DE102010006960A1

DE102010006960A1 - Steam engine, particularly reciprocating piston engine, has cylinder, piston movably guided in cylinder and working medium enclosed in cylinder, where cylinder has cold zone and heat zone

Info

Publication number: DE102010006960A1
Application number: DE102010006960A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2012-01-26

Abstract

The steam engine (1) has a cylinder (2), a piston (3) movably guided in the cylinder and a working medium (9) enclosed in the cylinder. The cylinder has a cold zone and a heat zone (14). The heat zone has a glass ceramic material. The working medium is water or alcohol. A radiation burner has a burner mat made of ceramic fibers. The lubricant particles are made of molybdenum disulfide or titanium oxide.

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampfmotor, mit mindestens einem Zylinder, der mindestens eine warme und mindestens eine kalte Zone aufweist, und mit einem in dem Zylinder beweglich geführten Kolben, wobei ein Arbeitsmedium zum Antrieb des Kolbens an der warmen Zone verdampft und an der kalten Zone kondensiert.The invention relates to a steam engine with at least one cylinder having at least one warm and at least one cold zone, and with a piston movably guided in the cylinder, wherein a working medium for driving the piston at the warm zone evaporates and condenses on the cold zone ,

Dampfmotoren werden vorzugsweise zur Stromerzeugung eingesetzt. Neben den in der Mehrzahl eingesetzten Hubkolbendampfmotoren sind Drehkolben- und auch Rotationskolbendampfmotoren nach dem Wankelprinzip bekannt. Die vorstehend genannten bekannten Dampfmotoren benötigen in der Regel zur Regelung der Dampfeinleitung und der Dampf- bzw. Kondensatausleitung aus dem Zylinder eine Schieber- oder Ventilsteuerung, die insbesondere bei Hubkolbendampfmotoren aufwändig in der Herstellung ist. Dem gegenüber ist die Regelung bei Drehkolben- oder Rotationskolbendampfmaschinen nach dem Wankelprinzip deutlich weniger aufwändig, indem anstelle mechanisch gesteuerter Ventile einfacher anzusteuernde elektromagnetische Ventile verwendet werden.Steam engines are preferably used for power generation. In addition to the Hubkolbendampfmotoren used in the majority rotary piston and rotary piston steam engines are known according to the Wankel principle. The above-mentioned known steam engines usually need to regulate the steam inlet and the steam or Kondensatausleitung from the cylinder a slide or valve control, which is particularly complicated to manufacture in Hubkolbendampfmotoren. On the other hand, the control of rotary-piston or rotary-piston steam engines according to the Wankel principle is considerably less complicated by using electromagnetic valves which are easier to actuate instead of mechanically controlled valves.

Die zuvor genannten Dampfmotoren laufen ausnahmslos nach dem thermodynamischen Clausius-Rankine-Kreisprozess als Vergleichsprozess ab, der die Zustandsänderungen des Arbeitsmediums in einem Dampfkraftwerk beschreibt. Er wird standardmäßig in dieser Konfiguration mit Dampfmotor, Dampfkondensator, Speisepumpe und Kessel mit Überhitzer beschrieben. In allen Fällen wird ein Arbeitsmedium, meist Wasser, abwechselnd mit hohem Druck kondensiert und bei niedrigerem Druck verdampft. Der Druck wird von einer Speisepumpe unter Arbeitsaufwand erzeugt und im Dampfmotor unter Abgabe von Arbeit abgebaut. Das Arbeitsmedium wird in einem geschlossenen Kreislauf geführt, bei dem die Speisepumpe, der Kondensator und der Kessel mit Überhitzer in der Regel außerhalb des Motors angeordnet sind.Without exception, the previously mentioned steam engines run according to the thermodynamic Clausius-Rankine cycle as a comparison process, which describes the changes in the state of the working medium in a steam power plant. It is described by default in this configuration with steam engine, steam condenser, feed pump and boiler with superheater. In all cases, a working medium, usually water, is condensed alternately at high pressure and evaporated at a lower pressure. The pressure is generated by a feed pump under labor and reduced in the steam engine with delivery of labor. The working fluid is routed in a closed circuit where the feed pump, condenser and boiler with superheater are usually located outside the engine.

Außerdem sind sogenannte Heißgasmotoren bekannt, die nach dem Stirling-Prozess arbeiten. Derartige Heißgasmotoren werden auch als Stirlingmotoren bezeichnet. Dabei handelt es sich um eine Wärmekraftmaschine, in der ein in einem Zylinder eingeschlossenes Arbeitsgas, beispielsweise Luft oder Helium, von außen an zwei verschiedenen Bereichen abwechselnd erhitzt und gekühlt wird, um mechanische Energie zu erzeugen. Der Stirlingmotor arbeitet nach dem Prinzip eines geschlossenen Kreisprozesses, wobei das Arbeitsmedium in dem Motor eingeschlossen ist. Ein solcher Heißgasmotor kann mit einer beliebigen externen Wärmequelle betrieben werden, wobei die Wärmeübertragung durch eine Zylinderwand des Zylinders erfolgt. Das Arbeitsgas dehnt sich in dem erwärmten Bereich aus und zieht sich in dem kalten Bereich zusammen. Es verbleibt innerhalb des Motors und wird nicht ausgetauscht. Stirlingmotoren werden in der Regel als Heißgashubkolbenmotoren ausgeführt, es gibt sie aber auch als Freikolben- oder Kreiskolbenmotoren.In addition, so-called hot gas engines are known which operate according to the Stirling process. Such hot gas engines are also referred to as Stirling engines. This is a heat engine in which a working gas enclosed in a cylinder, for example air or helium, is alternately heated and cooled externally at two different regions in order to generate mechanical energy. The Stirling engine operates on the principle of a closed loop process, with the working medium enclosed in the engine. Such a hot gas engine can be operated with any external heat source, wherein the heat transfer takes place through a cylinder wall of the cylinder. The working gas expands in the heated area and contracts in the cold area. It remains inside the engine and will not be replaced. Stirling engines are usually designed as hot gas piston engines, but they are also available as free-piston or rotary piston engines.

Das Grundprinzip des Stirlingmotors kann auch bei Dampfmotoren in Verbindung mit einem flüssigen verdampfbaren Arbeitsmedium angewendet werden. In diesem Fall kann auf einem externen Kondensator, eine Speisepumpe und einen Kessel mit Überhitzer verzichtet werden. Dabei ist abhängig von der Ausführungsform des Dampfmotors die Ventilsteuerung vereinfacht oder eine Ventilsteuerung nicht notwendig.The basic principle of the Stirling engine can also be applied to steam engines in conjunction with a liquid vaporizable working medium. In this case, an external condenser, a feed pump and a boiler with superheater can be dispensed with. In this case, depending on the embodiment of the steam engine, the valve control is simplified or a valve control is not necessary.

Ein derartiger Dampfmotor ist mit der DE 30 01 307 A1 bekannt geworden. Die Offenlegungsschrift offenbart einen Dampfmotor, bei dem ein verdampfbares Arbeitsmedium, beispielsweise Wasser, in einer festen Menge im Zylinder des Motors oberhalb des Kolbens eingeschlossen ist. In dem Arbeitsmedium schwimmt ein Kondensationskörper, der im oberen Teil aus einem Wärmetauschmaterial und im unteren Teil aus einer zusammendrückbaren Tauchblase besteht. Dieser Dampfmotor weist einen gegenüber einer Zylinderwand thermisch isolierten Zylinderkopf mit einem integrierten Wärmeleitkörper auf. Der Wärmeleitkörper durchsetzt den Zylinderkopf mit Überstand an dessen Außen- und Innenseite und ist mittels eines externen Brenners beheizbar. Steht der Kolben im oberen Totpunkt, so taucht der Wärmeleitkörper ins Arbeitsmedium, so dass ein Teil des Arbeitsmediums verdampft, wobei sich ein Druck aufbaut, der den Kondensationskörper in das Arbeitsmedium drückt und den Kolben von dem Zylinderkopf in Richtung eines Triebwerkes bewegt. Dabei wird die Tauchblase zusammengedrückt. Mit zunehmender Entfernung des Kolbens von dem Zylinderkopf sinkt der Dampfdruck oberhalb des Arbeitsmediums, so dass der Kondensationskörper unter dem Innendruck der Tauchblase auftaucht. An dem Wärmetauschmaterial des Kondensationskörpers kondensiert dann der Dampf im Zylinder, so dass sich der Kolben mit Unterstützung des Luftdruckes in Richtung des Zylinderkopfes bewegt.Such a steam engine is with the DE 30 01 307 A1 known. The publication discloses a steam engine in which a vaporizable working fluid, for example water, is enclosed in a fixed amount in the cylinder of the engine above the piston. In the working medium floats a condensation body, which consists in the upper part of a heat exchange material and in the lower part of a compressible dive bubble. This steam engine has a cylinder head thermally insulated with respect to a cylinder wall with an integrated heat conducting body. The heat-conducting body passes through the cylinder head with projection on the outside and inside and can be heated by means of an external burner. If the piston is at top dead center, the heat-conducting body dips into the working medium, so that part of the working medium evaporates, whereby a pressure builds up, which presses the condensation body into the working medium and moves the piston from the cylinder head in the direction of an engine. The dive bubble is compressed. With increasing distance of the piston from the cylinder head, the vapor pressure above the working medium decreases, so that the condensation body appears below the internal pressure of the dip bubble. The vapor in the cylinder then condenses on the heat exchange material of the condensation body, so that the piston moves in the direction of the cylinder head with the aid of the air pressure.

Als nachteilig wird bei dem vorstehend beschriebenen Dampfmotor mit eingeschlossenem Arbeitsmedium angesehen, dass das Arbeitsmedium in einer solchen Menge bemessen ist, dass der Kondensationskörper vollständig in das Arbeitsmedium eintauchen kann. Damit weist das Arbeitsmedium eine große Masse auf, von der jeweils nur ein geringer Anteil zum Antrieb des Dampfmotors verdampft bzw. kondensiert wird. Die Masse des Arbeitsmediums und die Masse des Kondensationskörpers müssen jeweils zusammen mit dem Kolben beim Betrieb des Dampfmotors beschleunigt und abgebremst werden, was zu einem reduzierten Wirkungsgrad bei diesem Dampfmotor führt.A disadvantage is considered in the above-described steam engine with trapped working fluid that the working fluid is sized in such an amount that the condensation body can completely immerse in the working fluid. Thus, the working medium has a large mass from which only a small proportion is evaporated or condensed to drive the steam engine. The mass of the working medium and the mass of the condensation body must be accelerated and decelerated together with the piston during operation of the steam engine which results in reduced efficiency in this steam engine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Dampfmotor mit verbessertem Wirkungsgrad vorzuschlagen.The invention has for its object to propose a generic steam engine with improved efficiency.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Dampfmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den rückbezogenen Ansprüchen zu entnehmen.This object is achieved by a steam engine with the features of claim 1. Further advantageous embodiments of the invention can be found in the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Dampfmotor weist mindestens einen Zylinder, mit einem in dem Zylinder beweglich geführten Kolben und ein in dem Zylinder eingeschlossenes Arbeitsmedium auf. An dem Zylinder ist mindestens eine kalte Zone und mindestens eine warme Zone vorgesehen, wobei das Arbeitsmedium zum Antrieb des Kolbens an der warmen Zone verdampft und an der kalten Zone kondensiert. Die Bewegung des Kolbens im Zylinder bringt das Arbeitsmedium zeitweilig in Kontakt mit der kalten und/oder der warmen Zone, so dass das Arbeitsmedium oder jedenfalls ein Teil des Arbeitsmediums abwechselnd kondensiert und verdampft. Es kann sich die Größe einer Kontaktfläche des Arbeitsmediums mit der kalten und/oder warmen Zone des Zylinders ändern, damit das Arbeitsmedium wie gewünscht abwechseln kondensiert und verdampft und den Kolben antreibt. Es können sich die Größe der Kontaktflächen des Arbeitsmediums mit der kalten und der warmen Zone (gegensinnig) oder die Größe der Kontaktfläche des Arbeitsmediums mit einer der beiden Zonen ändern und die Größe der anderen Kontaktfläche gleich bleiben. Auch kann der Kolben das Arbeitmedium so im Zylinder führen, dass das Arbeitsmedium zu verschiedenen Zeiten mit der warmen und er kalten Zone in Kontakt kommt. Die kalte und die warme Zone ist so angeordnet, dass das Arbeitsmedium kondensiert, wenn sich der Kolben im Bereich eines unteren Totpunkts befindet und verdampft, wenn sich der Kolben im Bereich eines oberen Totpunkts befindet. Entsprechendes gilt für einen Rotations- oder Kreiskolben- bzw. einen Flügelzellendampfmotor. Ist ein vom Kolben im Zylinder eingeschlossenes Volumen klein, ist eine Kontaktfläche des Arbeitsmediums mit der warmen Zone groß und/oder der kalten Zone klein bzw. steht das Arbeitsmedium ausschließlich mit der warmen Zone in Kontakt, so dass das Arbeitsmedium verdampft und den Kolben antreibt. Ist umgekehrt ein vom Kolben im Zylinder eingeschlossenes Volumen groß, ist eine Kontaktfläche des Arbeitsmediums mit der kalten Zone groß und/oder der warmen Zone klein bzw. steht das Arbeitsmedium ausschließlich mit der kalten Zone in Kontakt, so dass das Arbeitsmedium kondensiert, der Kolben bewegt sich im Sinne eines kleiner werdenden von ihm im Zylinder eingeschlossenen Volumens des Arbeitsmediums. Auf den hohen Aufwand mit Schieber- oder Ventilsteuerung bzw. elektromagnetischen Ventilen sowie Kondensator, Speisepumpe und Kessel mit Überhitzer kann bei dem erfindungsgemäßen Dampfmotor vollständig verzichtet werden, da das Arbeitsmedium in dem Zylinder verbleibt und nicht ausgetauscht wird. Es ist lediglich eine kleine Menge an Arbeitsmedium erforderlich, das im wesentlichen vollständig an der warmen Zone verdampft und an der kalten Zone wiederum vollständig kondensiert. Als Arbeitsmedium kann beispielsweise Wasser oder Alkohol oder eine andere geeignete leicht verdampfbare Flüssigkeit gewählt werden.The steam engine according to the invention has at least one cylinder, with a piston movably guided in the cylinder and a working medium enclosed in the cylinder. At least one cold zone and at least one warm zone are provided on the cylinder, whereby the working medium for driving the piston at the warm zone evaporates and condenses at the cold zone. The movement of the piston in the cylinder brings the working fluid temporarily in contact with the cold and / or the warm zone, so that the working fluid or at least a part of the working medium alternately condenses and vaporizes. It may change the size of a contact surface of the working medium with the cold and / or warm zone of the cylinder, so that the working medium as desired alternately condenses and vaporizes and drives the piston. It can change the size of the contact surfaces of the working medium with the cold and the warm zone (in opposite directions) or the size of the contact surface of the working medium with one of the two zones and the size of the other contact surface remain the same. Also, the piston can guide the working fluid in the cylinder so that the working fluid comes into contact with the warm and cold zones at different times. The cold and warm zones are arranged so that the working fluid condenses when the piston is in the region of bottom dead center and evaporates when the piston is in the region of top dead center. The same applies to a rotary or rotary piston or a vane cell steam engine. If a volume enclosed by the piston in the cylinder is small, a contact surface of the working medium with the warm zone is large and / or the cold zone is small or the working medium is in contact exclusively with the warm zone, so that the working medium vaporizes and drives the piston. Conversely, if a volume enclosed by the piston in the cylinder is large, a contact surface of the working medium with the cold zone is large and / or the warm zone is small or the working medium is in contact exclusively with the cold zone, so that the working fluid condenses, the piston moves in the sense of a decreasing volume of the working medium trapped in the cylinder. On the high effort with slide or valve control or electromagnetic valves and condenser, feed pump and boiler with superheater can be completely dispensed with in the steam engine according to the invention, since the working fluid remains in the cylinder and is not replaced. Only a small amount of working medium is required, which evaporates substantially completely at the warm zone and in turn condenses completely at the cold zone. As a working medium, for example, water or alcohol or another suitable easily evaporable liquid can be selected.

Bei einem Hubkolbendampfmotor weist beispielsweise ein Zylinderkopf die warme Zone und eine Zylinderwand die kalte Zone auf. Das Arbeitsmedium steht bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung immer in Kontakt mit der warmen Zone wogegen sich die Größe der Kontaktfläche mit der kalten Zone mit der Hubbewegung des Kolbens ändert, weil der Kolben im oberen Totpunkt die Zylinderwand und damit die kalte Zone vollständig oder zumindest größtenteils abdeckt und im unteren Totpunkt freilässt. Die Änderung des Verhältnis der Größen der Kontaktflächen des Arbeitsmediums mit der warmen und der kalten Zone bewirkt die gewünschte abwechselnde Verdampfung und Kondensation des Arbeitsmediums, das dadurch den Kolben antreibt. Bei einem Dreh- oder Rotationskolbendampfmotor sind beispielsweise die warme und die kalte Zone an verschiedenen Stellen des Umfangs des Zylinders bzw. Gehäuses, in dem sich der Kolben dreht, angeordnet, so dass sich die gewünschte Verdampfung und Expansion bzw. Kondensation und Volumenverkleinerung des Arbeitsmediums ergibt, die den Kolben antreibt.For example, in a reciprocating steam engine, a cylinder head has the warm zone and a cylinder wall has the cold zone. The working medium is in this embodiment of the invention always in contact with the warm zone whereas the size of the contact surface with the cold zone with the stroke of the piston changes, because the piston at top dead center, the cylinder wall and thus the cold zone completely or at least largely covers and leaves at bottom dead center. The change in the ratio of the sizes of the contact surfaces of the working medium with the hot and the cold zone causes the desired alternating evaporation and condensation of the working medium, thereby driving the piston. For example, in a rotary or rotary steam engine, the hot and cold zones are located at various locations on the circumference of the cylinder in which the piston rotates, resulting in the desired vaporization and expansion and / or volume reduction of the working fluid that drives the piston.

Der Dampfmotor kann als Hubkolbendampfmotor, als Drehkolbendampfmotor, als Rotationskolbendampfmotor oder als Flügelzellendampfmotor ausgebildet sein. Der Dampf zum Antrieb des Kolbens wird momentan in der heißen Zone bzw. den heißen Zonen des Dampfmotors erzeugt, um zu expandieren, den Kolben mit Druck zu beaufschlagen und in der kalten Zone oder in den kalten Zonen zu kondensieren. Dabei kann der erfindungsgemäße Dampfmotor vorteilhafterweise derart gestaltet sein, dass die kalte Zone und die warme Zone thermisch voneinander isoliert sind. Die Kolbenbewegung, in Form einer Hub- oder Drehbewegung unterstützt den optimalen Wärmeaustausch innerhalb des Dampfmotors.The steam engine can be designed as a reciprocating steam engine, as a rotary piston steam engine, as a rotary piston steam engine or as a vane-cell steam engine. The steam for driving the piston is currently being generated in the hot zone (s) of the steam engine to expand, pressurize the piston, and condense in the cold zone or zones. In this case, the steam engine according to the invention can advantageously be designed such that the cold zone and the warm zone are thermally isolated from each other. The piston movement, in the form of a lifting or rotating movement, supports optimal heat exchange within the steam engine.

Vorzugsweise ist an dem Zylinder des Dampfmotors ein äußeres Heizelement zum Erzeugen der mindestens einen warmen Zone angeordnet. Das Heizelement weist idealerweise eine an die warme Zone des Zylinders in der Form angepasste Heizfläche auf. Die warme Zone kann entweder an einem Zylinderkopf und/oder an einer Zylinderwand des Dampfmotors angeordnet sein. Die mindestens eine kalte Zone weist einen Abstand zu der mindestens einen warmen Zone auf, wobei die Lage der kalten Zone gegenüber der warmen Zone von der Art der Kolbenbewegung abhängig und bestimmt ist. Durch das an die Zylinderwand oder den Zylinderkopf in der Form angepasste Heizelement wird ein direkter und optimaler Wärmeübergang zum Erzeugen der heißen Zone(n) erreicht.Preferably, an outer heating element for generating the at least one warm zone is arranged on the cylinder of the steam engine. The heating element ideally has a heating surface adapted to the warm zone of the cylinder in the mold. The warm zone can either be on a cylinder head and / or on a cylinder wall be arranged of the steam engine. The at least one cold zone is at a distance from the at least one warm zone, the position of the cold zone relative to the warm zone being dependent on and determined by the type of piston movement. The heating element adapted to the cylinder wall or the cylinder head in the mold achieves a direct and optimum heat transfer for producing the hot zone (s).

Für einen hohen Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Dampfmotors ist ein effektives Heizelement notwendig. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Heizelement ein Strahlungsbrenner. Dies ermöglicht eine Wärmeübertragung zu dem Zylinder in Form von Wärmeleitung und Wärmestrahlung. Damit wird eine besonders schnelle Aufheizung für die mindestens eine warme Zone erreicht. Gasbrenner sind als Hochleistungsbrenner bekannt und sind insbesondere auch als Strahlungsbrenner verfügbar. Sie bilden eine effiziente Wärmequelle für den erfindungsgemäßen Dampfmotor.For a high efficiency of the steam engine according to the invention, an effective heating element is necessary. In an advantageous embodiment of the invention, the heating element is a radiant burner. This allows heat transfer to the cylinder in the form of heat conduction and heat radiation. This achieves particularly rapid heating for the at least one warm zone. Gas burners are known as high-performance burners and are available in particular as radiant burners. They form an efficient heat source for the steam engine according to the invention.

Vorzugsweise weist der Strahlungsbrenner eine Brennermatte aus keramischen Fasern auf. Die Brennermatte kann beispielsweise durch eine solche gebildet sein, die unter der Marke CERAMAT^® auf dem Markt ist. Eine solche Brennermatte trägt sich selbst nahezu ohne sich durchzubiegen. Eine aufwändige Haltekonstruktion entfällt. Die Brennermatte lässt sich einfach an die Form der Zylinderwand oder des Zylinderkopfes anpassen. Dabei kann das durchströmende Gas bzw. das durchströmende Gas-Luftgemisch leicht durch die gesamte Mattenoberfläche dringen und dort als Flammenteppich abbrennen. Die Brennermatte ermöglicht einen sehr kompakten Strahlungsbrenner mit hoher Leistungsdichte. Ein derartiger externer Brenner ist in der sehr schadstoffarmen Ausführung als Keramikbrenner mit dem Motor und dem Zylinder in der heißen Zone zur internen momentanen Dampferzeugung verbunden.Preferably, the radiant burner comprises a burner mat of ceramic fibers. The burner mat may be formed for example by one that is branded CERAMAT ^® on the market. Such a burner mat wears itself almost without bending. An elaborate retaining construction is eliminated. The burner mat can be easily adapted to the shape of the cylinder wall or the cylinder head. In this case, the gas flowing through or the gas-air mixture flowing through can easily penetrate through the entire mat surface and burn off there as a flame carpet. The burner mat allows a very compact radiant burner with high power density. Such an external burner is connected in the very low-emission version as a ceramic burner with the engine and the cylinder in the hot zone for internal instantaneous steam generation.

Bei einer günstigen Variante des erfindungsgemäßen Dampfmotors weist das Heizelement mindestens zwei Brennerstufen auf. Mit einer ersten niedrigeren Brennerstufe kann die warme Zone erzeugt und auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden, wobei eine zweite höhere Brennerstufe zweckmäßigerweise kurzzeitig als Überhitzer zur schnelleren momentan Verdampfung des Arbeitsmediums eingesetzt werden kann.In a favorable variant of the steam engine according to the invention, the heating element has at least two burner stages. With a first lower burner stage, the warm zone can be generated and maintained at a certain temperature, with a second higher burner stage can be conveniently used as a superheater for faster instantaneous evaporation of the working medium for a short time.

Bei einer weiteren bevorzugten Variante der Erfindung weist zumindest die warme Zone ein Glaskeramikmaterial auf. Dazu kann ein entsprechendes Fenster an dem Zylinderkopf und/oder der Zylinderwand des Dampfmotors angeordnet sein oder der Zylinderkopf und/oder die Zylinderwand vollständig aus einem solchen Material hergestellt sein. Ein derartiges Glaskeramikmaterial ist beispielsweise unter der Marke CERAN^® bekannt.In a further preferred variant of the invention, at least the warm zone has a glass-ceramic material. For this purpose, a corresponding window can be arranged on the cylinder head and / or the cylinder wall of the steam engine, or the cylinder head and / or the cylinder wall can be made entirely of such a material. Such a glass-ceramic material is known, for example, under the brand Ceran ^®.

Glaskeramik hat eine hohe Durchlässigkeit für Wärmestrahlung, d. h. wie Glas eine geringe Dämpfungskonstante für elektromagnetische Wellen im infraroten Spektrum. Zudem besitzen sie eine glatte porenfreie Oberfläche und praktisch keine Wärmedehnung. Der größte Teil der Wärmeübertragung von dem Heizelement zu dem Arbeitsmedium im Bereich der warmen Zone geschieht in diesem Fall anstelle von Wärmeleitung durch Wärmestrahlung. Die von dem Heizelement ausgesandte Wärmestrahlung tritt durch das sehr wärmedurchlässige Glaskeramikmaterial ohne wesentlichen Wärmeverlust hindurch. Es wird somit kaum Wärme zu den Seiten, d. h. in Richtung der mindestens einen kalten Zone abgeleitet.Glass-ceramic has a high transmittance for heat radiation, d. H. Like glass, a low attenuation constant for electromagnetic waves in the infrared spectrum. In addition, they have a smooth pore-free surface and virtually no thermal expansion. The majority of the heat transfer from the heating element to the working medium in the region of the warm zone takes place in this case instead of heat conduction by thermal radiation. The heat radiation emitted by the heating element passes through the very heat-permeable glass-ceramic material without significant loss of heat. There is thus little heat to the sides, d. H. derived in the direction of at least one cold zone.

Nach der Expansion des Arbeitsmediums und der Kondensation des Arbeitsmediums in der kalten Zone im Dampfmotor beginnt dann der kompakte neu gestaltete Kreisprozess wieder von vorne. Dies führt zu beachtlichen Druckschwankungen des Arbeitsmediums im Dampfmotor als Voraussetzung für eine hohe Leistung bei hohem Wirkungsgrad. Der durch die Erfindung mögliche verkürzte Kreisprozess erlaubt in seiner kompakten Form die genaue Regelung von Temperatur bzw. Druck besonders vorteilhaft durch den mehrstufigen keramischen Strahlungsbrenner an der warmen Zylinderzone in Verbindung mit dem Zylinderkopf und/oder der Zylinderwand aus Glaskeramik. Dabei konzentrieren die Isolation der kalten und der warmen Zone voneinander und die Reflexion an einer von der warmen Zone abgewandten Rückseite des Strahlungsbrenners die Strahlungswärme im Inneren des Motorzylinders. Der Vorteil der Konstruktion des erfindungsgemäßen Dampfmotors besteht darin, dass das kondensierte Arbeitsmedium, für das vorzugsweise Wasser oder Alkohol verwendet ist, beim Übergang in die warme Zone durch momentane Dampferzeugung dank externer Verbrennung anschließend kräftig im Dampfmotor expandieren kann.After the expansion of the working medium and the condensation of the working medium in the cold zone in the steam engine then the compact newly designed cycle process starts again from the beginning. This leads to considerable pressure fluctuations of the working medium in the steam engine as a prerequisite for high performance with high efficiency. The shortened cycle process possible by the invention allows in its compact form the precise control of temperature or pressure particularly advantageous by the multi-stage ceramic radiant burner in the warm cylinder zone in conjunction with the cylinder head and / or the cylinder wall made of glass ceramic. The insulation of the cold and the warm zone from each other and the reflection at a remote from the warm zone back of the radiant burner concentrate the radiant heat inside the engine cylinder. The advantage of the construction of the steam engine according to the invention is that the condensed working medium, for which preferably water or alcohol is used, can then vigorously expand in the steam engine when passing into the warm zone by instantaneous steam generation thanks to external combustion.

Der Strahlungsbrenner mit der Brennermatte bildet insbesondere in Verbindung mit einer zylindrischen Zylinderwand aus Glaskeramikmaterial, an der die Brennermatte anschmiegend angeordnet ist, eine funktionelle Einheit mit sehr kurzer Aufheizzeit. Die Glaskeramikzylinderwand mit einem genau angepassten keramischen Strahlungsbrenner stellt ein Optimum für die heiße Zone eines integralen Dampfmotors nach dem verkürzten Clausius-Rankine-Zyklus dar, indem die Wärmestrahlung des Strahlungsbrenners durch den verwendeten Glaskeramikzylinder konzentriert ins Zylinderinnere gelangt, wobei die von der Zylinderwand abgewandte Rückseite des Strahlungsbrenners vorteilhafterweise wärmeisoliert sein kann.The radiation burner with the burner mat forms a functional unit with a very short heating time, in particular in conjunction with a cylindrical cylinder wall made of glass-ceramic material, on which the burner mat is arranged so that it snugly fits. The glass-ceramic cylinder wall with a precisely adapted ceramic radiant burner represents an optimum for the hot zone of an integral steam engine after the shortened Clausius-Rankine cycle by the heat radiation of the radiant burner through the glass-ceramic cylinder used concentrated enters the cylinder interior, the side facing away from the cylinder wall back of the Radiant burner can advantageously be thermally insulated.

Bei dem erfindungsgemäßen Dampfmotor kann dem Arbeitsmedium zusätzlich ein Schmiermittel beigemischt sein, wobei das Schmiermittel vorzugsweise Partikel aus Molybdändisulfit oder Titanoxid aufweist. Dies wirkt sich vorteilhaft auf eine effiziente Selbstschmierung und Dichtung des Kolbens gegenüber der Zylinderwand aus. Des weiteren können der Kolben und die Zylinderwand zur Optimierung beispielsweise noch mit Nanopartikeln des gleichen Materials beschichtet sein. In the steam engine according to the invention, the working medium may additionally be admixed with a lubricant, wherein the lubricant preferably comprises particles of molybdenum disulfite or titanium oxide. This has an advantageous effect on efficient self-lubrication and sealing of the piston with respect to the cylinder wall. Furthermore, the piston and the cylinder wall for optimization, for example, still be coated with nanoparticles of the same material.

Bei einer optimierten Variante der Erfindung weist der Zylinder außen eine Bypassleitung mit einer Einspritzpumpe auf, die der kalten Zone kondensiertes Arbeitsmedium entnimmt und der warmen Zone zuführt. Dabei kann das Arbeitsmedium mittels einer Düse fein zerstäubt gegen die warme Zone gerichtet in das Zylinderinnere eingespritzt werden. Durch diese Maßnahme wird das Arbeitsmedium schneller und gleichmäßiger verdampft und damit der Kolben optimal angetrieben.In an optimized variant of the invention, the cylinder on the outside of a bypass line with an injection pump, which takes the cold zone condensed working fluid and the warm zone feeds. In this case, the working medium can be injected by means of a nozzle finely atomized against the warm zone directed into the cylinder interior. By this measure, the working fluid is vaporized faster and more uniform and thus optimally driven the piston.

Eine weitergehende Verbesserung des Wirkungsgrades des erfindungsgemäßen Dampfmotors kann vorteilhafterweise dadurch erreicht werden, dass der Zylinder mindestens zwei seriell miteinander gekoppelte Kammern mit einer warmen und/oder einer kalten Zone aufweist, zwischen denen das Arbeitsmedium in einem Kreislauf geführt ist. Dabei können die Kammern auch als miteinander gekoppelte Zylinder ausgebildet sein, die jeweils mindestens einen in dem Zylinder beweglich geführten Kolben aufweisen.A further improvement in the efficiency of the steam engine according to the invention can advantageously be achieved in that the cylinder has at least two chambers coupled to each other in series with a warm and / or a cold zone, between which the working fluid is circulated. In this case, the chambers can also be designed as mutually coupled cylinders, each having at least one piston movably guided in the cylinder.

Der Vorteil einer solchen Ausführungsform besteht in der langen Expansion des verdampften Arbeitsmediums, das außer in der ersten Kammer bzw. dem ersten Zylinder zusätzlich noch in der zweiten Kammer bzw. dem zweiten Zylinder als weitere serielle Expansion bis zur vollständigen Kondensation des Arbeitsmediums ausgedehnt wird. Ein solcher kompakter integraler Dampfmotor bildet dank dem Strahlungsbrenner und der Glaskeramikzylinderwand die Basis für einen hochoptimierten Clausius-Rankine-Kreisprozess mit extrem schnellen Phasenübergängen. Dies bewirkt zum einen eine deutliche Steigerung von Leistung und Wirkungsgrad des Dampfmotors und zum anderen eine Verbesserung der Sicherheit, weil keine gefährliche Dampfmenge vorgehalten werden muss. Zudem verträgt der integrale erfindungsgemäße Dampfmotor problemlos auch gesättigten Wasserdampf. Der mindestens eine Zylinder des vorgeschlagenen Dampfmotors ist Momentandampferzeuger und Momentandampfkondensator zugleich.The advantage of such an embodiment is the long expansion of the vaporized working medium which, in addition to the first chamber or the first cylinder, is additionally expanded in the second chamber or second cylinder as further serial expansion until complete condensation of the working medium. Thanks to the radiant burner and the glass-ceramic cylinder wall, such a compact integral steam engine forms the basis for a highly optimized Clausius-Rankine cycle with extremely fast phase transitions. This causes on the one hand a significant increase in power and efficiency of the steam engine and on the other hand an improvement in safety, because no dangerous amount of steam must be kept. In addition, the integral steam engine according to the invention easily tolerates saturated steam. The at least one cylinder of the proposed steam engine is instantaneous steam generator and momentary steam condenser at the same time.

Bei einem erfindungsgemäßen Dampfmotor, der mehrere seriell miteinander gekoppelte Kammern bzw. Zylinder aufweist, in denen das Arbeitsmedium kreisförmig geführt ist, kann eine im Kreislauf zuletzt angeordnete Kammer eine warme Zone ohne Heizelement und eine zugeordnete kalte Zone oder ausschließlich eine kalte Zone aufweisen. Dort kann die weitere Expansion des verdampften Arbeitsmediums bis zur vollständigen Expansion mit anschließender Kondensation erfolgen.In a steam engine according to the invention, which has a plurality of serially coupled chambers or cylinders in which the working medium is guided in a circular manner, a chamber arranged last in the circulation can have a warm zone without a heating element and an associated cold zone or only a cold zone. There, the further expansion of the vaporized working medium can take place until complete expansion with subsequent condensation.

In allen Ausführungen lässt sich der vorgeschlagene erfindungsgemäße Dampfmotor sehr kostengünstig mit wenig bewegten Teilen als Hubkolben- oder als Drehkolben- bzw. Rotationskolbendampfmotor herstellen. Er eignet sich sowohl für kleine als auch für größere Anlagen. Aufgrund seiner hohen Leistungsdichte ist er auch hervorragend für Hybridantriebe in Kraftfahrzeugen einsetzbar, sowie für Blockheizkraftwerke zur Kraft-Wärme-Kopplung.In all versions, the proposed steam engine according to the invention can be produced very cost-effectively with little moving parts as reciprocating or rotary piston or rotary piston engine. It is suitable for both small and larger systems. Due to its high power density, it is also excellently suitable for hybrid drives in motor vehicles, as well as for combined heat and power plants for combined heat and power.

Prinzipiell kann der Zylinder des erfindungsgemäßen Dampfmotors bei der Ausführung als Hubkolbenmotor zu dem in dem Zylinder beweglich geführten Kolben anstelle des Zylinderkopfes einen ebenfalls beweglich geführten Gegenkolben aufweisen. Die warme Zone und die kalte Zone des Zylinders sind dann konstruktionsbedingt ausschließlich an der Zylinderwand angeordnet. Bei allen Ausführungsformen des vorgeschlagenen Dampfmotors kann das äußere Heizelement des Zylinders zum Erzeugen der warmen Zone feststehend oder umlaufend an der Zylinderwand vorgesehen sein.In principle, the cylinder of the steam engine according to the invention in the embodiment as a reciprocating engine to the piston movably guided in the cylinder instead of the cylinder head have a likewise movably guided opposed piston. The warm zone and the cold zone of the cylinder are then arranged by design exclusively on the cylinder wall. In all embodiments of the proposed steam engine, the outer heating element of the cylinder for generating the warm zone may be provided fixedly or circumferentially on the cylinder wall.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den Ansprüchen und der beigefügten Zeichnung. Die einzelnen Merkmale der Erfindung können für sich allein oder zu mehreren bei unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht sein. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to two embodiments shown in the drawing. Further features of the invention will become apparent from the following description of the embodiments of the invention in conjunction with the claims and the accompanying drawings. The individual features of the invention may be implemented on their own or in several different embodiments of the invention. Show it:

1 einen erfindungsgemäßen Dampfmotor als Hubkolbenmotor in schematischer Ansicht in Achsschnittdarstellung; und 1 a steam engine according to the invention as a reciprocating engine in a schematic view in axial section; and

2 einen erfindungsgemäßen Dampfmotor als Drehkolbenmotor in schematischer Ansicht in Querschnittsdarstellung. 2 a steam engine according to the invention as a rotary piston engine in a schematic view in cross-sectional view.

Die 1 zeigt in den 1a–1c einen als Hubkolbenmotor ausgebildeten erfindungsgemäßen Dampfmotor 1, mit einem Zylinder 2 und mit einem in dem Zylinder 2 beweglich geführten Kolben 3, der über eine Pleuelstange 4 mit einer Kurbelwelle 5 verbunden ist. Der Zylinder 2 weist einen Zylinderkopf 6 und eine Zylinderwand 7 auf, die thermisch voneinander isoliert sind. Die Mittel zur thermischen Isolierung sind nicht dargestellt. Der Dampfmotor 1 setzt die Volumenänderung eines im Zylinderinneren 8 zwischen dem Kolben 3 und dem Zylinderkopf 6 befindlichen Arbeitsmediums 9 über den axial verschiebbaren Kolben 3 in eine Drehbewegung an der Kurbelwelle 5 um.The 1 shows in the 1a - 1c a steam engine according to the invention designed as a reciprocating engine 1 , with a cylinder 2 and with one in the cylinder 2 movably guided piston 3 that's about a connecting rod 4 with a crankshaft 5 connected is. The cylinder 2 has a cylinder head 6 and a cylinder wall 7 which are thermally isolated from each other. The means for thermal insulation are not shown. The steam engine 1 sets the volume change of a cylinder inside 8th between the piston 3 and the cylinder head 6 located working medium 9 over the axially displaceable piston 3 in a rotational movement on the crankshaft 5 around.

In den Unteransichten 1a bis 1c ist der Dampfmotor 1 mit verschiedenen Kolbenstellungen und Volumina des Arbeitsmediums 9 abgebildet. Dabei befindet sich der Kolben 3 in der 1a an seinem oberen Totpunkt 10, bei der 1b auf seinem Weg zu seinem unteren Totpunkt 11 und bei der 1c nach dem Überwinden des unteren Totpunktes 11 mit Bewegungsrichtung zum oberen Totpunkt 10, in Zwischenstellung zwischen den beiden Totpunkten 10, 11. Eine Volumenvergrößerung des Arbeitsmediums 9 wird durch starkes örtliches Erwärmen des Arbeitsmediums 9 über die Verdampfungstemperatur im Bereich des Zylinderkopfes 6 bewirkt, wenn der Kolben 3, wie in der 1a abgebildet, im oberen Totpunkt 10 steht.In the lower views 1a to 1c is the steam engine 1 with different piston positions and volumes of the working fluid 9 displayed. This is the piston 3 in the 1a at its top dead center 10 , in the 1b on his way to his bottom dead center 11 and at the 1c after overcoming the bottom dead center 11 with direction of movement to top dead center 10 , in intermediate position between the two dead centers 10 . 11 , An increase in volume of the working medium 9 is due to strong local heating of the working medium 9 about the evaporation temperature in the area of the cylinder head 6 causes when the piston 3 , like in the 1a shown, at top dead center 10 stands.

Die Verdampfung des komprimierten kondensierten als Nebel vorliegenden Arbeitsmediums 9 wird dabei durch ein äußeres Heizelement 12 am Zylinderkopf 6 bewirkt. Bei dem Heizelement 12 handelt es sich um einen keramischen Strahlungsbrenner, der an dem Zylinderkopf 6 anliegend angeordnet ist. Der Zylinderkopf 6 ist aus Glaskeramikmaterial geformt, das für die Strahlung des Strahlungsbrenners 12 ohne wesentliche Verluste durchgängig ist. Der Raum, der bei im oberen Totpunkt 10 befindlichen Kolben 3 von der Stirnseite 13 des Kolbens 3, dem Zylinderkopf 6 und der Zylinderwand 7 begrenzt ist, bildet eine warme Zone 14 des Zylinders 2.The evaporation of the compressed condensed working medium present as a mist 9 is doing by an external heating element 12 on the cylinder head 6 causes. At the heating element 12 it is a ceramic radiant burner, which on the cylinder head 6 is arranged adjacent. The cylinder head 6 is formed of glass-ceramic material, which is responsible for the radiation of the radiant burner 12 without significant losses. The room at the top dead center 10 located piston 3 from the front side 13 of the piston 3 , the cylinder head 6 and the cylinder wall 7 is limited forms a warm zone 14 of the cylinder 2 ,

In der 1b ist die Expansion des Arbeitsmediums 9 abgebildet, die den Kolben 3 in Richtung der Kurbelwelle 5 bewegt. Auf dem Weg des Kolbens 3 zu dem unteren Totpunkt 11 hin expandiert das Arbeitsmedium 9 zunehmend, wobei der Kontakt mit einer Innenseite 15 der Zylinderwand 7 anwächst und in bei der in der 1 nicht abgebildeten Stellung des Kolbens 3 in dem unteren Totpunkt 11 ein Maximum erreicht. Dabei kühlt das Arbeitsmedium 9 an der gegenüber der warmen Zone 14 kühleren kalten Zone 16, die von der Innenseite 15 der Zylinderwand 7 gebildet ist, wie der 1c zu entnehmen ist, unter den Siedepunkt des Arbeitsmediums 9 ab. Das Arbeitsmedium 9 kondensiert dabei zu einem feinen Nebel mit reduziertem Volumen, so dass sich der Kolben 3 durch den Schwung der Kurbelwelle 5 und mit Unterstützung des äußeren Luftdrucks problemlos bis zu dem oberen Totpunkt 10 bewegt, wobei das Arbeitsmedium 9 verdichtet wird. Von da an beginnt der beschriebene, verkürzte Kreisprozess wieder von Neuem.In the 1b is the expansion of the working medium 9 pictured the piston 3 in the direction of the crankshaft 5 emotional. On the way of the piston 3 to the bottom dead center 11 The working medium is expanding 9 increasingly, being in contact with an inside 15 the cylinder wall 7 grows up and in at the in 1 not shown position of the piston 3 in the bottom dead center 11 reached a maximum. This cools the working medium 9 at the opposite of the warm zone 14 cooler cold zone 16 that from the inside 15 the cylinder wall 7 is formed, like that 1c can be seen below the boiling point of the working medium 9 from. The working medium 9 condenses into a fine mist with reduced volume, so that the piston 3 through the momentum of the crankshaft 5 and with the support of the outside air pressure easily up to the top dead center 10 moved, the working medium 9 is compressed. From then on, the described, shortened cycle begins again.

Die 2 zeigt in den 2a–2d einen als Drehkolbenmotor ausgebildeten erfindungsgemäßen Dampfmotor 1', mit einem Zylinder 2 und mit einem in dem Zylinder 2 beweglich, nämlich drehbar geführten Kolben 3', der exzentrisch in einem Zylinderinnern 8 rotiert. Der Kolben 3' ist als Rotationskolben mit einer im wesentlichen dreieckigen Querschnittsform, wie vom Wankelmotor her bekannt, ausgebildet. Der Rotationskolben 3' weist an seiner Umfangsfläche 17 drei leicht bogenförmig gekrümmte Abschnitte 18, auf, die mit einer Innenseite 15 der Zylinderwand 7 drei Kammern 19, 19', 19'' bilden. In den Kammern 19, 19', 19'' ist das Arbeitsmedium 9, ähnlich wie bei dem in der 1 gezeigten Hubkolbendampfmotor 1, eingeschlossen. Es läuft mit dem Rotationskolben 3' in dem Zylinder 2 um. Dargestellt ist das Arbeitsmedium 9 in einer der Kammern 19, beschrieben wird der Kreisprozess anhand dieser, mit der Drehung des Kolbens 3' umlaufenden Kammer 19. Das Arbeitsmedium 9 ist in den Kammern 19, 19', 19'' eingeschlossen, es findet kein Austausch mit anderen Kammern 19, 19', 19'' oder nach außen statt.The 2 shows in the 2a - 2d a rotary engine according to the invention designed as a steam engine 1' , with a cylinder 2 and with one in the cylinder 2 movable, namely rotatably guided piston 3 ' that is eccentric in a cylinder inside 8th rotates. The piston 3 ' is designed as a rotary piston with a substantially triangular cross-sectional shape, as known from Wankelmotor forth. The rotary piston 3 ' has on its peripheral surface 17 three slightly curved curved sections 18 , on, with an inside 15 the cylinder wall 7 three chambers 19 . 19 ' . 19 '' form. In the chambers 19 . 19 ' . 19 '' is the working medium 9 , similar to the one in the 1 shown reciprocating steam engine 1 , locked in. It runs with the rotary piston 3 ' in the cylinder 2 around. Shown is the working medium 9 in one of the chambers 19 , The circular process is described on the basis of this, with the rotation of the piston 3 ' circulating chamber 19 , The working medium 9 is in the chambers 19 . 19 ' . 19 '' included, there is no exchange with other chambers 19 . 19 ' . 19 '' or outward.

Die Zylinderwand 7 weist zwei aus einem Keramikmaterial geformte Zylinderwandfenster 20, 20' auf, an denen außen jeweils ein Heizelement 12 in Form eines keramischen Strahlungsbrenners angeordnet ist. Die Strahlungsbrenner 12 liegen an den Zylinderwandfenstern 20, 20' außen an, die auf der dem Zylinderinnern 8 zugeordneten Seite konkav gekrümmt ausgebildet sind. Der Raum, der von dem Abschnitt 18 des Rotationskolbens 3' und jeweils einem der Zylinderwandfenster 20, 20' begrenzt ist, bildet in diesem Fall zwei warme Zonen 14 des erfindungsgemäßen Dampfmotors 1'. In Umfangsrichtung zwischen den Zylinderwandfenstern 20, 20' sind an einer Innenseite 15 der Zylinderwand 7 kalte Zonen 16 angeordnet. Im Bereich der kalten Zonen 16 ist die Zylinderwand 7 außen ohne Strahlungsbrenner 12 ausgebildet. Durch diesen speziellen Aufbau folgt im Kreislauf des Kolbens 3' abwechselnd immer eine warme Zone 14 und dann einen kalte Zone 16.The cylinder wall 7 has two cylindrical wall windows formed of a ceramic material 20 . 20 ' on, on each of which outside a heating element 12 is arranged in the form of a ceramic radiant burner. The radiant burners 12 lie on the cylinder wall windows 20 . 20 ' outside, on the inside of the cylinder 8th associated side are concave curved. The space of the section 18 of the rotary piston 3 ' and each one of the cylinder wall windows 20 . 20 ' is limited forms in this case two warm zones 14 the steam engine according to the invention 1' , In the circumferential direction between the cylinder wall windows 20 . 20 ' are on an inside 15 the cylinder wall 7 cold zones 16 arranged. In the area of cold zones 16 is the cylinder wall 7 outside without radiant burner 12 educated. Due to this special construction follows in the cycle of the piston 3 ' alternately always a warm zone 14 and then a cold zone 16 ,

In den 2a–2d ist ein kompletter Arbeitszyklus des Dampfmotors 1' dargestellt, d. h. ein kompletten Umlauf des Rotationskolbens 3' in dem Zylinder 2. Die 2a zeigt das Arbeitsmedium 9 verdichtetet und kondensiert in der Kammer 19 am Zylinderwandfenster 20 aus Glaskeramikmaterial. Das Arbeitsmedium 9 wird an dieser ersten warmen Zone 14 verdampft. Es expandiert und treibt den Rotationskolben 3' an. In der 2b hat sich durch Drehung des Rotationskolbens 3' die Kammer 19 bis zu einer ersten kalten Zone 16 bewegt, an der das Arbeitsmedium kondensiert, bevor der Rotationskolben 3' die in der 2c gezeigte Stellung erreicht. In dieser Stellung gemäß 2c befindet sich das kondensierte Arbeitsmedium 9 an der zweiten warmen Zone 14 des Zylinders 3' mit dem Zylinderwandfenster 20', wo es erneut verdampft and anschließend in der darauf folgenden zweiten kalten Zone 16, wie der 2d entnehmbar, nochmals kondensiert, bevor es wieder zu der ersten warmen Zone 14 gelangt.In the 2a - 2d is a complete work cycle of the steam engine 1' represented, ie a complete circulation of the rotary piston 3 ' in the cylinder 2 , The 2a shows the working medium 9 condensed and condensed in the chamber 19 on the cylinder wall window 20 made of glass ceramic material. The working medium 9 will be at this first warm zone 14 evaporated. It expands and drives the rotary piston 3 ' at. In the 2 B has by rotation of the rotary piston 3 ' the chamber 19 up to a first cold zone 16 moves, where the working fluid condenses before the rotary piston 3 ' the in the 2c reached shown position. In this position according to 2c is the condensed working medium 9 at the second warm zone 14 of the cylinder 3 ' with the cylinder wall window 20 ' where it evaporates again and then in the second cold zone following 16 , again 2d Removable, condensed again before returning to the first warm zone 14 arrives.

Das in den Kammern 19, 19', 19'' eingeschlossene Arbeitsmedium 9 wird ähnlich wie bei dem Hubkolbendampfmotor 1 mittels Strahlung des Strahlungsbrenners 12 in den warmen Zone 14 verdampft und anschließend im Bereich der kalten Zonen 16 kondensiert. Durch die Expansion des Arbeitsmediums 9 beim Verdampfen wird der Rotationskolben 3' angetrieben. Bis der Rotationskolben 3' einmal komplett in dem Zylinderinnern 8 umgelaufen ist, wird das Arbeitsmedium 9 zweimal in Folge im Bereich der Zylinderwandfenster 20, 20' verdampft und anschließend wieder kondensiert. Die Wirkungsweise des Rotationskolbendampfmotors 1' entspricht im weiten Umfang dem des Hubkolbendampfmotors 1, jedoch mit verbesserter Leistung und optimiertem Wirkungsgrad. That in the chambers 19 . 19 ' . 19 '' enclosed working medium 9 becomes similar to the reciprocating steam engine 1 by radiation of the radiant burner 12 in the warm zone 14 evaporated and then in the area of cold zones 16 condensed. Due to the expansion of the working medium 9 during evaporation, the rotary piston 3 ' driven. Until the rotary piston 3 ' once completely inside the cylinder 8th is going to be the working medium 9 twice in a row in the area of the cylinder wall window 20 . 20 ' evaporated and then condensed again. The mode of operation of the rotary piston steam engine 1' corresponds to the extent of the Hubkolbendampfmotors 1 but with improved performance and optimized efficiency.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3001307 A1 [0006]

Claims

Steam engine ( 1 . 1' ), with at least one cylinder ( 2 ), with one in the cylinder ( 2 ) movably guided pistons ( 3 . 3 ' ) and with one in the cylinder ( 2 ) enclosed working medium ( 9 ), whereby the cylinder ( 2 ) at least one cold zone ( 16 ) and at least one warm zone ( 14 ) and the working medium ( 9 ) for driving the piston ( 3 . 3 ' ) at the warm zone ( 14 ) and at the cold zone ( 16 ) condenses, and wherein the movement of the piston ( 3 . 3 ' ) in the cylinder ( 2 ) the working medium ( 9 ) temporarily in contact with the cold and / or the warm zone, so that at least part of the working medium ( 9 ) alternately condenses and vaporizes and thereby the piston ( 3 . 3 ' ) drives.

Steam engine according to claim 1, characterized in that on the cylinder ( 2 ) an outer heating element ( 12 ) for creating the warm zone ( 14 ) is arranged.

Steam engine according to claim 1 or 2, characterized in that the heating element ( 12 ) one to the warm zone ( 14 ) has adapted heating surface.

Steam engine according to claim 2 or 3, characterized in that the heating element ( 12 ) is a radiant burner.

Steam engine according to claim 4, characterized in that the radiant burner ( 12 ) has a burner mat of ceramic fibers.

Steam engine according to one of the preceding claims 2 to 5, characterized in that the heating element ( 12 ) has at least two burner stages.

Steam engine according to one of the preceding claims, characterized in that at least the warm zone ( 14 ) has a glass ceramic material.

Steam engine according to one of the preceding claims, characterized in that the warm zone ( 14 ) and the cold zone ( 16 ) are thermally isolated from each other.

Steam engine according to one of the preceding claims, characterized in that the working medium ( 9 ) Is water or alcohol.

Steam engine according to one of the preceding claims, characterized in that the working medium ( 9 ) a lubricant is mixed.

Steam engine according to claim 10, characterized in that the lubricant comprises particles of molybdenum disulfite or titanium oxide.

Steam engine according to one of the preceding claims, characterized in that the cylinder ( 2 ) outside a bypass line with an injection pump, the cold zone ( 16 ) condensed working medium ( 9 ) and the warm zone ( 14 ) feeds.

Steam engine according to one of the preceding claims, characterized in that the cylinder ( 2 ) at least two serially coupled chambers ( 19 . 19 ' . 19 '' ) with a warm and / or a cold zone ( 14 . 16 ), between which the working medium ( 9 ) is circulated.

Steam engine according to claim 13, characterized in that the chambers ( 19 . 19 ' . 19 '' ) as coupled cylinders ( 2 ) are formed.

Steam engine according to claim 13 or 14, characterized in that a last-arranged in the circulation chamber ( 19 . 19 ' . 19 '' ) a warm zone ( 14 ) without heating element ( 12 ) and an associated cold zone ( 16 ), or that the chamber last arranged in the circuit ( 19 . 19 ' . 19 '' ) only a cold zone ( 16 ) having.