AT514998B1

AT514998B1 - Zellenradmotor

Info

Publication number: AT514998B1
Application number: ATA803/2013A
Authority: AT
Inventors: Walter Ing Falkinger
Original assignee: Walter Ing Falkinger
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2015-09-15
Also published as: AT514998A1

Abstract

Es wird Zellenradmotor für den stationären Einsatz nach dem Grundprinzip eines Lamellenverdichters mit einem exzentrisch zur Gehäuseachse gelagerten Rotor (4) mit radial beweglichen Zellenwänden (5) beschrieben, welche in einer Nut in den Seitenwänden (8) über jeweils 2 mit Rollen (7) versehenen Bolzen zwangsgeführt sind und somit von der Gehäusewand (9) beabstandet sind, wobei die sich bei Drehung des Rotors ergebenden erweiternden Zellenvolumen für die Einbringung des heißen und unter Druck stehenden Arbeitsgases über einen abgestimmten Drehwinkel nutzbar sind und das Arbeitsgas unter Nutzleistungsgewinnung auf Umgebungsdruck entspannen. Um vorteilhafte Kühlungsbedingungen zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die Bolzen (6) der Zwangsführung und die Lagerung der Zellenwände (5) durch eine Kühlluftzufuhr bei einer Bohrung (18) und dass die Zellenwände (5) durch einen, von dieser Kühlluftzufuhr getrennten Luftquerstrom kühlbar sind, der über eine erste Bohrung (19) in der Seitenwand (14), welche durch Bleche (31) in dem Spalt zwischen Rotor (4) und Seitenwand (14) geteilt ist und über Nuten (30) im Rotor (4) einströmt und über eine zweite, auf der der ersten Bohrung (19) gegenüberliegenden Seitenwand (14) liegende Bohrung (20) abgeleitet ist.It is described cellular motor for stationary use according to the basic principle of a multi-disc compressor with an eccentrically mounted to the housing axis rotor (4) with radially movable cell walls (5), which in a groove in the side walls (8) via 2 each with rollers (7) provided Bolt are positively guided and thus spaced from the housing wall (9), wherein the resulting upon rotation of the rotor expanding cell volume for the introduction of the hot and pressurized working gas over a tuned angle of rotation can be used and relax the working gas under useful power to ambient pressure. In order to provide advantageous cooling conditions, it is proposed that the pin (6) of the positive guidance and the storage of the cell walls (5) by a cooling air supply at a bore (18) and that the cell walls (5) by a, separated from this cooling air supply air cross flow cooled are, via a first bore (19) in the side wall (14) which is divided by plates (31) in the gap between the rotor (4) and side wall (14) and via grooves (30) in the rotor (4) flows and via a second, on the first bore (19) opposite the side wall (14) lying bore (20) is derived.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Zellenradmotor für den stationären Einsatz nachdem Grundprinzip eines Lamellenverdichters mit einem exzentrisch zur Gehäuseachse gelager¬ten Rotor mit radial beweglichen Zellenwänden, welche in einer Nut in den Seitenwänden überjeweils 2 mit Rollen versehenen Bolzen zwangsgeführt sind und somit von der Gehäusewandbeabstandet sind, wobei die sich bei Drehung des Rotors ergebenden erweiternden Zellenvo¬lumen für die Einbringung des heißen und unter Druck stehenden Arbeitsgases über einenabgestimmten Drehwinkel nutzbar sind und das Arbeitsgas unter Nutzleistungsgewinnung aufUmgebungsdruck entspannen.Description: The invention relates to a cellular motor for stationary use according to the basic principle of a multi-disc compressor with an eccentric to the housing axis gelager¬ten rotor with radially movable cell walls, which are forcibly guided in a groove in the side walls each with 2 rollers provided bolts and thus are spaced apart from the housing wall, wherein the expanding cell volumes resulting from the rotation of the rotor are usable for the introduction of the hot and pressurized working gas over a coordinated angle of rotation and relax the working gas to net pressure to ambient pressure.

[0002] Gegenständlicher Zellenradmotor fußt dem Prinzip nach einem Lamellenkompressor, woein exzentrisch gelagerter und mit Schlitzen versehener Rotor mit beweglichen Lamellen ausStahl oder Kunststoff versehen ist, die durch die Fliehkraft an das Gehäuse angedrückt werdenund so zu dichten Zellen führen. Durch die Drehung entstehen erweiternde und verkleinerndeZellenvolumen, wo das Ansaugen und die Kompression des Gases erfolgen. Die Anpresskräfteder Lamellen durch die Fliehkraft an die Gehäusewand verursachen Reibung, womit die Ein¬satzgrenzen hinsichtlich Drehzahl und Temperatur beschränkt sind. Der Einsatz für den Zweckder Kompression ist hinlänglich bekannt, ein vom Prinzip her möglicher Einsatz als Wärme¬kraftmaschine wäre durch Nutzung des Teiles von sich erweiternden Zellenvolumen für dieExpansion eines Gases zur Nutzleistungsgewinnung ist in der Literatur nicht bekannt, da dasübliche Temperaturniveau von höher 500 bis 600° C für sich berührende Flächen von denZellenwänden mit der Gehäusewand einen Einsatz zu einem solchen Zweck aus mehrerenGründen technisch nicht zulässig wäre.The subject cellular motor is based on the principle of a multi-plate compressor, where eccentrically mounted and provided with slots rotor is provided with movable blades made of steel or plastic, which are pressed by the centrifugal force to the housing, thus leading to dense cells. The rotation creates expanding and contracting cell volumes where the suction and compression of the gas occurs. The contact forces of the lamellae by the centrifugal force on the housing wall cause friction, with which the Einsetsatzgrenzen are limited in terms of speed and temperature. The use for the purpose of compression is well known, a use which would be possible in principle as a heat engine would be unknown in the literature because of the use of the portion of expanding cell volume for the expansion of a gas for utility power production, since the usual temperature level of higher 500 to 600 ° C for contacting surfaces of the cell walls with the housing wall, an insert for such a purpose would not be technically permissible for a number of reasons.

[0003] Für geringere Temperaturniveaus sind Zellenradmotoren bekannt (WO 2007063357 A1,WO 0052306 A1, WO 9535431 A1), die allerdings den Nachteil aufweisen, dass zwischenRotor und Gehäuse ein hoher Wärmeübergang gegeben ist, wodurch die Beweglichkeit derradial verschiebbaren Zellenwände durch Wärmedehnungen und Schmierprobleme beeinträch¬tigt werden. Dieser Nachteil wird durch eine indirekte Verbindung der einzelnen Zellwände übereine gemeinsame Wälzlagerung (WO 9535431 A1) noch verstärkt. Es wurde daher bereitsvorgeschlagen (WO 2007063357 A1) die Zellwände getrennt zu lagern, wobei die in der WO2007063357 A1 vorgesehene Lagerung eine Gleitreibung mit einem entsprechend nachteiligenReibungskoeffizienten bedingt.For lower temperature levels, cellular wheel motors are known (WO 2007063357 A1, WO 0052306 A1, WO 9535431 A1), which, however, have the disadvantage that there is a high heat transfer between the rotor and the housing, as a result of which the mobility of the radially displaceable cell walls is impaired by thermal expansion and lubrication problems Be confirmed. This disadvantage is further enhanced by an indirect connection of the individual cell walls via a common rolling bearing (WO 9535431 A1). It has therefore already been proposed (WO 2007063357 A1) to store the cell walls separately, wherein the bearing provided in WO2007063357 A1 causes a sliding friction with a corresponding disadvantageous friction coefficient.

[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde eine Konstruktion zu beschreiben, beiwelcher der Nachteil von sich berührenden Flächen von Zellenwand und Gehäuse hier einberührungsfreier Lauf ermöglicht wird und Arbeitsgastemperaturen auch über 1000° C für dasErreichen eines hohen thermodynamischen Wirkungsgrades zulässig wird. Ein Aspekt sollteerwähnt werden, dass hier mit relativ einfachen Mitteln eine isothermenähnliche Expansionmöglich wird, indem über den Gehäusebereich an mehreren Stellen der Expansion mittelsBohrungen durch die Gehäusewand ein Brennstoff zugeführt wird und auf diese Weise dasArbeitsgas (Luft) auf hohem Temperaturniveau gehalten wird (entspricht technisch gesehenmehreren Zwischenerhitzungen) bzw. unter Leistungsabgabe expandiert mit verbessertemWirkungsgrad.The invention is therefore based on the object to describe a construction in which the disadvantage of contacting surfaces of the cell wall and housing here non-contact run is enabled and working gas temperatures above 1000 ° C for achieving a high thermodynamic efficiency is allowed. One aspect to be noted is that relatively simple means allow isothermal expansion by supplying fuel through the housing area at multiple points of expansion through holes through the housing wall, thus maintaining the working gas (air) at a high temperature level (technically equivalent to several Intermediate heaters) and expanded under power with improved efficiency.

[0005] Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass die Bolzen der Zwangsführung und dieLagerung der Zellenwände durch eine Kühlluftzufuhr bei einer Bohrung und dass die Zellen¬wände durch einen, von dieser Kühlluftzufuhr getrennten Luftquerstrom kühlbar sind, der übereine erste Bohrung in der Seitenwand, welche durch Bleche in dem Spalt zwischen Rotor undSeitenwand geteilt ist und über Nuten im Rotor einströmt und über eine zweite, auf der derersten Bohrung gegenüberliegenden Seitenwand liegende Bohrung abgeleitet ist.The invention solves the problem by the fact that the pins of the positive guidance and the storage of the cell walls by a cooling air supply at a bore and that the cell walls are cooled by a, separated from this cooling air supply cross-air flow, via a first bore in the side wall, which is divided by sheets in the gap between the rotor and side wall and flows through grooves in the rotor and is derived via a second, lying on the first bore opposite side wall bore.

[0006] Diese Konstruktion nach dem Prinzip eines Lamellenkompressors hat den wesentlichenUnterschied, dass die Zellenwände berührungsfrei laufen und das Gehäuse vor zu hohen Tem¬peraturen geschützt wird und die Wärmedehnungen durch die Temperatur - und Werkstoffwahlgestaltet werden können. Die Konstruktion besteht aus einer Welle mit mehreren Nuten fürThis design according to the principle of a multi-plate compressor has the essential difference that the cell walls run without contact and the housing is protected from excessive temperatures and the thermal expansions can be shaped by the choice of temperature and materials. The construction consists of a shaft with several grooves for

Passfedern (1), welche auf der Seite zum Antrieb eines Generators, am anderen Ende einerArbeitsmaschine (Kompressor) in einem Festlager (2) und der gegenüberliegenden Seite ineinem Loslager (3) gelagert ist. Auf der Welle fixiert wird der Rotor (4), welcher mit einer Anzahlvon Nuten versehen ist, in welcher die Zellenwände (5) die Radialbewegung über den Umfangein - und ausschiebbar sind. Die Zellenwände sind mit gekühlten Bolzen für die Verschiebung [6] ausgestattet, um die zwangsgeführte Radialbewegung über Rollen mit einem Nadellager (7),welche in einer von außen fettgeschmierten Nut (8) geführt werden. Die Wellenachse ist exzent¬risch zur Gehäuseachse angeordnet. Das Gehäuse (9) ist mit 2 Flanschen (10) und dem Kühl¬mantel (11) ausgestattet, in diesem Zwischenraum befindet sich das Kühlmedium (12), Ther¬malöl oder entspanntes Arbeitsgas mit einer Temperatur von etwa 350° C. Das Gehäuse kannim Bereich der Expansion mit einer Vielzahl von aufgeschweißten Rippen oder eingedrehtenRillen (13) für einen guten Wärmeübergang auf das entspannte Arbeitsgas und zur Erhöhungder Formbeständigkeit versehen werden.Feather keys (1) mounted on the side for driving a generator, on the other end of a working machine (compressor) in a fixed bearing (2) and the opposite side in a floating bearing (3). Fixed to the shaft is the rotor (4), which is provided with a number of grooves in which the cell walls (5) can be moved in and out of the radial movement over the circumference. The cell walls are provided with cooled pins for the displacement [6] to guide the positively guided radial movement via rollers with a needle bearing (7), which are guided in an externally grease-lubricated groove (8). The shaft axis is arranged eccentrically to the housing axis. The housing (9) is equipped with 2 flanges (10) and the Kühl¬mantel (11), in this space is the cooling medium (12), Ther¬malöl or relaxed working gas at a temperature of about 350 ° C. The housing may be provided in the region of expansion with a plurality of welded-on ribs or grooves (13) for good heat transfer to the expanded working gas and for increasing the dimensional stability.

[0007] Die Lager für die Welle sind in den beiden Seitenwänden mit Kühlmantel (14) integriert,wo sich auch zwei Nuten für Labyrinthdichtungen (15) und vor allem die Nut (8) für die Führungder Zellenwände vorgesehen sind. Im Gehäusedeckel für die Abdichtung (16) ist entweder einePackung mit einem Fettverteilring (17) vorgesehen oder eine Gleitringdichtung. Über eine Boh¬rung (18) wird die Kühlluft für die Bolzen für die Zellenwände zugeführt. Die Kühlluftzufuhr fürden Rotor erfolgt im Querstrom über die Bohrung (19) und über Bohrung (20) auf der Gegensei¬te wieder abgeführt. Die Zufuhr der Kühlluft erfolgt nur über die obere Hälfte des Gehäuses, dasich hier die zu kühlenden Elemente wie die Zellenwände befinden, wo hingegen im unterenTeil sich die Zellenwände im ausgefahrenen Zustand befindet und der Raum leer ist und dieLuft den geringsten Widerstand gehen würde mit fraglichem Kühleffekt. Die Zellenwände sindradial durch Wälzkörper (21) gelagert, welche sich in einem funktionsmäßig einem Wälzlagergleich zuzuordnenden Käfig (22) befinden. Die Dichtleisten mit Labyrinthdichtungen (23) habendie Aufgabe den Arbeitsgasaustritt aus den Zellen hin zu den Rotorschlitzen zu minimieren.Diese Leisten sind mit Abdeckblechen (24) versehen, welche auch die Isolierung (25) gegenden Rotor abdecken. Der Eintritt des Arbeitsgases erfolgt über die Rohrleitung mit zwei Schäch¬ten (26), um eine möglichst rasche und vollständige Füllung durch kurze Wege zu erreichen.Bei der Nutzung des entspannten Arbeitsgases als Kühlmedium erfolgt der Austritt über denAuslassstutzen (27). Bei Verwendung von Thermalöl als Kühlmedium erfolgt das Ausschiebendes entspannten Arbeitsgases über ebenfalls 2 Schächte über den etwa halben Umfang jenerSeite mit sich verengenden Zellenvolumen. Der Kühlmantel, unabhängig vom Kühlmedium istmit einer Isolierung (28) versehen. Die Seitenwände sind an der Grundplatte (29), an der Losla¬gerseite verschiebbar durch die Gehäusewärmedehnungen, befestigt.The bearings for the shaft are integrated in the two side walls with cooling jacket (14), where two grooves for labyrinth seals (15) and especially the groove (8) are provided for the guidance of the cell walls. In the housing cover for the seal (16) either a packing with a grease distribution ring (17) is provided or a mechanical seal. Via a drilling (18), the cooling air for the bolts for the cell walls is supplied. The cooling air supply for the rotor takes place in the cross flow through the bore (19) and via bore (20) on the Gegensei¬te again discharged. The supply of cooling air takes place only over the upper half of the housing, which here are the elements to be cooled like the cell walls, whereas in the lower part the cell walls are in the extended state and the space is empty and the air would have the least resistance with questionable cooling effect , The cell walls are radially supported by rolling elements (21) located in a cage (22) operatively associated with a rolling bearing match. The sealing strips with labyrinth seals (23) have the task of minimizing the escape of working gas from the cells to the rotor slots. These strips are provided with cover plates (24) which also cover the insulation (25) against the rotor. The inlet of the working gas via the pipeline with two Schäch¬ten (26) to achieve the fastest possible and complete filling by short distances. When using the expanded working gas as the cooling medium, the outlet via the outlet nozzle (27). When using thermal oil as a cooling medium, the expulsion of the expanded working gas also takes place via 2 wells over the approximately half circumference of that side with narrowing cell volume. The cooling jacket, independent of the cooling medium, is provided with insulation (28). The side walls are on the base plate (29), on the Losla¬gerseite displaceable by the Gehäusewärmedehnungen attached.

[0008] Es sei auf folgenden Umstand hingewiesen: Durch die exzentrische Lagerung von Ge¬häuse und Rotorwelle und damit der Zellenwände ergibt sich ein unterschiedlicher Spalt derEnden der Zellenwände zum Gehäuse. Bei kleinen Einheiten ist dies durch Vorsehen eineretwas abgeflachten, oder mit dem Radius des Innenkreises versehenen Labyrinthdichtung undderen Breite der Zellenwand gut zu beheben. Bei größeren Einheiten ist die Minimierung desSpaltes, verursacht durch eine komplexe Kombination von Winkelfunktionen variierend überden Umfang in Verbindung mit der Größe der Exzentrizität und der Zellenwanddicke berechen¬bar und dieser Unterschied durch die Gestaltung der Nut berücksichtigbar und auf diese Weiseein konstanter minimierter Spalt erhältlich. Die Form der Nut ist hier nicht mehr exakt ein Kreis,sondern eine etwas abweichende Kurvenform, die mit CNC Fräsmaschinen exakt nachgefahrenwerden kann.It should be noted the following fact: Due to the eccentric storage of Ge¬ housing and rotor shaft and thus the cell walls results in a different gap of the ends of the cell walls to the housing. For small units this is easily remedied by providing some labyrinth seal which is somewhat flattened or radiused and the width of the cell wall. For larger units, minimizing the gap caused by a complex combination of tilt functions varying circumferentially in conjunction with the size of the eccentricity and cell wall thickness can be calculated and this difference can be accounted for by the design of the groove and thus obtain a constant minimized gap. The shape of the groove is no longer exactly a circle, but a slightly different curve shape, which can be traced exactly with CNC milling machines.

[0009] Bei der Drehbewegung ergeben sich verengende und erweiternde Querschnitte, wo beider Verwendung als Motor über einen abgestimmten Drehwinkel im Bereich der erweiterndenZellenvolumen das Arbeitsgas zugeführt wird, bei weiterer Drehung erfolgt die Expansion inerweiternden Querschnitten und durch die Differenzdrücke auf die Zellen radwände wird dasDrehmoment erzeugt. Die Lage der Eintrittskante ist so zu legen, dass am Beginn ein abge¬schlossenes Volumen vorliegt, welches am Ende der Expansion 1 bar abs. ergibt, im Allgemei¬nen im Verhältnis der spez. Volumina Eintrittsvolumen zu Austrittsvolumen der jeweiligen Zelle.In the rotational movement, narrowing and widening cross-sections, where when used as a motor via a tuned angle of rotation in the region of expanding cell volume, the working gas is supplied, with further rotation, the expansion takes place in widening cross-sections and by the differential pressures on the cell wheel walls, the torque is generated , The position of the leading edge is to be set so that there is a closed volume at the beginning, which at the end of the expansion is 1 bar abs. results, in general, in the ratio of the spec. Volumes Entry volume to exit volume of the respective cell.

Nach der vollständigen Expansion auf 1 bar a. wird das entspannte Arbeitsgas im offenenQuerschnitt ausgeschoben, wo es zuerst als Kühlluft für das Gehäuse und in Folge als Ver¬brennungsluft verwendet wird, oder über einen Rekuperator die Wärmeabgabe ebenfalls an dieeinströmende unter Druck stehende Verbrennungsluft bei einer Verbrennung unter Druck abge¬geben wird.After complete expansion to 1 bar a. the expanded working gas is ejected in the open cross section, where it is first used as cooling air for the housing and subsequently as Ver¬brennungsluft, or via a recuperator the heat release is also given to inflowing pressurized combustion air at a combustion under pressure.

[0010] Als Verlust wird im Wesentlichen nur die Reibung der Lager für die Zellenwände in derNut in den Seitenwänden und der Wälzkörper in den Nuten des Rotors, verursacht durch dieFliehkraftwirkung bzw. der Tangential - und Biegekraftkomponente der beweglichen Zellenwän¬de, sowie der Rotorlagerung, wirksam. Ich möchte erwähnen, dass hier eine Kraft (Leistung)zum Verschieben der Zellenwände gegen die Fliehkraft nach innen erforderlich ist. Uber eineHälfte ergibt sich eine Tangentialkomponente in Drehrichtung, in der anderen der gleiche Be¬trag entgegengesetzt und sich dadurch aufheben. In Verbindung der Nutzung der Austrittsluft¬kühlung vom Gehäuse ergibt dies eine gute thermodynamische Expansionsmaschine, da sichdurch das Vorsehen nur von Rollenreibung dies in einem Bereich von etwa 2 bis 3 % betragenwürde (abgesehen von den thermodynamischen Verlusten durch Kühlung des Rotors und derZellenwände, dies vom Temperaturniveau für eine mögliche Wiedereinbindung abhängt) mitdem Vorteil einer rotierenden Bewegung. Als Wirkungsgrad bei einer Arbeitsgastemperatur vonetwa 850° C und einem Systemdruck von 7 bar a können etwa 40 bis 50 % erreicht werden, beieiner Arbeitsgastemperatur von ca. 1200° C durch eine interne Verbrennung etwa 50 bis 60 %angegeben werden, in etwa gleich hoch wie ein isothermenähnlicher Prozess bei etwa 800° C,wo aber die Leistungsausbeute gegenüber einer polytropen Expansion von 1200°C bei gleicherBaugröße geringer ausfällt.Essentially, only the friction of the bearings for the cell walls in the groove in the sidewalls and the rolling elements in the slots of the rotor, caused by the driving force effect or the tangential and bending force component of the movable cell walls, as well as the rotor bearing, are essentially lost. effective. I would like to mention that here a force (power) is required to move the cell walls against the centrifugal force inwards. About one half results in a tangential component in the direction of rotation, in the other the same order opposite and thus cancel. Combined with the use of exhaust air cooling from the housing, this results in a good thermodynamic expansion machine since by providing only roller friction this would be in the range of about 2 to 3% (apart from the thermodynamic losses by cooling the rotor and the cell walls thereof) Temperature level for possible reintegration) with the benefit of a rotary motion. As an efficiency at a working gas temperature of about 850 ° C and a system pressure of 7 bar a, about 40 to 50% can be achieved, at a working gas temperature of about 1200 ° C by internal combustion about 50 to 60% are given, about the same as an isothermal-like process at about 800 ° C, but where the performance compared to a polytropic expansion of 1200 ° C with the same size fails lower.

[0011] Ein gewisser Nachteil besteht darin, dass hier unterschiedliche Wärmedehnungen imGehäuse und dem Rotor bzw. der Zellenwände vorhanden sind, sodass bei einer Minimierungder Spaltverluste das Gehäuse auf etwa 300 bis 400° C gekühlt (expandiertes Arbeitsgas oderThermalöl) werden sollte und dadurch ein gewisser Wärmeverlust entsteht, welcher zwar beimThermalöl für eine Dampferzeugung verwendet und dem Arbeitsgas wieder zugeführt werdenkönnte. Bei der Verwendung von Arbeitsgas steht jedoch im Wesentlichen der gesamte Wär¬mebetrag in Form von erhöhter Temperatur für die Verbrennungsluft bzw. beim Rekuperator zurVerfügung und dadurch die thermischen Verluste minimiert. Eine Möglichkeit die Wärmeverlustenoch zu verringern und doch hohe Arbeitsgastemperaturen zu erreichen, besteht darin, dassdas Gehäuse in Schichten aufgebaut wird. Innen ein Mantel aus hitzebeständigem Stahl, danneine Isolierschicht aus Feuerfestmaterial und außen der Mantel aus Normalstahl, welcher dieKräfte aus Druck und der Wärmedehnungen aufnimmt. Es sind in der Regel auch unterschiedli¬che Werkstoffe von Rotor (Normalstahl) und für die Zellenwände (hitzebeständiger Stahl) vor¬gesehen, wo die Wärmedehnungskoeffizienten (1,2 für Normalstahl, 1,8 mm / 100° C.m fürhitzebeständigen Stahl) und auch die Temperaturen stark unterschiedlich sind, sodass einAufheizen des Motors bzw. der Zellenwände und des Gehäuses ohne Last erforderlich ist,damit sich die temperaturbedingten berücksichtigten Spalte vor allem bei den Zellenwändenzum Gehäuse radial und axial schließen und der Leistungsbetrieb erfolgen kann. Da die sicheinstellenden Temperaturen und damit die Wärmedehnungen der Zellenwände im Betriebzumindest bei der Erstausführung nur ungenügend festgestellt werden können, kann ein gewis¬ser Spalt vorab vorgesehen werden, die endgültige Ablängung aber im Betrieb durch eineSchnittkante aus Hartmetall im Bereich der Seitenwand der ausgefahrenen Zellenwände ange¬bracht werden, welche noch eine vorhandene Überlänge durch Wärmedehnung wegschabt undso ein genau definierter geringer Spalt in axialer Richtung vorliegt.A certain disadvantage is that there are different thermal expansions in the housing and the rotor or the cell walls, so that with minimization of the gap losses the housing should be cooled to about 300 to 400 ° C (expanded working gas or thermal oil) and thereby some Heat loss occurs, which although used in the thermal oil for steam generation and could be recycled to the working gas. When using working gas, however, substantially the total amount of heat is available in the form of increased temperature for the combustion air or in the recuperator and thereby minimizes the thermal losses. One way to reduce the heat losses yet achieve high working gas temperatures is to build the housing in layers. Inside a heat-resistant steel jacket, then an insulating layer of refractory, and outside the mantle of mild steel, which absorbs the forces of pressure and thermal expansion. As a rule, different materials are also provided by rotor (normal steel) and for the cell walls (heat-resistant steel), where the thermal expansion coefficients (1.2 for normal steel, 1.8 mm / 100 ° Cm for heat-resistant steel) and also the temperatures are greatly different so that heating of the motor or cells walls and housing without load is required to allow the temperature-related gaps to close radially and axially, especially at the cell walls to the housings, and power operation can take place. Since the self-adjusting temperatures and thus the thermal expansions of the cell walls during operation can be determined only insufficiently at least during the initial design, a certain gap can be provided in advance, but the final cut is in operation by a cut edge made of hard metal in the region of the side wall of the extended cell walls be brought, which still scrapes away an existing excess length by thermal expansion and so there is a well-defined small gap in the axial direction.

[0012] Die Zellenwände sind kühlbar gestaltet in Form eines Luftquerstromes in den Rotornu¬ten, eingeleitet über eine Bohrung in der oberen Hälfte, welche durch Bleche in dem Spaltzwischen Rotor und Seitenwand geteilt ist und auf der Gegenseite die erwärmte Luft abgeleitetwird, getrennt davon die Kühlluft für die Bolzen der Zellenwände, welche über Nuten im Rotorund 2 Bohrungen in der Zellenwand zu den Bolzen zugeführt wird um die Kühlung und einenSchmierfilm bei den Nadellagern zu gewährleisten. Der Wärmeverlust über das Gehäuse ist wiebei fast jeder thermodynamischen Kraftmaschine zum Einen durch die Differenztemperatur vonThe cell walls are made coolable in the form of an air cross-flow in the rotor chambers, introduced via a bore in the upper half, which is divided by sheets in the gap between the rotor and side wall and on the opposite side, the heated air is derived, separated Cooling air for the bolts of the cell walls, which is supplied via grooves in the rotor and 2 holes in the cell wall to the bolts to ensure the cooling and a lubricating film at the needle bearings. The heat loss through the housing is like almost every thermodynamic engine on the one hand by the differential temperature of

Wand und Arbeitsgas und durch das Verhältnis von Oberfläche der einzelnen Zellen zum Zel¬lenvolumen abhängig, wo größere Einheiten einen deutlichen Vorteil aufweisen. Bei einemSchichtaufbau der Gehäusewand ist gut möglich, dass auch das Innengehäuse mit einer Tem¬peratur von etwa 600° C oder höher (Beständigkeit von hitzebest. Stahl ohne Festigkeitserfor¬dernis bis etwa 1100° C) in etwa den genannten Bereich gehalten wird, es kommt dann daraufan, welche Temperatur der Außenmantel aufweist und damit die Dehnungsspalte im Inneren,da die Innenschicht aus hitzebeständigem Stahl in gewisser Weise durch den tragenden Au¬ßenmantel eingeengt wird und nicht mit dem höheren Wärmedehnkoeffizienten gegenüberNormalstahl sich dehnen kann. Der Motor ist bei entgegengesetzter Drehrichtung oder Anord¬nung von Ein- und Austritt spiegelbildlich auch als Kompressor verwendbar, wo hinsichtlichLänge das Verhältnis der spez. Volumina von Ansaugluft und Austrittsgas nach dem Motorheranzuziehen ist. Es könnte auch ansonsten ein Generator mit 2 Wellenstummel verwendetwerden, wo jeweils am einen der Motor und am anderen der Kompressor hängt.Wall and working gas and by the ratio of surface area of the individual cells to Zel¬lenvolumen dependent, where larger units have a distinct advantage. In the case of a layer construction of the housing wall, it is quite possible that the inner housing with a temperature of about 600 ° C. or higher (resistance of heat-resistant steel without strength requirement up to about 1100 ° C.) is also kept approximately in the range mentioned Then it depends on what temperature the outer jacket has and thus the expansion gaps in the interior, since the inner layer of heat-resistant steel is restricted in some way by the supporting Au¬ßenmantel and not with the higher thermal expansion coefficient comparedNormalstahl can stretch. The engine is mirror image in the opposite direction of rotation or arrangement of inlet and outlet as a compressor used, where in terms of length, the ratio of the spec. Volumes of intake air and exhaust gas after the engine is tightened. Otherwise, a generator with 2 stub shafts could be used, where the compressor hangs on one of the engines and on the other.

[0013] Hinsichtlich Verfahrensführung kann sowohl jener im Patent AT 501 504 B 1 2009-05-15angeführten mit dem Arbeitsgas Luft mit der Wärmeeinbringung indirekt über einen Hochtempe¬raturwärmetauscher verwendet werden und hier zur Wiederholung kurz angeführt werden:Isothermenähnliche Kompression durch Wassereindüsung in Ansaugluft, Vorerwärmung desArbeitsgases in einem Niedertemperaturwärmetauscher, Wärmezufuhr in einem Hochtempera¬turwärmetauscher, Expansion im Motor, Verwendung des expandierten Gases als Gehäuse¬kühlluft und anschließend als Verbrennungsluft für das Hackgut, wo nach dem Austritt aus demMotor bzw. des zu kühlenden Gehäuses diese als Verbrennungsluft verwendet wird, aber auchin der Richtung, dass hier ein Gasturbinenprozess mit Rekuperator zum Einsatz kommt. VomPrinzip des Motors möchte ich darauf hinweisen, dass dieser für eine isothermenähnliche Ex¬pansion, mit den höchsten Wirkungsgraden geeignet erscheint, wenn hier am Gehäuseumfangwährend der Expansion an mehreren Stellen ein gasförmiger Brennstoff zugeführt würde, aberauch Holzstaub, welcher eine Korngröße aufweist, dass dieser im Zeitintervall über den Bereichder Expansion verbrennt oder aber auch wie der gasförmige Brennstoff an mehreren Stellenzugeführt wird. Da an das Gas keine besonderen Ansprüche gestellt sind, kann auch grob vonAsche gereinigtes Gas aus einer autothermen Holzvergasung unter Druck (z. B. Flugstromver¬gasung) verwendet werden, mit dem Vorteil, dass nicht wie üblich bei Hubkolbenmotoren dasGas gekühlt werden muss (Kaltgaswirkungsgrad bei ca. 80%), sondern ungekühlt dem Motorzugeführt werden kann, dies zumindest gegenüber dem Hubkolbenmotor eine um ca. 10 bis 15% bessere thermische Ausbeute aus dem Holz bzw. der Gesamtanlage bringt. Es ist zumindesteine Wärmezufuhr mit mehreren Zwischenerhitzungen des Arbeitsgases Luft oder Rauchgasmit hohem Luftüberschuss ohne größeren Aufwand möglich. Die Festlegung des Druckes fürdie Kompression und Expansion ist durch Verschieben der Einlass - bzw. Austrittskante mög¬lich. BEZEICHNUNGEN IN ZEICHNUNGEN FIG. 1 UND FIG. 2 1 Rotorwelle mit Passfedern 2 Festlager 3 Loslager 4 Rotor 5 Bewegliche Zellenwände 6 Gekühlter Bolzen 7 Rolle mit Nadellager 8 Nut zur Zwangsführung 9 Gehäuse 10 Flansch 11 Kühlmantel 12 Kühlmedium 13 Rippen zur Oberflächenvergrößerung 14 Seitenwand mit Kühlmantel 15 Nuten für Labyrinthdichtungen 16 Gehäusedeckel für Abdichtung 17 Fettverteilring 18 Bohrung Kühlluft Bolzen 19 Bohrung Kühlluft Querstrom 20 Bohrung Abfuhr Kühlluft 21 Wälzkörper für Zellenwände 22 Rollenkäfig 23 Dichtleisten mit Labyrinthdichtung 24 Abdeckblech für Isolierung 25 Isolierung 26 Schächte Arbeitsgaseintritt 27 Auslassstutzen entspanntes Arbeitsgas 28 Isolierung für Kühlmantel 29 Grundplatte 30 Nuten 31 Bleche NÄHERUNGSWEISE BERECHNUNG DES WIRKUNGSGRADES: [0014] Ausgangsdaten: Stationäre Anlage betrieben mit Holzhackgut, Rotordurchmesser 540mm, Rotorlänger 500 mm, Gehäusedurchmesser 600 mm, Exzentrizität 30 mm, Vorerhitzungdurch NT - Wärmetauscher auf ca. 400° C, in Hochtemperatunwärmetauscher bis ca. 850° C,Drehzahl 750 bis 1000 U / min, Leistung Grundstufe ca. 80 KW (750 U / min), Ausbaustufe bisca. 110 KW (ca. 1000 U / min), Verdichtungsdruck 7 bar abs., Hackgutzufuhr ca. 3,5 % vonGesamtluftmassestrom, Wasserzufuhr für isothermenähnliche Kompression ca. 5 %, [0015] Ich ersuche hier zu bedenken, dass die hier gewählten Parameter beispielsweise her¬ausgegriffen sind, wo es hinsichtlich der Wahl von Druck und Temperatur eine Vielzahl ver¬schiedener Kombinationen gibt, die naturgemäß zu einem anderen Ergebnis führen. Zudem istbei dem gewählten Druck von 7 bar bei der Kompression die Gasaustrittstemperatur in einemBereich von ca. 400° C mit einer Eintrittstemperatur von ca. 850° C wo für den Niedertempera¬tur WT überwiegend Normalstahl verwendet werden kann, dies sich günstig auf die Kostenauswirkt. Die angegebenen Werte für die Wärmezufuhr über die spezifische Wärmekapazitätbei konstantem Druck (cpm12) können grundsätzlich der Volumsänderungsarbeit und demGleichdruckanteil bzw. der technischen Arbeit bei der Expansion gleichgesetzt werden (qzu12 =w12), wo durch die Berücksichtigung der Kompressionsarbeit der theoretische Wirkungsgradermittelt werden kann. Üblicherweise Ansauglufttemperatur mit 0° C gerechnet, hier 20° C umden Gegebenheit besser zu entsprechen. Für die isothermenähnliche Kompression mit einerWassereindüsung ist ein Temperaturanstieg erforderlich, um die Sättigungsgrenze nicht zuunterschreiten und liegt bei 7 bar abs. bei ca. 85° C. Die wesentlichsten Faktoren für den Wir¬kungsgrad sind der gewählte Systemdruck und die Arbeitsgastemperatur zum Motoreintritt undnatürlich die Prozessführung.With regard to process management, both those listed in the patent AT 501 504 B 1 2009-05-15 can be used with the working gas air with the heat input indirectly via a Hochtempe¬raturwärmetauscher and briefly listed here for repetition: Isothermal-like compression by water injection in intake air, Preheating the Arbeitssgas in a low-temperature heat exchanger, heat in a Hochtempera¬turwärmetauscher, expansion in the engine, using the expanded gas as Gehäuse¬ cooling air and then as combustion air for the wood chips, where after exiting the motor or the housing to be cooled, this is used as combustion air but also in the direction that a gas turbine process with recuperator is used here. From the principle of the motor, I would like to point out that this appears to be suitable for an isothermal expansion, with the highest efficiencies, if here at the housing periphery during the expansion in several places a gaseous fuel would be supplied, but also wood dust, which has a grain size that this in Burning time interval over the range of expansion or even how the gaseous fuel is supplied at multiple locations. Since the gas is not subject to any special requirements, coarse ash-purified gas from an autothermal wood gasification under pressure (eg entrainment gasification) can also be used, with the advantage that the gas does not have to be cooled as usual in reciprocating engines (cold gas efficiency 80%), but the motor can be supplied uncooled, this brings at least compared to the reciprocating engine by about 10 to 15% better thermal yield from the wood or the entire system. At least one heat supply with several intermediate heats of the working gas air or flue gas with high excess air is possible without much effort. The determination of the pressure for the compression and expansion is possible by shifting the inlet and outlet edge. NAMES IN DRAWINGS FIG. 1 AND FIG. 2 1 Rotor shaft with feather keys 2 Fixed bearing 3 Floating bearing 4 Rotor 5 Movable cell walls 6 Cooled pin 7 Roller with needle bearing 8 Grooved guide groove 9 Housing 10 Flange 11 Cooling jacket 12 Cooling medium 13 Ribs for surface enlargement 14 Side wall with cooling jacket 15 Grooves for labyrinth seals 16 Housing cover for sealing 17 Grease distribution ring 18 Bore Cooling air Bolt 19 Bore Cooling air Crossflow 20 Bore Cooling air 21 Cell wall rolling elements 22 Roller cage 23 Sealing strips with labyrinth seal 24 Insulating cover 25 Insulation 26 Manholes 27 Exhaust port Relaxed working gas 28 Insulation for cooling jacket 29 Base plate 30 Grooves 31 Plates APPROXIMATION CALCULATION OF THE EFFICIENCY Output data: Stationary plant operated with wood chips, rotor diameter 540 mm, rotor length 500 mm, housing diameter 600 mm, eccentricity 30 mm, preheating by NT heat exchanger to about 400 ° C, in high temperature Ratunwärmetauscher up to 850 ° C, speed 750 to 1000 U / min, power basic level about 80 KW (750 U / min), extension bisca. 110 KW (about 1000 rpm), compaction pressure 7 bar abs., Wood chips supply approx. 3.5% of total air mass flow, water supply for isothermal-like compression approx. 5%, I ask you to consider that the parameters selected here, for example aus¬ausgegriffen are where there are a variety of different combinations in terms of the choice of pressure and temperature, which naturally lead to a different result. In addition, at the selected pressure of 7 bar in the compression, the gas outlet temperature in a range of about 400 ° C with an inlet temperature of about 850 ° C where for the low temperature WT mainly mild steel can be used, this has a favorable effect on the cost. The values given for the heat input via the specific heat capacity at constant pressure (cpm12) can basically be equated to the volume change work and the equivalent pressure or technical work during the expansion (qzu12 = w12), where theoretical efficiency can be averaged by taking into account the compression work. Usually intake air temperature calculated at 0 ° C, here 20 ° C to better match the situation. For the isothermal-like compression with a water injection, a temperature rise is required in order not to fall below the saturation limit and is at 7 bar abs. at approximately 85 ° C. The most important factors for the degree of efficiency are the selected system pressure and the working gas temperature at the engine inlet and, of course, the process control.

[0016] Der Isentropenwirkungsgrad für die Expansion, sowie die Wärmeverluste während derExpansion und ansatzweise Verluste über die Labyrinthdichtungen wurde mit 0,92 unterstellt.Es wurde aus dem Erwärmungsbedarf des Gases der Bedarf an Holz mit ca. 3,5 % Massezu¬fuhr errechnet und auch am Zellenradmotor zur Arbeitsgewinnung zur Verfügung stehen. DieZufuhr des Wasserdampfes aus der Kompression erfolgt mit etwas Energieaufwand, da hierdas Wasser über den Kolbenweg verdunstet und diese Masse unter Leistungsaufwand verdich¬tet werden muss (über den Weg betrachtet ca. 0,5 der eingedüsten Masse). Die in der Rech¬nung verwendeten Werte für die mittlere spez. Wärmekapazität stammen aus Tabellen ein¬schlägiger Fachliteratur.The isentropic efficiency for the expansion, and the heat losses during the expansion and batch losses over the labyrinth seals was assumed to 0.92. It was calculated from the heating demand of the gas, the demand for wood with about 3.5% Massezu¬fuhr and also available on the cellular motor for work recovery. The supply of water vapor from the compression takes place with some energy expenditure, since the water evaporates via the piston path and this mass must be compacted under expenditure of energy (viewed over the way about 0.5 of the injected mass). The values used in the calculation for the mean spec. Heat capacity come from tables of relevant literature.

[0017] Feuchtigkeitseintrag: ca. 5 % Wasserzufuhr durch Wassereindüsung in Ansaugluft.Zusätzlich könnten etwa ca. 1,5 % Wasserzufuhr durch Wasserverdunstung durch Temperatur¬differenz am Rekuperator, sowie der zusätzlichen Massezufuhr für die Verbrennung, dieseWerte jedoch noch nicht als vollständig abgesichert zu betrachten sind, möglicherweise auchnur insgesamt 6,5 % Feuchtigkeitseintrag gerechnet 5 %.In addition, about 1.5% of water by water evaporation by temperature difference at the recuperator, as well as the additional mass supply for combustion, these values, however, not yet fully secured to about 5% water supply by Wassereindüsung in Ansaugluft Also, a total of 6.5% moisture input may be 5%.

[0018] Isothermenähnliche Kompression bis 7 bar abs: [0019] W = R x T x In p1/p2 = [0020] 0,2872 kJ / kg.K x 293 K x In 1 / 7 = -163,7 kJ / kg (t = 20<€) [0021] 0,2872 kJ / kg.K x 353 K x In 1 / 7 = -197,2 kJ / kg (t = 85°C) [0022] Arithmetisches Mittel: -180,5 kJ / kg (- = zuzuführende Energie) [0023] Kompression Wasserdampf: [0024] im Verhältnis der Gaskonstanten Wasser 0,4615 kJ / kg.K, w = - 290 kJ / kg (100 %) [0025] Annahme Wasseranteil gesamt ca. 5 % (fällt mit zunehmenden Weg als Gas an, daheretwa Hälfte der Gasmenge über Gesamtverdichtung) - 290 kJ / kg x 0,025 = 7,2 kJ / kg [0026] Verdichtung gesamt: 180,5 kJ / kg + 7,2 kJ / kg = 187,7 kJ / kg [0027] Verdichtung Luft für Kühlluftbedarf ca. 5 % und Massezufuhr Holz ca. 3,5 % = 187,7 kJ / kg x 1,085 = ca. 205 kJ / kg [0028] Heißluftmotor: (5 % Wasserdampf aus Kompression + ca. 1,5 % Wasserdampf ausWärmeüberhang durch zusätzliche Restwärme Gasmasse aus Verbrennung und Temperatur¬differenz am Rekuperatoraustritt + etwa 3,5 % zusätzliche wirksame Masse durch Holzmasseaus der Verbrennung, wo eine zusätzliche Luftmasse erwärmt werden kann, jedoch auch dieentsprechende Luft komprimiert werden muss) [0029] Verwendung Polytropenexponent (n = 1,34... Rauchgas praktisch vorhanden) statt Isen-tropenexponent (Kappa 1,4 Luft) [0030] Arbeitsgastemperatur 850 °C, Systemdruck 7 bar abs. Zellenradmotor [0031] Isobare Wärmezufuhr: qzu12 = cpm12 x (T1 - T2) [0032] Temperatur Ende Expansion der Polytrope: [0033] T2 = T1 x (p2/p1) hoch n -1 / n (0,2537)Isothermal-like compression to 7 bar abs: W = R x T x In p1 / p 2 = [0020] 0.2872 kJ / kg.K x 293 K x In 1/7 = -163.7 kJ / kg (t = 20 < €) 0.2872 kJ / kg.K x 353 K x In 1/7 = -197.2 kJ / kg (t = 85 ° C) Arithmetic mean: -180 , 5 kJ / kg (- = energy to be supplied) Compression of water vapor: in the ratio of the gas constant water 0.4615 kJ / kg.K, w = - 290 kJ / kg (100%) assumption water content total approx. 5% (with increasing distance as gas, therefore about half of the gas volume over total compaction) - 290 kJ / kg x 0.025 = 7.2 kJ / kg Total compaction: 180.5 kJ / kg + 7, 2 kJ / kg = 187.7 kJ / kg Compression air for cooling air requirement approx. 5% and mass feed wood approx. 3.5% = 187.7 kJ / kg x 1.085 = approx. 205 kJ / kg [0028] Hot air engine: (5% water vapor from compression + approx. 1.5% water vapor from heat surplus due to additional residual heat Gas mass from combustion and temperature difference at the recuperator outlet tt + about 3.5% additional effective mass through wood mass from combustion where additional air mass can be heated but also the corresponding air must be compressed) using polytropic exponent (n = 1.34 ... flue gas practically present) Isen-troppenexponent (Kappa 1,4 air) Working gas temperature 850 ° C, system pressure 7 bar abs. Cell Wheel Motor Isobaric Heat Supply: qzu12 = cpm12 x (T1-T2) [0032] Temperature End Polytrope Expansion: T2 = T1x (p2 / p1) high n -1 / n (0.2537)

[0034] 1123 x 1/7 hoch 0,2537 = 685 K = 412° C1123 x 1/7 high 0.2537 = 685 K = 412 ° C

[0035] cpm12 = (cpm1 x t1) - (cpm2 x t2) / (t1 -12) = 1,077 kJ / kg.K x 850° C -1,030 kJ/kg.Kx412oC/(850°C-412°C) = 491 /438= 1,121 kJ/kg.Kqzu12 = cpm12 x (T1 -T2) = 1,121 kJ / kg.K x 438 K = 491 kJ/kg = w12 [0036] Erwärmung und Expansion mit 5 % Wasserdampfanteil im Verhältnis der spez. Wärme¬kapazität = x 2 qzu12 Wasserdampf = 491 kJ / kg x 0,05 x 2 = 49,1 kJ / kg [0037] Anteil von 3,5 % Massezufuhr durch Brennstoff = 491 kJ / kg x 1,035 = 508 kJ / kg [0038] Gesamt: 508 kJ / kg + 49 kJ / kg = 557 kJ / kg, Kompression 205 kJ / kg [0039] Wirkungsgrad = Nutzarbeit zugeführte Wärmemenge =Cpm12 = (cpm1 x t1) - (cpm2 x t2) / (t1 -12) = 1.077 kJ / kg.K x 850 ° C -1.030 kJ / kg.Kx412oC / (850 ° C-412 ° C) = 491/438 = 1.121 kJ / kg.Kqzu12 = cpm12 x (T1-T2) = 1.121 kJ / kg.K x 438 K = 491 kJ / kg = w12 Heating and expansion with 5% water vapor content in the ratio of spec , Heat capacity = x 2 qzu12 Water vapor = 491 kJ / kg x 0.05 x 2 = 49.1 kJ / kg [0037] Proportion of 3.5% mass feed by fuel = 491 kJ / kg x 1.035 = 508 kJ / kg Total: 508 kJ / kg + 49 kJ / kg = 557 kJ / kg, compression 205 kJ / kg Efficiency = useful work amount of heat supplied

Expansionsarbeit - Kompressionsarbeitzugeführte Wärme [0040] Wirkungsgrad: (557 kJ / kg - 205 kJ / kg / (558 kJ / kg) = 352 kJ / kg / 557 kJ / kg = 0,632 [0041] Ungefähre Berücksichtigung des Isentropenwirkungsgrades und Wärmeüberganges andie Zylinderwand mit Labyrinthdichtungen ca. 0,92 [0042] 557 kJ / kg x 0,92 = 512 kJ / kg, Differenz 44,5 kJ / kg [0043] Theoretischer Wirkungsgrad mit vorhandener Abminderung: [0044] 512 kJ / kg - 205 kJ / kg / 512 kJ / kg = 307 kJ / kg / 512 kJ / kg = 0,599 [0045] Gasstromerwärmung: ist im Normalfall identisch mit Expansionsarbeit der Isentrope bzw.Polytrope und des Gleichdruckanteiles beim Gaseintritt und isobarer Gasstromerwärmung. Hierist noch zu berücksichtigen, dass der zugeführte Brennstoff (ca. 3,5 % Masseanteil) auch einenErwärmungsbedarf von 30° C auf ca. 412° C mit ca. 10 kJ / kg (darüber in Berechnung im Er¬wärmungsbedarf Brennstoffanteil berücksichtigt) aufweist hier durch die Vergrößerung derWärmezufuhr um 3,5 % wie die Expansionsarbeit berücksichtigt ist. Beim Rekuperator ist nocheine Temperaturdifferenz (ca. 35° C) mit ca. 35 kJ / kg zu berücksichtigen, daher der Gesamt¬wärmebedarf bei [0046] Zellenradmotor isobare Wärmezufuhr bis 850° C, (Polytropenexponent n = 1,34 sowieFeuchtigkeit verbleibt in Luftstrom) [0047] 512 kJ / kg - 205 kJ / kg / (512 + 35 kJ / kg + 10 kJ / kg) = 307 kJ / kg / 557 kJ / kg =0,551 [0048] Heißluftmotor isobar 850° C, (Polytropenexponent n = 1,34; gerechnet keine Feuchtig¬keit im Luftstrom bei Expansion) [0049] 508 kJ / kg x 0,92 = 467 kJ / kg [0050] 467 kJ / kg - 205 kJ / kg / 467 kJ / kg = 262 kJ / kg / 467 kJ / kg = 0,562 [0051] 262 kJ / kg / (467 kJ / kg + 35 kJ / kg + 10 kJ / kg) = 262 kJ / kg / 512 kJ / kg = 0,512 [0052] Zellenradmotor Arbeitsgastemperatur angenommen 1200° C, (Polytropenexponent n =1,34 sowie Feuchtigkeit verbleibt in Luftstrom) [0053] Isobare Wärmezufuhr: qzu12 = cpm12 x (T1 - T2) [0054] Temperatur Ende Expansion der Polytrope: [0055] T2 = T1 x (p2/p1) hoch n - 1 / n (0,2537)Expansion work - compression heat input efficiency: (557 kJ / kg - 205 kJ / kg / (558 kJ / kg) = 352 kJ / kg / 557 kJ / kg = 0.632 Approximate consideration of isentropic efficiency and heat transfer to the cylinder wall Labyrinth seals approx. 0.92 557 kJ / kg x 0.92 = 512 kJ / kg, difference 44.5 kJ / kg Theoretical efficiency with reduction present: [0044] 512 kJ / kg - 205 kJ / kg / 512 kJ / kg = 307 kJ / kg / 512 kJ / kg = 0.599 Gas flow heating: is normally identical to expansion work of the isentropes and / or the polyropyne and the equal pressure component during gas inlet and isobaric gas flow heating supplied fuel (about 3.5% by weight) also has a heating requirement of 30 ° C to about 412 ° C with about 10 kJ / kg (above calculated into the heating demand fuel component) has here by increasing the heat supply by 3, 5% like the expansion work is taken into account. The recuperator is still a temperature difference (about 35 ° C) with about 35 kJ / kg to take into account, therefore, the total heat demand in [0046] Zellenradmotor isobaric heat up to 850 ° C, (polytropic exponent n = 1.34 and moisture remains in air flow ) 512 kJ / kg - 205 kJ / kg / (512 + 35 kJ / kg + 10 kJ / kg) = 307 kJ / kg / 557 kJ / kg = 0.551 Hot air motor isobar 850 ° C, (polytropic exponent n = 1.34, calculated no moisture in the air stream on expansion) 508 kJ / kg x 0.92 = 467 kJ / kg 467 kJ / kg - 205 kJ / kg / 467 kJ / kg = 262 kJ / kg / 467 kJ / kg = 0.562 262 kJ / kg / (467 kJ / kg + 35 kJ / kg + 10 kJ / kg) = 262 kJ / kg / 512 kJ / kg = 0.512 [0052] Cell wheel motor Working gas temperature assumed 1200 ° C, (polytropic exponent n = 1.34 and moisture remains in air flow) Isobaric heat input: qzu12 = cpm12 x (T1 - T2) Temperature end Expansion of the polytrop: T2 = T1 x (p2 / p1) high n - 1 / n (0.2537)

[0056] 1473 x 1/7 hoch 0,2537 = 899 K = 626 °C1473 x 1/7 high 0.2537 = 899 K = 626 ° C

[0057] cpm12 = (cpm1 x t1) - (cpm2 x t2) / (t1 -12) = 1,11 kJ / kg.K x 1200°C -1,055 kJ / kg.K x 626°C / (1200°C - 626°C) = 672 / 574 = 1,17 kJ / kg.Kqzu12 = cpm12 x (T1 - T2) = 1,17 kJ / kg.K x 574 K = 672 kJ / kg = w12 [0058] Erwärmung und Expansion mit 5 % Wasserdampfanteil im Verhältnis der spez. Wärme¬kapazität = x 2 qzu12 Wasserdampf = 672 kJ / kg x 0,05 x 2 = 67,2 kJ / kg [0059] Anteil von 3,5 % Massezufuhr durch Brennstoff = 672 kJ / kg x 1,035 = 695 kJ / kg Ge¬samt: 695 kJ / kg + 67,2 kJ / kg = 762,2 kJ / kg, Kompression 205 kJ / kg [0060] Wirkungsgrad = Nutzarbeit zugeführte Wärmemenge =Cpm12 = (cpm1 x t1) - (cpm2 x t2) / (t1 -12) = 1.11 kJ / kg.K x 1200 ° C -1.055 kJ / kg.K x 626 ° C / (1200 ° C) C - 626 ° C) = 672/574 = 1.17 kJ / kg.Kqzu12 = cpm12 x (T1 - T2) = 1.17 kJ / kg.K x 574 K = 672 kJ / kg = w12 [0058] Heating and expansion with 5% water vapor content in the ratio of spec. Heat capacity = x 2 qzu12 Water vapor = 672 kJ / kg x 0.05 x 2 = 67.2 kJ / kg [0059] Proportion of 3.5% mass feed by fuel = 672 kJ / kg x 1.035 = 695 kJ / kg Total: 695 kJ / kg + 67.2 kJ / kg = 762.2 kJ / kg, compression 205 kJ / kg [0060] Efficiency = useful work amount of heat supplied

Expansionsarbeit - Kompressionsarbeitzugeführte Wärme [0061] Wirkungsgrad: (762 kJ / kg - 205 kJ / kg / (762 kJ / kg) = 557 kJ / kg / 762 kJ / kg = 0,731 [0062] Ungefähre Berücksichtigung des Isentropenwirkungsgrades und Wärmeüberganges andie Zylinderwand mit Labyrinthdichtungen ca. 0,92 [0063] 762 kJ / kg x 0,92 = 701 kJ / kg, Differenz 61 kJ / kg [0064] Theoretischer Wirkungsgrad mit vorhandener Abminderung und Erwärmungsbedarf /Temperaturdifferenz Rekuperator: [0065] 701 kJ / kg - 205 kJ / kg / (701 kJ / kg + 45 kJ / kg) = 496 kJ / kg / 746 kJ / kg = 0,665 [0066] Angenommen isotherme Expansion bei 800 °C und 7 bar abs.Expansion work - compression heat input efficiency: (762 kJ / kg - 205 kJ / kg / (762 kJ / kg) = 557 kJ / kg / 762 kJ / kg = 0.731 Approximate consideration of isentropic efficiency and heat transfer to the cylinder wall Labyrinth seals approx. 0.92 762 kJ / kg x 0.92 = 701 kJ / kg, difference 61 kJ / kg Theoretical efficiency with reduction and heating requirement / temperature difference Recuperator: [0065] 701 kJ / kg 205 kJ / kg / (701 kJ / kg + 45 kJ / kg) = 496 kJ / kg / 746 kJ / kg = 0.665 Assumed isothermal expansion at 800 ° C and 7 bar abs.

[0067] W = R x T x In p1/p2 = [0068] 0,2872 kJ / kg.K x 1073 K x In 7 /1 = 599,6 kJ / kg (t = 20<G) [0069] Wasserdampfanteil 5 % [0070] 0,4615 x 1073 x In 7 = 963,5 kJ / kg x 0,05 = 48 kJ / kg Gesamt: 647,7 kJ / kg [0071] Angenommen 5 % Verlust durch Reibung und Wärmeverluste: 615,4 kJ / kg [0072] Wirkungsgrad mit Feuchtigkeit [0073] 615,4 kJ / kg - 205 kJ / kg = 410,4 kJ / kg / 615,4 kJ / kg = 0,667 [0074] Wirkungsgrad ohne Feuchtigkeit: [0075] (599,6 - 5 %) 569,6 kJ / kg - 205 kJ / kg = 364,6 kJ / kg / 599,6 kJ / kg = 0,608 [0076] Wirkungsgrad bei 0,5 bar Druckverlust bei 850° C und Feuchtigkeit vorhanden: [0077] 512 kJ / kg - 212 kJ / kg = 300 kJ / kg / 557 kJ / kg = 0,539 x 0,95 (Strom) = 0,512 [0078] Wirkungsgrad bei 0,5 bar Druckverlust bei 850° C und keine Feuchtigkeit vorhanden: [0079] 467 kJ / kg - 212 kJ / kg = 255 kJ / kg / 512 kJ / kg = 0,498 x 0,95 (Strom) = 0,473 [0080] Wirkungsgrad bei 0,5 bar Druckverlust bei 1200°C und Feuchtigkeit vorhanden: [0081] 701 kJ / kg - 212 kJ / kg = 489 kJ / kg / 746 kJ / kg = 0,655 x 0,95 (Strom) = 0,622 [0082] Wirkungsgrad bei 0,5 bar Druckverlust bei 1200°C und keine Feuchtigkeit vorhanden: [0083] 639 kJ / kg - 212 kJ / kg = 427 kJ / kg / 684 kJ / kg = 0,624 x 0,95 (Strom) = 0,593 [0084] Wirkungsgrad bei 0,5 bar Druckverlust bei isothermen Expansion bei 800° C und Feuch¬tigkeit vorhanden: [0085] 615,4 kJ / kg - 212 kJ / kg = 403,4 kJ / kg / 615, 4 kJ / kg = 0,655 x 0,95 (Strom) = 0,622 [0086] Wirkungsgrad bei 0,5 bar Druckverlust bei isothermen Expansion bei 800° C und keineFeuchtigkeit vorhanden: [0087] 569,6 kJ / kg - 212 kJ / kg = 357,6 kJ / kg / 569,6 kJ / kg = 0,628 x 0,95 (Strom) = 0,593 [0088] Masseströme bei jeweiligen Austrittstemperaturen 1 bar abs. / 7 bar ohne Feuchtigkeit [0089] 412° C: v = 1,94 m3 / kg, Massefluss: 0,346 kg / sec bei 750 U / min, Strom: 83,8 KW(850 °C) [0090] 626° C: v = 2,55 m3 / kg, Massefluss: 0,263 kg / sec bei 750 U / min, Strom: 107 KW(1200° C) [0091] 800° C: v = 3,05 m3 / kg, Massefluss: 0,22 kg / sec bei 750 U / min, Strom: 78,8 KW(800 °C)W = R x T x In p1 / p2 = [0068] 0.2872 kJ / kg.K x 1073 K x In 7/1 = 599.6 kJ / kg (t = 20 <G) [0069] Water vapor content 5% 0.4615 × 1073 × In 7 = 963.5 kJ / kg × 0.05 = 48 kJ / kg Total: 647.7 kJ / kg Assumed 5% loss due to friction and heat losses: 615.4 kJ / kg Efficiency with moisture 615.4 kJ / kg - 205 kJ / kg = 410.4 kJ / kg / 615.4 kJ / kg = 0.667 [0074] Efficiency without moisture: [ 0075] (599.6-5%) 569.6 kJ / kg - 205 kJ / kg = 364.6 kJ / kg / 599.6 kJ / kg = 0.608 Efficiency at 0.5 bar pressure loss at 850 ° C and moisture present: 512 kJ / kg - 212 kJ / kg = 300 kJ / kg / 557 kJ / kg = 0.539 x 0.95 (current) = 0.512 Efficiency at 0.5 bar pressure loss at 850 ° C and no moisture present: 467 kJ / kg - 212 kJ / kg = 255 kJ / kg / 512 kJ / kg = 0.498 x 0.95 (current) = 0.473 Efficiency at 0.5 bar pressure loss at 1200 ° C and moisture: 701 kJ / kg - 212 kJ / kg = 489 kJ / kg / 746 kJ / kg = 0.655 x 0.95 (current) = 0.622 Efficiency at 0.5 bar pressure loss at 1200 ° C and no moisture present: 639 kJ / kg - 212 kJ / kg = 427 kJ / kg / 684 kJ / kg = 0.624 x 0.95 (current) = 0.593 Efficiency at 0.5 bar pressure loss with isothermal expansion at 800 ° C and moisture present : 615.4 kJ / kg - 212 kJ / kg = 403.4 kJ / kg / 615, 4 kJ / kg = 0.655 x 0.95 (current) = 0.622 Efficiency at 0.5 bar pressure loss with isothermal expansion at 800 ° C and no moisture present: 569.6 kJ / kg - 212 kJ / kg = 357.6 kJ / kg / 569.6 kJ / kg = 0.628 x 0.95 (current) = 0.593 Mass flows at respective outlet temperatures 1 bar abs. / 7 bar without moisture 412 ° C: v = 1.94 m3 / kg, mass flow: 0.346 kg / sec at 750 rpm, current: 83.8 KW (850 ° C) [0090] 626 ° C : v = 2.55 m3 / kg, mass flow: 0.263 kg / sec at 750 rpm, current: 107 KW (1200 ° C) 800 ° C: v = 3.05 m3 / kg, mass flow: 0 , 22 kg / sec at 750 rpm, current: 78.8 KW (800 ° C)

[0092] Isotherme Expansion mit Feuchtigkeit: 88,7 KW; bei 1000 U / min = 118,3 KWIsothermal expansion with moisture: 88.7 KW; at 1000 rpm = 118.3 KW

[0093] Isotherme Expansion ohne Feuchtigkeit: 78,8 KW; bei 1000 U / min = 105,1 KWIsothermal expansion without moisture: 78.8 KW; at 1000 rpm = 105.1 KW

[0094] Drehzahl 750 U / min: 103,8 KW (850°C) 128,6 KW (1200°C) FeuchtigkeitSpeed 750 rpm: 103.8 KW (850 ° C) 128.6 KW (1200 ° C) humidity

[0095] Heizleistung m. Feuchte: 194,4 KW 196,2 KWHeating power m. Humidity: 194.4 KW 196.2 KW

[0096] Ohne Feuchtigkeit: 83,3 KW (850°C) 107 KW (1200°C)Without moisture: 83.3 KW (850 ° C) 107 KW (1200 ° C)

[0097] Heizleistung o. Feuchte: 177 KW 179,8 KWHeating power or humidity: 177 KW 179.8 KW

[0098] Drehzahl 1000 U / min: 138,4 KW (850° C) 171,4 KW (1200°C) FeuchtigkeitRPM 1000 rpm: 138.4 KW (850 ° C) 171.4 KW (1200 ° C) Moisture

[0099] Heizleistung m. Feuchte: 259,6 KW 261,6 KWHeating power m. Humidity: 259.6 KW 261.6 KW

[00100] Ohne Feuchtigkeit: 111 KW (850 °C) 142,6 KW (1200°C)Without moisture: 111 KW (850 ° C) 142.6 KW (1200 ° C)

[00101] Heizleistung o. Feuchte: 236 KW 239,7 KWHeating power or humidity: 236 KW 239.7 KW

[00102] (Anmerkung: Die zulässige Drehzahl des Zellenradmotors hängt von der Baugröße ab,kleinere Einheiten bis etwa 1500 U / min, mittlere und größere etwa 750 bis 1000 U / min), EineBaugröße mit doppelten Abmessungen wie eingangs angeführt, würde sich die Nutzleistung imBereich von etwa 700 bis 800 KW bewegen.(Note: The permissible speed of the cellular motor depends on the size, smaller units up to about 1500 rpm, medium and larger about 750 to 1000 rpm). A size with double dimensions as stated at the beginning, the net output would be in the range of about 700 to 800 KW move.

[00103] Der erzielbare Wirkungsgrad mit dem Feuchtigkeitsgehalt im Arbeitsgas ist bei denjeweiligen Temperaturen um etwa 4 % abs. höher im Vergleich zu Arbeitsgas ohne Feuchtig¬keitsgehalt. Der Wirkungsgrad steigt auch mit der Arbeitsgastemperatur um etwa 5 % je 100° Chöherer Arbeitsgastemperatur. Gewählt auf Grund der technischen Voraussetzungen System¬druck 7 bar, Arbeitsgastemperatur ca. 800 bis 850° C mit Einbringung der Wärme über Hoch¬temperaturwärmetauscher, darüber hinausgehende Temperaturen sind nur durch direkte Ein¬bringung des Brennstoffes in das Arbeitsgas möglich.The achievable efficiency with the moisture content in the working gas is at the respective temperatures by about 4% abs. higher in comparison to working gas without moisture content. The efficiency also increases with the working gas temperature by about 5% per 100 ° Chöherer working gas temperature. Selected due to the technical requirements system pressure 7 bar, working gas temperature about 800 to 850 ° C with introduction of heat via high-temperature heat exchanger, beyond temperatures are possible only by direct introduction of the fuel into the working gas.

[00104] Kondensationswärme für Fernwärme: (von ca. 85° C bis ca. 30°C) 0,05 x 2653 kJ / kg + 358 kJ / kg = 491 kJ / kg0,01 x 2556 kJ / kg + 313 kJ / kg = 338 kJ / kgEnthalpiedifferenz: 152 kJ / kg [00105] Diese Kondensationswärme nach der Kompression ist für die Raumwärmegewinnungeinsetzbar. Der erreichbare Gesamtwirkungsgrad mit Zellenradmotor liegt bei ca. 40 bis 50 %bei einer Arbeitsgastemperatur von ca. 850° C und ca. 50 bis 60 % bei Arbeitsgastemperaturvon etwa 1200° C oder isothermenähnliche Expansion. Für die Berücksichtigung des Genera¬torwirkungsgrades wurden 0,95 in Ansatz gebracht. Der Gesamtnutzungsgrad bei vollständigerWärmenutzung beträgt etwa 85 %. Bei Verwendung eines Systemdruckes mit 8 bar abs. mit derArbeitsgastemperatur von 850° C liegt die Austrittstemperatur je nach Polytropenexponentenbei ca. 350° C, dies für die Kühlung des Gehäuses verwendet werden könnte.Heat of condensation for district heating: (from about 85 ° C to about 30 ° C) 0.05 x 2653 kJ / kg + 358 kJ / kg = 491 kJ / kg 0.01 x 2556 kJ / kg + 313 kJ / kg = 338 kJ / kg of enthalpy difference: 152 kJ / kg This condensation heat after compression is usable for the space heat recovery. The achievable overall efficiency with cellular motor is about 40 to 50% at a working gas temperature of about 850 ° C and about 50 to 60% at working gas temperature of about 1200 ° C or isothermal-like expansion. 0.95 were used to account for the efficiency of the generator. The total utilization rate at full heat utilization is about 85%. When using a system pressure with 8 bar abs. with the working gas temperature of 850 ° C, the exit temperature, depending on the polytropic exponent, is about 350 ° C, which could be used to cool the enclosure.

Claims

1. Cell-wheel motor for stationary use according to the basic principle of a lamellar compactor with an eccentrically mounted to the housing axis rotor (4) with radially movable cell walls (5) which in a groove in the side walls (8) via 2 each with rollers (7) are provided positively guided and are thus spaced from the housing wall (9), wherein the resulting upon rotation of the rotor widening Zellenvolu¬men for the introduction of the hot and pressurized working gas over a tuned angle of rotation can be used and the working gas under Nutzleistungsgewinnung to ambient pressure relax, characterized in that the bolts (6) of the force guide and the storage of the cell walls (5) by a cooling air supply at a bore (18) and that the cell walls (5) by a, separated from this cooling air supply air crossflow can be cooled over a first bore (19) in the side wall (14), which through plates ( 31) in the gap between the rotor (4) and side wall (14) is divided and via grooves (30) in the rotor (4) flows in and via a second, on the first Boh¬rung (19) opposite side wall (14) lying bore (20) is derived.

2. Cellular motor for stationary use according to claim 1, characterized in that the positively driven cell walls (5) are mounted in the grooves of the rotor (4) for minimizing the friction in the radial direction by means of rolling elements (21), which in ei¬nem functionally in rolling bearing similar cage (22) are guided.

3. cell-wheel motor for stationary use according to claim 1 or 2, characterized gekenn¬zeichnet that the cell walls (5) are provided to the housing (9) out with a labyrinth seal (15) to keep the gap losses as low as possible.

4. cellular motor for stationary use according to one of claims 1 to 3, characterized in that two strips per cell wall (5) with a labyrinth seal on the rotor circumference (15) are provided, which compared to the working gas in the cell, the seal towards the Rotor splits takes over.

5. stationary electric cell wheel motor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the space between the rotor (4) and inner radius of the cell guide by means of insulation (25) is provided to the heat flow from the working gas in the cells to the rotor ( 4) as small as possible. For this 2 sheets of drawings