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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Wärmekraftmaschine mit
den oberbegrifflichen Merkmalen gemäß Patentanspruch
1.
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Allgemein
ist eine Vielzahl von Wärmekraftmaschinen bekannt. So offenbart
beispielsweise
DE 103
15 746 B3 eine Wärmekraftmaschine zur Umwandlung
von thermischer Energie in mechanische Energie. Sie umfasst zumindest
eine Dampferzeugungsvorrichtung zum zumindest teilweisen Verdampfen
eines flüssigen Arbeitsmediums mittels der Wärmekraftmaschine
zugeführter thermischer Energie, zumindest einen mittels
des verdampfenden Arbeitsmediums zur Erzeugung von mechanischer
Energie antreibbaren und relativ zu zumindest einem Stator um eine
Drehachse drehbaren Rotor. Des weiteren weist die Wärmekraftmaschine
zumindest eine Kondensationsvorrichtung zur Kondensation des verdampften
Arbeitsmediums nach Antreiben des Rotors auf, wobei der Rotor den
Stator im wesentlichen vollständig umgibt und der Rotor
die Dampferzeugungsvorrichtung und eine Kondensationsvorrichtung
im wesentlichen vollständig umgibt.
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Dabei
wird der Rotor durch ein Gehäuse ausgebildet, welches um
eine feststehende Achse als dem Stator rotierbar ist. Die benötigte
thermische Energie zum Verdampfen des Arbeitsmediums wird mittels
eines fluiden Heizmediums von außen einer axialen Stirnwand
des Gehäuses zugeführt.
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Nachteilhaft
ist bei einer solchen Wärmekraftmaschine, dass die Energie
durch die sich radial um die Achse erstreckenden Gehäuse-Seitenwände hindurchtransportiert
werden muss. Versuche ergaben, dass ein ausreichender Energiefluss
durch diese Gehäuse-Seitenwände, welche Wärmetauscher ausbilden,
nicht möglich ist.
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DE 570 322 C1 offenbart
eine ähnlich aufgebaute Wärmekraftmaschine. Bei
dieser wird jedoch durch die feststehende Achse ein verbrennbarer Treibstoff
in den Innenraum des Gehäuses geführt und dort
mittels einer aufwändig konstruierten Brenneranordnung
verbrannt. Zwar kann so effektiver Energie in eine erste Kammer
geleitet werden, jedoch verbleiben im Innenraum des Gehäuses
zwangsläufig Verbrennungsrückstände.
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Nachteilhaft
bei einer solchen Anordnung ist, dass regelmäßig
eine Reinigung des Innenraums der ersten Kammer, in welcher die
Verbrennung stattfindet, erfolgen muss. Weiterhin besteht bezüglich
einer Kühlung das selbe Problem, wie bei der Wärmekraftmaschine,
bei welcher als Wärmetauscher eine Gehäuse-Seitenwand
verwendet wird.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Wärmekraftmaschine
vorzuschlagen, welche einen ausreichenden Energieeintrag in eine
erste Kammer bzw. einen ausreichenden Energieaustrag aus einer zweiten
Kammer bzw. aus den entsprechenden Wärmetauschern ermöglicht.
Außerdem sollen keine den Innenraum verschmutzenden Verbrennungsrückstände
entstehen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Wärmekraftmaschine mit den Merkmalen
gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
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Bevorzugt
wird somit eine Wärmekraftmaschine mit einer Turbine mit
einer Achse als einem Stator und einem daherum rotierbarem Gehäuse
als einem Rotor, mit einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer
innerhalb des Gehäuses und mit zumindest einem vorzugsweise
viele Turbinenschaufeln aufweisenden Turbinenrad, welches rotationsfest
mit dem Gehäuse und zwischen der ersten und der zweiten
Kammer angeordnet ist. Ein Antriebs-Energieträger befindet
sich innerhalb des Gehäuses. Ein erster Wärmetauscher
ist zum Erhitzen und Verdampfen des Antriebs-Energieträgers
durch Energieeintrag von außerhalb des Gehäuses
in die erste Kammer eingesetzt, ein zweiter Wärmetauscher
ist zum Abkühlen und Kondensieren des Antriebs-Energieträgers
durch Energieaustrag nach außerhalb des Gehäuses
aus der zweiten Kammer eingesetzt. Dabei ist der erhitzte Antriebs-Energieträger
von der ersten in die zweite Kammer durch das Turbinenrad leitbar
zum Antreiben des Gehäuses um die Achse. Aus Sicht der
Achse in einem außenseitigen Bereich innerhalb des Gehäuses
befindet sich eine Leitungsverbindung als Leitungskanal zum Leiten
des abgekühlten Antriebs-Energieträgers von der
zweiten in die erste Kammer. Vorteilhaft wird eine solche Anordnung
dadurch, dass der erste Wärmetauscher zumindest teilweise
in der ersten Kammer angeordnet und drehfest mit der Achse verbunden
ist und ein Leitungssystem, welches mit zumindest dem ersten Wärmetauscher
verbunden ist und innerhalb der Achse zum Leiten von Heizenergie
mittels eines Heizenergieträgers von außerhalb
des Gehäuses zum ersten Wärmetauscher angeordnet
ist. So kann mittels eines Heizenergieträgers in Form insbesondere eines
für sich bekannten Wärmetransportmediums eine
effektive Wärmeübertragung in den Innenraum des
Gehäuses, insbesondere in die erste Kammer hinein erzielt
werden.
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Vorteilhaft
wird eine solche Anordnung zusätzlich oder alternativ dadurch,
dass der zweite Wärmetauscher zumindest teilweise in der
zweiten Kammer angeordnet und drehfest mit der Achse verbunden ist
und dass ein Kühl-Leitungssystem mit zumindest dem zweiten
Wärmetauscher verbunden ist und innerhalb der Achse zum
Ableiten von Wärmeenergie mittels eines Wärmeenergieträgers
vom zweiten Wärmetauscher nach außerhalb des Gehäuses angeordnet
ist. So kann mittels eines Wärmeenergieträgers
in Form insbesondere eines für sich bekannten Kühlmediums
eine effektive Wärmeübertragung aus der zweiten
Kammer des Innenraums des Gehäuses heraus erzielt werden.
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Bevorzugt
wird eine Kühleinrichtung, welche außerhalb des
Gehäuses angeordnet ist zum Abführen der Wärmeenergie
von dem Wärmeenergieträger nach außerhalb
des Gehäuses. Dadurch kann eine große Wärmemenge
aus dem Innenraum des Gehäuses auf einfache Art und Weise
heraus geleitet werden.
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Vorteilhaft
ist das Leitungssystem in axialer Richtung durch die Achse in das
Gehäuse hinein und wieder aus dem Gehäuse heraus
geführt und das Kühl-Leitungssystem ist von der
gegenüberliegenden Seite durch die Achse in das Gehäuse
hinein und wieder aus dem Gehäuse heraus geführt.
Energie-Einleitungsmedium und Kühlmedium werden somit von
einander gegenüberliegenden Seiten der Achse in das Gehäuse
der ausgebildeten Turbine und aus dieser wieder heraus geleitet.
Eine solche Ausführungsform reduziert eine unerwünschte
Wärmeübertragung von den Leitungen des Heizkreislaufs
auf die Leitungen des Kühlkreislaufs im Vergleich zu einer
Anordnung, bei welcher alle Leitungen beider Kreisläufe
parallel zueinander an einer Seite durch die Achse geführt
sind.
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Alternativ
kann das Leitungssystem in axialer Richtung durch die Achse in das
Gehäuse hinein und wieder aus dem Gehäuse heraus
geführt sein und das Kühl-Leitungssystem kann
von der selben Seite axial durch die Achse in das Gehäuse
hinein und wieder aus dem Gehäuse heraus geführt
sein. Eine solche Anordnung macht eine sehr gute Isolierung zwischen
den verschiedenen Leitungen erforderlich, bietet aber Vorteile hinsichtlich
Platzverbrauch und einer leichter umsetzbaren Lagerung.
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Bevorzugt
ist die Wärmekraftmaschine ausgelegt und dimensioniert,
den Wärmeenergieträger mittels des Kühl-Leitungssystems
in den zweiten Wärmetauscher einzuspeisen mit einer Temperatur kleiner
einem Vierfachen, insbesondere kleiner einem Fünffachen
einer Temperatur, mit welcher der Heizenergieträger in
den ersten Wärmetauscher eingeleitet wird.
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Eine
Heizeinrichtung ist bevorzugt außerhalb des Gehäuses
angeordnet zum Bereitstellen der Heizenergie und zum Übertragen
der Heizenergie auf den Heizenergieträger. Der erste Wärmetauscher
ist somit in Verbindung mit der Heizeinrichtung ausgebildet, innerhalb
des Gehäuses eine von Verbrennungsprodukten rückstandsfreie Übertragung
von Wärmeenergie auf den bzw. von dem Antriebs-Energieträger
durchzuführen. Dadurch bleibt der Gehäuseinnenraum
rückstandsfrei, was den Wartungsaufwand gering hält.
Trotzdem kann eine große Wärmemenge in den Innenraum
des Gehäuses geleitet werden.
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Die
Heizeinrichtung kann lediglich beispielsweise durch einen mit Kohlenwasserstoff
einschließlich auch nachwachsender Rohstoffe betriebenen Heizofen
oder Brenner oder durch eine Anlage mit alternativer Energie wie
Solarenergie oder Erdwärmeenergie ausgebildet sein.
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Durch
eine Rotation des Gehäuses um die Achse ist der Antriebs-Energieträger
innerhalb des Gehäuses nach außen verdrängbar
und eine Grenze zwischen dem flüssigen und dem verdampften
Antriebs-Energieträger verläuft zwischen zumindest
einem zur in radialer Richtung Gehäuseinnenwandung benachbarten
Leitungskanal und der Achse. Eine solche Anordnung macht spezielle
Dichtungen etc. entbehrlich.
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Somit
wird gegenüber der
DE 103 15 746 B3 eine effiziente Energieübertragung
für Heizwärme und Kühlung ermöglicht.
Bezüglich weiterer spezieller Ausgestaltungen sind abgesehen
von dieser Form des Energietransports insbesondere die in der
DE 103 15 746 B3 aufgeführten
Ausführungsvarianten übernehmbar.
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Ein
Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung
näher erläutert. In den einzelnen Figuren werden
dabei mit gleichen Bezugszeichen gleich wirkende Komponenten bzw.
Funktionen bezeichnet, so dass auf Beschreibungen in jeweils anderen
Figuren mitverwiesen wird. Es zeigen:
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1 in
Schnittansicht eine Wärmekraftmaschine mit einer feststehenden
Achse, um welche ein Gehäuse rotierend angeordnet ist,
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2 verkleinert
die Wärmekraftmaschine mit an Leitungen angeschlossenen
Heiz- und Kühleinrichtungen außerhalb des Gehäuses,
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3 Komponenten
aus 1, welche zusammen mit dem Gehäuse um
die Achse rotierfähig angeordnet sind, und
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4 schematisch
skizziert eine gegenüber 2 modifizierte
Ausführungsform.
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1 zeigt
eine Wärmekraftmaschine, welche als Dampfturbine ausgebildet
ist. Entsprechend wird ein Arbeits- bzw. Antriebs-Energieträger 0 verwendet,
welcher durch Erhitzen zu einem gasförmigen Zustand verdampft
und durch Abkühlen zu einem flüssigen Zustand
kondensiert, wie beispielsweise Wasser. Jedoch können auch
andere Antriebs-Energieträger verwendet werden, welche
in derartigen Turbinen eingesetzt werden können.
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Im
Wesentlichen besteht die Wärmekraftmaschine aus einem Gehäuse 1,
welches drehbar bzw. rotierfähig um eine Achse 2 herum
gelagert ist. Entsprechend ist die Achse 2 feststehend
angeordnet und das Gehäuse 1 über Lager 20 so
an der Achse 2 gelagert, dass das Gehäuse 1 um
eine Achsen-Mittenachse X in Rotation ω versetzbar ist.
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Das
Gehäuse 1 weist eine Gehäuseumfangswand 10 auf,
welche vorzugsweise rotationssymmetrisch und zylindrisch um die
Achse 2 herum angeordnet ist. Eine erste Gehäuse-Seitenwand 11 erstreckt
sich in aus Sicht der Achse 2 radialer Richtung bis zur
seitlichen Begrenzung der Gehäuseumfangswand. Ein der Achse 2 zugewandter
Endabschnitt der ersten Gehäuse-Seitenwand 11 ist achsparallel
abgewinkelt und über eine Lageranordnung mit beispielsweise
zwei konzentrisch um die Achse 2 angeordneten Lagern 20 an
der Achse 2 gelagert. Der ersten Gehäuse-Seitenwand 11 gegenüberliegend
ist eine zweite Gehäuse-Seitenwand 12 angeordnet,
welche bei der dargestellten Ausführungsform als vollflächige
Scheibe die Stirnseite des Gehäuses 1 bzw. der
Gehäuseumfangswand 10 vollständig abschließt.
Optional kann die Achse 2 sich jedoch auch durch eine entsprechende Öffnung
in der Gehäuse-Seitenwand 12 hindurch erstrecken
und auch in der Gehäuse-Seitenwand gelagert sein.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform ist vorzugsweise zusätzlich
zu der Lageranordnung mit den Lagern 20 und einem Innenraum
zwischen der Gehäuseumfangswand 10 und der Achse 2 eine Dichtung
angeordnet, welche den Innenraum gegenüber der Lageranordnung
so abdichtet, dass das Medium des Antriebs- Energieträgers 0 nicht
in den Bereich der Lageranordnung eintreten kann. Als Dichtung 21 können
in für sich bekannter Art und Weise beispielsweise Labyrinth-,
Bürsten- oder Schleifring-Dichtungen eingesetzt werden.
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Der
Innenraum zwischen der Gehäuseumfangswand 10 und
der Achse 2 sowie den beiden Gehäuse-Seitenwänden 11, 12 ist
in axialer Richtung in zumindest eine erste Kammer 13 und
eine zweite Kammer 14 unterteilt. Die Unterteilung erfolgt
dabei insbesondere durch eine Anordnung, welche aus vorzugsweise
zwei Trennwänden 15 mit einer dazwischen angeordneten
Wärmeisolierung 16 ausgebildet ist. Diese Anordnung
aus den Trennwänden 15 und der Wärmeisolierung 16 erstreckt
sich dabei in radialer Richtung von entweder der Achse 2 in
radial außenseitiger Richtung bis vor eine Kanalwand 31 eines
Leitungskanals 30, wobei die Anordnung aus Trennwänden 15 und
der Wärmeisolierung 16 gegenüber der
Kanalwand 31 über vorzugsweise eine Dichtung abgedichtet
ist, oder erstreckt sich, wie dargestellt, von einer Innenwandung
der Gehäuseumfangswand 10 in radialer Richtung
zur Achse 2 hin, wobei ein Übergangsbereich zwischen
der Anordnung aus den Trennwänden 15 mit der Wärmeisolierung 16 und
einer Umfangsfläche der Achse 2 durch eine Dichtung 22 abgedichtet
ist. Die Dichtung 22 kann dabei vergleichbar der Dichtung 21 zum
Abdichten des Innenraums gegenüber der Lageranordnung ausgestaltet
sein. Entsprechend ist je nach Ausgestaltung die Anordnung aus den
Trennwänden 15 mit der Wärmeisolierung 16 feststehend
fest mit der Achse 2 oder um die Achse 2 zusammen
mit dem Gehäuse 1 rotierbar angeordnet.
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Die
erste Kammer 13 und die zweite Kammer 14 sind
bis auf einen axial jeweils außenseitigen und der entsprechenden
Gehäuse-Seitenwand 12 bzw. 11 benachbarten
Durchtrittsbereich durch die Kanalwand 31 von der Innenwandung
der Gehäuseumfangswand 10 getrennt. Dadurch wird
der Leitungskanal 30 parallel zur Innenseite bzw. Innenwandung
der Gehäuseumfangswand 10 zwischen der zweiten
Kammer 14 und der ersten Kammer 13 ausgebildet.
Wenn die Wärmekraftmaschine sich in Betrieb befindet und
das Gehäuse 1 relativ zur Achse 2 in
die Rotation ω versetzt ist, bewirken die auf den Antriebsenergieträger 0 wirkenden
Rotationskräfte, dass dieser von der Achse 2 weg
in außenseitig radialer Richtung gegen die Gehäuseumfangswand 10 gedrückt
wird. Bei gleichzeitigem Auftreten einer gasförmigen verdampften
Phase des Antriebsenergieträgers 0 und einer flüssigen
Phase des Antriebsenergieträgers 0 findet somit
bei Rotation des Gehäuses 1 eine Trennung derart
statt, dass die flüssige Phase des Antriebsenergieträgers 0 sich
außenseitig, das heißt der Gehäuseumfangswand 10 zugewandt
und die gasförmige Phase des Antriebsenergieträgers 0 der
Umfangsfläche der Achse 2 zugewandt, innerhalb
des Innenraums und innerhalb der ersten und der zweiten Kammer 13, 14 verteilen
bzw. trennen.
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Optional
können Strömungsführungskörper im
Bereich des Leitungskanals 30 vorgesehen sein, welche bewirken,
dass die flüssige Phase des Antriebsenergieträgers 0 aktiv
unterstützt von der zweiten Kammer 14 durch den
Leitungskanal 30 in die erste Kammer 13 befördert
wird.
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Durch
die Anordnung aus den Trennwänden 15 und der Wärmeisolierung 16 führt
zumindest eine Durchtrittsöffnung 17 hindurch,
welche beispielsweise zur ersten Kammer 13 hin geöffnet
ist. Die gegenüberliegende Seite der Durchtrittsöffnung 17 führt hindurchtretendes
Medium, insbesondere die gasförmige Phase des Antriebsenergieträgers 0 aus
der ersten Kammer 13 zu einem Turbinenrad 4 bzw.
zu einer jeweils vor der insbesondere als Düse ausgebildeten
Durchtrittsöffnung 17 liegenden Turbinenschaufel 40.
Vorzugsweise ist zwischen der Durchtrittsöffnung 17 und
der Turbinenschaufel 40 ein Umlenkrad 41 angeordnet,
welche das durch die Durchtrittsöffnung 17 strömende
Medium gerichtet auf die jeweils gegenüberliegende Turbinenschaufel 40 richtet.
Die Turbine bzw. das Turbinenrad 4 mit vorzugsweise einer über
den innenseitigen Umfang hinweg großen Vielzahl an solchen
Turbinenschaufeln 40 ist fest mit dem Gehäuse 1 verbunden
und mit dem Gehäuse 1 zusammen drehbar um die
Achse 2 gelagert. Eine Strömung des Antriebsenergieträgers 0 durch die
Durchtrittsöffnung 17 und das fest mit der Achse 2 verbundene
Umlenkrad 41 bewirkt somit, dass das Turbinenrad 4 und
darüber das Gehäuse 1 um die Achse 2 in
die Rotation ω versetzt werden. Insbesondere kann das Turbinenrad
auch einstückig als Bestandteil des Gehäuses oder
der Gehäuseumfangswandung ausgebildet sein.
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Um
Wärme- bzw. Heizenergie in die erste Kammer 13 einzubringen,
so dass dort der Antriebsenergieträger 0 erhitzt
und im Falle von einer Dampfturbine Wasser oder ein anderes geeignetes
Medium als Antriebsenergieträger 0 verdampft wird,
ist in der ersten Kammer 13 einer erster Wärmetauscher 51 angeordnet.
Der erste Wärmetauscher 51 kann eine für
Wärmetauscher für sich bekannte Funktions- und Bauform
aufweisen. Vorzugsweise besteht der erste Wärmetauscher 51 aus
einem Leitungssystem, welches sich spiralförmig um die
Achse 2 herum erstreckt und von der zweiten Gehäuse-Seitenwand 12 innenseitig
beabstandet und parallel zu dieser angeordnet ist. Eine Versorgung
des ersten Wärmetauschers 51 mit einem Heizenergieträger,
beispielsweise einem Thermoöl, erfolgt über ein
Leitungssystem 52, welches durch die Achse 2 hindurchgeführt
ist. Das Leitungssystem 52 verbindet Ein- und Austrittsrohre
des ersten Wärmetauschers 51 mit einer Heizeinrichtung 53,
welche zum Erhitzen des Heizenergieträgers außerhalb
der Wärmekraftmaschine bzw. außerhalb des Gehäuses 1 angeordnet
ist.
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Zum
Transportieren des Heizenergieträgers durch das Leitungssystem 52 und
zum Aufbauen eines für den ersten Wärmetauscher 51 erforderlichen Drucks
ist eine Heizkreislaufpumpe 54, PW in den Kreislauf aus
dem Leitungssystem 52, dem ersten Wärmetauscher 51 und
der Heizeinrichtung 53 geschaltet.
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Vorzugsweise
ist in der zweiten Kammer 14 ein zweiter Wärmetauscher 55 angeordnet,
welcher als Kühleinrichtung zum Abkühlen des in
die zweite Kammer 14 eingelassenen Antriebsenergieträgers 0 ausgebildet
und angeordnet ist. Vorzugsweise kann der zweite Wärmetauscher 55 hinsichtlich
der Konstruktion gleich dem ersten Wärmetauscher 51 ausgestaltet
sein. Besonders bevorzugt wird jedoch ein zweiter Wärmetauscher 55,
welcher einen kleineren Außenumfang als der erste Wärmetauscher 51 aufweist.
Dadurch entsteht in radial außenseitiger Richtung des zweiten
Wärmetauschers 55 ein Bereich, in welchem der
kondensierte Antriebsenergieträger 0 für
das Durchleiten durch den Leitungskanal 30 bereitstellbar
ist, wobei durch auf den derart kondensierten Antriebsenergieträger 0 in
diesem Raumabschnitt eine Rotationskraft wirkt, welchen diesen in radial
außenseitiger Richtung in den Leitungskanal 30 hineindrückt,
wenn das Gehäuse 1 sich in Rotation befindet.
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Auch
der zweite Wärmetauscher 55 wird von der Außenseite
der Wärmekraftmaschine bzw. des Gehäuses 1 versorgt.
Dazu führt ein Kühlleitungssystem 56 vom
bzw. zum zweiten Wärmetauscher 55 durch die Achse 2 hindurch
zu einer außenseitig angeordneten Kühleinrichtung 57,
wobei in den derart ausgebildeten Kreislauf aus dem Kühlleitungssystem 56,
dem zweiten Wärmetauscher 55 und der Kühleinrichtung 57 in üblicher
Art und Weise eine Kühlkreislaufpumpe 58, PK geschaltet
ist. In dem Kühlkreislauf wird Wärmeenergieträger
umgepumpt, wie er aus Kühleinrichtungen für sich
bekannt ist.
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Vorzugsweise
sind in dem Gehäuse, an dem Gehäuse 1 oder
an daran befestigten Komponenten und/oder an der Achse 2 oder
an daran befestigten Komponenten Strömungsführungskörper 33 angeordnet,
welche dazu dienen, den Antriebsenergieträger 0 zwischen
den einzelnen innerhalb des Gehäuses 1 befindlichen
Komponenten und Anordnungen in gewünschter Richtung zirkulieren
zu lassen.
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So
erstreckt sich beispielsweise ein mit dem Gehäuse 1 drehfest
verbundener Strömungsführungskörper 33 von
der Kanalwand 31 in Richtung zur Achse 2 hin parallel
zum ersten Wärmetauscher 51, so dass in den ersten
Wärmetauscher 51 von dem Leitungskanal 30 eintretende
Flüssigkeit durch die Röhrenanordnung des ersten
Wärmetauschers 51 hindurchgeführt und
dazwischen verdampft wird ohne dabei in seitlicher Richtung direkt
in die erste Kammer 13 zu treten. Außerdem dient
dieser Strömungsführungskörper 33 dazu,
den möglichst achsnah aus dem ersten Wärmetauscher 51 austretenden
verdampften Antriebsenergieträger 0 in radial außenseitiger
Richtung zu der Durchtrittsöffnung 17 und darüber
zu dem Umlenkrad 41 und der Abfolge von Turbinenschaufeln 40 zu
leiten.
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In
der zweiten Kammer 14 befindet sich ein weiterer Strömungsführungskörper 33*,
welcher entsprechend so ausgestaltet ist, dass der aus den Turbinenschaufeln 40 austretende,
verdampfte Antriebsenergieträger 0 in Richtung
zur Achse 2 geleitet und möglichst nahe der Achse 2 dem
zweiten Wärmetauscher 55 zugeführt wird.
Außerdem bildet dieser weitere Strömungsführungskörper 33* auf
der gegenüberliegenden Seite eine Wandung zur Ausbildung des
radial außenseitig des zweiten Wärmetauschers 55 befindlichen
Raums zur Aufnahme des abgekühlten und insbesondere kondensierten
Antriebsenergieträgers 0.
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Betrieben
wird eine solche Wärmekraftmaschine somit vorzugsweise
mit einem Heizenergieträger, welcher mit einer hohen ersten
Temperatur T1 in den ersten Wärmetauscher 51 eingeführt
wird. Beispielsweise wird der Heizenergieträger als ein
Thermoöl mit einer Temperatur von 300–350°C
als Vorlauftemperatur bereitgestellt. Jedoch können auch größere
oder kleinere Vorlauftemperaturen gewählt werden. Die Bereitstellung
der entsprechenden Heizenergie kann durch die Heizeinrichtung 53 auf
verschiedene Art und Weise erfolgen. Neben der Verbrennung fester,
flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe ist auch
der Einsatz nachwachsender Rohstoffe oder der Einsatz von Sonnenenergie
beispielhaft möglich.
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Der
Wärmeenergieträger im Kühlleitungssystem
wird beispielsweise durch Kühlwasser mit einer Vorlauftemperatur
T2 von 70°C bereitgestellt und in den zweiten Wärmetauscher 55 gepumpt.
Jedoch können auch bezüglich der Kühlvorlauftemperatur andere
Temperaturbereich gewählt werden, wobei gegebenenfalls
anstelle Kühlwasser ein anderes Kühlmedium zu
verwenden ist.
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Der
Antriebsenergieträger 0 wird entsprechend durch
den ersten Wärmetauscher 51 mittels der Vorlauftemperatur
T1 des Heizenergieträgers auf eine Dampftemperatur T3 erhitzt
und nach dem Durchtritt durch das Turbinenrad 4 in dem
zweiten Wärmetauscher 55 mit Hilfe des Wärmeenergieträgers
auf eine niedrigere Flüssigphasentemperatur T4 abgekühlt
und im abgekühlten Zustand wieder über den Leitungskanal 30 dem
ersten Wärmetauscher 51 zugeführt.
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Gemäß der
ersten Ausführungsform, welche anhand der 1 bis 3 skizziert
ist, werden sowohl das Leitungssystem 52 als auch das Kühlleitungssystem 56 aus
dem Gehäuse 1 heraus in gleicher Richtung durch
die Achse 2 herausgeführt. Eine solche Anordnung
macht eine besonders gute Isolierung der einzelnen Leitungen des
Leitungssystems 52 und des Kühlleitungssystems 56 erforderlich,
um einen Wärmeübertritt zwischen den verschiedenen Leitungen
zu vermeiden. Dafür kann eine der Gehäuse-Seitenwände
geschlossen ausgebildet werden, und die Anordnung mit einem einfachen
Lageraufbau umgesetzt werden.
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4 skizziert
eine alternative Ausführungsform, bei welcher das Kühlleitungssystem 56 zu
einer Seite durch die Achse 2* aus dem Gehäuse 1* herausgeführt
bzw. hereingeführt wird, während das Leitungssystem 52 in
entgegengesetzter Richtung durch die Achse aus dem Gehäuse 1 heraus-
bzw. in dieses hineingeführt wird. Dadurch ergibt sich
eine Anordnung, bei welcher nur die Leitungen des Kühlleitungssystems 56 zueinander
benachbart durch die Achse 2* geführt werden und
auf der gegenüberliegenden Gehäuseseite nur die
Leitungen des Leitungssystems 52 zueinander benachbart
aus dem Gehäuse 1* herausgeführt werden.
Dies reduziert einen Wärmeübertrag zwischen den
Leitungen der verschiedenen Leitungssysteme, macht jedoch eine etwas
aufwendigere Lageranordnung und Dichtungsanordnung erforderlich.
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Insbesondere
kann das Kühl-Leitungssystem 56 nicht nur von
der aus Sicht des Leitungssystems 52 gegenüberliegenden
Seite der Achse 2* durch die Achse 2* in das Gehäuse
(1*) hinein und wieder aus dem Gehäuse (1*)
heraus geführt sein sondern alternativ auch durch eine
axial zu der Achse 2* angeordnete weitere Achse. Zwischen
den beiden Achsen, die vorzugsweise eigene Lager zur Lagerung im
Gehäuse aufweisen, kann dann die Trennwandungsanordnung
vollständig durch das Gehäuse gezogen sein, wobei
dann bevorzugt nur die Durchströmöffnungen zum
Ausbilden von Düsen hindurchführen.
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Letztendlich
kann eine solche Wärmekraftmaschine dazu verwendet werden,
um mit dem Gehäuse 1* bzw. dem achsparallelen
Abschnitt der ersten Gehäuse-Seitenwand 11 über
eine Antriebsscheibe 60 und beispielsweise ein Antriebsband 61 eine
weitere Komponente oder Anordnung aus Komponenten in Bewegung zu
versetzen. Insbesondere können mit einer solchen Anordnung
nicht nur Maschinen in Bewegung versetzt werden sondern auch Generatoren
zur Erzeugung von Strom angetrieben werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10315746
B3 [0002, 0018, 0018]
- - DE 570322 C1 [0005]