DE19909611C1 - Gasausdehnungselement für eine Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie, insbesondere für einen Warmwassermotor - Google Patents
Gasausdehnungselement für eine Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie, insbesondere für einen WarmwassermotorInfo
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Abstract
Es ist ein derartiges Gasausdehnungselement bekannt, das aus einem mit einem Gas oder einem Gasgemisch gefüllten geschlossenen Druckbehälter besteht, der über einen verschiebbaren Kolben mit der Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie wirksam verbunden ist. DOLLAR A Zur Erhöhung des Wirkungsgrades wird vorgeschlagen, dass die Ausdehnung und Kontraktion desselben Mediums (Gases) in ein und derselben Kammer des Gausausdehnungselementes stattfindet und dass dazu der Druckbehälter eine obere Einspritzöffnung für Warm- und Kaltwasser und eine steuerbare untere Wasserablauföffnung hat.
Description
Die Erfindung betrifft ein Gasausdehnungselement für eine
Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie,
insbesondere für einen Warmwassermotor, bestehend aus einem mit
einem Gas oder einem Gasgemisch gefüllten geschlossenen
Druckbehälter, der über einen verschiebbaren Kolben mit der
Anordnung wirksam verbunden ist.
Gase wandeln relativ viel Wärme bei Erhitzung und Ausdehnung in
Arbeit um, wobei in schnellen Prozessen, wie etwa dem
Stirlingprozess große Einbußen durch Dissipation, ungünstige
Kolbensteuerung, Wärme- und Pendelverluste, Totraumeffekte,
großen Regeneratorwiderstand und hohe Geschwindigkeiten
entstehen.
Zur Vermeidung dieser Nachteile wird vorgeschlagen, dass die
Ausdehnung und Kontraktion desselben Mediums (Gases) in ein und
derselben Kammer des Gasausdehnungselements stattfindet und
dazu der Druckbehälter eine obere Einspritzöffnung für Warm-
und Kaltwasser und eine steuerbare untere Wasserablauföffnung
hat.
Um die Luft bzw. andere Gase im Druckbehälter zu erwärmen, wird
heißes Wasser direkt in den Druckbehälter gesprüht, wo es das
auszudehnende Gas sofort weitestgehend durchdringt.
Vorteilhaft weist die Einspritzöffnung eine ins Innere des
Druckbehälters gerichtete Sprüh- und Zerstäuberdüse auf.
Vorzugsweise besteht mindestens die Innenwand des
Druckbehälters aus einem nicht Wärme aufnehmenden Werkstoff.
Vorzugsweise besteht die Innenwand des Druckbehälters aus einem
wasserabweisenden Werkstoff.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der steuerbare
Wasserablauf am unteren Ende eines den Behälter nach unten
überragenden Sumpfes angeordnet. Vorzugsweise hat der Sumpf
einen wesentlich kleineren Durchmesser als der Druckbehälter.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Druckbehälter
trichterförmig in den Sumpf übergehend ausgebildet.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft dargestellt.
Ein im Wesentlichen zylinder- bis kugelförmiger Druckbehälter 1
hat an seiner Oberseite eine Einspritzöffnung 2, die eine in
das Innere des Druckbehälters gerichtete Sprüh- und
Zerstäuberdüse 3 aufweist. Über zugeordnete Ventile 4 kann in
den Druckbehälter 1 abwechselnd Warmwasser oder Kaltwasser
eingesprüht werden.
Der mit einem Gas oder einem Gasgemisch gefüllte
Druckbehälter 1 ist in seiner Wandung mit einem verschiebbaren
Kolben 5 verbunden, der die Verbindung zu der Anordnung zum
Umwandeln der thermischen Energie, insbesondere dem
Warmwassermotor, herstellt.
Der Druckbehälter 1 ist an seinem unteren Abschnitt 6
trichterförmig ausgebildet, der in einen den Druckbehälter 1
nach unten überragenden Sumpf 7 übergeht, der an seinem unteren
Ende eine steuerbare untere Wasserablauföffnung 8 hat.
Um die Luft bzw. andere Gase des Druckbehälters 1 zu erwärmen,
wird heißes Wasser direkt über das zugeordnete Ventil 4 und die
Einspritzöffnung 2 über die Sprühdüse 3 in den Druckbehälter
eingesprüht, wo es das auszudehnende Gas sofort weitgehend
durchdringt. Der Druckbehälter 1 ist mindestens innen,
ansonsten ganzwandig so isoliert, dass er keine Wärme im
Material aufnimmt. Zudem ist die Innenwand wasserabweisend, um
das eingebrachte Wasser nach dem Abkühlen schnell nach unten
abzuleiten.
Die Luft erwärmt sich mit dem Einsprühen des warmen Wasser,
dehnt sich aus und verrichtet über den verschiebbaren Kolben 5
Arbeit, die einem nicht weiter dargestellten Ölkreislauf der
Anordnung zur Umwandlung der thermischen Energie zugeführt
wird. Das Sprühen des warmen Wassers geschieht dabei so, dass
die im Wasser mitgebrachte Wärme bzw. Kälte sich unmittelbar im
Behälter ausbreiten kann. Dies gewährleistet eine hohe
Taktfrequenz (ca. ein Kreisprozess in ein bis drei Sekunden).
Nach dem Druckanstieg und dem nach Kolbendisplazierung
entsprechenden Druckabfall im Druckbehälter und nach
entsprechender Abkühlung fällt das Wasser aus und setzt sich
nach unten im Sumpf 7 ab. Dort lässt die steuerbare untere
Wasserablauföffnung 8 nur soviel Wasser ab, dass ein
Trockenwerden des Sumpfes 7 und damit ein Ausströmen von
Gas/Luft vermieden wird. Der Sumpf 7 ist lang und schmal
gehalten, damit kein Wärmeübergang in das Abwasser stattfinden
kann.
Die Menge des zum Aufheizen benötigten Wassers ist sehr gering.
So genügen um 100 Liter Luft von 0°C auf 100°C zu erwärmen 9,1
kJ in 22 g Wasser. Dabei wird eine Nutzarbeit von 3,6 kJ
verfügbar (ca. 40% Wirkungsgrad bei Verwendung von Luft).
Für die Abkühlung und nachfolgende Kontraktion der Luft (Gases)
im Druckbehälter 1 wird kaltes Wasser eingesprüht. Es entsteht
Unterdruck, so dass der verschiebbare Kolben 5 wieder in die
Ausgangsposition zurückgeht. Durch spezielle Gase bzw.
Gasgemische kann der Wirkungsgrad gesteigert werden.
Claims (7)
1. Gasausdehnungselement für eine Anordnung zum Umwandeln von
thermischer in motorische Energie, insbesondere für einen
Warmwassermotor, bestehend aus einem mit einem Gas oder
Gasgemisch gefüllten geschlossenen Druckbehälter, der über einen
verschiebbaren Kolben mit der Anordnung wirksam verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (1) eine obere
Einspritzöffnung (2) für Warm- und Kaltwasser und eine steuerbare
untere Wasserablauföffnung (8) hat.
2. Gasausdehnungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Einspritzöffnung (2) eine ins Innere des
Druckbehälters (1) gerichtete Sprüh- und Zerstäuberdüse (3)
aufweist.
3. Gasausdehnungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest die Innenwand des
Druckbehälters (1) aus einem nicht wärmeaufnehmenden Werkstoff
besteht.
4. Gasausdehnungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Innenwand des Druckbehälters (1) aus
einem wasserabweisenden Werkstoff besteht.
5. Gasausdehnungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare untere
Wasserablauf (8) am unteren Ende eines den Druckbehälter (1) nach
unten überragenden Sumpfes (7) angeordnet ist.
6. Gasausdehnungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass der Sumpf (7) einen wesentlich kleineren Durchmesser als der
Druckbehälter (1) hat.
7. Gasausdehnungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (1) trichterförmig
in den Sumpf (7) übergehend ausgebildet ist.
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| 8100 | Publication of patent without earlier publication of application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
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