DE2166365A1

DE2166365A1 - Thermisches triebwerk zum antrieb von fahrzeugen

Info

Publication number: DE2166365A1
Application number: DE2166365*A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Laing
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-06-15
Filing date: 1971-05-21
Publication date: 1974-01-10
Also published as: DE2166366A1; GB1366655A; GB1366652A; GB1366656A; DE2166363B2; GB1366659A; JPS4939097B1; DE2166367A1; GB1366658A; US3996477A; DE2166363A1; GB1366654A; DE2166362A1; DE2166361A1; FR2095276A1; DE2166363C3; DE2125390A1; DE2166364A1; GB1366653A; FR2095276B1

Description

Patentanmeldung P 21 66 365.0 2166365

Dr.W. PFEIFFER ^DK 692l/6a-l

PAT E NT Al·./ A LT
8 MO"' ^: ■ Ί ^

TELEFON 3656 26
Nikolaus Laing

Aldingen bei Stuttgart

Thermisches Triebwerk zum Antrieb von Fahrzeugen

Die Erfindung betrifft ein thermisches Triebwerk mit geschlossenem Dampfkreislauf, bestehend aus einem umlaufenden Verdampfer-Wärmetauscher, einer Entspannungskraftmaschine, einem umlaufenden Kondensator-Wärmetauscher, einer Wärmequelle und einer Leistungsübertragungseinrichtung.

Wärmekraftmaschinen, bei denen der Dampfraum durch Wellendichtungen abgedichtet ist, haben den Nachteil, daß ständig Arbeitsmittel durch diese Dichtungen entweicht. Für Fahrzeugantriebe sind sie ungeeignet infolge der Gefährdung durch austretende Arbeitsmitteldämpfe. Ausserdem stellen sie hohe Anforderungen an die Wartung.

309882/001?

Die Erfindung bezweckt Triebwerke, welche die durch die Wellendichtungen bedingten potentiellen Schwachstellen nicht aufweisen, d.h., daß weder flüssiges Arbeitsmittel noch Arbeitsmitteldämpfe aus der Maschine austreten können und damit eine Gefährdung durch das Austreten von Arbeitsmittel verhindert wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die beiden Wärmetauscher der Entspannungskraftmaschine und einem Gehäuse zu einer nach außen hin hermetisch dichten Einheit zusammengefaßt sind, die über Lager drehbar gelagert ist und daß die übertragung des Drehmomentes magnetisch durch das Zusammenwirken zweier Polringe erfolgt, von denen einer innerhalb des Gehäuses angeordnet und von der Entspannungskraftmaschine angetrieben wird und zwischen denen im Magnetspalt eine magnetisch durchlässige Trennwand angeordnet ist, die Teil des umlaufenden Gehäuses bildet.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren erläutert.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Triebwerks im Schnitt parallel zu seiner Achse, und in einer Schaltung, bei der es die Wärmeenergie heißen Verbrennungsgasen entnimmt.

Figur 2 zeigt ein Triebwerk gemäß Figur 1, in einer Schaltung, bei der es die Wärmeenergie einem Latentspeicher entnimmt.

Figur 3 zeigt schematisiert einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Triebwerk mit Turbinenantrieb und elektrischer Energieübertragung.

Bei der Ausfuhrungsform nach Figur 1 wird der Wärmeträger oder das Arbeitsmittel in Rohren 121 dea Verdampfer-

309882/0012

Wärmetauschers 1 verdampft, gelangt in die Verdrängermaschine 2 und nach der Entspannung in die Rohre 31 des ringförmigen Koiidensator-W arm etau sellers 3. Die Elemente 1, 2 und 3 werden durch ein umlaufendes Gehäuse 4 getragen, welches mit einer hohlen Welle 41 eine Einheit bildet, die im stationären Gehäuse 6 über dic^Lager 61 tind 62 gelagert ist. Die Baugruppe, bestehend aus Verdampfer-Wärmetaur.cher 1, Verdrängermaschine 2, Kondensator-Wärmetauscher 3, umlaufendem Gehäuse 4, hohle Welle 41, ist als rotierende Einheit ausgebildet und im stationären Gehäuse 6 gela gert. Das Drehmoment der Verdrängermaschine 2 wird durch eine- Magnetkupplung 8 um die Welle 81 auf das Getriebe 7 übertragen. Die Wärmequelle.9. versorgt den Verdampfer-Wärmetauscher mit Wärme und besteht aus einem Ölbrennerkopf 91, einer Luftregel . einrichtung 92, einem Latentspeicherkörper 93, einem Ringventil 94 und einer Isolation 95 und 96„ Die Magnetkupplung 8 besteht aus einem ersten magnetischen Polring 82 mit zum Luftspalt konvexer' Oberfläche, der auf der Welle 21 der Verdrängermaschine 2 angeordnet ist, einer magnetisch durchlässigen kreisrinnenförmigen Trennwand 83 und einem konvexen, ■permanentmagnet!sehen Polring 84, der auf der Welle 81 befestigt ist. Zum Verbrennungsraum 11 ist das umlaufende Gehäuse 4 mit einer Isolier-' schicht 42 und einem Strahlungsreflektor 43 ausgebildet. Das Innere des umlaufenden Gehäuses 4,dessen Wandbereich 44 durch die magnetisch durchlässige Trennwand 83 mit dem übrigen Gehäuse verbunden ist, kommuniziert mit den axial verlaufenden, einseitig geschlossenen Rohren 121 und 33 und ist nach aussen hin hermetisch abgedichtet. Die Wärmetauscher 1 und 3 weisen annähernd radial verlaufende Rippen 13,und 32 auf, zwischen denen die Gase durch Reibung nach aussen geschleudert werden, so dass die Wärmetauscher 1 und 3 gleichzeitig als Ventilatoren dienen. Die Wärmeenergie wird wahlweise vom Ölbrenner 911/92 oder vom Sekundärspeicherkörper 93 zur Verfügung gestellt. Der Stator.63 eines Änlasselektromotors versetzt den Rotor 411 und damit das umlaufende Gehäuse 4 in Rotation. Die Wärmetauscher 1 und 3 fördern Luft, die das

0 9 8 8 2/0012

BAD ORIGINAL

Triebwerk durch den ovalen Drehspalt 64 verläßt, die vom Verdampfer-Wärmetauscher 1 angesaugte Luft mischt sich im Ölbrennerkopf 91 mit dem Kraftstoffnebel der Düse 911. Das Gemisch wird einmalig durch eine nicht gezeigte Zündkerze entzündet, die Luftmenge durch die Luftregeleinrichtung 92 vorgegeben, die heißen Verbrennungsgase durchsetzenden Verdampfer-Wärmetauscher 1 und strömen danach durch das Ringventil 94 entsprechend dem Pfeil 111. In den Rohren 121 befindet sich ein Wärmeträger in flüssiger Form, der verdampft und in beschriebener Weise der Entspannungskraftmaschine 2 zugeleistet wird. In den Rohren 31 erfolgt die Kondensation des bei der Expansion abgekühlten Wärmeträgergases, wodurch die gemäß Pfeil 35 angesaugte Luft erwärmt wird und gemäß Pfeil 351 den Wärmetauscher verläßt. Im Ringraum 45 sammelt sich das Kondensat des Wärmeträgers und wird durch eine nicht gezeigte Pumpe wieder in die Rohre 12 hineingeleitet. Das Drehmoment der Verdrängermaschine 2 wird gemäß der Erfindung über die Polringe 83 und 84 aus Permanentoder Elektromagneten auf das Getriebe 7 übertragen.

Das Drehmoment der Entspannungskraftmaschine 2 bewirkt gleichzeitig den Antrieb des umlaufenden Gehäuses 4 in entgegengesetzter Richtung, so daß bei Erreichung einer vorgegebenen Mindestdrehzahl der elektrische Anlasserstator 63 ausgeschaltet ψ werden kann. Mit zunehmendem Drehmoment erhöht sich der Leistungsbedarf des Dampfkreislaufes. Da das umlaufende Gehäuse 4 durch das Reaktionsdrehmoment der Verdrängermaschine 2 angetrieben wird, erfolgt in erster Näherung eine automatische Anpassung von Brennluftmenge und Kondensatorluftmenge an die Erfordernisse des Dampfkreislaufes in Abhängigkeit vom über die Welle 81 abgegebenen Drehmoment. Bei Leerlaufbetrieb wird die Welle 81 blockiert. Die gesamte von der Verdrängermaschine 2 abgegebene Leistung wird dann zum Antrieb der Wärmetauscher 1 und 3 verbraucht. Die Leistung der Maschine wird so bemessen, wie sie zur Erreichung der vorgegebenen Fahrzeughöchstgeschwindigkeit erforderlich ist, Innerhalb des Wärmetauschers 1 sind eine Vielzahl von Sekundärspeichergefäßen 15 angeordnet, die mit einer Latent-

309882/0012

Speichermasse gefüllt sind, deren Schmelztemperatur oberhalb der Maximaltemperatur des Wärmeträgers und unterhalb der Schmelztemperatur der Speichermasse der Latentspeicherkörper 93 liegt. Diese Sekundärspeichergefäße 15 haben eine große, nach innen weisende, wärmeabgebende Oberfläche. Wird vorübergehend eine sehr, hohe Leistung vom Triebwerk gefordert, so wird durch ein nicht gezeigtes Verteilungssystem Wärmeträgerkondensat in die Sekundärspeichergefäße 15 eingespeist, wodurch vorübergehend ein Mehrfaches an Dampfmenge bei höherem Druck für die Verdrängermaschine 2 bereitgestellt wird. Die Anordnung der Sekundärspeichergefäße 15 erfolgt zwischen den Rohren 12 und 121 an eine Stelle, an der eine ausreichende Aufheizung gewährleistet ist, ohne daß jedoch für die Speichermasse und Behälterwerkstoffe zu hohe Temperaturen erzielt werden.

Auch im Kondensator-Wärmetauscher 3 können durch gestrichelte Linien angedeutete Behälter 36 in Form dünner Rohre vorgesehen sein, die mit schmelzbarer Speichermasse, vorzugsweise einem Metallsalz-Hydrat (z.B. Trinatriumphosphatdodekahydrat oder Bariumhydroxidoktahydrat) gefüllt sind. Die während eines Überholvorganges anfallende zusätzliche Kondensationswärme wird teilweise durch höhere Luftaufheizung abgeführt, teilweise durch Aufschmelzung der Speichermasse in den Rohren 36 und Aufheizung des vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Kondensator-Wärmetauschers 3 vorübergehend gespeichert. Die Energie der Sekundärspeicher 15 wird vorzugsweise so bemessen, daß während der zu einem Überholvorgang notwendigen Zeitdauer ein Mehrfaches der Dauerleistung zur Fahrzeugbeschleunigung bereitsteht. Die Sekundärspeicher 15 und 36 dienen auch als Energiequelle und -senke bei plötzlicher Wiederbeschleunigung, z.B. nach einer Talfahrt, bei der die Drehzahl des umlaufenden

309882/0012

Systems 1, 2, 3 und 4 entsprechend dem geringen geforderten Drehmoment während der Talfahrt stark abgefallen ist. Das dem Getriebe 7 zugeführte Drehmoment wird über Planetengetriebe dem Tellerrad 71 zugeleitet, welches mit dem Zahnrad 72 fest verbunden ist, dieses treibt das Zahnrad 73 an, welches mit den Rädern des Fahrzeuges über die Welle 74 verbunden ist.

Figur 2 zeigt das Triebwerk gemäß Figur 1, jedoch wird durch Verstellung von Ventilen 97, 91 die Wärmeenergie nicht durch den Brenner 91, 92, sondern durch den Latentspeicherkörper 93

_fc bereitgestellt. Das Ringventil 94 ist geschlossen, dadurch sind die Ventildurchbrüche 931 geöffnet. Der ölbrennerkopf 91 ist axial verschoben. Die Latentspeicherkörper 93 bestehen aus Ringen oder Spiralen aus dünnem, wärmebeständigen Metall und sind mit ionogenen salzähnlichen Verbindungen, die oberhalb der zur Aufheizung des Verdampfer-Wärmetauschers 1 vorgesehenen Gastemperatur schmelzen, gefüllt. In Rillen 933 sind elektrische, isolierte Widerstandsleiter befestigt, durch die die Speichermasse mittels elektrischer Energie geschmolzen werden kann. Hierzu wird ein nicht gezeigtes Verbindungskabel mit der Energieversorgung verbunden. Die Inbetriebnahme erfolgt auch bei Speicherbetrieb in der beschriebenen Weise, jedoch wird kein Kraftstoff eingespritzt und die Luftregu-

lierung 92 geschlossen. Die im Verbrennungsraum 11 und im Isoliergehäuse 95, 96 befindliche Luft wird durch den Wärmetauscher 1 umgewälzt und entsprechend den Pfeilen 933 beim Durchströmen der zum benachbarten Latentspeicherkörper 93 gebildeten Kanäle 934 erwärmt, entsprechend den Pfeilen 935 in den Verbrennungsraum 11 und dann wieder in den Wärmetauscher geleitet. Im Wärmetauscher 1 wird die umgewälzte Luft, die annähernd auf die Schmelztemperatur der Speichermasse erwärmt wurde, abgekühlt, die Wärme zur Verdampfung des Wärmeträgers den Rohren 12 zugeführt. Durch den Latentspeicher-

3Q9882/.0012

körper 93 ist ein Betrieb der Wärmekraftmaschine ohne jegliche Abgasbildung möglich, was insbesondere für Fahrzeuge in Innenstadtgebieten, aber auch für Fahrten durch Tunnel und in Parkhäusern von Bedeutung ist. Außerhalb dieser besonders gefährdeten Gebiete wird der ölbrennerkopf 91 in seine alte Lage gerückt, die Luftregeleinrichtung 92 geöffnet und das Ringventil 931 geschlossen und das Ringventil 94 geöffnet. Nunmehr erfolgt Energiezufuhr durch heiße Brenngase.

Durch die Schaufeln 14, die mit dem Wärmetauscher 1 fest verbunden sind, wird ein kleiner Teil der heißen Brenngase in das Isoliergehäuse 95 gefördert und bewirkt die Wiederschmelzung der Speichermasse. Soblad die gesamte Speichermasse geschmolzen ist, erfolgt kein weiterer Wärmeentzug, so daß der Kreislauf gemäß den Pfeilen 933 und 935 keinen Energieverbrauch nach sich zieht. Das Isoliergehäuse 95 besteht aus einer Hohlwand, die mit einem mineralischen Pulver oder Schaum gefüllt ist und in der der Gasdruck so weit herabgesetzt wurde, daß der Knudsen-Effekt wie bei Dewar-Gefäßen einsetzt.

In unwesentlicher Abwandlung kann auch sum Zwecke der Erhöhung des Wärmeangebotes bei kurzzeitigem höheren Leistungsbedarf die Brennluft durch den aufgeladenen Wärmespeicher 93 geleitet werden, bevor sie mit dem Kraftstoffnebel der Düse 911 gemischt wird. Gleichzeitig muß dann eine größere Kondensatmenge in die Rohre 121 eingespritzt werden.

Figur 3 zeigt schematisiert einen Querschnitt durch ein . erfindungsgemäßes Triebwerk mit Turbinen- und elektrischer Energieübertragung. Im umlaufenden Gehäuse 4, welches hermetisch gedichtet ist und mit dem Verdampfer-Wärmetauscher 1 und dem Kondensator-Wärmetauscher 3 eine Einheit bildet, befindet sich ein Turbinenläufer 22 und ein Turbinenstator 23. Der

30988 2/00

Turbinenläufer 22 treibt den Polring 85 eines Generators an, dessen Stator 86 eine Wicklung 861 trägt und elektrische Energie erzeugt. Zwischen dem umlaufenden Polring 85 und dem Stator 86 befindet sich eine magnetisch durchlässige Trennwand 87. Im Stator 86 befinden sich Pressluftdüsen 862, durch die Pressluft zur Gewährleistung einer Berührungsfreiheit zwischen dem Stator 86 und der Trennwand 87 erreicht wird. Die Kondensatorluft tritt gemäß Pfeil 35 ein und verläßt aufgewärmt, ν zusammen mit den Abgasen gemäß Pfeil 111 durch ein Doppelspiralgehäuse 65 das Triebwerk. Die Brennstoff-Zerstäubungseinrichtung 912 ist ringförmig ausgebildet. Der Raum 98 zur Aufnahme der Speichermasse ist ebenfalls ringförmig ausgebildet. Durch das axial verschiebliche Ventil 941 und einen drehbaren, mit Durchbrüchen versehenen Ring 913' kann die Durchströmung des Speicherinneren gemäß den Pfeilen 933 freigegeben werden. Das langsam umlaufende System 413 ist auf dem Rohr 66 gelagert, über einen Bügel 661 ist der Stator 86 mit dem Rotor 66 verbunden. Der Schnellaufende Turbinenläufer 22 ist auf der Buchse 46 gelagert. Die Symbole 932 deuten die elektrische Heizung an.

309882/001?

Claims

Patentansprüche

1. Thermisches Triebwerk mit geschlossenem Dampfkreislauf, bestehend aus einem umlaufenden Verdampfer-Wärmetauscher, einer Entspanriungskraftmaschine, einem umlaufenden Kondensator-Wärmetauscher, einer Wärmequelle und einer Leistungsübertragungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wärmetauscher (1 und 3) der Entspannungskraftmaschine (2) und einem Gehäuse (4) zu einer nach außen hin hermetisch dichten Einheit zusammengefaßt sind, die über Lager (46, 61) drehbar gelagert ist und daß die Übertragung des Drehmomentes magnetisch durch das Zusammenwirken zweier Polringe (82/84 oder 85/86) erfolgt, von denen einer innerhalb des Gehäuse angeordnet und von der Entspannungskraftmaschine angetrieben wird und zwischen denen im Magnetspalt eine magnetisch durchlässige Trennwand (83 oder 87) angeordnet ist, die Teil des umlaufenden Gehäuses bildet.

2. Thermisches Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der außerhalb des Gehäuses angeordnete Polring (84) mit dem innerhalb des Gehäuses angeordneten Polring (82) eine Mangetkupplung bildet.

3. Thermisches Triebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, - daß die magnetisch durchlässige Trennwand (83) eine zum Inneren des Gehäuses weisende konkave Rinne bildet, die vorzugsweise halbtorusförmig ausgebildet ist.

4. Thermisches Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der außerhalb des Gehäuses angeordnete Polring den Stator eines elektrischen Generators bildet.

309882/0012

Leerseite