EP2719859A1

EP2719859A1 - Kolbenturbine-Universal

Info

Publication number: EP2719859A1
Application number: EP12007075.0A
Authority: EP
Inventors: Erfindernennung liegt noch nicht vor Die
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2014-04-16

Abstract

Kern der Erfindung sind die Kolbenzylinder b und a, die unabhängig voneinander den Zylinderraum 7 teilen. Im Takt 1 verrichtet der Kolbenzylinder b (1 und 3) seinen Arbeitshub mit einer Umdrehung von 290° und der Kolbenzylinder a (2 und 4) steht im Zylinderblockeinraster und wirkt als Widerlager für den Kolbenzylinder b Im Takt 2 verrichtet der Kolbenzylinder a den Arbeitshub und der Kolbenzylinder b dient im Zylinderblockeinraster als Widerlager, so dass der Arbeitszyklus abwechselnd wiederholt wird. Im Stand der Technik wirkt die eingebrachte Energie auf das Turbinenrad mit unterschiedlichen Drücken, das das Arbeitsmedium das Turbinenrad an beiderseitigen Flächen passiert und dadurch den Wirkungsgrad begrenzt. Die Erfindung ermöglicht den Energieeinsatz direkt auf die Kolbenflächen, da die hintere Kolbenfläche drucklos ist (atmosphärischer Druck), wirkt nur die Reibung negativ. Die Konstruktion der Kolbenturbine kann vielfältig eingesetzt werden. Größte Bedeutung hat die Kolbenturbine als Dampfturbine, da durch Zwischenschaltung des 11-Kammer-Zylinders EP 1933006 A1 die bereits genutzte Dampfenergie mehrfach genutzt werden kann.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Wasserturbinen, Dampfturbinen, hydraulische Turbinen, pneumatische Turbinen und Gasturbinen für den Einsatz besonders in der Energienutzung.
Alle uns bekannten Turbinen-Typen arbeiten nach dem gleichen Prinzip, indem die durchströmende potenzielle Energie (Dampf, Flüssigkeit, Gase) im Triebwerk vielfältige "Turbinen" antreibt, die die gewünschte Leistung verrichten.
Alle Turbinen haben einen Wirkungsgrad von 0,40 bis 0,80, da sich aus der Konstruktion der Turbinen durch die Rotation die eingebrachte Energie nicht 1:1 1 erreichen lässt.
Gegenstand der Erfindung ist die Konstruktion, in der die eingebrachte Energie voll auf die Kolbenflächen wirkt, da die Rückseite des Kolbens drucklos ist (atmosphärischer Druck).
Der Vorteil der Erfindung ist, dass die eingebrachte Energie vollständig genutzt werden kann (bei Vernachlässigung der Reibung).
Bei der Dampf- und Gasturbine kann die eingebrachte Energie nach dem Arbeitshub weiter genutzt werden.
Die hydraulische Turbine und die Wasserturbine kann die volle Presskraft im Drehmoment auf den Generator übertragen und ermöglicht die volle Nutzung der eingebrachten Energie bei Vernachlässigung der Reibung.
Des weiteren kann diese Konstruktion in kleinster bis großer Ausführung in Verbrennungsmotoren vom Auto bis zur grossen Schiffen sowie Elektrokraftwerken genutzt werden.
Die Erfindung hat ein großes Energieeinspar-Potenzial und entlastet die Umwelt.
Die beiliegenden Zeichnungen und Erläuterungen sind nachvollziehbar und werden auch in der Schwerkraftnutzung eingesetzt.

Ausführung der Erfindung - Beschreibung

FIG. 1 stellt den Schnitt der Turbine dar.

Der im Zweitakt rotierende Kolben b ist ein festes Teil des Zylinders 3
Der im Zweitakt rotierende Kolben a Ist ein festes Teil des Zylinders 4
Der Kolben a wird durch den Druck in der Kammer 7 um 290° auf den Auslasskanal 6. gepresst und löst den Zylinderblockeinraster 13, so dass der Kolben 2 den Einlasskanal 5 schließt. Gleichzeitig schiebt sich der Kolben b ins Raster und Kolben a verrichtet seinen Hub um 290° und die Arbeitshübe wiederholen sich.
Die Geschwindigkeit der Arbeitshübe wird durch die Steuerung der Ventile 15 und 16 bestimmt. Die Einlasskanäle 5 und die Auslasskanäle 6 sind beiderseitig der Turbine angebracht, um das gleichmässige Beladen und Entladen der Zylinderkammern 7 und 8 zu gewährleisten.
Die Anzahl der Anschlüsse ist von der geplanten Leistung bestimmt, auch die zugehörigen Ventile 15 und 16 können nach Bedarf genutzt werden. Im Normalbetrieb werden die Kanäle durch die rotierenden Kolben 1 und 2 gesteuert. Dem Antrag ist für die Nachvollziehbarkeit eine DVD beigelegt, um den Arbeitsablauf der Turbine zu zeigen.
Die Wasserturbine arbeitet nach der Gleichung: W = A • p • s. Führen wir dieser Gleichung den Zeitfaktor hinzu, so ermitteln wir die Leistung, die wir durch die Kraftübertragungsräder 11-12 dem Generator zuführen. Die hydraulische Turbine arbeitet nach dem gleichen Prinzip.
Die Dampfturbine ist dadurch gekennzeichnet, dass sie im Vergleich zur Wasserturbine nach dem Arbeitshub des Kolbens 1 die genutzte Dampfenergie in der Kammer 7 speichert und die Auslassventile erst öffnen, um die Dampfenergie für weitere Nutzung zu speichern. Durch die weitere Nutzung verringert sich die Dampfenergie um 25 %, kann aber durch die Zwischenschaltung des Kammerzylinders EP 1933006 A1 den erforderlichen Betriebsdruck steigern.
Der Arbeitsablauf der Gasturbine und der pneumatischen Turbine kann wie in der Dampfturbine gesteuert werden, auch mit weiterer Nutzung der zwischengelagerten Energie in der Kammer 7.
Die Nutzung der Kolbenzylinder-Konstruktion als Verbrennungsmotorturbine ermöglicht eine Steigerung des Wirkungsgrades bis zu 90 % und eine Reduzierung des Gewichtes um die Hälfte. Die Kosten verringern sich anteilmässig.
In allen aufgeführten Bereichen erfolgt die Darstellung bei Vernachlässigung der Reibung.
Die Lagerungs- und Dichtungsbereiche sind in der handelsüblichen Ausführung nach dem Stand der Technik.
Die Bezeichnung "Kolbenturbine-Universal" soll die Vielfalt der Einsatzbereiche verdeutlichen.
Die Konstruktion der Kolbenturbine ermöglicht den Kontrukteuren, System zu entwickeln, die umweltschonend und energiesparend vielfältig einsetzbar sind.

Claims

Kolbenturbine-Universal, für Flüssigkeit, Dampf oder Gase als Arbeitsmedium, bestehend aus einem dichtend in einem Innenzylinder 3, der nach dem Kolben 1 fest montiert ist und axial um 360° rotierend geführt ist und einem Aussenzylinder 4, an dem der Kolben 2 nach innen fest montiert ist, der axial um 360° rotierend verschieblich geführt ist. Innenzylinder 3 und Aussenzylinder 4 bilden gemeinsam eine Raumkammer 7, in der die Arbeitshübe der Kolben 1 und 2 die Kammer 7 im Zweitakt teilt.
Die Kammer 7 ist die Druckkammer, in der die zugeführte Energie auf den Kolben 1 wirkt und mit dem Zylinder 3 und der Turbinenachse den Arbeitshub 1 um 290° im Uhrzeigersinn verrichtet.
Kolbenturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Arbeitshub 1 der Kolben 2 mit dem Zylinder 4 im Stillstand einrastet, wodurch die Zylinderblockeinraster 13 das Widerlager für den Arbeitshub 1 bilden. Die Kammer 7 verrichtet ihren Arbeitshub, wodurch Kammer 7 in Kammer 7 und drucklose Kammer 8 mit den Auslassventilen 6 geteilt wird.
Erreicht der Kolben 1 eine Umdrehung von 290°, werden die Raster 13 geöffnet und der Kolben 2 mit Zylinder 4 verschiebt sich um 40° hinter den Einlass. Gleichzeitig verschiebt sich Kolben 1 um 30° vor die Auslasskanäle 6 und rastet in 13 ein und bildet das Widerlager für den Arbeitshub des Kolben 2 mit dem Zylinder 4, so dass die Kolben abwechselnd die Arbeitshübe wiederholen.
Kolbenturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenzylinder 4 im Turbinenblock 10 auf besondere Weise in der Führung gelagert ist, um die hohen Drücke in Kammer 7 zu gewährleisten,
Kolbenturbine nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragung der Kolbenturbine durch die Kraftübertragungsräder 11 fest verbunden mit der Turbinenachse die Kraft des Kolbens 1 überträgt und die Kraftübertragung des Kolbens 2 durch die Zahnkranzkraftübertragung 12 erfolgt, die fest auf dem Zylinder 4 montiert ist. Die Kraftübertragungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle der Generatoren die Zahnradlagerung nur im Uhrzeigersinn belastet und sich beim blockierten Zylinder im Leerlauf befindet.
Kolbenturbine nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwendung der Kolbenturbine-Universal nach obigen Ansprüchen mit den Arbeitsmedien Flüssigkeit, Dampf und Gas eingesetzt sowie als Verbrennungsturbine betrieben werden kann. Einsatzbereiche: Energiegewinnungsanlagen, Schiffsbau, Maschinenbau, Wasserversorgung und im Kraftwerksbau.
Kolbenturbine nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Dampfkolbenturbine die genutzte Dampfenergie mehrfach genutzt wird. Das gleiche gilt für den pneumatischen Betrieb.