DE10021747A1 - Wärmemaschine - Google Patents

Abstract

Die Wärmemaschine zur Erzeugung von mechanischer Energie besteht aus folgenden Teilen: Wärmetauscher (1) und (2), Verbindungsrohr (3), Zylinder (4), Kolben (5), Pleuelstange (6), Kurbelwelle (7), Handrad (8). DOLLAR A Die Wärmeenergie wird von der warmen Quelle (10) geliefert und zu der kalten Quelle (11) getragen. Im inneren Teil befindet sich eine Wassermenge (9), in der sich das Wasser mit Hilfe des Kolbens (5) aus dem Wärmeaustauscher (2) in den Wärmeaustauscher (1) zwischen zwei Pegelgrenzen (obere und untere Grenze) bewegt. Der Kontakt bewirkt die Verdampfung, und die Druckerhöhung überträgt sich auf den Kolben (5). Dadurch setzen die Pleuelstange (6) und die Kurbelwelle (7) das Rad (8) in Bewegung. Die Stellung des Kolbens (5) am äußeren toten Punkt stimmt mit der unteren Grenze überein, wo die Kondensierung im Wärmeaustauscher (2) (kalt) stattfindet. Damit endet der Zyklus des Motors, die Wiederholung ist mit Hilfe der Trägheit des Rads (8) möglich.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmemaschine, die zur Erzeugung von mechanischer Wärme mit zwei Außenquellen (warm und kalt) benutzt werden kann.

Die Maschine, die Gegenstand dieser Erfindung ist, hat wenig Ähnlichkeit mit der Bezugsmaschine; nichtsdestotrotz gibt es zwei Ähnlichkeiten, nämlich: die thermische Energie, die benutzt wird, ist eine Energie von außen und die Betriebsflüssigkeit ist Dampf, der durch Wasser erzeugt wird.

Von allen Dampfmaschinen haben wir die Dampfmaschine mit Kolbenantrieb ausgewählt. Diese Maschine ist zwar wegen ihrer geringen Leistung von 6-16% nicht mehr aktuell, sie hat jedoch den Vorteil, dass sie mit jedwelchem Brennstoff betrieben werden kann. Die geringe Leistung lässt sich auch auf die Dampftemperatur von 180-200°C zurückführen und auch auf den komplizierten Weg, den der Dampf durch den beweglichen Teil zurücklegen muss, um mechanische Wärme zu erzeugen.

Eine höhere Temperatur und eine Vereinfachung des Weges könnte zu einer besseren Leistung führen. Das wäre mit einer Maschine möglich, die von der jetzigen total verschieden ist. Dadurch käme man zu einer völlig neuen Maschine, in der der Dampf auf eine völlig andere Art hergestellt und benützt würde.

Eine Änderung bestände darin, auf den Dampfkessel zu verzichten (unabhägig von seinem Alter), und eine andere Änderung bezieht sich auf die Bewegung des Dampfes, um die mechanische Energie zu erzeugen.

Das ist notwendig, damit Dampf nicht ununterbrochen produziert wird und der Raum, in dem er hergestellt wird, wäre viel kleiner. Auch muss der Dampf für die Erzeugung der mechanischen Arbeit viel direkter benutzt werden. Diese Änderungen benötigen auch völlig neue Verbindungen des beweglichen Teils mit der potentiellen Energiequelle. In dieser Auffassung muss der Zylinder (in dem sich der Kolben bewegt) einen direkten Anschluss an die Kammer, in der Dampf erzeugt wird, haben. Die Erzeugung von Dampf geschieht nicht mehr ununterbrochen, sondern in kleinen Schritten (Sequenzen) und die Erzeugung muss zu einem geeigneten Zeitpunkt beginnen und ebenso zu einem geeigneten Zeitpunkt unterbrochen werden. Das wird durch die Bewegung des Kolbens zwischen den beiden toten Punkten geregelt. Auf diese Weise wird nur eine kleine Menge von Wasser unter Druck in Dampf umgewandelt, das restliche Wasser bleibt in flüssigem Zustand bei einer Temperatur von etwa 100°C. In dieser Zeit wird die mechanische Arbeit ausgeführt, wonach die Kondensation stattfindet.

In dieser Bauweise wird der Kessel durch Wärmeaustauscher ersetzt, die in ständiger Verbindung mit warmen oder kalten Wärmequellen sind.

Die Verdampfung (mit Druckerzeugung) und die Kondensation (mit Druckminderung) geschieht durch die Bewegung des Wassers zwischen den Wärmeaustauschern, deren Temperatur verschieden ist (an einem ist sie höher als 100°C, bei dem anderen niedriger als 100°C).

Danach wird ein Beispiel für die Herstellung in Verbindung mit Fig. 1 gegeben. Diese ist eine Gesamtdarstellung im Querschnitt der wichtigsten Bestandteile und ihre richtige Stellung einer horizontalen Ebene gegenüber.

Die Maschine besteht aus einem festen Teil: Wärmeaustauscher 1 und 2 (senkrecht) und einem Zwischenrohr 3, dem Zylinder 4 (waagerecht) und einem beweglichen Teil, der aus folgenden besteht: Kolben 5, Pleuelstange 6, Antriebswelle 7. Handrad 8. Im Inneren befindet sich eine bestimmte Menge Wasser 9 (destilliert, mit Glykol). Die Wärmeenergie wird von einer Warmquelle 10 geliefert und nach ihrer Benutzung der Kaltquelle 11 zugeleitet.

Die Bewegung des Kolbens 5 von dem äußeren toten Punkt in Richtung des inneren toten Punktes bewegt das Wasser 9 aus dem Wärmeaustauscher 2 (kalt) in den Wärmeaustauscher 1 (warm) (dessen Temperatur höher als 100°C ist); es findet die Verdampfung einer begrenzten Wassermasse aus 9 statt, deren Druck am höchsten ist, wenn der Kolben 5 am inneren toten Punkt ist. Die Drehbewegung der Pleuelstange 7 mit 90° und die Bewegung des Kolbens 5 in Richtung des äußeren toten Punktes unterbricht den Kontakt des Wassers 9 mit dem Wärmeaustauscher 1 und stellt die Erzeugung von Dampf ein. Nach der Drehbewegung von 180° (der Pleuelstange 7) befindet sich der Kolben 5 am äußeren toten Punkt und der Wasserstand 9 befindet sich nur an dem Wärmeaustauscher 2 (kalt). In diesem Fall wird der Dampf kondensiert und der Druck sinkt auf ein Minimum. Damit wird ein Motorzyklus abgeschlossen, dessen Energie sich in dem Handrad 8 als kinetische Energie absetzt. Die Trägheit des Rades 8 bewegt den Kolben 5 in Richtung des inneren toten Punktes weiter und schiebt das Wasser 9 aus dem Wärmetauscher 2 in den Wärmetauscher 1, wonach sich der ganze Vorgang wiederholt.

Die Vorteile dieser Maschine könnten folgende sein:

• - eine direktere Benutzung des Dampfes für die Erzeugung der mechanischen Arbeit;
• - die Temperatur und der Druck des Dampfes können erhöht werden;
• - Verminderung des Gewichts und der Größe der Einheit, die die Leistung erzeugt;
• - es können Teile aus Kunststoff für die Herstellung bestimmter Teile benutzt werden (z. B. Kolben oder Zylinder);
• - Kürzung der Zeit für die Inbetriebsetzung;
• - Einfache Instandhaltung.

Nachteile der Anlage sind:

• - es sind Teile notwendig, die aus rostfreien Werkstoffen hergestellt werden müssen;
• - eine Glykolmischung ist für den Schmiervorgang (Kolben, Zylinder) und gegen die den Frost notwendig;
• - kann nur mit niedriger Drehzahl arbeiten.

Claims (1)

1. Die Wärmemaschine kann zur Erzeugung von mechanischer Energie mit Hilfe einer Wärmequelle und einer Kaltquelle verwendet werden. Die Anlage wird dadurch charakterisiert, daß sie aus den senkrechten Wärmeaustauschern (1) und (2) bestehen, die durch das Verbindungsrohr (3) direkt mit dem waagerechten Zylinder (4) in Verbindung stehen, der seinerseits mit einem Kolben (5) ausgestattet ist - in Verbindung mit der Pleuelstange (6) und der Kurbelwelle (7) und einem Handrad (8).
   Als Betriebsflüssigkeit wird Dampf, der aus destilliertem Wasser (9) entsteht, benutzt. Die Wärmeenergie wird in einem ständigen Fluß von der warmen Quelle (10) übernommen, die Abkühlung geschieht ebenfalls in einem ständigen Fluß zu der kalten Quelle (11).
   Die Bewegung des Kolbens (5) im Zylinder (4) in Richtung des inneren toten Punktes schiebt das Wasser aus dem Wärmeaustauscher (2) in den Wärmeaustauscher (1), wo die Verdampfung einer geringen Wassermenge (9) vor sich geht, deren Druck sich auf den Kolben (5) überträgt, der die Inbetriebsetzung der anderen Teile des beweglichen Teils der Maschine bewirkt, die Energie wird im Rad (8) gespeichert. Mittlerweile ist das Wasser (9) in den Wärmeaustauscher (2) eingedrungen, wo nach der Verdampfung der Druck gesunken ist und aus der Trägheit des Handrads (8) der Kolben (5) das Wasser (9) zurück in den Wärmeaustauscher (1) bringt, wo die Verdampfung von Neuem einsetzt und der Motor einen neuen Zyklus beginnt.