DE3703164A1

DE3703164A1 - Zirkulationsexpander der verlorenen waermeenergie aus den verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE3703164A1
Application number: DE19873703164
Authority: DE
Inventors: Tode Prof Dipl Ing Dr Stojicic
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-02-17
Filing date: 1987-02-03
Publication date: 1987-08-20
Also published as: YU23586A; US4768344A; FR2594483A1; FR2594483B1

Description

Das Gerät ist für die Verwertung der Wärmeenergie bestimmt, welche in Abgasen und im Kühlmittel der Verbrennungskraftmaschine verlorengeht, zu welchen die Verbrennungskraftmotoren, Dampf- und Gasturbinen, Strömungsmaschinen u. a. gehören.

Technisches Problem

Von der gesamten zugeführten Wärmeenergie in die Verbrennungskraftmaschinen ist nur ein kleinerer Teil effektiv ausgenützt, während der grösste Teil in den Abgasen und im Maschinenkühlmittel verlorengeht. Das vorgeschlagene Gerät ermöglicht, die verlorene Wärme in die mechanische Energie umzuwandeln, welche dann über ein Getriebe auf die Welle der Verbrennungskraftmaschine übertragen wird. Auf diese Weise kann der Nutzwirkungsgrad beträchtlich erhöht werden bzw. der spezifische Kraftstoffverbrauch in der Verbrennungskraftmaschine verringert werden.

Stand der Technik

Von den gesamten Wärmeverlusten in den Verbrennungskraftmaschinen ist der Verlust, welcher mit den Abgasen in die Umgebung abgegeben wird, wohl der grösste. Aus diesem Grunde sind zahlreiche Versuche gemacht worden, die Energie aus den Abgasen auszunützen.

Bei den Kolbenverbrennungsmotoren wird schon längst die Energie aus Abgasen für die Turboladung ausgenützt (Gasexpansion in der Turbine mit Schaufeln, welche den Kompressor mit Zwangseinleitung der Luft oder des Luft- und Brennstoffgemisches treibt). Das ist die bekannte Forcierung der Motoren, mit welcher die Leistung erheblich vergrössert wird, der Nutzwirkungsgrad dagegen aber nur im geringen Masse. Bei Strömungsmaschinen wird die Zusammenfügung einer Turbine und eines Kompressors regelmässig zur Verwirklichung eines Arbeitsprozesses verwertet.

In der letzten Zeit werden intensiv die Turbinen mit Schaufeln entwickelt, mit welchen die Abgasenergie in die mechanische Energie umgewandelt wird, welche dann auf die Welle der Wärmemaschine übergegeben wird (die bekannten Untersuchungen der Firma Cummins, USA, und andere). Auf diese Weise ist der Nutzwirkungsgrad bisher nur im bescheidenen Masse vergrössert worden. Ausser den Unzulänglichkeiten der Turbine, ist es hier speziell das Problem der ungelösten Regelung bei dem veränderlichen Gasdurchfluss in den partiellen Arbeitsregimen der Verbrennungsmotoren ausgedrückt. Zu dieser Kategorie gehören die Lösungen, die in grossbritanischen Patenten: 15 21 265; 8 56 788; 8 20 096; 6 83 138 und 5 36 394 dargestellt sind. Bei den Kolbendampfmaschinen, Dampf- und Gasturbinen und ähnlichen Maschinen ist bisher die nachträgliche Expansion der Abgase zur Gewinnung der zusätzlichen Energie an der Betriebswelle nicht ausgenützt worden.

Bei dem vorgeschlagenen Expander wird der Rotor ohne Schaufeln und das Prinzip der Strahlreaktionswirkung verwertet. Das ist das bekannte Prinzip von Heron aus Alexandrien, welches bisher mit Erfolg an den Strahltrieb- und Raketenmotoren angewandt worden ist. Eine Reihe von Versuchen bezieht sich auf die Verwertung des angeführten Prinzips an den Rotoren mit Radialrohren (in der Literatur sind die Vorschläge von NERNST u. a. bekannt) oder an den Rotoren mit Innenraum. Die ersten weisen erhebliche hydraulische Widerstände auf. Die Vorschläge für Rotoren mit Rohren oder mit Radialkanälen sind z. B. in den grossbritanischen Patenten: 10 13 351 und 8 95 106; USA: 44 53 885; Kanada: 5 85 171; Italien: 5 86 647 beschrieben. Die Rotoren mit dem überwiegend rotationssymmetrischen Innenraum sind in den grossbritanischen Patenten: 14 46 511, 14 42 385 und 13 14 137; USA: 38 79 152 und BRD: 24 42 755 angewandt.

Beschreibung der vorgeschlagenen Lösung

Heute werden die Verbrennungskraftmaschinen intensiv vervollständigt, vor allem um deren Nutzwirkungsgrad zu vergrössern. Dafür bestehen zwei Gründe: begrenzte verfügbare Brennstoffmengen und die bereits starke Umweltverschmutzung. Der Nutzwirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschinen kann beträchtlich erhöht werden, wenn man deren Abfallenergie in geeigneter Weise ausnützt, insbesondere derjenigen, die in Abgasen anfällt. Mit dem vorgeschlagenen Expander versucht man dieses technische Problem zu lösen.

Diese Erfindung bezieht sich auf den Zirkulationsexpander der verlorenen Energie aus den Verbrennungskraftmaschinen, welcher aus einem Rotor mit vollkommener Symmetrie, aus den Kompressionskammern, die tangential auf der peripherischen Rotorwand aufgestellt sind, aus den Düsen an den Austrittsenden der Kompressionskammern, durch welche die Strahlen mit Überschallgeschwindigkeit ausfliessen und die Drehung des Rotors bedingen, aus einer Rohrleitung zur Zirkulation von Abgasen und warmer Luft und zur Regelung des Fluidumsdurchflusses durch die Düsen, aus den Elementen, die die Nachbrennung des verlorenen Brennstoffgemisches ermöglichen, aus den Schichten aus keramischen Metall auf den Arbeitsflächen als auch aus anderen Teilen besteht.

Im Verhältnis zu den anderen fremden Patenten unterscheidet sich der vorgeschlagene Expander in den folgenden Punkten: die Rotorform (vollkommene Symmetrie der äusseren und inneren Flächen); Aufstellung des Rotors direkt an der Welle der Verbrennungskraftmaschine; Bestehung der Kompressionskammern an der peripherischen Rotorwand; Düsenprofil an der Austrittsseite; Anbringung der Düsen an der Austrittsseite der Kompressionskammern; Lage der Düsen und die Art der Definierung des Momentarmes; Art der Ableitung des Fluidums aus dem Gehäuse; Bestehung des Zirkulationsrohres, durch welches das Fluidum nach der Expansion in den Arbeitsprozess zurückgeführt wird und mit welchem der Fluidumdurchfluss durch die Düsen automatisch geregelt wird; Bestehung des Zirkulationsrohres zur Einführung der Luft, welche durch die Abwärme aus dem Kühlsystem der Verbrennungskraftmaschine aufgewärmt wird, und aus dem Ableitrohr des Expanders; Bestehung einer Schicht aus keramischen Metall im Rotor und an den Fluidumzuführungsteilen; die Art der Abdichtung des Arbeitsfluidums; technisches Problem, welches damit gelöst wird (die angeführten fremden Patente sehen dies nicht vor, praktisch wäre es auch nicht möglich, die Abwärme der Verbrennungskraftmaschinen auszuwerten um die mechanische Energie zu gewinnen).

Die ausgedrückte hohe Leistungsfähigkeit der Erfindung wird durch die Überschallgeschwindigkeit der Strömung, durch den vergrösserten geregelten Durchfluss durch die Düsen und durch die Ausnützung des maximal möglichen Momentarmes erreicht. Die Kompressionskammern, das Zirkulationssystem des Fluidums (mehrfache Fluidumszirkulationen) und die Formen der Düsenaustrittsseiten sind ausschlaggebend für die Überschallströmung des Fluidums.

Die vorläufig ausgearbeiteten Berechnungen erweisen, dass mit einem optimierten Expander bei meisten Anwendungen an den Verbrennungsmotoren der Nutzwirkungsgrad durchschnittlich um ca 30% erhöht werden kann. Dabei würden bei den Motoren die stationären und dynamischen Charakteristiken, die Gleichmässigkeit der Kurbelwellenumdrehung besser, die Lärmbelästigung und Umweltverschmutzung aber geringer sein.

Um diese Erfindung und deren Arbeitsweise besser zu beschreiben, sind die Zeichnungen beigelegt, auf welchen Folgendes dargestellt ist:

Fig. 1 Axialschnitt des Expanders nach der Linie C-C, die in Fig. 3 bezeichnet ist;

Fig. 2 Radialschnitt des Expanders nach der Linie A-A, die in Fig. 1 bezeichnet ist, wobei nur ein Teil des Gehäuses wegen der Rotationssymmetrie dargestellt ist;

Fig. 3 Schnitt nach der Linie B-B der Fig. 1 und ein Teilschnitt des Ableitrohres für die Fluidum- und Luftzirkulation.

Der grundlegende Teil des Gerätes ist der Rotor 1 in Form eines rotationssymmetrischen Trommelläufers. Der Rotor hat einen rotationssymmetrischen Innenraum 1 a. Auf der Rotorperipherie 1 sind tangential die Kompressionskammern 2 aufgesetzt, deren Eintrittsseiten auf der Innenseite und die Austrittsseiten auf der Aussenseite der peripherischen Rotorwand aufgestellt sind. An den Austrittsseiten der Kompressionskammern 2 sind die Düsen 4 angebracht, die eine korrigierte Form der Laval- und Venturi-Düse haben. Die Austrittsseiten der Düsen 4 sind tangential auf einen imaginären Kreis gestellt, welchen deren Schwerpunkte umschreiben. Bei der gezeigten Lage der Düsen 4 in Fig. 2 wird eine Kollinearität des Vektors der Umfangsgeschwindigkeit U und des Vektors der Strahlgeschwindigkeit V erreicht. Die Düsen 4 sind mit einem Gewinde auf den Düsenträger 3 befestigt. Die Kompressionskammern 2 und die Düsen 4 sind symmetrisch auf der Rotorperipherie aufgestellt, wobei deren paarige Zahlen den Vorrang haben.

Der Rotor ist auf der Expanderwelle 5 montiert und mittels einer Keilverbindung 6 befestigt und mit einer Mutter 7 und dem Sicherungsblech 8 gesichert. Anstatt einer Keilverbindung 6 kann auch eine andere Verbindung verwendet werden (z. B. Zahnwellenverbindung, Schraubenverbindung und andere). Zwischen der Expanderwelle 5 und der Verbrennungskraftmaschinenwelle ist ein Getriebe-Multiplikator der Wellengeschwindigkeit 5 notwendig, gewöhnlich mit einem Übersetzungsverhältnis von 2 bis 10 (z. B. Zahnradgetriebe, Keilriemengetriebe, Zahnriemengetriebe u. a.). Bei den Motoren mit grossen Drehgeschwindigkeiten, bei welchen ein etwa grösserer Durchmesser des Rotors vorgesehen werden kann, kann der Expander direkt auf ein Wellenende der Verbrennungskraftmaschine eingesetzt werden.

Die Lage des Rotors 1 wird mit einem Distanzstück 9 gegen das Lager im Lagergehäuse 10 definiert. Auf der Rotornabe 1 ist eine Thermoschutzkappe 11 mit einem Gewinde befestigt zwecks Verminderung des Wärmeübergangs auf die Verbindungsteile, welche den Rotor auf der Welle festhalten. An der Seitenwand des Rotors 1 sind Schaufeln 12 für die radiale Luftströmung angefertigt (Pfeil a). Auf diese Weise erfolgt eine Kühlung und der Durchgang der Gase aus dem Gehäuse 13 neben dem Gehäusedeckel 14 ist verhindert. Der Deckel 14 ist mit Schrauben 16 über eine Dichtung 15 befestigt. Das Gehäuse 13 und der Deckel 14 werden mittels eines Trägers 17 auf das Motorgehäuse befestigt (gewöhnlich sind 3 Stück notwendig).

Das Zuleitungsrohr 19 für Abgase ist tangential auf der Zuleitungskammer 18 aufgestellt, welche an die Seitenöffnung des Gehäuses 13 mit Schrauben 21 befestigt ist. Die dicke Dichtungsscheibe 20 hat einen Seitenkreiskanal, in welchen der Konusrand 1 b des Zylinders der Seitenöffnung am Rotor 1 eingesetzt wird. Damit ist der Durchfluss des Gases aus der Kammer 18 in den Gehäuseinnenraum 13 verhindert. In die Zuleitungskammer 18 ist das Einleitungsende der Zirkulationsrohrleitung 22 mit einem Rückschlagventil 23 eingeführt. Die Bewegung der Kugel 24 ist durch einen Stift 24 a begrenzt. Alternativ kann man das Zirkulationsrohrleitungsende 22 a in den verengten Teil des Zuleitungsrohres 19 einsetzen.

In der Kammerwand 18 ist eine Zündkerze, eine Glühkerze oder eine elektr. Heizvorrichtung 25 zur Nachbrennung eines Teils des Kraftstoff- Luft-Gemisches aus den Abgasen eingebaut. Dies ist besonders wichtig, wenn der Expander an den Zweitaktmotoren zur Anwendung kommt.

Das Ableitungsrohr 34 ist tangential an der Gehäuseperipherie 13 aufgestellt, wobei die letzte leitende Spitzkante versenkt ist, um die Richtung der Gasströmung zu bestimmen. Im Ableitungskonusstück 26 ist ein trichterförmiges Sammelrohr 27 eingebaut.

In Fig. 1, 2 und 3 ist die Prototyp-Ausführung des Expanders dargestellt. Bei der gegossenen Ausführung des Rotors 1, können die Kammern 2 und seine peripherische Wand als ein Stück ausgeführt werden. Auf dieselbe Weise werden die vorläufig bearbeiteten Düsen 4 in die Austrittsseite der Kammern 2 eingegossenen werden. Die Düsen 4 können auch krummlinig sein, mit einem beliebigen rotationssymmetrischen Querschnitt. Beim Giessen des Gehäuses 13 kann das Ableitungsrohr 26 und die peripherische Gehäusewand aus einem Stück ausgeführt werden. Dabei ist das trichterförmige Sammelrohr 27 und das Zuleitungsrohr für warme Luft 35 in das Rohr 26 eingegossen. Auf dieselbe Weise kann das Zuleitungsrohr 19 beim Giessen der Zuleitungskammer 18 ausgeführt werden. Die Oberfläche der Teile 1, 2, 4, 12, 18, 22 und 27, an welchen das Fluidum strömt, muss ganz glatt ausgeführt werden.

Das Funktionieren des Gerätes kann anhand der Fig. 1, 2 und 3 erläutert werden. Aus dem Auspuffrohr der Verbrennungskraftmaschine werden durch das Zuleitungsrohr 19 und die Kammer 18 die Abgase (mit Pfeil a bezeichnet) in den Innenraum 1 a des Rotors 1 durch die Rotation eingeleitet. Bei niedrigeren Drehgeschwindigkeiten des Rotors 1 kann das Zuleitungsrohr 19 so aufgestellt werden, dass die Abgase in entgegengesetzter Richtung rotieren als der Rotor sich dreht. Bei höheren Geschwindigkeiten des Rotors 1 ist es empfehlenswert, das Rohr 19 an der Wand 18 in die entgegengesetzte Stellung aufzustellen, so dass die Abgase und der Rotor in derselben Richtung rotieren. Beim Eintritt der Abgase in den Innenraum der Kammer 18 und in den Rotor 1 vergrössert sich der Gasdruck infolge von der kinetischen Energie der Strömung a. Eine gewisse Erhöhung ergibt sich auch wegen des Einflusses der Zentrifugalkraft. Eine bedeutendere Druckerhöhung entsteht in den tangential aufgestellten Kompressionskammern 2. Die Durchflussquerschnitte der Kompressionskammern müssen ziemlich grösser sein als diejenige der Düsen 4 (ungefähr 3 bis 10-fach). Die Dimensionen, die Form und Stellung der Kompressionskammern 2 an der peripherischen Rotorwand beeinflussen ausschlaggebend die Strömung in den Düsen 4 und den Strahlenabfluss mit Überschallgeschwindigkeit (vollkommene Expansion). Aus diesem Grunde sind die Laval- oder Venturi- Düsen vorgesehen. Für diese Düsen ist eine Korrektion des Profils des divergenten Teiles vorgesehen, um die sehr schädlichen Einflüsse der Verdichtungsstosswellen zu eliminieren, welche bei den Überschallströmungen unumgänglich sind.

Bei dem vorgeschlagenen Expander ist die Stellung der Düse 4 an den Enden der Kompressionskammern 2 so definiert, dass die Austrittsseiten der Düsen 4 tangential zum Kreis sind, welchen bei der Rotation die Schwerpunkte dieser Enden umschreiben. Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, wird bei solcher Stellung der Düsen 4 ein maximaler Hebelarm des Drehmomentes erreicht.

Da die angeführte Stellung der Düsen so wichtig ist, sind die möglichen Ausführungen in den Fig. 4, 5, 6 und 7 schematisch dargestellt, u. zw.:

Fig. 4 Schematische Darstellung der tangentialen Stellung der Düse an der Rotorperipherie,

Fig. 5 Schematische Darstellung der tangentialen Stellung der Austrittsseite der Düse an der Rotorperipherie,

Fig. 6 Schematische Darstellung der Düse mit abgeschrägten Ausstrittsseiten und

Fig. 7 Schematische Darstellung der Düse in der peripherischen Wand des Rotors.

Die Fig. 4 stellt die tangentiale Stellung der Düse 4 dar, wie dies für die Lösungen auf diesem Prinzip regelmässig angewandt wird. Es liegt auf der Hand, dass im Zentrum der Austrittsseite T der Düse keine Kollinearität des Vektors der Strahlgeschwindigkeit V und des Vektors der peripherischen Geschwindigkeit U besteht, so dass die Schubkraft des Strahles auf den Arm r _ef wirkt, welcher kleiner als der Arm r ist. Dabei ist auch die Richtung der relativen Strahlgeschwindigkeit V ungünstig. Dies vergrössert die Strömungswiderstände (kräftiges Abstossen von der Gehäusewand) und den Druck des Fluidums im Gehäuse 13. Diese Unzulänglichkeiten sind wesentlich höher bei einigen Lösungen für andere Zwecke, bei welchen aber die Düsen direkt in der Wand des Rotors 1 formiert sind, wie z. B. in der Fig. 7 (das bekannte Phänomen der Strahlabweichung). Die Lösungen, bei welchen im Zentrum T der Austrittsseite der Düse die Kollinearität des Vektors U, V und W erreicht ist, sind in der Fig. 5 und 6 aufgezeichnet. Gemäss der Fig. 5 kann die angeführte Bedingung durch die Form und Richtung der Austrittsseite der Kammer 2 erreichet werden. Dasselbe ergibt sich bei der Aufstellung der bogenförmigen Düse, so dass sich ihre Längsbogenachse mit dem Rotationskreis des Zentrums T der Austrittsseite der Düse 4 deckt. Die Fig. 6 stellt die Lösung dar, bei welcher die Austrittsseite der Düse abgeschrägt ist und die Düse so angeordnet ist, dass ihre kürzeste Spitzkante gegen das Rotationszentrum gedreht ist. Im Schrägschnitt entsteht eine Abweichung der Düse um den Winkel f.

Durch die Auswahl der Stellung der Düse und des Winkels des Schrägschnittes kann man die angedeutete Kollinearität der Vektoren U, V und W erzielen.

Bei grossen Geschwindigkeiten der Strahlen V rotieren die Abgase an der Peripherie des Gehäuses in Form eines Ringes in entgegengesetzter Richtung als der Rotor sich dreht. Aus diesem Grunde ist das Ableitungsrohr 54 tangential zur Peripherie des Gehäuses 13 aufgestellt, in entgegengesetzter Richtung von der Rotordrehung. Eine stärkere Abweichung der Abgase von der Strömung erfolgt durch die letzte leitende Spitzkante 26 a (richtende "Tasche").

Sofern die Düse für eine maximale Durchflussmenge des Fluidums dimensioniert ist, werden sich in den partiellen Arbeitsregimen des Verbrennungsmotors die Strömungsbedingungen verändern und die Expansion in den Düsen wird nicht komplett sein.

Beim vorgeschlagenen Expander ist daher die Regelung eingesetzt worden, welche aus der Zirkulation eines Teils der Abgase nach der Expansion besteht. Die Zirkulationsleitung besteht aus einem trichterförmigen Sammelrohr 27 im Ableitungskonusstück 26, aus der Zirkulationsrohrleitung 22 und dem Ventil 23. Die Elemente 27 und 23 sind mit der Zirkulationsrohrleitung verbunden. Anstatt des Ventils mit einer leichten Kugel 24 kann eine Rückschlagklappe u. ähnl. verwendet werden.

Wegen der kinetischen Energie der Strömung vergrössert sich der Druck im trichterförmigen Sammelrohr, insbesondere wenn die Strahlen vorhanden sind. Bei der vorgeschlagenen Regelungsart des Durchflusses muss man den max. Gasdurchfluss aus dem Verbrennungsmotor berechnen, unter Berücksichtigung der Abgase auch aus der Strömung d ₂, welche in die Kammer 18 zurückfliessen. Die Strömung d ₂ wird automatisch unter der Wirkung der Kompressionskammern 2 geregelt. Bei den partiellen Arbeitsregimen der Verbrennungsmotoren wird der Druck in der Kammer 18 nämlich vermindert, weswegen sich die Durchflussmenge d ₂ vergrössert und somit die gesamte Durchflussmasse durch die Düsen. Dementsprechend erfolgt hier die Regelung der Strömung in den Düsen durch die Veränderung der Zirkulationsstufe. Bei den Motoren, welche mit einem weiten Drehzahlbereich arbeiten, muss man mit einer relativ hohen Zirkulationsstufe rechnen.

Anstatt der Rohrleitung 22 kann bei einigen Anwendungen des Expanders das Einleitungsende der Zirkulationsrohrleitung 22 a in denjenigen Teil des Zuleitungsrohres 19 für Abgase eingeführt werden, welches in Form einer Venturi-Düse verengt ist, um damit den Ejektionseffekt der Gasströmung auszunützen. Dabei kann für einige Anwendungen das Rückschlagventil entfallen. Mittels des Zuleitungsrohres 35 kann in die Zirkulationsrohrleitung auch warme Luft (Pfeil d ₃) eingeführt werden. Diese Luft wird gewöhnlich aus dem Kühlsystem einer Verbrennungskraftmaschine entnommen und durch das Rohr 35 rund um das Ableitrohr oder im Ableitrohr 34 geführt, damit sie sich durch die Strömung d ₁ zusätzlich erwärmt. Dies ist von besonderem Interesse für Zweitaktmotoren mit Vergasern.

Anstatt der Schaufeln 12 (Fig. 1) an der Seitenwand des Rotors 1, kann die Abdichtung zwischen der Rotornabe und dem Gehäusedeckel mit einem Typ von Metalldichtungen erfolgen.

Um die Leistungsfähigkeit des Expanders zu vergrössern, können die schichtförmigen Mäntel aus dem "keramischen Metall" auf den Innenflächen des Rotors 1, der Kompressionskammern 2, der Zuleitungskammern 18, des Abgas-Zuleitungsrohres 19 und der Zirkulationsrohrleitung 22 ausgeführt werden. Zu diesem Zwecke ist es empfehlenswert diese kompletten Teile aus dem "keramischen Metall" oder aus einem Material mit einem kleineren Wärmeübergangskoeffizient im Verhältnis zu den gewöhnlichen klassischen Werkstoffen, auszufertigen.

Claims

1. Zirkulationsexpander der verlorenen Wärmeenergie aus den Verbrennungskraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass er aus dem Rotor (1) in Form eines rotationssymmetrischen Trommelläufers mit rotationssymmetrischem Innenraum (1 a), welcher mittels einer Seitenöffnung und Zuleitungskammer (18) mit dem Auspuffrohr der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist; aus den Kompressionskammern (2), die tangential auf die peripherische Rotorwand (1) aufgestellt ist; aus den Düsen (4) an den Austrittsseiten der Kompressionskammern (2) in der Lage des maximalen Drehmomentarmes aufgestellt und eine Laval-Form haben mit korrigierten Austrittsseiten zum Abfluss mit einer Überschallgeschwindigkeit der Fluidumsstrahlen, welche die Rotordrehung (1) bedingen; aus der Zuleitungskammer (18), die an der Seitenöffnung des Gehäuses (13) befestigt ist; aus dem Zuleitungsrohr (19), das tangential an der Kammerwand (18) aufgesetzt ist; aus dem Gehäuse (13) mit einem tangential aufgestellten Ableitungsrohr (34); aus einem trichterförmigen Sammelrohr (27), dessen breitere Seite in den Ableitkonus (26) eingesetzt ist; aus der Zirkulationsrohrleitung (22), die das trichterförmige Sammelrohr (27) mit der Kammer (18) oder mit dem Zuleitungsrohr (19) verbindet; aus den Teilen zur Befestigung des Rotors (6, 7, 8, 9 und 10) auf die Welle (5), von welcher das Drehmoment auf die Welle der Verbrennungskraftmaschine übertragen wird, als auch aus anderen nötigen Hilfsteilen des Gerätes.

2. Expander . . . nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der peripherischen Rotorwand (1) die Kompressionskammern (2) tangential aufgestellt sind, wobei deren grössere Eintrittsöffnungen auf der inneren Wandseite angeordnet und in der Richtung der Rotordrehung gedreht sind, während deren kleinere Austrittsöffnungen an der Aussenwandseite angeordnet sind und sich in entgegengesetzter Richtung drehen.

3. Expander . . . nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionskammern (2) als einheitliche Teile der peripherischen Rotorwand (1) ausgeführt sind und dass sich in den einzelnen Fällen nur ein geringer Teil der Kammer (2) auf der Aussenseite der peripherischen Wand befindet.

4. Expander . . . nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (4) mit einem Laval- oder Venturi-Profil zur Strömung des Fluidums mit einer Überschallgeschwindigkeit dienen, wobei die divergenten Teile der Düsen korrigiert sind, um die negativen Wirkungen von Verdichtungsstosswellen zu eliminieren, oder sind die Austrittsseiten der Düsen für einzelne Anwendungen abgeschrägt.

5. Expander . . . nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Enden der Kompressionskammern (2), als deren einheitlicher Teil oder als separate Teile, krummlinige Düsen (4) mit Querschnitten ausgeführt befinden, die nicht achsensymmetrisch sind, während das Düsenprofil so ausgeführt ist wie im Patentanspruch 4 angegeben.

6. Expander . . . nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rotorperipherie (1) mehrere Kompressionskammern (2) aufgesetzt sind und an deren Enden die entsprechende Zahl von Düsen angeordnet ist, wobei diese Zahl paarig oder unpaarig sein kann.

7. Expander . . . nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den Austrittsseiten der Kompressionskammern (2) die Düsen (4) in solcher Stellung angeordnet sind, dass deren Längsachsen den Kreis berühren, welcher die Zentren T der Düsenaustrittsseiten umschreiben, wobei in dieser Stellung die Kollinearität des Vektors der peripherischen Drehgeschwindigkeit (U) und des Vektors der Strahlgeschwindigkeit (V) zustande kommt.

8. Expander . . . nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Austrittsseite der Kompressionskammern (2) die bogenförmigen Düsen (4) angeordnet sind, so dass sich deren Längsbogenachsen mit dem Rotationskreis der Zentren T der Austrittsseiten der Düsen rund um die Achse (O) decken, oder sind die Düsen mit den abgeschrägten Seiten aufgestellt, wobei der Winkel des Schrägschnittes so angenommen ist, dass in den Zentren T der Düsenaustrittsseiten eine Kollinearität des Vektors der peripherischen Drehgeschwindigkeit (U) und des Vektors der Strahlgeschwindigkeit (V) zustande kommt.

9. Expander . . . nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Peripherie des Kreis- oder Spiralgehäuses (13) tangential ein Ableitungsrohr (34) des Expanders aufgestellt ist, das sich in entgegengesetzter Richtung dreht als der Rotor, wobei die letzte Spitzkante (26 a) in den inneren peripherischen Gehäuseraum (13) versenkt ist um den Abgasaustritt (d) aus dem Expandergehäuse richtig zu lenken.

10. Expander . . . nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Anfang des Expanderableitungsrohres (34) ein trichterförmiges Sammelrohr (27) mit breiterer Öffnung gegen die Abgasaustrittsströmung (d) gerichtet, aufgestellt ist, dass das trichterförmige Sammelrohr (27) über die Zirkulationsrohrleitung (22) mit der Zuleitungskammer (18) verbunden ist und dass in der Zirkulationsrohrleitung (22) ein Kugelventil (23) oder ein anderer Rückschlagventil- Typ eingebaut ist, wobei die Teile der Zirkulationsrohrleitung die Rückströmung und die Regelung des Durchflusses durch die Düsen ermöglichen.

11. Expander . . . nach dem Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Einleitungsende der Zirkulationsrohrleitung (22 a) in den verengten Teil (mit Venturi-Profil) des Zuleitungsrohres (19) eingesetzt ist, um die Ejektionswirkung am Einleitungsende der Zirkulationsrohrleitung (22 a) auszunützen, wobei in diesem Falle bei einigen Anwendungen des Expanders das Ventil (23) entfallen kann.

12. Expander . . . nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass in die Abgaszirkulationsrohrleitung auch die Luft aus dem Kühlsystem der Verbrennungskraftmaschine durch das Rohr (35) eingeführt wird, wobei das Rohr (35) rund um das Ableitungsrohr (34) oder im Ableitungsrohr selbst geführt werden kann, um die Luft zusätzlich zu erwärmen.

13. Expander . . . nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) direkt an das Wellenende der Verbrennungskraftmaschine befestigt wird oder wird er auf eine Hilfswelle (5) aufgesetzt, welche über ein Getriebe (Zahnradgetriebe, Keilriemengetriebe u. a.) eine multiplizierte Geschwindigkeit gewinnt.

14. Expander . . . nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenflächen des Rotors (1), der Kompressionskammern (2), der Zuleitungskammer (18), des Zuleitungsrohres (19) und der Zirkulationsrohrleitung (22) aus Schichten aus keramischen Metall ausgeführt werden, oder die angeführten Teile komplett aus dem keramischen Metall oder anderen Metallen auszuarbeiten sind, welche einen kleinen Wärmeübergangskoeffizient aufweisen.

15. Expander . . . nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in die Zuleitungskammer (18) oder in das Zuleitungsrohr (19) eine Zündkerze (23) oder eine gewöhnliche elektr. Hezvorrichtung eingebaut wird, um die unverbrannten Abgasprodukte nachträglich zu verbrennen.

16. Expander . . . nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das beschriebene Gerät in den Verbrennungskraftmaschinen verwendet wird wie Verbrennungsmotoren, Dampf- und Gasmaschinen, Strömungsmaschinen und Motoren mit einer ähnlichen Arbeitsweise mit Verbrennungsprozess.

17. Expander . . . nach allen vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwertung der Abfallwärmeenergie aus den Verbrennungskraftmaschinen nach gegebener Beschreibung und nach den beiliegenden Zeichnungen in Fig. 1 bis 7 zustande kommt.