DE10149567B4

DE10149567B4 - Dampfmotor zur Erzeugung von Nutz- und Rückführungsenergie

Info

Publication number: DE10149567B4
Application number: DE2001149567
Authority: DE
Inventors: Peter Bresch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-05-07
Filing date: 2001-10-08
Publication date: 2011-08-11
Anticipated expiration: 2021-10-09
Also published as: DE10149567A1

Abstract

Es wird ein Dampfmotor (3, 4) zur Erzeugung von Nutz- und Rückführungsenergie (15, 16) ohne CO2 zu emittieren vorgeschlagen, der mit adiabatischem Nassdampfdruck (3) vorgeheizt, aus einem rostfreien, doppelwandigen Dampfkompressor (1), beinhaltend einen elektrischem Tauchsieder (2), einen Umlaufkolben (4) und einen Wirbelstromkondensator (12), welcher als Wärmetauscher in der Gehäusedoppelwand des Dampfkompressors (1) derart wirkt, dass der Volumenstrom-Nassdampfdruck direkt vom Auslass des Dampfmotors (3, 4) zur Erzeugung von Nutz- und Rückführenergie (15, 16) verwendet wird besteht, wobei der Volumenstrom-Nassdampfdruck direkt vom Auslass des Dampfmotors (3, 4) mit der thermischen Reibung der Kompression am Wirbelstromkondensator (12) des Dampfkompressors (1) unter dem Wasserspiegel ohne Kaminverlust heizt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dampfmotor zur Erzeugung von Nutz- und Rückführungsenergie, der während des Betriebes kein CO₂ emittiert.
Dampfgetriebene Maschinen sind aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt die DE 199 33 761 A1 ein Sekundärkreis-Wärme-Kraft-Aggregat mit einer Expansionsmaschine und einer mit ihr mechanisch gekoppelten und thermisch getrennten Kompressionsmaschine, einem Wärmerückgewinner, einem Dampfverflüssiger, einem Expansionsventil, mehreren Verdampferwärmetauschern und einem niedrigsiedenden flüssigen Arbeitsmittel.
Aus der DE 37 18 551 A1 geht ein Verfahren zum kontinuierlichen Ablauf von thermodynamischen Kreisprozessen hervor, welches verdichtete Gase zur Gewinnung von Bewegungsenergie entspannt und die Flieh- und Staudruckkräfte für eine Kondensatrückspeisung verwendet.
Die DE 33 07 594 C2 zeigt einen Dampfkessel mit elektrischer Widerstandsheizung der in seiner Regelcharakteristik ein energiesparendes Ergebnis bei geringer Neigung zum Überschwingen des Dampfdrucks erlauben soll. Dazu weist dessen Wasser- und Dampftankbehälter einen in Abhängigkeit einer Wasserniveau-Steuerung regelbaren Spritzwasserzufluss sowie einen Entleerungszapfen zum Abschlämmen auf. Die elektrische Widerstandsheizung umfasst eine Mehrzahl zu- und/oder abschaltbarer Heizelemente, die an mindestens einen die Heizelemente zyklisch vertauschend schaltenden Stufenschalter angeschlossen sind.
Die DE 198 47 742 C1 offenbart eine Dampfmaschine, die robust und dauerhaft und kostengünstig herstellbar sein soll. Dazu umfasst die Dampfmaschine eine Einrichtung zur Erzeugung von Dampf und eine Kolben-Zylinder-Einheit zur Erzeugung eines Drehmoments mit Hilfe des Dampfes. Dabei ist die Kolben-Zylinder-Einheit durch den Motorblock eines Mehrzylinder-Dieselmotors gebildet, dessen Einlass- und Auslassseite vertauscht sind, dessen Übersetzungsverhältnis der Kurbelwelle und der Nockenwelle 1:1 beträgt und dessen Ventilsteuerung so ausgelegt ist, dass die Einlassventile etwa bei OT öffnen und bei etwa 90°KW schließen und die Auslassventile etwa bei UT öffnen und bei OT schließen.
Aus der DE 195 28 900 A1 geht ein Dampfmotor hervor, der mit interner Dampferzeugung arbeitet, dessen Arbeitsraum nicht unterteilt ist und bei dem ein Kondensator vorhanden ist, in welchem die Kondensation des entspannten Wasserdampfes und somit die Rückgewinnung des Wassers erfolgt.
Der vorliegenden Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, einen Motor hinsichtlich der Umweltverträglichkeit zu verbessern.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Dampfmotor mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen.
Der erfindungsgemäße Dampfmotor zur Erzeugung von Nutz- und Rückführungsenergie ohne CO2 zu emittieren, der mit adiabatischem Nassdampfdruck vorgeheizt wird, umfasst einen rostfreien, doppelwandigen Dampfkompressor, beinhaltend einen elektrischem Tauchsieder, einen Umlaufkolben und einen Wirbelstromkondensator, welcher als Wärmetauscher in der Gehäusedoppelwand des Dampfkompressors derart wirkt, dass der Volumenstrom-Nassdampfdruck direkt vom Auslass des Dampfmotors zur Erzeugung von Nutz- und Rückführenergie verwendet wird, wobei der Volumenstrom-Nassdampfdruck direkt vom Auslass des Dampfmotors mit der thermischen Reibung der Kompression am Wirbelstromkondensator des Dampfkompressors unter dem Wasserspiegel ohne Kaminverlust heizt.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und nicht beschränkend in einem Ausführungsbeispiel erläutert. 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Dampfmotor 3, 4 mit einem Dampfkompressor 1.
Der Dampfkompressor 1 besteht aus einer rostfreien, thermoisolierten Gehäusedoppelwand. Das wasserdichte Mantelrohr des Tauchsieders 2 ist integrierender Bestandteil der Gehäusedoppelwand des Dampfkompressors 1.
Der Tauchsieder 2 beinhaltet eine Mittelfrequenz-Induktions-Heizschlange, angeordnet über dem Eisenkern im temperaturresistenten Aluminium Trägerrohr, eingegossen in Glaskeramik. Der im Aluminium Trägerrohr eingesetzte Thermostat regelt die Energiezufuhr. Als Mittelfrequenzinduktion sind 10 kHz auf dem Eisenkern bei einer Thyristor-Umrichter Phasenverschiebung von 20–30° zu 500 Volt ökonomisch.
Der so im Dampfkompressor 1 erzeugte Nassdampf erreicht die Temperatur von bis zu 380°C bei einem Druck von bis 200 Atü (bar), womit der Umlaufkolben 4, ausgelegt als Vielzellenverdichter 6 gekoppelt über die Antriebsachse 9 zum Stromgenerator 16 und andere, angetrieben wird. Das Wasser im Dampfkompressor muss vorerst einmal am Netzstrom mit Fremdenergie auf den Siedepunkt bis zum Überdruck gebracht werden. Die Wärmekapazität von Nassdampf bleibt danach als Energiespeicher im Überdruck dem Antrieb erhalten.
Der Dampfkompressor 1 ist vom Volumen so ausgelegt, dass sein Inhalt fünf bis sieben Mal größer ist als der für den Antrieb benötigte Volumenstrom. Die Füllung des Dampfkompressor 1 von 2/3 Wasser und 1/3 Nassdampf dient so als fünf bis sieben mal größerer Wärmespeicher bei einer Wärmekapazität von somit 380°C und einem Druck von bis 200 Atü (bar). Der Verbrauch liegt danach nur bei einem fünftel bis einem siebtel des Nassdampfvolumeninhaltes.
An einem Dampfkompressor 1 können mehrere Dampfmotoren 3, 4 mit voneinander unabhängigen Antrieben 16 gekoppelt werden.
Der Dampfmotor 3, 4 ist im Verhältnis zum Nassdampfdruck 3 in kg/cm² am Lamellenschieber 7 für eine bestimmte Drehzahl bei dem entsprechenden Volumenstrom in m³/h ausgelegt. Der Lamellenschieber 7 ist in Ti/Al Legierung und der Vielzellenverdichter 6 ist in Al/Cr Legierung hergestellt. Der am Lamellenschieber 7 angefertigte Gleitradius 8 ist nitriert und für hohe Drehzahl sowie für Vor-/und Rücklauf geeignet. Die Lauffläche im Gehäuse des Umlaufkolbens 4 ist poliert.
Das wassergeschmierte Keramikgleitlager 10 erlaubt Drehzahlen bis 10'000 ^u/mi. Der aus Al/Cr Legierung hergestellte Gehäusedeckel 5 hat Kühlrippen im Enthalpiebereich und an der Deckelinnenseite sogenannte Schmiernuten in Laufrichtung, in welchen das Kondenswasser als genau dosiertes Schmiermittel zum Keramikgleitlager 10 geführt wird.
Für die Nutz-/und Rückführenergie 15, 16 ohne CO₂ Emission gelten die Grundlagen (1/°C × Atü × Zeit = kW) aus der Entropie/Enthalpie, aus der Wärmekapazität von 380°C H₂O in kJ/kg°C, aus dem Überdruck in kg/cm² zum Volumenstrom in m³/h und aus der thermischen Reibung.
Zur Nutz- und Rückführenergie gehört der Wärmespeicher 15 vom Heiß- und Heizwasser, was ein mit Öl gefüllter Tauchsieder darstellt. Ebenfalls als Rückführenergie bezeichnet ist der durch seinen Ventilator 11 enthalpierte Wasserdampf im Wirbelstromkondensator 12, welcher verflüssigt und entkalkt über die Wasserpumpe 13, mit dem Zweiweg-Dampfkolben 14, im geschlossenen Kreislauf dem Dampfkompressor 1 zurückgeführt wird.
Zur Erzeugung von Nutz- und Rückführenergie 15, 16 kommt wiederum ein Wirbelstromkondensator 12 als Target zur Anwendung, welcher als Wärmetauscher in der Gehäusedoppelwand (nicht gezeichnet) des Dampfkompressors 1 wirkt, indem der Volumenstrom Nassdampfdruck direkt vom Auslass des Dampfmotors 3, 4 her mit der thermischen Reibung der Kompression am Heiztarget des Dampfkompressor 1 von unten ohne Kaminverlust heizt. Der an der Antriebswelle 9 gekoppelte Stromgenerator 16 erzeugt erforderliche Heizenergie 2 in kW. Die Autonomie ohne 2 liegt bei 380°C Nassdampfdruck-Volumenwärmespeicherkapazität bis 200 Atü (bar).

Claims

Dampfmotor (3, 4) zur Erzeugung von Nutz- und Rückführungsenergie (15, 16) ohne CO₂ zu emittieren, mit adiabatischem Nassdampfdruck (3) vorgeheizt, bestehend aus einem rostfreien, doppelwandigen Dampfkompressor (1), beinhaltend einen elektrischem Tauchsieder (2), einen Umlaufkolben (4) und einen Wirbelstromkondensator (12), welcher als Wärmetauscher in der Gehäusedoppelwand des Dampfkompressors (1) derart wirkt, dass der Volumenstrom-Nassdampfdruck direkt vom Auslass des Dampfmotors (3, 4) zur Erzeugung von Nutz- und Rückführenergie (15, 16) verwendet wird, wobei der Volumenstrom-Nassdampfdruck direkt vom Auslass des Dampfmotors (3, 4) mit der thermischen Reibung der Kompression am Wirbelstromkondensator (12) des Dampfkompressors (1) unter dem Wasserspiegel ohne Kaminverlust heizt.
Dampfmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein wasserdichtes Mantelrohr des Tauchsieders (2) integrierender Bestandteil der Gehäusedoppelwand des Dampfkompressors (1) ist.
Dampfmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchsieder eine Mittelfrequenz-Induktions-Heizschlange beinhaltet, die über dem Eisenkern im Trägerrohr angeordnet ist.
Dampfmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelstromkondensator (12) des Dampfmotors in einem geschlossenen Kreislauf mit dem Dampfkompressor (1) verbunden ist.
Dampfmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfmotor einen Gehäusedeckel (5) mit an einer Deckelinnenseite verlaufenden Schmiernuten aufweist und mittels der Schmiernuten Kondenswasser als Schmiermittel zu einem Gleitlager (10) zuführbar ist.