EP1954916B1 - Wasser-explosions-motor, verfahren und vorrichtung - Google Patents

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EP1954916B1
EP1954916B1 EP06818109A EP06818109A EP1954916B1 EP 1954916 B1 EP1954916 B1 EP 1954916B1 EP 06818109 A EP06818109 A EP 06818109A EP 06818109 A EP06818109 A EP 06818109A EP 1954916 B1 EP1954916 B1 EP 1954916B1
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Manfred Büsselmann
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BUESSELMANN, MANFRED
Hermes Ges F Komm Marketing & Unternehmensberat
Mantel und Sohn internationaler Lizenzhandel KG
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Mantel und Sohn internationaler Lizenzhandel KG
Hermes Ges f Komm Marketing and Unternehmensberatung mbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/22—Rotary-piston machines or engines of internal-axis type with equidirectional movement of co-operating members at the points of engagement, or with one of the co-operating members being stationary, the inner member having more teeth or tooth- equivalents than the outer member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C11/00—Combinations of two or more machines or engines, each being of rotary-piston or oscillating-piston type
    • F01C11/002—Combinations of two or more machines or engines, each being of rotary-piston or oscillating-piston type of similar working principle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K21/00—Steam engine plants not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03C—POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINES DRIVEN BY LIQUIDS
    • F03C2/00—Rotary-piston engines
    • F03C2/30—Rotary-piston engines having the characteristics covered by two or more of groups F03C2/02, F03C2/08, F03C2/22, F03C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members

Definitions

  • the conventional gasoline or diesel combustion engine not only produces harmful emissions, but also about 50% of the fuel to heat during combustion, which does not drive the engine, but must be destroyed by cooling in order not to overheat the engine.
  • the engines require a comprehensive, technical effort for crankshaft, camshaft and valves cause costs, wear and weight.
  • Also disclosed DE-3049023 a method for driving a motor by atomizing water to generate steam.
  • the aim of the present invention is to provide a method and an apparatus to overcome the disadvantages of internal combustion engines. She achieves this with a water explosion and a suitable engine. Water is injected at high pressure into a hot medium, so that it breaks into 1 ⁇ m 3 small droplets, which immediately go over explosively in superheated steam. This innovative process eliminates almost all negative side effects of internal combustion engines.
  • a heated to several 100 ° C medium is passed into the engine, in the water, which was pressurized with 1500 bar pressure is injected (claim la and 1b).
  • the entire motor is enclosed in an insulating capsule.
  • the engine is thus optimally in an operating temperature of several 100 ° Celsius (claim 5).
  • a circular cylinder (10) which is closed from both sides with a side wall (33) in which the bearing of the drive shaft (11) is arranged off-center, the rotary oscillation rotor (12) moves.
  • the runner has the shape of an ellipse, which is sealed at both ends with a specially developed seal consisting of three rollers (13). Due to the eccentric arrangement of the drive shaft (11) in a circular cylinder (10) of the rotor (12) in each position of its rotation must be different lengths to ensure the seal to the cylinder wall. This task is fulfilled by the 3-roller seal (13) in 4 different positions of the circulation in Fig.la to 1d.
  • a movable connecting rod plate (16) is plugged, which is connected to the rotor and with which he his Oszillations- Translation- Movement can be done to enable the drive shaft in rotary motion.
  • the heated media inlet (36) is closed by the traveler and is only opened when the rotor-milled recess (17), shown as a dashed area, sweeps across the inlet (36) as it rotates. During this phase, the runner sucks the glowing burner gas into the cylinder chamber.
  • the outlet for steam and medium (35) is permanently open. While the rotor in the chamber A is under vapor pressure, he presses in the opposite chamber B, the vapor-medium mixture. That means with every revolution of the wave two steam explosions took place.
  • the vapor-medium mixture after leaving the engine, passes through a suitable cooling device in which the vapor condenses back to water so that only hot air exits the exhaust.
  • the glowing medium is generated by a suitable propane gas burner (53) or fuel oil burner.
  • the entire motor is enclosed with an insulating sheath (52) so that the heat of the burner is not lost immediately, but also heats the engine.
  • the engine should preferably maintain the working temperature of several hundred degrees Celsius and only the heat loss resulting from the evaporation of the water be used to drive the motor.
  • the energy consumption is likely to be much lower compared to conventional engines and also the resulting exhaust gases through the continuous combustion of the fuel will be much lower in today's technology of the burner than the diesel or gasoline explosion engine.

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Description

  • Beim herkömmlichen Benzin- oder Diesel-VerbrennungsMotor entstehen nicht nur schädliche Abgase, sondern auch ca. 50% des Kraftstoffes verwandeln sich beim Verbrennungsvorgang in Wärme, die nicht dem Antrieb des Motors dient, sondern durch Kühlung vernichtet werden muss um den Motor nicht zu überhitzen. Außerdem erfordern die Motoren einen umfangsreichen,technischen Aufwand für Kurbelwelle,Nockenwelle und Ventile die Kosten verursachen, Verschleiß unterliegen und Gewicht mit sich bringen.
  • Ausserdem offenbart DE- 3049023 ein Verfahren zum Antrieb eines Motors durch Vernebelung von Wasser zur Dampferzeugung.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit zustellen, die Nachteile der Verbrennungsmotoren zu überwinden. Sie erreicht dies mit einer Wasserexplosion und einem dafür geeigneten Motor. Wasser wird mit hohen Druck in ein heißes Medium eingedüst, sodass es in 1µm3 kleine Tröpfchen zerreißt, die sofort explosionsartig in überhitzten Dampf übergehen. Dieses innovative Verfahren hebt fast alle negativen Begleiterscheinungen der Verbrennungsmotoren auf.
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein auf mehrere 100°Celsius erhitztes Medium in den Motor geleitet, in das Wasser, das mit 1500 bar Druck beaufschlagt wurde eingedüst wird (Anspruch la und 1b).
  • Nach unseren wissenschaftlichen Versuchen und den physikalischen Gesetzen wird das Wasser unter diesem Bedingungen sofort in 1µm3 kleine Tröpfchen zerreißen, sodass aus 1mm3 Wasser 1 Milliarde Tröpfchen entstehen. Die dadurch erzielte Vergrößerung der Wasseroberfläche hat zur Folge, dass die Tröpfchen explosionsartig in überhitzten Dampf übergehen (Anspruche 1 bis 2).
  • Es war erforderlich einen geeigneten Motor zu entwickeln, in welchem der Dampf Arbeit verrichten kann (Anspruch 3). Der Dampf bewegt den Rotations-Translations-Läufer eine Halbe Umdrehung der Antriebswelle vorwärts. Dann werden der Dampf und das heiße Medium vom Läufer durch die Auslassöffnung in der Seitenwand des Motors gedrückt, und der Dampf durch eine Kühlvorrichtung wieder zu Wasser kondensiert (Anspruch 4).
  • Damit keine Wärme unnötig verloren geht, ist der gesamte Motor, in einer Isolierkapsel eingeschlossen. Der Motor befindet sich also in optimaler Weise in einer Betriebstemperatur von mehreren 100°Celsius (Anspruch 5).
  • Die erforderliche Konstruktion ist wie folgt konstruiert und wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und den beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert.
  • In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig.1
    das Funktionsprinzip des Wasser-Explosions- Motors;
    Fig.2
    eine schematische Querschnittsdarstellung durch Gehäuse und Rotations-Läufer, sowie der Antriebswelle und der Pleuel-Platte;
    Fig.3
    eine perspektivische Darstellung des Ge- häuseblockes und der Seitenwand;
    Fig.4
    eine perspektivische Darstellung der Dicht- rollen, des Läufers und der Antriebswelle mit eingesteckten Pleuel-Platten
    Fig.5
    eine schematische, mögliche Anordnung des Motors im Isolierkasten;
  • In einem kreisrunden Zylinder (10), der von beiden Seiten mit einer Seitenwand (33) verschlossen ist,in der die Lagerung der Antriebswelle (11) außermittig angeordnet ist, bewegt sich der Rotations-Oszillations-Läufer (12). Der Läufer hat die Form einer Elypse die an beiden Enden mit einer speziell entwickelten Dichtung aus drei Rollen (13) bestehend abgedichtet wird. Durch die außermittige Anordnung der Antriebswelle (11) in einem kreisrunden Zylinder(10) muss der Läufer (12)in jeder Stellung seiner Rotation unterschiedlich lang sein um die Abdichtung zur Zylinderwand zu gewährleisten. Diese Aufgabe wird durch die 3-Rollen-Dichtung (13) erfüllt, dargestellt in 4 unterschiedlichen Positionen des Umlaufes in Fig.la bis 1d.
  • Durch die Antriebswelle (11) wird innerhalb des Läufers (12), der in der Mitte einen Freiraum (14) besitzt, eine bewegliche Pleuel-Platte (16) gesteckt, die mit dem Läufer verbunden ist und mit der er seine Oszillations-Translation-Bewegung ausführen kann um die Antriebswelle in Drehbewegung zu versetzen.
  • In der Seitenwand (33) des Gehäuses (32) befinden sich die Öffnungen für Auslass von Dampf und Medium (35) sowie der Einlass für das heiße Medium(36) und für die Wassereinspritzung (37),außerdem die Bohrung (34) für die Lagerung der Antriebswelle. Der Einlass für das erhitzte Medium (36) ist durch den Läufer verschlossen und nur geöffnet, wenn die im Läufer ausgefräste Vertiefung (17),als gestrichelte Fläche dargestellt, bei seiner Drehung über den Einlass (36) hinweg streicht. Während dieser Phase saugt der Läufer die glühenden Brennergase in den Zylinderraum.
  • Die Einspritzung des Wassers mit einem Druck von ca. 1500 bar erfolgt wenn ausreichend heißes Medium in der Kammer A, die sich zwischen Läufer und Zylinderwand bildet vorhanden ist. Bevorzugt wenn der Läufer um 32°vorwärts gelaufen ist. (Fig.1b)
  • Nach den physikalischen Gesetzen zerreißt das mit 1500 bar Druck eingespritzte Wasser im Medium, das unter Umweltdruck von ca. 1 bar Druck steht, in 1µm3 kleine Tröpfchen. Das heißt aus 1mm3 Wasser entstehen ca. 1 Milliarde Tröpfchen, die sich in dem auf mehrere 100° Celsius erhitzten Medium, sofort explosionsartig in überhitzten Dampf umwandeln. Welche Kraft Dampf entwickelt ist aus herkömmlichen Dampfmaschinen bekannt.
  • Der Auslass für Dampf und Medium (35) ist permanent geöffnet. Während der Läufer in der Kammer A unter Dampfdruck steht, presst er in der gegenüberliegenden Kammer B das Dampf-Medium-Gemisch aus. Das bedeutet bei jeder Umdrehung der Welle haben zwei Dampfexplosionen stattgefunden. Das Dampf-Medium-Gemisch durchläuft, nachdem es den Motor verlassen hat eine geeignete Kühlvorrichtung in welcher der Dampf wieder zu Wasser kondensiert,so dass nur heiße Luft den Auspuff verlässt. Das glühende Medium wird durch einen geeigneten Propangas-Brenner (53) oder Heizöl-Brenner erzeugt. Der gesamte Motor wird mit einer Isolier-Ummantelung (52) umschlossen, sodass die Hitze des Brenners nicht sofort verloren geht, sondern auch den Motor erwärmt.
  • Der Motor soll möglichst die Arbeitstemperatur von mehreren 100° Celsius erhalten und nur der durch die Verdampfung des Wassers entstehende Wärmeverlust für den Antrieb des Motors genützt werden. Der Energieverbrauch dürfte gegenüber herkömmlichen Motoren wesentlich geringer sein und auch die entstehenden Abgase durch die kontinuierliche Verbrennung des Kraftstoffes werden bei der heutigen Technik der Brenner wesentlich geringer sein als beim Diesel- oder Benzin-Explosionsmotor.

Claims (17)

  1. Verfahren zum Antrieb eines Motors durch Vernebelung von Wasser zur Dampferzeugung, dadurch gekennzeichnet, dass
    das zu zerstäubende Wasser mit hohem Druck beaufschlagt wird und stoßartig durch eine Düse in ein in einem Motorraum des Motors befindliches erhitztes Medium eingespritzt wird, das sich unter normalen Druck von ca. 1x105 Pascal befindet, wodurch das Wasser infolge seines hohen inneren Drucks in kleinste Teilchen zerrissen wird, was eine explosionsartige Verdampfung des Wassers zur Folge hat.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zu zerstäubende Wasser mit einem Druck von etwa 1500x105 Pascal beaufschlagt wird.
  3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium auf mehrere 100° Celsius erhitzt wird.
  4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugten Teilchen eine Größe von ca. 1 µm3 aufweisen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf nach Verlassen des Motors in einer Kühlvorrichtung wieder zu Wasser kondensiert und in einen Wassertank zurückgeleitet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor zur Vermeidung von Wärmeverlusten thermisch isoliert wird.
  7. Antriebsvorrichtung mit:
    a) einem Motor der wenigstens einen Motorraum aufweist,
    b) Mitteln zum Einleiten von erhitztem Medium bei einem normalen Druck von ca. 1x105 Pascal in den Motorraum,
    c) einer gesteuerte Düse (51 a, 51 b), die bei einem einstellbaren Druckwert von vorzugsweise 1500x105 Pascal mittels einer elektronische gesteuerten Hochdruckpumpe auf eine Druck vorzugsweise 1500x105 Pascal komprimiertes Wasser in das in dem Motorraum befindliche erhitze Medium spritzt,
    d) einer geeigneten Kühlvorrichtung dafür sorgt Dampf wieder zu Wasser zu kondensieren,
    e) eine Isolierummantelung (52) den Motor (50), umschließt, damit die erzeugte Hitze ihn aufheizt.
  8. Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erhitzte Medium aus mit einem Brenner erhitzten Gasen besteht.
  9. Antriebsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor mindestens zwei kreisrunde Zylinderräume (21,31,10) aufweist, die auf beiden Seiten von einer Seitenwand (33) verschlossen werden, in der Bohrungen für die Lagerung einer Antriebswelle (34), für den Auslass von Medium-Dampf-Gemisch (35), für den Einlass von Medium (36) und für die Wassereindüsung (37) ausgespart sind, wobei in den Zylinderräumen (21,31,10) jeweils ein Translations-Rotations-Läufer (12,23,43) angeordnet ist, der eine elliptische Form hat und jeden Zylinderraum (10,21,31) in zwei Kammern (A und B) teilt, deren Volumina sich im Betrieb vergrößern und verkleinern können, und wobei die Antriebswelle (11,24,44) in den kreisrunden Zylinderräumen (10,21,31) außermittig angeordnet ist.
  10. Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (12,23,43) mit der Welle (11, 24,44) drehfest, aber in Querrichtung verschiebbar gekoppelt ist, so dass er eine kombinierte Rotations- und Translationsbewegung ausführen kann.
  11. Antriebsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer an beiden Enden der Ellipse Aussparungen für eine sich in der Länge verändernden Dichtung erhält, um, bei kreisrundem Zylinderraum und außermittiger Anordnung des Drehpunkts der Welle, in jeder Drehstellung eine unterschiedliche Länge abdichten zu können.
  12. Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungen aus drei ineinander gesteckten Rollen (13,27,45) bestehen, die unterschiedliche Durchmesser haben, so dass aufgrund der Druckverhältnisse in den Kammern (A, B) eine der Rollen stets an die Zylinderwand gepresst wird unddie Kammern (A, B) gegeneinander abdichtet.
  13. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (11,24,44) für jeden Zylinderraum eine Ausfräsung für ein sich in Querrichtung erstreckendes Element (16,25,46) aufweist, die in nebeneinander angeordneten Zylinderräumen winkelversetzt angeordnet sind.
  14. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Zylinderräume vorgesehen sind, wobei die Ausfräsungen in der Antriebswelle um 90° versetzt zueinander angeordnet werden.
  15. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (16,25,46) die Form einer an den Kanten abgerundeten Platte (46) hat, die in der Ausfräsung der Welle (44) hin und her geschoben werden kann, wobei die Enden der Platte (46) mit dem Läufer (12,23,43) fest verankert sind, so dass er bei seiner Rotation auch die Translation ausführen kann.
  16. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mitte des Läufers (12,23,43) ein Hohlraum (14,26,47) ausgebildet ist, der die Antriebswelle (11, 24, 44) und die Pleuel-Platte (16, 25,46) aufnimmt.
  17. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (12,23,43) auf seinen Seitenflächen Aussparungen (17) aufweist, die den Einlass (36) öffnen, der ansonsten durch die Seitenflächen des Läufers verdeckt ist, wobei die Aussparungen (17) sind so gewählt sind, dass sie den Einlass nur auf einer Achteldrehung des Läufers freigeben.
EP06818109A 2005-11-30 2006-11-27 Wasser-explosions-motor, verfahren und vorrichtung Not-in-force EP1954916B1 (de)

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