DE10055524A1

DE10055524A1 - Dampfmotor und Verfahren zum Betreiben von Dampfmotoren

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Publication number: DE10055524A1
Application number: DE10055524A
Authority: DE
Inventors: Guenter Frank
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-11-12
Filing date: 2000-11-09
Publication date: 2001-08-02
Also published as: DE10000082A1

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmemotor der eingangs genannten Art zu schaffen, der sehr preisgünstig hergestellt und unterhalten werden kann und der sich durch besondere Eignung für die Kraft-Wärme-Kopplung sowie die Nutzung nachwachsender Brennstoffe auszeichnet. DOLLAR A Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, dass die für die Verdampfung notwendige Menge des Arbeitsmediums durch im kalten Bereich liegende gesteuerte Pumpen oder gesteuerte Ventile im flüssigem Zustand bemessen und in Verdampfer eingebracht wird, wobei für jeden Arbeitsraum mindestens ein Verdampfer vorhanden ist und dass die gesteuerten Ventile und/oder Pumpen außerhalb des Brenners angeordnet sind. DOLLAR A Die Erfindung betrifft einen Dampfmotor und ein Verfahren zum Betreiben von Dampfmotoren, insbesondere zur Anwendung für Kraft-Wärme-Kopplung und für nachwachsende Brennstoffe, bei dem der Verdampfungs- und gegebenenfalls der Überhitzungsvorgang im Arbeitsraum einer Kolbenmaschine oder einem mit diesem unmittelbar verbundenen Raum erfolgt und in den die notwendige Menge des Arbeitsmediums wenigstens zum Teil in flüssigem Zustand eingebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampfmotor und ein Verfahren zum Betreiben von Dampfmotoren, insbesondere zur Anwendung für Kraft-Wärme-Kopplung und für nachwachsende Brennstoffe, bei dem der Verdampfungs- und gegebenenfalls der Überhitzungsvorgang im Arbeitsraum einer Kolbenmaschine oder einem mit diesem unmittelbar verbundenen Raum erfolgt und in den die notwendige Menge des Arbeitsmediums wenigstens zum Teil in flüssigem Zustand eingebracht wird.

Der erfindungsgemäße Motor stellt einen Wärmemotor mit äußerer Wärmezu fuhr dar. Die Wärmezufuhr erfolgt meist durch Verbrennung, es sind aber auch andere exotherme Reaktionen und Vorgänge, Solarwärme oder Wärmespeicher anwendbar.

Dampfenergieanlagen nach dem Clausius-Rankine-Prozeß bestehen aus minde stens einer Speisepumpe, einem Dampferzeuger (Dampfkessel), der Dampftur bine oder dem Dampfmotor und meist einem Kondensator. In der Leitung zwischen dem Flüssigkeitsvorrat und dem Kessel befindet sich vor oder hinter der Pumpe mindestens ein Rückschlag-Ventil, welches das Rückströmen des Kesselwassers bei Ausfall der Pumpwirkung von Kreiselpumpen und Injektoren verhindert. Kolbenpumpen benötigen ohnehin ein Rückschlagventil auf der Druckseite und saugseitig ein zweites Rückschlagventil oder eine Schieber anordnung. Zwischen Dampferzeuger und Dampfmaschine/-motor sind Steuer ventile oder -schieber für die zeit- und mengengenaue Zumessung des Dampfes angeordnet. Sie sollen in möglichst kurzer Zeit, wenigen Kurbelwellenwinkelgra den, den Dampfstrom möglichst ohne Drosselung stellen. Da das praktisch so nicht gelingt, entstehen hier Verluste.

Als Flüssigkeit wird im allgemeinen Wasser verwendet, es sind aber auch andere Medien gebräuchlich.

Bei Kleinanlagen mit Dampfmotoren wirkt der Dampfkessel besonders begren zend. Mit ihm sind Bau-, Masse-, Genehmigungs- und Überprüfungsaufwände sowie wesentliche Verluste verbunden. Frühe Bestrebungen, die Dampfbildung ohne Kessel direkt am oder im Zylinder vorzunehmen [6] wurden jedoch bald wieder aufgegeben [7], offenbar, weil hier Pumpe und federbelastetes Rückschlagventil den thermischen Belastungen nicht Stand hielten.

Der Grundgedanke der "unmittelbaren Dampfbildung" (nicht identisch mit der "flash-Verdampfung", s. u.) in sogenannten Dampferzeugern aus schraubenför mig oder spiralig gewickelten Röhren wurde von LILIENTHAL [8, S. 500] und SERPOLLET [9] erfolgreich verwirklicht. Sie versorgten Dampfmaschinen mit üblicher Steuerung.

Dampfmaschinen und Dampfmotoren arbeiten nach dem Zweitaktverfahren. Deshalb und wegen der im Vergleich zu Otto- und Dieselmotoren geringeren Drucksteigerungsgeschwindigkeit im Arbeitszyklus ist ihr Ungleichförmigkeits grad geringer als bei jenen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmemotor der eingangs genannten Art zu schaffen, der sehr preisgünstig hergestellt und unterhalten werden kann und der sich durch besondere Eignung für die Kraft-Wärme-Kopp lung sowie die Nutzung nachwachsender Brennstoffe auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale und mit einer Vorrichtung, welche die in Anspruch 8 angegebenen Merkmale enthält, gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der erfindungsgemäße Dampfmotor arbeitet nach einem dem Clausius-Rankine- Prozeß verwandten Prozess und entsprechend dem angestrebten Leistungsbe reich von 1 bis etwa 100 kW als Kolben- oder Expandermaschine, wobei die Dampfbildung nicht in einem gesonderten Dampfkessel, sondern in einem oder mehreren Verdampfer(n) nahe dem Arbeitsraum erfolgt. Zwischen Verdampfer und Arbeitsraum des Motors sind Dampfsteuerventile oder -schieber nicht erforderlich, wenn der Wasserdurchfluß, bei taktweise arbeitenden Maschinen die Wassermenge pro Arbeitsspiel, vor dem Verdampfer gesteuert wird und wenn das Innenvolumen des Verdampfers hinreichend klein gehalten ist, um den schädlichen Raum des Dampfmotors nicht wesentlich zu vergrößern.

Bei mehreren parallel geschalteten Verdampfern ist der anteilige Durchsatz des Arbeitsmediums zweckmäßig so zu steuern, daß die jeweiligen Verdampfertem peraturen etwa gleich sind.

Das flüssige Arbeitsmedium wird durch gesteuerte Ventile oder gesteuerte Pumpen Zeit- und mengengenau in den Verdampfer befördert, bei Kolbenma schinen taktweise. In Schraubenexpander [11] oder andere kontinuierlich arbei tende Expansionsmaschinen oder in Strömungsmaschinen kann das Arbeitsmedium ununterbrochen eingeführt werden.

Die Ventile oder Pumpen können mechanisch, elektrisch, hydraulisch oder am einfachsten durch den Dampfdruck im Verdampfer oder Arbeitsraum gesteuert und angetrieben werden.

Die gesteuerte Pumpe oder das Ventil zwischen Speisepumpe und Verdampfer liegen im kalten Bereich, um sie zu schützen und auf der Saugseite Dampfbla senbildung und Kavitation zu vermeiden. Dies läßt sich am einfachsten und sichersten dadurch bewerkstelligen, daß die Leitung zur und von der Pumpe oder dem Ventil einschließlich dieser Teile aus dem Flammen- oder Erhitzerbe reich herausgeschleift wird. Ebenfalls möglich, jedoch aufwändiger ist, den Brenner um diese Teile umzuleiten.

Ein Schutz innerhalb der Flamme liegender Bauteile durch Isolation ist nicht gegeben, weil bei fehlender oder zu geringer Verdampfung, z. B. im Leerlauf, nach dem Fünffachen der Zeitkonstante die Bauteile die Verdampfertemperatur annehmen. Die Zeitkonstante ist das Produkt aus Wärmewiderstand der Isola tion mal Wärmekapazität der Bauteile.

Der Wärmeübergang in der erforderlichen Höhe erfolgt durch Wärmeaustau scher, die die Wärme aus Flammen, aus warmen Gasen, Flüssigkeiten oder Feststoffen, aus einem Wärmeleiter oder Wärmerohr oder aus Strahlung in den Innenraum des Verdampfers übertragen, wohin das Arbeitsmedium entspre chend der abgeforderten Leistung flüssig dosiert (Füllungsregelung) gebracht und in flüssigem oder Zweiphasen-Zustand mit der erhitzten Innenwand in Kontakt gebracht wird. Der Wärmeübergang von der erhitzten Wand an siedende Flüssigkeiten ist sehr intensiv. Mit Wasser sind Wärmestromdichten von 10⁵-10⁶ W/m² möglich (Blasensieden) [10, D 32]. Bei größeren Tempera turunterschieden tritt Filmsieden ein mit geringeren Wärmestromdichten (Leidenfrostsches Phänomen). Es hat sich gezeigt, dass durch Zwang (Normal kraft, Geschwindigkeit und Spalt) auch beim Filmsieden die Werte erhöht werden können.

Im Gegensatz zum normalen Dampfprozeß erfolgen erfindungsgemäß Verdamp fung und Überhitzung zeitlich und örtlich unmittelbar auf und nebeneinander. Die gesamte eingebrachte Flüssigkeitsmenge wird - bei ausreichender Wandwärme - umgesetzt. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass beim normalen Dampfprozeß die Verdampfung im Kessel isobar verläuft. Beim vorgeschlagenen Prinzip erfolgt die Verdampfung je nach Einspritzzeitpunkt und -dauer nahezu isochor. Während des Arbeitszyklus wird die Temperatur der Verdampferinnenwand schwanken. Die Wärmekapazität des Verdampfers wirkt ausgleichend; sie ist jedoch um Größenordnungen kleiner als die des Kessel wassers beim Normalprozeß. Im Interesse kurzer Startzeit ist sie gering zu halten.

Als Arbeitsmedium können Stoffe dienen, die im vorgesehenen Temperatur- und. Druckbereich den Phasenwechsel flüssig - dampfförmig haben. Vorteilhaft oder notwendig sind möglichst kleine Flüssigkeits- und gleichbleibend hohe Dampf enthalpie sowie geringe Kosten, Nichttoxitität, hinnehmbare Korrosionswirkung und Umweltverträglichkeit. Obwohl Wasser die ersteren Forderungen nicht erfüllt, wird es nach wie vor am häufigsten verwendet. Mit steigender Tempera tur wächst der Anteil der Flüssigkeitsenthalpie, so daß die Verdampfungsenthal pie bis zum kritischen Punkt auf Null fällt. Durch Speisewasservorwärmung kann also der im Verdampfer zu realisierende Wärmestrom wirksam reduziert werden. Die Vorwärmung erfolgt vor der o. a. herausgeschleiften Pumpe oder dem Ventil. Sie ist für diese unschädlich, da die erreichte Temperatur der Flüssigkeit wesentlich geringer als die der Flamme ist. Die Vorwärmung geschieht zweck mäßig stufenweise, anfangs durch Abdampf, in zweiter Stufe bei erreichter höherer Temperatur in einem Flammenbereich nach dem Verdampfer.

Es sind Dampfmotoren bekannt, bei denen das Ventil nach einer Vorwär meranordnung direkt, also ohne einen nachgeschalteten Verdampfer entspre chend der vorgelegten Schrift, mit dem Arbeitszylinder verbunden ist. Beim Öffnen des Ventils zum Zylinder, in dem ein geringerer Druck als im Vorwärmer herrscht, entspannt sich das unter hohem Druck stehende, flüssig einströmende Arbeitsmedium nach dem Ventil und die Flüssigkeitsenthalpie bringt es sehr schnell zum Verdampfen (sog. Flash-Verdampfung). Dieser isenthalpe Vorgang bewirkt Drucksenkung des Mediums, jedoch Drucksteigerung im Zylinder. Allerdings reicht die Flüssigkeitsenthalpie (unterhalb des kritischen Punktes) nicht aus, um alle Flüssigkeit zu verdampfen. Solche Maschinen verarbeiten also Naßdampf.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung mit Vorwärmer (Fall 4, s. u.) gelangt ein Zweiphasengemisch Flüssigkeit-Dampf in den anschließenden Verdampfer und wird darin vollständig verdampft und überhitzt. Wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung auf einen Vorwärmer verzichtet (Fall 1, s. u.), dann gelangt die gesamte Menge des Arbeitsmediums flüssig in den Verdampfer und muß dort verdampft und überhitzt werden.

Nach dem Ausgeführten sind folgende Bau- und Betriebsarten der Maschine möglich:

1. Vorwärmer fehlt,	Verdampfer warm
2. Vorwärmer kalt,	Verdampfer warm
3. Vorwärmer warm,	Verdampfer kalt
4. Vorwärmer warm,	Verdampfer warm

Fall 1 ist eine besonders einfache Ausführung für kleine Leistungen.

Fall 2 kann bei der Inbetriebnahme nach einer langen Pause entstehen, es ist nur Teillast möglich.

Fall 3 kann bei der Inbetriebnahme nach einer Pause entstehen, wenn der Vorwärmer über eine hohe Wärmekapazität verfügt. Er erlaubt sofortigen Start im flash-Dampf-Betrieb, nur Teillast ist möglich.

Fall 4 ist der Normalfall.

Eine hohe Wärmekapazität des Vorwärmers ist nicht nur durch große Flüssig keits- oder Stoffmengen sondern besser durch Nutzung von Phasenwechseln (fest-flüssig und flüssig-dampfförmig: Latentwärmespeicher) darstellbar, so z. B. durch Ruths-Dampfspeicher mit Wasserentnahme oder drucklose Salzbäder. So können größere Wärmemengen auch in kurzer Zeit gespeichert werden, z. B. aus Bremsvorgängen, wenn die Wärmequelle mit diesem Speicher durch Wärmelei ter oder Wärmerohre verbunden ist. Für dieses rekuperative Bremsen kann auch eine elektrische Übertragung von dem als Generator wirkenden Antriebsmotor eines Fahrzeuges oder einer Maschine dienen.

Bei Expandermaschinen ist die Dampfführung nach STUMPF (Gleichstrom anordnung) anzustreben, so entsteht ein Temperaturabfall an den Wänden, der der Dampftemperatursenkung bei der Expansion folgt, wodurch Mischungen vermindert werden. Konstruktiv ist sie durch Einlaß beim Expansionsbeginn (im Zylinderkopf) und Auslaßschlitze und/oder Ventile beim Expansionsende (am UT) zu realisieren. Zudem bietet diese Anordnung den Vorteil der Einfachheit und großer Auslaßquerschnitte. Der ausströmende Dampf kann in die Atmosphäre gelassen oder es kann besser seine Restwärme genutzt werden, so durch (eine) Turbine(n), (eine) weitere Expandermaschine(n), durch Kondensa toren und Speisewasservorwärmer. Eine weitere Möglichkeit bietet das RANQUE-HILSCH-Wirbelrohr (Vortex-tube). Es erzeugt aus einem Gas- oder Dampfstrom einen warmen und einen kalten Teilstrom. So kann es sowohl der Kondensation des Dampfes als auch der Speisewasservorwärmung und anderer Abwärmenutzung dienlich sein.

Ökonomische Vorteile bietet die vorgeschlagene Anordnung durch Vereinfachung:
Mit dem Wegfall des Dampfkessels, des Überhit zers, der Dampfleitungen und -armaturen und der Ventile oder Schieber für die Steuerung des Dampfein- und -auslasses entfal len die anteiligen Anschaffungs-, Montage-, Wartungs-, Entsor gungs- und Prüfungskosten sowie die Verluste durch Reibung, Drosselung und Mischung.

Durch Funktionsintegration des Verdampfers in die Maschine werden Masse und Volumen reduziert, damit auch die nicht wiedergewinnbare Wärme.

1. Reduzierte Bauteilezahl, Vereinfachung, minimaler Verschleiß erhöhen die Zuverlässigkeit, Lebensdauer und verlängern die Wartungsintervalle.
2. Erhöhung der Sicherheit durch Wegfall des Dampfkessels. Es wird jeweils nur die für ein Arbeitsspiel erforderliche Menge des Arbeitsmedi ums verdampft und kurzzeitig unter hohem Druck gehalten. Dies erlaubt leichtere Bauweise.
3. Brennwertnutzung ist möglich.

Betriebliche Vorteile

Weil die Leistung durch den Wärmeübergang von außen nach innen begrenzt wird, ist die Maschine gegen Überlastung sicher (inhärente Sicherheit).

Gutes Teillastverhalten erlaubt auch wirtschaftlichen Betrieb unterhalb der Nennlast.

1.
Die "Steuerung", d. i. die zeitlich gesteuerte Zuführung des Arbeitsmedi ums in den Arbeitsraum, geschieht nach der Erfindung noch, d. h. mit sehr viel kleinerem Volumen als in der Dampfphase. Damit ist der im flüssigen oder im Zweiphasen-Zustand energetische Aufwand viel geringer, Drosselungen mit ihrer nachteiligen Wirkung der Entropieerhöhung wirken sich weniger aus.
Kleine Flüssigkeitsmengen sind nach dem Stand der Technik in sehr kurzer Zeit in den Arbeitsraum einbringbar. In Verbindung mit Mehrzy lindrigkeit, Leichtbau, Verzicht auf Doppelbeaufschlagung der Kolben und damit auf Kreuzkopfbauweise kann die Schnelläufigkeit der Maschine und damit das Verhältnis von Leistung zu Masse und zu Bauvolumen erhöht werden.
2. Auch bei der Dampfbildung ist die Entropieerhöhung gegenüber der Kesselbauart geringer, da der Mischvorgang (kaltes Medium mit warmer Wand) innerhalb der Einspritzzeit durch Gegenstromanordnung nahe am Gleichgewicht erfolgt. Ein die Temperatur auf dem Sättigungspunkt isotherm haltender Flüssigkeitsvorrat existiert im Verdampfer nicht. Die eingebrachte Flüssigkeit wird verdampft, überhitzt und bis auf eine geringe Restdampfmenge ausgestoßen.
Durch das Gegenstromprinzip zwischen Flamme und Arbeitsmedium wird der Temperaturunterschied (und damit das Maß der Irreversibilität) örtlich geringstmöglich gehalten. Der überwiegende Anteil der Wärme wird bei hoher Temperatur auf das dann bereits dampfförmige Arbeits medium übertragen.
Der vorgeschlagene Wärmemotor hat nur eine Wärmesenke. Für die Kraft-Wärme-Kopplung ist nur ein Wärmetauscher erforderlich. Im Grenzfall kann selbst auf diesen verzichtet werden, wenn das Kondensat für den Heizkreislauf verwendet wird. Die Betriebsweise des Dampfmo tors lässt weite Variation der Abwärmetemperatur zu (30-100°C), dies kommt der Wärmeanwendung im Haushalt ihr Oberflächenheizungen einerseits und Brauchwassererwärmung andererseits entgegen. Durch Anwendung des RANQUE-HILSCH-Wirbelrohrs läßt sich die Anpassung an die Anforderungen weiter verbessern.
3. Wegen des Wegfalls eines Flüssigkeitsvorrats im Verdampfer braucht beim Start nur die vergleichsweise kleine Wärmekapazität des/der Verdampfers aufgeheizt zu werden, damit ist nahezu sofortiger Start möglich. Ab drei einfachwirkenden Zylindern ist Selbststart unter Last gegeben, wenn die Speisepumpe von einem Hilfsmotor angetrieben wird oder ein Druckspeicher für das Arbeitsmedium vorhanden ist. Der Motor läßt sich leicht umsteuern.
Mit der Veränderung der eingespritzten Flüssigkeitsmenge kann die Leistung präzise und schnell gestellt werden, es handelt sich um die thermodynamisch hochwertige Füllungsregelung.
Am Ende des Betriebes gibt es keinen Energieverlust durch die im Dampfkesselwasser gespeicherte Wärme.
Wegen der geringeren Wassermenge gegenüber einem Dampfkessel sind auch Frostschutzmaßnahmen einfacher zu realisieren. Selbst das Einfrie renlassen des Wasservorrates in Behältern mit flexiblen Wänden kommt in Betracht. Die Maschine und der Kondensator sind im Stillstand ohnehin leer. Es sind bei Frostgefahr nur noch die Druckleitungen zu entleeren, was automatisch geschehen kann.
Das Prinzip läßt einen weiten Leistungsbereich zu, vor allem auch zu kleinen Leistungen, das bezieht sich ebenfalls auf die Faktoren Drehzahl und Drehmoment. Der Drehmomentverlauf über der Drehzahl ist bestge eignet für Fahrzeuge, aber auch Pumpen, Gebläse, Fertigungsmaschinen und Elektrogeneratoren können (direkt gekuppelt) angetrieben werden.
Wegen der Vielstofffähigkeit und der besonderen Eignung für nachwach sende Brennstoffe und Reststoffe sind Anwendungen möglich, bei denen Maschinen oder Anlagen ganz oder teilweise aus der Energie geernteter, anfallender oder gewonnener Stoffe betrieben werden (Stroh, Dünnholz, Algen, Wasserpflanzen, Abbruchholz, Müll, Abwasser, Öle und Fette, Ölfilme, Kohle usw.), mag der Zweck der Maschinen oder Anlagen in der Ernte, Weiterverarbeitung, Energiegewinnung oder nur in der Beseiti gung der Stoffe liegen. Besonders im letzteren Fall ist nicht nur eine autarke, sondern auch autonome Betriebsweise vorteilhaft.
Sowohl für die Verdampfer (z. B. Rohr-, Spalt-, Poren-, Fliehkraft- und Zerstäuberanordnungen) als auch für die Expander (z. B. Hub-, Kreis-, Dreh-, Frei- und Flügelkolben- und Schraubenmaschinen) ist eine Vielzahl von Bauformen anwendbar.

Hauptzweck des erfindungsgemäßen Dampfmotors ist die weitgehende Ausschöpfung der Energie als mechanische oder elektrische und Wärme durch dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), vorzugsweise im Leistungsbereich von 1-100 kW_elektrisch. Er ist aber auch als Antrieb für Maschinen, Fahrzeuge und Schiffe geeignet. Nebenzweck ist die (wahlweise) Verwendung nachwach sender Brennstoffe wie Holz, Pflanzenöl, Tierfette, Biogas aus der Vergärung und Generatorgas aus der thermischen Umsetzung von Biomassen und Reststoffen.

Diese Brennstoffe sollten ihrer geringen Energiedichte wegen nahe am Erzeu gungsort umgesetzt werden, um "Volumen"-Transporte zu reduzieren.

Ökologisch ist die Kraft-Wärme-Kopplung wünschenswert, weil sie zur Minde rung des CO₂-Ausstoßes beiträgt und die Ressourcen der fossilen Energieträger schont. Deshalb ist der massenhafte Einsatz auch in Eigenheimen und Wohnungen, wo die Wärmeerzeugung den Vorrang hat, selbst bei Verbrennung fossiler Brennstoffe und auch bei kleinen Leistungen von 1-5 kW_el durchaus sinnvoll. Bei dieser Anwendung decken sich auch der Heizwärme- und Elektro energieverbrauch recht gut (hoch vor allem am Abend und im Winter, durch passendes Verbrauchsverhalten weiter unterstützbar), was wiederum die Belastungskurve der Energieversorgung glättet. Insofern kann Investition und Wartung vieler kleiner KWK als Komplettdienstleistung für Heizwärme und Strom ein Geschäftsfeld der Energie- oder Erdgasversorgungsunternehmen werden. Allerdings ist die breite Anwendung nur durchsetzbar durch geringste Anschaffungs- und Unterhaltungskosten.

In üblichen KWK werden meist Otto- oder Dieselmotoren in Industrie- oder Sonderausführung, seltener Stirlingmotoren [5] oder Brennstoffzellen verwendet.

Otto- und Dieselmotoren benötigen mindestens zwei Wärmeaustauscher, für den Motorblock und das Auspuffgas, zuweilen auch für das Schmieröl. Sie werden bis etwa 5 kW_el, noch als Einzylinder gebaut, dies erfordert große Schwungräder, vor allem bei Viertakt- und Dieselmotoren, sorgfältigen Massenausgleich und aufwendige Schwingungsisolation. Der Wartungsaufwand ist selbst bei Sonder ausführungen hoch.

Anspruchsvolle Stirlingmotoren erfordern sehr hohen Bauaufwand für den Wärmeübergang vom Erhitzer an das Arbeitsmedium, üblicherweise viele Röhrchen aus hitzebeständigem und teurem Werkstoff. Ihre Verbindung mit dem Arbeitsraum muss ebenso wie die Kolbenstangendurchführung gegenüber dem Arbeitsgas, meist Helium, bei hohem Druck und hoher Temperatur dicht sein. Wegen der hohen Temperaturen, im Erhitzer um 650°C, kann der Kolben nicht mit Öl geschmiert werden. Der mittlere Innendruck ausgeführter Maschinen beträgt etwa 50 bar, es werden Maximalwerte von 200 bar erreicht. Dies erfor dert große Materialquerschnitte und schwere Bauweise, auch beim Triebwerk. Deshalb werden besondere Lösungen für den Massenausgleich gewählt. So sind Stirlingmotoren dieser anspruchsvollen Bauart verhältnismäßig teuer. Wegen der thermischen Trägheit ist das Stellen der Motorleistung allein über die Wärmezu fuhr langsam. Wenn es auf schnelle Reaktion ankommt, muss der Innendruck verändert werden. Die engen Querschnitte zwischen den Erhitzerröhrchen sind empfindlich für Flugasche im Brenngas von Biomassen.

Brennstoffzellen benötigen besonders reine Brenngase. Öl, Kohle und Biomassen sind noch nicht direkt verwendbar. Auch ist ihr Preis für breiten Einsatz noch zu hoch. Ihr prinzipieller Vorteil, dass sie nicht an die Begrenzung der thermodyna mischen Kreisprozesse, einschließlich des Carnot-Prozesses, gebunden sind und deshalb höhere Wirkungsgrade haben können, wird dort, wo die Abwärme das wichtigste Produkt ist, nicht wirksam.

Die Erfindung wird im Folgenden an Ausführungsbeispielen näher erläutert:

1.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Gesamtanordnung des Dampfmotors,

Fig. 2 den Längsschnitt durch einen Rippenrohr-Verdampfer,

Fig. 3 den Längsschnitt durch einen Verdampfer mit Wärmerohr,

Fig. 4 einen Rohrverdampfer mit stetig wachsendem Querschnitt im Längsschnitt,

Fig. 5 die Ansicht eines Rohres mit stetig wachsendem Querschnitt und Angaben der Flammen- und Dampfstromrichtung,

Fig. 6 eine schraubenförmige Ausführung eines Verdampferrohres mit wachsendem Querschnitt,

Fig. 7 den Querschnitt durch einen Verdampferkörper mit porösem Innenteil,

Fig. 8 den Querschnitt durch einen Verdampfer mit einem Spalt wachsenden Querschnitts,

Fig. 9 einen mit einem Brenner baulich vereinten Verdampfer,

Fig. 10 einen Dampfmotor mit Speisewasservorwärmer,

Fig. 11 einen Dampfmotor mit dampfbetriebener Pumpe und Wirbelrohr und

Fig. 12 ein dampfgesteuertes Schieberventil.

In Fig. 1 ist der Querschnitt durch einen Dampfmotor in der Bauart einer einfachwirkenden Gleichstrom-Tauchkolbenmaschine dargestellt. In den Zylin derdeckel (16) ist ein Rippenrohrverdampfer (1) integriert, der von einer Gas- oder Ölbrennerflamme (2) erhitzt wird. Bei einem Reihenmotor überstreicht die Flamme mehrere Verdampfer oder jeder Verdampfer wird von einer eigenen Flamme versorgt. Das Abgas der Flamme erwärmt im Gegenstrom die Verbren nungsluft (3) für diese, wodurch es bis auf den Taupunkt abgekühlt werden kann.

Eine Steuerung regelt die Temperatur des Verdampfers auf den höchstmöglichen konstanten Wert. Da der Wärmeübergang von außen nach innen der begren zende Vorgang ist, wird sich bei hoher Leistungsabforderung eine geringere innere Verdampfertemperatur ergeben, auch bei Maximalleistung des Brenners. Da der Wirkungsgrad der Maschine mit der Temperatur steigt, hat sie im Teillastbetrieb einen günstigeren Wirkungsgrad als bei Vollast. Dies ist für Antriebe mit wechselnder Belastung, wie Fahrzeugantriebe, vorteilhaft. Bei KWK empfiehlt sich deshalb, die Maschinen überzudimensionieren. So können auch Spitzenbelastungen ohne Zusatzheizkessel aufgefangen werden. Außerdem erlaubt der geringe Maschinenpreis diesen Weg.

Eine ("Speise"-)Pumpe (4) mit integriertem Rückschlagventil fördert das Arbeitsmedium, hier Wasser, mit einem Druck, der höher ist als der bei der Verdampfung entstehende Spitzendruck, über ein Steuerventil (5) in den Verdampfer. Das Ventil stellt Zeitpunkt und Menge des flüssigen Arbeitsmedi ums. Es öffnet beim Oberen Totpunkt und schließt, sobald die für die Leistung notwendige Wassermenge durchgeflossen ist. In dieser Variante des Dampfmo tors ohne Speisewasservorwärmer können Pumpe und Steuerventil auch baulich vereint sein. Sie liegen außerhalb der Flamme.

Die Pumpe wird hier von einem Hilfsmotor (6) angetrieben. Pumpe und Ventil können aber auch mechanisch von dem Dampfmotor, elektrisch, hydraulisch oder durch Dampf angetrieben und gesteuert werden, siehe Fig. 11.

Im Verdampfer wird das Wasser durch eine Düse (7) beschleunigt und gegen die erhitzte Innenwand des Verdampfers gespritzt und in engen Kontakt gebracht, wodurch es sehr schnell verdampft. So realisieren die Verdampfer im Sinne der Erfindung die Funktionen des Dampfkessels und des Überhitzers üblicher Dampfanlagen. Große Querschnitte (15) im Verdampfer und zwischen dem Verdampfer und dem Zylinder verhindern eine Drosselung und damit eine Entropieerhöhung des Dampfstromes. Durch engen Spalt zwischen Kolben und Zylinderdeckel (16) bleibt der schädliche Raum trotz dieser Querschnitte hinnehmbar.

Nach der Expansion strömt der Dampf durch Schlitze aus dem Zylinder, entwe der in die Atmosphäre (Auspuffbetrieb) oder in einen Kondensator (8), wo das Kondensat und vor allem die Abwärme mittels Wärmeaustauscher (14) gewon nen werden. Die Restenergie des ausströmenden Dampfes kann mit einer nachgeschalteten Kleindampfturbine genutzt werden, so z. B. zum Antrieb des Lüfters für den Kondensator und/oder des Brennergebläses. Zur Steuerung des Auslasses können außer Schlitzen auch Ventile und Schieber, auch in Kombinati on, verwendet werden.

Geschmiert wird die Maschine entweder mit Öl, einer Öl-Wasser-Emulsion, mit synthetischen Schmiermitteln hoher Temperaturbeständigkeit, mit Festschmier mitteln wie Kohle, Graphit oder Molybdändisulfid oder mit Kombinationen der genannten Mittel oder mit dem Arbeitsmedium der Maschine, also im Beispiel mit dem kondensierten Wasser, oder sie arbeitet schmierelos. Der Verzicht auf Öl oder andere Schmierstoffe senkt den Wartungs- und Entsorgungsaufwand. Bei Wasserschmierung kann die Speisepumpe die Aufgabe der Schmierstoff pumpe (Leitung 9) mit übernehmen. In diesem Fall besteht eine Verbindung (10) zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Kondensatbehälter (11).

Wenn die Speisepumpe über einen separaten Antrieb (6) verfügt sind Vorschmierung und hydrostatische Schmierung möglich, also praktisch verschleißfreier Betrieb!

Der Maschinenzylinder ist gegen Wärmeverluste isoliert (12). Der Kolben ist zur Isolation entweder mit einem isolierenden Zwischenraum (Luft oder Vakuum) (13) versehen und/oder er besteht wenigstens zum Teil aus einem Werkstoff mit geringem Wärmeleitvermögen, z. B. einem Nichtmetall.

In einer Kraft-Wärme-Kopplung kann der Motor als Ein- oder Zweizylinder von dem Generator als Startmotor angeworfen werden, weil er im Vergleich zu einem Dieselmotor gering verdichtet ist. Als Dreizylinder ist er ohnehin eigen startfähig. Für Fahrzeuge und Schiffe ist wichtig, dass der Motor leicht umgesteuert werden kann.

In der Kraft-Wärme-Kopplung kann die erwähnte Auspuffturbine oder der Dampfmotor auch den Lüfter für die Gebäudebelüftung einschließlich Wärme rückgewinnung antreiben. Im Grenzfall wird die im Kondensator erwärmte Luft direkt, also ohne üblichen Heizwasserkreislauf, zur Gebäudebeheizung verwen det und (ein Teil der) Gebäudeabluft dem Dampfmotor als Verbrennungsluft zugeführt. Besonders vorteilhaft ist die Kombination des Dampfmotors in der KWK mit einer Wärmepumpe.

Einfachheit der Bauweise und die konstruktive Nähe zu Otto- und Dieselmoto ren lassen zu, dass neue oder recyclete Baugruppen solcher Motoren für Dampf motoren nach der Erfindung weiterverwendet werden.

Fig. 2 erläutert die Wirkungsweise eines Rippenrohr-Verdampfer (1). Das flüssige Arbeitsmedium tritt durch die Zuleitung (17), wird mittels der hier offenen Düse (7) auf die Geschwindigkeit v beschleunigt und gelangt dann in den Innenraum des Verdampferrohres mit dem Innenradius r, wo es wegen der tangentialen Zuleitung durch Fliehkraft an die Wand gedrückt wird. Der Wärme übergangskoeffizient erhöht sich mit wachsender Fliehbeschleunigung a = v²/r. Auf diese Weise ist der innere Wärmeübergang auch bei hohen Leistungen reali sierbar. Die tangentiale Zuleitung bildet mit der Längsachse des Rippenrohrs in der Zeichenebene von Fig. 2 einen Winkel von etwa 90°. Dies unterscheidet sie von der axialen Zuleitung in ein spiraliges oder gewendeltes Rohr wie in Fig. 6. Der äußere Wärmeübergang kann in bekannter Weise durch Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Flamme, durch Vergrößerung der Oberfläche, durch Werkstoffe mit gutem Wärmeleitvermögen und durch Wirbel, vor allem in Strömungsrichtung, erhöht werden. Auch die Innenseite des Rohres kann Rillen zur Flächenvergrößerung, insbesondere Gewinderillen zum zusätzlichen Führen des tangential eingebrachten Arbeitsmediums, tragen.

In Fig. 3 ist ein Rohrverdampfer (1) im Längsschnitt dargestellt. Hierbei wird die Wärme durch ein Wärmerohr (18) zugeführt. Seine warme Seite wird durch eine Flamme (2) beheizt. Mit Wärmerohren sind Wärmeflußdichten bis 10⁶ W/m² möglich [12].

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform für einen Rohrverdampfer mit stetig wachsendem Querschnitt bis zum Deckel des Arbeitsraumes (16). Hierdurch kann das zunehmende Dampfvolumen trotz anfänglich kleinem Radius aufge nommen werden. Dieser Verdampfer ist ohne Rippen oder Wärmerohr dargestellt.

In Fig. 5 ist ein Rohr mit stetig wachsendem Querschnitt dargestellt. Rippen oder Wärmerohr sind auch in dieser Darstellung weggelassen. Das flüssige Arbeitsmedium tritt hier an der Eintrittststelle (20) ein und verlässt das Rohr an der Austrittsstelle (21). Die Flamme (2) strömt entgegengesetzt, damit ist die Temperatur an der Austrittsstelle (21) größer als an der Eintrittststelle (20).

Fig. 6 erläutert die Ausführung eines Verdampferrohres mit stetig wachsendem Querschnitt, das schrauben- und spiralförmig geformt ist. Es ist auch möglich das Verdampferrohr mäanderförmig gewickelt auszuführen. Auch hierbei sind Rippen nicht dargestellt.

Aus Fig. 7 ist der Querschnitt durch einen Verdampferkörper mit porösem Innenteil ersichtlich. Das Innenteil kann dabei z. B. als Drahtmatrix - wie in Fig. 7.1 dargestellt - oder in Form eines unregelmäßigen Gitters - wie in Fig. 7.2 dargestellt - ausgebildet werden. Die Poren sind untereinander verbunden und ergeben einen schwammig-porösen Körper (im Gegensatz zu teigig-porös wie im Teig).

Fig. 8 zeigt den Querschnitt durch einen Verdampfer mit einem Spalt wachsen den Querschnitts bei etwa gleichbleibender Spaltbreite.

Fig. 9 erläutert einen Verdampfer, der mit einem Brenner baulich vereint ist. Die Poren des Verdampfers sind untereinander verbunden, jedoch getrennt von den Poren des Brenners, die ihrerseits miteinander verbunden sind. Die Verbren nung kann durch Katalyse unterstützt sein. Das flüssiges Arbeitsmedium (20) strömt in den Brenner, in den auch die Gaszuführung (22) und die Luftzufuhr (3) erfolgt, und verlässt den Brenner als dampfförmiges Arbeitsmedium (21) durch den Zylinderdeckel 16. Das Abgas (23) strömt seitlich aus dem Brenner. Mit einer solchen Anordnung ist der geringste Temperaturunterschied zwischen Flamme und Arbeitsmedium erreichbar.

Fig. 10 stellt einen Dampfmotor mit Speisewasservorwärmer (24) dar. Optional kann dieser zur Erhöhung der Wärmekapazität in einem Wärmespeicher, z. B. einem Salzbad untergebracht sein, das drucklos ist und ebenfalls erhitzt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind Vorwärmer und Verdampfer (1) als Rohrwen del ausgeführt, die zur Vergrößerung des Wärmeübergangs Rippen und Turbula toren tragen (nicht dargestellt). Beide liegen im Gegenstrom zur Flamme. Wegen der Vorwärmung kann bei dieser Maschine der Verdampfer kleiner sein als der von Fig. 1. Das Steuerventil (5) und die zu- und abführenden Leitungen liegen in einer Schleife außerhalb des Brenners, der sich von der Flamme (2) bis zum Luftvorwärmer (29) erstreckt. Das Steuerventil wird nach der Zeichnung von Nocken auf der Kurbelwelle (um 90° verdreht dargestellt) betätigt. Es kann aber auch elektrisch, hydraulisch oder durch den Dampfdruck selbst betrieben werden, siehe Fig. 12. Im letzteren Fall sind mögliche Entnahmestellen für diesen mit (28) bezeichnet. Die Kurbelwelle treibt einerseits einen Generator oder andere Arbeitsmaschinen, andererseits optional die Speisepumpe, diese kann aber auch von einem gesonderten Motor (6) angetrieben werden.

Fig. 11 zeigt einen Dampfmotor ohne Vorwärmer mit dampfgetriebener Pumpe und RANQUE-HILSCH-Wirbelrohr. Der Pumpenkolben (30) drückt das Arbeitsmedium vermittels der Ventile (36) in den Verdampfer (1). Der Kolben wird vom Dampfkolben (31) größeren Durchmessers geschoben und von der Feder (32) zurückgeholt. Anschläge (33) und (34) begrenzen den Hub. Die Federvorspannung kann mit (35) eingestellt werden. Eine Leitung (37) verbindet den Motorzylinder mit dem Zylinder für Kolben (31). Sie kann aber auch unmit telbar hinter dem Druckventil abgehen (gestrichelt), vergl. (28) in Fig. 11. Obwohl die Entnahmepunkte unmittelbar miteinander verbunden sind bestehen geringe zeitliche Druckunterschiede bei höheren Drehzahlen.

Beim Verdichten des im Motorzylinder befindlichen Restdampfes beginnt die Einspritzung des Arbeitsmediums wenn der Verdichtungsdruck die Federvor spannung und den Gegendruck des Pumpenkolbens gerade überwindet. Mit der Federvorspannung kann also der Einspritzzeitpunkt eingestellt werden. Sofort nach dem ersten Einspritzen wird der Zylinderdruck rasch zunehmen. In gleichem Maß beschleunigt sich der Pumpvorgang bis die Kolbenbewegung beim Anschlag (34) zum Stillstand kommt. Dieser ist verstellbar. Mit dem Hub wird die Einspritzmenge und damit die Maschinenleistung gestellt. Die Pumpe arbei tet unabhängig von der Drehrichtung des Motors.

Aus den Auslaßschlitzen strömt der Dampf in das Wirbelrohr, wo er in den warmen Teilstrom (40) und den kalten Teilstrom (39) getrennt wird. Ersterer wird in den kombinierten Heizungswärmetauscher (14) und Kondensator (8) geleitet, der zweite gelangt durch einen nicht dargestellten Kondensator in den Kondensatbehälter (11), wohin auch das Kondensat aus (8, 14) fließt.

In Fig. 12 ist ein dampfgesteuertes Ventil in Schieberbauart dargestellt. In Ruheposition (U) liegt der Kolben (31) durch Wirkung der Feder (32) auf dem Anschlag (33). Gehäusebohrungen (43) und Schieberbohrung (44) überdecken sich nicht. Die wesentlich härtere Feder (41) hat Spiel zu ihrem Federteller (42). Unter der Wirkung des Kompressionsdruckes p₁ des aufwärts gehenden Motor kolbens bewegt sich Kolben (31) mit Rundschieber (47) nach oben bis er durch die harte Feder (41) als Anschlag festgehalten wird. In dieser Stellung (M), die dargestellt ist, korrespondieren Gehäuse- (43) und Schieberbohrung (44) so dass Wasser in den Verdampfer fließen kann. Die Folge ist rasche Drucksteige rung auf den Wert p₂ der nun in der Lage ist, auch die Feder (41) zu überwinden. Der Schieber geht weiter nach oben und die Wasserzufuhr wird unterbrochen (O). Durch Schrägkanten des Kulissenfensters (46) im nach oben verlängerten Kolbenhemd und Stifte (45), rechts in der Abwicklung vergrößert dargestellt, wird dem Kolben (31) und dem Schieber (47) eine Schwenkbewe gung erteilt, die beim Rückgang des Schiebers eine erneute Einspritzung verhin dert. Das Ventil arbeitet unabhängig von der Motordrehrichtung.

Die Schaltfunktionen für jede Realisierungsform dieser Steuerung lauten:

V = /z*/p₂* p₁

Z = p₂ v z* p₁

mit V Schaltfunktion für das Ventil
/ nicht, negiert
z Zustandsgröße
Z Schaltfunktion für z
1. * logisches Und
p₂ für die gewünschte Leistung erforderlicher Spitzendruck, einstellbar durch Federteller (42)
p₁ Kompressionsdruck für optimalen Einspritzbeginn, einstellbar durch Federteller (35)
v logisches Oder.

Als Programmzeile in einer üblichen Programmiersprache lauten die Schaltfunktionen:

V = NOT z AND NOT p₂AND p₁: Z = p₂ OR z AND p₁

Literatur

[1] Zahoransky, R.; Knöringer, P.; Schelling, U.; Wittig, S.:
Anmerkungen zum Einsatz und Wirkungsgrad kleiner Kraftmaschinen - Turbinen, Dampfmotor und Schraubenexpander
Wärme 91 (1985) H. 4, S. 43-53
[2] Thermische Biomassenutzung
(Tagung Salzburg 1997). Düsseldorf VDI-Verlag. (VDI-Ber. Nr. 1319). S. 109 ff
[3] Imfeld. K.; Roosen, R.:
Neue Dampffahrzeuge
ZVDI 78 (1934) Nr. 3, S. 65-74
[4] Meurer, S.:
Motoren nicht konventioneller Art
ATZ 72 (1970), Nr. 8, S. 297-299
[5] Baumüller, A.; Hegner, M.:
Stand der Entwicklung bei Stirlingmotoren - erste Ergebnisse eines Feldversuches mit Blockheizkraftwerken
GASWÄRME International 46 (1997) H. 3, S. 156-161
[6] Rothe:
Dampfmotor für das Kleingewerbe. Der Gewerbemotor von Wilhelm Schmidt ZVDI XXXI (1887) Nr. 32, S. 680-681
[7] Schöttler, R.:
Die Kraftmaschinen auf der Kleingewerbeausstellung in München
Gewerbemotor Excelsior nach Wilhelm Schmidt
ZVDI XXXII (1888) Nr. 50, S. 1136-1138
[8] Knoke, J. O.
Die Kraftmaschinen des Kleingewerbes
2. Aufl. - Berlin: Springer, 1899
[9] Serpollet's Dampferzeuger
ZVDI XXXII (1888) Nr. 51, S. 1167
[10] Taschenbuch für den Maschinenbau/Dubbel
Hrsg.: Beitz, W.; Grote, K.-H.
19. Aufl. Berlin, Heidelberg . . .: Springer, 1997
[11] Hanselmann, G.; Ahmadi, B.; Schurrer, J.:
Entwicklung und Erprobung von schiebergesteuerten Schraubenmaschi nen und des erforderlichen Maschinenkreislaufes als Grundlage für die Auslegung solarer Kleinkraftanlagen mit Leistung von 50-500 kW
BMFT - FB - T84-027
[12] Dunn, P.; Reay, D. A.: Heat pipes. - 2^nd

ed.
Oxford, New York, Toronto, Sydney, Paris, Frankfurt: Pergamon Press, 1978

BEZUGSZEICHENLISTE

1

(Rippen-Rohr-)Verdampfer

2

Flamme

3

Verbrennungsluft

4

Speisepumpe

5

Steuerventil

6

Motor für Pumpe

7

Düse

8

Kondensator

9

Schmierstoffzuleitung

10

Schmierstoffableitung wenn Schmierstoff gleich Arbeitsmedium

11

Kondensatbehälter

12

Isolation der Zylinder/des Arbeitsraumes

13

Isolationszwischenraum im Kolben

14

Wärmeaustauscher für Heizmedium

15

Querschnitt im Verdampfer und der Verbindung zwischen Verdampfer und Arbeitsraum

16

Zylinderdeckel/Wand des Arbeitsraumes

17

Zuleitung für Arbeitsmedium

18

"Kalte" Seite eines Wärmerohres

19

Wärmerohr

20

Eintrittstelle des flüssigen Arbeitsmediums

21

Austrittsstelle des dampfförmigen Arbeitsmediums

22

Brenngaszuführung

23

Abgas

24

Vorwärmer

25

Wärmespeicher, z. B. druckloses Salzbad

26

Generator

27

Nocken

28

Entnahmestellen für den Dampfdruck

29

Luftvorwärmer

30

Pumpenkolben

31

Dampfkolben

32

Rückstellfeder

33

Unterer Anschlag

34

Oberer Anschlag, verstellbar

35

Federteller, verstellbar

36

Pumpenventile

37

Dampfleitung

38

Wirbelrohr

39

Kalter Teilstrom

40

Warmer Teilstrom

41

Harte Feder

42

Federteller für

41

, verstellbar

43

Gehäusebohrungen

44

Schieberbohrung

45

Stifte

46

Kulissenfenster

47

Rundschieber

Claims

1. Verfahren zum Betreiben von Dampfmotoren, insbesondere zur Anwendung für Kraft-Wärme-Kopplung und für nachwachsende Brennstoffe, bei dem der Verdampfungs- und gegebenenfalls der Überhitzungsvorgang im Arbeitsraum einer Kolbenmaschine oder einem mit diesem unmittelbar verbundenen Raum erfolgt und in den die notwendige Menge des Arbeitsmediums wenigstens zum Teil in flüssigem Zustand eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Verdampfung notwendige Menge des Arbeitsmediums durch im kalten Bereich liegende gesteuerte Pumpen oder gesteuerte Ventile im flüssigem Zustand bemessen und in Verdampfer eingebracht wird, wobei für jeden Arbeitsraum mindestens ein Verdampfer vorhanden ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Verdampfer in Abhängigkeit ihrer Temperatur durch die Steuerventile oder gesonderte thermische Ausdehnungsregler mit unterschiedlichen Mengen des Arbeitsmediums versorgt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Verdampfer über gesteuerte Ventile aus einer gemeinsamen Hochdruckleitung mit dem Arbeitsmedium versorgt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisepumpe oder das Steuerventil vom Dampfdruck gesteuert und angetrie ben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltfunk tionen für das Steuerventil nach den Beziehungen:
V = /z*/p₂* p₁
Z = p₂ v z* p₁
ermittelt werden
mit
V Schaltfunktion für das Ventil
/ nicht, negiert
z Zustandsgröße
Z Schaltfunktion für z
* logisches Und
p₂ für die gewünschte Leistung erforderlicher Spitzendruck, einstellbar durch Federteller (42)
p₁ Kompressionsdruck für optimalen Einspritzbeginn, einstellbar durch Federteller (35)
v logisches Oder.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfmotor sowohl durch Auslegung und als auch im Betrieb nacheinan der und gleichzeitig mit verschiedenen Brennstoffen gespeist wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfmotor in Gewinnungs-, Ernte- und Entsorgungsmaschinen aus Stoffen gespeist wird, die gewonnen, geerntet werden oder zu entsorgen sind.

8. Dampfmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gesteuerten Ventile und/oder Pumpen außerhalb des Brenners angeord net sind.

9. Dampfmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Arbeitszylinder mehrere Verdampfer parallel geschaltet sind.

10. Dampfmotor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den Verdampfern und/oder Vorwärmern Wärmerohre angeordnet sind.

11. Dampfmotor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfmotor in einem Fahrzeug oder an einer Arbeitsmaschine angebracht ist und zwischen mindestens einer Bremse und einem Verdampfer und/oder Vorwärmer Wärmeleiter, Wärmerohre oder elektrische Übertragungen angeordnet sind.

12. Dampfmotor nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorwärmer mit einem Wärmespeicher, insbesondere Latentwärmespei cher verbunden ist.

13. Dampfmotor nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmedium tangential in rohrförmige Verdampfer gespritzt wird.

14. Dampfmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrförmigen Verdampfer im Inneren Rillen, insbesondere Gewinderillen tragen.

15. Dampfmotor nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Verbrennungsgas und Arbeitsmedium Brenner mit verteilter Verbrennung und verteiltem Kontakt angeordnet sind.

16. Dampfmotor nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfer einen sich erweiternden Querschnitt aufweisen.

17. Dampfmotor nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdampf RANQUE-HILSCH-Wirbelrohren zugeführt wird.

18. Dampfmotor nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeich net, dass das Arbeitsmedium in Behältern mit nachgiebigen Wänden bevorratet wird.

19. Dampfmotor nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfmotor mit Lüftern, Gebläsen, Wärmepumpen oder weiteren Hilfsantrieben für Gebäude oder Anlagen verbunden ist.