DE102020006494A1

DE102020006494A1 - Kleinkraftwerk mit äußerer Verbrennung

Info

Publication number: DE102020006494A1
Application number: DE102020006494.9A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-05-26
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2021-12-02

Abstract

Das Kleinkraftwerk mit äußerer Verbrennung lädt Wasser zur Dampfaufbereitung in einen Erhitzer 4, von wo der erzeugte Wasserdampf als Treibmedium in einer Strahlpumpe 6 Gas (Luft) als Saugmedium dem Fluidstrom hinzufügt und durch im Wasserdampf enthaltene Wärmeenergie ausdehnt. Dadurch wird der Volumenstrom vergrößert, weitere motorische Energie hinzugefügt und die Temperatur gesenkt. Gleichzeitig erhöht sich (im Falle des geschlossenen Systems) die Druckdifferenz, da die Luft auf der Gegendruckseite des Motors 8 entnommen wird.

Description

Kleinkraftwerke gibt es in den Varianten Windkraft, Photovoltaik, Wasserkraft oder als Verbrennungsmotoren für Kraftstoffe, die sich für die interne Verbrennung eignen. Biomasse, Sonnenwärme oder Abwärme aus anderen Prozessen werden unterhalb der Leistungsklassen von Turbinen noch nicht wirtschaftlich genutzt, und als Verdrängermotoren für äußere Verbrennung fristen die Dampfmaschine aus wirtschaftlichen und der Stirlingmotor aus technischen Gründen ein Nischendasein. Hydraulik- und Pneumatikmotoren funktionieren zwar in einem Fluidstrom bei geeignetem Druck und angemessener Temperatur, aber der konnte bisher mit äußerer Verbrennung nicht bereitgestellt werden.
Mit der hier vorgestellten Anordnung wird die Absicht verfolgt, einen Wandler so mit Gas anzuströmen, dass der Druck im günstigen Bereich liegt und die Temperatur unschädlich ist. Dabei soll das Fluid selbst umweltverträglich sein, innerhalb der Anordnung über Erhitzung, Ausdehnung, Leistungsabgabe und Kondensation einen Kreislauf bilden, aber gleichzeitig ein genügend hohes Druckgefälle ermöglichen.
DE 10 2004 003 694 A1 besteht zwar auch aus einem geschlossenen Kreislauf unter Vordruck, kann aber nur kleine Mengen des Fluids bewegen, da dieses mit jedem Hub im Zielbehälter Gegendruck aufbaut. Außerdem ist das treibende Fluid in der genannten „Anordnung zum Wandeln von thermischer in motorische Energie“ Wasser, während es im hier vorliegenden Ansatz gasförmig ist, da nach der Entspannung im Motor und nach der Kondensation Wasser- und Gaskreislauf getrennt sind, so dass beim Medium Gas (bevorzugt Luft) ein kontinuierlicher Strom stattfinden kann.
Die vorliegende Erfindung beschreibt demnach einen Kreislauf mit zwei Fluiden, Gas und Wasser, die in der Arbeitsphase gemeinsam und als Gasgemisch (Wasserdampf und Luft) erscheinen, und in der Ladephase getrennt als Wasser und Gas behandelt werden.
Das folgende Ausführungsbeispiel soll die Funktionsweise näher erläutern.
Die Ladepumpe 2 transportiert Wasser aus dem Kondensatortank 3 in den Erhitzer 4. Mit erhöhtem Druck erreicht der Wasserdampf beim Austritt aus dem Wärmetauscher 4 als Treibmedium die Strahlpumpe 6. Das Saugmedium besteht aus Gas (Luft), das zuvor im Kondensator 5 gekühlt wurde. Der Wasserdampfstrahl fügt dem Volumenstrom dieses Gas hinzu, mischt es mit dem Dampf, dem Wärmeenergie entzogen wird und dehnt sich dadurch aus, wodurch weitere enthaltene Wärme in motorische Energie gewandelt wird. Kurz, die im Volumenstrom enthaltene motorische Energie erhöht sich durch Hinzufügen von Luftmasse und Wandlung von thermischer in motorische Energie im Wege der Ausdehnung. Dabei wird der Verlust der motorischen Energie im Wasserdampf (Druck) als Treibmedium weitestgehend durch das Hinzufügen der Luft ausgeglichen, und der Zugewinn an motorischer Energie liegt in der Wandlung von Wärme in Ausdehnung.
Zudem wird das für die Leistung des Motors entscheidende Druckgefälle dadurch erhöht, dass die Entnahme der gekühlten Luft aus dem Kondensator 5 und den Tanks 3 und 7 den Gegendruck über die Kondensation hinaus weiter mindert.
Es werden also mit dem erfindungsgemäßen Einsatz der Strahlpumpe mehrere wünschenswerte Effekte erzielt:

- Die Dampftemperatur vor dem Motor sinkt auf ein materialverträgliches Maß.
- Weitere enthaltene Wärmeenergie wandelt sich in motorische Energie.
- Der Gegendruck in Behälter 3 und 7 wird gesenkt, das Druckgefälle steigt.
- Der Volumenstrom vor dem Motor nimmt zu.

Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass sie auch an vorhandene (Biomasse-)Heizanlagen angebaut werden kann. Wenn die Stromgewinnung Vorrang haben soll, kann der Hersteller oder Anwender die Wärmetauscher so arrangieren, dass in erster Linie Dampf erzeugt und nur die Restenergie aus dem Kondensator zur Heizung verwendet wird.
Die Anordnung kann auch im offenen System betrieben werden, indem Luft aus der Umwelt als Saugmedium dient und diese direkt oder hinter dem Kondensator wieder an die Umwelt abgegeben wird.
Bezugszeichenliste

1.: Befüllung
2.: Ladepumpe
3.: Kondensatortank
4.: Erhitzer
5.: Kondensator
6.: Strahlpumpe
7.: Sammelbehälter Gas
8.: Pneumatikmotor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004003694 A1 [0003]

Claims

Kleinkraftwerk als Motor mit äußerer Verbrennung, mit einer Ladepumpe für Wasser 2, einem Wärmetauscher zur Erzeugung von Wasserdampf 4 und einem Fluidmotor als Wandler 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdampf in Strömungsrichtung hinter dem Erhitzer 4 und vor dem Wandler 8 eine Strahlpumpe 6 als Treibmedium beaufschlagt, wobei das Saugmedium Gas (Luft) ist.
Kleinkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Saugmedium gekühltes Gas (Luft) aus dem geschlossenen System ist.
Kleinkraftwerk nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom aus Wasserdampf und Gas (Luft) nach der Entspannung im Wandler 8 einen Kondensator 5 durchströmt.
Kleinkraftwerk nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das auskondensierte Wasser und das Gas (Luft) in einem Sammelbehälter 3 hinter dem Kondensator 5 getrennt werden.
Kleinkraftwerk nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas nach der Trennung vom Medium Wasser weiter gekühlt und auf dem Weg zur Strahlpumpe in einem Speicher 7 vorgehalten wird.