DE2440659A1 - Mit wasserdampf betriebener motor - Google Patents

Description

• Mit Wasserdampf betriebener Motor Die Erfindung betrifft einen mit Wasserdampf betriebenen Motor, der wenigstens einen Zylinder und einen darin beweglichen Kolben enthält. Die Kolben sind über eine Kurbelwelle oder dergleichen beweglich mit einer Ausgangswelle verbunden.
• Durch die Erfindung soll ein Motor geschaffen werden, der die Expansionskraft des Dampfes ausnutzt, der kompakt gebaut werden kann und der Nachteile, die bei Otto- und Diesel-Motoren sowie bei den bekannten Dampfmaschinen auftreten, nicht aufweist.
• Dieselmotoren arbeiten beispielsweise mit einem Kompressionsdruck von 35 bis 40 atü. Bei diesen Motoren wird in der Kompressionsphase eine Temperatur zwischen 500 und 7000 C erzeugt. Die genannten Verbrennungsmotoren arbeiten teilweise mit direkter oder indirekter Einspritzung des Brennstoffes. Bei Dieselmotoren entzündet sich der Brennstoff durch die hohe Temperatur und erzeugt einen Expansionsdruck, der die Kolben in Bewegung setzt. Bei bekannten Dampfmaschinen sind ein großer Dampfkessel, ein Ölbrenner und ein oeltank erforderlich. Wird die Dampfmaschine mit Kohle beheizt, so sind ein Kohlenbeschicker und ein Kohlenbunker erforderlich.
• Es ist bekannt (z.B NL-PS 4498) gleichzeitig mit der Brennstoffeinspritzung bzw. anschließend eine Wasser-Injektion vorzunehmen. Das Wasser wird durch die Verbrennungshitze in Dampf verwandelt und verstärkt die Expansionskraft des verbrannten Treibstoffes.
• Das Volumen des auftretenden überhitzten Dampfes ist beträchtlich. Beispielsweise ergeben 10 ccm Wasser bei 5600 C und 60 atü 0,63 cdm Dampf. Dampfmotoren (z.B. Dampfmaschinen) arbeiten mit einer Zylinderfüllung von 20C, so daß bei einer Injektion von 2 ccm Wasser in einem Zylinder von 0,63 Liter Inhalt ein Arbeitsdruck von etwa 90 atü erreicht wird.
• In Anbetracht des Standes;der Technik und der physikalaschen Gesetzmäßigkeiten des überhitzten Dampfes stellt sich für die Erfindung die Aufgabe, einen Dampfmotor zu schaffen, der die oben genannten Aufgaben löst. Ein solcher Motor ist gekennzeichnet durch einen Zylinder, der über einen Injektor von außen mit Wasser zu beschicken ist und bei dem der zum Betrieb erforderliche Wasserdampf im Zylinder erzeugbar ist.
• Durch diese Art der Dampferzeugung braucht in den Zylinder kein flüssiger oder fester Brennstoff eingespritzt zu werden. Ein Dampfkessel oder Brenner ist ebenfalls nicht erforderlich. Die Erhitzung des Wassers erfolgt durch Elektro-Heizelemente. Die Heizelemente befinden sich im Zylinderkopf. An den Heizelementen, die bis auf Rotglut aufgeheizt werden, streicht das zerstäubte Wasser vorbei und wird in Zusammenarbeit mit der Kompressionshitze auf über 6000 C erwärmt, so daß ein überhitzter Wasserdampf von 60 atü erzielbar ist. Zusammen mit dem Kompressionsdruck von 35 bis 40 atü beläuft sich der Gesamtdruck somit auf 85 bis 100 atü, der als Expansionskraft auf den Kolben wirkt.
• Um möglichst wenig Energie zu verschwenden, wird ein geschlossener Kreislauf für das Injektionswasser vorgesehen. Dabei wird vorgeschlagen, daß das Wasser im Kreislauf ungefähr auf eine Temperatur von 900 gehalten wird. Mit dieser Temperatur wird das Wasser auch in den Zylinder eingespritzt.
• Vorteil bei dieser Verfahrensweise ist, daß keine Abgase oder giftige Dämpfe auftreten, wenn der Motor in Betrieb ist. Vielmehr wird der aus den Zylindern austretende Dampf anschließend kondensiert.
• Das Heizelement wird elektrisch beheizt, wobei der Strom einem konventionell betriebenen Generator (Stromnetz) entnommen werden kann. Bei einer mobilen Installation, z.B. Personen- oder Lastkraftwagen, Lokomotiven oder Schiffen, kann er Akkumulatoren entnommen werden.
• Für die Startphase wird den Zylindern Wasser Vorerhitzer vorgeschaltet. Zur Regulierung des Druckes und der abgegebenen Leistung wird eine druckvariable Hochdruckpumpe zum Beschicken der Zylinder-Injektoren vorgesehen.
• Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Die Figuren zeichen: Figur 1 einen Schnitt durch den Motor; Figur 2 eine Draufsicht auf einen 4-Zylinder-Dampfmotor.
• Aus der Figur 1 ist ein Motor, bestehend aus Zylinder-und Motor-Gehäuse erkennbar. An dem Gehäuse sind Motorstützen 1 angegossen. In dem Motorgehäuse 2 ist in einem Zylinder ein Kolben 4 auf- und abbeweglich angeordnet. Vom Kolben 4wird über eine Kolbenstange die Kraft des Kolbens in Rotationsbewegung einer Hauptwelle 5 verwandelt. Oberhalb des Zylinders ist ein Zylinderkopf 6 montiert, durch den ein Injektör 7 hindurchragt. An der Innenseite des Kopfes sind Heizelemente 8 vorgesehen.
• Durch den Injektor 7 wird unter Druck 900 heißes Wasser eingedrückt und zerstäubt. Über den Verteilteller gelangt der zerstäubte Strahl an den Heizelementen 8 vorbei und erwärmt sich dort in Zusammenarbeit mit der Kompressionshitze. Der entstehende Dampf expandiert und treibt den Kolben an.
• In Figur 2 ist in Draufsicht die Anordnung der einzelnen Motorteile zu erkennen. In der Mitte der Anordnung ist von oben ein Zylinderkopf 6 zu erkennen. Über eine Verbindungsleitung I mit einem Wasservorratsbehält er H wird das Wasser durch das Motorgehäuse 2 zum Zylinderkopf 6 geleitet, von wo aus die Hochdruckpumpe beschickt wird. Der Motor kann als Viertakt- oder Zweitakt-Maschine betrieben werden. Die austretenden Gase werden über Leitungen E in den Kondensator E überführt und dort expandiert. Über eine Leitung N werden die niedergeschlagenen Wassermengen zu einem Kühler A geführt. Über die Leitung J gelangen sie in den Wasserbehälter H zurück.
• Zum Starten wird ein Vorerhitzer F benötigt, in dem mithilfe einer Gasflamme das für die Startphase benötigte Wasser auf 90° erhitzt wird. Gleichzeitig wird das Heizelement 8 eingeschaltet, bis es rotglühend ist. Über eine Leitung 0 wird eine Hochdruckpumpe D Wasser eingespeist, das diese in die Injektoren 7 spritzt. Beim Starten wird der Motor einige Umdrehungen mit einem Startmotor gedreht, wobei die Hochdruckpumpe auf halbe Kraft geschaltet ist. In den Zylindern ist bei einem Kompressionsdruck von 40 atü in Zusammenarbeit mit der Kompressionshitze eine Temperatur von 600 bis 8000 C erzeugt. Das Wasser von 90 wird eingepreßt und zerstäubt. Weiterhin wird über einen Kompressor oder Ventilator B Luft mit erhöhtem Druck (Leitung M) dem Motor zugeführt, so daß beim Somprimieren ein Heißluft-Dampf-Gemisch entsteht.
• Der Motor kann als Zweitakt-Motor ausgelegt sein, wenn die Kolben den unteren Totpunkt erreichen, so öffnet sich der Kanal K und der abgearbeitete Dampf wird mithilfe der Luft, die an der Unterseite des Kolbens verdichtet ist, in den Kondensator gedrückt. Die Zylinder werden rein geblasen und der Prozeß kann sich anschließend wiederholen. Es ist jedoch auch eine Arbeitsweise im an sich bekannten Viertakt-Verfahren möglich.
• Um die Totpunkte zu überwinden, ist an die gemeinsame Welle des Motores ein Schwungrad G vorgesehen.

Claims (7)

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Mit Wasserdampf betriebener Motor, der wenigstens einen Zylinder mit darin beweglichen Kolben enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder über einen Injektor (7) von außen mit Wasser zu beschicken ist und der zum Betrieb erforderliche Wasserdampf im Zylinder erzeugbar ist.

2 Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das injizierte Wasser durch ein im Zylinderkopf (6) befindliches Heizelement (8) in Zusammenarbeit mit der Kompressionshitze aufheizbar ist.

3. Motor nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen geschlossenen Kreislauf für das Injektionswasser.

4. Motor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser im Kreislauf auf einer Temperatur von ca. 900 C gehalten ist.

5. Motor nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen dem Zylinder vorgeschalteten Wasser-Vorerhitzer (F).

6. Motor nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine druckvariable Hochdruckpumpe (D) zum'Beschicken der Zylinder-Injektoren (7).

7. Motor nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch das Entfallen des bei bisherigen Dampfmaschinen benötigten Dampfkessels.

L e e r s e i t e