DE102009008912A1 - Propellant gas generating device for generating propellant gas under pressure to perform mechanical operation, has propellant gas pressure vessel for generating propellant gas and combustion chamber with burner - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Treibgaserzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Treibgases unter Druck zum Verrichten mechanischer Arbeit und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Treibgaserzeugungseinrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Expansionsmaschine zum Wandeln einer Expansion von Treibgas unter Druck in eine mechanische Bewegung, insbesondere in eine Drehbewegung, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Expansionsmaschine. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Wärmekraftmaschine zum Erzeugen einer mechanischen Bewegung unter Verwendung eines Brennstoffs umfassend eine Treibgaserzeugungseinrichtung und eine Expansionsmaschine, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmekraftmaschine. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Kompressor zum Komprimieren eines Prozessgases, insbesondere Luft zur Verwendung in einer Treibgaserzeugungseinrichtung.The The present invention relates to a propellant gas generating device for generating a propellant gas under pressure to perform mechanical Work and a method for operating such a propellant gas generating device. The present invention further relates to an expansion machine for converting an expansion of propellant gas under pressure into a mechanical one Movement, in particular in a rotary motion, and a method for operating an expansion machine. Furthermore, the invention relates a heat engine for Generating a mechanical motion using a fuel comprising a propellant gas generating device and an expansion machine, and a method of operating a heat engine. Farther the invention relates to a compressor for compressing a process gas, in particular air for use in a propellant gas generating device.
Wärmekraftmaschinen sind allgemein bekannt. Hierbei wird grundsätzlich durch Verbrennen eines Brennstoffs Hitze und ein Treibgas mit hohem Druck erzeugt. Dieses Treibgas mit hohem Druck wird in eine mechanische Bewegung gewandelt. Die mechanischen Wirkungsgrade, also das Verhältnis von mechanischer Energie, die in der mechanischen Bewegung enthalten ist, zu der Energie, die durch die Verbrennung als Hitze und Druck in dem Treibgas enthalten ist, ist verhältnismäßig schlecht und dürfte üblicherweise unter 50% oder leicht darüber liegen.Heat engines are well known. This is basically by burning a Fuel heat and a propellant gas generated at high pressure. This Propellant gas at high pressure is converted into a mechanical movement. The mechanical efficiencies, ie the ratio of mechanical energy, which is contained in the mechanical movement, to the energy, contained by the combustion as heat and pressure in the propellant gas is relatively bad and usually should below 50% or slightly above lie.
Die zurzeit höchsten mechanischen Wirkungsgrade könnten von großvolumigen, langsam drehenden Zweitaktdieselmotoren erreicht werden und im Bereich von 49% liegen. Aber auch diese Wirkungsgrade sind noch gering und dadurch begründet, dass ein Großteil sowohl der thermischen Energie als auch der in dem Druck gespeicherten Energie bedingt durch das Wirkprinzip der Maschine verpufft. Zwar werden heutzutage Optimierungen durchgeführt, jedoch können diese an dem grundlegenden Wirkprinzip nichts ändern und jegliche Verbesserungen der Wirkungsgrade sind in ihrem Erfolg begrenzt.The currently highest mechanical efficiencies could of large-volume, slowly rotating two-stroke diesel engines are achieved and in the range of 49%. But even these efficiencies are still low and justified by that much both the thermal energy and the stored in the pressure Energy dissipated due to the operating principle of the machine. Though Nowadays optimizations are performed, but these can nothing to change the basic principle of action and any improvements the efficiencies are limited in their success.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, die beschriebenen Probleme möglichst zu beheben, oder zumindest zu verringern. Insbesondere liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wärmekraftmaschine vorzuschlagen, die prinzipbedingt einen besseren Wirkungsgrad ermöglicht. Zumindest soll eine alternative Maschine vorgestellt werden.task Thus, the present invention addresses the problems described preferably to fix, or at least reduce. In particular, is the present invention, the object of a heat engine to propose, which in principle allows a better efficiency. At least an alternative machine should be presented.
Erfindungsgemäß wird eine Treibgaserzeugungseinrichtung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.According to the invention is a Propellant gas generating device proposed according to claim 1.
Eine solche Treibgaserzeugungseinrichtung umfasst einen Treibgasdruckbehälter zum Erzeugen des Treibgases darin, sowie eine Brennkammer zum Verbrennen eines Brennstoffs zum Erzeugen eines Brenngases bei dem durch die Verbrennung Wärme entsteht. Das Brenngas kann dann von der Brennkammer in den Treibgasdruckbehälter gelangen, in dem zusätzlich Sekundärtreibstoff, insbesondere Wasser zugegeben wird, um Wärme das Brenngas aufzunehmen. Als Sekundärtreibstoff kann flüssiges Wasser, Wasserdampf, Druckluft oder ein anderes geeignetes Gas verwendet werden. Durch das Zuführen des Sekundärtreibstoffs nimmt dieser Wärme auf, was insgesamt zu einer Absenkung der Temperatur des entstandenen Treibgases führt. Somit entsteht ein Kühleffekt durch eine Wärmeübertragung vom Brenngas in den Sekundärtreibstoff unter Vermeidung von Energieabfuhr. Daher kann der Sekundärtreibstoff auch als Kühlmittel bezeichnet werden, und der beschriebene Prozess kann als kühlen bezeichnet werden, wobei eine Kühlung im Sinne einer Wärmeabführung aus dem System nicht stattfindet, sondern eine Kühlung durch Mischung. Das Brenngas zusammen mit dem zugeführten Sekundärtreibstoff bildet dann das Treibgas. Dieses Treibgas kann dann insbesondere unter Beibehaltung eines Drucks, zumindest eines Teils seines Druckes, von der Treibgaserzeugungseinrichtung zur weiteren Verwendung, nämlich Umwandlung in mechanische Bewegung, weitergeleitet werden. Die Treibgaserzeugungseinrichtung, insbesondere der Treibgasdruckbehälter weist hierzu wenigstens einen Treibgasauslass auf.A such propellant gas generating device comprises a propellant pressure vessel for Generating the propellant gas therein, and a combustion chamber for burning a fuel for generating a fuel gas in which by Combustion heat arises. The fuel gas can then pass from the combustion chamber into the propellant pressure vessel, in addition Secondary fuel, In particular, water is added to absorb heat the fuel gas. As secondary fuel can be liquid water, Steam, compressed air or other suitable gas used become. By feeding of the secondary fuel absorb this heat, which resulted overall in a lowering of the temperature of the resulting Propellant gas leads. This creates a cooling effect by a heat transfer from Fuel gas in the secondary fuel while avoiding energy dissipation. Therefore, the secondary fuel also as a coolant and the described process may be referred to as cooling be, with a cooling in the sense of heat dissipation the system does not take place, but a cooling by mixing. The fuel gas along with the supplied secondary fuel then forms the propellant gas. This propellant gas can then in particular while maintaining a pressure, at least part of its pressure, from the propellant gas generating device for further use, namely conversion in mechanical motion, be forwarded. The propellant gas generating device, in particular the propellant pressure vessel has at least for this purpose a propellant gas outlet.
Gemäß dieser Anordnung wird somit der Sekundärtreibstoff unmittelbar dem Brenngas zugeführt und damit vermischt. Der Sekundärtreibstoff bildet dann einen Bestandteil des Treibgases. Bei der Kühlung geht thermische Energie von dem Brenngas auf den Sekundärtreibstoff über, wobei diese auf den Sekundärtreibstoff übergegangene thermische Energie in dem Treibgas erhalten bleibt, weil der Sekundärtreibstoff Bestandteil des Treibgases bleibt.According to this Arrangement thus becomes the secondary fuel fed directly to the fuel gas and mixed with it. The secondary fuel then forms a component of the propellant gas. When the cooling goes thermal energy from the fuel gas to the secondary fuel over, this transferred to the secondary fuel thermal energy is maintained in the propellant because of the secondary fuel Part of the propellant gas remains.
Vorzugsweise ist die Brennkammer in dem Treibgasdruckbehälter angeordnet, oder sie bildet einen Teil des Treibgasdruckbehälters. Demnach kann in einem Fall die Brennkammer als im Wesentlichen geschlossener Raum mit entsprechenden Brennkammerwänden ausgebildet sein, der in dem Treibgasdruckbehälter angeordnet ist. Die Kammeraußenwände sind dann in Kontakt mit einem Innenraum im Treibgasdruckbehälter. Die Brennkammer weist dann eine Öffnung zum Treibgasdruckbehälterinnenraum auf, so dass Brenngas von der Brennkammer in den Treibgasdruckbehälter strömen kann. Die Hitze der Brennkammer kann außerdem über die Kammerwände in den Treibgasdruckbehälter abgestrahlt werden.Preferably the combustion chamber is located in or forms the propellant gas pressure vessel a part of the propellant pressure vessel. Thus, in one case, the combustion chamber may be considered substantially closed Be formed space with corresponding combustion chamber walls, the in the propellant gas pressure vessel is arranged. The chamber outer walls are then in contact with an interior in the propellant pressure vessel. The Combustion chamber then has an opening to the propellant pressure vessel interior so that fuel gas can flow from the combustion chamber into the propellant pressure vessel. The heat of the combustion chamber can also be in the chamber walls in the LPG pressure vessels be radiated.
Gemäß einer anderen Variante bildet die Brennkammer einen Teil des Treibgasdruckbehälters. Mit anderen Worten geht ein Innenraum der Brennkammer im Grunde fließend in den Innenraum des Treibgasdruckbehälters über. Insbesondere kann beispielsweise an einem Ende eines Raumes der Brenner angeordnet sein und in einer bestimmten Entfernung von dem Brenner kann die Sekundärtreibstoffzufuhr angeordnet sein. In noch weiterer Entfernung von dem Brenner ist dann eine Auslassöffnung zum Weiterleiten des Treibgases angeordnet. Somit geht in diesem Fall die Brennkammer im Grunde fließend in den Treibgasdruckbehälter bzw. seinen Innenraum über.According to another variant forms the Combustion chamber part of the propellant pressure vessel. In other words, an interior of the combustion chamber is basically flowing into the interior of the propellant pressure vessel over. In particular, for example, the burner can be arranged at one end of a room, and the secondary fuel supply can be arranged at a certain distance from the burner. At an even further distance from the burner then an outlet opening for forwarding the propellant gas is arranged. Thus, in this case, the combustion chamber basically flows into the propellant pressure vessel or its interior.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Brennkammer mit Brenner eine Brennstoffzufuhr zum Zuführen des Brennstoffs und eine Luftzufuhr zum Zuführen von Luft aufweist. Unter Luft ist in diesem Zusammenhang insbesondere allgemein ein Stoff zu verstehen, der zusammen mit dem Brennstoff nach einer Zündung zur Verbrennung führt bzw. diese begünstigt. Luft ist eine einfach zur Verfügung zu stellende Variante. Natürlich könnte ebenso reiner Sauerstoff oder ein anderes geeignetes Gas verwendet werden, das insbesondere Sauerstoff aufweist. Als Brennstoff wird vorzugsweise ein flüssig und/oder gasförmig vorliegender Brennstoff verwendet, wie Gas, wie beispielsweise Biogas, Erdgas, Öl und andere Ölprodukte wie Diesel, Benzin oder Kerosin, um nur einige Beispiele zu nennen. Weitere Beispiele für Brennstoffe sind brennbare Suspensionen, Emulsionen und Kohlestaub.According to one another embodiment It is suggested that the combustion chamber with burner a fuel supply for feeding of the fuel and an air supply for supplying air. Under Air is in this context in general a substance to understand that together with the fuel after ignition Burning leads or this favors. Air is an easy available to be put variant. Naturally could as well pure oxygen or another suitable gas can be used, which in particular has oxygen. As fuel is preferred a liquid and / or gaseous present fuel such as gas, such as biogas, Natural gas, oil and other oil products such as diesel, gasoline or kerosene, to name just a few examples. Further examples for Fuels are flammable suspensions, emulsions and coal dust.
Der Brenner ist gemäß dieser Ausführungsform dazu vorbereitet, die Luft und den Brennstoff zu vermischen, insbesondere zu verwirbeln und ein Starten einer Verbrennung in der Brennkammer zu realisieren. Die Treibgaserzeugungseinrichtung verwendet hierbei vorzugsweise komprimierte Luft, die somit unter Druck mit dem Brenner und damit der Brennkammer zugeführt wird. Hierzu wird ein Kompressor oder Luftkompressor verwendet, der solche Druckluft erzeugt und bereitstellt. Der Luftkompressor kann Teil der Treibgaserzeugungseinrichtung sein oder die Druckluft kann extern von einer Druckluftversorgung bereitgestellt werden. Optional ist ein Luftmengenregelventil zum Steuern des Drucks und/oder zum Steuern der Menge der bereitgestellten Druckluft vorgesehen. Hierdurch kann der Brennprozess durch entsprechende gesteuerte Zugabe der Druckluft geregelt werden.Of the Burner is according to this embodiment prepared to mix the air and the fuel, in particular to swirl and start a combustion in the combustion chamber to realize. The propellant gas generating device uses this preferably compressed air, thus under pressure with the burner and thus fed to the combustion chamber becomes. For this purpose, a compressor or air compressor is used, which generates and supplies such compressed air. The air compressor may be part of the propellant gas generating device or the compressed air can be provided externally from a compressed air supply. Optionally, an air flow control valve for controlling the pressure and / or for controlling the amount of compressed air provided. This allows the firing process by appropriately controlled addition the compressed air are regulated.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Brennstoffpumpe und/oder ein Brennstoffkompressor vorgesehen, um Brennstoff der Brennkammer und/oder dem Brenner insbesondere unter Druck zuzuführen. Vorzugsweise ist ein Brennstoffmengenregelventil vorgesehen zum Steuern der zuzuführenden Brennstoffmenge. Hierdurch kann entsprechend insbesondere zusammen mit der Steuerung der Zufuhr der Luft die Verbrennung in der Brennkammer gesteuert werden. Vorzugsweise ist die Brennstoffpumpe und/oder der Brennstoffkompressor mit einem Brennstoffdruckspeicher verbunden, um einen Druckvorrat für den Brennstoff zu erzeugen.According to one another embodiment a fuel pump and / or a fuel compressor is provided, in particular to fuel the combustion chamber and / or the burner to be supplied under pressure. Preferably, a fuel quantity control valve is provided for Control the supplied Amount of fuel. As a result, in particular, together with the control of the supply of air combustion in the combustion chamber to be controlled. Preferably, the fuel pump and / or the fuel compressor is connected to a fuel pressure accumulator, for a pressure reserve for to produce the fuel.
Vorzugsweise ist eine Sekundärtreibstoffpumpe, insbesondere eine Wasserpumpe vorgesehen, um den Sekundärtreibstoff bzw. Wasser an der Sekundärtreibstoffzufuhr unter Druck bereitzustellen, um dieses unter Druck in den Treibgasdruckbehälter einzuleiten. Weiterhin kann hierfür optional ein Wassermengenregelventil vorgesehen sein zum Steuern der zuzuführenden Sekundärtreibstoff- bzw. Wassermenge. Auch hierdurch wird die Erzeugung des Treibgases besser regelbar, indem die zuzuführenden Sekundärtreibstoff- insbesondere Wassermenge, geregelt wird, um dadurch den Prozess der Treibgaserzeugung und/oder die Zusammensetzung des Treibgases zu steuern.Preferably is a secondary fuel pump, in particular a water pump provided to the secondary fuel or water at the secondary fuel supply provide under pressure to introduce this under pressure in the LPG pressure vessel. Furthermore, this can be done optionally a water flow control valve may be provided for controlling the supplied Secondary fuel or water quantity. This also makes the production of the propellant gas better controllable, by supplying the Sekundärtreibstoff- In particular, the amount of water is regulated, thereby limiting the process the propellant gas production and / or the composition of the propellant gas to control.
Im Übrigen ist zu beachten, dass der Brenner und damit auch der Treibgasdruckbehälter unter Atmosphärenüberdruck arbeitet. Entsprechend müssen die zuzuführenden Medien mit zumindest diesem Druck zugeführt werden.Incidentally, is to note that the burner and thus also the propellant pressure vessel under Atmosphärenüberdruck is working. Accordingly must the to be supplied Media are supplied with at least this pressure.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Steuereinheit vorgesehen zum Steuern der Treibgaserzeugungseinrichtung, insbesondere zum Steuern der Brennstoffzufuhr, der Luftzufuhr und/oder der Sekundärtreibstoffzufuhr. Eine solche Steuereinheit, die auch als Mess-, Steuer- und Regeleinheit bezeichnet werden kann, wertet relevante Eingaben wie Bedienereingaben und Istwerte aus und führt entsprechende Steuerungen durch, indem vorzugsweise entsprechende Steuerbefehle an Stelleinheiten gegeben werden. Bevorzugte Eingangswerte sind eine Bedienereingabe, insbesondere Leistungsvorgabe sowie diverse Messwerte wie Temperaturwerte beispielsweise in der Brennkammer und/oder in dem Druckgasbehälter, Druckwerte und bei einer angeschlossenen Expansionsmaschine, die die Energie in dem Treibgas in eine Drehbewegung umsetzt, eine Drehzahlmessung. Den Ausgang bilden entsprechend Steuerbefehle bzw. Steuersignale für ein oder mehrere Luftmengenregelventile, ein oder mehrere Brennstoffmengenregelventile und ein oder mehrere Regelventile für Sekundärtreibstoffe, insbesondere Wassermengenregelventile. Bei einer angeschlossenen Expansionsmaschine können auch dessen Stellglieder mit Ansteuerungsbefehlen bzw. Ansteuerungssignalen versorgt werden. Hierzu kann ein Füllventil zum Zuführen des Treibgases in die Expansionsmaschine als auch ein Auslassventil zum Auslassen von Treibgas aus der Expansionsmaschine zählen.According to one another embodiment a control unit is provided for controlling the propellant gas generating device, in particular for controlling the fuel supply, the air supply and / or the secondary fuel supply. Such a control unit, which also serves as a measuring, control and regulating unit can be designated evaluates relevant inputs such as operator input and actual values off and on by appropriate controls by preferably corresponding Control commands are given to actuators. Preferred input values are an operator input, especially performance target and various Measured values such as temperature values, for example in the combustion chamber and / or in the pressurized gas container, Pressure values and a connected expansion machine, the Energy in the propellant gas converts into a rotary motion, a speed measurement. The output accordingly form control commands or control signals for one or multiple air flow control valves, one or more fuel quantity control valves and one or more control valves for secondary fuels, in particular Water flow control valves. For a connected expansion machine can also its actuators with control commands or control signals be supplied. For this purpose, a filling valve for supplying the Propellant gas in the expansion machine as well as an outlet valve for Omission of propellant gas from the expander count.
Aufgabe dieser Steuereinheit, insbesondere Zahlen-, Mess-, Steuer- und Regeleinheit ist es, auf Basis eines Grundprogramms und in Abhängigkeit der variablen Eingänge eine bestmögliche Treibgaserzeugung zu berechnen und diese entsprechend zu steuern. Hierbei kommt es insbesondere auf die Volumen-, Druck-, Temperatur- und Umweltwerte an.Task of this control unit, in particular Numerical, measuring and control unit is based on a basic program and depending on the variable inputs to calculate the best possible LPG generation and to control them accordingly. In particular, it depends on the volume, pressure, temperature and environmental values.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist eine Sekundärtreibstoffleitung vorgesehen zum Leiten des Sekundärtreibstoffs zur Sekundärtreibstoffzuführung, die entlang wenigstens einer Wand des Treibgasdruckbehälters verläuft, um eine Vorwärmung des Sekundärtreibstoffs durch Wärme des Treibgasdruckbehälters zu erreichen. Die Zuführung von Sekundärtreibstoff, insbesondere Wasser, hat vorzugsweise den Zweck, dass ein Kühlen des Brenngases zu einer Erwärmung des Sekundärtreibstoffs und insbesondere zu einer Volumenausdehnung des Sekundärtreibstoffs führt. Hierdurch wird insgesamt eine starke Volumenausdehnung des Treibgases angestrebt. Es kommt nicht unbedingt darauf an, dass der Sekundärtreibstoff möglichst kalt dem Treibgasdruckbehälter zugeführt wird. Als günstig hat sich vielmehr erwiesen, die Behälterwände so zu kühlen, dass diese möglichst keinen thermischen Schaden nehmen. Dies kann durch das Führen des Sekundärtreibstoffs durch Sekundärtreibstoffleitungen entlang wenigstens einer Wand des Treibgasdruckbehälters erfolgen. Die Wand des Treibgasdruckbehälters wird hierdurch gekühlt und der Sekundärtreibstoff, insbesondere Wasser, erwärmt. Dieser erwärmte Sekundärtreibstoff, insbesondere Wasser, kann dann in der erwärmten Form also in Fließrichtung des Wassers nach den beschriebenen Sekundärtreibstoffleitungen in den Treibgasdruckbehälter eingeführt werden. Die Temperatur kann hierbei vorzugsweise bereits so hoch liegen, dass das Wasser bereits dampfförmig ist, also als Wasserdampf zugeführt wird. Dieses Wasser kann dann thermische Energie von dem Brenngas annehmen und zu einer Volumen- und/oder Druckerhöhung des Treibgases beitragen.According to one Another embodiment, a secondary fuel line is provided for conducting the secondary fuel to the secondary fuel feed, the along at least one wall of the propellant pressure vessel extends to a preheating of the secondary fuel by heat the propellant pressure vessel to reach. The feeder of secondary fuel, In particular water, preferably has the purpose that cooling the Fuel gas to a warming of the secondary fuel and in particular to a volume expansion of the secondary fuel leads. As a result, a total of a large volume expansion of the propellant gas sought. It does not necessarily matter that the secondary fuel preferably cold the propellant pressure vessel supplied becomes. As favorable has rather proven to cool the container walls so that they possible take no thermal damage. This can be done by running the secondary fuel through secondary fuel lines along at least one wall of the propellant pressure vessel. The wall of the propellant pressure vessel is thereby cooled and the secondary fuel, especially water, heated. This heated Secondary fuel, especially water, can then in the heated form so in the flow direction the water after the described secondary fuel lines in the LPG pressure vessels introduced become. The temperature here may already be so high lie that the water is already vaporous, so as water vapor supplied becomes. This water can then generate thermal energy from the fuel gas assume and contribute to a volume and / or pressure increase of the propellant gas.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass der Treibgasdruckbehälter zumindest abschnittsweise wenigstens doppelwandig ausgeführt ist und zwischen zwei Wänden der Sekundärtreibstoff und/oder die Luft zum Zuführen zum Druckgasbehälter bzw. der Brennkammer geführt wird. Hierbei ist zu beachten, dass in dem Treibgasdruckbehälter, insbesondere wenn die Brennkammer einen Teil davon bildet, an unterschiedlichen Stellen mit unterschiedlichen Temperaturen zu rechnen ist. Die höchste Temperatur ist funktionsbedingt im Bereich des Brenners und damit der Brennkammer zu erwarten und sie wird zum Treibgasauslass hin abnehmen. Somit kann im Bereich der Brennkammer beispielsweise eine Dreiwandigkeit vorgesehen sein. Im Bereich etwa mittig zwischen Brenner und Treibgasauslass kann eine Doppelwandigkeit und zum Treibgasauslass hin schließlich eine Einwandigkeit vorgesehen sein, um nur ein Beispiel zu nennen. Die Dreiwandigkeit kann genutzt werden, um in einem Bereich zwischen zwei Wänden Luft zum Zuführen zum Treibgasdruckbehälter bzw. zur Brennkammer zu führen. Im Bereich der Dreiwandigkeit kann in einem anderen Zwischenbereich und zum zweiwandigen Bereich des Druckgasbehälters hin der Sekundärtreibstoff insbesondere Wasser geführt werden. Nach der Stelle zum Zuführen des Sekundärtreibstoffs kann dann zum Treibgasauslass hin eine Einwandigkeit vorgesehen sein.A Another preferred embodiment provides that the LPG pressure vessel at least Sectionally executed at least double-walled and between two walls of the secondary fuel and / or the air for feeding to the compressed gas tank or the combustion chamber out becomes. It should be noted that in the LPG pressure vessel, in particular if the combustion chamber forms part of it, at different Different temperatures can be expected. The highest temperature is functionally in the range of the burner and thus the combustion chamber to be expected and it will decrease to Treibgasauslass out. Consequently can in the combustion chamber, for example, a drewandigkeit be provided. In the area approximately in the middle between burner and LPG outlet can a Doppelwandigkeit and the Treibgasauslass out finally a Einwandigkeit be provided, to name just one example. The Three-walledness can be used to be in an area between two walls Air for feeding to the LPG pressure vessel or to lead to the combustion chamber. In the area of three-walledness may be in another intermediate area and to the two-walled area of the compressed gas tank towards the secondary fuel especially water become. After the place to feed of the secondary fuel can then a Einwandigkeit be provided for Treibgasauslass out.
Eine weitere Ausführungsform schlägt eine zweite Sekundärtreibstoffzufuhr zum Zuführen eines weiteren Sekundärtreibstoffs vor. Somit kann als ein erster Sekundärtreibstoff bspw. Druckluft vorgesehen sein und als ein zweiter Sekundärtreibstoff Wasser oder Wasserdampf. Die Sekundärtreibstoffe sind zum Zuführen in den Treibgasdruckbehälter vorgesehen. Und es ist zu betonen, dass Sekundärtreibstoffe zu unterscheiden sind von einer Verbrennungsluft, die in die Brennkammer zum Verbrennen mit dem Brennstoff eingeleitet wird. Die Sekundärtreibstoffe sollen nicht an der Verbrennung teilnehmen, sondern danach eingeleitet werden und eine Volumenvergrößerung des Treibgases erreichen. Grundsätzlich kann gemäß einer weiteren Ausführungsform auch das Einleiten noch weiterer Sekundärtreibstoffe vorgesehen sein.A another embodiment beats a second secondary fuel supply for feeding another secondary fuel in front. Thus, as a first secondary fuel, for example. Compressed air be provided and as a second secondary fuel water or water vapor. The secondary fuels are for feeding in the propellant pressure vessel intended. And it is important to emphasize that secondary fuels differ are from a combustion air, which burns into the combustion chamber is initiated with the fuel. The secondary fuels are not supposed to participate in the burning, but after that are initiated and an increase in volume of the Reach propellant gas. Basically according to a another embodiment the introduction of even further secondary fuels may be provided.
Eine weitere Ausführungsform schlägt einen Wärmetauscher vor zum Erwärmen wenigstens eines Sekundärtreibstoffs aus Wärme des Treibgases und/oder aus Wärme eines weiteren Mediums. Hierdurch wird eine Erwärmung des ersten, zweiten und/oder weiteren Sekundärtreibstoffs erreicht, so dass ein Einleiten des betreffenden Sekundärtreibstoffs in den Treibgasdruckbehälter in vorgewärmten Zustand auf einfache Weise erfolgen kann. Zum Erwärmen kann Wärme des Treibgases verwendet werden, indem Treibgas dem Wärmetauscher zugeführt wird. Das Treibgas kann hierzu bspw. nach dem Verlassen einer der Treibgaserzeugungseinrichtung nachgeschalteten Expansionsmaschine verwendet werden. Es kann auch Treibgas verwendet werden, das die Treibgaserzeugungseinrichtung unmittelbar verlassen hat, oder eine Kombination. Weiterhin kommen zur Verwendung in dem Wärmetauscher andere wärmeführende Medien in Betracht, wie bspw. geothermisch gewonnenes Gas.A another embodiment beats a heat exchanger before heating at least one secondary fuel from heat of the propellant and / or heat another medium. As a result, heating of the first, second and / or further secondary fuel achieved, allowing an introduction of the secondary fuel concerned in the propellant pressure vessel in preheated condition can be done easily. For heating, heat of the propellant may be used by propellant gas to the heat exchanger supplied becomes. The propellant gas can this example. After leaving one of Propellant gas generating device downstream expansion machine be used. It can also be used propellant that the Direct fuel gas generator has left immediately, or one Combination. Furthermore, others are used for use in the heat exchanger heat-conducting media into consideration, such as geothermal gas.
Zum Betreiben einer Treibgaserzeugungseinrichtung wird erfindungsgemäß ein Verfahren gemäß Anspruch 11 vorgeschlagen. Dieses Verfahren wird somit verwendet, um ein Treibgas unter Druck zu erzeugen, das zum Verrichten mechanischer Arbeit verwendet werden kann. Hierzu wird eine Treibgaserzeugungseinrichtung verwendet, die einen Treibgasdruckbehälter, eine Brennkammer und eine Sekundärtreibstoffzufuhr aufweist. Folgende Schritte werden vorgeschlagen, die im Wesentlichen gleichzeitig, insbesondere kontinuierlich und somit parallel durchgeführt werden. Demnach wird ein Brennstoff in der Brennkammer verbrannt, um ein Brenngas zu erzeugen. Dieses Brenngas weist eine große Hitze auf, sowie einen gewissen Überdruck, der auch durch den Aufbau einer geschlossenen Brennkammer bedingt ist. Dabei ist unter geschlossener Brennkammer auch eine offene, aber in einem im Wesentlichen geschlossenen Treibgasdruckbehälter angeordnete Brennkammer zu verstehen. Das Brenngas wird in den Treibgasdruckbehälter geleitet. Dies erfolgt beispielsweise durch eine Abfuhr eines erzeugten Treibgases und das fortgesetzte Betreiben des Brenners, so dass Brenngas nachkommt. In den Treibgasdruckbehälter und somit in das Brenngas hinein wird Sekundärtreibstoff, insbesondere Wasser, eingeleitet. Dies führt zum Kühlen des Brenngases und dabei zu einer Erwärmung des Sekundärtreibstoffs, insbesondere des Wassers, und einer dadurch bedingten Ausdehnung des Sekundärtreibstoffs oder Wassers. Als Resultat entsteht das Treibgas in dem Treibgasdruckbehälter, das einen entsprechend hohen Druck aufweist und zu einer entsprechenden Volumenvergrößerung des Treibgases führen kann. Gemäß einer Möglichkeit wird der Sekundärtreibstoff zerstäubt und/oder als Wasserdampf eingeleitet. Soweit möglich erfolgt das Einleiten so, dass eine möglichst günstige Vermischung von Brenngas und Sekundärtreibstoff zu dem Treibgas erfolgt. Der Sekundärtreibstoff wird im Übrigen unter Druck zugeführt.For operating a propellant gas generating device, a method according to claim 11 is proposed according to the invention. This method is thus used to generate a propellant gas under pressure that can be used to perform mechanical work. For this purpose, a propellant gas generating device is used which comprises a propellant pressure vessel, a combustion chamber and a Secondary fuel supply has. The following steps are proposed, which are carried out essentially simultaneously, in particular continuously and thus in parallel. Thus, a fuel is burned in the combustion chamber to generate a fuel gas. This fuel gas has a high heat, as well as a certain overpressure, which is also due to the construction of a closed combustion chamber. In this case, an open combustion chamber is also to be understood as an open combustion chamber arranged in a substantially closed propellant pressure vessel. The fuel gas is directed into the LPG pressure vessel. This is done for example by a discharge of a generated propellant gas and the continued operation of the burner, so that fuel gas complies. Secondary fuel, in particular water, is introduced into the propellant pressure vessel and thus into the fuel gas. This leads to the cooling of the fuel gas and thereby to a heating of the secondary fuel, in particular of the water, and a consequent expansion of the secondary fuel or water. As a result, the propellant gas is generated in the propellant gas pressure vessel, which has a correspondingly high pressure and can lead to a corresponding increase in volume of the propellant gas. According to one possibility, the secondary fuel is atomized and / or introduced as water vapor. As far as possible, the introduction is carried out so that the most favorable possible mixing of fuel gas and secondary fuel to the propellant takes place. Incidentally, the secondary fuel is supplied under pressure.
Vorzugsweise wird bei diesem Verfahren eine erfindungsgemäße Treibgaserzeugungseinrichtung verwendet, wie sie obenstehend bereits erläutert wurde.Preferably In this method, a propellant gas generating device according to the invention used, as already explained above.
Günstig ist es somit, wie teilweise bereits erläutert wurde, wenn das Verbrennen des Brennstoffs zu dem Brenngas unter Zuführung von Luft erfolgt, als Sekundärtreibstoff Wasser in flüssiger Form so zugeführt wird, dass es beim Kühlen des Brenngases verdampft und so zu einer Volumenvergrößerung führt oder bereits als Wasserdampf zugeführt wird und/oder das Treibgas Brenngas und Wasserdampf aufweist, insbesondere ein Gemisch aus Brenngas und Wasserdampf ist. Das Verbrennen des Brennstoffs wird durch das Zuführen von Luft, die hier auch exemplarisch für andere Zusätze wie Sauerstoff steht, begünstigt und insbesondere besser steuerbar.Cheap is Thus, as has already been partially explained, when burning of the fuel to the fuel gas with the supply of air, as secondary fuel Water in liquid Form so fed that will do it when cooling evaporates the fuel gas and thus leads to an increase in volume or already supplied as water vapor is and / or the propellant fuel gas and water vapor, in particular a mixture of fuel gas and water vapor. The burning of the Fuel is supplied by the feeding of air, which also exemplifies other additives such as Oxygen is favored and in particular better controllable.
Vorzugsweise wird das Treibgas so erzeugt, dass die Verbrennung unter Überdruck stattfindet. Dies ist ein Charakteristikum des Brenners und macht entsprechende Vorkehrungen erforderlich wie insbesondere den Brennstoff und soweit erforderlich die Luft unter Druck zuzuführen. Entsprechend ist auch – wie oben bereits erläutert wurde – der Sekundärtreibstoff dem Druckgasbehälter unter Druck zuzuführen.Preferably the propellant gas is generated so that the combustion under pressure takes place. This is a characteristic of the burner and makes appropriate precautions needed in particular the fuel and, if necessary, to supply the air under pressure. Corresponding is too - like already explained above was - the secondary fuel the compressed gas tank to be supplied under pressure.
Gemäß weiterer Ausführungsformen wird vorgeschlagen, dass der Brennkammer Druckluft zugeführt wird, die durch einen Druckluftkompressor bereitgestellt wird, wobei vorzugsweise ein Druckluftregelventil verwendet wird und der Druck und/oder die Menge der Druckluft gesteuert wird. Günstig ist es auch, der Brennkammer und/oder dem Brenner Brennstoff mittels einer Brennstoffpumpe und/oder einem Brennstoffkompressor zuzuführen, wobei vorzugsweise ein Brennstoffmengenregelventil verwendet wird und wobei die zuzuführende Brennstoffmenge gesteuert wird. Bei Verwendung eines gasförmigen Treibstoffs wird für die Steuerung des Brennstoffmengenventils eine Überwachung des Drucks, der Temperatur und/oder des Volumen- und/oder Massestroms des zugeführten Brennstoffs vorgeschlagen. Zudem wird bevorzugt als Sekundärtreibstoff dem Treibgasdruckbehälter Wasser mittels einer Wasserpumpe zugeführt und optional ein Wasserregelventil verwendet, das Wasser unter Druck zugeführt und die zugeführte Wassermenge gesteuert. Ebenso kann gegebenenfalls die Steuerung des Drucks und/oder der Wassermenge unmittelbar über die Wasserpumpe durchgeführt werden. Die Zuführung eines gasförmigen Sekundärtreibstoffs kann ähnlich wie die Zuführung eines gasförmigen Brennstoffs oder der Druckluft vorgenommen werden.According to others embodiments it is proposed that the combustion chamber is supplied with compressed air, which is provided by a pneumatic compressor, preferably a compressed air control valve is used and the pressure and / or the Amount of compressed air is controlled. It is also favorable, the combustion chamber and / or the burner fuel by means of a fuel pump and / or a Supply fuel compressor, wherein preferably a fuel quantity control valve is used and wherein the supplied Fuel quantity is controlled. When using a gaseous fuel is for the control of the fuel quantity valve monitoring the pressure, the temperature and / or the volume and / or mass flow of the supplied fuel proposed. In addition, the propellant pressure vessel is preferably water as the secondary fuel supplied by means of a water pump and optionally a water control valve that uses water under pressure supplied and the supplied Controlled amount of water. Likewise, if necessary, the controller the pressure and / or the amount of water are performed directly on the water pump. The feeder of a gaseous secondary fuel can be similar to the feeder a gaseous one Fuel or the compressed air are made.
Vorzugsweise wird man das Verfahren als einen fließfähigen Brennstoff, also einen flüssigen oder gasförmigen Brennstoff, einsetzen, wie insbesondere Gas, Öl, Benzin und Diesel, um nur einige Beispiele zu nennen.Preferably you will the process as a flowable fuel, so one liquid or gaseous Fuel, in particular gas, oil, gasoline and diesel, to only to give some examples.
Wie auch schon im Zusammenhang mit der Treibgaserzeugungseinrichtung erläutert wurde, kann gemäß einer Ausführungsform vorgeheiztes Wasser als Sekundärtreibstoff verwendet werden und/oder Wasser in den Treibgasdruckbehälter unter Druck eingenebelt werden. Hierdurch ist es möglich, das Wasser zuvor zum Kühlen des Treibgasdruckbehälters oder auch anderer Bestandteile der Treibgaserzeugungseinrichtung oder auch anderer Bestandteile einer Wärmekraftmaschine zu verwenden. Die zum Vorwärmen entzogene Wärme bleibt in dem System durch das Zuführen des so vorgeheizten Wassers zu dem Brennstoff erhalten.As even in connection with the propellant gas generating device explained was, can according to one embodiment preheated water as secondary fuel be used and / or pressurized water in the propellant pressure vessel be fogged. This makes it possible for the water before Cool the propellant pressure vessel or other components of the propellant gas generating device or other components of a heat engine to use. The to preheat extracted heat remains in the system by supplying the thus preheated water obtained to the fuel.
Vorzugsweise wird das Verfahren so ausgeführt, dass die Wasser- bzw. Sekundärtreibstoffzufuhr, die Brennstoffzufuhr und/oder die Druckluftzufuhr abhängig von Messungen von Zuständen in der Treibgaserzeugungseinrichtung erfolgt, insbesondere abhängig von Messungen der Temperatur, des Volumens, des Drucks und/oder der Zusammensetzung des Treibgases und/oder abhängig von der Temperatur im Brenner erfolgt. Vorzugsweise wird dabei eine Steuerung der Mengenverhältnisse und/oder des Drucks der Druckluft, des Brennstoffs und des Wassers durchgeführt.Preferably, the method is carried out such that the water or secondary fuel supply, the fuel supply and / or the compressed air supply is dependent on measurements of conditions in the propellant gas generating device, in particular depending on measurements of the temperature, the volume, the pressure and / or the composition of the Propellant gas and / or depending on the temperature in the burner takes place. Preferably, a control of the proportions and / or the Pressure of compressed air, fuel and water carried out.
Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das Verfahren so gesteuert wird, dass das Treibgas den Treibgasdruckbehälter etwa mit einem Druck von 10 bis 50 bar und einer Temperatur im Bereich von 750°C bis 1200°C verlässt. Dabei ist die Temperatur um so höher, je höher der Druck ist und umgekehrt.According to one embodiment It is proposed that the method be controlled so that the Propellant the propellant pressure vessel for example with a pressure of 10 to 50 bar and a temperature in the range from 750 ° C up to 1200 ° C leaves. The temperature is higher, The higher the pressure is and vice versa.
Erfindungsgemäß wird zudem eine Expansionsmaschine gemäß Anspruch 22 vorgeschlagen. Eine solche Expansionsmaschine weist einen Füllraum und einen Treibgasexpansionsraum auf. Dabei ist in dem Füllraum der Bewegungskörper so angeordnet und geführt, dass ein Druck des Treibgases, mit dem der Füllraum befüllt wurde, an die erste Druckfläche angreift und den Bewegungskörper damit in eine erste Richtung schiebt und damit bewegt. Diese Bewegung kann resultieren aus einer Expansion des befüllten Treibgases bzw. in Kombination kann es zusammen mit dem Befüllen erfolgen. Mit anderen Worten kann durch das Befüllen mit Treibgas der Bewegungskörper unmittelbar in die erste Richtung bewegt werden. Der Bewegungskörper ist ebenfalls in den Treibgasexpansionsraum geführt, wobei die zweite Druckfläche im Grunde der ersten Druckfläche entgegengerichtet ist und eine Expansion eines dem Treibgasexpansionsraum zugeführten Treibgases zu einer Bewegung des Bewegungskörpers in die zweite der ersten Richtung entgegen gesetzte Richtung bewegt wird. Die Expansionsmaschine ist im Wesentlichen dazu vorbereitet, dass eine Bewegung des Bewegungskörpers in die zweite Richtung aufgrund einer Expansion des Treibgases in dem Treibgasexpansionsraum erfolgt. Die Wirkung des Treibgases in dem Füllraum und dem Treibgasexpansionsraum sind somit entgegengerichtet. Insbe sondere ist die Expansionsmaschine entsprechend so zu steuern, dass eine Befüllung des Füllraums und eine Expansion des Treibgases in dem Expansionsraum nacheinander, insbesondere abwechselnd erfolgt.In addition, according to the invention an expansion machine according to claim 22 proposed. Such an expansion machine has a filling space and a propellant expansion space. It is in the filling of the moving body arranged and guided, that a pressure of the propellant gas, with which the filling space has been filled, acts on the first pressure surface and the moving body pushing and moving in a first direction. This movement may result from an expansion of the filled propellant gas or in combination it along with the filling respectively. In other words, by filling with propellant gas of the moving body immediately be moved in the first direction. The moving body is also guided into the Treibgasexpansionsraum, the second pressure surface basically the first printing surface is opposite and an expansion of the propellant gas expansion space supplied propellant gas to a movement of the moving body moved in the second direction opposite to the first direction becomes. The expansion machine is essentially prepared to that a movement of the moving body in the second direction due to expansion of the propellant gas in the propellant gas expansion space he follows. The effect of the propellant gas in the filling space and the propellant gas expansion space are thus contrary. In particular, the expansion machine is special accordingly to control so that a filling of the filling space and an expansion the propellant gas in the expansion space successively, in particular takes place alternately.
Vorzugsweise ist die erste Druckfläche kleiner als die zweite Druckfläche. In dem Füllraum wird somit ein höherer Druck benötigt, um dieselbe Kraft auf den Bewegungskörper auszuüben wie in dem Treibgasexpansionsraum durch einen entsprechend geringeren Treibgasdruck ausgeübt werden kann. Dabei sind jeweils die Kräfte in Richtung der ersten bzw. zweiten Bewegungsrichtung gemeint.Preferably is the first printing surface smaller than the second pressure surface. In the filling room becomes a higher one Pressure needed, to apply the same force to the moving body as in the propellant gas expansion space be exercised by a correspondingly lower propellant gas pressure can. Here are the forces in the direction of the first or second movement direction.
Eine Ausführungsform schlägt vor, dass der Füllraum als Zylinderraum oder Ringspalt ausgebildet ist und entsprechend die erste Druckfläche als Kreis- bzw. Ringfläche ausgebildet ist, der Bewegungskörper als Kolben ausgeführt ist und/oder der Treibgasexpansionsraum als Ringspalt oder Zylinderraum ausgebildet ist und die zweite Druckfläche als Ring- bzw. Kreisfläche ausgebildet ist. Die Verwendung eines Kolbens als Bewegungskörper ist konstruktiv einfach zu gestalten. Die erste Expansionsteilanordnung kann dadurch insgesamt einfach und im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt sein. Beispielsweise ist der Füllraum ein Ringspalt und die erste Druckfläche entsprechend eine Ringfläche und der Treibgasexpansionsraum ein Zylinderraum mit der zweiten Druckfläche als Kreisfläche. Auf diese Art und Weise ist auch leicht zu realisieren, dass die erste Druckfläche kleiner als die zweite Druckfläche ist. Ebenso kann die Aufteilung umgekehrt sein, eine größere Ringfläche als die Kreisfläche ist bei entsprechender Größenaufteilung zu erreichen.A embodiment beats before that the filling space is designed as a cylinder space or annular gap and accordingly the first printing surface as circle or ring surface is formed, the moving body designed as a piston is and / or the propellant gas expansion space as an annular gap or cylinder space is formed and formed the second pressure surface as a ring or circular surface is. The use of a piston as a moving body is structurally simple to design. The first expansion part assembly can thereby total be simple and essentially cylindrical. For example the filling room an annular gap and the first pressure surface corresponding to an annular surface and the Treibgasexpansionsraum a cylinder chamber with the second pressure surface as Circular area. In this way it is also easy to realize that the first printing surface smaller than the second pressure surface is. Likewise, the division may be reversed, a larger ring area than the circular area is with appropriate size distribution to reach.
Gemäß einer Ausführungsform überlappen sich der Füllraum und der Treibgasexpansionsraum, wobei beide vorzugsweise in einer gemeinsamen Bohrung ausgebildet sind. Demnach kann eine gemeinsame Bohrung als ein gemeinsamer Zylinderraum vorgesehen sein, in dem sich der Bewegungskörper insbesondere als Kolben bewegen kann und der Füllraum ist dann auf einer Seite des Kolbens ausgebildet und der Treibgasexpansionsraum an der anderen Seite. Teile der Bohrung gehören dann je nach Kolbenstellung zum Füllraum oder zum Treibgasexpansionsraum.According to one Embodiment overlap the filling room and the propellant gas expansion space, both preferably in one common bore are formed. Accordingly, a common Bore be provided as a common cylinder chamber, in the the movement body especially as a piston can move and the filling space is then on one side formed of the piston and the Treibgasexpansionsraum at the other Page. Parts of the hole belong then depending on the piston position to the filling space or propellant gas expansion space.
Vorzugsweise umfasst die Expansionsmaschine wenigstens ein mit dem ersten Füllraum funktional verbundenes Füllventil zum Einlassen von Treibgas in den ersten Füllraum, wenigstens ein mit dem Treibgasexpansionsraum funktional verbundenes Auslassventil zum Auslassen von Treibgasen aus dem Treibgasexpansionsraum und/oder wenigstens ein mit dem Füllraum und dem Treibgasexpansionsraum funktional verbundenes Überstromventil zum Öffnen und Schließen einer Verbindung zwischen dem Füllraum und dem Treibgasexpansionsraum, um Treibgas zu ermöglichen, vom Füllraum zum Treibgasexpansionsraum zu strömen. Der Füllraum und der Treibgasexpansionsraum sind somit funktional über das wenigstens eine Überstromventil verbunden. Insgesamt ist diese Expansionsteilanordnung somit dazu vorbereitet, dass ein Treibgas über das Füllventil in den Füllraum strömt, dort zu einer Bewegung des Bewegungskörpers in die erste Richtung führt, anschließend über das Überstromventil in den Treibgasexpansionsraum strömt, dort expandiert und zu einer Bewegung des Bewegungskolbens in die zweite Richtung führt und anschließend – vorzugsweise nach vollständiger Expansion und Druckabnahme auf Atmosphärendruck – den Treibgasexpansionsraum verlässt.Preferably The expansion machine includes at least one functional with the first filling space connected filling valve for admitting propellant in the first filling space, at least one with the Propellant expansion chamber functionally connected exhaust valve to Omitting propellant gases from the propellant gas expansion space and / or at least one with the filling room and the Treibgasexpansionsraum functionally connected overflow valve for opening and Shut down a connection between the filling space and the propellant gas expansion space to allow propellant gas from the filling room to Propellant gas expansion space to flow. The filling room and the propellant gas expansion space are thus functional over the at least one overflow valve connected. Overall, this expansion sub-assembly is thus prepared to that a propellant gas over the filling valve in the filling room flows, there to a movement of the moving body in the first direction leads, then via the overflow valve flows into the Treibgasexpansionsraum, there expands and closed a movement of the movement piston leads in the second direction and subsequently - preferably after complete Expansion and pressure decrease to atmospheric pressure - the propellant gas expansion space leaves.
Erfindungsgemäß wird zudem eine Expansionsmaschine gemäß Anspruch 27 vorgeschlagen. Diese Expansionsmaschine weist eine Expansionsteilanordnung mit einer Doppelfunktion auf, die insbesondere auf ein Zusammenwirken mit einer Treibgaserzeugungseinrichtung abgestimmt ist. Demnach ist ein Treibgasexpansionsraum vorgesehen, der mit Treibgas zu befüllen ist und in dem das Treibgas dann expandiert um den Bewegungskörper in eine erste Richtung zu drücken und entsprechend eine translatorische Bewegung des Bewegungskörpers in diese erste Richtung hervorzurufen. Dieser Bewegungskörper ist außerdem in einen Kompressionsraum geführt und weist eine Kompressionsfläche auf, um ein Prozessgas, insbesondere Luft, das in der Treibgaserzeugungseinrichtung Verwendung finden kann, zu komprimieren. Eine Komprimierung erfolgt dabei durch eine translatorische Bewegung des Bewegungskörpers in die erste Richtung, so dass eine durch die Expansion des Treibgases hervorgerufene Bewegung des Bewegungskörpers zu einer Kompression des Prozessgases in den Kompressionsraum führt.According to the invention, an expansion machine according to claim 27 is also proposed. This expansion machine has an expansion part assembly with a double function, the ins special is tuned to cooperate with a propellant gas generating device. Accordingly, a propellant gas expansion space is provided, which is to be filled with propellant gas and in which the propellant gas is then expanded to push the moving body in a first direction and to cause a corresponding translational movement of the moving body in this first direction. This moving body is also guided in a compression space and has a compression surface to compress a process gas, in particular air, which may be used in the propellant gas generating device, to compress. Compression is effected by a translational movement of the moving body in the first direction, so that a movement of the moving body caused by the expansion of the propellant gas leads to a compression of the process gas into the compression space.
Vorzugsweise ist die Druckfläche größer als die Kompressionsfläche. Hierdurch kann einerseits erreicht werden, dass derselbe Expansionsdruck an der Druckfläche zu einer Kompression mit höherem Kompressionsdruck auf der Seite der Kompressionsfläche führen kann. Andererseits wird erreicht, dass die Expansion des Treibgases eine Bewegung des Bewegungskörpers in die erste Richtung mit hoher Energie bzw. Kraft erreichen kann und die damit durchgeführte Kompression des Prozessgases von dieser Energie bzw. Kraft nur wenig verbraucht.Preferably is the printing surface bigger than that Compression surface. This can be achieved on the one hand, that the same expansion pressure on the printing surface to a compression with higher compression pressure on the side of the compression surface to lead can. On the other hand it is achieved that the expansion of the propellant gas a movement of the moving body can reach in the first direction with high energy or force and the done with it Compression of the process gas from this energy or force only a little consumed.
Dabei ist vorzugsweise ein gemeinsamer Zylinderraum oder eine gemeinsame Bohrung vorgesehen, in dem der Treibgasexpansionsraum und der Kompressionsraum ausgebildet sind. Im Grunde bewegt sich im Betrieb der Bewegungskörper dann – insbesondere als Kolben – zwischen dem Treibgasexpansionsraum und dem Kompressionsraum hin und her.there is preferably a common cylinder space or a common one Bore provided in which the propellant gas expansion space and the compression space are formed. Basically, during movement, the moving body then moves - in particular as a piston - between the propellant gas expansion space and the compression space back and forth.
Günstig ist es, um wenigstens eine der Expansionsteilanordnungen ein Mantelrohr vorzusehen, um darin ein Medium zum Temperaturausgleich zu führen. Hierdurch kann ein Temperaturausgleich zwischen unterschiedlich warmen Bereichen der Expansionsteilanordnung erreicht werden. Als Medium kommen Thermoöle, Wasser, Gase und andere Medien in Betracht. Ein Temperaturausgleich kann auch im Bereich von Zylinderköpfen vorgesehen sein und das verwendete Medium zum Erwärmen an anderer Stelle verwendet werden.Cheap is it, at least one of the expander subassemblies a jacket tube to provide a medium for temperature compensation therein. hereby can be a temperature compensation between different warm areas the expansion part assembly can be achieved. The medium used is thermal oils, water, Gases and other media into consideration. A temperature compensation can also in the area of cylinder heads be provided and the medium used for heating be used elsewhere.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden zwei Expansionsteilanordnungen, also eine erste und eine zweite miteinander gekoppelt. Diese Kopplung kann sowohl mit einer Expansionsteilanordnung mit Füllraum und Treibgasexpansionsraum als auch mit einer Expansionsteilanordnung mit Kompressionsraum und Treibgasexpansionsraum vorgenommen werden. Die beiden Expansionsteilanordnungen sind somit im Grunde im Gegentakt gekoppelt, so dass eine Expansion von Treibgas im Treibgasexpansionsraum der ersten Expansionsteilanordnung zu einer Entleerung des expandieren Treibgases aus dem Treibgasexpansionsraum der zweiten Expansionsteilanordnung führt. Die Funktion der Füllräume bzw. der Kompressionsräume bleibt entsprechend so erhalten, wie sie bereits im Zusammenhang mit jeweils einer einzelnen Expansionsteilanordnung erläutert wurde.According to one preferred embodiment two expansion sub-assemblies, ie a first and a second coupled together. This coupling can be both with an expansion subassembly with filling space and propellant expansion space as well as with an expansion subassembly be made with compression space and Treibzasxpansionsraum. The two expansion sub-assemblies are therefore basically in push-pull coupled, so that an expansion of propellant gas in the propellant gas expansion space expand the first expansion part assembly to a drain of the Propellant gas from the Treibgasexpansionsraum the second expansion sub-assembly leads. The function of the filling spaces or the compression rooms remains accordingly preserved as they are already related has been explained with a single expansion part arrangement.
Bei Verwendung von zwei Expansionsteilanordnungen mit Kompressionsraum wird somit ein abwechselndes Expandieren von Treibgas in dem jeweiligen Treibgasexpansionsraum durchgeführt, das zu einer translatorischen Bewegung führt, die in eine rotatorische umgewandelt wird, wobei gleichzeitig ebenso wechselseitig Prozessgas komprimiert und als komprimiertes Prozessgas, insbesondere als Druckluft bereitsteht und der Treibgaserzeugungseinrichtung zugeführt werden kann.at Use of two compression chamber expansion subassemblies Thus, an alternating expansion of propellant gas in the respective Propellant gas expansion space performed, which leads to a translatory movement, which in a rotational is converted, while at the same time also mutually process gas compressed and as a compressed process gas, in particular as compressed air is ready and supplied to the propellant gas generating device can.
Vorzugsweise ist eine Schwungmasse vorgesehen, zum Speichern und Abgeben einer Bewegungsenergie von bzw. zu dem Bewegungskörper. Eine solche Schwungmasse kann Bewegungsenergie insbesondere dann aufnehmen, wenn der jeweilige Treibgasexpansionsraum, der in dem Treibgas gerade expandiert, noch klein und der Druck des Treibgases noch hoch ist. Eine zunehmende Expansion des Treibgases und damit eine Vergrößerung des Treibgasexpansionsraumes führt auch zu einer Druckabnahme des Treibgases und entsprechend einer Kraftabnahme des Bewegungskörpers. Zum Ende der Bewegung hin kann diese Bewegung durch den Schwungkörper aufrechterhalten werden, auch wenn eine nachfolgende Einrichtung mechanische Energie entnimmt. Hierdurch ist es zumindest theoretisch möglich, dass sich der Druck des Treibgases zum Ende der Bewegung hin auf Atmosphärendruck absenkt. Hierdurch wäre vermieden, Treibgas mit Überdruck am Ende der Bewegung entweichen zu lassen und damit Energie zu verschenken. Es ist zu bemerken, dass obwohl zum Ende der Bewegung hin die Schwungmasse einen Teil der Bewegung übernimmt, die – wenngleich schwache – Expansionskraft bzw. Druckkraft des Treibgases dennoch einen Beitrag zur Bewegung leistet.Preferably a flywheel is provided for storing and dispensing a Kinetic energy from or to the moving body. Such a flywheel can absorb kinetic energy, especially if the respective Propellant expansion space, which is just expanding in the propellant gas, still small and the pressure of the propellant gas is still high. An increasing Expansion of the propellant gas and thus an increase of the propellant gas expansion space leads as well to a decrease in pressure of the propellant gas and according to a power decrease of the moving body. Towards the end of the movement, this movement can be sustained by the flywheel even if a subsequent device is mechanical energy extracts. This makes it at least theoretically possible that the pressure of the propellant gas decreases towards the end of the movement to atmospheric pressure. This would be avoided, propellant gas with overpressure to let escape at the end of the movement and thus give away energy. It should be noted that although towards the end of the movement the flywheel takes over part of the movement, the - though weak - expansion power or Pressure force of the propellant gas nevertheless makes a contribution to the movement.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Wandlungsmechanik vorgeschlagen, die wenigstens eine mit dem Bewegungskörper verbundene Zahnstange aufweist und wenigstens ein mit der Zahnstange gekoppeltes Zahnradmittel, zum Wandeln einer translatorischen Bewegung der Zahnstange in eine rotatori sche Bewegung am Zahnradmittel. Diese Vorrichtung hat gegenüber einer Konstruktion aus Rad- und Kurbelstange den Vorteil, dass von der Zahnstange im Grunde immer die gleiche Kraft in dasselbe Drehmoment umgesetzt wird, weil durch die Verwendung der Zahnstange an dem Zahnradmittel dauerhaft eine Kraftaufwendung in einem 90-Grad-Winkel von der translatorischen Bewegungsrichtung zum Radius, an dem die Zahnstange angreift, erreicht wird.According to a further embodiment, a conversion mechanism is proposed which has at least one connected to the moving body rack and at least one coupled to the rack gear means for converting a translational movement of the rack in a rotatory cal movement on the gear means. This device has the advantage over a construction of wheel and connecting rod, that of the rack basically always the same force in the same torque is achieved because the use of the rack on the gear means permanently force application is achieved at a 90-degree angle from the translational direction of movement to the radius at which the rack engages.
Vorzugsweise ist die Expansionsmaschine dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlungsmechanik wenigstens ein erstes Zahnradmittel aufweist, um eine translatorische Bewegung einer ersten Richtung des Bewegungskörpers in eine Drehbewegung mit einer ersten Drehrichtung zu wandeln und ein zweites Zahnradmittel aufweist, um eine translatorische Bewegung einer zweiten Richtung des Bewegungskörpers in eine Drehbewegung mit der ersten Drehrichtung zu wandeln. Es wird also in jedem Fall eine translatorische Bewegung in eine Drehbewegung mit ein und derselben Drehrichtung gewandelt. Dabei wird vorgeschlagen, dass zwischen dem ersten und zweiten Zahnradmittel so umgeschaltet wird, dass eine Bewegung des Bewegungskörpers in eine Drehbewegung mit der ersten, also nur einer, Drehrichtung gewandelt wird. Vorzugsweise weist jedes Zahnradmittel hierzu einen Freilauf auf, insbesondere einen gesteuerten Kupplungsfreilauf, um jeweils nur bei der ersten bzw. der zweiten Richtung der translatorischen Bewegung wirksam zu sein. Entsprechend braucht gemäß einer Variante keine aktive Umschaltung durchgeführt zu werden und es wird immer eine Umwandlung in die genannte erste Drehbewegung durchgeführt. Wird ein gesteuerter Kupplungsfreilauf verwendet, ist es möglich, den Freilauf gezielt zu deaktivieren, so dass eine Kraft von dem Zahnradmittel auch bei der genannten Drehrichtung auf den Bewegungskörper übertragen werden kann. Dies kann dann von Vorteil sein, wenn zu einer Endposition des Bewegungskörpers hin seine Bewegung durch die Zahnradmittel noch unterstützt werden soll.Preferably the expansion machine is characterized in that the conversion mechanism at least a first gear means to a translational Movement of a first direction of the moving body in a rotational movement with to convert a first direction of rotation and a second gear means has a translatory movement of a second direction of the moving body to convert into a rotational movement with the first direction of rotation. It So in any case, a translational movement into a rotary motion converted with one and the same direction of rotation. It is suggested that switches between the first and second gear means so is that a movement of the moving body in a rotary motion with the first, so only one, direction of rotation is changed. Preferably has each gear means for this purpose a freewheel, in particular a controlled clutch freewheel to each only at the first or the second direction of the translational movement is effective to be. Accordingly, according to a variant, no active switching is required carried out and there will always be a transformation in the first mentioned Rotational movement performed. If a controlled clutch freewheel is used, it is possible to use the Free-wheeling deliberately to deactivate, so that a force from the gear means also transferred to the moving body in the aforementioned direction of rotation can be. This can be advantageous if to an end position of the moving body Its movement through the gear means are still supported should.
Vorzugsweise kann der Bewegungskörper mit zwei Zahnstangen bzw. einer Doppelzahnstange ausgebildet sein, indem eine Zahnstange bzw. ein Teil einer Doppelzahnstange für jeweils eine translatorische Bewegung zu einer Übertragung führt.Preferably can the moving body with two racks or a double rack to be formed by a rack or a part of a double rack for each a translatory movement leads to a transmission.
Die Expansionsmaschinensteuereinheit ist gemäß einer Ausführungsform dazu vorbereitet, die Bewegung einer Lineareinheit, die insbesondere Kolben und Kolbenstange umfasst, über Ventilstellungen zu steuern. Außerdem können ggf. Kupplungsfreiläufe gesteuert werden, um eine Drehmomentübertragung geeignet zu steuern. Insbesondere sind die Messung und Berücksichtigung der Zustandsgrößen Kolbenort, Kolbengeschwindigkeit, Kolbenbewegungsrichtung, erzeugte Drehzahl an einer Abtriebswelle und Ventilstellungen sowie ggf. Zustände der Kupplungsfreiläufe vorgesehen. Bei Kopplung mehrerer Expansionsmaschinen kann die Expansionsmaschinensteuereinheit dazu vorbereitet sein, diese Expansionsmaschinen in ihrer Bewegung zu koordinieren. Vorzugsweise kann eine zentrale Steuereinheit vorgesehen sein, die neben den Aufgaben der Expansionsmaschinensteuereinheit auch die Steuerung einer Treibgaserzeugungseinheit übernimmt vorzugsweise kann eine Steuereinheit für eine Treibgaserzeugungseinheit und eine Expansionsmaschinensteuereinheit koordiniert und/oder in einer Einheit kombiniert sein.The Expansion machine control unit is according to one embodiment prepared to the movement of a linear unit, in particular Piston and piston rod includes to control via valve positions. Furthermore can if necessary, clutch freewheels be controlled to suitably control a torque transmission. In particular, the measurement and consideration of the state variables piston location, Piston speed, piston movement direction, generated speed provided on an output shaft and valve positions and possibly states of the clutch freewheels. When coupling several expansion machines, the expansion machine control unit Be prepared to use these expansion machines in their movement to coordinate. Preferably, a central control unit may be provided which, in addition to the tasks of the expansion machine control unit the control of a propellant gas generating unit preferably takes over can be a control unit for a propellant gas generating unit and an expansion machine control unit coordinated and / or combined in one unit.
Erfindungsgemäß wird zudem eine Anordnung wenigstens zweier Expansionsmaschinen vorgeschlagen, wobei die Expansionsmaschinen so gekoppelt sind, dass sie jeweils ein Drehmoment auf eine gemeinsame Welle leiten, wobei insbesondere die Expansionsmaschinen dazu vorbereitet sind, synchronisiert und/oder koordiniert betrieben zu werden. Hierbei können zwei Expansionsmaschinen über eine Wandlungsmechanik gekoppelt sein, indem bspw. jede Expansionsmaschine mit einer Zahnstange an einer Wandlungsmechanik mit zwei Zahnradmitteln angreift. Ebenso können zwei, oder auch mehrere Expansionsmaschinen ein Drehmoment auf eine gemeinsame Welle übertragen, wobei die Expansionsmaschinen einzeln oder paarweise in axialer Richtung der gemeinsamen Welle hintereinander angeordnet sind. Jedenfalls bei Kopplung mehrerer Expansionsmaschinen gleicher Bauart und Baugröße und/oder Verwendung gleicher Wandlungsmechaniken sollten die Expansionsmaschinen im Gleichlauf gekoppelt sein. Sie laufen dabei zumindest teilweise phasenverschoben, ansonsten aber synchron, bzw. mit gleicher Frequenz.In addition, according to the invention proposed an arrangement of at least two expansion machines, wherein the expansion machines are coupled to each other direct a torque to a common shaft, in particular the Expansion machines are prepared, synchronized and / or to be coordinated. Here, two expansion machines on a Conversion mechanics be coupled by, for example, each expansion machine with a rack on a conversion mechanism with two gear means attacks. Likewise two, or more expansion machines a torque on one transmit common wave, wherein the expansion machines individually or in pairs in the axial Direction of the common shaft are arranged one behind the other. In any case when coupling several expansion machines of the same design and size and / or Using the same conversion mechanisms, the expansion machines in the Synchronous be coupled. They run at least partially phase-shifted, but otherwise synchronous, or with the same frequency.
Erfindungsgemäß wird zudem ein Verfahren zum Betreiben einer Expansionsmaschine mit einer ersten Expansionsteilanordnung mit einem Füllraum und einem Treibgasexpansionsraum gemäß Anspruch 35 vorgeschlagen. Demnach werden folgende Schritte durchgeführt: Im Ersten Schritt wird der Füllraum über wenigstens ein Füllraumbetreibgas befüllt, wobei der Druck des Treibgases auf eine erste Druckfläche an dem Bewegungskörper wirkt und diesen in eine erste Richtung drückt und damit in diese Richtung bewegt. Im zweiten Schritt wird das wenigstens eine Füllventil geschlossen und anschließend wenigstens ein Überstromventil geöffnet, so dass das Treibgas aus dem Füllraum in einen Treibgasexpansionsraum strömt. Das Öffnen des wenigstens einen Überstromventils kann über dem Schließen des wenigstens einen Füllventils etwas zeitversetzt, also später, erfolgen, um ein Strömen von Treibgas direkt in das Füllventil, und durch das Überstromventil, zu verhindern. In dem Treibgasexpansionsraum wirkt eine Kraft auf die zweite Druckfläche an dem Bewegungskörper und dieser wird damit in eine zweite Richtung gedrückt und damit bewegt. Die zweite Richtung ist zu der ersten entgegen gesetzt, so dass sich der Bewegungskörper gegenüber Schritt 1 wieder zurückbewegt.In addition, according to the invention a method for operating an expansion machine with a first Expansion part assembly with a filling space and a propellant gas expansion space according to claim 35 proposed. Accordingly, the following steps are performed: Im First step will be the filling space over at least a Füllraumbetreibgas filled, wherein the pressure of the propellant acts on a first pressure surface on the moving body and push it in a first direction and thus in that direction emotional. In the second step, the at least one filling valve closed and then at least one overflow valve open, so that the propellant gas from the filling space flows into a propellant gas expansion space. The opening of the at least one overflow valve can over the closing the at least one filling valve a little later, so later, done to a stream of propellant gas directly into the filling valve, and through the overflow valve, to prevent. In the propellant gas expansion space, a force acts the second printing surface the moving body and this is pressed with it in a second direction and moved with it. The second direction is opposite to the first, so that the movement body opposite step 1 moved back again.
Im dritten Schritt wird wenigstens ein Auslassventil in der Treibgasexpansionskammer geöffnet, um das Treibgas aus dem Treibgasexpansionsraum entweichen zu lassen. Der Druck des Treibgases ist hierbei optimalerweise gleich dem umgebenden, also Atmosphärendruck.in the third step is at least one exhaust valve in the propellant gas expansion chamber open, to allow the propellant to escape from the propellant gas expansion space. The pressure of the propellant gas is optimally equal to the surrounding, So atmospheric pressure.
Im vierten Schritt wird das Verfahren beginnend mit Schritt 1 wiederholt, wobei das wenigstens eine Auslassventil zunächst geöffnet bleibt. Bei der Bewegung des Bewegungskörpers in die erste Richtung gemäß Schritt 1 wird der Treibgasexpansionsraum wieder verkleinert und durch das wenigstens eine geöffnete Auslassventil kann das enthaltene Treibgas entweichen.in the fourth step, the procedure is repeated beginning with step 1, wherein the at least one outlet valve initially remains open. In the movement of the moving body in the first direction according to step 1, the Treibzasxpansionsraum is again reduced and by the at least one opened Exhaust valve can escape the contained propellant gas.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Verfahren zum Betreiben einer Expansionsmaschine mit einer Expansionsteilanordnung mit einem Treibgasexpansionsraum und einem Kompressionsraum gemäß Anspruch 36 vorgeschlagen. Demnach wird im ersten Schritt der Treibgasexpansionsraum mit Treibgas befüllt, so dass der Druck des Treibgases auf eine Druckfläche an einem Bewegungskörper wirkt und den Bewegungskörper dadurch in eine erste Richtung bewegt. Durch diese Bewegung in die erste Richtung wird der Kompressionsraum verkleinert und das darin enthaltene Prozessgas komprimiert. Das komprimierte Prozessgas kann im Anschluss oder bereits während des Komprimierens seiner Verwendung zugeführt werden.According to the invention is also a Method for operating an expansion machine with an expansion subassembly with a propellant gas expansion space and a compression space according to claim 36 proposed. Accordingly, in the first step, the propellant gas expansion space filled with propellant, so that the pressure of the propellant gas on a pressure surface at one moving body acts and the movement body thereby moved in a first direction. Through this movement in the first direction, the compression space is reduced and that in it contained compressed process gas. The compressed process gas can following or already during compressing its use.
Im zweiten Schritt wird der Bewegungskörper in die zweite Richtung zurückbewegt, wobei der Treibgasexpansionsraum aufgrund wenigstens eines geöffneten Auslassventils entleert wird. Die Rückbewegung des Bewegungskörpers kann beispielsweise durch eine Schwungmasse oder eine andere nicht durch diese erste Expansionsteilanordnung hervorgerufene Kraft erreicht werden. In diesem zweiten Schritt wird der Kompressionsraum mit Prozessgas gefüllt. Dies kann im einfachsten Fall bedeuten, dass ein Einlassventil in dem Kompressionsraum geöffnet wird und durch das Zurückbewegen des Bewegungskörpers Luft in den Kompressionsraum einströmt.in the second step, the moving body in the second direction moved back, wherein the propellant gas expansion space due to at least one open Outlet valve is emptied. The return movement of the moving body can for example, by a flywheel or another not through achieved this first expansion part assembly caused force become. In this second step, the compression space with Process gas filled. In the simplest case, this can mean that an inlet valve is in the compression space is opened and by moving back of the moving body Air flows into the compression space.
Im dritten Schritt wird Schritt 1 wiederholt, wobei zuvor jedenfalls das beschriebene Einlassventil in dem Kompressionsraum geschlossen wurde, so dass sich ein gewünschter Kompressionsdruck für das Prozessgas aufbauen kann.in the third step, step 1 is repeated, but before anyway closed the described intake valve in the compression space became, so that a desired Compression pressure for the Can build process gas.
Vorzugsweise werden zwei Expansionsteilanordnungen mit gleichen Merkmalen gekoppelt betrieben. Unter gleichen Merkmalen ist nicht zwingend zu verstehen, dass die Expansionsteilanordnungen vollständig identisch sind, aber dass sie prinzipiell den gleichen Aufbau aufweisen, insbesondere zwei Expansionsteilanordnungen mit jeweils einem Füllraum und jeweils einem Treibgasexpansionsraum gekoppelt betrieben werden, oder zwei Expansionsteilanordnungen mit jeweils einem Treibgasexpansionsraum und einem Kompressionsraum gemeinsam betrieben werden.Preferably two expansion sub-assemblies are coupled with the same features operated. The same characteristics do not necessarily mean that that the expansion subassemblies are completely identical, but that they have in principle the same structure, in particular two expansion sub-assemblies each with a filling space and are each operated coupled to a propellant gas expansion space, or two expansion subassemblies each having a propellant gas expansion space and a compression space are operated together.
Die Bewegungsrichtungen sind hierbei entgegen gesetzt, wobei die Bewegungen sich ergänzen, indem die beiden Expansionsteilanordnungen einen gemeinsamen Bewegungskörper aufweisen. Die beiden Expansionsteilanordnungen wer den demnach so betrieben, dass sie den Bewegungskörper jeweils in dieselbe Richtung bewegen, so dass das Befüllen und Entleeren des Treibgasexpansionsraumes der ersten Expansionsteilanordnung immer umgekehrt zum Befüllen und Entleeren des Treibgasexpansionsraumes der zweiten Expansionsteilanordnung erfolgt.The Movement directions are set against this, with the movements complement each other, in that the two expansion part arrangements have a common moving body. The two expansion sub-assemblies who operated accordingly so that they each the movement body moving in the same direction, so that the filling and emptying of the propellant gas expansion space the first expansion part assembly always reversed for filling and Draining the Treibgasexpansionsraumes the second expansion sub-assembly he follows.
Erfindungsgemäß wird zudem eine Wärmekraftmaschine zum Erzeugen einer mechanischen Bewegung unter Verwendung eines Brennstoffes vorgeschlagen, die eine erfindungsgemäße Treibgaserzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Treibgases umfasst und eine erfindungsgemäße Expansionsmaschine zum Wandeln einer Expansion von Treibgas unter Druck in eine mechanische Bewegung, insbesondere Drehbewegung, wobei die Treibgaserzeugungseinrichtung und die Expansionsmaschine so miteinander gekoppelt sind, dass das von der Treibgaserzeugungseinrichtung erzeugte Treibgas der Expansionsmaschine zugeführt wird, insbesondere an wenigstens einem Füllventil oder Einlassventil in einer Treibgasexpansionskammer bereitgestellt wird. Vorzugsweise sind hierbei die Treibgaserzeugungseinrichtungen und die Expansionsmaschine aufeinander abgestimmt. Insbesondere liefert die Treibgaserzeugungseinrichtung im Wesentlichen ein Treibgas mit möglichst konstanten Werten wie konstantem Druck und Temperatur. Die Expansionsmaschine ist dazu vorbereitet, im Wesentlichen mit einem Treibgas mit konstantem Druck betrieben zu werden. Die beiden Einrichtungen ergänzen sich somit vorteilhaft zu der Wärmekraftmaschine. Gemäß einer Ausführungsform wird eine Expansionsmaschine mit wenigstens einem Expansionsraum, vorzugsweise zwei Expansionsräumen eingesetzt. Somit kann die Expansionsmaschine mit dem von der Treibgaserzeugungseinrichtung bereitgestellten Treibgas betrieben werden und gleichzeitig ein Prozessgas komprimieren und als komprimiertes Gas, insbesondere Druckluft der Treibgaserzeugungseinrichtung, insbesondere dem Brenner zur Verfügung stehen. Hierdurch ergeben sich besonders gute Synergieeffekte.In addition, according to the invention a heat engine for generating a mechanical movement using a Proposed fuel, which is a propellant gas generating device according to the invention for generating a propellant gas and an expansion machine according to the invention for converting an expansion of propellant gas under pressure into a mechanical one Movement, in particular rotational movement, wherein the propellant gas generating device and the expansion machine are coupled together so that the Propellant gas generated by the propellant gas generating device of the expansion machine supplied is, in particular at least one filling valve or inlet valve is provided in a propellant gas expansion chamber. Preferably Here are the propellant gas generators and the expansion machine coordinated. In particular, the propellant gas generator provides essentially a propellant gas with as constant as possible values constant pressure and temperature. The expansion machine is to prepared, essentially with a propellant gas at constant pressure to be operated. The two facilities complement each other thus advantageous to the heat engine. According to one embodiment becomes an expansion engine with at least one expansion space, preferably two expansion spaces used. Thus, the expansion machine with that of the propellant gas generating device provided propellant gas and at the same time Compress process gas and as compressed gas, in particular Compressed air of the propellant gas generating device, in particular the burner be available. This results in particularly good synergy effects.
Zudem wird ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmekraftmaschine gemäß Anspruch 40 vorgeschlagen.moreover is a method of operating a heat engine according to claim 40 proposed.
Weiter erfindungsgemäß wird ein Kompressor zum Komprimieren eines Prozessgases, insbesondere Luft, gemäß Anspruch 41 vorgeschlagen. Ein solcher Kompressor weist einen ersten und einen zweiten Kompressionsraum mit jeweils einem ersten bzw. zweiten Kompressionskörper auf. Dabei erfolgt eine Kopplung der beiden Kompressionsräume dadurch, dass der zweite Kompressionsraum in dem ersten Kompressionskörper ausgebildet ist.Further according to the invention is a Compres sor for compressing a process gas, in particular air, proposed according to claim 41. Such a compressor has a first and a second compression space, each having a first and second compression body. In this case, a coupling of the two compression spaces takes place in that the second compression space is formed in the first compression body.
Vorzugsweise ist der erste Kompressionsraum dazu vorbereitet, das Prozessgas in einer ersten Kompressionsstufe auf ein Volumen mit einem ersten Kompressionsdruck zu komprimieren. Um das komprimierte Prozessgas dann in den zweiten Kompressionsraum zu überführen ist ein entsprechendes Verbindungsventil – oder mehrere – vorgesehen. Nach dem Komprimieren in der ersten Kompressionsstufe strömt somit das Prozessgas in den zweiten Kompressionsraum.Preferably the first compression chamber is prepared for this, the process gas in a first compression stage to a volume with a first one Compression compression. To the compressed process gas then to transfer to the second compression space is a corresponding connection valve - or more - provided. To Compressing in the first compression stage thus flows the process gas in the second compression chamber.
Der zweite Kompressionsraum ist dann dazu vorbereitet, das Prozessgas weiter in einer zweiten Kompressionsstufe zu komprimieren, wobei entsprechend das Volumen verringert und der Kompressionsdruck erhöht werden.Of the second compression space is then prepared for the process gas continue to compress in a second compression stage, wherein accordingly, the volume decreases and the compression pressure is increased.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsform sind dabei der erste Kompressionsraum und der zweite Kompressionskörper fest zueinander angeordnet und der erste Kompressionskörper zu dem ersten Kompressionsraum und dem zweiten Kompressionskörper so in zwei Richtungen beweglich angeordnet, dass seine Bewegung entweder den ersten Kompressionsraum verkleinert oder den zweiten vergrößert oder umgekehrt. Vorzugsweise bildet der erste Kompressionsraum einen Zylinder, in den der erste Kompressionskörper ebenfalls zylinderförmig geführt ist. In dem ersten Kompressionskörper ist der zweite Kompressionsraum ebenfalls als Zylinder – entsprechend mit kleinerem Durchmesser – angeordnet. Der zweite Kompressionskörper ist schließlich in diesen zweiten Kompressionsraum ebenfalls als entsprechender Zylinder mit kleinerem Durchmesser geführt. Zum Komprimieren des Prozessgases wird dieses nun zunächst in den ersten Kompressionsraum eingelassen, der hierbei expandiert ist. Der erste Kompressionskörper bewegt sich nun – nachdem die entsprechenden Ventile geschlossen wurden – so in dem ersten Kompressions raum, dass dieser verkleinert und das Prozessgas komprimiert wird. Da der erste Kompressionsraum und der zweite Kompressionskörper jeweils feststehen, vergrößert sich automatisch der zweite Kompressionsraum durch die Bewegung des ersten Kompressionskörpers. Aufgrund des kleineren Zylinderdurchmessers ist dieser zweite Kompressionsraum aber verhältnismäßig klein und es kann nun das in der ersten Kompressionsstufe komprimierte Prozessgas in diesen zweiten Kompressionsraum eingelassen werden, ohne dass dieses seine Komprimierung wieder verliert. Dabei kann aufgrund des kleinen zweiten Kompressionsraumes das Verbindungsventil zwischen erstem und zweitem Kompressionsraum während der ersten Kompressionsstufe geöffnet sein. Bei dieser ersten Kompressionsstufe wird zwar der zweite Kompressionsraum vergrößert während der erste verkleinert wird, er ist dennoch im Vergleich zum großen Kompressionsraum klein und das zur Verfügung stehende Volumen für das Prozessgas wird auch mit geöffnetem Verbindungsventil verkleinert. Für die zweite Kompressionsstufe muss das Verbindungsventil jedoch geschlossen werden, damit beim Zurückwiegen des ersten Kompressionskörpers, wodurch der zweite Kompressionsraum verkleinert wird, das Prozessgas nicht zurück in den ersten Kompressionsraum strömt.According to one Particularly preferred embodiment are the first compression space and the second compression body fixed to each other and the first compression body to the first compression space and the second compression body so arranged in two directions that move his movement either the first compression space reduced or the second enlarged or vice versa. Preferably, the first compression space forms a Cylinder, in which the first compression body is also guided cylindrically. In the first compression body is the second compression space also as a cylinder - accordingly with a smaller diameter - arranged. The second compression body is finally in this second compression space also as appropriate Cylinder with a smaller diameter out. For compressing the process gas this will be done first let into the first compression space, which expands in this case is. The first compression body moves now - after the corresponding valves were closed - so in the first compression space, that this is reduced and the process gas is compressed. There the first compression space and the second compression body, respectively to be fixed, to increase automatically the second compression space by the movement of the first Compression body. Due to the smaller cylinder diameter, this second compression space but relatively small and it can now compress the one in the first compression stage Process gas can be admitted in this second compression chamber, without that this loses its compression again. It can be due to of the small second compression space the connecting valve between the first and second compression space during the first compression stage open be. In this first compression stage, although the second compression chamber enlarged during the first is reduced, it is still compared to the large compression space small and the available Volume for the process gas is also opened Connection valve reduced. For however, the second compression stage must close the connection valve be so when weighing the first compression body, whereby the second compression space is reduced, the process gas not back flows into the first compression space.
Vorzugsweise kann das Verbindungsventil als Rückschlagventil vorgesehen sein, das nur eine Strömung vom ersten zum zweiten Kompressionsraum zulässt. Ebenso kann ein Einlassventil von außen zum ersten Kompressionsraum als Rückschlagventil ausgebildet sein.Preferably can the connecting valve as a check valve be provided that only a flow from the first to the second Compression space allows. Likewise, an inlet valve from the outside to the first compression space as a check valve be educated.
Außerdem wird vorzugsweise vorgeschlagen, Zuführungen, Leitungen und möglichst alle Elemente die einer Erwärmung ausgesetzt sind thermisch zu isolieren, um insbesondere Wärmeabfluss zu vermeiden. Hierdurch soll verhindert werden, dass Wärme ungenutzt das System verlässt.In addition, will preferably proposed feeders, Lines and possible all elements of a warming are exposed to thermal insulation, in particular heat dissipation too avoid. This is to prevent heat from being used up the system leaves.
Eine weitere Ausführungsform schlägt vor, einen Kompressor, also insbesondere einen beschriebenen Kompressor, der grundsätzlich bautechnisch unabhängig von einer Expansionsmaschine ist, mechanisch mit einer Expansionsmaschine zu koppeln, um eine von der Expansionsmaschine erzeugte Kraft zum Betreiben des Kompressors zu verwenden. Insbesondere wird vorgeschlagen, einen solchen Kompressor auf eine Wandlungsmechanik aufzusetzen, insbesondere mit einem Zahnradmittel der Wandlungsmechanik zu verbinden, um so den Kompressor zu betreiben.A another embodiment beats before, a compressor, so in particular a compressor described, the principle structurally independent from an expansion machine is mechanical with an expansion machine to couple a force generated by the expander to the Operating the compressor to use. In particular, it is proposed to set up such a compressor on a conversion mechanism, in particular to connect with a gear means of the conversion mechanism, so as to operate the compressor.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Dampferzeuger vorgeschlagen zum Erzeugen von Wasserdampf aus Wasser umfassend:
- – einen Vorwärmbereich zum Vorwärmen des Wassers,
- – einen Verdampfungsbereich zum Verdampfen des Wassers und
- – eine Wärmequelle zum Erwärmen des Vorwärmbereichs und des Verdampfungsbereichs,
- A preheating area for preheating the water,
- - An evaporation area for evaporation of water and
- A heat source for heating the preheat area and the evaporation area,
Günstig ist es, einen solchen Dampferzeuger als Wärmetauscher einzusetzen, insbesondere um Treibgas einer Treibgaserzeugungseinrichtung als Wärmequelle zu nutzen, nachdem es eine Expansionsmaschine durchlaufen hat und dadurch in dem Wärmetauscher Wasserdampf zu erzeugen zur Verwendung als Sekundärtreibstoff in der Treibgaserzeugungseinrichtung.Cheap is it is to use such a steam generator as a heat exchanger, in particular to propellant gas of a propellant gas generating device as a heat source after it has gone through an expansion machine and thereby in the heat exchanger To generate water vapor for use as secondary fuel in the propellant gas production facility.
Zur Erläuterung einiger Begriffe:To explain some terms:
Der erste Expansionsraum kann auch als Treibgasfüllraum bezeichnet werden und der zweite Expansionsraum kann auch als Treibgasexpansionsraum bezeichnet werden.Of the first expansion space can also be referred to as Treibgasfüllraum and the second expansion space may also be referred to as propellant gas expansion space become.
Brennstoff und/oder Kraftstoff kann auch als Treibstoff bezeichnet werden, unterscheidet sich aber in seiner Funktion vom Sekundärtreibstoff. Brennstoff, Kraftstoff und Treibstoff sind in der Bedeutung von Sekundärtreibstoff abzugrenzen.fuel and / or fuel may also be referred to as fuel, differs in its function from the secondary fuel. Fuel, Fuel and fuel are in the importance of secondary fuel delineate.
Treibgasdruckbehälter kann auch als Treibgasreaktordruckbehälter bezeichnet werden.Propellant pressure vessel can also as Treibgasreaktordruckbehälter be designated.
Eine Steuereinheit umfasst üblicherweise eine Mess-, Steuer- und Regelungseinheit.A Control unit usually includes a Measuring and control unit.
Es ist zu beachten, dass eine Druckfläche eine Teilfläche einer Gesamtfläche bilden kann, wobei der Druck zwar auf der Gesamtfläche lastet, aber nur auf der Druckfläche wirksam ist. Der Begriff Druckfläche bezieht sich auf die Fläche an der der Druck wirksam wird.It It should be noted that a printing surface is a part of a total area can form, but the pressure on the total area, but only on the printing surface is effective. The term pressure surface refers to the area at which the pressure becomes effective.
Erfindungsgemäß wird zudem eine Expansionsmaschine gemäß Anspruch 34 vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.In addition, according to the invention an expansion machine according to claim 34 proposed. Further preferred embodiments will be apparent the dependent claims.
Bevorzugt weist eine Wandlungsmechanik eine Schwungmasse zum Speichern von Rotationsenergie auf. Eine solche Schwungmasse ist bevorzugt als Rotor eines Generators, insbesondere eines elektrischen Synchrongenerators oder Asynchrongenerators, ausgebildet. Der Rotor wird entsprechend in einem Stator drehbar angeordnet, um durch seine Drehwegung relativ zum Stator elektrischen Strom, insbesondere im Stator, zu erzeugen. Ebenso kommt ein außen liegender Rotor bzw. eine Außenläuferausführung in Betracht. Unter Umständen kann die Ausführung mit außen liegendem Rotor einen größeren Rotordurchmesser und ein höheres Trägheitsmoment aufweisen. Die Speicherung einer erhöhten Menge an Rotationsenergie wäre mitunter möglich.Prefers a conversion mechanism has a flywheel for storing Rotational energy on. Such a flywheel is preferred as Rotor of a generator, in particular an electrical synchronous generator or asynchronous generator formed. The rotor will be corresponding rotatably disposed in a stator to relatively by its Drehwegung to generate electricity to the stator, in particular in the stator. Likewise comes an outside lying rotor or an outer rotor design in Consideration. In certain circumstances can the execution with outside rotor lying a larger rotor diameter and a higher one moment of inertia exhibit. The storage of an increased amount of rotational energy would be sometimes possible.
Der
Rotor und damit der Generator insgesamt kann unmittelbar bei der
Wandlungsmechanik angeordnet sein oder an einer zumindest etwas
entfernten Position angeordnet und über eine entsprechende Welle
mit der Wandlungsmechanik verbunden sein. Weist die Wandlungsmechanik
mehrere Drehachsen und damit Wellen auf, z. B. zwei Zahnkränze und
damit zwei Wellen gemäß der in
Durch die Ausgestaltung wenigstens einer Schwungmasse als Rotor eines Generators kann die Wirkung der Schwungmasse mit der Wirkung des Rotors eines Generators vorteilhaft zusammengeführt und kombiniert werden.By the embodiment of at least one flywheel as a rotor Generator can reduce the effect of the flywheel with the effect of the rotor a generator advantageously combined and combined.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger Beispiele unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.following the invention will be described with reference to some examples with reference to the accompanying figures closer explained.
Ein Aspekt der Erfindung ist die Treibgaserzeugungseinrichtung. Grundsätzlich kann eine geeignete Treibgaserzeugung auf vielfältige Art bewerkstelligt werden. Entsprechend dem gewählten Energieträger (Brennstoff) sollte die jeweils geeignete Technologie gewählt werden. Bei Festbrennstoffen wie Kohle, Holz usw. kommen z. B. handelsübliche Dampfkesselanlagen in Frage. Bei flüssigen Brennstoffen wie Öl, oder bei gasförmigen Brennstoffen wie Deponiegas, Biogas, Erdgas usw., kann die erfindungsgemäße Treibgaserzeugungseinrichtung verwendet werden.One Aspect of the invention is the propellant gas generating device. Basically suitable propellant gas generation can be accomplished in a variety of ways. According to the selected energy source (fuel) the appropriate technology should be chosen. For solid fuels like Coal, wood, etc. come z. B. commercial steam boiler systems in Question. In liquid Fuels like oil, or gaseous Fuels such as landfill gas, biogas, natural gas, etc., can the propellant gas generating device according to the invention be used.
Die folgenden Eigenschaften der Treibgaserzeugungseinrichtung werden angestrebt:
- 1. Die Energieumwandlung vom Energieträger zum Treibgas sollte einen Wirkungsgrad μ > 90% haben.
- 2. Die Temperatur des Treibgases sollte zumindest so regelbar sein, dass sie in der Expansionsmaschine keine thermischen Schäden verursacht.
- 3. Der Druck des Treibgases soll regelbar sein.
- 4. Die Volumenmenge des Treibgases soll regelbar sein.
- 1. The energy conversion from the energy source to the propellant gas should have an efficiency μ> 90%.
- 2. The temperature of the propellant gas should be at least controllable so that it causes no thermal damage in the expansion machine.
- 3. The pressure of the propellant gas should be adjustable.
- 4. The volume of the propellant gas should be adjustable.
Die
Treibgaserzeugungseinrichtung
Im
in jedem der beiden Treibgasdruckbehälter
Jeder
Brenner
Weiterhin
umfasst die Treibgaserzeugungseinrichtung
Als
Ausgänge
gibt die MSR
Weiterhin
weist die MSR
Die
MSR
Weiterhin
ist ein Luftkompressor
Der
Kompressor
Eine
Treibstoffpumpe
Mittels
einer Wasserpumpe
Der
Treibgasreaktor
Die
spezielle Aufgabe des Treibgasreaktors
Geregelt
und gesteuert von der MSR
Gleichzeitig
wird – ebenfalls
von der MSR
Im
Brennersystem angekommen werden die – mengenmäßig möglichst optimal zusammengesetzten – Komponenten
Treibstoff, wie Gas, Öl
usw., und Druckluft innig vermischt und dort zur Entzündung gebracht,
wobei eine erhebliche Volumenvergrößerung und Temperaturerhöhung über dem
Brennersystem in der Brennkammer
Aufgabe
der Brennkammer
Durch
in der Brennkammer
In
dem Treibgasdruckbehälter
Auch
dieser Vorgang wird vom MSR geregelt und gesteuert, wobei das Druckwasser
zuvor die Wasserpumpe
Durch
das mit hohem Druck, in das sehr warme Brenngas, eingenebelte sehr
warme Wasser mischen sich beide Komponenten, zu einem ebenfalls vom
MSR
Das
MSR
Hierdurch sind keine Energieabflüsse nach außen durch Kühlung notwendig, weil die zu hohen Temperaturbereiche in nutzbares Treibgasvolumen gewandelt wurden. Weiterhin ist je nach gewähltem Temperaturbereich mit geringen thermischen Energieabflüssen in den Treibgasen hinter der Expansionsmaschine zu rechnen, weil – gemäß einer Ausführungsform – diese Temperatur nur im Bereich von ca. 100°C liegt.hereby are no energy outflows outward by cooling necessary, because the too high temperature ranges converted into usable propellant gas volume were. Furthermore, depending on the selected temperature range with low thermal energy flows to count in the propellant gases behind the expander machine, because - according to one Embodiment - this Temperature is only in the range of about 100 ° C.
Die
Aufgabe des Treibgasreaktordruckbehälters
Eine weitere Aufgabe des MSRe Systems ist es, während des Betriebes der WWKM ständig die Mengenverhältnisse von Druckluft, Treibstoff und Wasser in Abhängigkeit von Druck, Volumen und Temperatur des Treibgases zu messen und zu regeln.A Another task of the MSRe system is during the operation of the WWKM constantly the proportions of compressed air, fuel and water as a function of pressure, volume and temperature of the propellant gas to measure and regulate.
Ein
besonderer Vorteil des Treibgasreaktorsystems, also des Treibgasreaktors
Als weiterer Vorteil ist zu erwarten, dass etwaige im Brenngas vorhandene Schadstoffe im Treibgas innig vermischt sind und nach der Kondensation hinter der Expansionsmaschine im Kondensat gebunden sind und damit umweltfreundlich behandelt bzw. entsorgt werden können.When Another advantage is to be expected that any existing in the fuel gas Pollutants are intimately mixed in the propellant gas and after condensation behind the expansion machine are bound in the condensate and thus environmentally friendly treated or disposed of.
Es
ist zu beachten, dass die
Gemäß
Die
Expansionsmaschine
Zum
Befüllen
jedes Zylinders
In
jedem Zylinder
Jeder
Zylinder
Der
Treibgasfüllraum
Beide
Kolben
In
der Betriebsstellung gemäß
Die Überströmventile
Damit
entfalten beide Kolben
Durch
das Befüllen
entstehen Schubkräfte auf
den Kolben
Durch
die geöffneten Überstromventile
Die
auf den gemäß der Darstellung
der
Während im Vergleich zum Stand der Technik bei Motoren die notwendigen Umkehrbeschleunigungskräfte der linear wirkenden Massen wie Kolben, Pleuel usw. aus dem Energiepotential der Schwungmasse entnommen werden muss, werden diese Kräfte bei der erfindungsgemäßen Technologie direkt umgelenkt und bewirken nur einen geringen Richtungsumkehrverlust.While in the Compared to the state of the art in engines the necessary reverse acceleration forces of linear acting masses such as pistons, connecting rods etc. from the energy potential The flywheel mass must be taken, these forces are at the technology of the invention directly diverted and cause only a small reversal direction.
In
Damit
entfalten beide Kolben
Kurz
vor dem Erreichen des linken inneren Richtungsumkehrpunktes, wie
in der
Mit
dem Erreichen des linken inneren Richtungsumkehrpunktes steht der
unter Bezugnahme auf die
Mit diesem beschriebenen Linearzyklus wird die zuvor im Treibgasreaktor erzeugte bzw. gewandelte thermisch dynamische Energie in eine lineare mechanische Energie gewandelt.With this described linear cycle is the previously in the propellant gas reactor generated or converted thermodynamic energy into a linear mechanical Energy converted.
Die
beidseitig verzahnte Kolbenstange
Somit ist eine Kraftdrehmomentwandlung möglichst optimal, da der wirksame Hebelarm immer gleich groß bleibt und konstruktiven Wünschen angepasst werden kann.Consequently is a torque conversion as optimal as possible, since the effective Lever arm always remains the same size and constructive wishes can be adjusted.
Die
Freiläufe
Die
Aufgaben der mit den Radnaben
Der
Kettentrieb
Es
ist zu beachten, dass die
Die
MSR
Gemäß
Der
Treibgasreaktor
In
der Nähe
der Brennkammer
Ein
Teil der Druckluftzuleitungen
Über Zuführungsleitungen
In
der Brennkammer
Der
Treibgasreaktor
Die
Brennkammer
Außerhalb
der wärmebeständigen Wand
Der
erste Sekundärtreibstoffkanal
Der
zweite Sekundärtreibstoffkanal
Der
zweite Sekundärtreibstoffkanal
Die
Expansionsmaschine
Nachfolgend
wird auf die beiden Expansionsteilanordnungen
Die
beschriebene Bewegung führt
außerdem zu
einer Bewegung der Kolbenstange
Durch
die Kopplung der beiden Kolben
Aufgrund
der Bewegung des rechten Kolbens
Die
beiden über
die Kolbenstange
Ein zentraler Bestandteil der Erfindung ist ein Treibgasreaktor, dessen Aufgabe es ist unter möglichst optimaler Ausnutzung der im Brennstoff enthaltenen Wärmeenergie einen maximalen Treibgas-Volumenstrom unter hohem Druck zu erzeugen, um ihn einer nachgeschalteten Maschine zuzuführen.One A central component of the invention is a propellant gas reactor whose Task it is under as possible optimal utilization of the heat energy contained in the fuel to generate a maximum propellant gas volume flow under high pressure, to feed it to a downstream machine.
Die Anpassung an verschiedene Leistungszustände der Gesamtmaschine also einer Kombination des Treibgasreaktors mit einer Expansionsmaschine oder dergleichen erfolgt durch entsprechende Änderung der zugeführten Treibstoff-, Verbrennungsluft- und SKT-Mengen.The Adaptation to different power states of the entire machine so a combination of the propellant gas reactor with an expansion machine or the like is done by appropriate change of the supplied fuel, Combustion air and SKT quantities.
Die Maximierung des Treibgas-Volumenstroms soll unter Berücksichtigung der Temperaturverträglichkeit der am Auslass des Reaktors – und am Einlass der Maschine – verwendeten Werkstoffe durch Einsatz von Druckluft als Verbrennungsluft, Sekundärtreibstoffen (SKT) in Form von Druckluft, Wasser bzw. Wasserdampf erfolgen.The Maximizing the propellant gas flow rate should be under consideration the temperature compatibility at the outlet of the reactor - and at Inlet of the machine - used Materials by using compressed air as combustion air, secondary fuels (SKT) in the form of compressed air, water or steam.
Der Treibgasreaktor besteht aus einer wärmeisolierten, druckfesten Außenhülle. Zentral im unteren Bereich werden Treibstoff und die zur Verbrennung bei erhöhtem Druck notwendige Verbrennungsluft einer Kammer zugeführt, in der der Verbrennungsprozess vollständig stattfinden kann.Of the Propellant gas reactor consists of a heat-insulated, pressure-resistant Outer shell. Central at the bottom, fuel and combustion are added increased Pressure necessary combustion air supplied to a chamber, in the combustion process can take place completely.
Durch
weitere Einlässe
können
SKT’s
in Form von zusätzlicher
Pressluft, Wasser bzw. Wasserdampf eingespeist und dem Verbrennungsgas
zugeführt
werden wie für
eine Ausführungsform
in
Im Idealfall werden diese SKT’s so zugeführt, dass deren Volumenströme die äußere Reaktorwand vor Überhitzung schützen. Gegebenenfalls ist der Einsatz einer hochtemperaturfesten Auskleidung der Brennkammer notwendig.in the Ideally, these SKT's so fed that their volume flows the outer reactor wall from overheating protect. Optionally, the use of a high temperature resistant lining the combustion chamber necessary.
Die
Wärmekraftmaschine
Durch
eine Expansion von Treibgas in dem Treibgasexpansionsraum
Durch
eine Bewegung der Kolben
Die
Treibgasreaktoren
Weiterhin
wird Wasserdampf als zweiter Sekundärtreibstoff bei den zweiten
Sekundärtreibstoffzuführungen
Die
Gleichzeitig
wird Treibgas aus dem rechten Treibgasexpansionsraum
Außerdem ist
in den
Die
Wärmekraftmaschine
Expansionsmaschine
Der
Kompressor
Nachfolgend
wird die Funktionsweise des Komprimierens eines gastförmigen Mediums
wie Luft beschrieben, wobei sich Richtungsangaben wie rechts und
links auf die Darstellung gemäß der
Im
rechten Teil des Kompressors
Bei
der genannten Bewegung des Kompressionskolbens
Zur
Funktionsweise der Wärmekraftmaschine
im übrigen
wird auf die Beschreibung zu anderen Ausführungsformen einschließlich der
Ausführungsformen
der
Auch
zu der
Die
Wandlungsmechanik
Die
Drehbewegung der Zahnkränze
Die
Kraft- und Drehmomentwirkungen sind in
Ist
die Kraft F1 der ersten Kolbenstange
Der
Treibgasreaktor
In
dem Treibgasreaktor
Bei
der bestimmungsgemäßen Bewegung des
Kolben
Sollte
eine Fehlfunktion auftreten, bei der Beispielsweise diese vor Abschließung des
Auslassventils
Als
weitere Sicherheitsmaßnahme
ist die Kammer mit dem Schmieröl
bzw. Stauchdämpfungsöl
Im Übrigen ist
zwischen dem Mantelrohr
Der
Kolben
Im
Falle einer Fehlfunktion, bei der der Kolben
In
einem Zylinderrohr
Erklärung
zur Zeichnung Nr. 1.00.1 bzw.
(Alternative Bezugszeichen in Klammer)(Alternative reference numbers in parenthesis)
-
Pos. 1 Reaktorfundament mit Vollisolation (
2001 )Pos. 1 reactor foundation with full insulation (2001 ) -
Pos. 2 Reaktorkörper
(
2002 )Pos. 2 reactor body (2002 ) -
Pos. 3 Zwischenrahmen (
2003 )Pos. 3 intermediate frame (2003 ) -
Pos. 4 Kopf- und Sammelplatte (
2004 )Pos. 4 header and collection plate (2004 ) -
Pos. 5 Isolierdeckel (
2005 )Pos. 5 insulating cover (2005 ) -
Pos. 6 Treibmittel-Kondensataufbereitung (
2006 )Pos. 6 Propellant condensate treatment (2006 ) -
Pos. 7 Ventil für
die Leistungssteuerung (
2007 )Pos. 7 Valve for the power control (2007 ) -
Pos. 8 Ventil für
Kondensatdampfüberdruck
(
2008 )Pos. 8 Valve for condensate vapor pressure (2008 ) -
Pos. 9 Speicherdruckbehälter
(
2009 )Pos. 9 storage tank (2009 ) -
Pos. 10 Arbeitsdruckmessanlage (
2010 )Pos. 10 working pressure measuring system (2010 ) -
Pos. 11 Wärmequelle
(Gas-Ölbrenner
usw.) (
2011 )Pos. 11 Heat source (gas oil burner etc.) (2011 ) -
Pos. 12 Abgassteuerung (
2012 )Pos. 12 exhaust control (2012 ) -
Pos. 13 Kondensator (
2013 )Pos. 13 Capacitor (2013 ) -
Pos. 14 Kondensatpumpe (
2014 )Pos. 14 Condensate pump (2014 ) -
Pos. 15 Isolationsgehäuse
(
2015 )Pos. 15 Insulation housing (2015 ) -
Pos. 16 Zentrale Leistungs- und Maschinensteuerungsanlage (
2016 )Pos. 16 Central power and machine control system (2016 ) -
Pos. 17 Treibmittelleitungsnetz (
2017 )Pos. 17 Fuel line network (2017 ) -
Pos. 18 Treibmitteleinspritzdüsen (
2018 )Pos. 18 propellant injection nozzles (2018 ) - Pos. A BrennstoffzufuhrleitungPos. A fuel supply line
- Pos. B LuftzufuhrleitungPos. B air supply line
- Pos. C1 ArbeitsdruckleitungPos. C1 working pressure line
- Pos. C2 Überdruckabführleitung mündet in C1Pos. C2 overpressure discharge line ends in C1
- Pos. D Auspuff-/KondensatsammelleitungPos. D exhaust / condensate collector
- Pos. E DruckluftanschlussleitungPos. E compressed air connection line
- Pos. F AbgasleitungPos. F exhaust pipe
Bauteilbeschreibung zu Zeichnung 1.001:Component description for drawing 1.001:
Pos. 1:Pos. 1:
Das Fundament mit thermischer Vollisolation trägt den Reaktorkörper, sowie seine Aufbauten und isoliert die Wärmestrahlung der Brennkammer nach unten.The Foundation with thermal full insulation carries the reactor body, as well its superstructures and isolated the heat radiation of the combustion chamber downward.
Pos. 2:Pos. 2:
Der Reaktorkörper besteht aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff (Kupfer, oder ähnlich) und ist abwechselnd mit Heizgaskanälen (drucklos) und Treibgaskanälen (druckbeaufschlagt) durchwirkt. Die Zeichnung zeigt im rechten Halbschnitt den Verlauf des Treibmittel- bzw. Treibgasverlaufes und im linken Halb schnitt den Verlauf der Heizgase.Of the reactor body consists of a good heat-conducting Material (copper, or similar) and is alternated with heating gas ducts (pressureless) and propellant gas ducts (pressurized) interwoven. The drawing shows in the right half section the course of the Propellant or Treibgasverlaufes and in the left half cut the Course of the hot gases.
Pos. 3:Pos. 3:
Der Zwischenrahmen aus gut wärmeleitenden Werkstoff lässt einen Hohlraum zwischen dem Reaktorkörper und der Kopf- und Sammelplatte (Pos. 2 u. 4) entstehen in dem das Treibmittelleitungsnetz (Pos. 17) und die Anschlüsse der Treibmitteleinspritzdüsen (Pos. 18) Platz finden.Of the Intermediate frame of good thermal conductivity Material leaves a cavity between the reactor body and the head and collection plate (Pos 2 and 4) arise in which the Treibmittelleitungsnetz (pos. 17) and the connections the propellant injectors (Pos. 18).
Ferner wird der Zwischenraum als Heizgasumlenkkammer genutzt und dient der zusätzlichen Vorwärmung des Treibmittels vor seiner Einspritzung in den Reaktor.Further the space is used as Heizgasumlenkkammer and serves the additional preheating of the Propellant before its injection into the reactor.
Pos. 4:Pos. 4:
Die Kopf- und Sammelplatte bildet den oberen Abschluss des Reaktorkerns und sammelt alle Treibgaskanäle des Reaktorkerns über die Verbindungsrohre zum Reaktorkern zu einem, oder mehreren zentralen Arbeitsdruckleitung/en (C1).The Head and collection plate forms the upper end of the reactor core and collects all propellant gas channels of the reactor core the connecting tubes to the reactor core to one or more central Working pressure line (s) (C1).
Des Weiteren verfügt die Kopf- und Sammelplatte über die notwendigen Durchbrüche zum Durchlass der Heizgase nach oben.Of Further features the head and collection plate over the necessary breakthroughs for the passage of hot gases upwards.
Pos. 5:Pos. 5:
Der Isolierdeckel bildet den oberen thermischen Abschluss des Reaktorkerns und isoliert diesen gegen den sonst auftretenden Körperkontaktwärmeabfluss nach oben.Of the Insulating cover forms the upper thermal termination of the reactor core and isolates this against the otherwise occurring Körperkontaktwärmeabfluss up.
Der Isolierdeckel verfügt über die notwendigen Durchbrüche zur Leitung der Heizgase in den Reaktorhohlraum in dem sich das Rohrnetz für die Kondensataufbereitung (Pos. 6) befindet.Of the Insulating lid has the necessary breakthroughs for conducting the hot gases into the reactor cavity in which the Pipe network for the condensate preparation (item 6) is located.
Pos. 6:Pos. 6:
Die Kondensataufbereitungsanlage besteht im Wesentlichen aus einem Rohrnetz das zu ca. 75% mit Kondensat gefüllt ist und die Restenergie der den Reaktorkern verlassenden Heizgase weitgehend entzieht um das Kondensat optimal vorzuwärmen.The Condensate treatment plant consists essentially of a pipe network that is about 75% filled with condensate is and the residual energy of the reactor core leaving the hot gases largely deprives to optimally preheat the condensate.
Über das
Ventil für
die Leistungssteuerung (Pos. 7) und die Anschlussleitung
Pos. 7:Pos. 7:
In Zusammenarbeit mit der zentralen Leistungs- und Maschinensteuerungsanlage und den Wärme- und Drucksensoren der WWKM regelt dieses Ventil primär durch die Durchflussmenge des Treibmittels, das das Volumen bzw. den Druck des Treibgases im Reaktorkern entstehen lässt, womit die Leistung der WWKM Anlage geregelt wird.In Cooperation with the central power and machine control system and the heat and pressure sensors WWKM primarily regulates this valve the flow rate of the propellant, the volume or the pressure of the propellant gas can arise in the reactor core, whereby the performance of the WWKM plant is regulated.
Pos. 8:Pos. 8:
Das Ventil für den Kondensatdampfdampfüberdruck leitet eventuellen Überdruck über die Druckleitung C2 ab und führt diesen nutzbringend dem Expansionsteil der WWKM Anlage zu.The Valve for the condensate steam overpressure directs any overpressure via the pressure line C2 off and leads beneficial to the expansion part of the WWKM plant.
Pos. 9:Pos. 9:
Der Speicherdruckbehälter sorgt über seine Ventile dafür, das auch nach dem Stillstand und dem Abkühlen der WWKM Anlage genügend Treibmitteldruck ansteht um die Anlage erneut zu starten.Of the Storage pressure vessel cares about its valves for that even after the standstill and the cooling of the WWKM plant enough propellant pressure pending to start the system again.
Pos. 10:Pos. 10:
Die Arbeitsdruckmessanlage dient zur Aufnahme des aktuellen Arbeitsdruckes und damit verbunden mit der zentralen Maschinensteuerung zur Regelung und Steuerung des Einlassventils (Pos. 9 Expansionsanlage) der Expansionsanlage.The Working pressure measuring system is used to record the current working pressure and associated with the central machine control for regulation and control of the inlet valve (item 9 expansion plant) of the expansion plant.
Pos. 11:Pos. 11:
Die Wärmequelle ist die Energiezufuhr der WKM Maschine, sie kann sehr unterschiedlicher Art sein. Heute vorstellbar kann diese Wärmequelle durch verbrennen von Gasen, Ölen oder Kohlen, aber auch durch atomare Energie hergestellt werden.The heat source is the power supply of the WKM machine, it can be very different Be kind. Nowadays, this heat source can burn through of gases, oils or coals, but also produced by atomic energy.
Da das Verbrennen der v. g. Energieträger nur unter atmosphärischen Druck geschieht, kann diese besonders effektiv und umweltfreundlich geregelt und gesteuert werden.There the burning of the v. G. Energy sources only under atmospheric Pressure can happen, this can be particularly effective and environmentally friendly be regulated and controlled.
Pos. 12:Pos. 12:
Die Abgassteuerungsanlage sorgt für eine thermisch und Unterdruck geregelte Leitung bzw. Ableitung und optimale Ausnutzung der Heizgase.The Exhaust control system ensures a thermally and vacuum controlled pipe or drain and optimal utilization of the hot gases.
Pos. 13:Pos. 13:
Der Kondensator nimmt das ausgenutzte drucklose Treibgas der Expansionsanlage über die Sammelleitung D auf und kühlt diese nur soweit zurück das wiederum möglichst warmes, flüssiges Treibmittel entsteht.The condenser takes up the utilized pressureless propellant gas of the expansion system via the manifold D and cools it only as far which in turn results in the warmest possible liquid propellant.
Pos. 14:Pos. 14:
Die Kondensatpumpe nimmt das kondensierte Treibmittel vom Kondensator drucklos kommend auf und fördert es in die unter Druck stehende Kondensataufbereitungsanlage.The Condensate pump takes the condensed propellant from the condenser unpressurized and promotes it into the pressurized condensate treatment plant.
Pos. 15:Pos. 15:
Das Isolationsgehäuse isoliert den gesamten Reaktor gegen Wärmeverlust nach außen.The insulating housing isolates the entire reactor against heat loss to the outside.
Pos. 16:Pos. 16:
Die zentrale Leistungs- und Maschinensteuerungsanlage kontrolliert alle Maschinenzustände und regelt und Steuert alle Maschinen- und Leistungsparameter zueinander, solange diese nicht ausschließlich drehwinkelsynchron geregelt werden.The Central power and machine control system controls all Machine conditions and regulates and controls all machine and performance parameters, as long as these are not exclusive be controlled in synchronous rotation.
Pos. 17:Pos. 17:
Die Treibmittelleitung führt das Treibmittel über das Regelventil (Pos. 7) den Treibmitteleinspritzdüsen im Reaktorkern zu.The Treibmittelleitung leads the propellant over the control valve (item 7) the propellant injection nozzles in the reactor core to.
Pos. 18:Pos. 18:
Die Treibmitteleinspritzdüsen vernebeln das Treibmittel möglichst feinnebelig in den erhitzten Treibgaskanälen, wodurch fast explosionsartig das Treibgas entsteht.The Propellant injectors atomize the propellant as much as possible Fine foggy in the heated propellant gas channels, causing almost explosive the propellant gas is produced.
Erklärung
zur Zeichnung 2.00.1 bzw.
Titel: Wärmekraftmaschine ExpansionsteilTitle: Heat engine expansion part
(Alternative Bezugszeichen in Klammer)(Alternative reference numbers in parenthesis)
-
Pos. 1 Maschinenfundament mit Maschinengehäuse (
2101 )Pos. 1 Machine foundation with machine housing (2101 ) -
Pos. 2 Lagerböcke
für 3 Wellen
(
2102 )Pos. 2 bearing blocks for 3 shafts (2102 ) -
Pos. 3 Zahnsegmenträder
ca. 180° verzahnt
(
2103 )Pos. 3 toothed segment gears interlocked approx. 180 ° (2103 ) -
Pos. 4 Zahnräder
für Synchrongetriebe
(
2104 )Pos. 4 gears for synchromesh gears (2104 ) -
Pos. 5 Verbindungsstange zweiseitig verzahnt (
2105 )Pos. 5 connecting rod bilateral toothed (2105 ) -
Pos. 6 Kolbenstangen (
2106 )Pos. 6 piston rods (2106 ) -
Pos. 7 Kolben (
2107 )Pos. 7 piston (2107 ) -
Pos. 8 Zylinder kpl. mit Köpfen
und Füßen (
2108 )Pos. 8 Cylinder complete with heads and feet (2108 ) -
Pos. 9 Einlassventile synchron und leistungsgesteuert (
2109 )Pos. 9 Inlet valves synchronous and power controlled (2109 ) -
Pos. 10 Auslassventil synchrongesteuert (
2110 )Pos. 10 outlet valve synchocontrolled (2110 ) -
Pos. 11 Umsteuerventil synchrongesteuert (
2111 )Pos. 11 reversing valve synchronous controlled (2111 ) -
Pos. 12 Federspeicher kpl. (
2112 )Pos. 12 spring accumulator cpl. (2112 ) -
Pos. 13 Wellen/Freilaufwellen (
2113 )Pos. 13 Shafts / freewheel shafts (2113 ) -
Pos. 14 Zentralwelle/Abtriebswelle (
2114 )Pos. 14 Central shaft / output shaft (2114 ) -
Pos. 15 Synchronstangentrieb kpl. (
2115 )Pos. 15 synchronous rod drive cpl. (2115 ) -
Pos. 16 Kolbenstangendichtung und Lagerung (
2116 )Pos. 16 Piston rod seal and bearing (2116 ) -
Pos. 17 Kolbendichtung und Lagerung (
2117 )Pos. 17 Piston seal and bearing (2117 ) -
Pos. 18 Abtriebswellendichtung (
2118 )Pos. 18 output shaft seal (2118 ) - L = ca. Länge der Maschine hier 7.300 mmL = approx. Length the machine here 7,300 mm
- H = ca. Höhe der Maschine hier 2.700 mmH = approx. Height the machine here 2,700 mm
- BF = ca. Breite des Maschinenfundaments hier 1.700 mmBF = approx. Width of the machine foundation here 1.700 mm
- BG = ca. Breite des Maschinengehäuses hier 1.400 mmBG = approx. Width of the machine housing here 1,400 mm
- D = Zylinderdurchmesser hier 500 mmD = cylinder diameter here 500 mm
- d = Kolbenstangendurchmesser hier 493 mmd = piston rod diameter here 493 mm
- r = Wirkradius des Zahnsegmentrades hier 500 mm/180° verzahntr = effective radius of the toothed segment wheel here meshed 500 mm / 180 °
- D = Sammel- und Verbindungsleitung zum KondensatorD = collecting and connecting line to the condenser
- C = Treibgasleitung zum Reaktorteil/SteuerungC = propellant gas line to the reactor part / controller
Bauteilbeschreibung zu Zeichnung 2.00.1:Component description for drawing 2.00.1:
Pos. 1:Pos. 1:
Das Maschinenfundament mit dem Maschinengehäuse bildet den äußeren Rahmen der Maschine und die Verbindung zu den Zylindern.The Machine foundation with the machine housing forms the outer frame the machine and the connection to the cylinders.
Pos. 2:Pos. 2:
Die Lagerböcke stehen auf dem Maschinenfundament und beinhalten die Lagerungen der Maschinenwellen.The bearing blocks stand on the machine foundation and include the bearings the machine waves.
Pos. 3:Pos. 3:
Die Zahnsegmenträder schaffen die formschlüssige Verbindung der Zahnstange mit den Maschinenwellen bzw. deren Freilauf beim jeweiligen Rückhub der Maschine.The Ratchet wheels create the form-fitting Connection of the rack with the machine shafts or their freewheel at the respective return stroke the machine.
Pos. 4:Pos. 4:
Die gleich dimensionierten Zahnräder schaffen in der gezeigten Verbindung mit den Wellen und den Zahnsegmenträdern die Kraft- bzw. Drehmomentübertragung von den krafterzeugenden Lineareinheiten zur Abtriebswelle und synchronisieren alle Teile zueinander.The Equally dimensioned gears create in the connection shown with the shafts and the toothed wheels the Force or torque transmission from the power-generating linear units to the output shaft and synchronize all parts to each other.
Pos. 5:Pos. 5:
Die Verbindungsstange verbindet beide Kolbenstangen miteinander und leitet die erzeugten Kräfte in die Zahnsegmenträder ab.The Connecting rod connects both piston rods with each other and directs the generated forces in the toothed segment wheels from.
Pos. 6:Pos. 6:
Die Kolbenstangen bilden gemeinsam mit den Kolben und deren Dichtungen sowie den Zylindern die krafterzeugenden Lineareinheiten.The Piston rods form together with the pistons and their seals and the cylinders, the force-generating linear units.
Pos. 7:Pos. 7:
Die Kolben beinhalten die Umsteuerventile und sind Bestandteil der Lineareinheiten.The Pistons contain the reversing valves and are part of the linear units.
Pos. 8:Pos. 8:
Die Zylinder kpl. bestehen aus den Zylinderrohren in denen die Kolben mit ihren Dichtungen laufen, sowie aus den Zylinderköpfen mit den Auslassventilen und den Zylinderfüßen mit den Kolbenstangendichtungen und Einlassventilen.The Cylinder complete consist of the cylinder tubes in which the pistons with their seals running, as well as from the cylinder heads with the exhaust valves and the cylinder feet with the piston rod seals and inlet valves.
Pos. 9:Pos. 9:
Die Einlassventile werden zum Einlasszeitpunkt synchron – und zum Schließzeitpunkt von der Maschinensteuerung beeinflusst angesteuert.The Inlet valves become synchronous at the time of intake - and at Closing time controlled by the machine control.
Pos. 10:Pos. 10:
Die Auslassventile werden synchron angesteuert.The Exhaust valves are controlled synchronously.
Pos. 11:Pos. 11:
Die Umsteuerventile werden synchron angesteuert. Im geöffneten Zustand sorgen sie für den dann freiwerdenden Druckausgleich zwischen dem Treibmittelvolumen auf der Kolbenstangenseite und der Zylinderkopfseite, wodurch infolge der Flächendifferenz der kraftvolle Rückhub, in der Verbindung der Treibgasexpansion und der ebenfalls dabei entstehende Druckabbau auf annähernd drucklos und die Treibgasrückkühlung infolge der Expansionskälte, stattfindet.The Reversing valves are controlled synchronously. In the open State they take care of the then released pressure equalization between the propellant volume on the piston rod side and the cylinder head side, thereby causing the area difference the powerful return stroke, in the connection of the propellant gas expansion and the likewise here resulting pressure reduction to approximately depressurized and the propellant gas recooling due the expansion cold, takes place.
Pos. 12:Pos. 12:
Der Federspeicher speichert die kinetische Energie, die aus der Bewegung und der Masse der Lineareinheit resultiert kurzfristig bei der Richtungsumkehr der Lineareinheit und führt sie dieser nach dem Richtungswechsel wieder zu.Of the Spring accumulator stores the kinetic energy resulting from the movement and the mass of the linear unit results in the short term in the direction reversal the linear unit and leads Turn it on again after changing direction.
Pos. 13:Pos. 13:
Die Wellen/Freilaufwellen bewerkstelligen gemeinsam mit den Lagerungen und den Zahnsegment- und den Zahnrädern die Umwandlung der Linearkräfte in Drehmoment bzw. infolge der Drehzahl in Maschinenleistung.The Shafts / freewheel shafts accomplish together with the bearings and the Zahnsegment- and the gears, the conversion of linear forces into torque or as a result of the speed in engine power.
Pos. 14:Pos. 14:
Über die Zentralwelle, die Bestandteil des Wellensystems ist wird die Synchronisation der Maschineteile zueinander herbeigeführt und das Drehmoment bzw. die Maschinenleistung nach außen abgeführt.About the Central shaft, which is part of the wave system becomes the synchronization the machine parts brought about each other and the torque or the machine output to the outside dissipated.
Pos. 15:Pos. 15:
Die Aufgabe des Synchronstangentriebes ist ausschließlich darin zu sehen, die Lineareinheit zum Zeitpunkt des Richtungswechsels mit den rund laufenden Rädern zu synchronisieren.The The task of the synchronous rod drive is to be seen exclusively in the linear unit at the time of the change of direction with the wheels running around synchronize.
Pos. 16:Pos. 16:
Die Aufgabe der Kolbenstangendichtung und Lagerung ist es dafür zu sorgen, dass kein Treibmittelvolumenausgleich an ihnen vorbei stattfindet und die Kolbenstangen leichtgängig gelagert werden.The Task of the piston rod seal and storage is to ensure that no propellant volume balance takes place past them and the piston rods smooth be stored.
Pos. 17:Pos. 17:
Die Aufgabe der Kolbendichtung und Lagerung ist es dafür zu sorgen, dass kein Treibmittelvolumenausgleich an ihnen vorbei stattfindet und die Kolben leichtgängig gelagert werden.The Task of piston sealing and storage is to ensure that no propellant volume balance takes place past them and the pistons smoothly be stored.
Pos. 18:Pos. 18:
Die Aufgabe der Abtriebswellendichtung ist es, das zur Schmierung der Maschine in deren Gehäuseinnenraum befindliche Schmiermittel nicht nach außen dringen zu lassen.The The task of the output shaft seal is to lubricate the Machine in the housing interior lubricant must not escape to the outside.
Gesamtfunktionsbeschreibung der Wärmekraftmaschine:Overall function description of the heat engine:
Die Ausgangssituation dieser Beschreibung der Maschine ist wie zeichnerisch in Zeichnung 1.00.1 und 2.00.1 dargestellt, der Reaktor ist drucklos und kalt. Die zeichnerisch dargestellte Situation wird als Drehwinkel 0° bezeichnet.The Initial situation of this description of the machine is like drawing shown in drawings 1.00.1 and 2.00.1, the reactor is pressureless and cold. The graphically illustrated situation is called the angle of rotation 0 ° designates.
- 1. Druckluftkessel (Reaktor R. Pos. 9) mit ca. 60 bar Druckluft füllen und damit die Treibmittelanlage unter Druck setzen.1. Compressed air boiler (reactor R. Pos. 9) with Fill approx. 60 bar compressed air and thus put the propellant plant under pressure.
- 2. Wärmequelle (Brenner R. Pos. 11) aktivieren und damit den Reaktorkern auf vorgegebene Temperatur vorheizen. Die Heizgase werden im weiteren Ver lauf ihres Weges durch den Reaktor auch die Treibmittelanlage (R. Pos. 6) aufheizen und diese infolge der Ausdehnung des Treibmittels zusätzlich unter Druck setzen.2. heat source (Burner R. Pos. 11) and thus the reactor core to the specified temperature Preheat. The hot gases are in the further course of their way through heat the reactor and the propellant system (R. Pos. 6) and this additionally due to the expansion of the propellant Put pressure.
- 3. Über die Maschinensteuerung kann nun das Ventil (R. Pos. 9) angesteuert werden, wodurch Treibmittel über das Treibmittelleitungsnetz (R. Pos. 17) und die Treibmitteleinspritzdüsen (R. Pos. 18) in die Treibgaskanäle eingespritzt wird, welches dort infolge der Wärme explosionsartig Treibgasvolumen entstehen lässt. Dieses Treibgasvolumen wird nun in der Sammelplatte (R. Pos. 4) zusammengeführt und über die Arbeitsdruckmessanlage (R. Pos. 10) und der Verbindungsleitung C1 der Expansionsanlage zugeführt.3. About The machine control can now control the valve (R. Pos. 9) be, causing propellant over the propellant network (R. Pos. 17) and the propellant injection nozzles (R. Pos. 18) into the propellant gas channels is injected, which there due to the heat explosively propellant gas volume can arise. This propellant gas volume is now in the collection plate (R. Pos. 4) together and over the working pressure measuring system (R. Pos. 10) and the connecting line C1 supplied to the expansion plant.
- 4. Dieses Treibgasvolumen entwickelt nun abhängig vom Bewegungswiderstand der Expansionsanlage Druckvolumen welches über das linke geöffnete Einlassventil (Expansionsteil, nachfolgend E. Pos. 9 genannt) auf die Kreisringfläche des linken Kolbens (E. Pos. 7) wirkt und diesen in Bewegung nach links versetzt.4. This propellant gas volume is now developing gig the movement resistance of the expansion system pressure volume which acts via the left open inlet valve (expansion part, hereinafter called E. Pos. 9) on the annular surface of the left piston (E. Pos. 7) acts and this moves in motion to the left.
- 5. Aufgrund der Verbindung der Bauteile Kolben (E. Pos. 7), Kolbenstangen (E. Pos. 6) und der Verbindungsstange (E. Pos. 5) wird eine zusammenhängende Lineareinheit geschaffen, die wechselseitig jeweils richtungsabhängig mit dem zuständigen Zahnsegmentrad verzahnt im Eingriff ist und damit jeweils die von der Lineareinheit und dem Arbeitsdruck entwickelte Kraft in die Zahnsegmenträder ab- bzw. umleitet und dabei in den Wellen/Freilaufwellen (E. Pos. 13) mit denen sie drehmomentfest verbunden sind ein Drehmoment erzeugt. Auf den Wellen (E. Pos. 13) befinden sich auch drehmomentfest verbunden die gleich großen Zahnräder für das Synchrongetriebe (E. Pos. 4), welche die jeweils wechselseitigen Drehmomente drehrichtungsgleich, auf das zentrale Synchronrad (E. Pos. 4), das sich ebenfalls drehmomentfest verbunden auf der Zentralwelle/Abtriebswelle (E. Pos. 14) befindet, übertragen. Über die Zentralwelle/Abtriebswelle (E. Pos. 14) können nunmehr die jeweils wechselseitig linear erzeugten Kräfte in einem drehrichtungsgleichen Drehmoment/Leistung umgewandelt nach außen abgeleitet, bzw. dort genutzt werden.5. Due to the connection of the components piston (E. Pos. 7), Piston rods (E. Pos. 6) and the connecting rod (E. Pos. 5) becomes a coherent one Linear unit created, the mutually directional with each the responsible Zahnsegmentrad toothed engaged and thus each of the the linear unit and the working pressure developed force in the Ratchet wheels diverts or diverts and thereby in the waves / freewheeling waves (E. pos. 13) with which they are connected torque-tight generates a torque. On the shafts (E. Pos. 13) are also connected torque-resistant the same size gears for the Synchromeshiebe (E. Pos. 4), which the respective reciprocal Torque same direction of rotation, on the central synchronous wheel (E. Pos. 4), which is also torque-fixed connected to the central shaft / output shaft (E. Pos. 14) is transferred. About the Central shaft / output shaft (E. Pos. 14) can now each mutually linear forces in a direction of rotation equal torque / power converted to derived outside, or used there.
- 6. Beim Erreichen des 1. linken Umkehrpunktes nimmt der Federspeicher (E. Pos. 12) die kinetische Energie der gesamten Lineareinheit auf und lenkt sie um 180° um. Gleichzeitig wechseln alle Ventile ihre Schaltzustände, wodurch nunmehr das über der linken Kreisringfläche stehende Druckvolumen auf die konstruktiv vorgegebene X mal größere Differenzdruckfläche wirkt und damit die Lineareinheit vom linken Federspeicher unterstützt und von der rechten Kreisringfläche und dem anstehenden Arbeitsdruck zusätzlich angetrieben die Lineareinheit nach rechts treibt. Erklärung alle Ventile: Mit Ausnahme der Einlassventile (E. Pos. 9) sind alle Ventile synchron (drehwinkelabhängig) gesteuert, dass heißt sie wechseln ihre jeweiligen Schaltzustände genau zum Zeitpunkt eines jedem Richtungswechsels der Lineareinheit.6. When reaching the first left reversal point takes the spring accumulator (E. Pos. 12) on the kinetic energy of the entire linear unit and deflects them 180 °. At the same time all valves change their switching states, whereby now the over the left circular area standing pressure volume on the structurally given X times larger differential pressure surface acts and thus supports the linear unit of the left spring store and from the right circular ring surface and the upcoming working pressure additionally driven the linear unit drives to the right. statement all valves: With the exception of the inlet valves (E. Pos. 9) are all Valves synchronous (depending on angle of rotation) controlled that means They change their respective switching states exactly at the time of one every change of direction of the linear unit.
- 7. Die Einlassventile jedoch öffnen (synchrongesteuert) immer genau zum Zeitpunkt des jeweiligen Richtungswechsels der jeweiligen Wirkrichtung nach außen, der ggf. arbeitsdruckabhängige Schließzeitpunkt wird jedoch von der zentralen Maschinensteuerung (R. Pos. 16) über den folgenden Richtungswechsel hinausgehend beeinflusst, damit immer genügend Expansionsdruckvolumen für den Expansionshub zur Verfügung steht, wodurch keine Vakuumverluste bis zum folgenden Richtungswechsel eintreten können.7. However, the inlet valves always open (synchronous controlled) exactly at the time of the respective change of direction of the respective Direction of action to the outside, the possibly working pressure-dependent closing time However, is the central machine control (R. Pos. 16) on the the following direction change outgoing influenced, so always enough Expansion pressure volume for the expansion stroke is available whereby no vacuum losses until the following change of direction can enter.
- 8. Ebenfalls genau zum Zeitpunkt des 1. Richtungswechsels verlässt das obere Zahnsegmentrad den Eingriff in die obere Verzahnung der Verbindungsstange und das untere Zahnsegmentrad greift in den unteren Teil der Verzahnung der Verbindungsstange ein und übernimmt damit die Kraft- bzw. Drehmomentübertragung, wie diese sinngemäß unter Punkt 5 erklärt wurde. Zum Zeitpunkt des wie vor beschriebenen Taktwechsels (Lineareinheit Richtungswechsel), Wechsel der Ventilschaltzustände und Wechsel der Kraft- bzw. Drehmomentverkopplung von Verbindungsstange und jeweiligen Zahnsegmentrad) sind 90° des Drehwinkels der WWKM vollendet.8. Also at exactly the time of the first change of direction leaves upper Zahnsegmentrad the engagement in the upper toothing of the connecting rod and the lower Zahnsegmentrad engages in the lower part of the toothing the connecting rod and takes over so that the force or torque transmission, like this one below Point 5 explained has been. At the time of the clock change as described above (Linear unit Change of direction), change of valve switching states and change of force or torque coupling of connecting rod and respective Toothed segment wheel) are 90 ° of the angle of rotation the WWKM completed.
- 9. Während des folgenden Taktes vollziehen sich weitere 180° Drehwinkel der Maschine, wobei sich das untere Zahnsegmentrad mit der unteren Verzahnung der Verbindungsstange im Eingriff befinden und wie vor für oben beschrieben, der Kraft- bzw. Drehmomentfluss analog für unten gewährleistet ist.9. While the following cycle, another 180 ° rotation angle of the machine take place, wherein the lower toothed segment wheel with the lower toothing of the connecting rod are engaged and as described above for the force or torque flow analogous to guaranteed below is.
- 10. Bei 270° Drehwinkel angekommen vollzieht sich erneut der wie vor beschrieben Taktwechsel analog (Richtungswechsel der Lineareinheit verbunden mit gleichzeitigen Wechsel des Kraft-Drehmomentflusses vom unteren zum oberen Zahnsegmenteinheit und Ventilumschaltung) für die folgenden 180° Drehwinkel, womit dann mehr als 360° Funktionsablauf schlüssig dargestellt wurden und damit der folgende annähernd unendliche Funktionsablauf beschrieben ist.10. At 270 ° rotation angle Once again, the clock change, as described above, takes place analogously (Change of direction of the linear unit connected with simultaneous Change of force-torque flow from the lower to the upper segment of the toothed segment and valve switching) for the following 180 ° rotation angle, which then more than 360 ° functional sequence conclusive were presented and thus the following almost infinite functional sequence is described.
- 11. Da zum gegenwärtigen Zeitpunkt noch nicht ausgeschlossen werden kann, dass durch die konstruktive Ausprägung der Verzahnung von der Verbindungsstange und der Verzahnung Zahnsegmenträder eine ausreichend sichere Synchronisation der Lineareinheit mit den rundlaufenden Teilen der Maschine sicherzustellen ist, kann ggf. der Synchronstangentrieb für die notwendige Synchronisation beim Taktwechsel sorgen. Ebenfalls möglich ist es das Zahnsegmentrad mit einem Rücklauffreilaufsystem auszurüsten damit die Zahnsegmenträder ständig im Eingriff mit den Verzahnungen der Verbindungsstange bleiben kann (diese Konstruktion ist in der Zeichnung nicht dargestellt).11. Since to the present Time can not be ruled out that by the constructive shaping the toothing of the connecting rod and the teeth toothed segment wheels a sufficiently secure synchronization of the linear unit with the rotating parts If necessary, the synchronous rod drive can be ensured for the necessary synchronization when clock change provide. Also possible It equipped the toothed segment with a return freewheel system so that Ratchet wheels constantly can remain in engagement with the teeth of the connecting rod (This construction is not shown in the drawing).
Bewertung und Gegenüberstellung der Systeme konventioneller Motoren und einer Wärmekraftmaschine – nach folgend als WWKM bezeichnet – gemäß wenigstens einer bevorzugten bzw. angestrebten Ausführungsform:Evaluation and comparison of conventional systems Engines and a heat engine - after following as WWKM - according to at least a preferred or desired embodiment:
- 1. Im Gegensatz zu allen Motorenarten muss die WWKM an keiner Stelle zum Schutz vor thermischer Beschädigung gekühlt werden.1. Unlike all engine types must the WWKM are not cooled at any point to protect against thermal damage.
- 2. Der Treibgasreaktor und die Expansionsmaschine (Zylinder) sollten gut gegen Wärmeabfluss isoliert werden.2. The propellant gas reactor and the expansion engine (cylinder) should be well insulated against heat loss become.
- 3. Im Gegensatz zu allen Motorenarten entwickelt die WWKM bei jedem Drehwinkel infolge des konstanten Hebelarmes (r) ein Drehmoment. Alle Motoren haben in etwa zum Zeitpunkt ihrer größten Kraftfreisetzung infolge der Kurbelwel len Drehmomenterzeugung eine Hebelarmlänge die gegen 00 geht und infolge dessen annähernd kein Drehmoment erzeugt.3. In contrast to all engine types, the WWKM develops at every rotation angle as a result of the con constant lever arm (r) a torque. All engines have at about the time of their largest release of force as a result of Kurbelwel len torque generation lever arm length goes to 00 and as a result produces almost no torque.
- 4. Im Gegensatz zu allen Motorenarten entwickelt die WWKM in jeder Drehwinkelstellung Kraft, Drehmoment und somit auch Leistung, sie ist ein echter Eintakter. Schon als Doppelanlage ist die WWKM in der Lage ein nur noch geringfügig schwankendes Drehmoment abzugeben.4. Unlike all engine types, WWKM develops in each angular position force, torque and thus power, she is a true one-act. Even as a double investment is the WWKM capable of only slightly fluctuating To deliver torque.
- 5. Im Gegensatz zu allen Motorensystemen wird der erzeugte Treibgasdruck bei der WWKM völlig abgebaut und dabei nutzbringend in Drehmoment bzw. Leistung umgesetzt.5. Unlike all engine systems, the generated LPG pressure completely degraded at the WWKM and thereby profitably converted into torque or power.
- 6. Die WWKM Technik ist prädestiniert zur Herstellung sehr großer Leistungen mit hohen Drehmomenten und geringen Drehzahlen. Wird die WWKM Technik für den Antrieb immer gleicher Drehzahl und Leistung genutzt, so kann, wenn es dem Wirkungsgrad positiv beeinflusst, zur Treibgaserzeugung auch ein konventioneller Dampfkessel verwendet werden. Die hier dargestellte Reaktortechnik ermöglicht eine relativ schnelle Drehzahl- bzw. Leistungsänderung.6. The WWKM technology is predestined for making very large High torque and low speed performance. Becomes the WWKM technology for the drive always used the same speed and power, so can, if it positively influenced the efficiency, for propellant gas generation also a conventional steam boiler can be used. The one shown here Reactor technology allows a relatively fast speed or power change.
- 7. Die WWKM Technik wird nach ihrer erfolgreich abgeschlossenen Entwicklungsphase prädestiniert sein als Antriebsmaschine für Kraftwerke, Schiffe oder Lokomotiven eingesetzt zu werden. Sie wird dort einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung dieser Anlagen besonders im Hinblick auf den ökonomischen und ökologischen Betrieb leisten.7. The WWKM technique will be completed after its successful Development phase predestined be as a prime mover for Power plants, ships or locomotives to be used. she will there a significant contribution to the improvement of these facilities especially with regard to the economic and ecological Operate.
- 8. Nach heutiger Einschätzung erscheint ein Gesamtwirkungsgrad der WWKM Technik in der Größenordnung von ca. 70% als möglich.8. According to today's assessment An overall efficiency of the WWKM technique appears on the order of magnitude of about 70% as possible.
Wesentliche Wirkungsgradverluste bei Diesel- und Ottomotoren:Significant efficiency losses in diesel and gasoline engines:
- 1. Energieverlust durch Wärmeabfuhr, für den Selbstschutz des Motors, not wendige Kühlung um den Verbrennungsraum, Verlust ca. 32%1. Energy loss through heat dissipation, for self-protection of the engine, necessary cooling around the combustion chamber, loss about 32%
- 2. Energieverlust durch Treibgasausstoß mit sehr hoher ungenutzter Temperatur, Verlust ca. 29%2. Energy loss through propellant gas emissions with very high unused Temperature, loss about 29%
- 3. Energieverlust durch Wärmeabstrahlung des Motorblocks, Verlust ca. 7%3. Energy loss through heat radiation of the engine block, loss approx. 7%
- 4. Energieverlust durch schlechte Kraft- bzw. Drehmomentwandlung infolge ungünstiger Kurbelwellenstellung. Das heißt, zum Zeitpunkt der größten Krafterzeugung (Zündzeitpunkt = ca. oberer Totpunkt der Kurbelwelle) ist der Hebelarm (Wirkradius) der Kurbelwelle annähernd = 0. Im Verlauf der folgenden Drehwinkeländerung wird gleichzeitig der Wirkradius größer und die Kraft des Kolbens infolge der Expansion des Treibgases kleiner.4. Energy loss due to poor force or torque conversion as a result of unfavorable Crankshaft position. This means, at the time of the largest power generation (ignition timing = approx. top dead center of the crankshaft) is the lever arm (effective radius) approximating the crankshaft = 0. In the course of the following rotation angle change is simultaneously the Effective radius larger and the force of the piston due to the expansion of the propellant gas smaller.
- 5. Energieverlust durch schlechte Ausnutzung der Expansionsarbeit. Weil die Länge des Expansionshubes gleich der Länge des vorangegangenen Kompressionshubes ist, kann ausschließlich die Volumenmenge nutzbringend expandieren, die zuvor komprimiert wurde. Durch die zwischenzeitliche Kraftstoffverbrennung hat sich jedoch das ehemalige Ansaug- bzw. Kompressionsvolumen erheblich vergrößert und damit den Druck deutlich erhöht. Beim Expansionshub kann bauartbedingt das nun sehr viel größere Treibgasvolumen nutzbringend nur bis zur Volumengröße des vorangegangenen Ansaugvolumens expandiert werden, wodurch das verbleibende, unter Restdruck stehende, Treibgasvolumen nutzlos abgeleitet werden muss.5. Energy loss due to poor utilization of expansion work. Because the length the expansion stroke equal to the length is the previous compression stroke, only the Exponentially expand volume that was previously compressed. Due to the interim fuel combustion, however, has the former intake or compression volume increased considerably and thus significantly increasing the pressure. The expansion stroke can be due to the design of the now much larger propellant gas volume beneficial only up to the volume size of the previous intake volume be expanded, whereby the remaining, residual pressure, Propellant gas volume must be derived useless.
Die
generelle Funktionsweise der Expansionsmaschine gemäß
Treibgas
in dem linken Treibgasexpansionsraum
Gleichzeitig
entweicht Treibgas aus dem Treibgasexpansionsraum
Sobald
die Kolben
Die
Expansionsmaschine gemäß
Gemäß einer
Ausführungsform
können
unterschiedliche Expansionsmaschinen, insbesondere Expansionsmaschinen
gemäß
Claims (49)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE200910008912 DE102009008912A1 (en) | 2009-02-13 | 2009-02-13 | Propellant gas generating device for generating propellant gas under pressure to perform mechanical operation, has propellant gas pressure vessel for generating propellant gas and combustion chamber with burner |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE200910008912 DE102009008912A1 (en) | 2009-02-13 | 2009-02-13 | Propellant gas generating device for generating propellant gas under pressure to perform mechanical operation, has propellant gas pressure vessel for generating propellant gas and combustion chamber with burner |
Publications (1)
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|---|---|
| DE102009008912A1 true DE102009008912A1 (en) | 2010-08-19 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE200910008912 Withdrawn DE102009008912A1 (en) | 2009-02-13 | 2009-02-13 | Propellant gas generating device for generating propellant gas under pressure to perform mechanical operation, has propellant gas pressure vessel for generating propellant gas and combustion chamber with burner |
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| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102009008912A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107060997A (en) * | 2017-04-12 | 2017-08-18 | 芜湖凯博环保科技股份有限公司 | A kind of VOCs supersonic combustions generator and its application method |
| CN112179381A (en) * | 2020-10-10 | 2021-01-05 | 武汉飞恩微电子有限公司 | Combustible gas temperature and pressure sensor and measuring method thereof |
-
2009
- 2009-02-13 DE DE200910008912 patent/DE102009008912A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107060997A (en) * | 2017-04-12 | 2017-08-18 | 芜湖凯博环保科技股份有限公司 | A kind of VOCs supersonic combustions generator and its application method |
| CN112179381A (en) * | 2020-10-10 | 2021-01-05 | 武汉飞恩微电子有限公司 | Combustible gas temperature and pressure sensor and measuring method thereof |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: EISENFUEHR, SPEISER & PARTNER, DE |
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| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: WINKLER ENTWICKLUNGS-GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: WINKLER ENTWICKLUNGS-GMBH, 27389 HELVESIEK, DE Effective date: 20131024 Owner name: WINKLER ENTWICKLUNGS-GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: WINKLER, HARALD, 27389 HELVESIEK, DE Effective date: 20130918 Owner name: WINKLER MASCHINEN-BAU GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: WINKLER ENTWICKLUNGS-GMBH, 27389 HELVESIEK, DE Effective date: 20131024 Owner name: WINKLER MASCHINEN-BAU GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: WINKLER, HARALD, 27389 HELVESIEK, DE Effective date: 20130918 |
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| R082 | Change of representative |
Representative=s name: EISENFUEHR, SPEISER & PARTNER, DE Effective date: 20131024 Representative=s name: EISENFUEHR, SPEISER & PARTNER, DE Effective date: 20130918 Representative=s name: EISENFUEHR SPEISER PATENTANWAELTE RECHTSANWAEL, DE Effective date: 20130918 Representative=s name: EISENFUEHR SPEISER PATENTANWAELTE RECHTSANWAEL, DE Effective date: 20131024 |
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| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: WINKLER MASCHINEN-BAU GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: WINKLER ENTWICKLUNGS-GMBH, 27404 OSTEREISTEDT, DE |
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| R012 | Request for examination validly filed | ||
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| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |