DE2947713A1 - Mit einem kaeltemittel betriebener dampfmotor - Google Patents

Description

• Mit einem Kältemittel betriebener Dampfmotor.
• Die Erfindung betrifft einen mit Kältemitteldampf, vorzugsweise aus halogenisierten Kohlenwasserstoffen, betriebenen Motor, in der Folge als Dampfmotor bezeichnet, dessen Hubräume mit einer Gaswechselvorrichtung in Verbindung stehen, die als Drehschiebersteuerung im Kurbelraum, und deren Drehschieber auf der Kurbelwelle angeordnet sind.
• Der Dampfmotor hat die Aufgabe, die im Rahmen einer Gesamtanordnung, die nicht Gegenstand der Erfindung ist, aus Sonnenenergie oder einem anderen Energiespender in einem primären Kreislauf ,nit einem flüssigen oder dampfförmigen Medium als Wärmetransportmittel, über Wärmetauscher in einem sekundären Kreislauf mit Kältemittel als Energieträger, gewonnene Warmeenergie in Form eines Kältemitteldampfes, als Eingangsenergie des Dampfmotors, in kinetische Energie umzuwandeln.
• Dazu sind erfindungsgemäß wenigstens zwei Zylinder erforderlich, deren Kolben durch die Einwirkung des Kältemitteldampfes als Treibgas, und in Verbindung mit der diesen Zylindern zugeordneten Drehschiebcrsteuerungen, wechselweise zii Hubbewegungen gezwungen werden, die über Pleuel und einer Kurbelwelle in eine Drehbewegung umgeformt werden.
• Es ist eine geschlossene, gasdichte Bauart anzustreben und auf bewegliche Teile, die das Gehäuse durchdringen, ist weitgehend zu verzichten Ein mit Kältemittel betriebener Dampfmotor wurde bereits vorgeschlagen (z.B. DT 26 03 249 A 1), bei dem die Ein- und Auslaßvorrichtungen durch zumindest eine Drehschieberanordnung und die Expansionsraume durch Faltenbalganordnungen gebildet sind.
• Die Drehschieberanordnung ist am Zylinderkopf angeordnet und steht an einer der Stirnseiten des Dampfmotors mit der Kurbelwelle, über eine an sich bekannte Magnetkupplung mit einer Zahnscheibe, einem Zahnriemen und einer Zahnscheibe auf der Kurbelwelle, in Verbindung.
• Der Nachteil dieser Ausführung liegt darin, daß zur Lösung; der Dichtprobleme eine kostenaufwendige Konstruktion, wie die Magnetkupplung, die Zahnscheiben und Zahnriemen für den Antrieb der Drehschiebersteuerung, und der Faltenbalganordnungen anstelle von Zyrindern, gewählt werden mußte. Hinzu kommt, daß Zahnriemen nach einer bestimmten Laufzeit nachgespannt werden müssen, mindestens aber muß die synchrone Bewegung von Kurbelwelle und Drehschiebersteuerung, in zeitlichen Abständen kontrolliert und evtl. korrigiert werden.
• Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, diese Nachteile zu vermeiden und sieht vor, daß die Hubräume ber im Kurbelgehäuse angeordnete Drehschiebersteuerungen mit Kältemitteldampf beschickt und entladen werden.
• Da sich die Drehschieberanordnung im Kurbelraum befindet und die Drehschieber ein Bestandteil der Kurlrelweslle sind, entfällt der Antrieb für die Drehschiebersteuerung mit seinen Dichtproblemen und seiner möglichen Störanfälligkeit.
• Die wenigen beweglichen Teile, mit der diese Erfindung auskommt, können in einem gasdichten, druckfesten und kompakten Gehäuse untergebracht werden. Für die Abdichtung der Kurbelwelle, beim Durchdringen des Gehauses auf der Kurbelwellenseite zur Abnahme der gewonnenen kinetischen Energie, wird eie langjährig im Kältekompressorbau bewährte Gleitring-Wellenabdichtung gewihlt Die aus halogenisierten Kohlenwasserstoffen verwendeten Kältemittel sind ungefährlich, greifen weder das Dichtungsmaterial, noch die ausgewählten Metalic, z.B. Alurniniumkolben, an und haben den Vorteil, daß sie Schmierstoffe lösen und die Schmierstoffe mit dem Kältemitteldampf zusammen an alle beweglichen Teile des Dampfmotors transportiert, diese mit Schmierstoff benetzt und damit Schmier- und Dichtprobleme automatisch ausschließt.
• Der konstruktiv einfache Aufbau des erfindungsgemäßen Dampfmotors erlaubt eine kostensparende Fertigung, uiid der Einsatz bewährter Bauelemente und Baustoffe erewährt einen betriebssicheren Einsatz als Antriebsaggregat für Generatoren, oder andere Maschinen.
• In den Zeichnungen ist die Erfindung durch Ausführungsbeispiele veranschaulicht.
• Fig. 1 zeigt in der Draufsicht einen horizontalen Schnitt durch einen Vierzylinder-Damprmotor in Boxerform.
• Fig. 2 zeigt die beispielsweise Ausführung der Kurbelwelle mit den Drehschiebern.
• Fig. 3 und 4 zeigen im Schnitt die Drehschieberanordnungen in einer bestimmten Stellung der Kurbelwelle.
• Fig. 5 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Dampfmotor mit zwei, in Reihe angeordneten, Zylindern.
• Wie das Ausführungsbeispiel des Vierzylinder-Dampfmotors mit fluchtend angeordneten Zylindern in Boxerform nach Fig. 1 zeigt, arbeiten je zwei gegenüberliegend angeordnete Kolben über Pleuel auf eine gemeinsame Kurbeikröpfung, und die Gaswechselsteuerung für die beiden Hubräume, erfolgt über einen gemeinsamen, auf der Kurbelwelle angeordneten, Drehschieber.
• Im Kurbelgehäuse 1 mit den Zylindern 2 bis 5 und dem Stützlager 6, sind die Kurbelwelle 7 mit den Drehschiebern 8 und 9 und die Kolben 10 bis 13 gelagert, die ihrerseits über die Pleuel 14 bis 17 mit den Kurbeltröpfungen 18 und 19 und der Kurbelwelle 7, beweglich verbunden sind.
• Die Zylinder 2 bis 5 sind am Zylinderkopf mit einem Zylinderdeckel 20 bis 23 abgeschlossen, jedoch zum Kurbelraum 51 hin offen. Die Kurbelwelle 7 hat an dem der Antriebsseite abgekehrten Ende eine axiale Bohrung, die eine Feder 24 und einen Druckkolben 25 aufnimmt.
• Der Druckkolben 25 licht gegen die Kugel 26 im Gehäusedeckel 27 an und begrenzt, einerseits die axi-le Bewegung der Kurbelwelle 7 und preßt andererseits, durch die Vorspannung der Feder 24, die Gleitringe @ der Wellenabdichtung 28 aufeinander und bewirkt, daß der Durchtritt der Kurbelwelle 7 durch den Gehäusedeckel 29 gasdicht gesichert ist.
• In Fig. 2, die eine Ausführung der Kurbelwelle für den in Fig. 1 dargestellten Vierzylinder-Dampfmotor zeigt, ist zu erkennen, daß die Drehschieber 8 und 9 auf der Kurbelwelle 7 angeordnet sind. Die Drehschieber 8 und 9 bilden zusammen mit der Kurbelwelle 7 die Drehschiebersteuerung. Die Ausführung der Drehschieber 8 und 9 und die Anordnung der Steuerausschnitte 31 bis 34 bezw. deren Stellung, einerseits zu den Steuerschlitzen 35 bis 38, und andererseits zu der Kurbelkröpfungen 18 und 19 der Kurbelwelle 7, ist wesentlich für das Zusammenspiel von den Hubbewegungen der Kolben, der Drehschiebersteuerung und der Drehbewegung der Kurbelwelle 7.
• Fig. 3 und 4 zeigen eine beispielsweise Stellung der Drehschieber 8 und 9 und der Kurbelkröpfungen 18 und 19, gegenüber den Steuerschlitzen 35 bis 38. Die Darstellungen lassen weiter erkennen, daß die vorderen Steuerkanten der Steuerausschnitte 31 bis 34 die Verbindung, zu den ihnen zugeordneten Steuerschlitzen, freigegeben haben.
• Das im Kältemittelkreislauf, nach der Kondensation, in einem Wärmetauscher verdampfte Kältemittel, tritt mit der ihr aufgezwungenen Dampfspannung, als Treibgas, durch die Eintrittsöffnung 30 in den Kurbelraum 51 und verteilt sich in diesem.
• Ausgegangen davon, daß die vorderen Steuerkanten der Steuerausschnitte 32 und 33 die Verbidnung zu den Steuerschlitzen 35 und 38, und die Steuerausschnitte 31 und 34 die Verbindung zu den Steuerschlitzen 36 und 7,7, nach Fig. 3 und 4, freigegeben haben, strömt der Ks3ltemitteldampf vom Kurbelraum 51 über die Steuerausschnitte 32 und 33 der Drehschieber 8 und 9, Steuersciilitze 35 und 38 in die Kanäle 43 und 46, und von diesen ber die Öffnungen 47 und 50 in die Hubräume, und bewegt die Kolben 10 und 13 nach Innen. Da die Hubbewegungen beider gegenüberliegender Kolben in ihren llubräumen gegenläufig sind, erfolgt zwangsläufig die Hubbewegung der Kolben 11 und 12 nach Außen. Der Kältemitteldampf wird aus deren Hubräume, über die Öffnungen 48 und 49 in die Kanäle 44 und 45 geschoben, und über die Steuerschlitze 36 und 37, Steuerausschnitte 31 und 34 und Ringkammern 52 und 53, über das Rohr 54 und die Austrittsöffnung 55 in den Kältemittelkreislauf zurück geführt.
• Inzwischen hat die Kurbelwelle 7 eine halbe Umdrehung ausgeführt, sodaß die Kolben 11 und 12 nunmehr am tiu-Beren Totpunkt und die Kolben 10 und X3 am inneren Totpunkt angelangt sind. Die Bewegung der Kolben kehrt um, und die vorderen Steuerkanten der Steuerausschnitte 32 und 33 geben die Verbindung vom Kurbel raum 51 zu den Steuerschlitzen 36 und 37 frei, desgleichen geben die Steuerausschnitte 31 und 34 die Verbindung von den Steuerschlitzen 35 und 38 ZU den Ringkammern 52 und 53 frei.
• Der Kältemitteldampf strömt nunìnehr vom Kurbelraum 51 über die Steuerausschnitte 32 und 33, Steuerschlitze 3b und 37, Kanäle 44 und 45 und die Öffnungen 48 und 49 in die Hubräume der Kolben 11 und 12, und bewegt diese nach Innen. Gleichzeitig wird der Kältemitteldampf, durch die Hubbewegung der Kolben 10 und 13, aus den Hubräumen über die Öffnungen 47 und 50 in die Kanäle 43 und 46 geschoben und über die Steuerschlitze 35 und 38, Steuerausschnitte 31 und 34, Ringkammern >)2 und 53, Rohr 54 und Austrittsöffnung 55 in den Kältemittelkreislauf zurück geführt.
• Die Kurbelwelle vollendet inzwischen eine Drehung von 360°. Der Vorgang wiederholt sich, wie vorstehend beschrieben, solange der Motor in Betrieb ist.
• Die Schmierung aller beweglichen Teile ist insofern sichergestellt, als diese, während des Betriebes des Dampfmotors, von dem im Kältemittel gelösten Schmierstoff benetzt werden.
• Fig. 5 zeigt einen Zweizylinder-Dampfmotor mit in Reihe angeordneten Zylindern. Bei dieser Ausführung sind jedem Zylinder eine eigene Drehschieberanordnung, und jedem Kolben und jeder Pleuel eine Kurbelkröpfung zuangeordnet. Der Zweizylinder-Dampfmotor kann sowohl mit stehenden, als auch mit hängenden Zylindern ausgeführt werden. Die Funktion dieses Zweizylinder-Dampfmotors, und der Verlauf des Kältemitteldampfes, entsprechen sinngemäß der Beschreibung nach Fig. 1.
• Die vorstehenden Ausführungen des Dampfmotors, können, sowohl als Zwei- oder Vierzylinder-Dampfmotor, mit einem Generator, Kondensator und Verdampfer, und mit Regel- und Steuergeräten, auf einem gemeinsamen Gestell montiert, zu einem Kältemitteldampf-Kraftwerk kombiniert werden.
• L e e r s e i t e

Claims (8)

1. P a t e n t a n s p r u c h e 1. Mit Kältemittel betriebener Dampfmotor, der wenigstens zwei Zylinder mit darin beweglichen Kolben enthält und deren Hubräume mit einer Gaswechselvorrichtung in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaswechselvorrihtung durch eine Kurbelwellen-Drehschieber-Kombination gebildet wird, die als Drehschiebersteuerung im Kurbelraum (51) ) und deren Drehschieber (8 und 9) auf der Kurbelwelle (7) angeordnet sind, daß Die Mantelflächen (39 bis 42), der Drehschieber (8 und 9), als Laufflächen den Kurbelwellenlagern zugeordnet sind, und daß die Drehschieberanordnungen das Kurbelgehäuse (1) räumlich in Kammern unterteilt.
2. 2. Dampfmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Kurbelwellenlager unabhängig von der Drehschieberanordnung gebildet werden.
3. 3. Dampfmotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehschieber (8 und 9) auf die Kurbelwelle (7) aufgeschoben sind.
4. 4, DampSmotor nach vorstehenden Ansprüchen, dadurch ¢rakennzeichnet, daß das Kurbelgehäuse (1) im Bereich zwischen den Drehschieberanordnungen eine gemeinsame Kammer bildet, und die beiden außerhalb der Drehschieberanordnungen gebildeten Ringkammern (52 und 53) durch ein Rohr (54) gasseitig verbunden sind.
5. 5. Dampfmotor nach vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kurbelgehäuse (1), und dem die beiden Ringkammern (52 und 53) gasseitig verbindenden Rohr (54), je ein Kältemitteldampfanschluß zugeordnet ist.
6. 6. Dampfmotor nach vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurbelgehäuse (1) und das Kurbelwellenende des Dampfmotors, mit dem Gehäuse und Antrieb eines Generators, oder einer anderen Maschine, gasdicht verbunden sind.
7. 7. Dampfmotor nach vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder des Zweizylinder-Dampfmotors nach Fig. 5, sowohl stehend, als auch hängend angeordnet sein können.
8. 8. Dampfmotor nach vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfmotor mit einem Generator, Kondensator und Verdampfer, und mit Rogel- und Steuergeräten, auf einem gemeinsamen Gestell montiert, zu einem Kältemitteldampf-Kraftwerk kombiniert wird.