DE102009055798A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Stromerzeugung - Google Patents

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Abstract

Das bekannte Verfahren zur Stromerzeugung, bei dem im Motorgehäuse einer Kraftmaschine durch komprimierte Heißluft kinetische Energie erzeugt und in einem nachgeschalteten Generator zu Strom umgewandelt wird, wird verbessert indem in die komprimierte Heißluft unter Druck über seinen Siedepunkt erhitzter Dampf eingesprüht wird, und das Heißluft-Dampfgemisch in der Kraftmaschine kinetische Energie erzeugt, die im nachgeschalteten Generator in elektrischen Strom umgewandelt wird. Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind an der Kraftmaschine entsprechende Zuführungsöffnungen für die Zuführung der Medien vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stromerzeugung, bei dem in einer Kraftmaschine kinetische Energie erzeugt wird, die in einem Generator in elektrischen Strom umgewandelt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
  • Es ist bekannt, in Kraftwerken mit Verbrennungsanlagen unterschiedlicher Art aus Wasser Heißdampf zu erzeugen und diesen über Turbinen, Dampfmotoren und dgl. in mechanische Energie umzusetzen, die einen Generator zur Stromerzeugung antreibt.
  • Die Großstruktur der Energieversorgung im Bereich Wärme und Strom ist im Allgemeinen so aufgebaut, dass Strom produziert wird, ohne dass in nennenswertem Umfang die verfahrensbedingte Restwärme genutzt wird. Die physikalisch bedingt anfallende Restwärme wird in der Regel über Kondensatoren und Kühltürme direkt ungenutzt an die Umwelt abgegeben.
  • Auch bei Wärmeerzeugungsanlagen bleibt die Möglichkeit der Stromproduktion meistens völlig ungenutzt. In den letzten Jahren werden vermehrt Kleinanlagen zur Strom- und Wärmegewinnung eingesetzt. So wird derzeit die Technik des Sterlingmotors angeboten, der als Heißluftmotor arbeitet. Wegen seiner hohen Kosten hat diese Technik aber noch keinen breiten Marktzugang gefunden.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, das Verfahren zur Stromerzeugung unter Anwendung von Heißluft so zu verbessern, dass die Stromgewinnung auch im niedrigen Leistungsbereich wirtschaftlich gestaltet werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass Wasser unter Druck über seinen Siedepunkt erhitzt und in die komprimierte Heißluft eingespritzt wird, um ein Dampf-Luftgemisch noch höheren Druckes zu erzeugen, um in der Kraftmaschine die für die Stromerzeugung in einem Generator erforderliche kinetische Energie zu erzeugen.
  • Mit anderen Worten: Als Antriebsmedien werden Heißluft und Heißwasser verwendet. Man benötigt aber lediglich eine geringe Wassermenge, um den erwünschten Wirkungsgrad zu erreichen, da der Explosionsdruck durch die Aggregatänderung Wasser-Dampf sehr hoch wird. Wird hoch erhitzter Wasserdampf in die heiße, komprimierte Luft eingesprüht, expandiert die Luft zusätzlich und dieser Effekt kann genutzt werden, um mit dem nunmehr entstehenden Heißluft-Dampfgemisch in einer Kraftmaschine mechanische Energie zu erzeugen, die wiederum in einem Generator zur Stromerzeugung dient.
  • Je höher die Temperatur der Luft und je höher die Temperatur des Heißwassers ist, um so höher sind Leistungs- und Wirkungsgrad des Verfahrens.
  • Vorzugsweise wird daher für das Wasser eine Temperatur gewählt, die auf jeden Fall höher als 100°C, vorzugsweise aber etwa 500°C oder noch mehr beträgt. Wasser ist leichter zur erhitzen als Luft und in der Lage, pro Volumeneinheit mehr Energie aufzunehmen. Außerdem ist der Explosionsdruck durch die Aggregatänderung Wasser-Dampf höher als bei Luft. Wird also eine geringe Menge Wasser hoch erhitzt, z. B. in Bereiche um 500°C, so entsteht ein sehr hoher Explosionsdruck. Wird dieser hoch erhitzte Wasserdampf in die komprimierte Luft, die ihrerseits vorzugsweise auf mindestens 100° Celsius erhitzt wurde, eingesprüht, ist der bei diesem Vorgehen erzielbare Wirkungsgrad der Stromerzeugung viel höher als bei den herkömmlichen Verfahren und es wird eine hohe Wirtschaftlichkeit des Verfahrens gewährleistet.
  • Dies ist insbesondere deshalb der Fall, weil das aus der Kraftmaschine austretende Luft-Wasserdampfgemisch kondensiert und das gebildete Wasser und/oder die erhaltene Warmluft wieder als Ausgangsstoff für den weiteren Verfahrensablauf wiederverwendet werden können. Das heißt, die im Verfahrensablauf anfallende Restwärme bleibt im Systemkreislauf erhalten.
  • Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst eine Kraftmaschine zur Erzeugung von kinetischer Energie und einen dieser nachgeschalteten Generator zur Umwandlung der kinetischen Energie in elektrischen Strom, wobei sich im Motorgehäuse der Kraftmaschine komprimierte Heißluft befindet, die durch eine am Motorgehäuse vorgesehene Zuführungsleitung einzubringen ist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem Motorgehäuse eine Zuführungsleitung für die Einleitung von unter Druck stehendem, über seinen Siedepunkt hinaus erhitztem Wasser in die im Motorgehäuse befindliche, komprimierte Heißluft angeordnet ist.
  • Vorzugsweise befinden sich an der Verbindungsstelle zwischen der Zuführungsleitung für das Heißwasser und dem Motorgehäuse Sprühdüsen, um das Heißwasser in feinstverteilter Dampfform zuführen zu können.
  • Eine weitere bevorzugte Vorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei über eine Verbrennungsanlage beheizte Wärmetauscher angeordnet und als Druckkammern ausgebildet sind, wobei der eine Wärmetauscher mit Frischluft aus der Umgebung beschickt wird, um diese unter Druck zu erhitzen und der andere Wärmetauscher mit Wasser aus einem Wasserreservoir gefüllt wird, um das Wasser unter Druck über seinen Siedepunkt zu erhitzen, dass beide Wärmetauscher an das Motorgehäuse der Kraftmaschine mit einer Zuführungsleitung für die komprimierte Heißluft und einer Zuführungsleitung für das unter hohem Druck stehende Heißwasser angeschlossen sind, wobei das Heißwasser in die vorab unter hohem Druck in das Motorgehäuse überführte Heißluft eingebracht wird, um dabei ein heißes Dampf-Luftgemisch erhöhten Druckes zu erzeugen, das in der Kraftmaschine in kinetische Energie und schließlich in einem nachgeschalteten Generator in Strom umgewandelt wird.
  • Der eine Wärmetauscher erhöht die Temperatur der bereits komprimierten Luft auf mind. 100° Celsius, der andere Wärmetauscher erhitzt das Wasser ebenfalls und zwar auf mind. 100°C, vorzugsweise wird aber eine höhere Temperatur, z. B. 500°C, gewählt, bevor das Heißwasser in das Motorgehäuse, in dem sich bereits die komprimierte Heißluft befindet, eingesprüht wird. Selbstverständlich wird das Einbringen des Heißwasser erst nach Erreichen wählbarer Drucke oder wählbarer Temperaturen von Wasser und Luft begonnen, um den erwünschten Heißluft-Dampfstrom für den Betrieb der Kraftmaschine zu erhalten.
  • Vorzugsweise sitzen daher in den Zuführungsleitungen für die komprimierte Luft und/oder das Heißwasser Regelventile, durch welche Menge, Temperatur und Druck des zuzuführenden Heißluft- und Wasserstromes bestimmbar sind.
  • Um den Dampf in fein verteilter Form in die bereits in dem Motorgehäuse vorhandene Heißluft einleiten zu können, sind an dem Motorgehäuse Einsprühdüsen angeordnet, die mit der Zuleitung für das Heißwasser verbunden sind.
  • Um die aus der Kraftmaschine austretende Restwärme in Form eines heißen Dampf-Luftgemisches verwerten zu können, sind weitere Wärmetauscher vorgesehen, in denen das Dampf-Luftgemisch zur Erzeugung von Warmwasser und/oder Heißenergie verwertet werden kann.
  • Vorzugsweise kann man aber in der Praxis das aus der Kraftmaschine austretende Heißluft-Dampfgemisch über einen Zyklon leiten, in dem einerseits der Dampf kondensiert und als Heißwasser abgeschieden wird und andererseits die Heißluft abgeführt werden kann, um sie als bereits vorgewärmte Frischluft der Verbrennungsanlage zuzuführen. Mit anderen Worten, dadurch wird die Restenergie wiederverwertet und der Verbrennungsvorgang läuft energiesparend ab.
  • Bevorzugt kann zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Kraftmaschine ein Flügelzellenmotor eingesetzt werden, der in an sich bekannter Weise einen zylindrischen, exzentrisch in einem kreisbogenförmigen Druckgehäuse gelagerten Rotor umfasst, der in Schlitzen radial verschiebbare Trennflügel trägt, die sich an die Innenwand des Druckgehäuses federnd anlegen und zwischen sich von einander getrennte, abgeschlossene Zellen begrenzen und wobei das Druckgehäuse eine Einlassöffnung für die Zuführung von Druckluft und eine Auslassöffnung für die von dem Rotor durch die Druckkammer bewegte Luft aufweist.
  • Ein solcher Flügelzellenmotor ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Druckgehäuse zwei Einlassöffnungen aufweist, die in Abständen von einander angeordnet sind und es ermöglichen, die Arbeitsmedien Heißluft und Dampf getrennt voneinander in das Druckgehäuse einzubringen, wobei die Einlassöffnung für die komprimierte Heißluft in Drehrichtung des Rotors gesehen, vor der Einlassöffnung für den Dampf liegt, und die Auslassöffnung für das entspannte Dampf-Luftgemisch in Drehrichtung des Rotors gesehen stromabwärts nach der Einlassöffnung für den Dampf angeordnet ist.
  • Vorzugsweise ist die Einlassöffnung für das in Dampf expandierende Heißwasser an der Gehäusestelle angeordnet, wo die von den Trennflügeln begrenzte Zellenkammer das kleinste Volumen hat, und die Einlassöffnung für die komprimierte Heißluft in Drehrichtung des Rotors gesehen in dem Bereich des Druckgehäuses liegt, wo die Zellenkammer ihr maximales Volumen aufweist.
  • Zur Erläuterung der Erfindung dient die nachstehende Beschreibung der Zeichnung mit den 1 bis 5. Es zeigen:
  • 1: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2: ein Fließdiagramm des Verfahrensablaufs,
  • 3: einen Querschnitt durch den Flügelzellenmotor,
  • 4: die Ausbildung eines Trennflügels und
  • 5: eine weitere Ausbildung eines Trennflügels.
  • Eine Verbrennungsanlage 100, die mit herkömmlichen Brennstoffen wie Kohle, Holz oder Gas, aber auch durch Solarenergie betrieben werden kann, liefert die Wärme für zwei Wärmetauscher 101 und 102. Der Wärmetauscher 101 heizt über einen Kompressor 103 Luft auf eine Temperatur von mindestens 100°C auf. Der Wärmetauscher 102 erhitzt das aus einem Wasserreservoir 105 über eine Pumpe 104 zugeführte Wasser auf eine Temperatur über 100°C, vorzugsweise bis auf 500°C. Zuführungsleitungen 106 bzw. 107 verbinden die Wärmetauscher 101 bzw. 102 mit dem Motorgehäuse 111 einer Kraftmaschine 112. In den Zuführungsleitungen 106 und 107 liegen Regelventile 108 bzw. 109. Das Regelventil 108 ermöglicht es, die Heißluft aus dem Wärmetauscher 101, abhängig von dem erreichten Druck und der Temperatur dem Motorgehäuse 111 gesteuert zuzuführen.. Das Regelventil 109 ermöglicht es, das heiße Wasser zeitlich erst nach erfolgter Luftzuführung an das Motorgehäuse 111 ebenfalls dem Motorgehäuse 111 zuzuführen. Dabei tritt das hoch erhitzte Wasser durch am Eingang des Motorgehäuses 111 angeordnete Sprühdüsen 110 als fein verteilter Dampf in die bereits mit hoher Temperatur und erhöhtem Druck in dem Motorgehäuse 111 befindliche Luft ein, der heiße Dampf expandiert und es entsteht ein Dampf-/Luftgemisch mit hohem Expansionsdruck in dem Motorgehäuse 111, dessen hohe Wärmeenergie in einer nachgeschalteten Kraftmaschine 112 in kinetische Energie umgesetzt werden kann. Ein mit der Kraftmaschine 112 verbundener Generator 113 wird von der kinetischen Energie angetrieben und erzeugt elektrischen Strom.
  • Je höher die Temperatur der Luft und je höher die Temperatur des in das Motorgehäuse 111 eingesprühten Heißdampfes ist, umso höher sind Leistungs- und Wirkungsgrad der Anlage. Das Einsprühen des Heißwassers erst nach Erreichen eines wählbaren Druckes oder einer wählbaren Temperatur der Luft und des Wassers hat den Sinn, ein optimales Mischungsverhältnis von Wasserdampf und Heißluft zu bewirken. Diese erforderliche Vermischung erfolgt durch entsprechende Betätigung der Regelventile 108 bzw. 109.
  • Das aus der Kraftmaschine 112 nach geleisteter mechanischer Arbeit austretende Warmwasser-Dampfluftgemisch kann in einer Kühlanlage 114 kondensiert und in das Wasserreservoir 105 oder direkt als Warmwasser in den Wärmetauscher 102 zurückgeführt werden. Die Warmluft kann entweder in die Umgebung geblasen oder als Frischluft der Verbrennungsanlage 100 zugeführt werden. Durch diesen Kreislauf bei Nutzung der gewonnenen Restwärme aus der Kraftmaschine 112 wird ein maximaler Wirkungsgrad des Verfahrens zur Stromerzeugung erreicht.
  • Alternativ kann anstelle der Kühlanlage 114 ein Zyklon eingesetzt werden, der wie vorstehend bereits erläutert Heißluft und Wasser trennt.
  • Handelt es sich bei der Kraftmaschine 112 um eine Turbine, dann sollte das Einspritzen des Heißwassers zur Wirkungsgraderhöhung ebenfalls getrennt von der Zuführung der Heißluft erfolgen. Der Einspritzpunkt des Heißwassers sollte dabei unmittelbar vor dem ersten Flügel der Turbine liegen. Das Heißluft-Dampfgemisch verrichtet in den weiter folgenden Flügelzellen mechanische Arbeit. Die verbleibende Restwärme kann, wie vorstehend bereits beschrieben, gewonnen und in den Arbeitskreislauf zurückgeführt werden.
  • Bei der Erzeugung mechanischer Arbeit in einer Kraftmaschine 112 entstehen Reibungskräfte, die natürlich verringert werden müssen, damit sie den Wirkungsgrad nicht negativ beeinflussen. Geringe Beigaben von Öl, z. B. in den Luftstrom oder auch als Emulsion in die Wasserzuführungen, können hier hilfreich sein. Auch ist es zweckmäßig, für eine Entkalkung des Wassers durch entsprechende Entkalkungsanlagen zu sorgen.
  • Wird die gesamte Anlage – also die Frischluftkomprimierung im Kompressor 103 und die Pumpe 104 zur Druckwassererzeugung – auf eine gemeinsame Arbeitswelle installiert in der Form, dass auf einer Seite der Kompressor 103 angeordnet ist und auf der anderen Seite die Kraftmaschine 112, also der Kolbenmotor, Generator, Flügelzellenrotationsmotor, Lamellenmotor, Drehkolbenmotor und dgl., dann steht eine autarke, von jeglicher Stromzuführung unabhängige Anlage zur Verfügung, die lediglich zum Starten des Prozesses Fremdenergie benötigt. Zur Wirkungsgraderhöhung können mehrere Kolbenmaschinen hintereinander geschaltet werden.
  • In 2 ist ein Fließdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, in dem schematisch nachstehend aufgeführte Komponenten dargestellt sind:
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Frischluftzufuhr
    2
    Wärmetauscher
    2a
    Wärmetauscher
    3
    Turbine, Kolbenmotor, Flügelzellenrotationsmotor usw.
    4
    komprimierte Luft
    5
    Heißwasser
    6
    komprimierte Heißluft
    7
    Kompressor
    8
    Generator
    9
    Frischwasser
    10
    Verbrennung
    11
    Frischluft
    12
    Heißluft-Dampfgemisch
    13
    Wärmetauscher
    14
    Zyklon
    15
    Heißgas
    16
    Kondensat
    17
    Rauchgas
    18
    Warmwasserrücklauf
    19
    Warmwasservorlauf
  • Nachstehend wird der Verfahrensablauf im Zusammenhang mit der 2 kurz erläutert: Der Wärmetauscher 2 wird mit Heißgasen 15 aus der Verbrennungsanlage 10 betrieben und erhitzt die im Kompressor 7 komprimierte, in der Leitung 4 fließende Umgebungsluft 1 auf mindestens 100°C. Frischwasser wird über die Leitung 9 dem Wärmetauscher 2a zugeführt, um dort auf eine Temperatur höher als 100°C, vorzugsweise ca. 500°C, erhitzt zu werden. Dabei ist der Druck des Heißwassers 5 wählbar. Das Heißluft-Dampfgemisch 5 und 6 wird zur Umwandlung in kinetische Energie auf eine Kraftmaschine 3, z. B. eine Turbine, Kolbenmotor, einen Flügelzellen-Rotationsmotor und dgl., geführt. Das in kinetische Energie umgewandelte Heißluft-Wassergemisch treibt einen der Kraftmaschine 3 nachgeschalteten Generator 8 zur Erzeugung von elektrischer Energie an.
  • Die noch in der Kraftmaschine 3 noch im austretenden Heißluft-Dampfgemisch 12 verbliebene Restwärme wird einem Wärmetauscher 13 zur Erzeugung von Warmwasser und Heizenergie zugeführt. Die Heißluft kann als Frischluft 11 der Verbrennungsanlage 10 zugeführt werden. Zur Nutzung der Restenergie des Heißluft-Dampfgemischs ist ein Zyklon 14 eingesetzt. Durch Temperaturreduktion des Heißluft-Dampfgemischs 12 bis zur Unterschreitung des Taupunktes erhält man ein Kondensat 16, das wiederum zur Erzeugung von Heißwasser in Wärmetauscher 2a verwendet werden kann. Die vorstehend beschriebene Gesamtanlage kann auf einer gemeinsamen Arbeitswelle installiert werden.
  • Wie vorstehend ausgeführt, kann das heiße, unter hohem Druck stehende Dampf-Luftgemisch Arbeitsmaschinen aller Art zugeführt werden, um seine Energie in kinetische Energie und schließlich in elektrische Energie umzuwandeln.
  • Bevorzugt kann als Kraftmaschine ein Flügelzellenmotor gewählt werden. Ein Flügelzellenmotor 200 ist im Querschnitt in 3 gezeigt.
  • Herkömmlicherweise umfasst dieser Flügelzellenmotor 200 ein im Querschnitt kreisbogenförmiges Druckgehäuse 201, in dem ein Rotor 202 exzentrisch gelagert rotiert. In radial im Rotor 202 verlaufenden Führungsschlitzen 203a, b, c ... n sind Trennflügel 204a, b, c ... n in radialer Richtung verschiebbar angeordnet und legen sich mit ihren freien Enden bei Rotation des Rotors 202 infolge der Fliehkraft dicht an die Innenwand des Druckgehäuses 201 an. Je zwei benachbarte Trennflügel 204n und 204n+1 usw. definieren eine Zellenkammer 205n, deren Volumen infolge der exzentrischen Lagerung des Rotors 202 im Druckgehäuse 201 eine unterschiedliche Größe aufweist. Herkömmlicherweise weist das Druckgehäuse 201 eine Einlassöffnung 206 und eine Auslassöffnung 207 auf, die benachbart zueinander im Druckgehäuse 201 angeordnet sind. Wird Frischluft oder auch bereits unter Druck stehende Heißluft durch die Einlassöffnung 206 in das Druckgehäuse 201 eingeführt, so befindet sich die Luft in der Zellenkammer 205a, die in der Zeichnung begrenzt ist von den Trennflügeln 204a und 204b. Sobald durch Drehung des Rotors 202 gegen den Uhrzeigersinn der Trennflügel 204a an die Kante 208 des Druckgehäuses 201 gelangt, wird die Zeile 205a zu einer dicht abgeschlossenen Druckkammer, deren Druck sich beim Weiterdrehen des Rotors 202 infolge der Verkleinerung des Volumens der Zelle 205a auf ihrem Weg durch das Druckgehäuse 201 kontinuierlich stark erhöht. Bei Erreichen der Eingangsöffnung 209 wird der Druck in der Zelle 205n durch den in die komprimierte Heißluft einströmenden Wasserdampf auf den erforderlichen Antriebsdruck gesteigert. Durch die in Folge der exzentrischen Drehbewegung des Rotors 202 im weiteren Verlauf folgende kontinuierliche Kammervergrößerung und die daraus resultierende Expansion des Heißluft-Wasserdampfgemisches werden die Trennflügel 204n+1 wegen ihrer im Verhältnis zu den Trennflügeln 204n aus dem vorbeschrieben Bewegungsablauf resultierend größeren Angriffsfläche zur Weiterdrehung beschleunigt angetrieben, bis schließlich die Auslassöffnung 207 des Druckgehäuses 201 erreicht wird und die Luft entspannt in die Umgebung strömt.
  • Um einen solchen Flügelzellenmotor 200 für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet zu machen, ist wie dargestellt, im Druckgehäuse 201 eine weitere Einlassöffnung 209 vorgesehen. Diese befindet sich in dem Bereich des Druckgehäuses 201, wo das Volumen der Zelle 205n, die von zwei benachbarten Trennflügeln 204n und 204n+1 begrenzt ist, infolge der exzentrischen Lagerung des Rotors 202 am kleinsten ist, und infolgedessen auch der Kompressionsdruck des durch den Eingangsstutzen 206 einströmenden Heißgases bereits am größten geworden ist und also der Innendruck der Zelle 205n am größten ist. An dieser Stelle wird vorteilhafterweise das im Wärmetauscher bereits auf hohe Temperatur, nämlich ca. 500°C oder mehr, erhitzte Wasser durch Sprühdüsen 210 in die Zelle 205n in feinst verteilter Dampfform in die durch die Einlassöffnung 206 eingebrachte, und infolge der Drehung des Rotors 202 bereits auf höheren Druck verdichtete Heißluft eingesprüht. Wie vorstehend erläutert, bildet sich ein Heißluft-Dampfgemisch sehr hohen Expansionsdrucks, welcher die Trennflügel 204a, b, c, ... n des Rotors 202 zu beschleunigter Rotation antreibt. Dabei werden die mit dem Dampf-Luftgemisch gefüllten Zellen 205n kontinuierlich wieder größer und das Luft-Dampfgemisch wird kontinuierlich entspannt und gelangt schließlich an die Auslassöffnung 207, wo es als noch Wärmeenergie enthaltendes Medium wie vorstehend bereits erörtert, weiter genutzt und in den Arbeitskreislauf zurückgebracht werden kann.
  • Der besondere Vorteil der Verwendung des erfindungsgemäß konstruierten Flügelzellenmotors 200 liegt darin, dass durch die gewählte Anordnung der Eingangsöffnungen 206 und 209 auf eine zusätzliche Steuerung der Medien Druckluft und Dampf verzichtet werden kann. Man kann die Arbeitsweise dieses Flügelzellenmotors 200 als selbstregelnd oder selbststeuernd bezeichnen und damit eine einfachere Handhabung der Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung des Verfahrens erreichen, was im Gegensatz zu anderen Kraftmaschinen mit Kolben steht.
  • Bei Kolbenmotoren die z. B. nach dem Dieselprinzip arbeiten, müssen, wie bekannt, die Arbeitsmedien Luft und Kraftstoff in Abhängigkeit von der Kolbenstellung im Motorraum diskontinuierlich zugeführt werden, was eine präzise Steuerung der Medien voraussetzt.
  • Um die Reibung zwischen den freien Enden 211 der Trennflügel 204n und der Innenwandfläche 201a des Gehäuses zu verringern, ist es zweckmäßig der Frischluft oder dem Wasserdampf geringe Mengen an Öl beizugeben.
  • Ferner ist es vorteilhaft, eine Abrundung 212 an den sich an die Innenwand 201a des Druckgehäuses 201 anlegenden freien Enden 211 der Trennflügel 204n vorzusehen, siehe 4, bei 212, um damit eine Gleitverbesserung bei der Rotation zu erreichen. Dabei ist natürlich darauf zu achten, dass die Abrundung so gewählt wird, dass die Vorderkante des jeweiligen Trennflügelendes einen kleinen Spalt 213 zwischen der Innenwandung 201a des Druckgehäuses 201 und dem Trennflügelende 211 bildet.
  • Um die erwünschte Gleitverbesserung noch zu erhöhen, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, am Trennflügelende 211 einen Fortsatz 214 anzusetzen, der sich in Drehrichtung des Rotors erstreckt und etwa tangential längs des Druckgehäuses 201 verläuft, aber mit der Innenwandung 201a einen spitzen Winkel 215 einschließt. Hierdurch ergibt sich bei der Rotation des Rotors 202 der sogenannte Aquaplaning-Effekt, der den Gleitzustand wesentlich verbessert.

Claims (17)

  1. Verfahren zur Stromerzeugung, beim dem komprimierte Heißluft in einer Kraftmaschine kinetische Energie erzeugt, die in einem Generator in elektrischen Strom umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser unter Druck über seinen Siedepunkt erhitzt und in die komprimierte Heißluft eingespritzt wird, um ein Dampf-Luftgemisch noch höheren Druckes zu erzeugen, das in der Kraftmaschine die kinetische Energie erzeugt, die in dem Generator in elektrischen Strom umgewandelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Kraftmaschine austretende entspannte Luft-Wasserdampfgemisch kondensiert und das abgeschiedene Wasser und/oder die enthaltene Warmluft als Ausgangstoffe für den Verfahrensablauf wieder verwendet werden, so dass die im Verfahren anfallende Restwärme im Systemkreislauf verbleibt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser auf eine Temperatur, die höher ist als 100°C, vorzugsweise auf ca. 500°C und mehr, erhitzt wird
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die komprimierte Luft mindestens auf 100°C erhitzt wird, bevor das unter Druck stehende heiße Wasser eingespritzt wird.
  5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1–4, mit einer Kraftmaschine zur Erzeugung von kinetischer Energie und einem dieser nachgeschalteten Generator zur Umwandlung der kinetischen Energie in elektrischen Strom, wobei sich in dem Motorgehäuse der Kraftmaschine komprimierte Heißluft befindet, die durch eine am Motorgehäuse vorgesehene Zuführungsleitung einzubringen ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Motorgehäuse eine Zuführungsleitung für die Einleitung von unter Druck stehendem, über seinen Siedepunkt erhitztem Heißwasser in die im Motorgehäuse befindliche, komprimierte Heißluft angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Verbindungsstelle zwischen der Zuführungsleitung für das Heißwasser und dem Motorgehäuse Sprühdüsen angeordnet sind, um das Heißwasser in feinstverteilter Dampfform zuführen zu können.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei über eine Verbrennungsanlage (100) beheizte Wärmetauscher (101, 102) angeordnet und als Druckkammern ausgebildet sind, wobei der eine Wärmetauscher (101) mit Frischluft aus der Umgebung beschickt wird, um diese unter Druck zu erhitzen und der andere Wärmetauscher (102) mit Wasser aus einem Wasserreservoir (105) gefüllt wird, um das Wasser unter Druck über seinen Siedepunkt zu erhitzen, dass beide Wärmetauscher an das Motorgehäuse (111) einer Kraftmaschine (112) mit einer Zuführungsleitung (106) für die komprimierte Heißluft und einer Zuführungsleitung (107) für das unter hohem Druck stehende Heißwasser angeschlossen sind, wobei das Heißwasser in die vorab unter hohem Druck in das Motorgehäuse (111) überführte Heißluft eingebracht wird, um ein heißes Dampf-Luftgemisch erhöhten Druckes zu erzeugen das in der Kraftmaschine in kinetische Energie und schließlich in einem nachgeschalteten Generator (113) in Strom umgewandelt wird.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5–7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuführungsleitung (106, 107) für die komprimierte Heißluft und/oder das Heißwasser je ein Regelventil (108, 109) sitzt, um die Zuführung des Heißluftstromes und/oder des Heißwassers in das Motorgehäuse (111) temperatur- und druckgesteuert vornehmen zu können.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungsleitung (107) für das Heißwasser mit dem Motorgehäuse (111) über Einspritzdüsen (110) verbunden ist, um das Heißwasser in fein verteilter Form, als Dampf, in das Motorgehäuse (111) einsprühen zu können.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Frischluft und/oder das Heißwasser Beigaben von geringen Ölmengen bzw. einer Öl-Wasser-Emulsion enthalten, um einer im Motorraum entstehenden Reibung entgegenzuwirken.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5–10, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere weitere Wärmetauscher vorgesehen sind, die dazu dienen, das aus der Kraftmaschine austretende energiereiche Wasser-Luftgemisch zur Erzeugung von Warmwasser und/oder Heizenergie zu verwerten.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5–11, dadurch gekennzeichnet, dass im Kreislauf des aus der Kraftmaschine austretenden Heißluft-Dampfgemisches ein Zyklon liegt, um Wasser und Luft zu trennen.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5–12, dadurch gekennzeichnet, dass als Kraftmaschine eine Turbine, ein Kolbenmotor, ein Drehkolbenmotor, ein Lamellenmotor oder ein Flügelzellenmotor verwendet ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13 mit einem Flügelzellenmotor, der in an sich bekannter Weise einen zylindrischen exzentrisch in einem kreisbogenförmigen Druckgehäuse (201) gelagerten Rotor (202) umfasst, der in Schlitzen (203a, b, c, ... n) radial verschiebbare Trennflügel (204a, b, c, ... n) trägt, die sich an die Innenwand (201a) des Druckgehäuses (201) federnd anlegen und zwischen sich von einander getrennte abgeschlossene Zellen (205n) begrenzen und das Druckgehäuse (201) eine Einlassöffnung (206) für die Zuführung von Druckluft und eine Auslassöffnung (207) für die mit dem Rotor (202) durch die Druckkammer bewegte Luft aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckgehäuse zwei Einlassöffnungen (206, 209) aufweist, die in Abständen von einander angeordnet sind und ermöglichen, die Arbeitsmedien Heißluft und Dampf getrennt von einander in das Druckgehäuse (201) einzubringen, wobei die Einlassöffnung (206) für die komprimierte Luft in Drehrichtung des Rotors (202) gesehen vor der Einlassöffnung (209) für den Dampf liegt und die Auslassöffnung (207) für das entspannte Dampf-Luftgemisch in Drehrichtung des Rotors gesehen stromabwärts nach der Einlassöffnung (209) für den Dampf angeordnet ist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5–14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung (209) für das in Dampf expandierende Heißwasser an der Gehäusestelle (201) angeordnet ist, wo die von den Trennflügeln (204n) begrenzte Zellenkammer (205n) das kleinste Volumen hat, und die Einlassöffnung (206) für die komprimierte Heißluft in Drehrichtung des Rotors gesehen in dem Bereich des Druckgehäuses liegt, wo die Zellenkammer (205a) ihr maximales Volumen aufweist.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennflügel (204n) des Flügelmotors (200) an ihrem an der Innenwand (201a) anliegenden freien Ende abgerundet (212) sind, wobei die in Drehrichtung des Rotors gelegene vordere Kante einen geringen Abstand (213) von der Gehäusewandinnenfläche aufweist, während sich die hintere Kante des Trennflügels dicht an die Innenwand des Druckgehäuses anlegt.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennflügel des Rotors an ihrem sich an die Innenwand des Druckgehäuses anliegenden freien Ende einen etwa tangential zur Gehäuseinnenwand in Drehrichtung des Rotors verlaufenden Fortsatz (214) tragen, dessen freies Ende einen geringen Winkel (215) mit der Innenwandung des Druckgehäuses aufweist.
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