 6 dann
■ gegenüber der in diesem Raum auftretenden Druckänderung vor
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mit der Folge, dass im Expansionsraum 6 Kälte erzeugt wird.
Im Pufferraum 11 ist ein Hilfskolben 28, der
über eine Stange 29 an dem Weiclieisenzylinder 22 befestigt
ist, ortsfest angeordnet. Der Hilfskolben 28 ist in einem mit dem freien Kolben 2 verbundenen Hilfszylinder 30 beweglich,
und kann dabei das Volumen des Raumes 31 ändern.
Im Hilfskolben 28 ist ein Kanalsystem 32 vorgesehen,
das einerseits mit dem Raum 31 verbunden ist und andererseits an verschiedenen Stellen in die mit der Hilfszylinderwand
zusammenarbeitenden Hilfskolbenwand mündet
(32a) und dort mit Oeffnungen 33 in der Wand des Hilfszylinders
30 zusammenarbeitet. Die Oeffnungen 33 stehen mit dem Pufferraum 11 in offener Verbindung. Wie aus
Fig. 2 hervorgeht, ist während des Zeitintervalls A der Kreislaufdruck P1 im Arbeltsraum k, 6 aus Fig. 1 grosser
als der Druck Pp im Pufferraum 11. Durch. Undichtigkeit
durch den Spalt 3** zwischen der" Wand des Kolbens 2 und
dem Zylinder 1 strömt dann Arbeitsmedium vom Arbeitsraum h,
zum Pufferraum 11. Im Zeitintervall B (Fig. 2) ist der Druck dagegen im Pufferraum 11 grosser als im Arbeitsraum
k, 6, so dass dann Medium aus dem Puf'ferraum 11
durch den Spalt "}h zum Arbeitsraum h, 6 strömt, Der Druck
des im Intervall A aus dem Arbeitsraum strömenden Mediums ist jedoch höher als der Druck des im Intervall B aus
dem Pufferraum strömenden Mediums. Dies bedeutet zwar
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dass die Mediumvolumenströme aus und zum Arbeitsraum gleich
sind aber nicht die Massenströme. Der Mediummassenstrom '·· zum Pufferraum 11 ist grosser als der zum Arbeitsraum 4,6.
Das Resultat wäre, dass der Kolben 2 allmählich, eine
höhere mittlere Lage einnimmt, d.h., die mittlere Lage des Kolbens würde sich in Richtung des EompressioBsraums 4
verschieben.
Letzteres wird nun durch die Wirkung des durch den Hilfskolben 28 und den Hilfszylinder 30 gebildeten
Regelmechanismus vermieden.
Bewegt sich der Kolben hin und her und zwar in der gewünschten mittleren Nennstellung, so passieren die
Oeffnungen 33 die Kanäle 32a zu den Zeitpunkten t.., t„ und t„
(Flg. 2), wo die Drücke in dem Arbeitsraum, dem Pufferraum und dem Hilfszylinderraum gleich sind. Es strömt
dann kein Arbeitsmedium durch die Oeffnungen 33 und das
Kanalsystem 32.
Schiebt die mittlere Stellung des Kolbens 2 nach oben und zwar wegen eines grösseren Mediummassenstromes
vom Kompressionsraum 4 durch den Spalt 34 zum Pufferraum 11
als der Mediummassenstrom in umgekehrte Richtung, so passieren bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 2 die
Oeffnungen '33 die Kanäle 32a zu einem Zeitpunkt, beispielsweise
tjL, der später liegt als t^, während bei der
Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 die Oeffnungen 33 die Kanäle 32a zu dem Zeitpunkt t_ passieren", der früher liegt
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als der Zeitpunkt t„. Das Resultat ist, dass zu den Zeitpunkten
tr ι und t,., wo der Druck P„ im Hilfszylinderraum
grosser ist als der Druck P„ im Pufferraum 11, Arbeitsmedium
aus dem Hilfszylindcrrautn 31 über das Kanalsystem JZ
und die Oeffnungen 33 zum Pufferraum 11 strömt. Der Druckpegel im Hilfszylinderraum 31 sinkt also mit der Folge
einer zusätzlichen zurücktreibenden abwärts gerichteten Kraft auf den Kolben 2, wodurch die ursprüngliche mittlere
Lage wiederhergestellt wird.
Sollte die mittlere Lage des Kolbens 2 sich, beispielsweise unter dem Einfluss des Eigengewichtes
abwar tsbeivegen, also in der Richtung des Weicheisenzylinders
22, so passieren bei Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 die Oeffnungen 33 die Kanäle 32a zu einem gegenüber
t.. (Fig. 2) späteren Zeitpunkt, beispielsweise' t^,
und bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 2 zu einem gegenüber t„ früheren Zeltpunkt t„. Zu den Zeitpunkten t^ und't-,
wo der Druck P„ im Pufferraum 1 I grosser ist als der
Druck P„ im Hilfszylinderraum 31» strömt dann aus dem
Pufferraum 1 1 über die -Oeffnungen 33 und das Kanalsysteni
Arbeitsmedium zum Ililfszylinderraum 3 1. Der mittlere Druck
.im Hilfszylinderraum 31 steigt dann mit der Folge, deiss
sich die mittlere Kolbenlage nach oben in die ursprüngliche mittlere Lage verschiebt. " - * ■
Beim Heissgasmotor nach Fig. 3 sind Teile, die
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denen aus der Gaskältemaschine nach Fig. 1 entsprechen, mit denselben Bezugsz&ichen angegeben.
Der Kompressionsraum 4 steht dabei über den Kühler 5» den in einem Zylinder ortsfest angeordneten
Regenerator 7 und einen Erhitzer 41 mit dein Expansionsraum 6
in Verbindung. Der Erhitzer 4o enthält eine Anzahl Rohre 42, die sich einerseits an den Regenerator 7 und andererseits
an einen Ringkanal 43 anschliessen, sowie eine Anzahl Rohre hh,
die sich einerseits an den Ringkanal 43 und andererseits
an den Expansionsraum 6 anschliessen.
Dem im Betrieb durch die Erhitzerrohre 42, 44 strömenden Arbeitsmedium wird Wärme zugeführt, die von
einer Brennervorrichtung 45 herrührt. Die Brennervorricbtung
umfasst einen Brenner 46 mit Kraftstoff zufuhr 47 urjd Luft- .
zufuhr 48. Nach Abgabe von Wärme an den in einem Gehäuse 49
angeordneten Erhitzer 4i verlassen die Verbrennungsgase
das Gehäuse 49 über den Auspuff 50.
Der Verdränger 3 ist über eine Verdrängerstange 52
mit einem nicht dargestellten Getriebe verbunden. Im Betrieb des Heissgasmotors, wobei der Verdränger 3 und
der Kolben 2 sich phasenverschoben bewegen, wird die dem Erhitzer 41 zugeführte Wärmeenergie dazu benutzt, den
Kolben 2 anzutreiben, wodurch in der Ankerspule 13 elektrische
Energie erzeugt wird. Dadurch, dass der Verdränger· 3 mit einem elektrodynamischen Antrieb versehen wird, kann
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FHN. 8698. 8.8.77.
nach Anlaufen des Heissgasrnotorg: ein Teil der· in der
Ankerspiale 13 erzeugten elektrischen Energie als Speisung
für die mit der Verdrängerstange 3 verbundene Ankerspule verwendet werden.
Ueber eine Stange 52 ist ein Hilfskolben 53, der in einem Hilfszylinder 5^ hin- und hex*beweglich ist, mit dem freien Kolben 2 verbunden. Der Hilfskolben 53 ändert das Volumen des Hilfszylinderraumes 55. Im Hilfskolben 53 ist ein Kanal 56 vorgesehen, der mit einem Ende in den Hilfszylinderraum 55 mündet und mit dem anderen Ende mit einer Oeffnung 57 in der Wand des Hilfszjdinders 5^ zusammenarbeitet, welche Oeffnung 57 über eine Leitung mit dem Pufferraum 11 in offener Verbindung steht.
Ueber eine Stange 52 ist ein Hilfskolben 53, der in einem Hilfszylinder 5^ hin- und hex*beweglich ist, mit dem freien Kolben 2 verbunden. Der Hilfskolben 53 ändert das Volumen des Hilfszylinderraumes 55. Im Hilfskolben 53 ist ein Kanal 56 vorgesehen, der mit einem Ende in den Hilfszylinderraum 55 mündet und mit dem anderen Ende mit einer Oeffnung 57 in der Wand des Hilfszjdinders 5^ zusammenarbeitet, welche Oeffnung 57 über eine Leitung mit dem Pufferraum 11 in offener Verbindung steht.
Die Regelung der mittleren Lage des Kolbens 2 entspricht der aus Pig. 2, so dass sich eine: weitere.
Beschreibung erübrigt.
Für die in Fig. h dargestellte Gaskältemaschine
sind für Einzelteile, die denen der Maschine nach Fig. T-entsprechen,
dieselben Bezugszeichen verwendet worden.
Im betreffenden Fall ist eine mit Gewinde 60
versehene Bohrung 61 im Kolben 2 vorgesehen, in der eine
Stange 62 gasdicht eingeschraubt ist, welche Stange einen Hilfskolben 63 trägt, der in einem Hilf szylinder 6k hin-
und herbeweglich ist, welcher Zylinder mit Oeffnungen 65
versehen ist. In dex" dargestellten Lage ist der Pufferraum
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PHN. 8698. ß.8.77.
über die Oeffnungen 65 und ein Kanalsystem 66 im Hilfskolben
63 mit dem Hilfszylinderraum 67 in offener Verbindung.
Die Wirkungsweise des Mechanismus zur Regelung der mittleren Lage entspricht der obensteilend bei Fig. 1 beschriebenen
Virkimgsweise.
Dadurch, dass die Stange 62 mehr oder weniger
in die Bohrung 61 eingeschraubt wird, kann die gewünschte
mittlere Stellung des Kolbens 2 eingestellt werden.
Bei der Gaskältemaschine nach Fig. 5 sind für Einzelteile, die denen aus Fig. 4 entsprechen, mit denselben
Bezugszeichen angegeben.
Die Stange 6Z ist nun mit dem Kolben 2 fest verbunden,
während der Hilfszylinder 64 mittels einer Einstellschraube 70 in einer Büchse 71 in axialer Richtung einstellbar
ist. Auf diese Weise lässt sich auch hier die mittlere Stellung des Kolbens 2 einstellen, wobei - zugleich
der Vorteil erhalten worden ist, dass die Einstelllung im Betrieb von aussen her erfolgen kann.
In Fig. 6 ist eine Gaskältemaschine mit einem Zylinder SO dargestellt, in dem ein Kompressionskolben
vorhanden ist, der über eine Kolbenstange 82 mit einem Getriebe 83 im Getrieberauni 83 a verbunden ist. Der
Kompressionskolben 81 ändert bei Bewegung das Volumen des Kompressionsraums 84. Der Kompressionsraum 84 ist über
den Kühler 85, den Regenerator 86 und den Gefrierer 87
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"8
PHN. 8698. 8.8.77.
mit einem Expansionsraum 88 verbunden. Der Exp an si ons raum
wird durch einen Expansionskolben 89 begrenzt, der mit
dem anderen Ende einen Pufferraum 90 begrenzt, in dem
sicli Arbeitsmedium unter einem Druck befindet, der dem
mittleren Arbeitsmediumdruck im Exp an si ons raum 88 entspricht, Der Expansionskolben 89 ist mit einer Kolbenstange 9' verbunden,
die einen Hilfskolben 9~ trägt, der bei Bewegung das Volumen des Raumes 93 innerhalb eines Hilfszylinders $h
ändert.
Im Hilfskolben 92 ist ein Kanal 95 vorgesehen
iind im PIiIfszyliiider 9*4 eine Oeffrmng 96.
In der dargestellten Situation ist der Pufferraum 90 über die Oeffnimg 96 und den Kanal 95 mit dem
Hilfszylinderraum 93 in offener Verbindung. Die Wirkungsweise
des durch den Hilfskolben 92 und den Hilf szyliiider 9^
gebildeten Iiegelmechanisinus für die mittlere Stellung des
Kolbens 89 entspricht der in Fig. 1 beschriebenen Wirkungsweise.
Selbstverständlich kann auch der Kompressionskolben
81 als freier Kolben ausgebildet und mit einer Regelung für die mittlere Stellung versehen sein, wie
beispielsweise nach Fig. 1, Der Kurbelwellenraum 83a
kann gewünschtenfalls mit dem Pufferraum 90 ein Ganzes
bilden.
Bei dem Heissgasinotoz* nach Fig. 7 sind für die
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PHN, 8698,
8.8.77.
Einzelteile die Bezugszeichen aus "Fig. 3 verwendet worden.
Der betreffende Heissgasmotor weicht nur darin von dem nach. Fig. 3 ab, dass der Hilfskolben 53 nun mit der Oberseite
das Volumen des Hilfszylinderraumes 55 ändert.
Das bedeutet, dass die Druckänderung P„ im Hilfszylinderraum
55 nun mit der Druckänderung P1 im Kompressionsrautn h
gleichphasig ist, was in Fig. 8 dargestellt ist.
Schiebt die mittlere Stellung des Kolbens 2 wieder nach oben, so passiert bei Abwärtsbewegung des
Kolbens 2, der Kanal 56 die Oeffnung 57 zu dem Zeitpunkt ΐ
der später liegt als t~, während bei der .Aiiifwärtsbewegxing
des Kolbens 2 der Kanal 56 die Oeffnung 57 zu dem Zeitpunkt
t,. passiert, der früher liegt als der Zeitpunkt t„.
Das Resultat ist, dass zu den Zeitpunkten t. und t-, wo
der Druck P^ im Pufferraum 11 grosser ist als der Druck P„·
im Hilfszylinderraura 55» Arbeitsmedium aus dem Pufferraum
11 über die Leitung 58, die Oeffnung 57 und den
Kanal 56 zum Hilfszylinderraum 55 s;trömt, so dass der
Druckpegel im letztgenannten Raum steigt» Der Kolben· 2
wird auf diese Weise wieder in die ursprüngliche mittlere Stellung zurückgetrieben.
Schiebt die mittlere Stellung des Kolbens 2 nach unten, so £>assiert bei der Aufwärtsbewegung des
Kolbens 2 der Kanal 56 die Oeffnung 57 zu einem gegenüber
t.. (Fig. 8) späteren Zeitpunkt ts und bei der Abwärtsbewegung
des Kolbens 2 zu einem gegenüber t~ früheren 09836/0593
PHN. 8098.
*XO 8.8.77.
Zeitpunkt t>7· Zu den Zeitpunkten t,- und t„ ist der Druck P„
im Hilfszyliiiderraum 55 gi'össer als der Druck P„ im Pufferraum
1 1 . Dann fliesst Arbeitsmedium vom Hilfszylindei^raum
zum Pufferraum 11. Der Druckpegel im Hilfszylinderraum 55
sinkt, wodurch der Kolben 2 wieder die höhere ursprüngliche mittlere Stellung einnimmt.
Aus dem Obenstehenden geht hervor, dass die
Regelung der mittleren Stellung sowohl wenn die veränderlichen Drücke im Arbeitsraum und im Hilfssrylinderraum
gleichphasig sind (Fig. 8) als auch wenn die genannten Drücke gegenphasig sind (Phasenuntersehied 18O°) (Fig. 2)
funktioniert. x
809836/0593
Claims (2)
- PTIN. 8 8.8.77.PATENTANSPRUECHE:ΙΤΛ Heissgaskolbcnmaschine mit mindestens einem Arbeitsraum, in dem ein Arbeitsmedium einen thermodynamischen Kreislauf macht, welcher Arbeitsraum einen Kompressionsraum und einen Expansionsraum mit im Betrieb untereinander verschiedenen mittleren Temperaturen hat, die über Wärmeaustauscher, unter denen ein Regenerator, miteinander verbunden sind, wobei mindestens ein in einem Zylinder hin- und herbeweglicher freier Kolben vorhanden ist, der mit der einen Oberfläche das Volumen des Arbeitsraumes ändert und mit der anderen Oberfläche einen Teil der Begrenzung eines Pufferraumes bildet, in dem sich ebenfalls Arbeitsmedium unter einem im Betrieb wenigstens nahezu konstanten Druck befindet, der dem mittleren Arbeitsniediumdruck im Arbeitsraum entspricht, wobei ein Regelmechanismus zum Beibehalten einer bestimmten mittleren Stellung des freien Kolbens durch ausgenblickliches Freigeben einer Verbindung zwischen dem Pufferraum und einem Raum vei-änderlichen Druckes vorhanden ist, welcher Regelmechanismus zwei Elemente enthält, die als Hilfszylinder und als darin beweglicher Hilfskolben zum Aendern des Volumens des Hilfszylinderraumes ausgebildet sind, von welchen Elementen d^is eine mit dem freien Kolben verbunden und das andere ortsfest angeordnet ist, wobei der Hilfskolben mit mindestens einem Kanal versehen ist, der mit einem Ende in die mit der Hilfszylindervand zusammen-809836/0593ORIGINAL INSPECTEDPHN. 8698.8.8.77.arbeitende Hilfskolbenwand mündet und dort in einerbestimmten Stellung des Hilfskolbens mit mindestens einem mit dem Pufferraum in Verbindung stehenden Kanal in der Hilfszylinderwand übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet; dass der Kanal (.32; 56', 66; 95) im Hilfskolben (28; 53; 6'J', 9'<±) mit dem anderen Ende in den Hilfszylinderraum (31J 55 j 67; 93) mündet.
- 2. Heissgaskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ortsfest angeordnete Element (64) gegenüber dem Zylinder (1) in der Richtung der Zylinderachse verstellbar ist (?O; 71) (Fig. 5).3· Heissgaskolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem freien Kolben (2) verbundene Element (63) gegenüber dem freien Kolben (2) in axialer Richtung verstellbar (6O-62) angeordnet ist (Fig. Όh, Heissgaskolbenmaschino nach Anspruch 1, 2. oder 3> dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elemente (28, 30; 63, 6^; 92, 9k) im Pufferraum (11; 90) untergebracht sind (Fig. 1, k, 5, 6).809836/0593
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