DE3110638A1

DE3110638A1 - Gasbetriebene maschine

Info

Publication number: DE3110638A1
Application number: DE19813110638
Authority: DE
Inventors: Charles J. 10021 New York N.Y. Wurmfeld
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-12-05
Filing date: 1981-03-19
Publication date: 1982-11-25
Also published as: US4311010A

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine gasbetriebene Maschine/ die gespeicherte Solarenergie ausnutzen kann, und auf ein Mehrzweck-Druckgas-Krafterzeugμngssystem unter Anw<^i^ng von Gasen, wie von Luft oder inaktiven Gasen.

Die vorliegende Erfindung verwendet eine Gasmaschine bzw. ein Gastriebwerk und ein Druckgas-Antriebssystem, um die in der Atmosphäre von Umgebungstemperatur zur Verfügung stehende Energiequelle auszunutzen und einen Energieausstoß zu erhalten, der größer als die brennstoffbedingte Energiezufuhr zum System ist. Zumindest wird ein Energieauestoß erhalten, der größer ist, als es bisher bei herkömmlichen Kraftr bzw. Antriebssystemen mit herkömmlicher Brennstoff-Energiezufuhr möglich war.

Am Ende des 19. Jahrhunderts wurden die Vorteile von komprimierter Luft für eine Energietransmission sowie Verwendung erkannt. Die Transmission von komprimierter Luft über lange Distanzen wurde zufriedenstellend durchgeführt, und es wurden Pläne für eine hydroelektrische Entwicklung von für Energiezwecke zu übertragender komprimierter Luft gemacht. Die hydroelektrische Anlage führte nicht zu einem Erfolg, doch war 1888 in Paris eine Kompressorstation erfolgreich, bei der das Kanalsystem für Transmissionsleitungen benutzt wurde. Es wurde eine zeitlang angenommen, daß das dann neue elektrische EdisoriTSystein niemals konkurrenzfähig sein würde.

Ein Vorteil von Luft gegenüber Dampf als Mittel für die Transmission und Benutzung von Energie besteht darin, daß Luft bei hohen Drücken, jedoch unter der ymgebungsl^ft=-Temperatur, übertragen werden kann. Dieses ermöglicht einen ^iärme=- bzw. Energiezustrom von der umgebenden Luft in die komprimierte Luft, also einen Energiegewinn, der die ausnutzbare Energieabgabe vergrößert.

Im Fall von Dampf können die Temperaturen von 381° F bzw. 467,04° K bei einem Druck von 200 psi bzw. 14,06 kp/cm^z bis 14O⁰F bzw.

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333,15⁰K bei extremem Vakuum variieren. Der gesamte Temperaturbereich liegt über den Umgebungstemperaturen, was zu einem Wärmeenergieverlust von dem Dampf führt. Die vorliegende Erfindung nutzt die bekannte Erscheinung aus, daß expandierende Luft eine Temperatur unter der Umgebungslufttemperatur annehmen kann. Dieser Unterschied bezüglich der Eigenschaften von Dampf μηα komprimierter Luft kann bei der Transmission von Energie über Leitungssysteme ausgenutzt werden. Wenn Dampf durch eine Leitung strömt, wird die Reibung durch einen Druckabfall überwunden. Dampf bei hohem Druck muß auch eine hohe Temperatur haben. Wärme strömt aus der Leitung, was einen zusätzlichen Druckabfall und einen zusätzlichen Energieverlust vom Einlaß zum Auslaß begründet. Andererseits kann Luft mit hohem Druck und vergleichsweise niedriger Temperatur erzeugt werden, die nahe bei der Umgebungs]^fttemperatur von 60°-70°F bzw. 288,71°-294,26⁰K liegt. Wenn der Luftdruck abfällt, kühlt die Luft ab, und sie absorbiert die Reibungswärme. Wenn die Luft in der Leitung auf eine Temperatμr μnter den Umgebungstemperaturen abfällt, erfolgt auch ein Wärmestrom in die Leitung. Dieses kann zu einer hundertprozentigen Energieabgabe führen. Jeglicher Verlust kann leicht durch Wiedererhitzen an dem Punkt der Verwendung der Energie ausgeglichen werden, da sieh die geleitete Luft auf einer relativ niedrigen Temperatur befindet.

Komprimierte Luft als ein Medium zur Transmission und Benutzung von Energie hat verschiedene andere besondere Vorteile. Die Transmissionsleitung bereitet keine ökologische oder andere Gefahren wie im Zusammenhang mit öl-, Naturgas^- oder Flüssiggas-Leitungen. Der Ausstoß von einem Gastriebwerk ist Luft, so daß keine Verunreinigungsprobleme wie bei Benzin- oder Diesel-Maschinen auftreten.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich in erster Linie mit Luft und atmosphärischen Fluids, wie Wasser. Im einzelnen kann in geschlossenen Kreislaufsystemen der vorliegenden Erfindung kompri^ miertes Gas in der Weise benutzt werden, daß Luft angewendet wird. In einem solchen Fall ist es zweckmäßig, inaktive Gase zu verwenden, wie Argon, Helium oder stickstoff.

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Die vorliegende Erfindung benutzt einen Gaskompressor und ein Gastriebwerk, um einen maximalen Energieausstoß von der Energiezufuhr zu dem System zu erhalten. Die Energieeinsparungen werden durch eine Fluid-Ummantelung des Gaskompressors bewirkt, um die Wärmeenergie vom Komprimieren des Gases auszunutzen. Das Druckgas steht dann als Antriebsmittel zur Verfügung, das gespeichert werden und Energie von der Luft mit Umgebungstemperatur wie auch von anderen solaren Quellen absorbieren kann, wenn es in einem Gastriebwerk benutzt wird.

Ein besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß dann, wenn komprimiertes Gas als Antriebsmittel benutzt wird, die Kompression durch einen direkten Antrieb von einer Dampfturbine erhalten werden kann, die für einen maximalen Wirkungsgrad eine sehr hohe Drehzahl erfordert, wobei keine Zahnräder bzw. Getriebe benutzt werden, um die Drehzahl des Dampfturbinenantriebs mit einem normalen elektrischen Generator in Einklang zu bringen. Die hohen Kosten und der Leistungsverlust von Untersetzungsgetrieben werden ausgeschaltet.

Ein mit komprimiertem Gas, wie demjenigen von dem Kompressor der vorliegenden Erfindung, betreibbares Gastriebwerk wird auch vorzugsweise mit einer Fluid-Ummantelung versehen, um in der Lage zu sein, atmosphärisches Fluid von Umgebungstemperatur zu kühlen, damit dessen Wärmeenergie zu dem Druckgas gelangt und eine größere Energieabgabe erzielt wird, als es der der komprimierten Luft allein innewohnenden Energie entspricht.

Das Kühlen des Kompressors hat den Vorteil einer Verminderung der Belastung an der Antriebsmaschine und zusätzlich den Vorteil eines Bildens bzw. Gewinnens von ausnutzbarer Wärmeenergie. Im Gegensatz hierzu hat das Erhitzen des Gases in dem Gastriebwerk den Vorteil einer Vergrößerung der Energieabgabe des Gastriebwerks und zusätzlich den Vorteil des Erzeugens eines ausnutzbaren Produkts von kühlem Fluid.

Gemäß der vorliegenden Erfindung entzieht ein Gasantriebssystem,

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das einen mit Fluid von atmosphärischer Temperatur gekühlten Gaskompressor und ein mit Fluid von atmosphärischer Temperatur erwärmtes Gastriebwerk enthält, der Umgebungsatmosphäre Energie für zusätzliche Energie bei der Erzeugung von Antriebsleistung.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Reservoir von Sonnenwärme in der Atmosphäre von atmosphärischem Fluid angezapft werden kann, und zwar unabhängig davon, ob die Sonne scheint, ob es tags oder nachts ist, ob Wolken vorhanden sind, ob es regnet oder schneit.

Energie von dem Energie- bzw. Krafterzeugungssystem der vorliegenden Erfindung kann in heißem Wasser, Fluid oder in komprimiertem Gas zweckmäßig gespeichert werden, und die Energie von kühlem Fluid kann ausgenutzt werden.

Es wird ein großer Wirkungsgrad erzielt, wenn benutztes, kühles, komprimiertes Gas von dem Gastriebwerk zum Ansaugbereich des Kompressors rückgeleitet werden kann, um die Energie zu reduzieren, die zum Antreiben des Kompressors bei der Erzeugung von Druckgas notwendig ist.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an beispielhaften Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen :
Figur 1 - in einer isometrischen Ansicht ein dampfbetriebenes Druckgas-Antriebssystem mit einem entfernten Gastrieb-.werk,

Figur 2 - in einer isometrischen Ansicht ein gesamtes integriertes, dampfbetriebenes Druckgas-Energiesystem, Figur 3 - in einer isometrischen Ansicht ein dampfbetriebenes Kompressor-Maschinensystem zum Antreiben eines Fahrzeugs,
Figur 4 - in einer isometrischen Ansicht einen Radantrieb für Figur 3,

Figur 5 - ein Energie-Flußdiagramm eines Energie- bzw. Antriebssystems, wie desjenigen aus Figur 2,

6 .- in einer auseinandergezogenen Ansicht ein Luftmaschinensystem der vorliegenden Erfindung zum Kühlen von Luft.

In den verschiedenen detaillierten Figuren bezeichnen ähnliche Bezugszeichen einander entsprechende Teile.

In Figur 1 ist ein herkömmliches Dampfturbinensystem 10 als eine beispielhafte Antriebsmaschine dargestellt. Das Dampfturbinensystem enthält einen Hochdrücke-Dampferzeuger 11 / der über eine Leitung 12 mit einer mehrstufigen Kondensationsturbine 13 verbunden ist, welche über eine Welle 15 einen mehrstufigen Turbo-Luftkompressor 14 antreibt. Der abgelassene Dampf, der einen niedrigen Druck haben kann, wird über eine Leitung 16 durch einen Kondensa-tor 17 geleitet. Das entstehende Kondensat wird mittels einer Pumpe 18 über eint; Wrbiiulunyuleituny I !J zu dein Duniplt;r;:euijoj zurückgepumpt. Das Kühlmittel W, in diesem Fall Wasser, wird durch eine Leitung 20 zu dem Kondensator 17 im Kreislauf geführt, um die latente Wärme des Dampfes zu absorbieren bzw. aufzunehmen. Das Kühlmittel muß seinerseits auf herkömmlichem Wege mittels eines Verdampfungs-Kühlturms 21 gekühlt werden. Das Turbinensystem 10 ist mit allen notwendigen Steuerungen versehen, wie einem Ventil 22 an der Leitung 12. Der Turbor-Luftkompressor 14 ist gemäß Darstellung ein dreistufiger Kompressor, der in einem Mantel 23 ein Kühlmittel, im vorliegenden Fall Wasser, enthält. Der Kompressor 14 hat drei Stufen 24, 25 und 26. Herkömmliche Zwischenstufenkühler 27, 28 befinden sich zwischen den zweiten sowie, dritten Stufen 25, 26 und sind durch Leitungen 29, 30 angeschlossen. D^ck^ft, die bei dieser Ausführungsform der Erfindung vorzugsweise benutzt wird, verläßt den Kompressor 14 über eine Leitung 31 und kann in einem Kühler 32 weiter gekühlt werden. Das Ansaugen von Luft in den Kompressor 14 erfolgt über eine Leitung 33, die durch ein Ventil 34 gesteuert werden kann.

Das in Richtung der Pfeile strömende Wasser W entzieht dem Kompressor 14 Wärmeenergie, indem es durch den Mantel 23 und durch die Kühler 27, 28, 32 strömt. Die Energie in dem erwärmten Wasser kann für erwünschte Zwecke benutzt werden. Die an einem Punkt 36

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austretende komprimierte Luft von dem Kompressor 1.4 steht für Leistungs- bzw. Antriebszwecke oder für ein Speichern in einem Speichertank, wie einem Tank 35, zur Verfügung. Die komprimierte Luft kann in geeigneter Weise durch Ventile, wie das Ventil 37, g.esteuert werden.

Ein Gastriebwerk 38 arbeitet bei dieser Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung mit Luft und ist beispielhaft eine mehrstufige Turbine. Das Gastriebwerk 38 hat vorzugsweise einen Mantel 39, so daß über das Gastriebwerk 38 strömende atmosphärische Fluids, wie Luft, für eine erwünschte Verwendung geleitet (channelled) werden können. Die Luft tritt in Pfeilrichtung durch eine Leitung 40 in den Mantel 39 ein, um diesen durch eine Leitung 41 zu verlassen. Der Luftstrom wird durch geeignete Ventile, wie die Ventile 42 sowie 43, gesteuert und kann durch ein Gebläse 44 unterstützt werden.

Das Gastriebwerk 38 enthält drei Stufen 45, 46, 47. Komprimierte atmosphärische Luft kann beim Kühlen kondensierende Feuchtigkeit haben. Es ist zweckmäßig, diese Luft in einem herkömmlichen Zwischenstufentrockner 48 zu trocknen. Die komprimierte Luft wird über eine Leitung 4 9 zu und von dem Trockner 48 geleitet.

Komprimierte Luft gelangt an einem Punkt 50 in das Gastriebwerk und wird über eine Leitung 51 in das Gastriebwerk 38 geleitet. Die komprimierte Luft kann durch ein Ventil, wie ein Ventil 52, gesteuert werden, um durch die Leitung 51 in einen Speichertank 53 zu gelangen und in einen der Sonnenbestrahlung ausgesetzten (solar exposed) Speichertank 54 weitergeleitet zu werden. Die durch das Gastriebwerk 38 strömende Luft gelangt durch dessen Stufen 45, 46, 47 und wird durch eine Leitung 57 abgelassen, die durch ein Ventil 58 gesteuert werden kann.

Der Ausgang des Gastriebwerks 38 wirkt auf eine Welle 55 zum Antreiben einer Last:, wie eines elektrischen Generators 56.

Der Gaskonipreusor 14 und das Gastriebwerk 38 arbeiten zusammen und sind wie folgt gestaltet: Der Kompressor 14 und das Dampftur-

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binensystem sind für einen optimalen Bedarf und eine konstante Drehzahl ausgelegt. Der größte Wirkungsgrad des Dampfturbinensystems ergibt sich gemäß Feststellung bei hoher und konstanter Drehzahl. An der Welle 15 von der Dampfturbine 13 zum Kompressor 14 muß kein Untersetzungsgetriebe vorhanden sein, so daß der Reir bungsverlust bisheriger Untersetzungsgetriebe und der sehr große Aufwand für solche Getriebe eingespart werden können. Zum Erzeur gen von Elektrizität, beispielsweise für einen Strom von 60 Hertz, kann das Gastriebwerk Druckluft empfangen und so ausgelegt sein, daß es sich mit einer herkömmlichen Drehzahl von 1800 Umdrehungen/ Minute dreht. Die durch den Kompressor 14 erzeugte Druckluft kann bei derselben Wellendrehzahl wie die Dampfturbine 13 erzeugt werden (von 2000 bis 4000 Umdrehungen/Minute).

Die Größe der Dampfturbine 13 und die damit verbundenen Kosten sind durch die reduzierte Belastung an dem Gaskompressor 14 wer sentlich vermindert, was durch die Fluid-Kühlung der Kompressors stufen 24, 25, 26 mittels des durch den Mantel 23 und die Kühler 27, 28, 32 strömenden Fluids bewirkt wird. Das Kühlen der Luft in dem Kompressor 14 reduziert die an der Kompressor-Welle 15 erforr derliehe Leistung. Dieses führt zum Erzeugen von mehr Druckluft mit weniger Kraftstoffzufuhr in den Dampferzeuger 11. Auf niedrigerer Umgebungstemperatur befindliche atmosphärische Fluid-Energie, wie von Wasser in den Kühlern 27, 28 und 32, wirkt als ein Wärmesumpf (heat sink) beim Zirkulieren. Das Fluid nimmt Wärmer energie auf, die sonst verlorengeht, wenn die heiße Druckluft auf atmosphärische Umgebungstemperatur abkühlt.

Der physikalische Prozeß einer Gaskompression erfordert eine Zur fuhr von mechanischer Energie zu der Welle 15, die den Turbor Luftkompressor 14 dreht. Wenn während des Prozesse skeine Wärme von der Luft entfernt wird, wird die Kompression als adiabatisch bezeichnet. Die Luft erreicht eine extrem hohe Temperatur, und die Kompression erfordert ein Maximum an mechanischer Energie. Wenn die gesamte Kompressionswärme durch bestimmte Mittel, wie durch den Mantel 23, von der Luft entfernt wird, bleibt die Lufttemperatur konstant auf der Ansaugtemperatur. Die Kompression

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wird dann als isothermisch bezeichnet und erfordert ein Minimum an Wellenenergie. Es ist bekannt, daß der Kompressionszyklus weniger mechanische Energie erfordert, wenn die Kompression bei niedrigeren Temperaturen beginnt. Aus diesem Grund benutzen bekannte mehrstufige Kompressoren Zwischenstufenkühler. Wenn genügend Wasser in den Zwischenstufenkühlern 27, 28, 32 zirkuliert, kann die Temperatur der Luft an jeder Stufe ziemlich auf die Ansaugtemperatur der ersten Stufe reduziert werden, was zu einer minimalen mechanischen Energiezufuhr an der Welle 15 führt.

Wenn das komprimierte Gas bei der Transmission zu dem Gastriebwerk ειμί eine Temperatur unter der atmosphärischen Umgebungstemperatur abkühlt, absorbiert es atmosphärische Wärmeenergie, und es kann an das Gastriebwerk mit einem Arbeitsinhalt (potential energy) abgegeben werden, der sogar den Arbeitsinhalt des komprimierten Gases bei der ursprünglichen Erzeugung übersteigt.

Das Krafterzeugungssystem aus Figur 1 ist beispielhaft an einem Dampfturbinensystem 10 dargestellt. Dieses hat einen Dampferzeuger 11, der durch öl in Alaska gefeuert bzw. gespeist wird. Die Leitung 31 des Systems kann an einem Punkt 36 an dem entfernten Ende einer Pipeline enden, die zu dem Punkt 50 verläuft und in ein Gas- bzw. Lufttriebwerk 38 im Staate Washington oder sogar New York eintritt. Bei einer Fernübertragungsanwendung, wie einer solchen unter Verwendung von Öl aus Alaska, kann das kühlende Fluid in dem Mantel 23 und/oder in den Kühlern 27, 28, 32 in zweckmäßigerer Weise kalte Luft oder kaltes Seewasser aus Alaska sein. Die die komprimierte Luft transportierende lange Pipeline würde einen sehr kleinen Leistungsverlust haben und tatsächlich am Ausgiibcende einen Leistungsgewinn haben. Reibungswärme wird in die übertragene Luft zurück absorbiert bzw. zurückgeleitet. Wenn die Leitung durch Bereiche höherer Umgebungstemperaturen (oder Erdtemperaturen) verläuft, strömt Wärmeenergie in die kalte Leitung, um den Druck (und die Energie) der übertragenen Luft zu vergrößern.

Es können mögliche Verwendungen für die Energie von durch den

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Kompressor erwärmtem Fluid gefunden werden. Beispielsweise kann die erhitzte Luft direkt für die Boiler-Verbrennungsluft eingesetzt werden, um die Kraftstoffzufuhr zu dem Boiler in einer in der Technik bekannten Weise zu reduzieren.

Die mechanische Energie an der Welle 15 muß nicht durch Dampf zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise könnte der Kompresr sor 14 mit statischer Wasserleistung (static water power) in Nordkanada oder dergleichen betrieben werden. Die in dem Gastriebwerk 38 expandierende Luft unterliegt einer Temperaturreduzierung, was vorzugsweise so ausgelegt wird, daß die Temperatur auf eine solche unter der örtlichen Umgebungstemperatur absinkt. Somit führt beim Betrieb des Gastriebwerks 38 der Mantel 39, oder andere Mittel zum Bilden eines atmosphärischen Luftstroms über das Gastriebwerk 38, zu einem Einführen von atmosphärischer Wärmeenergie in die Druckluft in einem Gastriebwerk, wodurch der Arbeitsinhalt (potential energy) des komprimierten Gases über demjenigen Wert der ursprünglichen Energieerzeugung hinausgehend vergrößert wird.

Es ist festzustellen, daß die Arbeitsleistung des komprimierten Gases bei der vorliegenden Erfindung durch die Expansion des Druckgases erhalten wird. Beim Expandieren desselben wird Arbeit geleistet, wobei sich das komprimierte Gas abkühlt. Wenn ein Abr kühlen unter die Umgebungsluft-Temperatur erfolgt, kann aus der Atmosphäre Energie mit dem Ergebnis einer noch größeren Arbeitsleistung absorbiert werden. Bei herkömmlichen Druckluftanwendungen, wie bei pneumatischen Bohrern, wird die Druckluft ausgestoßen, bevor sie entspannt ist und ihre gesamte Energie in Arbeit umgewandelt wird. Somit arbeitet komprimiertes Gas auf ähnliche Weise wie zur Leistungserzeugung benutzter Dampf, wobei das Gas jedoch den Vorteil hat, daß es beim Arbeiten abkühlt und dann, wenn es eine Temperatur unterhalb der Umgebungsluft-Temper ratur hat, Energie gewinnt, anstatt sie wie im Fall von Dampf zu verlieren.

Das entfernte Gastriebwerk 38 kann an einer beliebigen Stelle an

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einer zentralen Anlage zur elektrischen Energieerzeugung angeordnet sein, und der Generator 56 kann ein solcher sein, der für eine zentrale Verteilung von elektrischer Energie groß genug ist. Kleine Gastriebwerke 38 und Generatoren 56 können für eine örtliche Gebäudebenutzung eingesetzt werden. Zusätzliche Sonnenenergie wird ferner durch den Speichertank 54 aufgenommen, um zusätzliche Energie zu erhalten und in das Krafterzeugungssystem der vorliegenden Erfindung einzuführen.

Es ist festzustellen, daß der Solar-Tank 54 diesem System so viel Solarenergie zur Verfügung stellt, wie sie gerade von Sonnenenergie aufnehmenden Systemen erhalten werden kann..Das System funktioniert bei dem jetzigen Stand der Technik nur bei klarem Sonnenschein. Bei der vorliegenden Erfindung wird in der Umgebungsatmosphäre gespeicherte Sonnenenergie bei ziemlich niedrigen Temperaturen (40°) abgenommen, und zwar nachts sowie tagsüber, bei Wölken oder Regen.

Gemäß der Darstellung/Ln Figur 2 ist das gasbetriebene Energieerzeugungssystem 60 für eine Verwendung beispielsweise bei Gebäuden anpaßbar.

Ein Dampfturbinensystem 10 enthält einen Hochdruck-Dampferzeuger 11, der über eine Leitung 12 mit einer mehrstufigen Kondensationstμrbine 13 verbunden ist, welche über eine Welle 15 einen mehrstufigen Turbo-Gaskompressor 14 antreibt. Der abgelassene Dampf, der einen sehr niedrigen Druck haben kann, wird über eine Leitung 16 durch einen Kondensator 17 geleitet. Das sich ergebende Kondensat wird mittels einer Pumpe 18 durch eine Verbindungsleitung 19 zu dem Dampferzeuger 11 zurückgepumpt. Das Kühlmittel W, im vorliegenden Fall Wasser, wird durch eine Leitung 20 zu dem Kondensator 17 zirkuliert bzw. geleitet, um die latente Wärme des Dampfes zu absorbieren. Das Kühlmittel muß seinerseits in einem herkömmlichen Aufbau durch einen Verdampfungs-Kühlturm 21 gekühlt werden. Das Turbinensystem 10 ist mit allen notwendigen Steuerungen versehen, wie mit einem Ventil 22 an der Leitung 12.

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Der Turbor-Kompressor 14 hat gemäß Darstellung drei Stufen und enthält in seinem Mantel 23 ein Kühlmittel, im vorliegenden Fall Wasser. Der Kompressor 14 hat drei Stufen 24, 25, 26. Es gibt durch Leitungen 29, 30 angeschlossene herkömmliche Zwischenstufenkühler 27, 28 zwischen den zweiten und dritten Stufen 25, Komprimiertes Gas verläßt den Kompressor 14 über eine Leitung und kann in einem Kühler 32 weiter gekühlt werden. Das in den Kompressor 14 angesaugte Gas strömt durch eine Leitung 33, die durch ein Ventil 34 gesteuert werden kann.

-In der Richtung der Pfeile fließendes Wasser W entzieht dem Kompressor 14 Wärmeenergie, indem es durch den Mantel 23 und die Kühler 27, 28, 32 strömt. Das komprimierte Gas kann durch Ventile, wie ein Ventil 37, in geeigneter Weise gesteuert werden.

Das Gastriebwerk 38 ist beispielhaft eine mehrstufige Turbine. Es hat vorzugsweise einen Mantel 39, so daß atmosphärisches Fluid, wie Luft, über die Maschine 38 geleitet werden kann.

Luft tritt in Richtung der Pfeile durch eine Leitung 40 in den Mantel 39 ein, um diesen durch eine Leitung 41 zu verlassen. Der Luftstrom wird durch geeignete Ventile, wie Ventile 42 sowie 43, gesteuert und kann leicht durch ein Gebläse 44 unterstützt werden,

Das Gastriebwerk 38 enthält gemäß Darstellung drei Stufen 45, 46, 47. Komprimierte atmosphärische Luft kann Feuchtigkeit enthalten, die beim Kühlen kondensiert. Es ist zweckmäßig, diese Luft in einem herkömmlichen Zwischenstufentrockner 48 zu trocknen. Die komprimierte Luft wird über eine Leitung 49 zu und von dem Trockner 48 geleitet.

Das komprimierte Gas wird über eine Leitung 51 in das Gastriebwerk 38 geleitet. Das Druckgas kann durch ein Ventil, wie das Ventil 52, gesteuert werden, so daß es durch die Leitung 51 in einen Speichertank 53 strömt und in einen der Sonnenenergie ausgesetzten Speichertank 54 weitergeleitet wird. Das durch das Gastriebwerk 38 strömende Gas gelangt durch dessen Stufen 45, 46,

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47 und wird über eine Leitung 57 abgelassen, die durch ein Ventil 58 gesteuert werden kann.

An der Leitung 57 austretende kühle Luft von dem Maschinenausgang kann mittels einer Leitung 59 zu der Ansaugleitung 33 des Kompressor« 14 geleitet werden. Hierdurch wird kühle Luft für den Kompressor 14 zur Verfügung gestellt.

Wenn die Leitung 57 und die Leitung 59 mit der Leitung 33 einen geschlossenen Kreis bilden, können andere Gase als Luft in dem System mit dem Turbo-Kompressor 14 und dem Gastriebwerk 38 benutzt werden. In einem solchen Fall ist es zweckmäßig, inaktive Gase, wie Stickstoff, oder inerte Gase, wie Argon oder Helium, zu benutzen. Wenn Gas in einem geschlossenen Kreislauf benutzt wird, kann der Trockner 48 überflüssig sein.

Der Ausgang des Gastriebwerks 38 betreibt über eine Welle 55 einen elektrischen Generator 56.

Eine durch ein Ventil 62 steuerbare Abzapfleitung 61 kann benutzten Dampf, der den meisten Teil seiner Energie an die Welle 15 abgegeben hat, abzweigen. Der Dampf kann in ein herkömmliches Radiator-System 63 strömen und zu dem Boiler bzw. Dampferzeuger 11 zurückgeleitet werden.

Wasser W von den Kühlern 27, 28, 32 und dem Mantel 23 wird normalerweise in einem häuslichen Heißwassersystem benutzt. Ein Bypass, wie ein solcher mit einer Leitung 64 und einem Steuerventil 65, kann vorerwärmtes Wasser als Speisewasser zu dem Dampferzeuger leiten, und zwar über eine Leitung 75 und eine Pumpe 77.

Aus dem Gebläse 44 ausströmende Luft kann zu einerm Bypass-Kanal

66 gelangen, der zu der Leitung 20 führt und einen Wasserkühler

67 in dem Dampfturbinensystem 10 bildet. Der Kanal 66 ist durch ein geeignetes Ventil 68 steuerbar. Der Kühler 67 kann in Verbindung mit dem Kühlturm 21 arbeiten oder stattdessen benutzt werden.

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Durch ein geeignetes Ventil 69 steuerbarer Dampf S kann über eine Leitung 70 zu einem Heizer 71 geleitet werden, um das in das Gastriebwerk 38 gelangende komprimierte Gas weiter zu erhitzen. Dieser Dampf kann solcher sein, der bereits die Turbine 13 angetrieben hat und aber noch genug Wärmeenergie zum Erwärmen der komprimierten Luft aufweist.

Durch ein geeignetes Ventil 73 steuerbares heißes Wasser von einer Leitung 72 kann ferner benutzt werden, um das in das Gastriebwerk 38 gelangende komprimierte Gas zu erwärmen, indem es durch einen Wasser-Heizer 74 geleitet wird. Der Heizer 74 kann in Verbindung mit dem Heizer 71 oder statt desselben benutzt werden.

Eine durch ein geeignetes Ventil 76 steuerbare Leitung 75 kann ebenfalls die Pumpe 77 bedienen, um Wasser in den Boiler bzw. Dampferzeuger 11 zu leiten.

Das in Figur 2 dargestellte und beispielsweise in großen Gebäuden benutzte gesamte Ene.rgieerzeugungssystem 60 ist für einen optimalen Bedarf und konstante, große Wellendrehzahlen, ausgelegt. Es benötigt keine Abstufung bzw. Drehzahlverminderung von der Drehzahl der Welle 15 der Dampfturbine 13 auf diejenige des Kompressors 14, wie es auch bei der Ausführungsform aus Figur 1 zutrifft.

Die Wirtschaftlichkeit und Energieeinsparung werden dadurch bewirkt, daß die kühle Luft über die Leitung 66 zu dem Kühler 67 geleitet wird, um die Dampfkondensation zu unterstützen. Das Leiten des erhitzten Wassers durch die Leitung 64 zum Speisen des Boilers 11 über die Pumpe 77 stellt auch eine Einsparung dar.

Eine Einsparung ergibt sich auch durch herkömmliches Zurückleiten des Dampfes von dem Radiator-System 63 zu dem Boiler.

Das Abzapfen von Dampf von der Turbine 13 sowie das Leiten desselben zu dem Vorerhitzer 71 stellt wie auch das Leiten von heis-

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It

sem Wasser zum Heizer 74 einen Beitrag zur Wirtschaftlichkeit dar.

Das gesamte Energiesystem aus Figur 2 erzeugt mittels des Generators 56 Elektrizität für ein Gebäude, ferner heißes Wasser und kühle Luft. Bei niedrigem Bedarf kann komprimiertes Gas in Tanks 35, 53, 54 gespeichert werden. Der Tank 54 kann während der Tageszeit direkt Sonnenenergie absorbieren und in dem komprimierten Gas speichern. Die Tanks 35, 53 können in warmen Bereichen angeordnet werden, um ferner Umgebungsluft-Energie zu absorbieren.

Unter optimalen Umständen erlauben das Speichern von Energie in komprimiertem Gas sowie heißem Wasser und Vorrichtungen zum Kreuzen von Warm und Kalt (arrangements to cross heat and cross cool) eine Auslegung für alle Saisons einer Benutzung mit einem relativ klein bemessenen System, um den Spitzenbedarf zu erfüllen, und ein Arbeiten des gesamten Energiesystems mit im wesentlichen konstanter Drehzahl der Welle 15.

Beispielsweise können der Mantel 23 und die Kühler 27, 28 Wasser mit einer Temperatur von 277,6°K (40⁰F) erhalten, um das auf 338,7⁰K (15O⁰F) erwärmte abgelassene Gas von dem Kompressor 14 zu kühlen. Das Wasser wird auf 327,6°K (130⁰F) erwärmt und ist bei dieser Temperatur als häusliches. Heißwasser verwendbar. Während Zeiten eines geringen Bedarfs, wie in einer gemäßigten Nacht, kann. Überschußenergie für eine Verwendung als Tagesenergie im Tank 54 gespeichert werden. Am Tag wird zusätzliche Sonnenenergie von den Sonnenstrahlen absorbiert. Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die gespeicherte Sonnenenergie in der Atmosphäre erhältlich ist, und zwar unabhängig davon, ob die Sonne scheint oder nicht scheint, da das Gastriebwerk 38 bei einem Arbeiten unterhalb der Umgebungsluft-Temperatur Wärmeenergie von der atmosphärischen Luft bei ziemlich jeder Temperatur absorbieren kann.

Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf Figur 2 in Verbindung mit einem bevorzugten Dampf-Antriebsmaschinen-Turbo-

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kompressor sowie einem Gasturbinentriebwerk beschrieben. Für die Durchführung derselben Funktionen kann auch eine Innenverbrennungsmaschine, wie ein Diesel- oder Benzin-Motor, die Welle 15 antreiben, oder es kann beispielsweise eine hin- und hergehende Dampfmaschine benutzt werden. Der Kompressor kann auch anders als ein Turbo-Kompressor ausgebildet sein, und das Gastriebwerk könnte eine Kolbenmaschine sein. Beispielsweise ist komprimiertes Gas in Dampftriebwerksantrieben substituierbar, ohne den Dampf-Wärmeenergieverlust an die Atmosphäre.

In Figur 3 ist ein Energie- bzw. Kraftsystem der vorliegenden Erfindung dargestellt, das komprimiertes Gas für eine Verwendung in einem bewegten Fahrzeug erzeugt. Ein Hochdruck-Dampferzeuger 11 ist über eine Leitung 12 mit einer mehrstufigen Kondensations-Dampfturbine 13 verbunden. Diese treibt über eine Welle 15 einen mehrstufigen Turbo-Gaskompressor 14 an. Der abgelassene Dampf wird über eine Leitung 1G durch einen Kondensator 17 gclejtot. Das Kondensat wird mittels einer Pumpe 18 über eine Verbindungsleitung 19 zu dem Hochdruck-Dampferzeuger 11 zurückgepumpt. Das Wasser wird mittels einer Pumpe 80 durch den Kondensator im Kreislauf geleitet. Es wird durch einen luftgekühlten Radiator 81 gekühlt. Ein Gebläse 82 an einem Riemen 83, der durch eine kleine Gas-Hilfsturbine 84 angetrieben wird, zieht Luft durch den Radiator 81, wenn das Fahrzeug stationär ist.

Wasser wird auch von einer Pumpe 85, die von einer Gas-Hilfsturbine 86 angetrieben wird, in den Wassermantel 23 um den Kompressor 14 im Kreislauf geleitet. Den Mantel 23 verlassendes Wasser gelangt durch einen Dampfheizer 87 und dcinn durch Schlangen 88 um Gasspeichertanks 89. Das Wasser von dem Mantel 23 wird wieder abgekühlt, indem es durch einen Wasser/Gas-Wärmeaustauschcr 90 geleitet wird. Figu-r 4 zeigt Turbineneinheiten 91, 92, 93, 94 zum Antreiben von Rädern 95. Die Turbinen 91, 92, 93, 94 erhalten komprimiertes Gas von dem Kraftsystem aus Figur 3 über eine Leitung 96. Die den Rädern 95 erteilte Drehzahl und zugeleitete Leistung wird durch pneumatische Ventile 97, 98, 99, 100 gesteuert, die von einem zentralen Punkt (nicht dargestellt) koordiniert

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werden. Das bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur von den Turbinen 91, 92, 93, 94 abgelassene Gas wird durch Leitungen 101 zu dem Wasser/Gas-Kühler 90 aus Figur 3 und dann über eine Leitung 102 zu dem Kompressor 14 zurückgeleitet.

Im Betrieb ist das Motorfahrzeug-Antriebssystem aus den Figuren 3 und 4 geeignet, mit einer sich konstant drehenden Welle 15 zu arbeiten, wobei die Probleme bisheriger Dampffahrzeuge mit einer variablen Brennstoffverbrennung vermieden sind. Als Sicherheitsmaßnahme wird insbesondere dann, wenn Luft benutzt wird, übermäßige Druckluft vom Leerlauf in den Speichertanks 89 gespeichert, die ein Überströmventil 103 als Schutz gegen einen überdruck haben. Geeignete^nsaugmittel (nicht dargestellt) zum Halten des Systems in funktionsfähigem Zustand sind in herkömmlicher Weise vorgesehen. Es sind auch Maßnahmen für zusätzliches Wasser in herkömmlicher Weise vorgesehen (nicht dargestellt).

^X/ Luft-

Bei dem allgemeinen Betrieb arbeitet das Antriebssystem wie die Ausführungsform aus den Figuren 1 und 2. Das komprimierte Gas tritt in die Turbinen 91, 92, 93, 94 ein und expandiert auf einen Wert unterhalb der Umgebungsluft-Temperatur. Somit absorbiert die komprimierte Luft Wärmeenergie von der in der Umgebungsluft gespeicherten Umgebungsenergie, wenn das Gas entspannt und abkühlt.

Figur 5 J r;t eine schematische Darstellung des gesamten Energiesystems, wie desjenigen aus Figur 2, unter Anwendung von Luft. Der mechanische Wirkungsgrad des Kompressors 14 wird mit 90 % angenommen, während der Gesamtwirkungsgrad der Dampfturbine 13 mit 85 % angenommen wird. Hierbei handelt es sich um bei tatsächlichen Maschinen angetroffene übliche Werte. Die Reibungswärme der Arbeit in dem Gastriebwerk 38 wird auf die komprimierte Luft übertragen und addiert sich deshalb der ausnutzbaren Abgabe. Der Energiestrom basiert auf 0,54 kg (1 Ib) Luft, die den Kompressor 14 und die Gasturbine 38 ohne Speicherung durchströmt. Luft wird im geschlossenen Kreislauf von der durch das Gastriebwerk 38 bei 17 PSI bzw. 2,46 kp/cm², 35°F bzw. 274,82°K

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abgelassenen Luft empfangen und auf 500 PSI bzw. 35,15 kp/cm² verdichtet, und zwar in drei Stufen 24, 25, 26 mit einer Mantel-Wasserkühlung 23 und Zwischenstufenkühlern 27, 28, 32 auf einen Endzustand von 500 PSI bzw. 35,15 kp/cm², 150⁰F bzw. 338,71°K. Die Luft expandiert in dem Gastriebwerk 38 auf 17 PSI bzw. 2,46 kp/cm², 35°P bzw. 274,82°K, und zwar möglich«t nahe auf isothermische Weise, wenn die Wärmezufuhr von der Umgebungsluft dieses zuläßt. Die Antriebsmaschine liefert 3,73 H.P. bzw. 2,78 kW an die Welle; die Abgabe des Generators 56 beträgt 1,85 kW. Die gesamte Wärmeabgabe des Kompressors 14 beträgt 243 BTU/min. Diese Wärmemenge besteht aus 146 BTü/min in der komprimierten Luft und 97 BTU/min in dem von dem Mantel 23 und der Zwischenkühlung erhaltenen heißen Wasser. Die Druckluft-Wärmezufuhr zu dem Gastriebwerk 38 beträgt 146 BTU/min; die andere Wärmezufuhr zum Gastriebwerk 38 erfolgt von der Umgebungsluft. Dieses führt zu einer Wärmeabgabe von netto 124 BTU/min (Wellenleistung von 2,912 H.P. bzw. 2,17 kW) plus der Abgabe von 112 CFM Mantel 39 Luft bei 45°F bzw. 280,37⁰K für die Luftklimatisierung, was äquivalent zu 0,353 Tonnen Kühlung ist und gewöhnlich etwa 0,353 II.P. bzw. 0,26 kW, äquivalent zu 15 -BTU/min, erfordert.

Um die Bedeutung des obigen Energiestroms zu verstehen, ist es notwendig, auf folgende Umrechnungen zwischen H.P., kW und BTU/ min hinzuweisen:

1 U.P. =0,745 kW = 42,4 BTU/min = 33.000 Lb. Ft./min 1 kW =1,34.0 H.P. = 56,9 BTU/min = 44.220 Lb. Ft./min 1 BTU/min =0,0176kW = 0,0236 H. P. = 778 Lb. Ft./min

Die gesamte durch Brennstoff zugeführte Wellenleistungbeträgt 3,73 H.P. =123.090 Lb. Ft./min = 158,2 BTU/min. Die abgegebene Leistung beträgt netto 2,912 WellenleLstung + 97 BTU/min Heißwasser + 0,353 H.P. Kühlung = 124 BTU/min +97 BTU/min + 15 BTU/min 236 BTü/min.

Die Nettoabgabe der nutzbaren Energie des Systems beträgt deshalb 1,49 χ Eingangsenergie.

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1 ^:"\\ ι.·;·;-;" 3no638

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Dieses scheint eine Verletzung des zweiten Energieerhaltungsgesetzes zu sein. In Wirklichkeit beruht die zusätzliche Energieabgabe auf der bei der gesteuerten Expansion von Luft in dem Gastriebwerk 38 von der Atmosphäre absorbierten Energie und der von dem Kompressor 14 durch den Mantel 23 und die Zwischenstufenkühlung entfernten Wärme.

Die von dem Kompressor 14 abgenommene Wärme wird berechnet durch Bilden der Differenz zwischen der eigentlichen Wärme pro Luft- · menge bei der theoretischen hohen Temperatur, die mit einer adiabatischen (ohne Wärmeverlust) Kompression erreicht würde, und derjenigen bei tatsächlichen Bedingungen mit dem Mantel 23 und der Zwischenstufenkühlung. Die Kühlung des Kompressors 14 führt zu einem Energiestrom von den theoretischen adiabatischen Temperaturen, die sehr groß wären und in der Größenordnung von 400⁰F bzw. 477,6°K liegen, auf die Temperatur des Heißwassers bei 140⁰F bzw. 333,15⁰K. Durch Verwenden von erhältlichem Niedertemperaturwasser für die Kühlung wird der Weltvorrat an Niedertemperaturwasser langsam erwärmt. Wärme niedriger Entropie steigt kontinuierlich bezüglich der Temperatur und Entropie und ergibt schließlich statische Wärmeenergie bei einem Null-Wärmestrom zum Niedertemperaturwasser .

In dem Zeitrahmen unseres eigenen Energieverbrauchs (energy crunch) ist jedoch diese Energiequelle (im wesentlichen solare Energie im Ursprung) noch erhältlich, und sie sollte benutzt werden, um fossilen Brennstoff einzusparen. Der Wärmestrom in das Gastriebwerk 38 ist im wesentlichen von derselben Natur. Wärme bei vergleichsweise höherer Lufttemperatur (Umgebungstemperatur von 60⁰F bzw. 288,71⁰K) wird auf niedrigere Lufttemperatur von 35°F bzw. 274,82°K überführt.

Von diesem Standpunkt aus kann die Kompressor 14 - Gastriebwerk 38 - Maschine so betrachtet werden, daß von fossilem Brennstoff erhaltene mechanische Energie benutzt wird, um Umgebungsluft auf hohe Temperaturpegel· zu komprimieren. Ein Teil dieser Wärme wird abgezweigt, um Wasser von natürlichen bzw. normalen Temperaturen

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auf 14O⁰F bzw. 333,15⁰K zu erwärmen. Die Wärme, die sich in der abgelassenen Luft befindet, liegt bei hohem Druck vor, wobei aber diese Wärme als mechanische Leistung teilweise wiedergewonnen wird. Es ist charakteristisch für Gase, daß die■Temperatur ebenfalls fällt, wenn Wärme in mechanische Leistung zurückfließt. Wenn die Gastemperatur einen Punkt in der Expansion unter der Umgebungslufttemperatur erreicht, fließt Wärme von der Atmosphäre in die Maschine, und diese Wärme steht für zusätzliche mechanische Energie zur Verfügung. Die Umgebungsluft wird beim Abgeben ihrer Wärme an das Gastriebwerk abgekühlt. Wenn daa Volumen und die Geschwindigkeit dieses Luftstroms zu dem Gastriebwerksausgang reguliert werden, kann die Luft auf eine Temperatur von 45°F bzw. 280,37⁰K reduziert werden, was einer idealen Temperatur für die Luftklimatisierung entspricht. Es ist zu beachten, daß es sich hierbei um die um das Lufttriebwerk 38 im Mantel 39 strömende Luft handelt, und nicht um das Gas im Inneren des Triebwerks 38, das sich in einem geschlossenen Kreis befindet und zu dem Kompressor 14 zurückgeleitet wird.

Mit der Hinzufügung des Speichertanks 53, des Solarwärme-Speichertanks 54 und des Dampf-Wiedererhitzers 71 wird durch das gesamte Energiesystem 60 zusätzliche Energie gewonnen. Wenn solare Warme bei 150⁰F bzw. 338,71"K erhältlich isL, kann von dieser Quelle durch den Speichertank 54 eine Zufuhr von zusätzlich 21,6 BTU/min bzw. 0,38 kW erhalten werden, was eine Wellenabgabo von 3,17 H.P. oder 135 BTU/min bzw. 2,38 kW ausmacht. Die Wärmeabgabe -für Heißwasser und Kühlung bleibt dieselbe. Dieses ist eine direkte überführung von 21,6 BTU/min Sonnenwärme zu einer Vergrößerung von 0,258 H.P. oder 10,9 BTU/min. Der Gesamtwirkungsgrad von Sonnenwärme zu anderer Energie beträgt somit 50 % und ist somit viel größer als bei irgendeinem vorhandenen Überführungsprozeß von Sonnenwärme zu anderer Energie.

Zusätzliche Wellenenergie kann durch Wiedererhitzen in dem Heizer 71 mit Dampf auf 300⁰F bzw. 422°K erhalten werden. Mit einer Wärmezufuhr von 57,8 BTU pro Ib bzw. 0,45 kg s>l.eigt die WeLlenleistung auf 3,45 H.P. bzw. 2,57 kW, was einer Steigerung von 0,53

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H.P. oder 22,5 BTU/min entspricht. Dieses entspricht einem thermischen Gesamtwirkungsgrad von 39 %. Bei den besten Kondensationsdampfturbinen gilt 27 Ib./H.P., Hr. = 27.000 BTU/Hr. = 450 BTU/ min. Eine H.P. Minute-Abgabe = 42,4 BTU/min. Der thermische Wirkungsgrad beträgt somit nur 9 %. 450 BTU/min, überführt durch Wiedererhitzen auf komprimierte Luft, würde zu einer Abgabe von 176 BTU/min oder 4,139 H.P. führen, was"einem Wirkungsgrad von 39 % entspricht.

Wenn nur eine Dampfwiedererhitzung hinzugefügt wird, ist die gesamte durch Brennstoff bedingte Zufuhr des Systems gleich der Wellenzufuhr plus der Wiedererhitzung, 158 BTU/min + 58 BTU/min = 216 BTU/min. Die Wellenabgabe steigt um 22,5 BTU/min, wodurch die Gesamtsystem-Abgabe nunmehr 236 BTU/min + 23 BTU/min = 259 BTU/min beträgt. Diese Nettoabgabe mit Wiedererhitzung ist deshalb 1,20 χ Eingabe, wobei jedoch ein größerer Teil der Abgabe als Wellenleistung zur Verfügung steht. Solarwärme kann diese Wiedererhitzung auf 150⁰F bzw. 378,71⁰K bringen, so daß nur 29 BTU/min vom Brennstoff erforderlich sind. Die Nettoabgabe beträgt: dann 1,39 χ Brennstoffeingabe.

In Figur 6 ist die Gastriebwerkskomponente des Mehrzweck-Druckgas-Energieerzeugungssystems eine Turbine 106, die durch komprimierte Luft von einer Druckluftquelle angetrieben wird, wie der in Figur 2 gezeigten Quelle. Die Luft gelangt durch eine Leitung 107 in die'Turbine 106 und zu einem Speichertank 108.

Eine Turbinenwclle 109 treibt ein im Antriebsstrang liegendes Gebläse 110 herkömmlicher Gestaltung an. Das Gebläse 110 saugt warme Luft von dem Raum über das gerippte Gehäuse 111 der Turbine 106, wobei die gekühlte Raumluft durch einen Kanal 112 zu einer herkömmlichen Induktionseinheit 113 abgelassen wird. Die komprimierte Luft, die ihre Leistung beim Antreiben der Turbine 106 abgegeben hat, wird beim Ablassen in den Ansaugbereich des Gebläses 110 geleitet, um sich mit der durch das Gebläse 110 strömenden Luft zu verbinden. Das Gebläse 110 hat an seinem Einlaß 115 ein feines Maschengitter 114, um kondensierte Feuchtig-

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keitströpfchen an einem Hindurchgelangen zu hindern. Die Feuchtigkeit, die aus der warmen primären Raumluft tropft, welche über die kühle Turbine 106 gelangt, wird in einem Becken 116 gesammelt. Das Kondensat wird in ein System von Ablaßleitungen abgelassen.

Eine Umhüllung 118 hat eine Ansaugöffnung 119, die vorzugsweise ein Filter 120 enthält, und einen induzierten Lufteinlaß 121 sowie einen Luftauslaß 122.

Im Betrieb erleichtert das Gehäuse 111 die Wärmeüberführung von der äußeren Raumluft, die eine hohe Temperatur (80⁰F bzw. 299,81° K) haben kann, auf die expandierende Druckluft im Inneren des Gehäuses (35°Fbzw. 274,82°K).

Das Gebläse 110 läßt die kalte Raumluft und den Turbinenausstoß (primäre Luft 35°F bzw. 274,82°K) bei hoher Geschwindigkeit durch Düsen in die Induktionseinheit 113 ab. Die Umhüllung 118 paßt um die Induktionseinheit 113 in der Form eines Venturis. Wenn die primäre Luft mit hoher Geschwindigkeit durch den Hals des Venturis gelangt, fällt der statische Druck sehr stark. Hierdurch wird zusätzliche warme Raumluft (80⁰F bzw. 299,81⁰K) durch den Lufteinlaß 121 in den Luftstrom (sekundäre Luft, 80⁰F bzw. 299,81⁰K) gesaugt. Die Mischung von primärer und sekundärer Luft wird dann dutch die Auslässe 122 bei einer MischLemperaLur von 55°-58°F bzw. 285,93°-287,59°K) in den Raum zum Kühlen desselben abgelassen.

Die Geschwindigkeit bzw. das Maß des Druckluftstroms in die Turbine 106 wird von einem Ventil 124 gesteuert. Das Ventil 124 hat eine Selbstbetätigung durch eine Luftdruckmembran und wird über ein mit der Leitung 107 verbundenes dünnes Rohr 125 gespeist. Wenn ein in dem Raum-Rückluftstrom angeordneter Thermostat 126 erfüllt ist bzw. anspricht, schließt das Ventil 124 und stoppt die Turbine 106. Komprimierte Luft strömt fortgesetzt durch die Leitung 107 in den Speichertank 108, bis der Rückdruck dem ankommenden Luftdruck entspricht. Die Druckluft in dem Tank 108

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absorbiert Wärmeenergie von Umgebungsluft mit einer Temperatur über derjenigen der Luft in dem Tank 108.

Eine Kühlung würde auch bewirkt werden, ohne daß die Druckluft von der Turbine 106 abgelassen wird, wenn sich solche Luft in einem geschlossenen Kreis (nicht dargestellt) befindet.

Die vorstehende Beschreibung ist lediglich beispielhaft, und es können im Rahmen der vorliegenden Erfindung verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden.

Leerseite

Claims

«G 52 613--su

Charles J. Wurmfeld, 401 East 65th Street, New York, N. Y. 10021

Gasbetriebene Maschine

Patentansprüche

/ 1.\Gasbetriebene Maschine, die zum 7iusnutzen von in atmosphäri- ^-^sehen Fluid gespeicherter solarer Wärmeenergie geeignet ist, gekennzeichnet durch eine Turbine, die durch komprimiertes Gas angetrieben werden kann, wobei das antreibende Gas beim Antreiben entspannbar ist, um die Turbinentemperatur unter die Temperatur des umgebenden atmosphärischen Fluids zu vermindern, und durch Mittel, die dafür sorgen, daß atmosphärisches Fluid bei Umgebungstemperatur in Kontakt mit der Gasturbine strömt, wodurch Wärmeenergie in dem Fluid auf das antreibende Gas in der Turbine übertragen wird.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Strömen von atmosphärischem Fluid in Kontakt mit der Gasturbine Mantel- bzw. Verkleidungsmittel enthalten.
3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Strömen von atmosphärischem Fluid in Kontakt mit der' Gasturbine Gebläsemittel enthalten.
4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbine eine mehrstufige Turbine ist.
5. Krafterzeugungssystem, das in atmosphärischem Fluid gespeicherte solare Wärmeenergie ausnutzen kann, gekennzeichnet durch eine Antriebsmaschine, durch einen Gaskompressor, wobei die Antriebsmaschine den Gaskompressor antreiben kann und dieser einen Kompressor-Kühlmantel enthält, durch Mittel zum Strömen eines Fluids durch den Kompressor-Kühlmantel, wobei das Fluid normalerweise eine Temperatur unter der Betriebstemperatur des

Kompressors hat, und durch eine Gasturbine, die durch das Gas von dem Gaskompressor angetrieben werden kann, wobei das antreibende Gas von dem Gaskompressor beim Antreiben entspannbar ist, um die Turbinentemperatur unter die Temperatür des umgebenden atmosphärischen Fluids abzusenken, und wobei die Τμίφϊηε Mittel zum Strömen von atmosphärischem Fluid bei Umgebungstemperatur in Kontakt mit der Gasturbine enthält, wodurch Wärmeenergie in dem atmosphärischen Fluid auf das antreibende Gas in der I^rbine übertragen wird.
6. System nach Anspimch 5, gekennzeichnet durch Mittel zum Leiten von durch die Turbine gekühltem Fluid von der Turbine, um durch den Kompressor komprimiertes Gas zu kühlen.
7. System nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Mittel, die dafür sorgen, daß von dem Austrittspunkt des von der Gasturbine benutzten Gases das austretende Gas zu einem Gas-Ansaugpunkt des Kompressors geleitet wird.
8. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum Erwärmen des in die Gasturbine gelangenden komprimierten Gases.
9. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel, die da-. 'für sorgen, daß Gas in der Gasturbine solare Strahlungsenergie empfängt. '
10. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Druckgas-Speichermittel, die betriebsmäßig mit der Turbine verbunden sind, und durch Mittel zum wahlweisen Steuern bzw. Leiten des Druckgases von den Di^ckgas-Speichermitteln zum Antreiben der Turbine.
11. System nach Ansp^ch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgas-Speichermittel Wärmeenergie absorbieren können.
12. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgas-Speichermittel solare Strahlungsenergie absorbieren können. =■ 3 =■
13. System nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Mittel, die dafür sorgen, daß von dem Kompressor-Kühlmantel das kühlende Mantel-Fluid strömt, um Wasser in einem Wassersystem zu erwärmen .
14. Fahrzeug mit einer Mehrzahl von Rädern und einer gasbetriebenen Maschine, die in atmosphärischem Ρίμχα gespeicherte solare Wärmeenergie ausnutzen kann, gekennzeichnet durch eine Turbine, die durch komprimiertes Gas betrieben werden kann, welches beim Antreiben entspannbar ist, um die Turbinentemperatur unter die Temperatur des umgebenden atmosphärischen Fluids zu reduzieren, durch Mittel ζμπι Strömen von atmosphärischem Fluid bei Umgebungstemperatur in Kontakt mit der Gasturbine, wodurch Wärmeenergie in dem Fluid auf das antreibende Gas in der Turbine übertragen wird, und durch Mittel, die dafür sorgen, daß von der Turbine zumindest ein Rad des Fahrzeugs angetrieben wird.
15. Fahrzeug mit einer Mehrzahl von Rädern und einem Krafterzeu?- gungssystem, das in atmosphärischem Fluid gespeicherte solare Wärmeenergie ausnutzen kann, gekennzeichnet durch eine Antriebsmaschine, durch einen Gaskompressor, wobei die Antriebs^ maschine den Gaskompressor antreiben kann und wobei dieser einen Kompressor-Kühlmantel enthält, durch Mittel zum Strömen eines Fluids durch den Kompressorr-Kühlmantel, wobei das Fluid normalerweise eine Temperatur unter der Betriebstemperatur des Kompressors hat, durch eine Gasturbine, die durch Gas von dem Gaskompressor angetrieben werden kann, wobei das antreibende Gas von dem Gaskompressor beim Antreiben entspannbar ist, um die Turbinentemperatur unter die Temperatur des umgebenden atmosphärischen Fluids zu reduzieren, μηα wobei die Turbine Mittel zum Strömen von atmosphärischem Fluid bei Umgebungstemperatur in Kontakt mit der Gasturbine enthält, wodurch Wärmeenergie in dem atmosphärischen Fluid auf das antreibende Gas in der Turbine übertragen wird, und durch Mittel, die dafür sorgen, daß die Turbine zumindest ein Rad des Fahrzeugs antreibt.

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• ·
16. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine ein Gebläse antreiben kann und daß das Mittel zum Strömen von atmosphärischem Fluid ein Gebläse ist, welches atmosphärische Luft über die Turbine zirkulieren lassen kann, wobei das Gebläse ferner die atmosphärische Luft über die Turbine in ein Luftklimatisie^ngs'system zirkulieren lassen kann.
17. System nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Mittel zum Erwärmen des in die Gasturbine gelangenden komprimierten Gases.
18. System nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Mittel, die dafür sorgen, daß in die Gasturbine gelangendes Gas solare Strahlungsenergie empfangen kann.
19. System nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Druckgas=-Speichermittel, die mit der Turbine betriebsmäßig verbunden sind, und durch Mittel, die dafür sorgen, daß das komprimierte Gas bei Bedarf von den Pruckgas-Speichermitteln zum Antreiben der Turbine gesteuert wird.
20. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckga.s^e-Speichermittel yiärmeenergie absorbieren können.
21. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgas-Speichermittel solare Strahlungsenergie absorbieren können.

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