DE2148027A1 - Kraftmaschine - Google Patents

Kraftmaschine

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DE2148027A1
DE2148027A1 DE19712148027 DE2148027A DE2148027A1 DE 2148027 A1 DE2148027 A1 DE 2148027A1 DE 19712148027 DE19712148027 DE 19712148027 DE 2148027 A DE2148027 A DE 2148027A DE 2148027 A1 DE2148027 A1 DE 2148027A1
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DE
Germany
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steam
engine according
liquid
injector nozzle
steam generator
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Pending
Application number
DE19712148027
Other languages
English (en)
Inventor
Albert Peter Milwaukee Wis. Schneider (V.St.A.)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
POWER DEV Inc
Original Assignee
POWER DEV Inc
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04FPUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/44Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04F5/02 - F04F5/42
    • F04F5/46Arrangements of nozzles
    • F04F5/469Arrangements of nozzles for steam engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/04Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for the fluid being in different phases, e.g. foamed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K27/00Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
    • F01K27/005Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for by means of hydraulic motors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

  • Kraftmaschine Die Erfindung betrifft Kraftiaschinen mit äußerer Verbrennung, insbesondere sowohl fär Kraftfahrzeuge als auch für ähnliche Anwendungen brauchbare Brennkraftmaschinen mit einem geschlossenen Kreis, in dem Heißdampf in Umlauf gebracht wird.
  • Die Nachteile üblicher Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung sind - vor allem in Verbindung mit Eraftfahrzeugen allgemein bekannt.
  • Das Problem der Luftverschmutzung von Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung hat erneut die Aufmerksamkeit auf Dampfmaschinen gelenkt, die relativ umweltverschmutzungsfreie Energiequellen fttr industrielle Kraftwerke und auch für Kraftfahrzeuge sind, da man ihre Brenner viel leichter so einstellen kann, daß sich eine vollständigere und reinere Verbrennung als bei Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung ergibt.
  • Da man Kraftfahrzeuge zum Nachfüllen des Kesselspeisewassers nicht häufig anhalten mag und auch große Vorräte an Speisewasser nicht mitgenonmen werden kdnnen, hat man versucht, Dampfkraftanlagen für Kraftfahrzeuge zu schaffen, die mit einem geschlossenen Kreis und Reaktionsdampfturbinen arbeiten. Doch konnte bisher keines dieser Systeme so weit entwickelt werden, daß es anstelle von Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung als Antriebsquelle für Kraftfahrzeuge verwendbar war.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer einfachen kleinen kompakten Eraftmaschine mit äußerer Verbrennung und geschlossenem Kreis, die sich auf Grund ihres hohen Wirkungsgrades und ihrer geringen latenten Wärmeverluste bei leicht ldsbaren Kühlproblemen besonders gut zun Antrieb von Kraftfahrzeugen verwenden lässt.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung gelost durch eine mit dem unter Druck stehenden Dampf gespeiste Injektordüse, die an einem zweiten Einlaß flüssiges Strömungsmittel ansaugt, welches zusammen mit dem Dampf an der InjektordUse als Strahl austritt und die Schaufeln einer vor der Injektordüse angeord neten Freistrahlturbine beaufschlagt. Eine solche Anordnung kann im geschlossenen Kreis arbeiten, da die Preistrahlturbine in einem Gehäuse untergebracht werden kann, von deren Innenraum Rilcklaufleitungen zu den Strömungsmittelvorräten führen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden zwei verschiedene, vorzugsweise unvermiachbare Fllissigkeiten verwendet, von denen die eine bei einer geringeren temperatur als die andere verdampft.
  • Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefUgten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind.
  • In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine sehr oder weniger schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Kraftmaschine, Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung und Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Abwandlung der vorliegenden Erfindung.
  • Die in den Zeichnungen dargestellte erfindungsgemäße Kraftmaschine enthält in einem Gehäuse 10 eine Freistrahlturbine 12, deren Welle 14 in gegenttberliegenden Seitenwänden des Gehäuses gelagert ist. Wenn die Kraftmaschine mit geschlossenem Kreis arbeiten soll, sind sn der Welle 14 (nicht dargestellte) Dich tungen vorgesehen, um ein Entweichen der Strömungsmittel aus dem Gehäuse 10 zu verhindern. Die Welle kann über ein geeignetes Getriebe ein fraftfahrzeug antreiben, Man kann die Welle aber auch unmittelbar mit einem Generator, einer Pumpe oder dergl. verbinden, wie dies allgemein üblich ist.
  • Die Freistrahlturbine 12 wird dadurch in Betrieb gesetzt, daß mit hoher Geschwindigkeit austretende Strdmungsmittelstrahlen 16 auf ihre Schaufeln 15 treffen.
  • Der Flüssigkeitsstrahl kommt vom Auslaß 94 einer Injektordüse 18. Die Injektordüse 18 hat zwei Einlässe 19' und 23. Der erste Eingang 19' ist über eine Lei t'ing 19 mit einem Dampferzeuger oder Kessel 20 verbunden, der unter hohem Druck stehenden Dampf liefert. Der sweite Einlaß 23 der Injektordüse steht über eine Leitung 37 mit einem Vorratsbehälter 25 in Verbindung, der flüssiges. Strömungsmittel enthält.
  • Der am Einlaß 19' zugeführte, unter hchem Druck stehende Dampf, strömt durch die Injektordüse mit hoher Geschwindigkeit und reißt in an sich bekannter Weise das am Einlaß 23 eintretende flitesige Strömungsmittel mit. Der Strömungsmittelstrahl 16 am Auslaß 34 der Injektordüese ist somit eine schnell strömende Mischung von Dampf und Flüssigkeit mit erheblicher Masse wegen des Flüssigkeitsgehaltes. Da die Kraft, die der Strahl an der Freistrahlturbine ausübt, eine Funktion der Masse je Zeiteinheit ist, sorgt die Flüssigkeit fUr einen Strahl mit relativ großer Energie, selbst wenn die Geschwindigkeit vergleichsweise klein ist. Aus diesem Grunde ist es von Vorteil, zwei verschiedene Strömungsmittel zu verwenden. Das dampfförmige Strömungsmittel, das am Einlaß 19' zugeführt wird, hat einen geringeren Siedepunkt als das vom In-Jektor sm Einlaß 29 angesaugte Strömungsmittel, damit dieses im wesentlichen in flüssiger Phase bleibt, wenn es am Injektorauslaß 34 austritt.
  • Bei Verwendung von zwei verschiedenen Strömungsmitteln ist es von Vorteil, wenn diese unvermischbar sind, damit man sie getrennt zu ihren Vorratsbehältern eurückführen kann. Verschiedenste Kombinationen von Medien sind möglich. Beispielsweise kann das den Hochdruck-Dampf liefernde Strömungsmittel Wasser sein, was Jedoch den Nachteil hat, daß die Kraftmaschine einfrieren kann, wena sie bei Frost abgeschaltet bleibt. Alkohol oder eine Mischung von Alkohol und Wasser sind auch denkbar. Das flüssigbleibende Strömungsmittel hat vorzugsweise eine höhere Dichte und einen höheren Siedepunkt als das zu verdampfende Strömungsmittel, damit es flüssig bleibt, wenn es vom Dampfstrahl mitgerissen wird. Es kann sich hier um Leichtöle, beispielsweise um Xerosen handeln. Ein flüssiges Strömungsmittel, daß man zusammen mit Wasserdampf verwenden kann, ist auf dem Markt als Erzeugnis der Fa. Mbnsanto Ohemical Oompany unter dem Warenzeichen "AroChlor" erhältlich.
  • Verständlicherweise kann auch die gleiche Plussigkeit fUr beide Medien verwendet werden. In einem solchen Falle eignet sich Wasser oder eine wit Gefrierschutz versehene Wassermischung.
  • Die Freistrahlturbine 12 sollte eine besonders £fr Flllssigkeiten wirksame Type sein, beispielsweise ein Pelton-Rad, mit mehr oder weniger schalenförmigen Schaufeln oder PlUgeln 15, wie es bei 28 angedeutet ist Eine Dobble-Turbine, die im wesentlichen eine Abwandlung eines Pelton-Rades ist. eignet sich ebenfalls. Die Schaufeln 15 sind auf dem Umfang einer Naben- oder Mittelscheibe 27 befestigt, die an der Welle 14 angebracht ist. Die Zahl der Schaufeln oder Flügel ist so gewählt, daß alle Teile des aus Dampf und mitgerissener Flüssigkeit bestehenden Strahles 16 an den Schaufeln mit maximalen Wirkungsgrad zur Reaktion kommen. Die Schaufelzahl lässt sich Xormtabellen entnehmen, beispielsweise Kent's Mechanioal Engineers Handbook, 12. Ausgabe.
  • Falls erwünscht, können zwei oder mehr Injektoren so angeordnet werden, daß sie ihre Strahlen auf verschiedenke Umfangsteile des Turbinenrades richten.
  • Der Dampferzeuger 20 kann ein konventioneller Wasserrohr- oder Flammrohrkessel sein, dessen Wärmequelle vorzugsweise ein Brenner 28 fur flüssige Brennstoffe ist. Um den Wärmeausgang am Brenner mit dem Jeweils vorhandenen Bedarf an Dampf su koordinieren, befindet sich im Kessel ein geeigneter Sensor 39 (Fig. 2), der entweder auf die Temperatur oder den Druck des Verdampfungsmediums im Kessel anspricht. Dieser Sensor steuert ein Regelventil 40 in einer Brennstoffleitung 41 des Brenners 38. Sensor 39 und Ventil 40 sind so zusammengeschaltet, daß der Brennstoffluß zum Brenner so geregelt wird, daß der in dem Kessel er zeugte Dampf einen im wesentlichen konstanten Druck erhält. Ein nicht dargestelltes Drahtgeflecht in den Rohren eines Wasserrohrkessels kann die Tröpfchen zerschlagen und die Dampferzeugung vergrößern.
  • Um bezüglich der Arbeitsgeschwindigkeit flexibler zu sein, kann die Kraftmaschine mehrere Kessel 20 enthalten, die Uber Rückschlagventile 42, individuell steuerbare Ventile 43 und eine Sammelleitung 44 selektiv mit dem Einlaß 19' der Injektordüse 18 verbindbar sind (Fig. 3)o Der Vorratsbehälter 25 für das flüssige Strömungsmittel kann unmittelbar unter dem Gehäuse 10 angeordnet sein. Eine im wesentlichen horizontale Wand 25' über dem Behalter 25 und unter dem Teil des Gehäuses, in dem die Freistrahlturbine umläuft, enthält Abflußöffnungen, über die das flüssige Strömuügsmittel zum Sammelbehälter 25 zurückkehren kann.
  • Seitlich oberhalb der Freistrahlturbine 12 befindet sich ein Auslaß zu einem Kondensator 26. Die Seitenwände 35 des Gehäuses, die von der Wand 252 nach oben führen, dienen als Prallblech, welches die Ausscheidung der Flüssigkeit aus dem Dampf begünstigt. Die Dampfkomponente des Strömungsmittelstrahles aus dem Injektor strbmt über die Oberseite des Prallbleohes sum Kondensator 26, wo eine ausreichende Kühlung er folgt, um den Dampf in den flüssigen Zustand zuriickzuführen. Das Strömungsmittel fließt durch den Kondensator nach unten in einen Behälter 24, von wo das kondensierte Strömungemittel mit einer Pumpe 30 sum Kessel 20 zurückgeleitet werden kann, Die Pumpe 30 kann von der Welle 14 des Turbinenrades angetrieben werden. Ein Gebläse 47, das ebenfalls von der Turbinenwelle angetrieben werden kann, bläst durch den Kondensator Küblluft. Wie Fig. 2 zeigt, können auch durch den Sammelbehälter 25 des flüssigen Strömungsmittels im wesentlichen horizontal ausgerichtete Kühlrohre 49 hindurchgeführt werden, durch die der Lüfter 47 Kühlluft hindurchbläst. Wegen eines gedrungenen Aufbaues ist der Kondensator 26 am einen Ende des Gehäuses 10 angeordnet.
  • Aus der vorstehenden Beschreibung und den Zeichnungen erkennt der Fachmann, daß die vorliegende Erfindung eine einfache, kompakte, wirksame Kraftmaschine mit äußerer Verbrennung und geschlossenem Kreis offenbart, aie für den Antrieb von Kraftfahrzeugen und auch für viele andere Anwendungen brauchbar ist.

Claims (6)

Patentansprüche
1. Kraftmaschine mit einem Dampferzeuger und einem den Dampfdruck in Bewegugsenergie umsetzenden Wandler, gekennzeichnet durch eine mit dem unter Druck stehenden Dampf gespeiste Injektordüse (18), die an einem zweiten Einlaß (23) flüssiges Strömungsmittel ansaugt, welches zusammen mit dem Dampf an der Injektordüee (18) als Strahl aus tritt und die Schaufeln (15) einer vor der Injektordüse (18) angeordneten Freistrahlturbine (12) beaufschlagt.
2. Kraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Freistrahlturbine (12) und die Injektordüse (18) in einem geschlossenen Gehäuse (10) angeordnet sind, das im unteren Bereich einen Sammelbehälter (25) für die Flüssigkeit und ii oberen Berelch eine Auslaßleitung für den Dampf aufweist.
3. Kraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Dampfauslaßleitung ein Wärmeaustauscher (26) angeordnet ist, in des der Abdampf kondensiert.
4. Kraftmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daS die beiden in dampfförmiger bzw. flüssiger Phase verwendeten Strömungsmittel unvermischbar sind und unterschiedlich hohe Siedepunkte haben.
5. Kraftmaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampferzeuger mehrere get trennt voneinander beheizbare und selektiv mit dem Einlaß des Injektors verbindbare Kessel (20) enthält.
6. Kraftmaschine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Dampferzeuger (20) ein Sensor (39) vorgesehen ist, der die Wärmequelle (38) des Dampferzeugere (20) in Abhängigkeit vom Energiebedarf steuert.
DE19712148027 1970-09-28 1971-09-25 Kraftmaschine Pending DE2148027A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010057237A3 (de) * 2008-11-19 2012-02-23 Imt-C Innovative Motorfahrzeuge Und Technologie - Cooperation Gmbh Verfahren zum betreiben einer wärmekraftmaschine sowie wärmekraftmaschine zur durchführung des verfahrens
WO2020002818A1 (fr) * 2018-06-28 2020-01-02 Hevatech Procede et dispositif de conversion d'energie thermique

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