DE102016009216A1 - Wärmekraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Eine Wärmekraftmaschine ist mit zwei Kammern versehen, in denen jeweils ein rotierbarer Kolben angeordnet ist. Beide Kolben sind mit einer gemeinsamen Welle verbunden. Ein erstes Fluid strömt durch einen ersten Fluideinlass in die erste Kammer, wird mittels des ersten Kolbens in der ersten Kammer verdichtet und erwärmt sich dabei. Ein zweites Fluid strömt durch einen Zugangskanal der ersten Kammer zum ersten Fluid und bildet mit diesem ein entzündbares Fluidgemisch. Das Fluidgemisch wird mittels eines Zündelements gezündet, wobei die dadurch freigesetzte Energie den ersten Kolben antreibt. Das entzündete Fluidgemisch strömt aus einem ersten Fluidauslass aus der ersten Kammer heraus und durch einen zweiten Fluideinlass in eine erste Teilkammer der zweiten Kammer hinein. Dort treibt das Fluidgemisch den zweiten Kolben an, bevor das Fluidgemisch durch einen zweiten Fluidauslass aus der ersten Teilkammer der zweiten Kammer strömt. Die zweite Kammer weist eine zweite Teilkammer auf, wobei durch eine Zugangsöffnung der zweiten Kammer ein drittes Fluid in die zweite Teilkammer hinein strömt und wobei durch eine Ausgangsöffnung der zweiten Kammer das dritte Fluid aus der zweiten Teilkammer heraus strömt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftmaschine, die eine erste Kammer und eine zweite Kammer aufweist.
  • Aus dem Stand der Technik sind Rotationskolbenmotoren als Wärmekraftmaschinen bekannt, die eine erste Kammer mit einem ersten rotierbaren Kolben aufweisen, wobei der erste Kolben mit einer Welle verbunden ist. Ein erstes Fluid wird durch einen ersten Fluideinlass in die erste Kammer eingeleitet und mittels der Drehbewegung des ersten Kolbens verdichtet. Dabei erwärmt sich das erste Fluid. In das verdichtete erste Fluid wird ein zweites Fluid derart eingebracht, dass beide Fluide ein entzündliches Fluidgemisch bilden, das mittels Zündkerzen gezündet wird, die in der Kammer angeordnet sind. Das Fluidgemisch dehnt sich daraufhin aus und treibt den ersten Kolben an. Üblicherweise wird diese Ausgestaltung auch als Wankelmotor bezeichnet.
  • Darüber hinaus sind Weiterentwicklungen von Rotationskolbenmotoren der oben genannten Art bekannt, bei denen das Fluidgemisch nach dem Zündvorgang durch eine Vielzahl von Kammern mit jeweils einem rotierbaren Kolben strömt, wobei sämtliche Kolben mit einer gemeinsamen Welle verbunden sind.
  • Bei den vorbekannten Ausführungsformen der oben genannten Art bleibt jedoch die Energie des gezündeten Fluidgemischs zu einem großen Teil ungenutzt, so dass die bekannten Ausführungsformen nur einen ungenügedenen Wirkungsgrad aufweisen.
  • Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen und eine Wärmekraftmaschine sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmekraftmaschine zu entwickeln, die einen verbesserten Wirkungsgrad für die Nutzung der freiwerdenden Energie des sich ausdehnenden Fluidgemischs aufweisen.
  • Die Aufgabe wird mit einer Wärmekraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dieser sieht eine Wärmekraftmaschine vor mit einer ersten Kammer, in der ein erster rotierbarer Kolben angeordnet ist, der mit einer Welle verbunden ist, wobei die erste Kammer versehen ist mit einem ersten Fluideinlass für ein erstes Fluid, das durch die Bewegung des ersten Kolbens verdichtbar ist, einem Zuführkanal mit mindestens einem Einspritzventil für ein zweites Fluid zur Bildung eines entzündlichen Fluidgemisches aus dem zweiten Fluid und dem verdichteten ersten Fluid, mindestens einem Zündelement, mittels dessen das entzündliche Fluidgemisch entzündbar ist, und einem ersten Fluidauslass der ersten Kammer für das entzündete Fluidgemisch, wobei eine zweite Kammer vorgesehen ist mit einem zweiten rotierbaren Kolben, der mit der Welle verbunden ist, wobei die zweite Kammer mit einem zweiten Fluideinlass, der mit dem ersten Fluidauslass der ersten Kammer verbunden ist, und einem zweiten Fluidauslass für das Fluidgemisch versehen ist, wobei in der zweiten Kammer eine Zugangsöffnung für ein drittes Fluid und eine Ausgangsöffnung für das dritte Fluid ausgebildet sind.
  • Überdies wird die Aufgabe mit einem Verfahren gelöst zum Betreiben einer Wärmekraftmaschine mit einer ersten Kammer mit einem in der ersten Kammer rotierbar angeordneten ersten Kolben und einer zweiten Kammer mit einem in der zweiten Kammer rotierbar angeordneten zweiten Kolben, wobei ein erstes Fluid in der ersten Kammer verdichtet und dabei erwärmt wird, wobei in das verdichtete erste Fluid ein zweites Fluid eingebracht wird, so dass sich das zweite Fluid mit dem ersten Fluid zu einem entzündlichen Fluidgemisch vermischt, wobei das entzündliche Fluidgemisch entzündet wird und die dabei frei werdende Energie den ersten Kolben antreibt,
    wobei das gezündete Fluidgemisch danach aus der ersten Kammer in eine erste Teilkammer der zweiten Kammer fließt und den zweiten Kolben antreibt, wobei das gezündete Fluidgemisch danach aus der ersten Teilkammer der zweiten Kammer ausströmt und wobei ein drittes Fluid durch eine zweite Teilkammer der zweiten Kammer fließt, während das gezündete Fluidgemisch durch die erste Teilkammer der zweiten Kammer fließt.
  • Der Erfindung liegt die Grundidee zugrunde, dass die Energie des frei werdenden Fluidgemischs nicht ausreicht, um den zweiten Kolben der zweiten Kammer entlang einer vollen Umdrehung anzutreiben. Stattdessen wird die Energie des Fluidgemischs im Wesentlichen nach einer halben Umdrehung des Kolbens auf diesen übertragen, so dass das das Fluidgemisch anschließend aus der Kammer ausgeleitet werden kann. Das Fluidgemisch bewegt sich somit lediglich in einem Teilbereich der nachgeordneten Kammer, nämlich einer ersten Teilkammer. In jenem Bereich der zweiten Kammer, durch den das Fluid nicht strömt, nämlich in einer zweiten Teilkammer, erfolgt durch die Drehbewegung des zweiten Kolbens eine Verdichtung des dort befindlichen Fluids. Dadurch wird der Antrieb des Kolbens gehemmt. Dies senkt den Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschine beträchtlich.
  • Indem in der zweiten Kammer die Zugangsöffnung und die Ausgangsöffnung für das dritte Fluid vorgesehen ist, kann dieses bei Bedarf in die zweite Teilkammer eingesaugt oder aus dieser an die Umgebung abgegeben werden. Zu diesem Zweck sind die Zugangsöffnung und die Ausgangsöffnung derart angeordnet, dass bei der Rotationsbewegung des zweiten Kolbens keine Kompression des dritten Fluids erfolgt, sondern dass das dritte Fluid stattdessen aus der zweiten Teilkammer der zweiten Kammer ausströmen kann. Auf diese Weise wird die Drehbewegung des Kolbens und der Welle nicht mehr gehemmt und der Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschine erhöht.
  • Da in der zweiten Kammer keine Ansaugung und Verdichtung zum Antrieb des zweiten Kolbens nötig sind, aber der zweite Kolben sich dreht, muss an der zweiten Kammer eine Ausgangsöffnung angebracht werden, um das angesaugte dritte Fluid ausströmen zu lassen. Bei der Zugangsöffnung wird das dritte Fluid ganz normal angesaugt.
  • Vorzugsweise ist der Querschnitt der ersten und/oder der zweiten Kammer oval, insbesondere elliptisch geformt, um eine einfache Drehbewegung des ersten Kolbens und/oder des zweiten Kolbens in der jeweiligen Kammer zu ermöglichen.
  • Die Welle und/oder der erste Kolben und/oder der zweite Kolben können exzentrisch gelagert sein, so dass Rotationsachsen des ersten Kolbens und des zweiten Kolbens während einer Drehbewegung räumlich veränderlich sind.
  • Der erste Kolben und/oder der zweite Kolben können eine im Querschnitt mehreckige, insbesondere dreieckige Form aufweisen. Auf diese Weise können mehrere Bereiche innerhalb einer Kammer ausgebildet werden, die wechselseitig gegeneinander fluiddicht abgedichtet sind. Damit können in jedem der Bereiche während der Drehbewegung des Kolbens unterschiedliche Phasen der Wärmekraftmaschine durchlaufen werden.
  • Vorzugsweise ist das erste Fluid Luft, insbesondere Luft, die aus einem dem ersten Fluideinlass vorgeschalteten Wärmetauscher zuführbar ist.
  • Um günstige Verbrennungseigenschaften für das Fluidgemisch zu erhalten, ist das zweite Fluid vorzugsweise ein Brennstoff. Insbesondere kann das zweite Fluid Benzin, Diesel, Kerosin, Ethanol und/oder Biogas sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das zweite Fluid Komponenten aus Wasser oder Wasserstoff aufweisen. Dabei kann vorzugsweise der für die Verbrennung des Fluidgemischs benötigte Wasserstoff durch eine Zerlegung der Komponenten des zweiten Fluids herstellbar sein.
  • Das dritte Fluid kann Luft sein, so dass das dritte Fluid durch die Ausgangsöffnung an die Umgebung abgegeben werden kann, ohne aus Umweltschutzgründen auf Filter angewiesen zu sein.
  • In der ersten Kammer können stromab des Zuführkanals mindestens zwei Elektroden derart angeordnet sein, dass sie vom Fluidgemisch umströmbar sind. Insbesondere können hierzu zwei Litzen, vorzugsweise aus Kupfer, verwendet werden. Auf diese Weise kann beispielsweise Wasser als zweites Fluid mittels Elektrolyse zu Wasserstoff gespalten werden, so dass anschließend Wasserstoff als Brennstoff vorliegt. Zu diesem Zweck können die Elektroden mit Gleichsstrom beaufschlagbar sein.
  • Zur Unterstützung der Zerlegung des Brennstoffs und/oder zur Unterstützung des Verbrennungsvorgangs ist vorzugsweise im Bereich des Zuführkanals der ersten Kammer mindestens eine Beschichtung als Katalysator vorgesehen. Die Beschichtung kann aus Gold, Kupfer, seltenen Erden und/oder Marmor bestehen.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung ist die Zugangsöffnung neben und stromab des zweiten Fluidauslasses angeordnet. Die Begriffe ”stromab” und ”stromauf” beziehen sich im Sinne der Erfindung auf die Drehrichtung des Kolbens, wobei die Fluide ebenfalls in diese Richtung strömen. Zusätzlich oder alternativ dazu ist vorzugsweise der zweite Fluideinlass neben und stromab der Ausgangsöffnung angeordnet. Auf diese Weise bewegt sich das entzündete Fluidgemisch in der zweiten Kammer innerhalb der ersten Teilkammer, während das dritte Fluid in der zweiten Teilkammer der zweiten Kammer strömt, wobei beide Teilkammern zu jeder Zeit fluiddicht gegeneinander abgedichtet sind. Es kommt daher zu keinem Vermischen des entzündeten Fluidgemischs und des dritten Fluides. Dadurch wird das dritte Fluid nicht kontaminiert und kann beispielweise ohne die Verwendung zusätzlicher Filter in die Umgebung geleitet werden.
  • Aus dem vorgenannten Grund kann das erfindungsgemäße Verfahren in einer Weiterentwicklung vorsehen, dass das dritte Fluid durch eine Zugangsöffnung in die zweite Teilkammer der zweiten Kammer einströmt und durch eine Ausgangsöffnung aus dieser ausströmt.
  • Um eine effiziente Versorgung der zweiten Kammer mit dem dritten Fluid zu gewährleisten, kann das dritte Fluid in die zweite Kammer mittels des zweiten Kolbens der zweiten Kammer durch die Zugangsöffnung der zweiten Kammer angesaugt werden.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert ist. Dabei zeigen:
  • 1 den Aufbau einer ersten Kammer der erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine in einer ersten Arbeitsphase in einem skizzierten Querschnitt;
  • 2 die erste Kammer in einer zweiten Arbeitsphase;
  • 3 die erste Kammer in einer dritten Arbeitsphase;
  • 4 die erste Kammer in einer vierten Arbeitsphase;
  • 5 eine schematische Skizze der Zufuhr eines ersten Fluids zur ersten Kammer;
  • 6 eine zweiten Kammer der Wärmekraftmaschine und
  • 7 eine schematische Skizze der erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine mit der ersten und zweiten Kammer.
  • In 1 ist in einem schematischen Querschnitt der Aufbau einer ersten Kammer 11 in einem ersten Gehäuse 12 einer erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine 10 skizziert. An einer in 1 gezeigten oberen Oberfläche 13 des ersten Gehäuses 12 ist auf der rechten Seite ein erster Fluideinlass 14 als Bohrung durch das erste Gehäuse 12 angeordnet. Links daneben ist ein erster Fluidauslass 15, ebenfalls als Bohrung durch das erste Gehäuse 12 ausgestaltet, vorgesehen. Entgegengesetzt zum ersten Fluideinlass 14 und zum ersten Fluidauslass 15 an der oberen Oberfläche 13 ist auf einer in 1 gezeigten unteren Oberfläche 16 ein Zuführkanal 17 als Bohrung durch das erste Gehäuse 12 ausgebildet. Im Zuführkanal 17 ist ein Einspritzventil 18 angeordnet. Der erste Fluideinlass 14, der erste Fluidauslass 15 und der Zuführkanal 17 münden jeweils in die zentral im ersten Gehäuse 12 angeordnete erste Kammer 11.
  • Gemäß 1 ist an der Innenwandung des ersten Gehäuses 12 links und stromabwärts neben dem Zuführkanal 17 ein Zündelement 21 angeordnet, das in der dargestellten Ausführungsform eine Zündkerze ist und in 1 als Strich skizziert ist. Benachbart zur Zündkerze 21 ist ein Elektrodenpaar 22, in diesem Ausführungsbeispiel ein Litzenpaar aus Kupfer, vorgesehen, das insbesondere mit Gleichstrom beaufschlagbar ist. Im Bereich der Zündkerze 21 und des Litzenpaares 22 ist die Innenwandung des ersten Gehäuses 12 mit einer Beschichtung 23 versehen, die Komponenten von Gold, Kupfer, seltenen Erden und/oder Marmor aufweist und daher insbesondere als Katalysator dient, worauf weiter unten eingegangen wird. In den 1 bis 5 und 7 ist die Beschichtung 23 gestrichelt dargestellt.
  • Innerhalb der ersten Kammer 11 ist ein im Uhrzeigersinn drehbarer, im Querschnitt dreieckförmiger erster Kolben 19 mit konvex geformten Seitenflächen vorgesehen und an einer exzentrisch gelagerten Welle 20 angeordnet. Die Rotationsachse R des ersten Kolbens 19 ist daher räumlich veränderlich. Die erste Kammer 11 ist im Querschnitt der 1 elliptisch ausgeformt, so dass die Ecken des ersten Kolbens 19 stets in Kontakt mit dem ersten Gehäuse 12 sind. Aufgrund der dreieckigen Ausgestaltung des ersten Kolbens 19 in der elliptischen ersten Kammer 11 wird die erste Kammer 11 in drei gegeneinander fluiddicht abgedichtete Bereiche 25, 27, 28 unterteilt.
  • Im Folgenden wird ein Arbeitsgang der ersten Kammer 11 mit vier Arbeitsphasen anhand der 1 bis 4 beschrieben: 1 zeigt die erste Arbeitsphase. Die Rotationsachse R des ersten Kolbens 19 ist exzentrisch nach links verschoben, so dass ein erstes Fluid 24, beispielsweise auf 400°C bis 450°C erwärmte Luft, durch den ersten Fluideinlass 14 in den ersten Bereich 25 der ersten Kammer 11 angesaugt wird. Das erste Fluid 24 ist in den 1 bis 4 als punktierte Fläche dargestellt. Das Einspritzventil 18 ist derart geschlossen, dass der Zuführkanal 17 gegenüber der ersten Kammer 11 fluiddicht abgedichtet ist.
  • Infolge der weiteren Drehung des ersten Kolbens 19 im Uhrzeigersinn verlagert sich dessen Rotationsachse R nach rechts im Wesentlichen ins Zentrum der ersten Kammer 11, wodurch der erste Bereich 25 mit dem angesaugten ersten Fluid 24 insbesondere gegenüber dem ersten Fluideinlass 14 fluiddicht abgedichtet ist und das Volumen des ersten Fluids 24 durch die Drehbewegung des ersten Kolbens 19 komprimiert wird. Diese zweite Arbeitsphase ist in 2 dargestellt.
  • Bei weiterer Drehung des ersten Kolbens 19 wird die Kompression des ersten Fluids 24 so lange fortgesetzt, bis das erste Fluid 24 in der dritten Arbeitsphase eine in 3 gezeigte maximale Kompression aufweist. Das erste Fluid 24 befindet sich demgemäß im ersten Bereich 25 im unteren Teil der ersten Kammer 11, insbesondere im Bereich des Zuführkanals 17, der mit dem bisher noch geschlossenen Einspritzventil 18 versehen ist. Aufgrund der raschen Kompression des ersten Fluids 24 erhöht sich dessen Temperatur auf ca. 1000°C bis 1350°C. Zum Zeitpunkt der maximalen Kompression des ersten Fluids 24 öffnet sich das Einspritzventil 18, wodurch ein zweites Fluid 26 in das komprimierte Volumen des ersten Fluids 24 im ersten Bereich 25 eingespritzt wird. Das zweite Fluid 26 ist beispielsweise Brennstoff, insbesondere Benzin, Diesel, Kerosin, Ethanol und/oder Biogas, wobei alternativ oder zusätzlich dazu das zweite Fluid 26 Komponenten aus Wasser/Wasserstoff aufweisen kann.
  • Das erste Fluid 24 bildet mit dem eingespritzten zweiten Fluid 26 ein entzündliches Fluidgemisch 27, das nach weiterer Drehung des ersten Kolbens 19 mittels der Zündkerze 21 gezündet wird. Dadurch dehnt sich das Fluidgemisch 27 rasch aus und bewirkt ein Drehmoment auf den ersten Kolben 19 im Uhrzeigersinn. Der erste Kolben 19 wird angetrieben, wobei sich gleichzeitig das gezündete Fluidgemisch 27 entspannt.
  • 4 zeigt die vierte Arbeitsphase der Wärmekraftmaschine 10. Die Rotationsachse R des ersten Kolbens 19 ist nach rechts verschoben, so dass der erste Fluidauslass 15 gegenüber dem ersten Bereich 25 freigegeben ist. Somit strömt nach weiterer Drehung des ersten Kolbens 19 das gezündete und sich ausdehnende Fluidgemisch 27 im ersten Bereich 25 durch den ersten Fluidauslass 15 aus der ersten Kammer 11 heraus.
  • Wird als zweites, eingespritztes Fluid 26 Wasser verwendet, findet aufgrund der hohen Temperatur des komprimierten ersten Fluids 24 eine Zerlegung des eingespritzten Wassers 26 zu Wasserstoff und Sauerstoff statt, was üblicherweise als Thermolyse bezeichnet wird. Durch die mit Gleichstrom beaufschlagten Litzen 22 wird die Zerlegung des Wassers mittels elektrischer Energie zusätzlich unterstützt, wobei dann gängigerweise von einer Hochtemperatur-Elektrolyse gesprochen wird. Die Beschichtung 23 der ersten Kammer 11 im Bereich des Zuführkanals 17 dient als Katalysator bei der Zerlegung und unterstützt diesen Vorgang zusätzlich, so dass dessen Wirkungsgrad optimiert wird. Durch die anschließende Zündung mittels der Zündkerze 21 reagiert der Wasserstoff mit dem Sauerstoff wieder zu Wasser in einer exothermen Reaktion, was zu der bereits erwähnten Ausdehnung des gezündeten Fluidgemischs 27 führt, die den ersten Kolben 19 antreibt.
  • Durch die dreieckige Ausgestaltung des ersten Kolbens 19 finden die vorstehend beschriebenen Arbeitsphasen für alle der drei Bereiche 25, 28, 29 phasenversetzt statt. Beispielsweise wird gemäß 3 die Ansaugphase des zweiten Bereichs 27 eingeleitet, während im ersten Bereich 25 das erste Fluid 24 bereits maximal komprimiert ist.
  • 5 zeigt eine mögliche Ausgestaltung der Zufuhr von erwärmter Luft als erstes Fluid 24 zum ersten Fluideinlass 14 der Wärmekraftmaschine 10, von der nur das erste Gehäuse 12 dargestellt ist. Ein Ventilator 30 saugt beispielsweise warme Luft 31 von einem (nicht dargestlelten) Motor an und führt diese einem Kühlwassertauscher 32 zu, dessen Abwärme die Luft 31 auf ca. 80°C erwärmt. Danach wird die warme Luft 31 einem Abgaswärmetauscher 33 zugeführt, wodurch die warme Luft 31 auf ca. 400°C bis 450°C weiter aufgeheizt und dann dem ersten Fluideinlass 14 der ersten Kammer 11 zugeführt wird. Danach folgen die bereits beschriebenen Arbeitsphasen gemäß den 1 bis 4.
  • 6 zeigt ein zweites Gehäuse 34 der erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine 10 mit einer zweiten Kammer 35, in der ein zweiter Kolben 36 angeordnet ist. Der zweite Kolben 36 weist die gleiche Form auf wie der erste Kolben 19 der ersten Kammer 11 (s. 1) und ist insbesondere an der gleichen exzentrisch gelagerten Welle 20 angeordnet. Der zweite Kolben 36 ist wie der erste Kolben 19 im Uhrzeigersinn in der zweiten Kammer 35 drehbar gelagert.
  • An einer unteren Oberfläche 37 des zweiten Gehäuses 34 ist auf der linken Seite ein zweiter Fluideinlass 38 angeordnet, wobei diesem im Wesentlichen gegenüberliegend an einer oberen Oberfläche 39 des zweiten Gehäuses 34 ein zweiter Fluidauslass 40 vorgesehen ist. Auf der rechten Seite des zweiten Gehäuses 34 ist an der oberen Oberfläche 39 rechts neben dem zweiten Fluidauslass 40 eine Zugangsöffnung 41 und auf der unteren Oberfläche 37 rechts neben dem zweiten Fluideinlass 38 eine Ausgangsöffnung 42 angeordnet. Die Form des zweiten Kolbens 36 ist derart ausgestaltet, dass der Strömungsbereich zwischen dem zweiten Fluideinlass 38 und dem zweiten Fluidauslass 40 eine erste Teilkammer 45 der zweiten Kammer 35 ausbildet. Diese erste Teilkammer 45 ist gegenüber dem Strömungsbereich der Zugangsöffnung 41 und der Ausgangsöffnung 42, der seinerseits eine zweite Teilkammer 46 der zweiten Kammer 35 ausbildet, weitestgehend fluiddicht abgedichtet.
  • In der in 6 gezeigten Darstellung strömt ein drittes Fluid 43, beispielsweise Umgebungsluft, durch die Zugangsöffnung 41 in die zweite Teilkammer 46 der zweiten Kammer 35 und aus dieser wieder auf der gegenüber liegenden Seite durch die Ausgangsöffnung 42 heraus. Die Temperatur des dritten Fluids 43 ist kälter als jene des gezündeten Fluidgemischs 27, so dass das dritte Fluid 43 beim Durchqueren der zweiten Kammer 35 eine Kühlung des zweiten Kolbens 36 und der zweiten Kammer 35 bewirkt.
  • 7 zeigt das Zusammenwirken des links gezeigten ersten Gehäuses 12 und des rechts gezeigten zweiten Gehäuses 34 der erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine 10. Im linken ersten Gehäuse 12 befindet sich der erste Kolben in der bereits in 4 gezeigten, vierten Arbeitsphase. Das Fluidgemisch 27 wurde gezündet, dehnt sich aus und treibt den ersten Kolben 19 im Uhrzeigersinn an. Dabei verlässt das Fluidgemisch 27 die erste Kammer 11 durch den ersten Fluidauslass 15. Das Fluidgemisch 27 besitzt noch ein Restpotential, das zum Antrieb der Welle 20 genutzt werden kann, das jedoch ungenutzt verloren ginge, wenn das Fluidgemisch 27 nach dem Austritt aus dem ersten Fluidauslass 15 in die Umgebung geleitet würde.
  • Daher ist der erste Fluidauslass 15 mittels einer Verbindungsleitung 44 mit dem zweiten Fluideinlass 38 der zweiten Kammer 35 verbunden. Das Fluidgemisch 27 strömt durch den unteren zweiten Fluideinlass 38 in die zweite Kammer 35, dehnt sich weiter aus und treibt den zweiten Kolben 36 in der zweiten Kammer 35 im Uhrzeigersinn an, so dass auf diese Weise die Welle 20 mittels des zweiten Kolbens 36 angetrieben wird. Im Vergleich zum ersten Kolben 19 ist der zweite Kolben 36 phasenverschoben mit der Welle 20 verbunden. Infolge der Drehbewegung des zweiten Kolbens 35 im Uhrzeigersinn kann das nun entspannte Fluidgemisch 27 die zweite Kammer 35 durch den zweiten Fluidauslass 40 an der oberen Oberfläche 39 des zweiten Gehäuses 34 verlassen. Auf diese Weise wird das Restpotential des Fluidgemischs 27 genutzt, um mittels des zweiten Kolbens 36 die Welle 20 anzutreiben. Dies erhöht den Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschine 10 beträchtlich.
  • Um die Drehbewegung des zweiten Kolbens 36 zu erleichtern, wird zeitgleich zum Fließen des Fluidgemischs 27 durch die erste Teilkammer 45 der zweiten Kammer 35 mittels der Zugangsöffnung 41 ein drittes Fluid 44, beispielsweise Umgebungsluft, in die zweite Teilkammer 46 der zweiten Kammer 35 angesaugt, wonach das dritte Fluid 44 in Folge der Bewegung des zweiten Kolbens 36 durch die Ausgangsöffnung 42 die zweite Kammer 35 verlässt (s. 6). Auf diese Weise wird die Drehbewegung des zweiten Kolbens 36 nicht gebremst durch eingesperrte und durch den zweiten Kolben 36 verdichtete Fluide. Im Gegensatz zum Aufbau der ersten Kammer 11 ist die zweite Kammer 35 derart gestaltet, dass bei dem Durchgang des dritten Fluids 44 im Wesentlichen keine Kompression des dritten Fluids 44 stattfindet, da dies sonst die Drehbewegung des zweiten Kolbens 36 hemmen würde.

Claims (17)

  1. Wärmekraftmaschine (10) mit einer ersten Kammer (11), in der ein erster rotierbarer Kolben (19) angeordnet ist, der mit einer Welle (20) verbunden ist, wobei die erste Kammer (11) versehen ist mit einem ersten Fluideinlass (14) für ein erstes Fluid (24), das durch die Bewegung des ersten Kolbens (19) verdichtbar ist, einem Zuführkanal (17) mit mindestens einem Einspritzventil (18) für ein zweites Fluid (26) zur Bildung eines entzündlichen Fluidgemisches (27) aus dem zweiten Fluid (26) und dem verdichteten ersten Fluid (24), mindestens einem Zündelement (21), mittels dessen das entzündliche Fluidgemisch (27) entzündbar ist, und einem ersten Fluidauslass (15) der ersten Kammer (11) für das entzündete Fluidgemisch (27), wobei eine zweite Kammer (35) vorgesehen ist mit einem zweiten rotierbaren Kolben (36), der mit der Welle (20) verbunden ist, wobei die zweite Kammer (35) mit einem zweiten Fluideinlass (38), der mit dem ersten Fluidauslass (15) der ersten Kammer (11) verbunden ist, und einem zweiten Fluidauslass (40) für das Fluidgemisch (27) versehen ist, wobei in der zweiten Kammer (35) eine Zugangsöffnung (41) für ein drittes Fluid (43) und eine Ausgangsöffnung (42) für das dritte Fluid (43) ausgebildet sind.
  2. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fluid (24) Luft ist.
  3. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fluid (24) Luft ist, die aus einem dem ersten Fluideinlass (14) vorgeschalteten Wärmetauscher (33) zuführbar ist.
  4. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Fluid (26) ein Brennstoff ist.
  5. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Fluid (26) Benzin, Diesel, Kerosin, Ethanol und/oder Biogas ist.
  6. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Fluid (26) Komponenten aus Wasser oder Wasserstoff aufweist.
  7. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Fluid (43) Luft ist.
  8. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Kammer (11) stromab des Zuführkanals (17) mindestens zwei Elektroden (22) derart angeordnet sind, dass sie vom Fluidgemisch (27) umströmbar sind.
  9. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (22) mit Gleichstrom beaufschlagbar sind.
  10. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Zuführkanals (17) der ersten Kammer (11) mindestens eine Beschichtung (23) als Katalysator vorgesehen ist.
  11. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (23) aus Gold, Kupfer, seltenen Erden und/oder Marmor besteht.
  12. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugangsöffnung (41) neben und stromab des zweiten Fluidauslasses (40) angeordnet ist.
  13. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Fluideinlass (38) neben und stromab der Ausgangsöffnung (42) angeordnet ist.
  14. Generator mit mindestens einer Wärmekraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
  15. Verfahren zum Betreiben einer Wärmekraftmaschine (10) mit einer ersten Kammer (11) mit einem in der ersten Kammer (11) rotierbar angeordneten ersten Kolben (19) und einer zweiten Kammer (35) mit einem in der zweiten Kammer (35) rotierbar angeordneten zweiten Kolben (36), wobei ein erstes Fluid (24) in der ersten Kammer (11) verdichtet und dabei erwärmt wird, wobei in das verdichtete erste Fluid (24) ein zweites Fluid (26) eingebracht wird, so dass sich das zweite Fluid (26) mit dem ersten Fluid (24) zu einem entzündlichen Fluidgemisch (27) vermischt, wobei das entzündliche Fluidgemisch (27) entzündet wird und die dabei frei werdende Energie den ersten Kolben (19) antreibt, wobei das gezündete Fluidgemisch (27) danach aus der ersten Kammer (11) in eine erste Teilkammer (45) der zweiten Kammer (35) fließt und den zweiten Kolben (36) antreibt, wobei das gezündete Fluidgemisch (27) danach aus der ersten Teilkammer (45) der zweiten Kammer (35) ausströmt und wobei ein drittes Fluid (43) durch eine zweite Teilkammer (46) der zweiten Kammer (35) fließt, während das gezündete Fluidgemisch (27) durch die erste Teilkammer (45) der zweiten Kammer (35) fließt.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Fluid (43) durch eine Zugangsöffnung (41) in die zweite Teilkammer (46) der zweiten Kammer (35) einströmt und durch eine Ausgangsöffnung (42) aus dieser ausströmt.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Fluid (43) in die zweite Kammer (35) mittels des zweiten Kolbens (36) der zweiten Kammer (35) durch die Zugangsöffnung (41) der zweiten Kammer (35) angesaugt wird.
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