DE19715666A1

DE19715666A1 - Environmental heat conversion method

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Publication number: DE19715666A1
Application number: DE1997115666
Authority: DE
Inventors: Moissis Papadopulos
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-04-15
Filing date: 1997-04-15
Publication date: 1998-10-22

Abstract

The method involves using a Stirling motor with a crankshaft chamber (43) containing compressed gas, which is partially displaced at constant volume in a hot chamber after heat take-up from a heat source and regenerator. The valve-controlled (20) connection between one gas volume in the crankshaft chamber and a second volume in a hot chamber (29), is then blocked. The first part volume takes-up environmental heat, and is isothermally expanded. The second part volume is cooled maintaining constant volume and is ejected via a control valve (10) into operational and underpressure vessels (21,22). In a single-cylinder engine, the second part volume flows from the vessels into the crankshaft chamber, to recreate the initial conditions. In a multi-cylinder engine, the initial conditions are reached after the second volume flows from the operational vessel via a back pressure valve (47) and two connection pipes (46,48), into the crankshaft chamber.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umwandeln von Wärme in Arbeit mittels eines Heißgasmotors von der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art. Die Erfindung betrifft auch einen Heißgasmotor zur Durchführung des Ver fahrens.The invention relates to a method for converting Heat in progress by means of a hot gas engine from the Preamble of claim 1 specified type. The invention also relates to a hot gas engine for performing the ver driving.

Heißgasmotoren, bisher in der Form des Stirling-Motors be kannt und technisch realisiert, haben wegen der äußeren Wärmezufuhr den Vorteil, daß die Wärme durch kontinuier liche Verbrennung von festem, flüssigem oder gasförmigem Brennstoff erzeugt werden kann, wobei die Verbrennung mit hohem Luftüberschuß schadstoffarm, geräuscharm und mit guten Wirkungsgrad durchgeführt werden kann, so daß der Heißgasmotor besonders umweltfreundlich arbeitet. Trotz dieser Vorteile und eines relativ guten Wirkungsgrades hat der Heißgasmotor gegenüber diskontinuierlich beheizten Wär mekraftmaschinen wie Otto-Motor oder Dieselmotor Nachteile, insbesondere hohe Herstellungskosten, ungünstiges Lei stungsgewicht und schwierige Leistungsregelung, so daß er sich in der Praxis nur wenig durchsetzen konnte. Durch Ver besserung des thermischen Wirkungsgrades und Verringerung der Herstellungskosten könnten dem Heißgasmotor neue Anwendungsmöglichkeiten erschlossen werden.Hot gas engines, previously in the form of the Stirling engine known and technically realized, because of the outside Heat supply the advantage that the heat through continuous combustion of solid, liquid or gaseous Fuel can be generated, the combustion with high excess air low in pollutants, low noise and with good efficiency can be carried out so that the Hot gas engine works particularly environmentally friendly. In spite of of these advantages and a relatively good efficiency the hot gas engine compared to discontinuously heated heat drawbacks like petrol engines or diesel engines, especially high manufacturing costs, unfavorable lei weight and difficult power control, so that he could hardly prevail in practice. By ver improvement of thermal efficiency and reduction the manufacturing costs could be new for the hot gas engine Possible applications are opened up.

Ein Grund für die relativ geringen thermischen Wirkungs grade existierender Brennkraftmaschinen, die weit unter dem nach Carnot theoretisch erreichbaren Wirkungsgrad liegen, besteht darin, daß die Verdichtung des Arbeitsgases bei niedriger Temperatur, insbesondere Umgebungstemperatur, durchgeführt wird und die dabei entstehende Wärme an die Umgebung abgeführt werden muß. Die Erfindung beruht auf die Erkenntnis, daß ein thermischer Kreisprozeß möglich ist, bei dem die Expansion und Verdichtung des Arbeitsgases bei der gleichen Umgebungstemperatur durchgeführt wird und die Differenz zwischen Wärmeentnahme und -abgabe aus der Um gebung in Arbeit umgewandelt wird, und daß hierdurch eine enorme Wirkungsgradverbesserung erzielt werden kann. Das hierbei erfindungsgemäß angewendete, neuartige Prinzip be steht darin, daß an der Expansion einerseits und der Ver dichtung andererseits unterschiedlich große Gasmengen be teiligt werden, wobei dieser Gasmassenunterschied durch Ausnutzung der Temperaturdifferenz zwischen Heißraum und Kaltraum des Motors erzeugt wird. Dieses Prinzip wird im folgenden kurz erläutert.One reason for the relatively low thermal effect Existing internal combustion engines that are far below the Theoretically achievable efficiency according to Carnot is that the compression of the working gas at low temperature, especially ambient temperature, is carried out and the resulting heat to the Environment must be dissipated. The invention is based on the Realization that a thermal cycle is possible at which the expansion and compression of the working gas at same ambient temperature is carried out and the Difference between heat withdrawal and release from the order is converted into work, and that thereby a enormous improvement in efficiency can be achieved. The Here, novel principle applied according to the invention is that the expansion on the one hand and the Ver seal on the other hand be different amounts of gas be divided, this difference in gas mass by Exploitation of the temperature difference between the hot room and Cold room of the engine is generated. This principle is used in following briefly explained.

Eine vollständige Umwandlung von zugeführter Wärme in abgegebene Arbeit ist nur beim Vorgang der reversiblen isothermen Expansion möglich. Die thermodynamische Gleichung dieser isothermen Expansion wäre:
A complete conversion of heat supplied into work is only possible in the process of reversible isothermal expansion. The thermodynamic equation of this isothermal expansion would be:

Wexp = m R T₁ ln p₁/p₂ (Gl. 1)Wexp = m RT ₁ ln p ₁ / p ₂ (Eq. 1)

Um hier einen thermodynamischen Kreisprozeß zu bilden, müßte nach dem heutigen Stand der Technischen Wärmelehre ein Temperaturgefälle existieren. Die isotherme Verdichtung müßte bei Umgebungstemperatur durchgeführt werden. Die Gleichung dieser isothermen Verdichtung wäre:
In order to form a thermodynamic cycle here, a temperature gradient would have to exist according to the current state of technical thermography. The isothermal compression would have to be carried out at ambient temperature. The equation of this isothermal compression would be:

Wver = m R T₂ ln p₂/p₁ wobei T₁ < T₂ (Gl. 2)Wver = m RT ₂ ln p ₂ / p ₁ where T ₁ <T ₂ (Eq. 2)

Die Gasmasse, die Gaskonstante und das Druckverhältnis sind bei beiden isothermen Vorgängen gleich geblieben. Wegen T₁ < T₂ ist aber die Expansionsarbeit größer als die Verdichtungsarbeit. Auf diese Weise, d. h. zwischen zwei Isothermen T₁, T₂ arbeiten der Stirling- und der Ericson Prozeß. Wenn aber T₁ = T₂, dann verlaufen die beiden Isothermen, in p, V, Diagramm, auf der gleichen Drucklinie. The gas mass, the gas constant and the pressure ratio have remained the same in both isothermal processes. Because T ₁ <T ₂ , the expansion work is greater than the compression work. In this way, i.e. H. The Stirling and Ericson processes work between two isotherms T ₁ , T ₂ . But if T ₁ = T ₂ , then the two isotherms, in p, V, diagram, run on the same pressure line.

Ein Arbeitsgewinn wäre bei T₁ = T₂ beim heutigen Stand der Technischen Wärmelehre somit unmöglich. Wenn aber die Gleichungen 1, 2 so geändert werden, daß die Gasmenge bei der Expansion größer ist als bei der Verdichtung, dabei aber die Temperatur konstant T₁ = T₂ bleibt, dann ergeben sich folgende Gleichungen:
A gain in work would be impossible with T ₁ = T ₂ at the current state of technical thermography. However, if equations 1, 2 are changed so that the amount of gas during expansion is greater than during compression, but the temperature remains constant T ₁ = T ₂ , then the following equations result:

Wexp = m₁R T₁ln p₁/p₂ (Gl. 3)
Wexp = m ₁ RT ₁ ln p ₁ / p ₂ (Eq. 3)

wobei m₁ < m₂ und T₁ = T₂
where m ₁ <m ₂ and T ₁ = T ₂

Wver = m₂R T₂ln p₂/p₁ (Gl. 4)Wver = m ₂ RT ₂ ln p ₂ / p ₁ (Eq. 4)

Aus den Gleichungen 3, 4 ist ersichtlich, daß die Gaskonstante, die Temperatur und das Druckverhältnis konstant geblieben sind und die Expansionstemperatur gleich der Verdichtungstemperatur ist. Weil aber die Expansionsmasse größer ist als die Verdichtungsmasse, folgt Wexp < Wver, weil eben m₁ < m₂, obwohl T₁ = T₂. Wenn also m₁ < m₂, dann ist Q₁ < Q₂, wobei T₁ = T₂. Die Erklärung, daß Q₁ < Q₂ ist, wobei T₁ = T₂, liegt in dem Gasmassenunterschied der an der Expansion bzw. der Verdichtung beteiligten Gasmengen.From equations 3, 4 it can be seen that the gas constant, the temperature and the pressure ratio have remained constant and the expansion temperature is equal to the compression temperature. But because the expansion mass is greater than the compression mass, Wexp <Wver follows, because m ₁ <m ₂ , although T ₁ = T ₂ . So if m ₁ <m ₂ , then Q ₁ <Q ₂ , where T ₁ = T ₂ . The explanation that Q ₁ <Q ₂ , where T ₁ = T ₂ , lies in the gas mass difference of the gas quantities involved in the expansion or compression.

Es wäre also möglich, nur mit Hilfe dieses Gasmassenunterschieds laufend Wärmemengen aus der Umgebung in mechanische Arbeit umzuwandeln.So it would be possible only with the help of this gas mass difference constant amounts of heat from the environment convert into mechanical work.

Eine hierfür geeignete mechanische Konstruktion müßte zwei Bedingungen erfüllen. Erstens eine heiße Quelle mit höherer mittlerer Temperatur und zweitens Mittel zum Erzeugen eines Gasmassenunterschiedes zwischen Expansion und Verdichtung in annähernd reversibler Weise.A suitable mechanical construction would have to be used meet two conditions. First, having a hot spring higher average temperature and secondly means to Generate a gas mass difference between expansion and compression in an almost reversible manner.

Gasmassenunterschiede kann man auch bei den üblichen Wärmekraftmaschinen beobachten. Beim Otto-Motor beispielsweise ist die Frischgasmenge größer als die Abgasmenge, die nach dem Öffnen des Auslaßventiles im Zylinder verbleibt. Beim Öffnen ist das Ansaugvolumen gleich dem Zylindervolumen am Ende der isentropen Expansion.Gas mass differences can also be found in the usual ones Watch heat engines. With the Otto engine, for example the fresh gas quantity is greater than the exhaust gas quantity remains in the cylinder after opening the exhaust valve. When opening, the suction volume is equal to the cylinder volume at the end of the isentropic expansion.

Obwohl die Volumina gleich sind, ist die im Zylinderraum verbliebene Abgasmenge geringer als die angesaugte Frischgasmenge. Der Grund für diesen Gasmassenunterschied liegt im Temperaturunterschied zwischen Abgas und Frischgas. Der interessanteste Gasmassenunterschied, weil er eben annähernd reversibel erreicht werden kann, läßt sich beim Stirling-Motor beobachten.Although the volumes are the same, it is in the cylinder space remaining amount of exhaust gas less than the fresh gas intake. The reason for this difference in gas mass is in the temperature difference between exhaust gas and fresh gas. The most interesting gas mass difference, because it is can be achieved almost reversibly watch at the Stirling engine.

Die vorliegende Erfindung zeigt, daß mittels eines Temperaturunterschieds ein Gasmassenunterschied, innerhalb eines gasförmigen Arbeitsmediums, der proportional zum Temperaturunterschied ist, gezielt erzeugt und innerhalb des Kreisprozesses zur Arbeitsleistung genutzt werden kann. Die Gasmasse im kalten Raum ist größer als die Gasmasse im heißen Raum, obwohl Volumen und Druck gleich sind. The present invention shows that by means of a Temperature difference a gas mass difference, within a gaseous working medium, which is proportional to the Temperature difference is generated specifically and within of the cycle can be used for work performance. The gas mass in the cold room is larger than the gas mass in a hot room, although volume and pressure are the same.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Umwandlung von Wärme in Arbeit anzugeben, daß eine verbesserte Umwandlungsleistung und damit einen verbesserten Wirkungsgrad, sowie insbesondere sehr geringe Abwärmeverluste aufweist, wobei die Vorteile und Umwelt freundlichkeit des kontinuierlich beheizten Heißgasmotors, insbesondere hinsichtlich geringer Schadstoffbelastung und geringer Geräuschentwicklung, erhalten bleiben sollen. Fer ner soll erfindungsgemäß ein Heißgasmotor zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden, der sich durch hohen Wir kungsgrad, einfache Konstruktion und geringe Wärmeverluste auszeichnet.The object of the invention is a method of the beginning specify the type mentioned for converting heat into work, that an improved conversion performance and thus a improved efficiency, and especially very low Has waste heat losses, the benefits and the environment friendliness of the continuously heated hot gas engine, especially with regard to low pollution and low noise, should be retained. Fer According to the invention, a hot gas engine is intended to be carried out of the process, which is characterized by high We efficiency, simple construction and low heat loss distinguished.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeich nungen näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is based on the drawing nations explained in more detail. It shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer in einem Heiß gasmotor verwendeten Verdrängerkolbeneinheit mit Regenera tor, zur Erläuterung des Funktionsprinzips der Erfindung. Fig. 1 is a schematic representation of a displacement unit used in a hot gas engine with Regenera tor, to explain the principle of operation of the invention.

Fig. 2 einen Axialschnitt durch einen Heißgasmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 is an axial section through a hot-gas engine in accordance with an embodiment of the invention,

Fig. 3 ein idealisiertes p,V Diagramm einem Stirlingmotors, Fig. 3 is an idealized p, V diagram of a Stirling engine,

Fig. 4 ein idealisiertes p,V Diagramm eines Einzylinder motors Fig. 4 is an idealized p, V diagram of a single cylinder engine

Fig. 5 ein idealisiertes p,V Diagramm eines Mehrzylinder motors. Fig. 5 is an idealized p, V diagram of a multi-cylinder engine.

Für die folgende Beschreibung wird der übliche Stirling- Motor und der zugehörige thermodynamische Prozeß und te chnische Funktionsweise als bekannt vorausgesetzt. Hierbei entsteht ein Gasmassenunterschied, zwischen Heißraum und Kaltraum. Zur ausführlichen Erläuterung ist in Fig. 1 eine Verdrängerkolbeneinheit eines Stirling-Motors die aber auch bei der Erfindung Verwendung findet, schematisch dargestellt.For the following description, the usual Stirling engine and the associated thermodynamic process and technical functioning are assumed to be known. This creates a gas mass difference between the hot room and the cold room. For a detailed explanation, a displacer piston unit of a Stirling engine which is also used in the invention is shown schematically in FIG. 1.

In einem Verdrängerzylinder 1 ist ein Verdrängerkolben 2 axial bewegbar. Die beiden Kammern des Verdrängerzylinders sind über eine Wärmetausch- und Regeneratoreinrichtung 3 miteinander verbunden und bilden eine Erwärmungszone a und eine Kühlzone b. Stirling-Motoren und auch der erfindungs gemäße Heißkolbenmotor sind notwendigerweise mit thermischen Regeneratoren ausgerüstet, um einen hohen thermischen Wir kungsgrad zu erzielen. Die Aufgabe des Regenerators 3 besteht darin, das Arbeitsmittel in jeder Periode rever sibel, also in beiden Richtungen, mit geringen Verlusten, durchzulassen. Zu Beginn sei das Arbeitsmittel im Verdränger zylinder 1 mit dem Wärmereservoir a von höherer mittlerer Temperatur im Kontakt, d. h. nach Fig. 1b ist der Verdränger kolben 2 am unteren Totpunkt (U.T) und die gesamte Gasmasse befindet sich im heilen Rad 4. Der Verdrängerkolben 2 wird nun Richtung oberer Totpunkt (O.T) bewegt, und die Gasmasse wird über die zwischen a und b im Regenerator 3 liegenden Wärmereservoirs geschoben. Dabei kühlt sich das Gas schrittweise jeweils isochor um ΔT ab, bis die gesamte Gasmasse im Kontakt mit dem Reservoir b mit einer niedri geren mittleren Temperatur ist. Insgesamt wird dabei eine Wärmemenge an die Zwischenreservoire im Regenerator 3 abgegeben. Die Wärmeabgabe- und Aufnahme ist theoretisch bei jeder isochoren Periode im Regenerator 3 gleich. Praktisch muß eine bestimmte Wärmemenge an das Reservoir b abgegeben werden. Diese abgegebene Wärmemenge ist proportional zum thermischen Wirkungsgrad des verwendeten Regenerators 3. In Fig. 1c ist ein Zwischenzustand schematisch dargestellt. Der Verdrängerkolben 2 wurde zwischen O.T und U.T zum stehen gebracht. In dieser Stellung schafft der Verdränger kolben 2 zwei volumenmäßig gleiche Räume 5 und 6. Im Raum 5 befindet sich ein Teil des Arbeitsmittels mit einer höheren mittleren Temperatur und im Raum 6 der restliche Teil des gleichen Arbeitsmittels mit einer niedrigeren mittleren Temperatur. Die Räume 5 und 6 stehen über den Regenerator 3 und weitere rohrförmige Verbindungen in offener Verbindung. Der Gasdruck im Raum 5 ist gleich dem Gasdruck im Raum 6, weil diese Räume, in offener Verbindung stehen. Dieser Gasdruck ist, nach Fig. 3, im p,V Diagramm mit p_a und p_b angegeben. Der Gasdruck p_b liegt bei der isochoren Tempe ratur- Drucksenkung zwischen dem Druck p₂ am Ende der isothermen Expansion und dem Enddruck p_c, der sich ein stellt, wenn der Verdrängerkolben 2 die gesamte Gasmasse im kalten Raum 6, verdrängt hatte.A displacer piston 2 is axially movable in a displacer cylinder 1 . The two chambers of the displacement cylinder are connected to one another via a heat exchange and regenerator device 3 and form a heating zone a and a cooling zone b. Stirling engines and also the hot piston engine according to the invention are necessarily equipped with thermal regenerators in order to achieve a high degree of thermal efficiency. The task of the regenerator 3 is to allow the working fluid to be reversible in each period, that is to say in both directions with little loss. At the beginning, the working fluid in the displacer cylinder 1 is in contact with the heat reservoir a of a higher mean temperature, that is, according to FIG. 1b, the displacer piston 2 is at bottom dead center (UT) and the entire gas mass is in the intact wheel 4 . The displacement piston 2 is now moved towards top dead center (TDC) and the gas mass is pushed over the heat reservoirs located between a and b in the regenerator 3 . The gas gradually cools down isochorically by ΔT until the entire mass of gas is in contact with the reservoir b at a lower average temperature. Overall, an amount of heat is given off to the intermediate reservoirs in the regenerator 3 . The heat emission and absorption is theoretically the same for each isochoric period in the regenerator 3 . In practice, a certain amount of heat must be released to the reservoir b. This amount of heat emitted is proportional to the thermal efficiency of the regenerator 3 used . An intermediate state is shown schematically in FIG. 1c. The displacement piston 2 was brought to a stop between TDC and LDC. In this position, the displacer piston 2 creates two volumes 5 and 6 of the same volume. Part 5 of the work equipment with a higher average temperature is in room 5 and the remaining part of the same work equipment with a lower average temperature in room 6 . Rooms 5 and 6 are open via regenerator 3 and other tubular connections. The gas pressure in room 5 is equal to the gas pressure in room 6 because these rooms are in an open connection. According to FIG. 3, this gas pressure is given in the p, V diagram with p _a and p _b . The gas pressure p _b lies in the isochoric temperature drop between the pressure p ₂ at the end of the isothermal expansion and the final pressure p _c , which arises when the displacement piston 2 had displaced the entire gas mass in the cold space 6 .

Aus der allgemeinen Zustandsgleichung der Gase entsteht, bei diesem Zwischenzustand, in der Verdrängerkolbeneinheit einer Stirlingmaschine ein Gasmassenunterschied.
5 = heißer Raum 6 = kalter Raum
In this intermediate state, the general equation of state of the gases produces a gas mass difference in the displacement piston unit of a Stirling engine.
5 = hot room 6 = cold room

p₅ = p₆ = p_m, V₅ = V₆ = V_m, R₅ = R₆ = R_m (5a, b, c)
p ₅ = p ₆ = p _m, V ₅ = V ₆ = V _m , R ₅ = R ₆ = R _m (5a, b, c)

pV = m R T (Gl.6)
pV = m RT (Eq. 6)

p₅V₅ = m₅R₅T₅
p ₅ V ₅ = m ₅ R ₅ T ₅

p₆V₆ = m₆R₆T₆ (Gl.7)p ₆ V ₆ = m ₆ R ₆ T ₆ (Eq. 7)

Durch Anwendung von (5a, b, c) erhalten wir:
By applying (5a, b, c) we get:

Bei einer höheren mittleren Temperatur T₅ von 1120 K und einer niedrigeren mittleren Temperatur T₆ von 293 K folgt man:
With a higher mean temperature T ₅ of 1120 K and a lower mean temperature T ₆ of 293 K, one follows:

Wenn also das Volumen des heißen Raumes 5 gleich dem Vo lumen des kalten Räumen 6 ist, dann ist die Gasmasse im kalten Raum 6, bei den erwähnten Temperaturunterschied, um 3,82 mal größer als die Gasmenge im heißen Raum 5, obwohl Volumen und Druck gleich sind.So if the volume of the hot room 5 is equal to the volume of the cold room 6 , then the gas mass in the cold room 6 , at the temperature difference mentioned, is 3.82 times greater than the amount of gas in the hot room 5 , although volume and pressure are the same.

Der thermische Wirkungsgrad einer isochoren Zustands änderung die mit Hilfe eines Regenerators durchgeführt werden kann, ist größer als der des Carnotschen Kreispro zesses. Beim Carnotschen Kreisprozeß müssen bei idealer Prozeßführung Wärmengen durch die isotherme Verdichtung des Arbeitsmittels an die Umgebung abgegeben werden. Bei der isochoren Zustandsänderung werden, mit Hilfe des Rege nerators bei einer idealen Zustandsänderung keine Wärme mengen an die Umgebung abgegeben. Praktisch entstehen bei der isochoren Zustandsänderung Wärmeenergieverluste in Form von Abstrahlung, Strömungsverluste usw. Die gleichen Wärmeenergieverluste entstehen auch beim Durchführen des Carnotschen Kreisprozesses aber bei diesem Kreisprozeß ent steht durch die isotherme Verdichtung ein zusätzlicher hoher Wärmeenergieverlust. Deshalb kann durch Ausnutzen des Gas massenunterschiedes, der wiederum in einem Zwischenzustand einer isochoren Zustandsänderung entsteht, ein höherer thermischer Wirkungsgrad erreicht werden als bei einem Carnotschen Kreisprozeß.The thermal efficiency of an isochoric state Modification carried out with the help of a regenerator is larger than that of Carnot's Kreispro zesses. In the Carnot cycle, the ideal Process control heat quantities through isothermal compression of the work equipment are released into the environment. At of the isochoric state change, with the help of Rege no heat when the condition changes ideally quantities released to the environment. Practically arise from the isochoric change of state in the form of heat energy losses of radiation, flow losses, etc. The same Thermal energy losses also occur when the Carnot's cycle but ent in this cycle there is an additional high due to the isothermal compression Thermal energy loss. Therefore, by taking advantage of the gas difference in mass, which in turn is in an intermediate state an isochoric change of state arises, a higher one thermal efficiency can be achieved than with a Carnot cycle.

Das Prinzip der Erfindung ist es also, den Gasmassen unterschied, der mit hoher Reversibilität erzeugt werden kann, zur Energieerzeugung zu verwenden. Dies kann in einem Heißgasmotor nach Fig. 2 gemäß einem bevorzugten Aus führungsbeispiel der Erfindung erreicht werden. The principle of the invention is therefore to use the gas masses, which can be generated with high reversibility, for energy generation. This can be achieved in a hot gas engine according to FIG. 2 according to a preferred exemplary embodiment of the invention.

Der in Fig. 2 gezeigte erfindungsgemäße Heißgaskolben motor hat ein Kurbelwellengehäuse 7 in dem die Kurbel welle 8, die Kurbelwellendichtringe 9 und ein Steurungs ventil 10 angeordnet sind. Das Steurungsventil 10 wird mittels einer Nocke 11 gesteuert. Der obere Teil des Kurbelwellengehäuses 7 weist einen Längsschlitz 12 auf. Im Längsschlitz 12 kann sich die Pleuelstange 13 frei be wegen. Die zwei Lager der Pleuelstange 13 sind als beid seitig geschlossene Nadellager ausgelegt. Parallel zum Längsschlitz 12 sind, in einer Ventilbohrung 19 das Kolben- Federgesteuerte Ventil 20, der ringförmiger Kanal 15 und die zwei Kolbenführungsstangen 14, angeordnet. Der Kanal 16 verbindet den ringförmigen Kanal 15 mit der Ventil bohrung 19. Die Verbindungskanäle 17 und 18 sind, bei offener Position des Ventils 10, mit dem Kanal 16 verbundene Die zwei Kolbenführungsstangen 14 sind durchgehend gebohrt und werden am Zylinderboden befestigt. An den Kanälen 17 und 18 sind der Betriebsdruckbehälter 21 und der Nieder druckbehälter 22 angeschlossen. Im oberen Bereich des Kurbel wellengehäuses 7 und in einer Maschinengehäusefassung 23, ist der Verdrängungs-Arbeitszylinder 24 und der Regenerator zylinder 25 angeordnet. Im ringförmigen Spalt 26, der sich, durch den Durchmesserunterschied der beiden Zylinder 24 und 25 bildet, ist der Regenerator 27 angeordnet. Der Zylinder 24 weist, im oberen heißen Teil, mehrere Bohrungen 28 auf, die den Heißraum 29 mittels Regenerator 27, ringförmigen Kanal 15, Kanal 16 und Ventilbohrung 19 mit den kalten Raum 30 verbinden. The hot gas piston engine shown in Fig. 2 has a crankcase 7 in which the crankshaft 8 , the crankshaft sealing rings 9 and a control valve 10 are arranged. The control valve 10 is controlled by means of a cam 11 . The upper part of the crankshaft housing 7 has a longitudinal slot 12 . In the longitudinal slot 12 , the connecting rod 13 can be freely because of. The two bearings of the connecting rod 13 are designed as needle bearings closed on both sides. Parallel to the longitudinal slot 12 , the piston-spring-controlled valve 20 , the annular channel 15 and the two piston guide rods 14 are arranged in a valve bore 19 . The channel 16 connects the annular channel 15 with the valve bore 19th When the valve 10 is in the open position, the connecting channels 17 and 18 are connected to the channel 16. The two piston guide rods 14 are drilled through and fastened to the cylinder base. On the channels 17 and 18 , the operating pressure vessel 21 and the low pressure vessel 22 are connected. In the upper region of the crankshaft housing 7 and in a machine housing mount 23 , the displacement working cylinder 24 and the regenerator cylinder 25 are arranged. The regenerator 27 is arranged in the annular gap 26 , which is formed by the difference in diameter of the two cylinders 24 and 25 . The cylinder 24 has, in the upper hot part, a plurality of bores 28 which connect the hot space 29 to the cold space 30 by means of regenerator 27 , annular duct 15 , duct 16 and valve bore 19 .

Oberhalb der Wärmedurchgangswand 35 ist der Brenner 36 und der Luftvorwärmer 37 angeordnet. Im Zylinder 24 ist, mittels der Pleuelstange 13 und der Kurbelwelle 8, ein auf- und abbewegbarer Verdrängungs-Arbeitskolben 31 gela gert. Der Kolben 31 enthält, im unteren kalten Teil, eine wärmebeständige Dichtung 32, zwei Hohlräume 33 und zwei Führungsstangen-Kugelbüchsen 34. Die zwei Führungsstangen- Kugelbüchsen 34 sind parallel zur der nicht gezeichneten Kreuzkopfbohrung angeordnet.The burner 36 and the air preheater 37 are arranged above the heat transfer wall 35 . In the cylinder 24 , by means of the connecting rod 13 and the crankshaft 8 , an up and down movable displacement piston 31 is supported. The piston 31 contains, in the lower cold part, a heat-resistant seal 32 , two cavities 33 and two guide rod ball bushings 34 . The two guide rod ball bushings 34 are arranged parallel to the cross-head bore, not shown.

Die zwei Kolbenführungsstangen 14 und die dazugehörigen beidseitig geschlossenen Führungsstangen-Kugelbuchsen 34 haben die Aufgabe die Seitenkräfte, die beim Kurbeltrieb werk entstehen, weitestgehend zu vermeiden, um dementspre chend die Lebensdauer der wärmebeständigen Dichtung 32 zu erhöhen. Die Dichtung 32 ist zur Zeit das lebensbegrenzende Element der üblichen verwendeten Stirling-Motoren. Durch Vermeidung der Kreuzköpfe, die bei den üblichen doppelt wirkenden Stirlingmotoren und auch großen Diesel-Motoren verwendet werden, kann man, mit dem neuen Kolbenführungs system, die Bauhöhe und das Baugewicht der Heißgaskolben motoren verringern. Die Kurbelwellendichtringe 9, die beidseitig geschlossenen Nadellager der Pleuelstange 13 und die Kolbendichtung 32 haben die Aufgabe die Arbeitsräume weitestgehend von den Schmierölzuführungsräumen 38 zu trennen. Der Kurbelwellenraum 43 ist etwas kleiner als der eines üblichen Zweitakt-Ottomotors. Die Kurbel 49 ist, bei Verwendung des neuen Kolbenführungssystems in einem doppeltwirkenden Stirlingmotor, völlig rund und enthält Hohlräume 50, die mit nicht gezeichneten Platten abgedeckt und danach zusammengeschweißt werden. Mit dieser Anordnung kann der Massenausgleich der bewegten Massen durchgeführt und zugleich der Totraum des kalten Teils eines doppelt wirkenden Stirlingmotors verringert werden. Die Rollsocken dichtung kann dementsprechend entfallen.The two piston guide rods 14 and the associated bilaterally closed guide rod ball bushings 34 have the task of largely avoiding the side forces that arise in the crank mechanism, in order accordingly to increase the life of the heat-resistant seal 32 . The seal 32 is currently the life-limiting element of the commonly used Stirling engines. By avoiding the crossheads that are used in the usual double-acting Stirling engines and also large diesel engines, you can, with the new piston guide system, reduce the overall height and weight of the hot gas piston engines. The crankshaft sealing rings 9 , the needle bearings of the connecting rod 13 , which are closed on both sides, and the piston seal 32 have the task of largely separating the working spaces from the lubricating oil supply spaces 38 . The crankshaft space 43 is somewhat smaller than that of a conventional two-stroke gasoline engine. The crank 49 , when using the new piston guide system in a double-acting Stirling engine, is completely round and contains cavities 50 which are covered with plates, not shown, and then welded together. With this arrangement, the mass balance of the moving masses can be carried out and at the same time the dead space of the cold part of a double-acting Stirling engine can be reduced. The roller sock seal can therefore be omitted.

Der in der Zeichnung dargestellte Heißgaskolbenmotor arbeitet, als Einzylinder-Ausführung, in der folgenden Weise:
Während des Betriebes wird über die Wärmedurchgangswand 35 dem Arbeitsmittel Wärme, durch Verbrennung von festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen, zugeführt. In Fig. 4 ist der Druck-Volumen Verlauf, dieser Einzylinder- Ausführung, schematisch dargestellt.The hot gas piston engine shown in the drawing works as a single cylinder in the following way:
During operation, heat is supplied to the working medium via the heat transfer wall 35 by burning solid, liquid or gaseous fuels. In FIG. 4, the pressure-volume curve, this single-cylinder version, shown schematically.

In Fig. 2 steht der Kolben 31 am (o.T.) das gesamte Arbeits mittel befindet sich somit im kalten Raum 30 und im Kurbel wellenraum 43. Das Ventil 20 steht, mittels der Druckfeder 45, in der geöffneten Position, bei der das Arbeitsmittel von kalten Raum 30 in den Heißraum 29 einströmen kann. Das Steurungsventil 10 steht zugleich am (o.T.) und schließt die Verbindungskanäle 17 und 18. Das Arbeitsmittel kann also nicht in die Behälter 21 und 22 einströmen. Der Kolben bewegt sich nun in Richtung (u.T.) und verdrängt ein Teil des Arbeitsmittels, durch die geöffnete Ventilbohrung 19 und den Regenerator 27 in den Heißraum 29. Der Druck steigt nach Fig. 4, isochor von p₂ bis p₃. Der Druck p₃ herrscht, mittels der offenen druckausgleichenden Verbindung, zwischen kalten Raum 30 und Heißraum 29, in allen Arbeitsräumen. Kurz bevor der Kolben 31 den (u.T.) erreicht, stößt seine Unterseite auf die Oberseite des Ventils 20. Sowohl Kolben 31 und Ventil 20 sind an der Stelle wo sie zusammenstoßen mit Dämpferplatten ausgerüstet um die Geräusche zu vermeiden. Der Kolben 31 verschiebt, bei seiner weiteren Bewegung Richtung (u.T.) das Ventil 20 in die Ventilbohrung 19. Dadurch wird das Arbeitsmittel im Heißraum 29 vom Arbeits mittel, welches sich im Kurbelwellenraum 43 befindet, ge trennt. Das gesamte Arbeitsmittel kann nicht im Heißraum 29 verdrängt werden, weil der Kurbelwellenraum 43 als Expansionsraum ausgelegt ist. Der gewünschte Gasmassen unterschied, zwischen einer ersten kalten Teilmenge des Arbeitsgases und einer zweiten heißen Teilmenge des gleichen Arbeitsgases, ist also entstanden. Bevor der Kolben 31 sich in Richtung (o.T.) bewegt, verbindet das Steurungsventil 10, mittels der Nocke 11, den Kanal 16 mit dem Kanal 17. Der Behälter 21 steht nun in offener Verbindung mit dem Kanal 16 und dementsprechend mit dem Heißraum 29. Im Behälter herrscht nach Fig. 4 der Betriebsdruck p₂. Durch den Druckunterschied gelangt ein Teil des Arbeitsmittels von Heißraum 29 in den Behälter 21. Gleichzeitig bewegt sich das Steurungsventil 10 weiter Richtung (u.T.) unterbricht die offene Verbindung zwischen Heißraum 29 und Behälter 21 und verbindet danach den Kanal 16 mit dem Kanal 18. Dadurch steht, der Heißraum 29 mit den Behälter 22, in dem der Druck p₁ herrscht, in offene Verbindung. Durch den Druckunterschied zwischen Heißraum 29 und Behälter 22 kommt es zur einer weiteren isochoren Temperatur-Druckabsenkung. Das Steuerungsventil 10 ist an seinem (u.T.) stehengeblieben. In der Ventil bohrung 19 herrscht an der Ventiloberseite der Druck p₃ und an der Ventilunterseite der Druck p₁. Durch diesen Druckunterschied bleibt das Ventil 20 in der Ventilbohrung 19 stehen. Der Kolben 31 bewegt sich in Richtung (o.T.) und schiebt das restliche heiße Arbeitsmittel in den Behälter 22 aus, gleichzeitig wird die erste Teilmenge des Arbeits mittels im Kurbelwellenraum 43, unter Wärmeaufnahme aus der Umgebung, isotherm expandiert. Das Kurbelwellengehäuse 7 und der kalte Teil des Zylinders 24 sind mit, nicht ge zeichneten Wärmezuführungsrippen-Kanälen ausgelegt, um eine annähernd isotherme Expansion des Arbeitsmittels zu er reichen. Das Arbeitsmittel expandiert isotherm von Druck p₃ bis zum Druck p₁. Das Volumenverhältnis zwischen Kurbel wellenraum 43 und kalter Raum 30 ist so gewählt, daß das Arbeitsmittel bis zum Druck p₄ expandieren könnte. Der Druck p₄ kann aber nichterreicht werden, weil am Punkt V_a (Fig. 4) öffnet das Ventil 20, mittels Druckfeder 45, die Ventil bohrung 19. Dadurch wird der kalte Raum 30 und der Kurbel wellenraum 43, von Punkt V_a bis zum Punkt V_b, mit dem Heiß raum 29 und den Behälter 22 verbunden. Die Gasmenge,die bei der isochoren Temperatur-Drucksenkung von p₂ nach p₁, in den Behälter 22 einströmte, gelangt wieder im kalten Raum 30 und im Kurbelwellenraum 43. In Fig. 2, the piston 31 is at (oT) the entire working medium is thus in the cold space 30 and in the crank shaft space 43 . The valve 20 is, by means of the compression spring 45 , in the open position in which the working medium can flow into the hot space 29 from the cold space 30 . The control valve 10 is also at (oT) and closes the connecting channels 17 and 18 . The working fluid can therefore not flow into the containers 21 and 22 . The piston now moves in the direction (uT) and displaces part of the working fluid through the opened valve bore 19 and the regenerator 27 into the hot space 29 . The pressure rises to Fig. 4, isochoric of p ₂ to p _3. The pressure p ₃ prevails in all work rooms by means of the open pressure-equalizing connection between cold room 30 and hot room 29 . Shortly before the piston 31 reaches (uT), its underside hits the top of the valve 20 . Both the piston 31 and valve 20 are equipped with damper plates at the point where they collide to avoid the noise. The piston 31 moves the valve 20 into the valve bore 19 as it continues to move (uT). As a result, the working fluid in the hot space 29 is separated from the working fluid which is located in the crankshaft space 43 . The entire working medium cannot be displaced in the hot space 29 because the crankshaft space 43 is designed as an expansion space. The desired gas masses differentiated, between a first cold subset of the working gas and a second hot subset of the same working gas, has thus arisen. Before the piston 31 moves in the (oT) direction, the control valve 10 connects the channel 16 to the channel 17 by means of the cam 11 . The container 21 is now in open connection with the channel 16 and, accordingly, with the hot space 29 . In the container, the operating pressure prevails in FIG. 4 p _2. Due to the pressure difference, part of the working medium from the hot space 29 reaches the container 21 . At the same time, the control valve 10 moves further in direction (uT) interrupts the open connection between the hot space 29 and the container 21 and then connects the channel 16 to the channel 18 . As a result, the hot space 29 is in open connection with the container 22 , in which the pressure p ₁ prevails. The pressure difference between the hot space 29 and the container 22 leads to a further isochoric drop in temperature. The control valve 10 has stopped at its (uT). In the valve bore 19 there is pressure p ₃ on the top of the valve and pressure p ₁ on the bottom of the valve. Due to this pressure difference, the valve 20 remains in the valve bore 19 . The piston 31 moves in the direction (top) and pushes the remaining hot working fluid into the container 22 , at the same time the first subset of the work is expanded isothermally in the crankshaft space 43 , while absorbing heat from the environment. The crankcase 7 and the cold part of the cylinder 24 are designed with, not ge-drawn heat supply rib channels to reach an approximately isothermal expansion of the working fluid. The working fluid expands isothermally from pressure p ₃ to pressure p ₁ . The volume ratio between the crankshaft space 43 and the cold space 30 is chosen so that the working fluid could expand up to the pressure p ₄ . The pressure p ₄ cannot be reached, however, because at the point V _a ( FIG. 4) the valve 20 opens, by means of a compression spring 45 , the valve bore 19 . As a result, the cold space 30 and the crank shaft space 43 , from point V _a to point V _b , are connected to the hot space 29 and the container 22 . The amount of gas that flowed into the container 22 from p ₂ to p ₁ during the isochoric temperature-pressure reduction reaches the cold space 30 and the crankshaft space 43 again .

Am Punkt V_b, schließt das Steurungsventil 10 den Verbindungs kanal 18 und öffnet gleich danach den Verbindungskanal 17. Von Punkt V_b bis V_c (Fig. 4) gelangt Arbeitsmittel, aus dem Behälter 21, in den kalten Raum 30 und in den restlichen Arbeitsräumen, bis der Betriebsdruck p₂ erreicht ist. Kurz bevor der Kolben 31 seinen (o.T.) erreicht, schließt das Steurungsventil 10, den Verbindungskanal 17. Der Kolben 31 erreicht seinen (o.T.) und beginnt von neuen das Arbeits mittel in den Heißraum 29 zu verdrängen.At point V _b , the control valve 10 closes the connecting channel 18 and immediately opens the connecting channel 17 . From point V _b to V _c ( FIG. 4), working fluid arrives from the container 21 into the cold room 30 and in the remaining working rooms until the operating pressure p _{2 is} reached. Shortly before the piston 31 reaches its (oT), the control valve 10 , the connecting channel 17 , closes. The piston 31 reaches its (oT) and begins to displace the working medium in the hot space 29 .

Die Gasmenge die von kalten Raum 30 in den Heißraum 29 ver drängt wurde, ist gleich mit der, in den zwei Behältern 21 und 22, ausgestoßenen Gasmenge. Somit ist die Wärmemengen aufnahme- und -abgabe im Regenerator 27 gleich.The amount of gas that has been pushed from the cold room 30 into the hot room 29 is equal to the amount of gas expelled in the two containers 21 and 22 . Thus, the amount of heat absorption and emission in the regenerator 27 is the same.

Eine isotherme Expansion im Heißraum 29 wird, im Gegensatz zum Stirling-Motor, nicht durchgeführt. Im neuen Heißgaskol benmotor wird, mit Hilfe des Gasmassenunterschieds, die iso therme Expansion bei der jeweiligen Umwelttemperatur durchge führt. Im Brenner 36 muß dem Arbeitsmittel nur eine um den Regeneratorverlust erhöhte Wärmemenge zugeführt werden. Ein herkömmlicher Regenerator, der aus feinen Metalldraht besteht, hat einen hohen thermischen Wirkungsgrad, der über 95% liegen kann. Dementsprechend kann man die Wärmeübertragungsflächen verringern. Die teuren Rohrbündel, die bei üblichen Stirling- Motoren verwendet werden, können also entfallen.In contrast to the Stirling engine, isothermal expansion in the hot room 29 is not carried out. In the new hot gas piston engine, isothermal expansion is carried out at the respective ambient temperature with the help of the gas mass difference. In the burner 36 , only a quantity of heat increased by the regenerator loss has to be supplied to the working medium. A conventional regenerator, which consists of fine metal wire, has a high thermal efficiency, which can be over 95%. Accordingly, the heat transfer areas can be reduced. The expensive tube bundles used in standard Stirling engines can therefore be omitted.

Der Wirkungsgrad des neuen Heißgaskolbenmotors kann, durch eine isotherme Verdichtung der, im Behälter 22, ausgestoße nen Gasmenge, erhöht werden. The efficiency of the new hot gas piston engine can be increased by an isothermal compression of the amount of gas expelled in the container 22 .

Die isotherme Verdichtung des Arbeitsmittels kann in einem Mehrzylindermotor, durchgeführt werden. Bei einem z. B. Vier zylindermotor sind drei Zylinder als Arbeitszylinder 24 und ein Zylinder als Verdichtungszylinder 39 (Fig. 2) ausgelegt. Im Zylinder 39 ist ein herkömmlicher Verdichtungskolben 40 angeordnet, der durch die gemeinsame Kurbelwelle 8 auf und ab bewegt wird. Der Verdichtungszylinder 39 ist über Rück schlagsventil 41 und Gaskühler 44 mit dem Behälter 22 und mittels Gaskühler 44, Rückschlagsventil 42 mit dem Behälter 21 verbunden. Jeder Arbeitszylinder 24 hat ein eigenes Steu rungsventil 10. Alle Steurungsventile 10 werden durch eine gemeinsame Nockenwelle 11, die in einem seitlichen unteren Teil des Kurbelwellengehäuses 7 angeordnet ist, betätigt. Ein zusätzlicher Kanal 46 verbindet den kalten Raum 30, mittels Rückschlagsventil 47 und Verbindungsleitung 48, mit dem Be hälter 21. Ferner wird, bei einem Mehrzylindermotor, ein anderes Volumenverhältnis zwischen kalten Raum 30 und Kurbel wellenraum 43, gewählt.The working fluid isothermally compressed in a multi-cylinder engine. With a z. B. Four cylinder engine, three cylinders are designed as working cylinders 24 and one cylinder as compression cylinder 39 ( FIG. 2). A conventional compression piston 40 is arranged in the cylinder 39 and is moved up and down by the common crankshaft 8 . The compression cylinder 39 is connected via check valve 41 and gas cooler 44 to the container 22 and by means of gas cooler 44 , check valve 42 to the container 21 . Each working cylinder 24 has its own control valve 10th All control valves 10 are actuated by a common camshaft 11 , which is arranged in a lower side part of the crankshaft housing 7 . An additional channel 46 connects the cold room 30 , by means of a check valve 47 and connecting line 48 , with the container 21st Furthermore, in a multi-cylinder engine, a different volume ratio between cold space 30 and crankshaft space 43 is selected.

Bei einem Einzylindermotor, der vorwiegend für Stromerzeuger usw. verwendet wird, können, um die Herstellungskosten zu verringern, die Kolbenführungsstangen 14, die dazugehörigen beidseitig geschlossene Kolbenführungsstangen-Kugelbüchsen 34, der Verdichtungszylinder 39, der Gaskühler 44, der zusätzli cher Kanal 46, und die Rückschlagsventile 41, 42, 47, entfallen. Durch Verwendung eines Verdichtungszylinders 39 entsteht, nach Fig. 5 ein anderes P,V-Diagramm. Isotherme Expansion von p₃ bis p₂, im Kurbelwellenraum 43 bzw. kalten Raum 30. In a single cylinder engine used primarily for power generators, etc., to reduce the manufacturing cost, the piston guide rods 14 , the associated double-ended piston guide rod bushings 34 , the compression cylinder 39 , the gas cooler 44 , the additional channel 46 , and the Check valves 41 , 42 , 47 are omitted. Another P, V diagram is produced according to FIG. 5 by using a compression cylinder 39 . Isothermal expansion from p ₃ to p ₂ , in the crankshaft space 43 or cold space 30 .

Beim Erreichen des Druckes p₂ verbindet der zusätzlicher Kanal 46 mit Hilfe des Rückschlagsventils 47 und der Verbi ndungsleitung 48 den kalten Raum 30 mit dem Behälter 21. Von V_c bis V_d (Fig. 5) isobares Einströmen der zweiten Teil menge des Arbeitsgases in den kalten Raum 30. Mit der darauf folgenden isochoren Temperatur-Druckerhöhung steigt der Druck im Kurbelwellenraum 43 und Heißraum 29, von p₂ bis p₃. Gleich zeitig saugt der Verdichtungskolben 40 Gasmengen, mit dem Druck p₁ aus dem Behälter 22 und schiebt diese von V_a bis V_b in den Behälter 21 aus. Die Gasmenge, die bei jeder Umdre hung der Kurbelwelle 8, von den drei Arbeitszylinder 24 im Behälter 22 ausgestoßen wird, ist gleich mit der Gasmenge die auch bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle 8, mittels des Ver dichtungskolbens 40, dem Behälter 21 wieder zugeführt wird. Bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle 8 werden, drei isotherme Expansionen von p₃ nach p₂ und eine isotherme Verdichtung von p₁ nach p₂, bei der jeweiligen Umgebungstemperatur, durch geführt. Die Wärmemengen q(q_zuUmwelt), die bei den drei iso thermen Expansionen der Umwelt entzogen werden, sind größer als die Wärmemengen, die bei der isothermen Verdichtung (q_abUmwelt) wieder der Umwelt zugeführt werden. Die Wärme mengen (q_zuUmwelt) sind umgekehrt proportional zu den Wärme mengen (q_zuBrenner), die bei der oberen hohen Temperatur, um den Regeneratorverlust auszugleichen, dem Arbeitsmittel zuge führt werden. Der Wirkungsgrad des neuen Heißgaskolbenmotors ergibt sich aus dem Verhältnis geleistete Nutzarbeit zu auf gewendeter Wärmezufuhr:
When the pressure p _{2 is reached} , the additional channel 46 connects the cold space 30 with the container 21 by means of the check valve 47 and the connecting line 48 . From V _c to V _d ( FIG. 5) isobaric inflow of the second part of the working gas into the cold space 30 . With the subsequent isochoric temperature pressure increase, the pressure in the crankshaft space 43 and hot space 29 increases from p ₂ to p ₃ . At the same time, the compression piston sucks 40 gas quantities with the pressure p ₁ from the container 22 and pushes them from V _a to V _b into the container 21 . The amount of gas that is at each Flip Cellphone hung the crankshaft 8, is ejected from the three working cylinders 24 in the tank 22 which is supplied again during each revolution of the crank shaft 8, by means of the Ver seal piston 40, the container 21 equal to the quantity of gas. With each revolution of the crankshaft 8 , three isothermal expansions from p ₃ to p ₂ and an isothermal compression from p ₁ to p _{2 are carried} out at the respective ambient temperature. The heat quantities q (q _{to the} environment), which are withdrawn from the environment in the three isothermal expansions, are greater than the heat quantities which are returned to the environment in the case of isothermal compression (q _{from the} environment). The amount of heat (q _{to the} environment) is inversely proportional to the amount of heat (q _{to the} burner) that is added to the working fluid at the upper high temperature to compensate for the regenerator loss. The efficiency of the new hot gas piston engine results from the ratio of the amount of work done to the amount of heat applied:

Die Differenz zwischen Wärmeaufnahme- und abgabe des Arbeits mittels aus der Umgebung wird bei der erfindungsgemäßen Heiß gasmaschine in mechanische Nutzarbeit umgewandelt. Gleiches läßt sich nicht mit den üblichen Wärmekraftmaschinen erreichen. Der Wärmefluß zwischen einer heißen Quelle und einer kalten Quelle wird, bei der neuen Wärmekraftmaschine, nur zur Er zeugung eines Gasmassenunterschiedes verwendet.The difference between heat absorption and work output means from the environment in the hot according to the invention gas machine converted into mechanical work. Same thing cannot be achieved with the usual heat engines. The heat flow between a hot spring and a cold one With the new heat engine, Quelle only becomes Er generation of a gas mass difference used.

Claims

1. Method for converting heat from the environment into work by means of a hot gas engine with a continuously heated heat source, in which a compressed gas enclosed in the crankshaft space ( 43 ), that in the initial state at ambient temperature (Tmin) and an average pressure ( Pmit.), Isochorically displaced in the hot room ( 29 ) while absorbing heat from the heat source and regenerator ( 27 ), characterized in that

a) that then the connection, by means of the piston-spring-controlled valve ( 20 ), between a first subset of the gas, which is located in the crankshaft chamber ( 43 ) and a second subset of the gas, which is located in the hot chamber ( 29 ), blocked becomes.
b) that then the first part of the gas in the crankshaft space, isothermally expanded while absorbing heat from the environment and at the same time the second part of the gas after isochoric cooling, by means of a control valve ( 10 ) in the operating container ( 21 ) and low-pressure container ( 22 ) is ejected.
c) that then, in a single-cylinder engine, by inflowing the second sub-quantity from the container ( 21 ) and ( 22 ) into the crankshaft chamber ( 43 ) the initial state is reached again.
d) and that then, in a multi-cylinder engine, by a flow of the second subset from the container ( 21 ), by means of connecting channel ( 46 ), check valve ( 47 ) and connec tion line ( 48 ), in the crankshaft chamber ( 43 ) from the initial state again is achieved.

2. The method according to claim 1, characterized gekennzei chnet that the subset of the gas that has been expelled in the container ( 22 ) with Hilde the compression piston ( 40 ) isothermally, with heat emitted to a gas cooler ( 44 ) is compressed.

3. Hot gas engine for performing the method according to one of claims 1 to 2, characterized in that, in a multi-cylinder engine, the movements of the displacement working piston ( 31 ) and the compression piston ( 40 ) are forcibly coupled by a common crankshaft ( 8 ) and that the control valves ( 10 ) are actuated by a common camshaft ( 11 ) which is arranged in the lower side part of the crankshaft housing ( 7 ).

4. Hot gas engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the camshaft ( 11 ) controls the control valve ( 10 ) in timing with the strokes of the piston ( 31 ) so that it during the expansion stroke of the piston ( 31 ) , The connection between the channel ( 16 ) and channels ( 17 ) and ( 18 ) opens and closes during the displacement stroke of the piston ( 31 ).

5. Motor according to one of claims 1 to 4, with a cold space ( 30 ), a hot space ( 29 ), which are mutually variable in volume by moving the piston ( 31 ) and via the connecting bores ( 28 ), regenerator ( 27 ), annular Channel ( 15 ), channel ( 16 ) and valve bore ( 19 ) are connected to one another, characterized in that a valve ( 20 ) is arranged in the valve bore ( 19 ), which valve is actuated by the piston ( 31 ) and the compression spring ( 45 ). is controlled such that it closes the valve bore ( 19 ) during the expansion stroke and opens during the hot space ( 29 ) ver increasing stroke of the piston ( 31 ).

6. Motor according to one of claims 1 to 5, characterized records that the connection between the first and second subset of the gas is opened at a time where the isothermal expansion of the first subset reached pressure equal to the isochoric cooling of the second subset reached pressure.

7. Engine according to one of claims 1 to 6, characterized in that each cylinder base contains two or more through-drilled guide rods ( 14 ) which are coupled to, in the piston, guide rod ball bushings ( 34 ).

8. Motor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the crank ( 49 ) is completely round and contains cavities ( 50 ) which are covered with associated plates.