DE2936912A1 - Waermemotor - Google Patents

Description

• Wärmemotor
• Die Erfindung betrifft einen Wärmemotor zur llmwandlung von thermischer in mechanische Energie.
• Aufgabe ist es, eine Maschine zu konstruieren, die eine Temperaturdifferenz in mechanische Energie umwandelt.
• Die Erfindung löst die Aufgabe durch folgende Maschine: Ein Hauptbehälter und zwei mit ihm verbundene Nebenbehälter geringeren Volumens schließen als Arbeitsmedium ein Gas ein.
• An einer Stelle wird die Wand des Hauptbehälters durch einen beweglichen Kolben gebildet. Durch diesen beweglichen Kolben kann die Maschine mechanische Energie nach außen abgeben.
• Innerhalb des Hauptbehalters ist ein Ventilator. Dieser bewegt das Gas ringförmig vom Hauptbehälter durch einen Nebenbehälter und durch den zweiten Anschluß des Nebenbehälters zurück zum Hauptbehälter. Durch Verstellen mindestens einer Klappe kann der Gasstrom auch vom Hauptbehälter durch den anderen Nebnbehälter geleitet werden.
• Der eine Nebenbehälter wird von aul3en ständ erhitzt, der andere Nebenbehälter wird von aul3en ständig gekühlt.
• Je nachdem, durch welchen ebenbehälter der Gasstrom mit Hilfe der Klappe gelenkt 1 wird, wird die Temperatur der Gasmenge insgesamt erhöht oder erniedrigt und dadurch kann über den Kolben jeweils mechanische Energie abgegeben werden.
• Der Grund liegt darin, daß jeweils bei einem Nebenbehälter die Wirkung (entweder Warmeentzug oder Warmezuführung) durch das vorbeistreichende Gas sehr erhöht wird.
• Der Kolben wirkt auf eine Kurbelwelle und mit Hilfe der Klappe werden die Erwarmungs- und Abkühlungsphasen so gesteuert, unter Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens, daß sich eine Drehbewegung der Kurbelwelle ergibt.
• Nachdem der Kolben ungefähr die oberste Stellung erreicht hat, wird der heiße Gasstrom mit Hilfe der Klappe umgeleitet in den Kühlkreislauf. Um den Kühler zu entlasten und den Wirkungsgrad der Maschine zu erhöhen ist im Kühlkreis vor den Kühler ein Vorkühler aneeoXdZnet" heißen Gas einen großen Teil der Wärme entzieht. Im Kühler wird das Gas dann auf die niedrigste Temperatur heruntergekühlt. Wenn fast die ganze Gasmenge einmal durch die Kombination Vorkühler/isühler durchgegangen ist, ist das Gas weitestgehend abgekühlt und der olben hat ungefähr die unterste Stellung erreicht. Jetzt wird die Klappe umgelegt und der kühle Gasstrom durch den Erwärmungskreis geleitet.
• Hier trifft er vor dem Erhitzer auf einen Vorerhitzer auf.
• Der Vorerhitzer ist mit dem Vorkühler thermisch verbunden. Man hat also einen Warlssetauscher, der mit der einen Hälfte einen heißen Gas strom Kühlt und mit der anderen Hälfte im nächsten Arbeitstakt einen Kühlen Gasstrom erhitzt.
• Der Wärmetauscher wird mehrstufig ausgeführt und arbeitet im Gegenstromverfahren, um möglichst viel Wärmeenergie von dem zu Kühlenden Gasstrom zu entziehen und möglichst viel Wärmeenergie auf den zu erhitzenden Gasstrom zu betragen.
• Um die Leistung bei gegebener Größe zu erhöhen, kann das Arbeitsmedium unter Überdruck eingefüllt werden und Unter Überdruck arbeiten.
• Bie der Verwendung von Überdruck kann es zweckmäßig sein, die Maschine als Doppelmaschine mit gemeinsamem Arbeitslsolben auszubilden. Hierbei ist die oberste Stellung des Kolbens in einer Halfte der Doppelmaschine gleich zeitig die Unterste Stellung des Kolbens in der anderen Hälfte. Die beiden Maschinenhälften müssen entsprechend versetzt gesteuert werden.
• Durch diese Ausbildung der Maschine ergeben sich keine Probleme mit der Abdichtung des Kolbens gegen Verlust des Arbeitsmediums sowie mit der Wirkung des Überdrucks auf den Kolben, da sich diese Kräfte durchschnittlich aufheben.
• Kleinere Verluste von Gas am Kolbenrand sind nicht schli da sie nur in die andere Hälfte der Maschine gelangen und die Funktion der Maschine nicht verändern.
• Als einzige Abdichtungsstelle verbleibt die Herausführung der Kurbelwelle. Diese muß gasdicht sein, um Verluste des Arbeitsmediums zu vermeiden.
• Statt der Doppelmaschine bei Überdruck kann man auch eine Einfachmaschine verwenden. Hierbei muß dem Kolben durch einen Ausgleichsbehälter mit gleichem Überdruck die erforderliche Gegenkraft und Abdichtung gegeben werden.
• Bei dem beschriebenen Motor ist die größte Menge des gases in fast gleichmäßiger Bewegung, im Gegensatz zu anderen Maschinen, wo das gesamte Gasvolumen häufig sehr starken Geschwindigkeitsanderungen ausgesetzt ist, die Energieverluste bedeuten und Lärm verursachen.
• Als Warmequelle kommen die verschiedensten Wärmequellen in Betracht, insbesondere auch sogenannte Abfallwärme, warmes Wasser, aber auch direkte Befeuerung.
• Die Warmezufuhr erfolgt gleichmäßig, nicht wie bei Maschinen mit innerer Verbrennung schlagartig. Deshalb werden nur wenig Schadstoffe ausgeschieden,wenn als Wärmequelle eine Flamme dient. Bei der Verwendung von Abwärme entstehen überhaupt keine Schadstoffe.
• Die zugeführte Wärmemenge führt zu einer Volumenausdehnung und damit verbundener mechanischer Energieabgabe und zu einer Erhöhung der Temperatur. Die in der erhöhten Temperatur enthalten. Energie wird jedoch während des Arbeitskreislaufs durch die Wärmetauscher weitgehend zurückgewonnen und schließlich weitgehend doch noch in mechanische Energie umgewandelt, so daß der technische Wirkungsgrad sehr günstig liegt.
• Das Arbeitsaedium bleibt immer gasförmig, so daß keine Energie dafür verbraucht wird, einen Stoff aus dem festen oder flüssigen Zustand in den gasförmigen Zustand zu überführen.
• Durch die Steuerung m t der Klappe reagiert der Motor sehr schnell auf Befehle.
• Auch über die Drehzahl des Ventilatorsist eine gewisse Steuerung möglich.
• Als Arbeitsmedium wird Wasserstoff, Helium, Luft oder ein anderes Gas verwendet.
• Es handelt sich bei dem Wärmemotor um ein geschlossenes System.

Claims (12)

1. Paten tansprüche Wärmemotor zur Umwandlung thermischer in mechanische Energie, dadurch geKennzeichnet, dwß er aus einem Hauptbehalter und zwei it ihm verbundenen Nebenbehältern besteht, die zusammen als Arbeitsmedium ein Gas einschließen.

   An einer stelle wird die Wand des Hauptbehälters durch einen beweglichen Kolben gebildet. Durch diesen beweglichen Kolben kann die Maschine Energie nach außen abgeben.

   Eine Vorrichtung bewegt das Gas dauernd im Kreis durch den Hauptbehalter , einen der mit ihm verbundenen Nebenbehälter und wieder zum Hauptbehälter. Durch dieselbe oder eine andere Vorrichtung kann der Gas strom auch durch den Hauptbehalter und den anderen Nebenbehalter geleitet werden.

   Der eine Nebenbehalter wird von außen standig erhitzt, der andere Nebenbehälter wird von außen ständig gekühlt.

   Je nachdem, durch welchen Uiratxam Nebenbehälter der Gasstrom gerade strömt, wird das Gasvolumen insgesamt erhöht oder verringert. Durch exltsprechende steuerung der Hilfsvorrichtung wechseln sich diese Vorgänge ab.

   Dadurch bewegt sich der Kolben hin und er und Kann mechanische Energie abgeben.
2. 2. Wärmemotor nach Anspruchl., dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben auf eine Kurbelwelle wirkt und durch entsprechende Steuerung der Hilfseinrichtung eine drehende Bewegung der Kurbelwelle bewirkt wird.
3. 3. Wärmemotor nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung, weiche die Bewegung des Gasstroms verursacht, ein im Hauptbehälter angeordneter Ventilator ist.
4. 4. Warmemotor nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung, die Die lJmlenkung des.ysstroms vom kreislauf durch den Hauptbehälter und den einen ulst behälter in den hreislauf durch den Hauptbehälter und den anderen Nebenbehalter bewirkt, mindestens eine Klappe ist, die drehbar gelagert sein kann.
5. 5. Wärmemotor nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß in dem sühlkreis vor dem Kühler ein Vorkühler angeordnet ist und im Erhitzungskreis vor dem Erhitzer ein Vorerhitzer und dts Vorkühler und Vorerhitzer thermisch miteinanderverbunden sind (Warmeleitend verbunden sind).
6. 6. Wärmemotor nach Anspruch 1. und 5., dadurch gekennzeichnet, daß die warmeleitende Verbindung zwischen Vorkühler und Vorerhitzer gut leitendes Metall, ein sogenanntes Warmerohr oder ein gemeinsamer Wasserkreislatf ist, in dem das Wasser auf irgend eine Weise bewegt wird.
7. 7. Wärmemotor nach Anspruch 1. 5.,6., dadurch gekennzeichnet, daß nicht nur je ein Vorkühler und Vorerhitzer vorhanden ist sondern meherere hintereinander. Dabei kann der erste Vorkühler thermisch mit dem letzten Vorerhitzer verbunden sein, der zweite Vorkühler mit dem vorletzten Vorerhitzer und so fort.
8. b. Warmemotor nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Innendruck der Maschine reich oder nicht gleich dem Äußeren Druck ist, insbesondere, daß er wesentlich höher als der äußere Druck ist.
9. 9. Wärmemotor nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß er als Doppelmaschine mit gemeinsamem Arbeitskolben ausgebildet ist.
10. io. Wärmemotor nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben mit einem Ausgleichsbehälter mit gleichem Druck wie der mittlere Druck in der Maschine abgedichtet wird und eine Gegenkraft gegen den mittleren Innendruck erfährt.
11. il. Warmemotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmedium Wasserstoff, Helium, Luft oder ein anderes Gas ist.
12. 12. Außerdem sollen alle Wärmemotoren geschützt sein, die aus Kombinationene der Ansprüche 1. bis 11. bestehen.