DE102012019040B4

DE102012019040B4 - Scrollmotor

Info

Publication number: DE102012019040B4
Application number: DE201210019040
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-08-14
Anticipated expiration: 2032-09-29
Also published as: DE102012019040A1

Abstract

Scrollmotor bestehend aus einem Scrollverdichter (1) und einem Scrollexpander (2), wobei beide Scrolleinheiten ein- oder mehrstufig ausgebildet sind, wobei der Luftstrom des Scrollverdichters (1) dem Scrollexpander (2) mittelbar über eine Brennkammer (3) zugeleitet ist, wobei der Luftstrom durch Verbrennung von Einsatzstoffen wie fossile Brennstoffe oder Wasserstoff in der Brennkammer (3) aufgeheizt wird, wobei der dem Scrollexpander (2) zugeleitete Gasstrom im Scrollexpander (2) in kinetische Energie umgesetzt und einer Antriebswelle (10) zugeführt wird, wobei die Scrolleinheiten miteinander kraftschlüssig verbunden sind.

Description

Stand der Technik
Es sind Scrollverdichter bzw. Spiralkompressoren bekannt. Sie sind 1905 von Leon Creux erfunden worden und arbeiten nach dem Verdrängerprinzip.
Der Scrollverdichter besteht aus zwei ineinander verschachtelten Spiralen, von denen eine stationär ist und die andere über einen Exzenterantrieb auf einer kreisförmigen Bahn bewegt wird. Dabei berühren sich die Spiralen mehrfach und bilden innerhalb der Windungen mehrere bei der Bewegung ständig kleiner werdende Kammern. Dadurch wird das zu pumpende Gas außen angesaugt, zwischen den Spiralen verdichtet und über einen Auslass in der Spiralenmitte ausgestoßen.
Außerdem sind Spiralanordnungen bekannt, die nach dem umgekehrten Prinzip als Spiralexpander arbeiten.
Aus der Druckschrift EP 1717413 A1 ist der nächstliegende Stand der Technik bekannt.
Die Druckschrift zeigt jedoch noch nicht sämtliche patentrelevanten Merkmale.
Aus der Druckschrift DE 10 2005 013 510 A1 , ist eine Spiraltyp-Fluidmaschine bekannt, die sowohl im Kompressionsmodus als auch im Expansionsmodus betrieben werden kann.
Beim Betrieb im Expansionsmodus wird der Fluiddruck während der Expansion in kinetische Energie umgesetzt und als mechanische Energie ausgegeben. Beim Betrieb im Kompressionsmodus muss Energie zugeführt werden.
Auch diese Druckschrift zeigt nicht alle patentrelevanten Merkmale
Außerdem sind an Verbrennungsmotoren unterschiedliche Ladevorrichtungen bekannt. So gibt es auch Ladevorrichtungen, die auch mit einem Scrollverdichter arbeiten.
Diese werden als Spiralkompressoren in den Druckschriften DE 10 2011 103 165 A1 , DE 10 2007 043 595 B4 oder EP 0 899423 A1 beschrieben. Diese Ladevorrichtungen unterstützen einen herkömmlichen Verbrennungsmotor mit komprimierter Ladeluft.
Aufgabenstellung der Erfindung und Lösung
Die 1 und 2 zeigen den erfindungsgemäßen Scrollmotor
Mit dem erfindungsgemäßen Scrollmotor soll ein neuer thermischer und kontinuierlich arbeitender Antrieb vorgeschlagen werden, der universal als Drehantrieb einsetzbar ist. Bei Betrieb mit Gas oder Öl kann der Scrollmotor der Klasse „ungewöhnliche Bauarten von Verbrennungsmotoren” zugeordnet werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Ein Scrollverdichter (Spiralkompressor) wird mit einem Scrollexpander (Spiralexpander) kombiniert, wobei zwischen den beiden Scrolleinheiten eine Brennkammer angeordnet ist, in welcher sich durch den Scrollverdichter vorgespannte Luft durch Energiezufuhr zusätzlich aufgeheizt durch dem Scrollexpander zugeführt wird.
In den Unteransprüchen sind weitere Ausbildungen des Gegenstands nach Anspruch 1 behandelt.
Beschreibung des Funktionsprinzips:

• Der Scrollverdichter (1) saugt über den Einlass (4) den Einsatzstoff Luft an. Dieses Gas wird im Scrollverdichter (1) verdichtet und am Gasauslass (5) der Brennkammer (3) zugeführt.
• In der Brennkammer (3) wird das verdichtete Gas Durch direkte Verbrennung von Brenngas/Öl aufgeheizt und dann als hochgespanntes Gas über den Einlass (7) zur Spiralenmitte (8) des Scrollexpanders (2) zugeleitet.
• Im Scrollexpander (2) wird durch die Expansion der heißen Gase thermische Energie in kinetische Energie umgesetzt. Das hierbei erzeugte Drehmoment wird auf die Welle (10) übertragen, die andere Maschinen antreiben kann.
• Der im Scrollexpander (2) durch Expansion abgekühlte Gasstrom wird am Gasauslass (9) ausgeleitet.

Der Scrollverdichter (1) und Scrollexpander (2) sind kraftschlüssig miteinander verbunden, z. B. über eine gemeinsame Antriebswelle (10).
Der Scrollverdichter (1) und Scrollexpander (2) können zur Erzielung einer höheren Gasverdichtung bzw. Gasentspannung mehrstufig ausgelegt sein.
Ausführungsbeispiel Scrollmotor für den Einsatz als Kleinkraftwerk.
Im 3 ist ein Ausführungsbeispiel des Scrollmotors für den Einsatz als Kleinkraftwerk z. B. für ein Eineinfamilienhaus dargestellt.
Arbeitsweise:

• Der Scrollmotor führt hierbei die erzeugte mechanische Energie über die Antriebswelle (10) einem Elektrogenerator (15) zu.
• Das abgekühlte jedoch noch heiße Abgas des Scrollexpanders (2) wird über den Gasauslaß (9) einem Wärmespeicher (12) zugeleitet. Die thermische Energie des Abgases wird über den Wärmetauscher (13) dem Wärmespeicher zugeführt. Über weitere Wärmetauscher (14) kann z. B. ein Einfamilienhaus mit Warmwasser und Heizwärme versorgt werden.

Vorteile:

• Energiegewinnung erfolgt sehr leise und vibrationsarm
• Hoher Wirkungsgrad bei der Erzeugung elektrischer Energie
• Schnelle Kostenamortisation

Ausführungsbeispiel Scrollmotoreinsatz als Flugmotor
In 4 ist der Einsatz des Scrollmotors als Flugmotor dargestellt. Bei diesem Einsatz ist die Luftschraube (17) vor dem Lufteinlass (4) auf der Antriebswelle (10) angeordnet. In die Brennkammer (3) wird ähnlich wie bei einer Gasturbine kontinuierlich Treibstoff zur Verbrennung zugeführt, wobei sich wie bei einer Gasturbine ein vibrationsarmer Betrieb einstellt. Zudem ist auch ein Betrieb mit Hochtemperatur-Wärmetauscher in der Brennkammer (3) vorgesehen.
Vorteile:

• Der Einsatz des Scrollmotors ermöglicht einen sehr leisen Flugbetrieb
• Als Kraftstoff kann auch preiswertes Öl oder Kerosin zum Einsatz kommen
• Es wird ein deutlich geringerer Kraftstoffverbrauch und kostengünstigerer Betrieb als bei der Gasturbine erwartet.
• Es können auch Schadstofffilter (Rußpartikelfilter) zum Einsatz kommen
• Bei Betrieb mit Hochtemperatur-Wärmetauscher in der Brennkammer arbeitet der Motor schadstofffrei.

Bezugszeichenliste

1: Scrollverdichter (Spiralkompressor)
2: Scrollexpander (Spiralexpander)
3: Brennkammer
4: Lufteinlass Scrollverdichter
5: Luftauslass Scrollverdichter (verdichtete Luft)
6: Energiezufuhr für Brennkammer (Gas, Öl, Wärmetauscher)
7: Hochgespannter Gasstrom für Einlass Scrollexpander
8: Zentrum Scrollexpander
9: Gasauslass
10: Arbeitswelle
12: Wärmespeicher (Wasserkessel)
13: Niedertemperatur-Wärmetauscher
14: Wärmeenergie-Ausleitung über Wärmetauscher
15: Elektrogenerator
16: Abgriff elektrischer Energie
17: Luftschraube

Claims

Scrollmotor bestehend aus einem Scrollverdichter (1) und einem Scrollexpander (2), wobei beide Scrolleinheiten ein- oder mehrstufig ausgebildet sind, wobei der Luftstrom des Scrollverdichters (1) dem Scrollexpander (2) mittelbar über eine Brennkammer (3) zugeleitet ist, wobei der Luftstrom durch Verbrennung von Einsatzstoffen wie fossile Brennstoffe oder Wasserstoff in der Brennkammer (3) aufgeheizt wird, wobei der dem Scrollexpander (2) zugeleitete Gasstrom im Scrollexpander (2) in kinetische Energie umgesetzt und einer Antriebswelle (10) zugeführt wird, wobei die Scrolleinheiten miteinander kraftschlüssig verbunden sind.
Scrollmotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Abgasstrom des Scrollexpanders (2) einem Niedertemperatur-Wärmetauscher (13) für die Erzeugung von Heizwärme und Warmwasser, zugeführt ist
Verwendung des Scrollmotors nach einem der vorherigen Ansprüche für Flugmotoren, Stromerzeugung, Landfahrzeuge, Gebläse, Pumpen oder, um Elektromotoren zu ersetzen.