DE102008025426A1

DE102008025426A1 - Wärmekraftmaschine mit Turbine und Kompressor für heiße Abgase

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Publication number: DE102008025426A1
Application number: DE102008025426A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2009-12-03

Abstract

Im Abgasrohr wird heißes Abgas gekühlt hinter einer Turbine. Die Turbine wird angetrieben vom Druckgefälle, welches entsteht bei der Abkühlung des Abgases. Ein Kompressor, angetrieben von der Turbine mittels einer gemeinsamen Welle, entsorgt das unter geringem Druck stehende gekühlte Abgas gegen den Druck der Atmosphäre in die Umgebung. Zwischen Energie-Gewinn in der Turbine und Arbeits-Aufwand im Kompressor besteht eine Differenz, verursacht durch den Unterschied im Volumenstrom beider Aggregate. Diese Differenz, Arbeits-Überschuss der Turbine, ist die Nutzarbeit der Wärmekraftmaschine. Fig. 3 zeigt, dass im Abgasrohr (2) heißes Abgas erst die Turbine (3) durchströmt, dann abgekühlt wird im Kühler (4) und schließlich fortgeschafft wird vom Kompressor (5). Die Nutzarbeit der Wärmekraftmaschine kann übertragen werden auf die Abtriebswelle der Verbrennungs-Kraftmaschine, welche das Abgas liefert, spart Kraftstoff und mindert Emissionen, z.B. von CO2.

Description

Die Erfindung betrifft eine thermodynamische Maschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.
Herkömmliche Technik zur Erzeugung mechanischer Energie aus Abgas nutzt dessen Druck oder kinetische Energie, vermag aber nicht oder nur mit hohen Kosten die Restwärme des Abgases in mechanische Energie umzuwandeln.
Abhilfe schafft die vorliegende Erfindung, welche im Abgasrohr ein Druckgefälle herstellt durch Kühlung des Abgases, mit dem Druckgefälle eine Turbine antreibt und mit der Turbine einen Kompressor antreibt, welcher das Druckgefälle aufrechterhält.
Die Leistungsaufnahme des Kompressors ist geringer als die Leistungsabgabe der Turbine, weil deren Volumenstrom größer ist als der des Kompressors.
Der Leistungs-Überschuss der Turbine stellt den Gewinn mechanischer Energie dar, welcher in der erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine entsteht.
Das Problem, Restwärme von Abgas bei geringen Kosten in mechanische Energie umzuwandeln, wird gelöst durch das in Patentanspruch 1 aufgeführte Merkmal:

– Umwandlung thermischer in mechanische Energie durch Abkühlung von Abgas zwischen Turbine und Kompressor.

Weitere wesentliche vorteilhafte Merkmale dieser Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Neu und nützlich an erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschinen ist, dass sie auf billige Weise die Enthalpie des Kraftstoffs nahezu vollständig nutzen, statt Energie zu vergeuden in Form von Abwärme.
Erfindungsgemäße Wärmekraftmaschinen sind einfach und preiswert herzustellen, halten lange und sind nahezu wartungsfrei.
Vorteilhaft ist die kurze Amortisationsdauer erfindungsgemäßer Maschinen von deutlich unter drei Jahren.
Eine erfindungsgemäße Ausführung einer Wärmekraftmaschine wird nachfolgend anhand eines Ausführungs-Beispiels erläutert, von dem die Zeichnungen 1, 2 und 3 Prinzip-Darstellungen sind.
In 1 ist grob schematisch im Vertikalschnitt die erfindungsgemäße Wärmekraftmaschine 1 dargestellt.
Im Abgasrohr 2 strömt heißes Abgas, von der Verbrennungs-Kraftmaschine kommend, durch die Turbine 3, weil hinter der Turbine 3 das heiße Abgas im Kühler 4 gekühlt wird und dort einen großen Teil seines Volumens verliert.
Mit dem Volumenverlust des Abgases im Kühler 4 geht Druckverlust des Abgases einher und führt im Abgasrohr 2 zu einem Druckgefälle, von welchem die Turbine 3 angetrieben wird.
Hinter dem Kühler 4 ist der Kompressor 5 angeordnet.
Der Kompressor 5 wird angetrieben von der Turbine 3 mittels der gemeinsamen Welle 6. Die Welle 6 ist umgeben entweder vom Kühler 4, wie 1 zeigt, oder vom Hüllrohr 7, in welchem die Turbine 3 gegen den Kompressor 5 abgedichtet wird, wie 2 zeigt.
Die Welle 6 dient außer der Kopplung von Turbine 3 und Kompressor 5 auch als Abtriebswelle, um die Nutzarbeit der Wärmekraftmaschine 1 auszukoppeln, z. B. durch Übertragung auf die Kurbelwelle der Abgas liefernden Verbrennungs-Kraftmaschine.
Der Kühler 4 wird entweder außen gekühlt, um seinerseits innen das Abgas abzukühlen, wie 1 zeigt, oder er kühlt innen das Abgas durch Verdampfung von Wasser, welches durch die Leitung 8 und die Düse 9 in den Kühler 4 gelangt, wie 2 zeigt.
Die Wärmekraftmaschine 1 kann statt mit heißem Abgas auch mit anderen gas- oder dampfförmigen Fluiden betrieben werden, z. B. mit Warmluft, welche einen Produktionsprozess verlässt und vom Kompressor 5 in die Umgebung entlassen wird.

1

1: Wärmekraftmaschine
2: Abgasrohr
3: Turbine
4: Kühler
5: Kompressor
6: Welle

2

7: Hüllrohr
8: Leitung
9: Düse

Claims

Wärmekraftmaschine mit Turbine und Kompressor für heiße Abgase, dadurch gekennzeichnet, dass 1 diese Wärmekraftmaschine (1) ein Abgasrohr (2), eine Turbine (3), einen Kühler (4), einen Kompressor (5) und eine Welle (6) aufweist sowie fakultativ ein Hüllrohr (7), eine Leitung (8) und eine Düse (9) aufweist, 2 diese Wärmekraftmaschine (1) durchströmt wird von heißem Abgas oder einem anderen heißen gas- oder dampfförmigen Fluid, 3 diese Wärmekraftmaschine (1) Nutzarbeit gewinnt mittels Umwandlung thermischer in mechanische Energie durch Abkühlung von Abgas oder einem anderen heißen gas- oder dampfförmigen Fluid zwischen Turbine (3) und Kompressor (5).
Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 1 der Kühler (4) entweder von außen gekühlt wird, um innen ein heißes Fluid zu kühlen, oder innen ein heißes Fluid kühlt mittels Verdampfung von Wasser, 1.1 welches durch Leitung (8) und Düse (9) in den Kühler (4) gelangt.
Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass 1 die Welle (6) Turbine (3) und Kompressor (5) koppelt, 2 die Welle (6) entweder im Kühler (4) verläuft oder im Hüllrohr (7), 2.1 in welchem Turbine (3) und Kompressor (5) gegeneinander abgedichtet sind.