DE2303779C3

DE2303779C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung thermischer Energie in eine andere Energieform

Info

Publication number: DE2303779C3
Application number: DE2303779A
Authority: DE
Inventors: James N. Cincinnati Anno; Sherwood L. Columbus Fawcett
Original assignee: Battelle Development Corp
Current assignee: Battelle Development Corp
Priority date: 1972-01-31
Filing date: 1973-01-26
Publication date: 1979-08-23
Also published as: IT998088B; IE37517B1; ATA76073A; LU66924A1; DE2303779B2; IE37517L; DE2303779A1; DK139631C; CA977982A; AT337302B; BE794834A; FR2170091A1; GB1408236A; CH584840A5; DK139631B; SU753372A3; NL7301271A; FR2170091B1

Description

Die Erfindung betrifft em Verfahren und eine Vorrichtung zur Umwandlung thermischer Energie in thermische Energie zunächst in thermische Energie eines Strömungsmittels übergeführt wird, die eine Expansion des Strömungsmittels bewirkt, worauf diese thermische Energie des Strömungsmittels dann in kinetische Energie von in einem geschlossenen Bahndurchgang in einer Richtung umlaufenden, dem Bahnquerschnitt entsprechenden Körpern umgewandelt und die kinetische Energie der Körper schließlich in die andere Energieform übergeführt wird, wobei die Körper im Bahndurchgang jeweils abwechselnd beschleunigt und verzögert werden.

Es wurden bisher zahlreiche Systeme mit verschiedenen thermodynamischen Kreisläufen, z. B. dem Otto-, Rankine- oder Joule-Prozeß, zur Umwandlung thermischer Energie in eine andere Form von Energie benutzt Bei den meisten dieser Systeme werden hin- und hergehende Kolben verwendet. Nach der NL-PS 65 164 und der DE-PS 8 42 645 gelangen Kolben zur Anwendung, die durch die Ausdehnung eines gasförmigen Mediums in einem Gebiet eines kontinuierlichen, geschlossenen Bahndurchgangs gezwungen werden, sich in einer Richtung in diesem Bahndurchgang zu bewegen. Dabei ist jedoch jeder Kolben an ein Maschinenclement gekoppelt, das sich mit ihm bewegt, wobei die kinetische Energie des sich bewegenden Kolbens direkt in mechanische Energie umgewandelt wird. Möglicherweise arbeitsfähige Systeme mit geschlossenen Bahnen nach dem Stand der Technik erfordern komplizierte Mechanismen für den Anschluß der Kolben an die mit ihnen zusammenarbeitenden Maschinenelemente. Hierin mag der Grund für ihren geringen kommerziellen Anklang liegen.

In diese Kategorie des Standes der Technik ist auch der Gegenstand der US-PS 30 87 671 einzuordnen. Bei dieser Vorrichtung sind zweigeteilte Kolben in einem ebenfalls geteilten Torus angeordnet. Während des Betriebs dieser Vorrichtung ist jeweils eine Kolbenhälfte mit einer Torushälfte verbunden. Eine der beiden Torushälften ist fest angeordnet, während die andere Torushälfte auf diese Weise beim Auseinanderbewegen der beiden Kolbenhälften angetrieben wird. Die umlaufende Torushälfte ist ihrerseits starr mit einer Abtriebswelle verbunden, so daß diese bei Umlauf der einen Torushälfte angetrieben wird. Im Torus sind mehrere solcher zweigeteilter Kolben angeordnet, die mehrfach während eines Durchlaufs durch den Kolben betätigbar sind. Zur jeweiligen Verbindung der Kolbenhälften mit den ihnen zugeordneten Torushälften bzw. deren Lösen von denselben sind vergleichsweise komplizierte und somit störanfällige Gesperre erforderlich. Darüber hinaus sind Dichtungsprobleme zwischen der fest angeordneten und der umlaufenden Torushälfte zu erwarten.

Aus der US-PS 34 96 871 ist anderseits eine Vorrichtung bekannt, bei der in einem ebenfalls in sich geschlossenen Bahndurchgang angeordnete Kolben durch einströmendes Druckmittel in Umlauf gesetzt werden sollen, worauf ihre kinetische Energie dann in elektrische Energie umgewandelt werden soll. Dieser bekannte Druckwandler soll in erster Linie zur Entspannung des Restdruckes von Abgasen von VcrDrennungsmotoren eingesetzt werden.

Dir Aufgabe der Erfindung besteht darin, ei··: Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genant, ten Art zur Umwandlung thermischer Energie in eine andere Energieform zu schaffen. Die hierzu erforderliche Vorrichtung soll einen vergleichsweise einfacher.

Möglichkeit der Anwendung der äußeren Verbrennung ermöglichen.

Diese Aufgabe ist bei dem eingangs genannten Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gelöst daß die untereinander gleichartigen Körper nach Passieren einer Ventilanordnung im wesentlichen ohne mechanische Behinderung längs des Bahndurchgangs bewegt werden, daß die thermische Energie dem Strömungsmittel in einem Bereich des Bahndurchgangs hinter der Ventilanordnung zugeführt wird und daß die Umwandlung der kinetischen Energie der Körper in die andere Energieform in einem auf die Ventilanordnung folgenden Bereich des Bahndurchgangs erfolgt

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den wesentlichen Vorteil, daß der Energiewandlungsvorgang unter Zugrundelegung verschiedener thermodynamischer Kreisläufe, z. B. über den jouleschen Kreisprozeß, durchgeführt werden kann, weshalb von einem vergleichsweise guten Wirkungsgrad ausgegangen werden kann. Die umzuwandelnde thermische Energie kann in umweltschonender Weise auf dem Wege der äußeren Verbrennung zugeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet zugleich den Weg für eine vergleichsweise einfache Vorrichtung, mit der die erfindungsgemäße Energieumwandlung durchgeführt werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß zur Umwandlung der kinetischen Energie der Körper in elektrische Energie, der Bahndurchgang aus nicht magnetisierbarem und die Körper aus magnetisierbarem Material bestehen und daß im Bereich des Bahndurchgangs ein magnetisches Feld wirkt, das von den Körpern geschnitten wird.

Neben der Einsatzmöglichkeit dieser Vorrichtung bei der Umwandlung thermischer Energie in eine andere Energieform unter Zugrundelegung verschiedener thermodynamischer Kreisläufe weist diese gegenüber den bekannten Vorrichtungen zur Umwandlung thermischer Energie in eine andere Energieform den wesentlichen Vorteil auf, daß die Körper in keiner Weise mechanisch miteinander oder mit einer Abtriebswelle gekoppelt sind. Die Nachteile des Standes der Technik, wie starre Verbindung mit einer Abtriebswelle oder über komplizierte mechanische Gesperre werden mithin vermieden. Aufgrund des im wesentlichen geschlossenen Bahndurchganges sind auch die Dichtungsprobleme des Standes der Technik vermieden.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Figuren-Beschreibung, den Unteransprüchen sowie anhand der schematischen Zeichnung. Hierbei zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, teilweise geschnitten, zur Umwandlung kinetischer Energie umlaufender Körper in elektrische Energie;

F i g. 2 den Gegenstand der F i g. ί mit einer anderen Anlaßeinrichtung;

F i g. 3 eine schematische Darstellung der Anwendung der Erfindung in Verbindung mit dem Joule-Kreislauf;

Fig.4 eine schematische Darstellung der Anwendung der Erfindung in Verbindung mit dem Rankine-Kreislauf;

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Anwendung der Erfindung in Verbindung mit dem Otto-Kreislauf;

F i g. 6 eine schematische Darstellung einer weiteren kinetischer Energie der umlaufenden Korper in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle;

F i g. 7 eine perspektivische Darstellung, z. T. gebrochen, einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
F i g. 8 sinen Schnitt nach Linie IX-IX der F i g. 7 und

F i g. 9 ein Diagramm des Kreislaufs der Vorrichtung nach F i g. 7.

In der Zeichnung, insbesondere in Fig. 1, ist eine Maschine 10 gezeigt, die einen geschlossenen Bahndurchgang 12 in Form eines Torus aufweist Er wird durch ein Gehäuse 14 gebildet, das vorzugsweise glatte und aus Metall geformte Wandungen hat In diesem Bahndurchgang 12 befindet sich eine Anzahl fester Kolben, Körper oder Sphäroide 16. Die Toleranzen oder der Spielraum zwischen den Oberflächen der Sphäroide 16 und den Innenwandungen des Bahndurchgangs 12 sind so beschaffen, daß sich die Sphäroide 16 frei im Bahndurchgang 12 bewegen können. Jedoch wird eine Strömung des Strömungsmittels innerhalb des Bahndurchgangs 12 und an den Sphäroiden 16 vorbei weitgehend verhindert Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 hat der Bahndurchgang 12 z. B. kreisförmigen Querschnitt Es können aber bei anders geformten Kolben andere Querschnitte, einschließlich elliptischer oder polygonaler verwendet werden.

Bei der in F · g. 1 gezeigten Ausführungsform wird über ein Einströmrohr 18 eine Antriebskraft in Form von Gasdruck zum Bewegen der Sphäroide 16 durch den Bahndurchgang 12 eingeleitet; das Einströmrohr 18

JO ist an eine Preßluftquelle angeschlossen. Das Einströmrohr 18 kann dazu verwendet werden, die Maschine 10 zu starten. Es kann jedoch jede andere geeigntic Quelle mit Strömungsmittel hinter den Sphäroiden 16 zum Betrieb der Vorrichtung vorgesehen werden. Bei dem Ausführunjsbeispiel nach F i g. 1 ist eine Heizschlange 20 in oder an dem Gehäuse 14 angeordnet. Sie befindet sich im Bereich des Einströmrohres 18. Wie daraus zu entnehmen ist, erwärmt die Heizschlange 20 die Luft, die durch das Einströmrohr 18 in den Bahndurchgang 12 strömt. Auf diese Weise veranlaßt die von der Heizschlange 20 gelieferte Wärme — nachdem die Vorrichtung mit Preßluft über das Einströmrohr 18 in Gang gesetzt wurde — eine Ausdehnung der Luft innerhalb des Banndurchgangs 12 zwischen aufeinanderfolgenden Sphäroiden 16 und erzeugt deren antreibende Kräfte. Die Menge der durch das Einströmrohr 18 eingeführten Preßluft kann dann verringert oder sie kann abgeschaltet und die Antriebskraft aus der Ausdehnung des Gases zwischen

so den Sphäroiden 16 erhalten werden, dadurch daß aus der Heizschlange 20 Wärme dorthin abgegeben wird.

Die Druckluft oder das sich ausdehnende Gas hinter jedem der Sphäroide 16 — bei deren Passieren der Nähe des Einströmrohres 18 und der Heizschlange 20 — dient dazu, die Sphäroide 16 im Bahndurchgang 12 entgegen dem Uhrzeigersinn herumzuschleudern. Auf diese Weise wird die Wärmeenergie, die von der Heizschlange 20 zugeführt wird, in kinetische Energie der sich bewegenden Sphäroide 16 umgewandelt.

κι Um die Bewegung der Sphäroide 16 innerhalb des Bahndurchgangs 12 zu erleichtern, ist ein Luftauslaß 22 vorgesehen. Dadurch ist es möglich, die Sphäroide Ib unter arm Druck des sich ausdehnenden Gases in dem Bereich zwischen der Heizschlange 20 und dem

■ ι Luftauslaß 22 zu beschleunigen. Bei ·_!■:: gezeigten Ausführungsform der Erfindung befindet sich der Luftauslaß 22 ungefähr ein Drittel eic;· Large des

reich. Ein Lufteiniaß 24 ist ungefähr ein weiteres Drittel der Länge weiter angeordnet. Da sich jeder Sphäroid 16 am Auslaß 22 vorbeibewegt, wird jedes expandierende Gas oder anderes antreibendes Strömungsmittel hinter jedem einzelnen Sphäroid 16 über den Luftauslaß 22 frcigelüsr.Cii, und dir in das System in der Nähe des Pinströmrohres 18 und der Heizschlange 20 eingeleitete hnergie wird in kinetische Energie umgewandelt. Hat sich ein Sphäroid 16 am Lufteinlaß 24 vorbeibewegt, so beginnt er, die Luft zwischen sich und dem sich vor ihm befindlichen Sphäroid zusammenzudrücken, da ihm sein Moment zu den Energiezuführungsbereichen am Einströmrohr 18 und an der Heizschlange 20 bewegt. Wie jedoch noch gezeigt werden wird, kann auf die Öffnungen 22 und 24 in gewissen Fällen verzichtet werden, wenn das Strömungsmittel in diesem Bereich gekühlt wird.

Da das sich ausdehnende Gas im Energiezuführungsbereich des Bahndurchgangs 12 die Sphäroide 16 sowohl im als auch entgegen dem Uhrzeigersinn antreiben kann, ist direkt vor dem Eintritt der Sphäroide 16 in diesen Wärmezuführungsbereich im Bereich von Einströmrohr 18 und Heizschlange 20 eine Rücklaufsperre vorgesehen, die gewährleistet, daß die Sphäroide 16 nur in einer Richtung angetrieben werden. Bei der Ausführungsform der Vorrichtung nach F i g. 1 umfaßt diese Rücklaufsperre zwei Räder 26 und 28, die drehbar neben dem Banndurchgang 12 gelagert sind und sich durch im Gehäuse 14 vorgesehene Schlitze so erstrecken, daß ihre Peripherien bis in den Bahndurchgang 12 hineinreichen und jedes Sphäroid 16 berühren, während es den Bahndurchgang 12 passiert. Wenn der Abstand zwischen den Schlitzen und den Rädern 26 und 28 derart ist, daß in diesem Bereich kein Druck aufrechterhalten werden kann, können die Räder 26, 28 innerhalb eines mit dem Gehäuse 14 abgedichtet verbundenen Gehäuses angeordnet werden. Die Räder 26 und 28 sind mit Ratschen 30 bzw. 32 versehen und laufen mit diesen um. Jede Ratsche 30 und 32 wirkt mit einer gefederten Klinke 34 und 36 zusammen. Auf diese Weise können sich beim Betrieb der Vorrichtung die Räder 26 und 28 nur im Uhrzeigersinn drehen. Die äußeren Bereiche der Räder 26 und 28 bestehen aus Gummi.

Mit der Ausführungsform der Erfindung gemäß F i g. 1 und 2 wird Wärme in elektrische Energie umgeformt. Das Gehäuse 14 besteht hierbei im wesentlichen aus nicht magnetisierbarem Material, z. B. Aluminium. Die Sphäroide 16 sind dann aus magnetisierbarem Material hergestellt, z. B. Eisen oder Stahl. Zwischen dem Luftauslaß 22 und dem Lufteinlaß 24 ist ein Lineargenerator 37 vorgesehen. Bei der gezeigten Ausführungsform weist er ein Joch 38 auf, das aus einem Permanentmagneten gebildet und mit einer Wicklung 40 versehen ist Die Sphäroide 16 schneiden die Flußlinien, die über den Magnetspalt verlaufen und die Bahn der Sphäroide 16 kreuzen. Jedesmal, wenn sich ein Sphäroid 16 durch das Magnetfeld bewegt, wird in der Wicklung 40 ein Impuls induziert, der die elektrische Energie darstellt, die einer nicht gezeigten Last zugeleitet wird. Auch kann der Permanentmagnet durch ein Joch 38 aus magnetisierbarem Material ersetzt werden, auf dem sich zwei Wicklungen befinden, von denen die eine zur Erzeugung eines Magnetfeldes quer über dem Weg der Sphäroide 16 und die andere zur tr. Ableitung der Energie in Form von Impulsen verwendet wird.

Ein anderer Weg der Entnahme von Energie aus dem System besieht dann, einen Druckkessel 42 mit einem Auslaß 44 vorzusehen, der vom ßahndurchgang ii abgeht und mit einem Ventil 46 versehen ist, um Druck aus dem Gerät zu entnehmen, der sich zwischen den Sphäroiden 16 aufbaut, wenn diese auf Grund ihrer kinetischen Energie Luft zusammenpressen, die in den Bahndurchgang 12 über den Luiteinlaß 24 eingeführt wird. Dieser so in dem Druckkessel 42 gespeicherte Strömungsmitteldruck kann selbstverständlich durch das Finströmrohr 18 wieder eingeführt werden. Aul diese Weise kann die Vorrichtung zur Erzeugung von Elektrizität oder als Kompressor oder auch als beides verwendet werden. Während des Betriebes wird der Druck zum Einströmrohr 18 gesteuert, um ein aufeinanderfolgendes Beschleunigen jedes Sphäroiden 16 in den Bahndurchgang 12 herum zu bewirken, bis ein zyklischer Betrieb herbeigeführt ist. Über die Heizschlange 20 wird dann allmählich Wärme zugeführt Wenn die Wärmeerzeugung ausreichend ist, kann die Zufuhr von Strömungsmittel über das Einströmrohr 18 beendet werden.

Die Vorrichtung nach F i g. 2 arbeitet im wesentlicher in der gleichen Weise wie die nach F i g. 1 und verfügt über eine Druckzuführungsleitung 60, die dem Einströmrohr 18 der Vorrichtung nach F i g. 1 entspricht Außerdem weist sie einen Luftauslaß 62 und einer Lufteinlaß 64 auf, die dem Luftauslaß 22 bzw. derr Lufteinlaß 24 der Vorrichtung nach F i g. 1 entsprechen Die Sphäroide 56 werden wiederum entgegen derr Uhrzeigersinn angetrieben.

Als Rücklaufsperre ist eine gefederte Klinke 66 vorgesehen, an der sich die Sphäroide 56 nur in einei Richtung vorbeibewegen können.

Über den Energieeingabeteil des Bahndurchgangs 52 wird komprimiertes Strömungsmittel, z. B. Gas odei Luft, aus einem nicht gezeigten Kompressor zui Druckzuführungsleitung 60 über die Leitung 51, da« Ventil 53, den Wärmetauscher 70, die Leitung 55 und da: Ventil 57 geführt. Ein Auslaß 58, der dem Lufteinlaß 24 der F i g. 1 entspricht, ist über ein Absperrventil 61 ar den Wärmetauscher 70 angeschlossen. Der Eingangs· druck kann zur Herbeiführung eines ruhigen unc leistungsfähigen Betriebes des Gerätes geregelt werden wobei die Sphäroide 56 in dem geschlossener Bahndurchgang 52 entgegen dem Uhrzeigersinn herum geschleudert oder angetrieben werden. Der Wärmetau scher 70 oder die Heizvorrichtung ist vorgesehen, damii sich das Gas aus der Leitung 51 oder dem Auslaß 5f unter Steigerung der Geschwindigkeit weiter ausdehnt Beim Betrieb der Vorrichtung wird zunächst die Startluft durch die Leitung 51 und das Ventil 51 eingeführt, bis ein steter Betrieb hergestellt ist. Danr wird das Ventil 53 geschlossen. Die Luft, die sich irr Wärmetauscher 70 ausdehnen soll, wird über da! Absperrventil 61 zugeführt.

Die im Zusammenhang mit F i g. 1 und 2 beschrieben« Vorrichtung kann dazu verwendet werden, einer thermodynamischen Kreislauf nach Joule zu durchlau fen, wie dies in Fig.3 dargestellt ist Hierbei sind die Teile, die denen der F i g. 1 entsprechen, mit der gleichen Bezugszeichen versehen. Wärme wird in einer Energieeingabeteil zwischen A und B dem Bahndurch gang zugeführt Die Ausdehnung des Strömungsmittel; im System beschleunigt die Sphäroide 16 innerhalb de: Abschnittes zwischen B und C Wärme und/odei expandiertes Strömungsmittel werden aus dem Systen innerhalb des Abschnittes zwischen C und D entnom men. Wenn innerhalb dieses Abschnittes Strömungsmit

i.c! entnommen wird, wird zusätzliches Siromungs"''!"'¹ auch wieder innerhalb dieses Abschnitt or, hinzubegeben. Maximale Beschleunigung de; Sphäroide 16 tritt am Anfang des Abschnitts zwischen C und D auf. Wahloder vorzugsweise wird ein Teil dieser kinetischen Energie durch die Verwendung eines Lineargenerators in dicM-'m Abschr.iii entnommen.

Bei Eintritt der Sphäroidc 16 in den Abs«.!i;:i;t zwischen D und A wird die verbleibende kinetische t-.nergie dadurch abgegeben, daß das Strömungsmittel zwischen den Sphäroiden 16 komprimiert wird Expandierende Strömungsmittel müssen deshalb ventiliert werden, und zwar vorzugsweise in Abschnitt zwischen C und D, so daß sich kein Gegendruck zwischen aufeinanderfolgenden Sphäroiden aufbaut, wodurch ihre kinetische Energie vermindert werden würde. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß diese Druckentlastung vorzugsweise dadurch bewirkt wird, daß die Wärme dem Strömungsmittel im Abschnitt zwischen Cund Dentnommen wird, d. h. durch Kühlung, anstatt das Strömungsmittel selbst aus dem System abzuziehen. Beim Abkühlen zieht sich das Strömungsmittel mit dem gleichen Gesamteffekt zusammen, so daß dann kein zusätzliches Strömungsmittel in den Abschnitt zwischen Cund Deingeführt werden muß.

Ebenso wie bei der Ausführungsform nach F i g. 1 kann beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ein Teil des Druckes aus dem Abschnitt zwischen D und A in einen Druckbehälter abgelassen werden. Das System läßt sich somit wiederum sowohl als Kompressor als auch als Generator verwenden. Eine andere Möglichkeit der Entnahme von Energie in Abschnitt zwischen Cund D besieht in der Verwendung einer meciianischen, schaufelradähnüchen Einrichtung, die sich durch einen Schlitz in den geschlossenen Bahndurchgang hinein erstreckt und durch die nacheinander auftretende Berührung ihrer Schaufeln mit den Sphäroiden 16 veranlaßt wird, sich zu drehen.

In der Fig.4 wird die Anwendbarkeit der Erfindung auf die thermodynamischen Prinzipien eines Rankine-Kreislaufes demonstriert. Das Strömungsmittel ist in zwei Phasen vorhanden, von denen die eine die Flüssigkeit L und die andere ein Gas oder Dampf V ist. Angenommen L ist Wasser und V ist Wasserdampf, so wird Wärme in den Abschnitt zwischen A und B eingeführt, um eine Verdampfung der flüssigen Phase zu veranlassen, wodurch ein Gas- oder Dampfzustand herbeigeführt wird. Die Ausdehnung der Dampfphase treibt dann die Sphäroide in dem Bahndurchgang in ähnlicher Weise um, wie in Verbindung mit Fig. 1—3 beschrieben. Obwohl die Möglichkeit besteht, das Gas oder den Dampf abzulassen und ein Gas oder eine Flüssigkeit nach Art der Ausführung gemäß F i g. 1 und 2 z. B. wieder einzuführen, ist ein Rankine-Kreislauf doch im allgemeinen ein geschlossener Kreislauf. Dementsprechend wird Wärme innerhalb des Abschnitts zwischen B und D abgeführt, so daß die Kondensation und Kontraktion des Dampfes vor den Sphäroiden 16 und eine Beschleunigung besonders innerhalb des Abschnitts zwischen Bund Cmöglich ist. Die Beschleunigung erreicht ihr Maximum etwa in der Position C Demgemäß wird ein Lineargenerator vorteilhafterweise innerhalb des Abschnitts zwischen C und D angeordnet. Er kann jedoch dazu verwendet werden, einen Teil der kinetischen Energie der sich bewegenden Sphäroide 16 an jeder beliebigen Stelle innerhalb des Abschnitts zwischen A und D zu entnehmen.

Die eifindungsgemäße Vorrichtung Rann weiterhin unter Benutzung der thermodynamischen Prinzipien des Otto- oder Diesel-Kreislaufs betrieben werden; siehe Fig. 5. Bei dieser Ausführungsform verfügt der Energieeingabeteil zwischen A und ßnach dem Prinzip der inneren Verbrennung über ein sich ausdehnendes Gas. Das heißt, ein Treibstoff kann in einer Brennkammer periodisch verbrannt werden, um aufeinanderfolgende Sphäroide 16 entgegen dem Uhrzeigersinn anzutreiben. Wie beim Joule-Kreislauf werden Wärme und Arbeitsströmungsmittel vorteilhatterweise innerhalb des Abschnitts zwischen C und D abgezogen; komprimierbares Strömungsmittel wird an einer folgenden Stelle innerhalb dieses Abschnittes eingeführt. Eine Verdichtung des Ärbeitsströmungsmitteis findet — wie bei den Ausführungsformen gemäß F i g. 1 und 2 — in dem Abschnitt zwischen D und A statt. Alternativ zur Ableitung von elektrischer Energie aus der Vorrichtung kann Energie in Form eines komprimierten Strömungsmittels aus dem System innerhalb des Abschnitts zwischen Dund A entnommen werden.

In F i g. 6 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Sphäroide 92 werden innerhalb eines Bahndurchgangs 94 mittels eines der vorstehend beschriebenen Verfahren angetrieben. Es sei jedoch davon ausgegangen, daß das gleiche Verfahren wie bei der Vorrichtung nach F i g. 2 angewandt wird, indem Wärme geliefert wird, um das Gas in einem Heizgerät oder Wärmetauscher % auszudehnen, wobei das expandierte Gas die Sphäroide 92 in dem Bahndurchgang 94 herumschleudert. Energie wird nunmehr aus den sich bewegenden Sphäroiden 92 mit Hilfe einer Scheibengruppe 98 mit Magneten entzogen, die an eine WcHc 100 angeschlossen ist. Die Scheibengruppe 98 weist zwei Scheiben 101 und 102 auf, die zwischen sich eine Anzahl von hufeisen- oder U-förmigen Magneten 104 mit Nord- und Südpolen 106 und 108 auf entgegengesetzten Seiten des Bahndurchgangs 94 haben. Mit dieser Anordnung ziehen die Sphäroide 92, die aus magnetisierbarem Material bestehen, aufeinanderfolgende hufeisenförmige Magnete 104 an, während sie an der Scheibengruppe 98 vorbeigetrieben werden, so daß dadurch eine Rotation der Welle 100 erzeugt wird.

Die Ausführungsform der Erfindung nach F i g. 7 und 8 ist in einer horizontalen Ebene angeordnet, so daß die Schwerkraft keinen Schub für die Körper liefert. Der Bahndurchgang umfaßt ein Rohr 111 mit halbkreisförmigen Endteilen, die durch parallele Seitenteile verbunden sind. Das Rohr 111 ist starr auf einer Sockelplatte 112 montiert. In der Sockelplatte 112 ist im Mittelpunkt eines der halbkreisförmigen Endteile des Rohres 111 eine Antriebswelle 113 drehbar angeordnet, an deren oberem Ende ein Antriebsrad befestigt ist. Es verfügt über einen runden Mittelteil 114, an dessen Umfang eine Anzahl mit Abstand zueinander angeordneter Taschen mit nach außen offenen Enden vorgesehen sind. Diese Taschen werden vorzugsweise zwischen Flügeln oder Schaufeln 115 ausgebildet, die sich radial vom mittleren Teil des Rades aus nach außen erstrecken. Der Endteil des Bahndurchgangs der sich um das Antriebsrad erstreckt, ist an seiner Innenfläche mit einem bogenförmigen Schlitz 116 versehen, in den sich die äußeren Enden der benachbarten Schaufeln 115 erstrecken. Während das Antriebsrad gedreht wird, bewegen sich die Schaufeln 115 in ein Ende des Schlitzes 116 hinein und dann seiner Länge entlang und am entgegengesetzten Ende wieder heraus. Die Körper

oder Kugeln 117, die in das Rohr 111 passen, treten in die Taschen oder Räume zwischen den Schaufeln 115 ein und werden durch das Antriebsrad vorwärtsbewegt. Nur zwei der Kugeln 117 sind gestrichelt gezeigt. Es versteht sich jedoch, daß eine größere Anzahl derselben im Bahndurchgang angeordnet ist. Das Antriebsrad wird mit einer solchen Geschwindigkeit angetrieben, daß die Kugeln 117 mit der gewünschten Geschwindigkeit aus- und in den Ausdehnungsbereich des Bahndurchgangs eintreten.

Das gegenüberliegende gebogene Ende des Bahndurchgangs ist gleichermaßen mit einem bogenförmigen Schlitz versehen, in den die Schaufeln 121 eines Schaufelrades hineinragen, das wiederum entsprechend dem soeben beschriebenen Antriebsrad ausgebildet ist und das fest auf einer Welle 122 angeordnet ist, die am Ende der Sockelplatte 112 drehbar gelagert ist. Dieses Schaufelrad liefert jedoch keinen Schub für die Kugeln 117, sondern wird von ihnen angetrieben, wenn sie auf die Schaufeln 12· des Schaufelrades auftreffen, die in den Schlitz 120 hineinragen. Die Schaufeln 115,121 sind vorzugsweise aus Federstahl gefertigt, um einen Teil des Aufpralls der Kugeln 117 hoher Geschwindigkeit aus dem Äusdehnungsbereich des Bahndurchgangs zu absorbieren. Die Welle 122 dient als Energieabführungswelle, und ein Teil der von ihr abgegebenen Energie kann für den Antrieb des auf der Welle 113 angeordneten Rades verwendet werden. Letzteres kann aber auch von einem Motor angetrieben werden. Die Kugeln 117 verlassen das Schaufelrad der Welle 122 mit dessen Tangentialgeschwindigkeit und treten in den Kompressorabschnitt des Bahndurchgangs ein.
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113 angeordneten Antriebsrades 7U beschleunigen, damit sie die gewünschte Geschwindigkeit erhalten, ist der Ausdehnungsbereich des Bahndurchgangs mit einem Lufteinlaß 123 versehen, der durch ein Rohr 124 an eine Luftauslaßöffnung 125 auf der gegenüberliegenden Seite des Bahndurchgangs angeschlossen ist. Druckluft, die von einer Seite des Bahndurchgangs auf die andere durch dieses Rohr 124 strömt, durchfließt einen Wärmetauscher 126, in dem sie zwecks Expansion erwärmt wird. Die Luft wurde im Bahndurchgang von Kugeln 117 zusammengepreßt, die das auf der Welle 122 angeordnete Schaufelrad verließen und durch den Kompressorteil des Bahndurchgangs zwischen diesem Rad und dem Lufteinlaß 123 des Rohres 124 wanderten.

Energie, die in Form von Wärme im Wärmetauscher absorbiert wird, bewirkt, daß sich das durch den Wärmelauscher strömende Druckgas ausdehnt und die Geschwindigkeit des Luftstromes, durch deii die Kugeln 117 nach vorn durch den Ausdehnungsbereich des Barmdurchgangs getrieben werden, erhöht wird. Ein Ventil 127 verhindert den Rückstrom der sich ausdehnenden Druckluft in den Kompressorteil des Bahnduichgungs.

Nachdem die Kugeln 117 die Luftauslaßöffnung 125 passiert haben, treten sie in den Antriebsabschnitt der Vorrichtung ein, der — um bessere Ergebnisse zu erzielen — mit einem luftdichten Gehäuse 128 versehen ist, um an dieser Stelle einen Verlust an Druckluft aus dem Kreislauf zu verhindern. Die in das Gehäuse eintretenden Kugeln 117 werden von dem auf der Welle 113 angeordneten Antriebsrad vorwärts durch den Bahndurchgang befördert, um ihr Moment zu vergrößern, von dem ein relativ großer Teil am entgegengesetzten Ende des Bahndurehgangs verlorengegangen war, ebenso wie beim Komprimieren der Luft nach Verlassen dieses Endes. Die Kugeln 117, die das Gehäuse 128 verlassen, werden erneut mit hoher Geschwindigkeit durch den Luftstrom an der r.iiilnßöffnung 123 angetrieben, um das Schaufelrad und die Welle 122 anzutreiben und die Luft, die sich vor ihnen im Kompressor-Abschni;¹ des Bahndurehgangs befindet, zu verdichten. Selbstverständlich wird ein größerer Energiebetrag über die angetriebene Welle 122 entnommen, als dem System durch das Antriebsrad über die Welle 113 zugeführt wird. Zwecks Ingangsetzung wird das Antriebsrad durch Energiezufuhr von außen -»· im D *-»t !nrnti rrnUrnnlit [3 at C fra'ts-*\-i art _o;„_or »-ölci ♦■!< £,UI Il IWVl^-I VII gVL/l UV, Il I. L)VI Lilltl^llVU LIIIV.J IWIUlH stetigen Betriebes kann ein Teil der an der Welle 122 abgenommenen Arbeit für den Antrieb des Antriebsrades rückgekoppelt werden.

Es hat sich gezeigt, daß der beschriebene Kreislauf beträchtlich wirksamer als andere Kreisläufe, wie z. B. der Joule-Kreislauf, ist. Obwohl der Kreislauf nach der Erfindung Ähnlichkeiten zum Joule-Kreislauf zeigt, ist er — wie auch aus Fig.9 hervorgeht — unterschiedlich zu diesem. F i g. 9 zeigt, daß das Gas im Kompressorabschnitt zwischen 1 und 2 komprimiert wird und dann von 2 bis 3 unter konstantem Druck ausgedehnt wird. Von 3 bis 4 tritt eine Gasexpansion unter Druckabfall auf: dann folgt ein plötzlicher Druckabfall von 4 bis 5 bei konstantem Volumen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Umwandlung thermischer Energie in eine andere Energieform, bei dem die thermische Energie zunächst in thermische Energie eines Strömungsmittels übergeführt wird, die eine Expansion des Strömungsmittels bewirkt, worauf diese thermische Energie des Strömungsmittels dann in kinetische Energie von in einem geschlossenen Bahndurchgang in einer Richtung umlaufenden, dem Bahnquerschnitt entsprechenden Körpern umgewandelt und die kinetische Energie der Körper schließlich in die andere Energieform übergeführt wird, wobei die Körper im Bahndurchgang jeweils abwechselnd beschleunigt und verzögert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die untereinander gleichartigen Körper nach Passieren einer Ventilanordnung im wesentlichen ohne mechanische Behinderung längs des Bahndurchgangs bewegt werden, daß die thermische Energie dem Strömungsmittel in einem Bereich des Bahndurchgangs hinter der Ventilanordnung zugeführt wird und daß die Umwandlung der kinetischen Energie der Körper in die andere Energieform in einem auf die Ventilanordnung folgenden Bereich des Bahndurchgangs erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Strömungsmittel nach dem Bereich, in dem thermische Energie zugeführt wird, ein Teil der Energie in Form von Druck wieder entzogen wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umwandlung der kinetischen Energie der Körper (16,56,82,92,117) in elektrische Energie der Bahndurchgang (12,52, 80,94,111) aus nichtmagnetisierbarem und die Körper aus magnetisierbarem Material bestehen und daß im Bereich des Bahndurchgangs ein magnetisches Feld wirkt, das von den Körpern geschnitten wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Bahndurchgang ein Rad (113) vorgesehen ist, das am Umfang mit mindestens der Größe der Körper entsprechendem Abstand zueinander angeordnete, radial sich erstreckende Schaufeln (115) aufweist, von denen die dem Bahndurchgang zugewandten durch einen bogenförmigen Schlitz (116) in den Bahndurchgang hineinragen.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bahndurchgang in etwa elliptisch ausgebildet ist und zwei Räder (113, 122) umfaßt, deren Schaufeln durch zwei Schlitze (116, 120) in den Bahndurchgang hineinragen, daß der Bahndurchgang zwischen den Rädern auf der einen Seite einen Auslaß (125) und auf der gegenüberliegenden Seite einen Einlaß (123) aufweist, die über eine Leitung verbunden sind, welche ihrerseits die Einrichtung (126) zur Erwärmung des in ihr fließenden wi Strömungsmittels und die Ventilanordnung aufweist.