DE2830922A1

DE2830922A1 - Energieumwandler fuer die erzeugung und speicherung von waerme, druck und elektrizitaetsenergie

Info

Publication number: DE2830922A1
Application number: DE19782830922
Authority: DE
Inventors: Franz Lang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-07-14
Filing date: 1978-07-14
Publication date: 1980-01-24

Description

Energieumwandler für die Erzeugung und oDeicherunz von Wärme.
Druck und Elektrizitätsenergie Die Erfindung betrifft einen Energieumwandler für die Erzeugung und Speicherung von t§Wärme,Druck und Elektrizitätsenergie, wobei flüßige,gasförmige oder feste Brenn- und Treibstoffe als Energieträger verwendet werden.
Energieumwandler in vielfältiger Form sind bekannt, haben aber alle gemeinsam mängel aufzuweisen, die im einzelnen negative Auswirkungen auf die Energienutzung haben. Insbesondere muß als negativ angesehen werden, daß die meisten Energieumwandler einseitig auf die Erzeugung einer neuen Primärenergie ( Wärme Bewegung, Elektrizität ) ausgelegt sind und beim Umwandlungsprozess entstehende Sekundärenergien nutzlos verpufen. Aus den genannten Gründen ist der Wirkungsgrad der bekannten Energieumwandler entsprechend niedrig und beträgt zum teil nur 20 % was der heutigen Energiesituation nicht rechnung trägt.
Im einzelnen sei hier auf die wichtigsten Energieumwandler hingewiesen: Verbrennungsmotor' mit der Zielsetzung Brenn und Treibstoffe in Bewegungsenergie umzuwandeln. Die beim Verbrennungsvorgang entstehende Wärme energie wird in den meisten Pillen ungenutzt an die Umgebung abgegeben. Desweiteren ist durch die mech.
Konzeption der Motoren eine volle Nutzung derbeim Verbrennungsvorgang entstehenden Expansionsenergie ( Kurbelwelle ) nicht möglich, so daß insgesammt nur ein Wirkungsgrad von ca 30 % erreicht werden kann.
Heizanlagen, mit der einseitigen Zielsetzung Brenn oder Treibstoffe in Wärme umzuwandeln, tragen der Möglichkeit nicht Rechnung,durch einen Kompremierten und zur Bewegungs oder Druckenergie umwandlungsfähigen Verbrennungsvorgang eine Optimierung der Energienutzung zu erreichen. Setzt man den bedarf an Wärme und Stromenergie eines normalen Einfamilienhaushalts zu einander ins Verhältniss , so ergibt sich ein auf heutige Verhältnisse bezogene 1o mal so großer Bedarf an Wärmeenergie. bas bedeutet, daß sehr große Energiemengen vollkommen einseitig genutzt werden ohne der möglichen Optimierungsmöglichkeit rechnung zu tragen.
illit der neuerdings angewanden Verfahren der Wärmegewinnung mittels Wärmepumpen wird zwar ein wesentlich höherer Wirkungsgiad erzielt, die Verlustleistung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und det Natürlichenabwärme des Veibrennungsmotores wird jedoch nicht genutzt.
Knftwerke zur Stromerzeugurg, sind völlig einseitig auf die Erzeugung von Elektrizität ausgerichtet, wobei der Wirkungsgrad der Umwandlung schon sehr niedrig ist und zusätzliche Verluste an Nutzenergie durch den zum teil sehr langen Transportweg mittels Überlandleittungen zum Endverbraucher entstehen. Auf die politischen und Volkswirtschaftlichen Risiken von Großkraftwerken soll hier nicht eingegangen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erforderliche Sutzenergie an Wärme und Elektrizität für Haushalte, öffentliche gewerbliche und industrielle Betriebe, so zu erzeugen, daß eine optimale Nutzung , der flüßigen, gasförmigen oder festen Energieträger bei der Umwandlung gegeben ist.
Diese Aufgabe wird erfindermäßig glöst durch einen Energieumwandler, bestehend aus Warmespeicher mit eingebautem Brennaruckaggregat, einer vruckanpassungsvorrichtung mit Druckspeicher sowie einem mittels Druckenergie angetriebenen Stromerzeuger mit angeschlossenem Stromspeicher und einer elektrischen oder elektronischen Steuerung zum Steuern und Überwachen der Energieumwandlung. Als woutzenergie wird Wärme, Druck und Elektrizität erzeugt, wobei die erzeugten Energien wiederum in einem Energiekreislauf des Energieumwandlers, umgewandelt werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung wird Beginn und Ende des Energieumwandlungsvorganges, gesteuert über ein im Wärmespeicher angebrachten Thermostat oderüber einen Amperemeter im Stromspeicher.
Die genannten Gerate sind so eingestellt, daß beim niedrigst Wert der Startimpula über die Steuerung gegeben wird und das Abschalten bei Erreichen des Höchstwertes erfogt.
Erfindermäßig wird die Wärme und Druckenergie in einem doppelt oder einfach wirkenden Brenndruckaggregat mit in sich getrennten Brenn und Druckkammer, mit innenliegenden Arbeits und bruckkolben erzeugt.
In besonderer Ausgestaltung der Erfindung besteht das Brenndruckaggregat aus 2 Brennkammern, die links und rechts an der Druckkammer angeflanscht sind. Druck und Brennkammer sind runde zylinderförmige Körper und sind durch bekannte Befestigungselemente fest .miteinander verbunden. die räumliche Trennung von Druck und Brennkammer erfolgt über einen Verbindungaflanach, mit in der auf der xittelachse angebrachten Bohrung znm Durchführen der Kolbenstange.
Erfindermäßig sind in den Brennkammern Arbeitskolben und in der Druckkammer ein Druckkolben verschiebbar angebracht. Arbeitskolben und Druckkolben sind mittels Kolbenstangen fest mit einander verbunden.
In erfinderischer Ausgestaltung sind an der, der Druckkammer gegenüber liegenden Stirnseite der Brennkammer Steuerdeckel, angebracht, die mit der Brennkammer durch bekannte Befestigungselemente fest verbunden sind. Am Steuerdeckel sind die für den Verbrennungsvorgang erforderlichen Steuer und Zündvorichtungen montiert.
In besonderer AuOgestaltung, kann durch~das Auswechseln und hinzufügen von anderen Geräten am Steuerdeckel, die Brennkammer für die Verwendung von flüßigen, gasförmigen oder festen Brenn oder Treibstoffen umgerüstet werden.
Erfindermäßig sind die sich gegenüberliegenden Brennkammern durch Flüßigkeitleitungen so miteinander verbunden, daß beim Arbeitsprozess in den Brennkammern Kühl und Schmiermedium ( Öl oder Emulsion ) von einer in die andere Kammer transportiert werden kann. Dieser dauernde Austausch sichert eine kontinuierliche Schmierung und Kühlung der Arbeitskolben Und Brennkammer. Gleichzeitig wird sichergestellt, daß beim hin un her Bewegen der Arbeitskolben hinter diesen kein Vakum entsteht , was wiederum negativen einfluß auf die Energienutzung hätte.
In besonderer Ausgestaltung ist in die Plüßigkeitsleitung zwischen den Brennkammern ein Steuerventil so eingebaut, daß der Zu und Abfluß in den Brennkammern über die Steuerung geregelt werden kann.
Das Steuerventil selbst ist erfindermäßig über Flüßigkeitsleitung mit einem unter geringem Druck stehenden Auagleichaspeicher eo verbunden, daß überschüßiges medium abgeführt werden kann. der Ausgleich in den Brennkammern erfolgt in 3 Arbeitsstufen.
Arbeitsstufe 1 Das Steuerventil ist in geöffneter Stellung und ermöglicht so den Austausch von einer Brennkammer in die Andere, beim Bewegen des Arbeitskolbens durch den Verbrennungsvorgang in der einen oder anderen Brennkammer.
Arbeitsstufe 2 Der Verbrennungsvorgang in der aktiven Brennkammer ist abgelaufen, das Steuervetitil wird umgeschalten und blockiert den IvlediumsauE-tausch so, daß Kühlmedium aus der aktiven brennkammer zum Ausgleichspeicher abtransportiert werden kann. Der Rückfluß aus der passiven Brennkammer ist blockiert, dadurch besteht die möglich keit, durch zuführen von medium aus dem Druckspeicher die Kompression vor dem Arbeitskolben in der passiven Brennkammer zu erzeugen.
Arbeitsstufe 3 Arbeitsstufe 3 entspricht Arbeitsstufe 2 j jedoch in umgekehrter Richtung.
Der Ausgleichspeicher selbst ist eifindermäßig so gestaltet, daß in einem zylinderförmigen Hohlkörper ein Kolben so angebracht ist, daß Auf und Abbewegungen möglich sind. Auf der einen Seite des Kolbens ist ein Druckpolster aus Gasgemisch oder eine Linearfeder angebracht, die dazu dient, einen konstanten Gegendruck, gegen das gegenüber befindliche Medium zu erzeugen. Der Ausgleichspeicher ist über Leitungen mit dem Elediumstank so verbunden, daß beim Zufliesen von Medium und dadurch bedingte Bewegung des Kolbens in Richtung Druckpolster, die Leitung freigegeben wird und das Medium in den Mediumstank abliesen kann. Das verwencete Medium ist für alle Vorgänge im Energieumwandler ( Kühlen,Schmieren Speichern,Antreiben ) gleich und wird in einem kediumstank gespeichert.
Erfindermäßig sind die Brennkammernüber ein weiteres Steuerventil und Flüßigkeitsleitungen mit dem Druckspeicher so verbunden, daß unter Druck stehendes Medium gesteuert über die Steuerung zugeführt werden kann. Die zugeführte Druckenergie wird dazu verendet die Kompression des Brennstoff-Luftgemissches vor dem Arbitakolben zu erzeugen.
In besonderer Ausgestaltung ist das Brenndruckaggregat so in den Wärmespeicher eingebaut, daß die Steuerdeckel mit den Wänden des Wärmespeichers ( isolierter Flüßigkeitsbehälter ) mit bekannten Befestigungs und Dichtelementen so verbunden, daß eine Dichtung nach Außen erfdgt. Das Dichtelement ist so gewählt, daß gleichzeitig eine Schwingungsdämpfung möglich ist und der Steuerdeckel des Brennaggregates von Außen zugänglich ist. Durch die gewählte Anbringung des Brenndruckaggregates im Wärmespeicher ist die gesamte zylindrische Pläche des Aggregates mit Waernlespeichenmedium umspült, wodurch Speicherung der Abwärme aber auch gleichzeitig Kühlung des Verbrennungsvorganges möglich ist. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß es keinen Kaltstart der Anlage beim Beginn des Arbeitsvorganges in den Brennkammern gibt, da immer eine Temperatur von mindestens 40 - 50 Grad #elsius gegeben ist.
Die während der Verbrennung enstehenden heißen Abgase in der Brennkammern werden über eine Spiralleitung die sich im Wärmespeichermedium befindet und mit den Brennkammern nach Außen verbunden ist abgeführt, dadurch werden die Abgase abgekühlt und geben die Wärme energie an das Wärmespeichermedium ab.
In besonderer Ausgestaltung können 2 oder mehrer Brenndruckaggregate so mit einander verbunden werden, daß einerbeitsbatteris entsteht die über Zentralleitungen verbunden sind, Durch diese Anordnung können große Leistungseinheiten hergestellt werden.
Die beS Vorbrennungsvorgang in den Brennkammern erzeugte Arbeit leistung, wird dazu benutzt den Arbeitskolben in lienearer Richtung zur Mittelachse so in Bewegung zu setzen, daß eine Verschiebung in Richtung der gegenüberliegenden Brennkammer erfolgt. Da die Arbeitskolben in den Brennkammern über eine Kolbenstange fest mit dem Druckkolben in der Druckkammer verbunden ist, wird gleichzeitig der Druckkolben in die selbe Richtung verschoben.
dadurch wird das vor dem Aruckkolben befindliche Druckmedium über eine lüßigkeitsleitung in einen Druckspeicher gepresst und als abrufbare Druckenergie gespeichert.
Zur besseren Itutzung der beim Verbrennungsvorgang entstehenden degressiven Arbeitsleistung ( Druckenergie ) ist erfindermäßig zwischen Druckkammer und Druckspeicher eine Druchanpassungsvorrichtung angebracht, mit der aufgabe , den degressiven Druck in einen konstanten lienearen Druck umzuwandeln.
In besonderer Ausgestaltung besteht die Druckanpassungsvorrichtung aus einem festen Rahmen an welchem 2 an ihrem unteren Ende pendelnt gelagerte Ausgleichszylinder angebracht sind. In den Zylindern befinden sich Kolbenstangen mit Kolben die an der vorderen Seite aus dem Zylinder herausgeführt sind. Die herausragenden Enden der Kolbenstangen sind als Gelenke ausgebildet und mit einem Hebel beweglich verbunden. Der Hebel selbst ist auf einer Achse die am Rahmen fest angebracht ist drehbar gelagert. Jeder der beiden Ausgleichszylinder hat einen separaten Hebel zugeordnet.
Erfindermäßig ist am Hebel ein pendelnt gelagerter Ausgleichshebel angebracht über welchen eine pendelnte Verbindung zu den Druckzylindern hergestellt wird. Durch diese Anordnung, kann eine Hebelarmveränderung ton Ausgleichszylinder zu Druckzylinder so erreicht werden, daß der degressive Druck von der Druckkammer in einen lienear Druck umgewandelt wird.
Zwischen den Druckzylinder und Druckspeicher sind Verbindungsleitungen zum Transport des Druckmediums so angebracht in welche Ventile eingebaut sind. Die Ventile haben dAi Aufgabe unter Druck den Weg zum Druckspeicher freizugeben, bzw. bei ansaugen von Druckmedium aus dem Mediumspeicher den Weg zum Druckspeicher zu schließen. Desweitern sind die Druczy1inder mit dem Mediumsspeicher mittels Verbindungsleitung verbunden in welchen ebenfalls Ventile eingebaut sind. Die Ventile haben die Aufgabe beim Ansaugen des Mediums zu öffnen und bei der Druckübertragung in den uruckspeicher zu schließen.
In besonderer Ausgestaltung sind die beiden Ausgleichszylinder mittels Leitungen mit einander verbunden, eine weitere Leitung führt zu dem Ausgleichsspeicher. Durch diese Anordnung ist sichergestellt, daß in dem Kreislauf zwischen Druckkammer und Ausgleichszylinder keine Leckverluste durch undichte Stellen auftreten, sondern eine konstante Füllung mit Druckmedium gewährleistet ist.
Erfindermäßig sind am Rahmen und an den Hebeln der Druckanpassungsvorrichtung elektrische oder elektronische Schalter angebracht, die so eingestellt werden können, daß beim Pendeln der Hebel ein Schaltimpuls zur Steuerung der Kompression in den Brennkammern gegeben ist. Die Schaltelemente sind an beiden Hebeln unabhängig von einander angebracht und dienen so zum wegabhengigen Steuern der einen oder anderen Brennkammer.
Die gespeicherte ruckenergie wir erfindermäßig dazu benutzt einen mit einem Stromaggregat gekoppelten Druckmotor anzutreiben. Die dabei erzeugte Elektrizitätsenergie wird sofort an den Endverbraucher weiter gegeben ( Haushalt Maschinen u.ä. ) oder in einem Stromspeicher gespeichert.
In besonderer Ausgestaltung ist das Stromaggregat mit Stromspeicher über Leitungen mit einem im Wärme speicher angebrachten Durchlauferhitzer und einer Heizspirale verbunden. Durch diese Anordnung kann überschüssige Elektrizitätsenergie zur erzeugung von Wärmeenergie verwendet werden, was besonders bei dem hohen Wärmebedarf bei Haushalten sehr wichtig ist. Besonders in Monaten wo der WCrmebedarf sehr klein ist besteht die öglich~keit die erundtemperatur im Wärmespeicher klein zuhalten und den Bedarf an Warmwasser über den Durchlauferhitzer zu erzeugen. Durch das aufgezeigte Verfahren ist es möglich den Mengenbedarf an Warmwasser gezielt zu erzeugen, ohne. ein dauerndes Aufheizen der gesamten Wärmespeichermasse durchführen zu müßen. Auch ist es nicht erforderlich, daß in Bedarfs schwachen Zeiten der Arbeitszyklus der Anlage abläuft, da der Bedarf an Wärme zum großen Teil aus dem Elektrizitätsspeicher erzeugt werden kann.
nähere Einzelheiten werden an hc na von Ausführungsbeispielen beschrieben dabei zeigen: Fig0 1 Die Gesamtanlage schematisch dargestellt.
Fig. 2 System der l"reibstoffmischung bei Verwendung von gasförmigen Brennstoffen.
Fig. 3 Ausführung der Brennkammer ei Verwendung von flüssigen Brennstoffen.
Fig. 4 Ausfahrung der Brennkammer bei Verwendung von festen Treib oder Explosionsstoffen.
Fig. 5 Eine mögliche Art des Zusammenfügens von mehreren Druckkammern zu einer Leistungeeinheit.
Fig. 6 Steuerventil zum Regeln und Steuern des Mediumsgleichs in den Brennkammern Fig. 7 Steuerventil zum Regeln und Steuern der Zuführung des Druckmediums zu den Brennkalrmern zum Aufbau der TWompression.
Fig. 8 Schema des Weg-Hebelarmverlaufes bei Kurbelwellen Fig, 9 Diagramm mit Expansions und Leistungskurven.
Fig. 1o Schema des Weg und Hebelarmverlaufes bei der beschriebenen Druckanpassungsvorrichtung Fig. 11 Hebelsystem der Druckanpassungsvorrichtung Fig. 1 zeigt den Gesamtumfang des Energieumwandlers in schematischer Form, Maschinen und Apparatebautechnische Gesichtspunkte wurden hierbei nicht berücksichtigt, da diese bekannt sind und je nach Ausführungsform und Größe den Gegebenheiten angepesst werden muß.Labei sind Sicherheitsvorkehrungen für das Drucksystem so wie hoher Isolierwert für den Wärme speicher und geringe mechanische Reibung bei den bewegten Teilen zu berücksichtigen.
Der Wärmespeicher selbst besteht aus dem Flüssigkeitsbehälter 8, dieser wiederum ist mit dem Isoliermantel 7 so umkleidet, daß eine optimale Wärmespeicherung gegeben ist. Im Speicher befindet sich das Speichermedium ( Wasser ) 9 mittels welchem die anfallende Wärme aus den Brennkammern gespeichert wird. In den Flüssigkeitsbehälter 8 wird das Brenndruckaggregat 11 so eingebaut, daß die Stirnseiten des Aggregates mit der Behälterwandung durch bekannte Befestigungselemente fest verbunden. Zum dämpfen der beim Verbrennungsvorgang entstehenden Stöße und Schwingungen, so wie zum Abdichten zwischen Preundruckaggregat und Behälterwandung ist zwischen Behälterwandung und Brenndruckaggregat ein Schwingungsdämpfer 29 angeordnet.
Das Brenndruckaggregat selbst besteht aus den Brennkammern 17 und 56 sowie der Druckkammer 2. Die Kammern selbst sind runae zylinderförmige Hohlkörper deren Innenfläche so bearbeitet ist, daß oinc eine einwandfreie Dichtung und Führung der Arbeitskolben 15 und 58 sowie des Lruckkolbens 3 gewährleistet ist. Druckkolben 3 und Arbeitskolben 15 und 58 sind mittels Kolbenstangen 4 und 55 fest miteinander verbunden, wobei bekannte Verbindungsarten angewand werden. Zum Abdichten und Trennen der Brenn und Druckkammern sind die Zwischenflansche 19 und 54 angebracht. In den Zwischenflanschen 19 und 54 selbst sind auf der Mittelachse Bohrungen angebracht durch weche die Kolbenstangen 4 und 55 geführt werden.
An den Stirnseiten der Brennkammern ist der Steuerdeckel 26 angebracht.
Arbeitskolben 15 und 58 sowie Druckkolben 3 sind zur Zylinderwandung der Brennkammer 17 und 56 soWie zur Wandung der Druckkammer 2 mittels Dichtung oder Kolbenring 14 abgedichtet.
Im Steuerdeckel 26 sind die erforderlichen Geräte für den Verbrennungsvorgang angebracht.
Die in Fig. 1 gezeigte Ausführung ist für die Verwendung von gasförmigen Brennstoffenausgelegt. Dabei wird über Bohrung 31 das Gas-Luftgemisch in die Brennkarmrier geführt. Mitdem Ventil 32 wird die Zufuhr freigeben oder geschloasen, die Impuse selbst kommen von der Steuerung34. Zum zünden des Luft-Gasgemisches dient die Zündkerze 64, der Zündfunke wird über den Impuls des bruckgebers 63 über die Steuerung 34 ausgelöst.Druckgeber 63 kann entsprechend des verwendeten Gasgemisches oder der gewünschten Kompression stufenlos eingestellt werden.Die Verbindung von Zündkerze 64 zu Steuerung 34 erfolgt über das Kabel 66. Druckgeber 63 ist durch Kabel 67 mit der Steuerung 34 verbunden.Die Brennkammern 17 und 56 sind über die Ylüssigkeitsleitungen22 und 22' und über die Bohrungen 21 und 27 mit einander verbunden.
badurch besteht die Möglichkeitdas Schmier und Druckmedium von einer Brennkammer in die andere' wechselweise zu befördern Das bei dez Kompressionsvorgang in der passiven Brennkammer überschüssige Medium wird über die Flüssigkeitsleitung 33 zum Ausgleichspeichor 36 abgeführt.Diese Rückführung erfolgt unter einem etwas höheren Druck wie er im Ausgleichspeicher 36 besteht0 Bei der Rückführung in den Ausgleichspeicher 3G wird der Kolben 37 gegen das Druckpolster oder die Feder 38 gedrückt, der Kolben 37 bewegt sich nach unten, die Bohrung zur Leitung 39 wird freigegeben, dadurch kann überschüssiges Medium zufl Mediumstank 40 abfliesen.
Zur Erzeugung der Wompre-sion wird vom Druckspeicher 79 über die Flüssigkeitleitun 12 Druckmedium zum Steuerventil 25 geführt. Das oteuerventil 25 wird von der Steuerung 34 angesteuert und ibt wechselweise den Weg über die Flüssigkeitsleitungen 20 und 20' zu den einzelnen Brennkammern frei. In den Brennkammern sind für diesen Zweck die Bohrungen 18 und 28 angebracht.
Gleichzeitig mit dem Ansteuern von Steuerventil 25 wird auch das Steuerventil 23 angesteuert, über dieses Ventil wird der Weg so gelegt, daß die Leitung ( 2 oder 22' ) zu der Brennkammer in welcher die kompression ei-folgt gespert ist, die Leitung ( 22 oder 22' ) zur entspannenden Brennkammer aber ist zum Ausgleichspeicher 36 offen.
Die Abgase in den Brennkammern werden über Bohrung 59 im Steuerdeckel 25 über die Leitungen 10 und 57 abgeführt. Des Öffnen und Schliesen der Leitung 10 und 57 erfolgt über Ventil 60 welches mechan. selbstätig oder elektrisch angesteuert werden kann. Zur Schalldämpfung ist zwischen den Leitungen der Schalldämpfer 52' angebracht, von hier wird das noch warme

Agbffs

über die Spiralleitung 53 in das Kamin abgeführt.Bei Bedarf können in die Spiralleitung 53 Filter eingebaut werden um die Umweltverschmutzung zu reduzieren. Gleichzeitig mit dem Abführen der warmen Abgase über die Leitungen 10,57 und 53 wird das Wärmespeichermedium erwärmt und die Abgase abgekühlt.
Die 3rennstoffe werden in dem Tank 24 gelagert und über die Leitungen 13 und 30 den brennkammern zugeführt.
Durch den Verbrennungsvorgang in den breenkammern 17 und 56 werden die Arbeitskolben 15 und 58 wechselweise mit hohem und dann abfallenden Druck hin und her geschoben, dabei wird über die Bohrungen 1 und 5 das in der Druckkammer unter Druck stehende Druckmedium über die 68 oder 69 zu den Ausgleichszylindern 71 oder 86 geführt, wobei die immer der aktiven Brennkanmmer gegenüberliegende Druckkammerhälfte unter Druck steht, in die andere Hälfte fließt das entspannte Druckmedium von dem in Rückwärtsbewegung, befindlichen Ausgleichszylinder zurück.
Die Ausgleichszylinder 71 und 86 sind auf einem Rahmen 70 mittels Sendellager 88 so montiert, daß sich der Ausgleichszylinder der jeweiligen Hebelstellung von Hebel 73 oder 73' anpassen kann.
Kommt nun das unter Bruck stehende lVedium in den aktiven Ausgleichszylinder wird der Kolben mit angeflenachter Kolbenstenge 81 oder 85 nach oben bewegt.
Die kolbenstangen 81 und 85 sind an ihrem vorderen Ende als Gelenke ausgebildet und mit den Hebeln 73 oder 73' so verbunden, daß Pendelbewegungen möglich sind, wobei Kolbenstange 81 und 85 mit den Hebeln 73 unc 73' im Drehpunkt 91 lose verbunden sind Das Auf und Ab 3ewegen der Kolbenstangen 81 und 85 inden Ausgleichazylindern 71 und 86 erfolgt wechselweise entsprechend der Richtung in der Druckkammer.
Ausgleichszylinder 71 und 86 sind aber die Leitung 87' so mit einander Verbunden, das Medium von einem in den anderen Zylinder fliesen kann. Desweiteren ist der Ausgleichszylinder 86 mit dem Ausgleichsspeicher 36 durch Leitung 87 verbunden. Durch diese Anordnung ist ein geschlossenes System gegeben in welchem keine Ventile erforderlichsind, Leckverluste durch undichte Stellen oder blnliches werden über den Ausgleichspeicher 36 ersetzt.
Die hebel 73 und 73' sind auf dem Rahmen 70 im Drehpunkt 124 so nebeneinander gelagert, das unabhängig von einander Bewegungen erfolgen können. Auf den Hebeln 73 und 73' sind in einem bestimten Abstand die Drehpunkte 74 angebracht in welchen dieAusgleichshebel 75 pendelnt gelagert sind. Die Ausgleichshebel wiederum sind im Drehpunkt 92 pendelnt mit dem kolben 80 in den Druckzylindern 76 und 82 verbunden.
Wird die Kolbenstange 81 oder 85 in den Ausgleichszylindern 71 oder 86 nach oben bewegt, so wird diese Bewegung über die Hebel 73 oder 73' über die Ausgleichshebel 75 auf den Kolben 80 in Druckzylindern 76 oder 82 übertragen, das in dem aktiven Druckzylinder befindliche Medium wird gleichbleibend hohem Druck in den Druckspeicher 79 gepresst. Während des Arbeitsvorganges ist im aktiven Druckzylinder 76 oder 82 das Ventil 9o geschlossen, das Rückschlagventil 84 zum Druckspeicher 79 ist geöffnet.
Im passiven Druckzylinder 76 oder 82 wird der Kolben 80 nach Unten bewegt , Ventil 92 ist geöffnet und über Leitung 93 wird Medium aus dem Mediumstank 40 angesaugt,Rückschlagventil 84 ist geschlossen.
Durch das Pressen von Medium unter Druck von den Druckzylindern 76 und 82 in den Druckspeicher 79 wird der Kolben 77 nach Oben bewegt, das Druckpolster 78 gleicht den Druck wieder aus.
Zur wegabhängigen Steuerung des Expansionsverlaufes der Verbrennung in den Brennkammern ist am Rahmen 70 ein Ausleger 125 angebracht an deßen Ende ist der elektrische oder elektronische Endschalter 89 angebracht. In Fig. 1 ist der Ausleger 125 nur auf einer Seite gezeigt, in der Praxis wird dieser auf beiden Seiten des Rahmens 70 angebracht sein. Auf den Hebeln 73 und 73' ist die Schaltnocke 83 ,im Bild nur auf Hebel 73' gezeigt angebracht. Endschalter 89 kann beliebig verstellt und dem jeweiligen Expansionsweg angepasst werden.
Die Funktion der Schaltnocke 83 besteht darin beim Vorbeifahren an Enschalter 89 den elektrischen Impuls zum Steuern des Brenn bzw. Kompressionsvorgangs in den Brennkammern auszulösen, der Impuls wird über Leitung 72 an die Steuerung 34 weiter gegeben.
Da das gespeicherte und unter Druck stehende Medium im Druckspeicher 79 nicht in unbegrenzter Menge gelagert werden kann, wird nach erreichen eines vorgegebenen Füllstandes Medium über die Leitung 95 zum Hydromotor 48 abgeführt, dieser wiederum treibt über das Ausgleichsgetreibe 47 einen Elektrogenerator 45 an. In besonderer Ausgestaltung kann das unter Druck stehende Medium auch zum Antriebt von anderen Maschinen oder auch Fahrzeugen eingesetzt und verwendet werden. Das verbrauchte und entspannte Medium wird über Leitung 94 vom Hydromotor zum kediumstank 40 abgeführt und kann wieder für den Arbeitsablauf im Energieumwandler verwendet werden. Die erzeugte elektrische Energie kann über kabel 44 zum Elektrospeicher41 oder über Kabel 46 und 50 direkt zum Endverbraucher transportiert werden.
Liegt beim Endverbraucher ( Haushalt,Maschinen,öffentliche Einrichtungen ) kein bedarf vor kann die gespeicherte oder im Moment erzeugte B-Energie über Kabel 43,46 und 62 zum Durchlauferhitzer oder Heizspirale 51 im Wärmespeicher 8 transportiert werden und dort zur Erhitzung des Wärmespeichermediums bzw das durch den Durchlauferhitzer 51 fließenden Wassers in Leitung 6 benutzt werden. Durch diese Energierückführung ist eine gezielte ADgtimmung von Wärme und Strombedarf möglich.
Impulse zu Start oder Abschalten der Anlage werden entweder von dem regelbaren thermometer 65 über Leitung 61 oder über Leitung 35 von einem im Stromspeicher 41 angebrachten Amperemeter an die Steuerung 34 gegeben.
Die am Druckspeicher 79 angebrachte Leitung 95 ist am Druckspeicher so angebracht, daß in der untersten Stellung des Kolbens 77 die Leitung 95 gesperrt ist, jedoch noch genügend Medium zum starten der Anlage vorhanden ist.
In Fig. 1 sind die erforderlichen Leitungen und Kabel nur insoweit eingezeichnet wie sie zum Verständniss erforderlich sind.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsmöglichkeit der brennstoffmischung bei gasförmigen Drennstoffen. Labei wird davon ausgegangen, daß der gasförmige brennstoff mit einem bestimmtem Druck # - 6 atü dem Endverbraucher über Fernleitungen oder behälter zur Verfügung gestellt wird. Eine Zwischenlagerung erfolgt in Tank 24. ber Leitung 22 in welchen ;ziischventile 99 eingebaut sind wird der Brennstoff zu den brennkammern befördert. Durch den Strömungsverlauf in der Leitung 22 wird über den Luftfilter 97 und die Leitungen 98 Luft angesaugt und in den Mischventilen 99 zu einem entsprechenden Brennstoffgemisch aufbereitet und den Brennkammern zugeführt.
Für flüssige Brennstoffe wird die in Fig. 3 gezeigte Ausführung angewand. 9n Fig. 3 können zum Teil auch Einzelheiten aus Fig. 1 besser dargestellt werden. Erennkammer 56 hat an ihrem Ende einen Befestigungsflansch, an welchem mit bekannten befestigungs elementen 103 der Steuerdeckel 26 befestigt werden kann. Zur Dichtung ist zwischen brennkammer 56 und Steuerdeckel 26 die Dichtung loo angebracht. In der Brennkammer 56 bewegt sich der Arbeitskolben 58, der Arbeitskolben 58 ist zur Wandung der Brenn kammer 56 mittels Dichtung oder Kolbenring 14 abgedichtet.
Die hauptsächlichen Geräte im Steuerdeckel 26 sind auf die Verwendung von flüssigem Brennstoff abgestimmt. Über Leitung lol wird unter Druck stehende Luft oder Sauerstoff zugeführt, wobei die Leitung lol über ein nicht eingezeichnetes entil geschlossen werden kann0 Glüh oder Zündkerze 64 sind zum Zünden des BrennEtoffgemisches angebracht. Der flüssige brennstoff selbst wird über den Einspritzzylinder 102 nach erfolgter Kompression unter hohem Druck eingespritzt, dabei kann Druckmedium aus dem Druckspeicher wie in Fig. i beschrieben verwendet werden.
Eine mögliche Konzeption der Brennkammer für feste reib oder Explossionsstoffe zeigt Fig. 4 dabei ist auf der brennkammer 56 ein Dichtflansch 113 aufgeflanscht, der an einer Seite über die Brennkammer 56 hinaus ragt. Dichtungsflansch 113 ist über den Zwischenflansch 112 mit dem Deckel 11o mittels bekannter Befestigungselemente fest und dicht verbunden. Zwischen Dichtungsflansch 113 und Deckel 11o bewegt sich auf einem Drehpunkt gelagert die Revolverscheibe 106 in welche Löcher zur Aufnahme des festen Ireib oder Egplossionstoffes 105 angebracht sind. Die Revolverscheibe 106 wird über einen Antrieb 108 so gedreht, daß immer eine Portion des Treib oder Explossionsstoffes 105 zur Zündung gebracht wird. Uber Stecher oder elektrischen Kotakt 107 wird die Zündung ausgelöst. Die entstehenden Gase und Druckwellen werden über die Kolbennase 104 auf den Arbeitskolben 58 übertragen. Zwischen Dichtflansch 113 und Kolbennase 104 ist ein Ringspalt über welchen die Expansion der Gase auf die große Kolbenfläche des Arbeitskolbens 58 übertragen werden können.
Der Treib oder Explossionsstoff selbst wird über Leitung 109 zugeführt.
Fig 5 zeigt die Anordnung mehrer Brenndruckaggregate 11 in paralell Schaltung, durch diese Anordnung ist es möglich kleine Aggregate zu großen Leistungseinheiten zusammen zu koppeln.
Zufuhr und äbtransport von Medium und Abgasen sowie brennstoff erfolgt über Zentralleitungen ( 10,22 ) dadurch besteht die Möglichkeit in einem Steuervorgang alle Aggregate zu bedienen.
Fig. 6 zeigt das Schema des Steuerventils 23 mit welchem der Mediumsaustausch zwischen den einzelnen brennkammern geregelt wird. In der gezeigten Stellung des Steuerkolben 115 sind die Srennkammern über die Leitung 22 und 22' direkt mit einander verbunden. Wird über Magnetspule 116 oder einer mech. Hebelbewegung Steuerkolben 115 nach links oder nach rechts bewegt, so wird entweder Leitung 22 oder 22' gesperrt, Leitung 33 wird freigegeben und über den Kolbenausbruch 117 kann von der freien Leitung 22 oder 22' medium zum Ausgleichspeicher 36 abSieBen.
Fig. 7 zeigt das Schema des Steuerventils 25 mit welchem der Zufluss des Druckmediums für die Kompression in den Brennkammern geregelt wird. In der gezeigten Stellung kann das Druckmedium über Leitung 12 zu Leitung 20! fließen und die Kompression in Brennkamirier 55 bewirken. Wird der Steuerkolben 120 über die Itagnetspule 118 oder einer mech. Hebelbewegung nach links bewegt, so wird Leitung 20 und 20' blockiert, das über Leitung 12 zu geführte Druckmedium kann nicht abfließen, es ist Ruhestellung. Wird der Steuerkolben 120 weiter nach links bewegt bleibt Bohrung 20' gesperrt, Bohrung 20 ist frei und der Kompressionsaufbau in der Brennkammer 17 kann erfolgen.
Zur besseren Verdeutlichung der Energienutzung wird in Fig. 8-10 der Unterschied der Kräftenutzung beim bekannten Kurbewellensystem zu der in Fig. 1 beschriebenen Druckanpassungsvorrichtung aufgezeigt.
In Fig. 8 ist die Bewegungs/Leistungslinie der Kurbelwelle aufgezeigt,dabei kann ersehen werden, daß die größte Expansionsleistung beim Verbrennungsvorgang auf den Hebelarm B1 0 O Leistung wirkt. Durch das drehen der Kurbelwelle verändert sich der Hebel arm zu Drehpunkt C positiv es kann Arbeit im Verhältniss Druck im Zylinder zu entsprechendem hebelarm geleistet werden. Der Hebel arm verändert sich bis auf den max. günstigen Punkt B4 und fällt dann wieder zurück auf B1, der dor geleistete Weg ist in Al - A7 ersichtlich. Da der Druckverlauf beim Verbrennungsvorgang sehr schnell abfällt und dann ausläuft, kann mit dem Kurbelwellensystem mit Rotationsbewegung um den Drehpunkt c die optimale Energienutzung nicht erreicht werden: Fig. 9 zeigt als Diagramm den Druckverlauf des Verbrennungsvorganges in der Kurve 121, dabei ist ersichtlich, daß beim Ver- Verbre;-;rlungsbeginn ein sehr hoher Druck gegeben ist der dann sehr schnell abfällt und dann langsam ausläuft. Kurve 122 zeigt die Drucknutzung durch die Anordnung der Kurbelwelle, dabei kann ersehen werden, daß auf Grund der üngünstigen Hebelstellung beim Beginn der Verbrennung von o nutzung relativ schnell ansteigt sich dann dem Kurvenverlauf von Kurve 121 anpasst und wieder in o endet. Die nicht genutze Druckleistung im hohen und nideren Druckbereich ist aus dem Diagramm sehr gut ersichtlich und zeigt , daß ein enormer Teil der erzeugten Energie nicht genutzt wird. Kurve 123 zeigt die Drucknutzung bei Einsatz der in Fig. 1 beschriebenen Druckanpassungsvorrichtung, dabei ist ersichtlich, daß eine fast vollständige nutzung der bei der Verbrennung gegebenen Druckenergie vorhanden ist.
Die Veränderung der Hebelstellung der in Fig. 1 beschriebenen Druckanpassungvorrichtung kann aus Eig. 1o ersehen werden. Dabei ist der Hebel 73 und 73' beim Beginn des Verbrennungsvorganges in Stellung b1, der Hebelarm zum Drehpunkt C ist sehr klein. Da sich der Drehpunkt C aber nur als Lagerung ausnimmt und die zu bewegende Druckwirkung im Punkt B angreift, ist in der Anfangsstellung eine fast direkte Leistung auf die Druckwirkung gegeben.
Wird nun von der Druckkammer das Druckmedium wie in Fig. 1 beschrieben über den Druckausgleichszylinder 81 oder 86 zur Leistung auf die Hebel 73 und 73' geführt, so bewegt sich Hebel 73 oder 73' um Drehpunkt C nach oben. Durch die Drehbewegung verändert sich das Hebelverhältniss E zu D so, das der Leistungshebel E immer größer wird. Bei der Bewegung von Al zu Ae wird ein kleiner eg zurück gelegt und das Hebelarmverhältniss ist noch fat ausgeglichen. Die geleistete Arbeit von b1 zu b2 ist aber groß, dies entspricht dem Druck beim Verbrennungsvorgang. Je weiter eich der hebel 73 oder 73' zu A5 bewegt um so günstiger wird das Hebelarmverhältniss. Der Weg von A2 zuJA4 zu A5 wird immer größer die Arbeitsleistung b2 zu b3 zu b4 zu b5 wird immer kleiner. Dieser Verlauf kann dem Druckverlauf in der Brennkammer so angepasst werden, daß die in Fig. 9 gezeigte hohe Drucknutzung möglich ist.
Fig. 11 zeigt das Hebelsystem der Druckanpassungsvorrichtung, da bei sieht man, daß der Ausgleichzylinder 71 über ein gelenk 91 mit dem Hebel 73 verbunden ist. Hebel 73 wiederum ist über ein rJelenk 74 mit dem Ausgleichshebel 75 verbunden , der über Gelenk 92 mit dem Kolben 80 verbunden ist, der im Zylinder 76 geführt wird. Hebel 73 und 73' sind im Rahmen 70 nebeneinander im drehpunkt 124 pendelnt gelagert. Am Rahmen 70 ist der Ausleger 125 befestigt an welchem die Endschalter 89 angebracht sind. Über Kabel 72 werden die elektrischen Impulse an die Steuerung 34 weiter gegeben.
Schutzansprüche L e e r s e i t e

Claims

SCHUTZANSPRÜCHE 0. Energieumwandler für die Brzeugung und Speicherung von rne, Druck und Elektrizitätsenergie,gekennzeichnet durch, einen Wärmespeicher mit eingebautem Brenndruckaggregat 11, einer Druckanpassungsvorrichtung mit Druckspeicher, sowie einem mittels Druckenergie angetriebenen Stromerzeuger mit angeschlossenem Stromspeicher und einer elektrischen oder elektronChen steuerung, zum Steuern und Öberwachen der Umwandlungsvorgänge.
2 Energieumwandler nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,daß im Wärmespeicher und im Stromspeicher einstellbare Befehlsgeräte eingebaut sind , die entsprechend der eingestellten Werte ( Grad Celsius , Ampere ) Impulse zur automatischen Inbetriebnahme oder Abschalten des Energieumwandlers geben.
3. Üjnergieunwandler nach Anspruch 1 und 2 gekennzeichnet durch durch ein doppelt oder einfach wirkendes Brenndruckaggregat 11 fir die Verbrennung der Brennstoffe und Erzeugung der Druckenergie.
4. Energieumwandler nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Brenndruckaggregat 11 aus einer Druckkammer 2 und 2 an den Stirnseiten der Lruckkammer 2 angeflanschten Brennkammern 17,56 besteht.
5. Energieumwandler nach Anspruch 3 ; 4 dadurch gekennzeichnet, daß uruckkammer 2 und Brennkammern 17,56 durch Zwischenflansche 19,54 mit auf der Mittelachse befindlichen Bohrungen getrennt sind.
6. Energieumwandler nach Anspruch 3 - 5 dadurch gekennzeichnet, daP die in den Brennkammern 17,56 befindlichen Arbeitskolben 15,58 mit dem in der Druckkammer 2 befindlichen Druckkolben 3 durck Kolbenstangen 4,55 fest verbunden sind.
7. Energieumwandler nach Anspruch 3 - 6 dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnseiten der Brennkammern 17,56 Steuerdeckel 26 angebracht sind in welchen Geräte 32,63,64 für die Steuerung und Durchführung des Verbrennungsvorgang bei gasförmigen Brennstoffen montiert sind.
8. Energieii11.wandler nach Anspruch 3 - 7 dadurch gekennzeichnet, daß in den Steuerdeckel 26 Gerade 64, 101, 102 für die Steuerung und Durchführung des Verbrennungsvorgangs bei flüssigen Brennstoffen montiert sind.
9. Energieumwandler nach Anspruch 3 - 8 dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnseiten der Brennkammern 17,56 Vorrichtungen 104 - 113 zum Zuführen, Steuern und Durchführen des Verbrennungs oder Explosionsvorganges bei Verwendung von festen Ireib oder Explosionsstoffen angebracht sind.
10.Energieumwandler nach Anspruch 3 - 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammern 17,56 durch Flüssigkeitsleitungen 22,22' für den Transport von Kühl/Schmiermedium so mit einander verbunden, daß eine dauernder Austausch während des Arbeitsprozesses möglich ist.
11.Energieumwandler nach Anspruch 1 - 10 dadurch gekennzeichnet, daß in die Flüssigkeitsleitung 2S,22' zwischen den Brennkammern 17,56 ein Steuerventil 23 eingebaut ist mit welchem gesteuert über die Zentralsteuerung 34 der Mediumsaustausch zwischen den Brennkammern 17,5b geregelt wird.
12.Energieumwanler nach Anspruch 1 - 11 dadurch gekennzeichnet, daß zum Mediumsausgleich und Versorgungssicherung mit Kühl/ Schmiermedium in den Brennkammern 17,56 ein Ausgleichspeicher 36 eingebaut ist, der über Leitung 33 und Steuerventil 23 mit den Brennkammern 17,56 gekoppelt ist.
13. Energieumwandler nach Anspruch 1 - 12 dadurch daß die Brennkammern 17,56 über das Steuerventil 25 über Leitung 12 mit dem Druckspeicher 79 so verbunden ist, daß durch zuführen von Druckmedium die Kompression des vor dem Arbeitskolben 15,58 befindlichen Brennstoffgemisches gesteuert über Die Zentral steuerung erfolgt.
14. Energieumwandler nach Anspruch 1 - 13 dadurch gekennzeichnet, daß das Brenndruckaggregat 11 zur optimalen Kühlung und Wärmespeicherung in den Wärmespeicher 8 eingebaut und an der Oberfläche vor: Wärmespeichermedium umspült ist.
15. Energieumwandler nach Anspruch 1 - 14 dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Abgase des Verbrennungsvorganges in den Brennkammern 17,56 über eine durch das Wärmespeichermedium führende Spiralleitung 53 abgeführt werden und dadurch die Wärme an das lVärmiespeichermedium abgegeben.
16. ENERGIEUMWANDLER nach Anspruch 1 - 15 dadurch gekennzeichnet, daß 2 oder mehrere Brenndruckaggregate 11 zu einer Leistungseinheit gekoppelt sind.
17. Energieumwandler nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch, eine Druckanpassungsvorrichtung mit Druck speicher zur Umwandlung und Speicherung des degressiv abfallenden Expansionsdruckes in den-Brennkammern 17,56 wärend des Verbrennungsvorganges in einen gleichmäßigen Bruck zum abspeichern im Druckspeicher.
18. Energieumwandler nach Anspruch 17 gekennzeichnet durch, einen Rahmen 70 mit 2 daran pendelnt angebrachten Ausgleichszylindern 71,86 mit innenliegenden Kolbenstangen 81,85 durch Leitungen 68,69 mit der Druckkammer 2 verbunden.
19. Energieumwandler nach Anspruch 17 u. 18 dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstangen 81,85 in den Ausgleichszylindern 7-1,86 an ihren Enden pendelnt mit Hebel 73,73' verwunden die auf auf dem Drehpunkt 124 am Rahmen 70 gelagert sind.
20. Energieumwandler nach Anspruch 17 - 19 dadurch gekennzeichnet, daß Ausgleichshebel 75 mit den Hebel 73,73' und den Kolben stangen 80 in Gelenken 74,93 pendelnt gelagert verbunden sind.
21. Energieumwandler nach Anspruch 17 - 2o ^ekennzeichnet durch, Druckzylinder 76,82 die mit den Ausgleichshebel 75 und über Leitungen 84 mit eingebauten Ventilen mit Druckspeicher 79 und dem Mediumstank 40 verbunden sind.
22. Energieumwandler nach Anspruch 1 - 21 dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichszylinder 71,86 durch Leitungen 87' mit einander und über Leitung 87 mit dem Ausgleichseicher 36 verbunden sind.
23. Energieumwandler nach Anspruch 1 - 22 dadurch gekennzeichnet, daß am Rahmen 70 ein Ausleger 125 angebracht ist an dem sich Endschalter stuffenlos verstellbar zum Steuern des Kompressionsvorganges-in den Brenn klammern 17,56 befinden.
24. Energieumwandler nach Anspruch 1 -23 dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrogenerator 45 von einem Hydromotor 48 angetrieben wird und der erzeugte Strom direkt zum Verbrauch abgegeben oder in einem Elektrospeicher 41 gespeichert wird.
25. Energieumwandler nach Anspruch 1 - 24 dadurch gekennzeichnet, daß die im Druckspeicher 79 gespeicherte Druckenergie zum Antrieb von klaschinen , Wärmepumpen oder Fahrzeugen direkt verwendet wird.
26. Energieumwandler nach. Anspruch 1- 24 gekennzeichnet durch, einen elektrischen Durchlauferhitzer 51 , für die Erwärmung von Speicher oder Durchlaufmedium , angebracht im Wärmespeicher, verbunden über Kabel 43,46,62 mit dem Elektrogenerator 45 und Elektrospeicher 41 gesteuert über die Zentralsteuerung 34.