EP1529928A1 - Umweltfreundlicher druckgasbetriebener Kreiskolbenmotor mit seinem thermodynamischen Kreislaufprozess - Google Patents
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- EP1529928A1 EP1529928A1 EP04090285A EP04090285A EP1529928A1 EP 1529928 A1 EP1529928 A1 EP 1529928A1 EP 04090285 A EP04090285 A EP 04090285A EP 04090285 A EP04090285 A EP 04090285A EP 1529928 A1 EP1529928 A1 EP 1529928A1
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- F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
Definitions
- thermodynamics and fluid mechanics work in one closed and partially closed cycle process on a heat engine.
- Goal of this Invention is to use renewable, renewable energy and energy efficiency increase. To produce no pollutants at all to contaminate poison the result this new technique.
- a heat engine works in a high-cycle cycle Energy efficiency, pollution-free oxidation with regenerative energies in mobile and stationary Commitment. I call this cycle cold air motor system (KLM system).
- the heat engine is a pressurized gas circulating piston engine (FIG. II I CD) which is schematically drawn and explained in the description Item 8.
- the KLM system includes all energy transformations from the extraction, extraction of primary energy, energy storage, energy transport to useful energy.
- the KLM system works in harmony with the natural elements of fire (sun), air, water and earth (biomass) environmentally friendly and with a very high effective economic benefit of 85% on average.
- the KLM system intelligently exploits the thermal cycling process through potential and kinetic energies, and additionally converts all the moment of inertia and its effects of a traveling, decelerating vehicle into kinetic potential pressure energy and stores this useful energy as work capacity in a pressure accumulator. To do this, a mechanical and thermal recuperation circuit travels and regenerates useful energy to the exergy, before it is lost forever as an anergy.
- the energy carrier is stored in the liquid state before being fed to the engine and driven from the memory regulated in a cycle process.
- the energy medium is recycled in the cycle process in the working fluid pressure gas and supplied regulated the engine.
- the amount of stored necessary for the drive Energy carrier is reduced by the cycle process to 12% to 16% of demand according to the current state of the art.
- the required volume change work of the compressors is only 23% of the expansion work of the engine.
- the effective efficiency of the engine in the cycle process is 86%.
- the practical benefit increases through the recovery The mass forces of a moving delayed mass to 122% over the effective Efficiency of the engine in the cycle process.
- the effective efficiency of the Primary energy is 6.77 times more optimal than that of an Otto internal combustion engine and 5.55 times that of a diesel engine.
- the KLM system uses the compression and expansion flow in the stationary flow process via the fluid mechanics.
- the kinetic energy of the working fluid is optimally converted into work, in the circulation process on the Recuperationsseite the nozzles for cooling and in front of the engine for pressure and temperature increase of the working fluid.
- the kinetic energy increases in the cycle process the working capacity by 45% of the offered working energy.
- the fluid mechanics of the working piston 29 and working cylinder 27 are characterized by a spherical configuration and the vertical pitch of the rotary piston 29, 30.
- the KLM system Since the KLM system has compressed gas storage tanks, it can work flexibly and the retrieve regenerative energy sources, e.g. Solar energy via photovoltaic very ecological and use economically.
- the heat engine is a compressed gas engine, a rotary engine, the long elastic lever arm without dead center in its movement technique generates an effective kinetic energy. Particularly noteworthy is its high starting torque and its low working speed max. 900 rpm.
- Working parallel to the engine two compressors use the resulting volume change of gas from 80% - 70% to increase exergy of working fluid with one Energy expenditure Wt of 20% - 30% of the delivered useful energy. The system uses this the resulting mass energy of a moving car.
- the positive energy from overrun and braking are stored mechanically and thermally and used directly again at start-up energy, e.g. This leads to a very high degree of utilization of up to 90% of the System. Supported as an energy-saving effect is the mobility by a freewheel between engine and kinetic mechanical momentum-force part to the transmission.
- the working, energy carrier and energy storage medium is air and / or its component like nitrogen.
- waste heat from energy conversion plants, production processes etc. with exhaust heat above 100 ° C or in warm sunny countries can be thermodynamic Cycle also with labor-intensive gases such as helium, carbon dioxide, environmentally friendly refrigerant R 134a, R 407c or with steam of ammonia, water and Alcohols are closed.
- the air is non-toxic, harmless and is in harmony with the 4 natural elements of the earth, the especially applies to the pure nitrogen.
- Nitrogen is an inert gas.
- Air nitrogen can be stored as a pressure medium or / but also in the liquid state of matter in tanks.
- these working media are also energy storage media; stored potential kinetic thermal energy in the form of labor.
- the production of liquid air, liquid nitrogen is not very technically complex and is emission-free.
- the transformation into the liquid state should basically be carried out by the regenerative energy sources sun, water, wind and biomass. This eliminates pollutants and greenhouse gases.
- For one kg of liquid air / N 2 you need 0.5 KW of electricity.
- the liquid air / N 2 are fed in a partial cycle only proportionally from 1/6 - 1/8 of the useful energy demand.
- the effective mean efficiency of the KLM system is 86%, with only 16.5% of the Today's primary energy demand. No currently developed technology achieves this effectiveness and is as environmentally friendly as the KLM system.
- the application of the KLM system creates the inequality of energy distribution in the world combats poverty in many countries on this earth.
- the energy efficiency of this Heat engine with its heat cycle process is so significant, its benefits so great that their practical use in the vehicle and air traffic humanity
- the KLM system is of very high quality, an export hit, an innovative new step of mobility with equal benefits for civilization throughout Earth. In addition, humans use this technique to fulfill their generational obligation.
- compressed air As an energy source for the operation of pneumatic tools and equipment as well as for engines.
- Compressed air or compressed gas engines are known as rotary piston engines (multi-disk, axial piston, radial piston and drum piston engines), gear motors, screw motors, vane motors and compressed air turbines.
- the compressed air technology is generally considered to be very robust, reliable and very compact. Due to the low density of air and gases, the compressed gas engines are characterized by a very good quick start behavior. The general availability of the working medium in the atmosphere and the storability make the compressed air storage technology interesting for applications for the storage of regenerative energies.
- Compressed air storage already exists in the power supply, with peak power demand a fluid, here compressed air, is fed to a turbine and this generates electricity via the generator.
- Compressed air energy generated with conventional systems is very expensive. The main reason is the conversion of high-quality electrical energy into compressed air in the compressor. The overall efficiencies of compressed air systems are poor. So has a commercial compressor at 8 bar abs. a specific power requirement of about 6 KW / m 3 / min. In contrast, the specific power generated by compressed air motors is about 1 KW / m 3 / min. It is also known to drive vehicles with stored compressed air of about 200 bar voltage as drive energy. These are special locomotives in underground mining at risk of heavy rain. Compressed air locomotives are supplied from a special compressed air line network.
- Emst has recently succeeded in developing a vehicle drive that draws its power from a compressed air reservoir and drives a passenger car whose radius of action should be around 200 km and which requires 300 l of compressed air at 300 bar.
- a vehicle drive that draws its power from a compressed air reservoir and drives a passenger car whose radius of action should be around 200 km and which requires 300 l of compressed air at 300 bar.
- it is intended to equip the car additionally with a gas tank. Outside the city, the driver should be able to switch the device from the pneumatic drive to conventional drive by burning petrol.
- This development is based on the fundamental idea of significantly reducing pollutant emissions from vehicles with internal combustion engines in densely populated urban areas, since driving an engine through pre-stressed air does not generate any pollutants.
- the disadvantage is the high demand for electricity for generating the compressed air storage mass of up to 65 KW to be able to drive 200 km, to expensive material technology for the engine to combustion (explosion) and expansion of compressed air (cold) have sufficient service life for the engine ,
- This thermal power plant has the same basic idea of the KLM system: A controlled combustion technique over a unit outside the combustion cylinder of an engine. But almost all the common improvements stop there.
- the aim of this invention is therefore the already known compressed air drive for stationary and in particular for mobile (location-independent) engines, especially for vehicle engines so further develop that the combustion of hydrocarbons from fossil petroleum derivatives completely by the use of compressed air or compressed gases such as helium, carbon dioxide, nitrogen, Ammonia, alcohols, can be replaced as work equipment.
- compressed air or compressed gases such as helium, carbon dioxide, nitrogen, Ammonia, alcohols
- all regenerative energy sources can use ecologically and economically via the mobile and stationary Energy storage.
- the working fluid gas can easily handle the working capacity of a gas Store a liquid or gaseous state in corresponding tanks.
- the Heat through controlled oxidation through state-of-the-art fuel and condensing technology with renewable energy Hydrocarbons (biomass) are generated outside a cylinder space.
- the system should be closed and partially closed work according to the laws of thermodynamics and technical fluid mechanics.
- the system converts by recovering all resulting mass forces and their effects from overrun or deceleration in kinetic and potential energies. These energies are cached as Work capacity and in the further movement immediately called as useful energy. exergy make full use of and through regeneration, recuperation and recovery of Mass inertia forces to eliminate anergy (waste + losses) as much as possible.
- the Environmental energy of the air and the sun uses the KLM system in the form of heat over the KLM system in the form of heat via evaporation and in the form of kinetic energy via the photovoltaic directly in the vehicle.
- the per se known advantages of a compressed gas engine can also be used fully.
- the generated torque corresponds to the necessary Starting torque and is equal to the maximum torque. So the torque is the biggest, when it is particularly in demand, when starting and accelerating.
- the compressed gas engine requires no starter motor and no acceleration process by a clutch. Of the Compressed gas engine has no energy-consuming idle. It is the ideal engine for the City traffic.
- the engine piston is about the pressure pulse of a flowing working fluid over a compression flow moves.
- the compression this potential compressive force, moves the piston in a circular motor with a long lever arm and without dead center circular forward.
- the KLM system uses the cycle process decisively at the appropriate operating points the laws of technical fluid mechanics about nozzles and diffusers "the Expansion and compression flow.
- the KLM system gains the most importance as a drive of an engine, whether stationary or as a vehicle engine (mobile), through the completely lack of direct environmental impact of the drive energy. There are no emissions the technical production of liquid gas such as air, nitrogen, helium, carbon dioxide, etc. because the KLM system works only with regenerative energy sources, indeed this system gives regeneration sources a practical and ecological sense, both economically and economically KLM system becomes important due to the existing need of mobile demand win.
- the concept of the KLM system is to have an energy conversion that is consistent with man and nature is - for a peaceful future -, ecological and economical for all countries and peoples.
- the system relocates 2.8 KW external> to the power plants and liquid-gas producers of decentralized type.
- the KLM system only gets 14.19 KW of primary energy and produces 2.76 externally and internally KW Anergie, there are no pollutants and no poisoned gases.
- Total primary energy demand is only 16.5% of today's demand.
- the total quantity can be produced by all regenerative energy sources with very high quality.
- the KLM system cools the flow of material with the cold gas.
- the cold gas works as a recuperator (heat exchanger, evaporator and mixing heat exchanger).
- the required cooling energy is fed in via Q12 with 534 kj / kg, gaining 374 kj / kg of exergy.
- the anergy is 160 kj / kg.
- the exergy of the cooled system increases at T ⁇ Tb by the heat release.
- Vfl 5.6 liters to 1.1 liters of ethyl alcohol or 0.9 liters of vegetable oil
- the mechanical thermal recuperation is the technical volume work of the isothermally operating compressor 37 and the isotropically operating compressor 11.
- the volume change work is 4.77 times more effective than the gasoline engine and 4.55 times more effective as that of the diesel engine.
- Fig. I the quality of the primary energy for the KLM system is shown. Electricity is generated via the regenerative energy sources, which are then sent to decentralized gas liquefaction plants for conversion into the fuel liquefied petroleum gas with very little exergy losses, stored there in tanks and transported to the filling stations via container tanks at the shortest possible distance.
- the liquid air / nitrogen does not contaminate air, water and the earth (soil), also there is no danger of explosion of the inert gases.
- the technology is known and the logistics are very economical.
- five different energies can be generated from the energy store via the KLM system, as shown schematically in FIG. 1.
- electricity 100 regenerative energy converters Second Heat (heating) 102 biomass Third Movement (engine) 105 energy storage 4th Cold (air conditioners) 106 solar power 5th fuel 107 Oxidation 108 Compressed gas
- the system can generate heat with a heat efficiency of 94 - 102% as a by-product of power generation, kinetic energy and air conditioning.
- the liquefaction of the gases generates about 50% of heat, which is an economic advantage for the decentralized liquefaction plants, because in urban areas this heat is sold through the pipeline networks.
- the KLM system will change the entire air conditioning technology innovatively, because today's air conditioning technology is harmful to the environment, consumes too much primary energy, is technically complex and poses dangers to the health of working people in all enclosed spaces.
- the KLM system Through mixed cooling, the system achieves clean, effective cold gas, air / nitrogen / oxygen regulated by biofilters, constantly renewed, healthy breathing air that is germ-free, because the liquefied gas is absolutely clean, chemically pure.
- the KLM system now gives controlled O 2 N 2 temperature and humidity. Also, the KLM system will give the self-sufficient energy supply for single-family to high-rise buildings, factories, authorities, etc. just to an economic sense. 5 energies in one energy converter, in addition to being flexible and environmentally friendly and made of unlimited, renewable raw materials and energy sources. The energy forms are: Electricity 1., heat 2., fuel 3., refrigeration 4., motion technology 5. Now the KLM system can be used ecologically and economically via the compressed air technology for peak load, emergency power generation.
- the wind power plants, solar power plants etc. operate independently via the compressed air reservoir or the liquefaction plant, because they drive into memory, then generates the storage medium via the KLM system Fuel or electricity under constant operating conditions.
- Wind power plants can also directly over the compression very economically liquid nitrogen, liquid air, liquid carbon dioxide, make and store liquid argon, liquid oxygen and liquid neon, helium these gases in high-pressure accumulator or in the liquid aggregate state in corresponding Tanks. This company can produce its quality products at any time, without the forces of nature Being directly dependent on offering logistics on the market.
- the application of the KLM system frees civilization from the stranglehold of oil reserves, furthermore, no greenhouse gases, no ozone hole, no poisoning of our breathing air, none Contamination of water and earth, no waste of our resource reserves like Petroleum, natural gas, platinum, rhodium, gold.
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Abstract
Description
Das KLM-System schließt alle Energiewandlungen von der Förderung, Gewinnung der Primärenergie, Energiespeicherung, Energiemitteltransport bis hin zur Nutzenergie ein. Das KLM-System arbeitet im Einklang mit den Naturelementen Feuer (Sonne), Luft, Wasser und Erde (Biomasse) umweltfreundlich und mit einem sehr hohen effektiven wirtschaftlichen Nutzen von im Mittel 85 %. Das KLM-System nutz intelligent den thermischen Kreislaufprozess durch potentielle und kinetische Energien und wandelt zusätzlich alle anfallenden Massenträgheitsmomente und ihre Wirkungen eines fahrenden, eines verzögernden Fahrzeuges in kinetische, potentielle Druckenergie und speichert diese Nutzenergie als Arbeitsvermögen in einem Druckspeicher ab. Dazu fährt ein mechanischer und thermischer Recuperationskreislauf und regeneriert Nutzenergie zur Exergie, bevor diese als Anergie für immer verloren geht.
- dem 4,77-fachen des Otto-Dieselsystems im Stadtverkehr
- dem 4,55-fachen des Otto-Dieselsystems im Überlandverkehr
- dem 4,33-fachen des Otto-Dieselsystems im Autobahnverkehr.
Primärenergie = Exergie + Anergie = Abgabe (Ox)
Aufwand-Energie = Nutzen + Verluste = CO2 + NOx, HC
Otto Motor 90 KW = 16 KW + 74 KW = 20 kg/CO2
Diesel Motor 79 KW = 17 KW + 62 KW = 18 kg/CO2
KLM-System 11,38 KW = 8,87 KW + 2,51 KW = 1,7 kg/CO2 - regenerativ
Die Nutzenergie KLM = 8,87 KW = 11,38 KW - 6,22 KW =
5,16 KW + 3,71 KW = 8,87 KW
Regeneration + Recuperation = 6,22 KW +
angeforderte Exergie = 5,16 KW +
angeforderte thermische und
mechanische Recuperation = 3,71 KW -
Anergie des Systems = 2,51 KW -
Im KLM-System fordert 7,67 KW = 27612 kj
PEFF = 27612 ki / 790 kj/kg = 34 kg Stoffstrom
Wteff = 790 kj/kg
34 kg Stoffstrom = 34 kg / 6 = 5,6 kg
= 6,2 Liter flüssige Luft/Stickstoff für 100 km Stadtverkehr.
Im Vergleich der Verbrennungsmotor = 10,4 Liter = 93 KW Primärenergie und erzeugt dabei 74 KW Anergie dazu Treibhausgas 20 kg/CO2 und 12 Nm3 Wassergas vergiftet.
Primärenergie = Exergie + Anergie
Strom 3,1 KW = 2,8 KW + 0,30 KW
1200 kg Masse - Stadtverkehr 100 km | ||||
Primärenergie | Nutzenergie | Anergie | Schadstoff | |
KLM-System | 14,19 KW | 8,87 KW | 2,76 KW | 0 |
Otto-Motor | 93 KW | 16,7 KW | 74 KW | 20 kgCO2 |
Diesel-Motor | 79 KW | 17 KW | 62 KW | 18 kgCO2 |
Exergie KLM = 858 kj + 374 kg = 1232 kj/kg
Wt, Nutz-Energie = 1232 kj - 160 kj = 1064 kj/kg
Stoffstrom KLM = 1 /6 × [534 + 374] = 151 kj/kg
Wt Stoffstrom Klm = (858 kj x 0,9) + 151 kj = 923 kj/kg
Weff Stoffstrom Klm = WtStKLM • m • G
Weff Stoffstrom KLM = 923 • 0,93 x 0,92 = 790 kj/kg
Der Recuperationsfaktor ist
Stadtverkehr = 1,6 (60 %)
Überlandverkehr = 1,4 (40 %(
Autobahnverkehr = 1,25 (25 %)
QmSt = 29 kg Stoffstrom
QflSt = QmSt / 6 = 29 kg / 6 = 4,8 kg
Vfl = 5,6 Liter dazu 1,1 Liter Äthylalkohol oder 0,9 Liter Pflanzenöl
Δt + = 1040-151 = 889 K
V = 2850 I/kg - 2250 I/kg = 600 I/kg (Volumen Arbeit) gegeben und entspricht 23 % anfallende Volumenänderungsarbeit des KLM-Systems. Dieser geringe Wert lässt das System optimal in einem teilgeöffneten oder auch geschlossenen Kreislaufprozess arbeiten.
1. | Strom | 100 Regenerative Energiewandler |
2. | Wärme (Heizung) | 102 Biomasse |
3. | Bewegung (Motor) | 105 Engergiespeicher |
4. | Kälte (Klimaanlagen) | 106 Solarstrom |
5. | Kraftstoff | 107 Oxydation 108 Druckgas |
= PspM / PspV = 96 %
PspKraftw. / PsVerd. = 0,93
60 % im Stadtverkehr
40 % im Überlandverkehr
25 % im Autobahnverkehr
In Berg- und Talfahrt ist der Exergiegewinn 95 %.Dieser Exergiegewinn erfolgt ohne Kosten und ohne die Umwelt zu belasten. Eine Mechanische Überlastung wird über die Einheit 64 vermieden. Bei Dauerlast über die Speicherkapazität wird über die Einheit 60 der thermische Recuperationskreislauf in Betrieb gesetzt, denn auch dieser hat einen hohen spezifischen Leistungsrückgewinn von 92 % in der Recuperation bei sofortiger Nutzung.
F = AK·2×2×1,5·p
p = 88 bar AK 5 cm2
F = 5·2·2×1,5×5 bar
F = 26400 N
Fimpuls = F · ti t = 0,1 Sekunde
Fi = 2640 Ns
Motordurchmesser 20 cm ist das Drehmoment ab erster Umdrehung Mmax
Mmax = 528 NmDazu bietet die Expansionskammer ein Expansionsvolumen von bis zum 90-fachen des Eingangsimpulsvolumens an.Ein Anschlag mit mehreren Dauer-Magneten 33 hält die Kolbenpaare 29 immer wieder nach dem Arbeitstakt am selben Punkt bis zum Lavaldruck des Diffusors 26 fest zusammen. Kommt der Verdichtungsstoß, so baut sich eine kinetische und potentielle Druckkraft auf, über dem Lavaldruck fliegen die Kolben in einer Kreisbahn auseinander. Die Magneten 33 ziehen die Kolben beim Verschiebungstakt wieder zusammen und die Haltearbeit wird zurückgewonnen. Als Alternative kann das KLM-System bereits entwickelte Kreiskolbenmotore so auch Flügelzellenmotore fahren. Hier bieten sich besonders Kolbenmotore und Verdichter an. Auch Hubkolbenmotore, wenn diese das KLM-System haben, eignen sich. Der Wirkungsgrad fällt dann um 20 bis 30 %.
Primärenergie = Exergie + Anergie
1392 kj/kg = 1232 kj/kg + 160 kj/kg
Wtmax= W□ + Eq = 1232 kj/kg
W□ = cp (Tmax - Tab) = 858 kj/kg
Bq = QStr. - Eq
Eq (+) = Tab (S2 - S1) = 374 kj/kg
Exergie = e = 694 kj/kg der flüssigen Luft.
QStr. = Carnot Exergie fl. Luft = 534 kj/kg
Wirkungsgrad der Primärenergie
thp = Wtmax / Primärenergie = Nutzen / Aufwand =
thp = 1232 kj/kg / 1382 kg/kj = 0,9 = 90 %
thKLM = 1 - T4 - T1 / T3 - T2 = 1 - 289-210 / 1040-287 = 79 K / 753
tnKLM = 90 % theoretischer Wirkungsgrad
thCarnot = 1 TK / T3 = 151 K / 1040 K
thCarnot = 86 % Arbeitsmittel
thKLM = 1 - QB1 / QA3 = 80 kj / 759 kj
thKLM = 90 % Arbeitsmittel
GKLM = WKr / Wid = 923 kj / 1009 kj = 0,92
GKLM = 92 % = Gütegrad
m = Wid - WR / Wid- 1009-80 kj / 1009 kj = 0,93
m = 93 % mechanischer Wirkungsgrad
KLMEff. = WeffKLM / WtKLM = 790 kj / 923 kj = 86
KLMEff. = 86 %Der effektive Wirkungsgrad des KLM-Systems ist gleich dem theoretischen Wirkungsgrad nach Carnot.Der praktische Wirkungsgrad des KLM-Systems wird durch die Rückgewinnung der Massenkräfte bei der Verzögerung durch den Schubbetrieb um den Recuperatorfaktor erhöht. Der Recuperatorfaktor ist für
den Stadtverkehr 1,6
den Überlandverkehr 1,4
den Autobahnverkehr 1,25Die Verdichterarbeit der Verdichter 11 und 37 ist 23 % der Volumenänderungsarbeit plus der mechanischen Reibungsarbeit.
WRe = Wt · 0,23 / m = 923 kj · 0,23 / 0,93
WReKLM = 228 kj/kg StoffstromDamit ergibt sich ein praktischer Nutzen für den Stadtverkehr
Nutzgr. KLM = (WeffKLM - WReKLM) x Recuperaturfaktor / Aufwand
= (790 kj - 228 kj) x 1,6 / 736 kj
Nutzgr. KLM = 899 kj / 736 kj = 1,22
Nutzgr. KLM = 122 % mehr als der effektive WirkungsgradDer praktische Nutzen des KLM-Systems ist im Vergleich zum praktischen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors
NutzungsgradEff. = NgKLM / PrOtto-Motor = 1,22 / 0,18 = 6,77-fach effektiver6,77 mal besser in der Ausnutzung der Primärenergie als der Otto-Motor und 5,55 mal besser als der Dieselmotor. Der mittlere Primärenergie-Wirkungsgrad von der Quelle/Förderwelle zum Autorad ist 12,6 % für den Verbrennungsmotor und 83,5 % für das KLM-System. Es gibt kein Energiewandel-System, das diesen effizienten Nutzen der wertvollen Primärenergie hat. Dazu nach regenerativ und umweltfreundlich.
Die Expandereinheit 17 wird über die Brennstoffeinheit 21 mit Wärmeenergie versorgt. Die Oxydation von der Biomasse (Alkohole und Pflanzenöle) erfolgt nach modemster Brennwert- und Brennstofftechnik geregelt und kontrolliert ohne Schadstoffe, regenerativ. Zusätzlich wird die Verbrennung effektiver mit angereichertem vorgewärmten sauerstoffreichen Arbeitsmitteln über den Regelkreis 40 versorgt. Der Recuperator 15 wärmt das Arbeitsmedium vor und kühlt die Abgase auf 290 K ab. Über die Regelstrecke 42 wird die Einheit 41 mit Wärmeenergie versorgt und somit können Fahrgastraum oder ganze Häuser geheizt werden. Gleichzeitig kann die Einheit 17 auch zur Kälteerzeugung wie nach Fg. V eingesetzt werden. In der Einheit 17 wird das Arbeitsmittel bis zum 4-fachen seines Eintrittsvolumens gestreckt. Über die Regelstrecke 42 wird der gekühlte Energiestrom zur Einheit 4 zurückgefahren. Ein großer Vorteil ist, dass die Heizleistung bereits vor der Abfahrt geregelt ca. 10 Minuten, ohne dass der Antriebsmotor laufen muss, abgerufen werden kann. Die Heizleistung ist bei einer Nennleistung des Antriebsmotors/der Kraftmaschine von 15 KW, 480 kj/kg pro kg Stoffstrom.
Claims (27)
- Druckgaskreiskolbenmotor (34) dadurch gekennzeichnet, dass der Energieträger vor der Zuführung in den Arbeitskreislauf in einem kälteisolierten Tank (1) (Fig. II, III C) im Kalten flüssigen Zustand gespeichert wird. Die Umweltwärme erzeugt über die Verdampfung des Arbeitsmediums im Tank (1) einen Gasdruck, der über die Regeleinheit (8) als Betriebsdruck eingeregelt wird. Das flüssige Arbeitsmedium wird durch diesen Betriebsdruck über die Regelstrecke (2) in den Verdampfer (3), der systemdicht in der Expansionseinheit (4) (Fig. III C) integriert ist, geregelt gefahren. Das gasförmige Arbeitsmedium wird aus dem Verdampfer (3) über die Druckund Volumenregeleinheit (7, 5) durch die (eine) Düse mit einem Druckverteiler (6) in die Mischkühlung der Expansionseinheit (4) gedrückt. Die Saugleitung (10) (Fig. II, III C) verbindet den Verdichter (11) über die Vierwege- und Druckregeleinheit (12) mit den Recuperatoren (15, 16). Das Arbeitsgas durchströmt im Gegenstrom den Abgaswärmetauscher (15) der Brenneinheit (21), danach kühlt es die Außenwände des Erhitzers der Expandereinheit (17) (Fig. III D). Eine parallele Leitung mit der Druckregeleinheit (13), bestehend aus Rückschlagklappe und Druckregelventil, verbindet den Verdichter (11) mit dem Druckgasspeicherkessel (14) (Fig. II; III D). Die Rohrleitung (18) ist über die Druckregeleinheit (12) mit der Diffusoreneinheit (19), dem Druckveretiler (20) und dem Erhitzer der Expandereinheit (17) (Fig III D) verbunden. Durch diese Anwendung entsteht eine kontrollierte Zwangsströmung in Form von Impulsierender Verdichtungsstöße des Arbeitsgases in der Expandereinheit (17). Arbeitsdruck und Betriebstemperatur steigen in der Expandereinheit (17). Gleichzeitig erwärmt die Brenneinheit (21) das Arbeitsmedium über den Erhitzer der Expandereinheit (17), dabei dehnt sich das Arbeitsgas isochor um ein mehrfaches an Volumen aus. An die Expandereinheit (17) schließen sich direkt die Steuerund Regeleinheiten für Druck (22), Volumen (23) und Zeit (24) (Fig. III D) an. Diese Regelstrecke ist über eine Rohrleitung mit dem Verteiler (25) verbunden. Der Verteiler (25) ist angeschlossen an die Diffusoreneinheiten (26), die wiederum direkt den Expansionskammern des Motors (34) gegenüberliegen (Fig. III D). Vom Verteiler wird das Arbeitsmedium in die Diffusoreneinheiten (26) über den kugelförmigen Druckverteiler (27) im Impulsgegenstrom in den Expansionsraum des Motors (34) gefahren. Der Impulsgegenstrom des Arbeitsmediums über den Druckverteiler (27) erzeugt einen physikalischen Verdichtungsstoß, dem 1,32-fachen der kinetischen, der thermischen und potentiellen Energie des Arbeitsdruckes der Diffusoreneinheit (26). Die Kreiskolbenpaare (29, 30) sind mit den Motorwellen (31, 32) (Fig. III D) fest verbunden. Der kugelförmige Druckverteiler (27) ist fest mit dem Motorzylinder (28) verbunden. Die Motorwellen (31, 32) laufen gasdicht unter dem Druckverteiler durch und nehmen dabei die Expansionsenergie auf und wandeln die gesamte Energie des Arbeitsmediums, die von den Kolbenpaaren (29, 30) aufgenommen wurden, ohne Todpunkt mit großem Hebelarm in mechanische Energie um. Die Düsenventileinheit (36) verbindet die Expansionskammer des Motors (34) mit dem parallel auf den gleichen Wellen (31, 32) laufenden keilförmigen Kreiskolben des Verdichters (37) und dadurch gekennzeichnet ist, dass das Arbeitsgas von den Kolbenpaaren (29, 30) des Motors (34) auf die Saugseite der keilförmigen Kreiskolben des Verdichters (37) geschoben wird. Der Verdichter (37) drückt das vorgespannte Arbeitsgas über die Düsenventileinheit (39) in die Mischkühlung der Expansionseinheit (4). Mit diesem Arbeitsgang ist der Prozesskreislauf des Druckgaskreiskolbenmotors geschlossen (Fig. II, III C-D). Der Kreislaufprozess ist auch dadurch gekennzeichnet, dass über die Abgaseinheit (35) als teilgeschlossener Kreislaufprozess gefahren wird, wenn ausreichend Arbeitsgas im System gespeichert ist und der Verschiebedruck auf der Saugseite des Verdichters (37) über 2 bar steigt.
- Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskolben senkrecht geteilt sind und aus Kolbenpaaren (29, 30) bestehen. Dadurch bietet ein Arbeitskolben die doppelte Arbeitsfläche (AK) für das Arbeitsmedium auf der Expansionsseite an.
- Druckgaskreiskolbenmotor nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenpaare (29, 30) halbkugelförmig ausgebildet sind und die Passform mit dem Druckverteiler (27) übereinstimmen und auf der Grundlage der physikalischen Strömungstechnik aufgebaut sind. Die Arbeitsfläche AK vergrößert sich um das 1,5-fache einer Planarbeitsfläche.
- Druckgaskreiskolbenmotor nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Dauermagnete oder Elektromagnete (33) die Kolbenpaare (29, 30) dicht und fest zusammen halten, bis der Lavaldruck in der Diffusoreneinheit (26) (Fig. III D) erreicht ist. Die Magnete (33) ziehen die Kolbenpaare (29, 30) beim Verschiebetakt wieder zusammen und die Haltearbeit wird zurückgewonnen.
- Druckgaskreiskolbenmotor nach den Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass eine Kreiskolbenmaschine 2 bis 12 Kolbenpaare (29, 30) in einer Expansionsstufe und die entsprechende Anzahl an Kolbenpaare (29, 30) der zweiten Stufe, dritten Stufe haben kann. Zu einem Kolbenpaar (29, 30) müssen zwei Druckverteiler (27) angeordnet sein.
- Druckgaskreiskolbenmotor nach den Ansprüchen 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Kreiskolbenpaare (29, 30) oszillierend arbeiten und mit einer Getriebetechnik (61), die einen Drehrichtungswandler (62 bis 65) hat, führt dann eine Arbeitsdrehrichtung aus.
- Druckgaskreiskolbenmotor nach den Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Arbeitsmedium über das Regelventil (5) (Fig. III C) zu 1/8 bis 1/6 Anteil am Volumenstoffstrom in der Mischkühlung der Expansionseinheit (4) gefahren wird.
- Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgasspeicherkessel (14) (Fig. III D) ein Energiespeicher ist, in dem die mechanischen zurückgewonnenen Massenträgheitskräfte aus dem Schubbetrieb, Bremsbetrieb und aus der Verzögerung von drehenden Massenkräften von einem Fahrzeug oder Arbeitsmaschine über die Antriebstechnik (61) in Druckenergie über den Verdichter (11) gewandelt und zur Zwischenspeicherung im Speicher (14) gefahren werden. Zusätzlich werden auch die thermischen und kinetischen Energien aus der Expandereinheit (17) über die Regelstrecke (46) (Fig. III D) als Arbeitsvermögen abgelagert; bevor die mechanische und thermische Exergie zu Anergie wird.
- Druckgaskreiskolbenmotor nach den Ansprüchen 8 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgasspeicherkessel (14) über die Regelstrecke EV (45) mit der Mischkühlung der Expansionseinheit (4) verbunden ist und auch dadurch gekennzeichnet, dass die Expandereinheit (17) über die Druckregeleinheit (46) mit dem Druckgasspeicherkessel (14) (Fig II, III D) verbunden ist. Zusätzlich ist die Rohrleitung (70) aus dem Speicher (14) mit dem Hochdruckverdichter (47) (Fig. III C) verbunden.
- Druckgaskreiskolbenmotor nach den Ansprüchen 8 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Speicherung der Druckenergie des Arbeitsgases im Energiespeicher (14) der Motor (34) dynamisch und flexibel arbeiten kann.
- Druckgaskreiskolbenmotor nach den Ansprüchen 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Arbeitsmedium im Tank (1) über die Regeleinheit (8) und dem Expansionsventil (9) in die Mischkühlung der Expansionseinheit (4) (Fig. III C) gefahren wird.
- Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmechanik (61) mit einer Schwungscheibe (63), einer Kupplungseinheit (64), einem Freilauf (62) und einer oder mehreren Spiralfedern (65) versehen ist und somit in der Lage ist, alle anfallende kurzzeitig auftretenden Massenträgheitskräfte bei einer Verzögerung als Exergie zu speichern und bei Bedarf zu 99 % wieder abzugeben (Fig. III D).
- Druckgaskreiskolbenmotor nach den Ansprüchen 12 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebstechnik (61) über die Kupplungseinheit (60, 59) die Verdichter (11, 47) mechanisch antreibt und dadurch die anfallenden Massenträgheitsmomente und seine Wirkungen in thermische und potentielle Energien wandelt und über den Motor (34) wieder in Nutzenergie wandelt, bevor diese Energien zur Anergie werden.
- Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (34) mit einer Freilauftechnik (62) ausgerüstet ist und keinen Leerlauf hat.
- Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Expandereinheit (4) Fig. II, III C-D) über die Regeleinheit (43) durch das Expansionsventil EV das Arbeitsgas in die Mischkühlung der Klimaanlage (44) fährt, ohne dass der Motor (34) arbeiten muss, denn der Druckausgleich kommt aus Tank (1) oder aus dem Druckspeicherkessel (14), so können Räume klimatisiert werden über die Regeleinheit (71).
- Druckgaskreiskolbenmotor nach Ansprüche 15 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Arbeitsmedium mit O2 angespeichert im Tank (1) über die Rohrleitung (40) in den Verdampfer der Klimaanlage (44) gefahren wird. Das verdampfte Arbeitsmedium wird aus dem Verdampfer in den Kühlkreislauf (38) des Verdichters (37) gegeben, von dort vorgewärmt in die Brenneinheit (21) zur angereicherten Verbrennung gefahren (Fig. III C-D) (Fig. II).
- Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, dass die Expandereinheit (17) über die Regelstrecke (42) (Fig. III D) mit der Heizeinrichtung (41) verbunden ist. So können Räume über die Heizung (41) geheizt werden, ohne dass der Motor (34) arbeitet.
- Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckverdichter (47) (Fig. II, III c) über die Regeleinheit (48) mit einer Gasverflüssigungsanlage (49, 50, 51 und 52) verbunden ist.
- Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (58) mit der Photovoltaikanlage über die Regeleinheiten und elektrischen technischen Einrichtungen (57, 56, 55) (Fig. III C) verbunden und ausgerüstet ist.
- Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 20 dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (58) über die Kupplungseinheit (59) mit dem Verdichter (11) gekoppelt ist.
- Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 21 dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung des Arbeitsmediums im Stoffstrom in der Expansionseinheit (4) durch Mischkühlung und isobar erfolgt und damit die Exergie des Arbeitsmediums erhöht (Fig. IV).
- Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 22 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Strömungstechnik der Diffusoreneinheiten (19 und 26) die Exergie des Arbeitsmediums erhöht wird, so dass sich ein hohes Λ p und Λ t einstellt.
- Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 23 dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Arbeitsmedium mit regenerativen Energiequellen verflüssigt werden kann, und dann in Energiespeicher (Lagertanks) gefahren wird. Aus diesem Energiespeicher erzeugt der Druckgaskreiskolbenmotor 5 Energien in Form von Strom, Heizung, Kälte, Kraftstoff und Bewegungsenergie (Fig. I).
- Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 24 dadurch gekennzeichnet, dass über die Regeleinheit (68) und dem Verdichter (11) Luft aus der Atmosphäre vorgespannt wird und im Druckspeicherkessel (14) als Arbeitsvermögen abgelagert wird.
- Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 25 dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (47) über die Kupplungseinheiten (59, 60) angetrieben werden kann und dabei Arbeitsvermögen des Arbeitsmediums über die Verflüssigungsanlage (50, 51) in den Tank (1) speichert (Fig. III C-B-A).
- Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 26 dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislaufprozess des Motors (34) auch als geschlossener Kreislaufprozess mit getrennten Fließprozessen und Systemen gefahren werden kann und den Arbeitskreislauf systemdicht trennt vom Kältekreislauf (Fig. V).
- Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 27 dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitsmedium außer Luft und Stickstoff auch, aber nur im geschlossenen Kreislauf, Gase und Dämpfe wie Helium, Kohlendioxyd, Wasser, Ammoniak, Alkohole und organische Kältemittel eingesetzt werden können (Fig. V).
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