DE3049182A1

DE3049182A1 - Drehkolbenmotor, verfahren zum betrieb des drehkolbenmotors und bausatz mit teilen des drehkolbenmotors

Info

Publication number: DE3049182A1
Application number: DE19803049182
Authority: DE
Inventors: Victor Herbert New South Wales Fischer
Original assignee: Thermal Systems Ltd
Current assignee: Thermal Systems Ltd
Priority date: 1980-07-16
Filing date: 1980-12-24
Publication date: 1982-02-11
Also published as: JPS57131805A; US4432203A

Description

Anmelder: THERMAL SYSTEMS LIMITED, P.O. Box 309,

Grand Cayman, Cayman Islands, Britisch Westindien

Titel: Drehkolbenmotor, Verfahren zum Betrieb des Drahkolbenmotors und Bausatz mit Teilen des Drehkolbenmotors

B e se hreibungseinleitung

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rotationsmotor mit äußerer Verbrennung, insbesondere auf einen Motor des Typs mit einem Stator und mit einem Rotor, durch welche Teile ein Arbeitsraum variablen Volumens definiert wird und in den Wärmeenergie zur Arbeitsleistung des Motors von außerhalb des Arbeitsraumes eingegeben wird. Im Besonderen betrifft die Erfindung einen neuartigen Arbeitsprozeß.

Bislang wurden viele Versuche gemacht, einen Motor anzugeben, in dem ein hoher thermischer Wirkungsgrad, ausgedrückt in dem Verhältnis zugeführter Wärmeenergie zu nutzbarer Arbeitsleistung mit einem annehmbaren Leistungs/Gewicht- und Leistung/Volumen-Verhältnis des Motors verwirklicht wurden. Der Innenverbrennungsmotor hat ein gutes Leistung/Gewicht-Verhältnis, jedoch einen verhältnismäßig niederen thermischen Wirkungsgrad. Es ist allgemein anerkannt, daß von den Innenverbrennungsmotoren der Dieselmotor den besten.thermischen Wirkungsgrad hat (bis etwa 40 %). Thermodynamisch wirkungsvollere Maschinen beruhen auf dem Carnot-, Stirling- und Ericsson-

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Prozess. Diese bereits gebauten Motoren haben allgemein zu keinem besonderen kommerziellen Erfolg geführt, und zwar hauptsächlich aufgrund des Problems, einen kleinen und doch wirkungsvollen Wärmetauscher zu schaffen, der es erlaubt, das Arbeitsgas schnell und wirksam durch die externe Wärmequelle 2U erhitzen»

Eine wohlbekannte Maschine mit äußerer Verbrennung ist die Dampfmaschine, deren Leistung/Gewicht-Verhältnis ist jedoch generell niedrig, weil sie einen getrennt angeordneten Dampferzeuger sox^ie einen Kondensator benötigt. Die Dampfmaschine verwendet im allgemeinen überhitzten Wasser dampf (I) oder einen anderen "trockenen" Dampf (II) als Arbei fluid. Damgegenüber betrifft vorliegende Erfindung keinesfalls eine solche Maschine, sondern betrifft eine Maschine mit äußerer Verbrennung, die^; ein Gas, wie z.B. Luft, als Arbeits-Fluid benützt.

Vorliegende Erfindung schlägt eine Rotationsmaschine mit äußerer Verbrennung vor,, bei der Energie auf ein Arbeitsgas von einem erhitzten Wärmeübertragungsmedium übertragen wird, welche Maschine beinhaltet

- einen Stator mit einem darin liegenden Rotor, wodurch ein Arbeitsraum definiert ist, dessen Volumen beim Rotieren des Rotors zwischen einem minimalen und einem maximalen Volumen variierbar ist;

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- einen Wärmetauscher zum Erhitzen des Wärmeübertragungsmadiums außerhalb des Arbeitsraumes sowie unter einem solchen Druck, daß das Medium in seiner flüssigen Phase verbleibt;

- Einleitmittel zum Einleiten von Gas in den Arbeitsraum;

- einen Injektor zum Injizieren (bzw. Einspritzen) des erhitzten flüssigen Mediums in das Gas, bevor oder nachdem das Gas in den Arbeitsraum eingeleitet wurde;

- der Stator weist einen derart gesteuerten Auslaß auf, daß das Wärmeübertragungsmedium aus dem Arbeitsraum dann entweicht, wenn der Arbeitsraum nahezu sein größtes Volumen erreicht hat.

Der Motor kann aus einem oder mehreren Statoren mit zugeordneten Rotoren bestehen.

üblicherweise hat der Stator einen zylindrischen Innenraum, in dem der Rotor exzentrisch drehbar gelagert ist. Vorteilhafterweise ist der Rotor mit Schiebern derart versehen,

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daß zwischen dem Stator und dem Rotor mindestens ein Arbeitsraum mit "mondföntiigem" Querschnitt gebildet ist. Wenn sich der Rotor exzentrisch innerhalb des Stators dreht, nimmt das Volumen eines jeden Arbeitsraumes von einem Minimum zu einem Maximum zu und nimmt dann anschließend zu einem Minimum bei jeder Umdrehung ab. Insofern ist die Gestaltung des Motors analog der Konstruktion einer Drehschieberpumpe. Indessen sind auch andere Stator- und Rotorausbildungen mit gleicher Wirkung möglich. Insbesondere muß der Querschnitt des Stators nicht kreiszylindrisch sein, sondern kann auch zwei, drei, vier, fünf oder mehr Nocken aufweisen. Desgleichen muß der Rotor im Querschnitt nicht kreisförmig sein sondern kann mehrere wellenförmige Vorsprünge aufweisen, durch die innerhalb des Stators der Arbeitsraum definiert ist.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung hat der Rotor zylinderförmigen Querschnitt und weist zwei oder mehr Schieber auf, welche in Schlitzen im Rotor radial verschiebbar sind, so daß Veränderungen im Abstand zwischen einem beliebigen Punkt am Rotor und dem zugehörigen Punkt am Stator erfolgen, wenn der Rotor sich dreht. Ferner sind jedem Schieber Druckmittel zugeordnet, um den Schieber elastisch gegen die Innenwand des Stators zu drücken, und um dadurch jeden einzelnen Arbeitsraum gegenüber dem Stator abzudichten. Als Druck-

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mittel können Federn dienen, wie z.B. Schrauben- oder Blattfedern, die an der Innenseite eines jeden Schlitzes angeordnet sind und zwischen der Innenseite des Schlitzes und der benachbarten Innenseite des zugehörten Schiebars so wirken, daß sie den Schieber radial nach außen drücken.

Um Undichtigkeiten zu vermeiden, sind zwischen den axialen Enden des Rotors und des Stators Dichtmittel angebracht. Diese Dichtmittel gehören zum Stand der Technik; beispielsweise kommen O-Rings oder Labyrinthdichtungen in Betracht. Das Verdichtungsverhältnis liegt vorzugsweise mindestens bei 5:1.

Ferner sind Mittel vorgesehen, um Gas in jeden Arbeitsraum einzuführen. In der einfachsten Form kann ein "Stössel" oder Schieber zusammen mit einem Einlaßschlitz beim Arbeitsraum vorgesehen sein, um das Abgas ausströmen zu lassen und es durch eine frische Ladung zu ersetzen. Alternativ können Einlaßiuittel vorgesehen werden, indem der Motor mit entsprachenden Ventilen oder anderen derartigen Einlassen ausgerüstet wird, so daß Gas in jeden Arbeitsraum zwischen jeder der Arbeitsleistung dienenden Umdrehung unter Leistungsabgabe des Gases eingeführt wird. Vorzugsweise ist jedoch ein getrennter Kompressor vorgesehen, um Gas unter Druck in den Zylinder bei jeder Umdrehung zur gehörigen

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Zeit einzugeben. Ein solcher Kompressor kann ein rotierender Kompressor sein, wie z.B. ein Drehkolben- oder ein Turbinenkompressor. Alternativ kann auch ein Kompressor vorgesehen werden, der als hin und hergehender Kompressor ausgebildet ist und von dem Motor angetrieben wird.

Zum Injizieren erhitzten flüssigen Wärmeübertragungsmediums in das Gas ist ein Injektor eingebaut. Zweck des injizierten flüssigen Mediums ist es, eine Wärmeübertragung vom Brenner auf das Gas schnell und wirkungsvoll zu bewirken. Im allgemeinen wird das erhitzte flüssige Medium in das Gas in Form von flüssigen Tröpfchen eingespritzt, die eine verhältnismäßig große Oberfläche haben, was eine schnelle Wärmeübertragung auf das Gas ermöglicht. Das flüssige Medium kann in das Gas injiziert werden, bevor und nachdem das Gas in den Arbeitsraum eingeführt wurde. Obwohl es möglich ist, die Flüssigkeit in das noch nicht verdichtete Arbeitsgas zu injizieren, wird bekanntermaßen ein höherer thermischer Wirkungsgrad erreicht, wenn man das flüssige Medium in das Gas im komprimierten Zustand injiziert.

Da das injizierte flüssige Medium eine schnellere und wirkungsvollere Wärmeübertragung auf das Gas ermöglicht, werden kleinere Wärmeübertragungsoberflächen benötigt.

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Folglich ist. es Ziel vorliegender Erfindung, das flüssige Medium zu erhitzen und dann das Gas durch Berührung mit dem Medium zu erhitzen. Zweckmäßigerweise erfolgt die Wärmeübertragung vom Medium aus, indem dieses in das Gas in Form von Tröpfchen eingesprüht wird. Indessen wird es vorgezogen, ein verdampfungsfähiges (in Dampf I überführbares) Medium zu verwenden, das während des Injizierens in das Arbeitsgas in Naßdampf (vapour = Dampf I) übergeht.

Um Mißverständnisse zu verity^!.den, werden nachstehend einige, in dieser Beschreibung verwendete Ausdrücke näher erläutert. Das Gas, in welchss Wärmaübertragungsmedium injiziert wurde, wird nachstehend allgemein als "feuchtes Gas" (wet gas) bzw. "nasses Gas" bezeichnet. Gas, in welches Wärmeübertragungs~ medium noch nicht injiziert wurde, wird hernach als "trockenes Gas" bezeichnet. Das injizierte Medium kann in dem Gas in flüssiger oder Dampf-Phase (vapour = Dampf I bzw. Nebel) anwesend sein.

Das Erhitzen des flüssigen Mediums und seine Injektion läßt sich auf verschiedene unterschiedliche Arten und Weisen durchführen. Im allgemeinen umfaßt der Wärmeaustauscher einen Kraftstoff-Brenner zur Erhitzung des flüssigen Mediums.

Zunächst läßt sich das flüssige Medium in einem kompakten Wärmetauscher auf hohen. Druck und hohe Temperatur (d.h. auf hohe innere Energie) erhitzen, beispielsweise einer Schlange aus einem Rohr mit geringem Durchmesser.

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Da, ein solches Rohr mit geringem Durchmesser hohe Drücke aushalten kann, ist es möglich, das Medium bis zu seinem kritischen Punkt zu erwärmen. Für besondere Anwendungsfälle , wenn eine große Wärmemenge übertragen werden muß, kann es zweckmäßig sein, das Medium auf eine Temperatur und einen Druck oberhalb des kritischen Punktes zu erhitzen. Danach wird das heiße, unter Druck stehende Medium in das Gas in einer Mischkammer injiziert. Ein nicht verdampfbares (non-vapourising) Medium wird vorzugsweise mittels eines "atomisierenden" Injektors injiziert. Der innere Energieinhalt des Mediums wird aus den heißen flüssigen Tröpfchen sehr schnell auf das Gas übertragen, wodurch dessen Druck schnell ansteigt. Das erhitzte und unter Druck stehende feuchte Gas wird dann in den Arbeitsraum eingespeist, in dem es expandiert (üblicherweise polytropisch, d.h. nicht adiabatisch) und dabei den Rotor antreibt.

Nach einem zweiten besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird auf die Mischkammer verzichtet, und es wird das heiße, unter Druck stehende flüssige Medium, das zuvor im Wärmetauscher erhitzt worden war, direkt in den Arbeitsraum injiziert. Somit wird eine Ladung trockenen Gases allgemein in den Arbeitsraum bei dessen größtem Volumen eingeführt und während der nachfolgenden halben Umdrehung adiabatisch verdichtet. Sobald der Arbeitsraum etwa

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sein kleinstes Volumen erreicht hat, wird heißes, unter Druck stehendes flüssiges Medium in das komprimierte und erhitzte Gas injiziert, um den Druck des Gases noch weiter zu steigern. Das heiße, unter Druck stehende Gas expandiert, und kühlt sich während der anschließenden halben Umdrehung. Sobald der Arbeitsraum annähernd sein größtes Volumen erreicht hat, läßt man das Gas aus dem Arbeitsraum entweichen.

Vorzugsweise dient als Wärmaübertragungsmedium eine verdampfbare Flüssigkeit, wie z.B. Wasser, welche Flüssigkeit unmittelbar nach dem Injizieren in den Arbeitsraum wenigstens teilweise in Dampfform (vapour = Dampf I bzw. Nebal) übergeht, Dadurch erfolgt ein sehr schneller Wärmeübergang zwischen dem heißen Wasserdampf (Dampf I) und dem Gas.

Hieraus ist zu ersehen, daß nach diesem Ausführungsbeispiel das injizierte flüssige Medium im wesentlichen als wärmeübertragende Flüssigkeit dient, die es dem verdichteten Gas ermöglicht, dia latente innere Energie (interne Energie) in mechanische Arbeit umzusetzen. Wenn ein verdampfungsfähiges Medium verwendet wird, ist der Prozeß der Wärmeübertragung besonders wirkungsvoll, vorausgesetzt, daß der überwiegende Anteil des Dampfes (Dampf I) den Arbeitsraum in seiner flüssigen Phase verläßt, so daß die latente Verdampfungswärme nicht verlorengeht.

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Von einer Dampfmaschine unterscheidet sich der Erfindungsgegenstand insofern, als das Medium, seine flüssige Form beibehält und nicht in die Dampfform übergehen (vaporisieren) kann, bis es in das Gas eingespritzt wird. Dies ist ein wesentlicher Unterschied gegenüber einer Dampfmaschine, bei der selbst im Falle der Anwendung eines Kessels für Augenblicksverdampfung das Wasser in den Arbeitszylinder immer in der Form von echtem Dampf (steam = Dampf II) gelangt. Da es bei einer herkömmlichen Dampfmaschine in Wirklichkeit immer notwendig ist, den Dampf zu überhitzen, um Wassertröpfchen zu beseitigen, ist es bei einer bekannten Dampfmaschine nicht möglich, flüssiges Wasser direkt in den Zylinder einzusprühen (to flash), weil dies zu Wasserausfall in Form von Tröpfchen im Zylinder führen würde. Demgegenüber kann bei der erfindungsgemäßen Maschine die Anwesenheit von Wassertropfchen im Arbeitsraum toleriert werden. Tatsächlich ist es in einigen Fällen wünschenswert, Stator und/oder Rotor so zu bauen, daß nach dem Auspuffen etwas flüssiges Medium in dem Arbeitsraum verbleibt. Aus diesem Grunde kann es vorteilhaft sein, im Kolben oder Zylinder geeignete Ausnehmungen vorzusehen.

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Es ist notwendig, daß das erhitzte Medium, vor der Injektion in seiner flüssigen Phase verbleibt« Obwohl dieses sich durch die Anwendung geeigneter Sensoren erreichen läßt, um sicherzustellen, daß die Temperatur bei einem gegebenen Druck niemals den Siedepunkt der Flüssigkeit übersteigt, hat der Erfinder ermittelt, daß die Wärmezufuhr das Medium nicht veranlaßt zu sieden, wenn ein ständiges Fließen des flüssigen Mediums durch den Wärmetauscher mittels einer genügend großen Öffnung aufrechterhalten wird. Somit lassen sich durch zweckmäßige Wahl der Dimension der Mündung komplexe Temperatur- und Druck-Sensoren vermeiden. Selbstverständlich ist die erwähnte Mündung Teil der injizierenden Mittel, durch welche das flüssige Medium in das Gas injiziert wird. Somit ist es möglich, die Leistungsabgabe der Maschine einfach dadurch zu steuern, daß die Wärmezufuhr zum Brenner geregelt wird, was beispielsweise durch Steuern der Kraftstoffzufuhr in den Brenner (bei einer konstanten Injektionsrate des Flüssigkeitsvolumen) erfolgt.

üblicherweise wird das Wärmeübertragungsmedium aus dem Auspuffgas wiedergewonnen, nachdem das Gas aus dem Arbeitsraum ausgestoßen v/urda. Das wiedergewonnene Medium, das immer noch etwas erwärmt ist, kann erneut in den Wärmetauscher eingespeist werden, so daß der Wärmeinhalt des Mediums nicht verloren ist. Derart dient das Medium

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lediglich als wärmeübartragende Flüssigkeit und wird
keineswegs verbraucht.

Wasser ist ein bevorzugtes Wärmeübertragungs-Fluid, nicht nur weil es verdampfbar ist, sondern weil es auch eine
thermische Leitfähigkeit hat, die im Vergleich zu anderen Flüssigkeiten hoch liegt, beispielsweise im Vergleich mit wärmeübertragenden ölen. Darüber hinaus kann es zweckmäßig sein, was jedoch später noch erläutert wird, Mittel vorzusehen, um Wasser aus den Verbrennungsabgasen des Brenners zu gewinnen. Dadurch ist es nicht erforderlich, Wasser
nachzufüllen, da dieses von dem Wasser gewonnen wird, das durch die Verbrennung im Brenner anfällt. Selbstverständlich ist es möglich, auch andere Flüssigkeiten zu verwanden,
beispielsweise Quecksilber, das eine thermische Leitfähigkeit aufweist, die zehnmal größer ist als diejenige von Wasser oder auch Natrium. Indessen hat Quecksilber sehr ernst zu nehmende Nachteile, beispielsweise hohe Kosten sowie
Giftigkeit. Sofern Wasser verwendet wird, kann zweckmäßigerweise ein öl zugesetzt werden, um eine Dispersion, Emulsion oder eine Lösung zu bilden, die zur Schmierung des Motors beiträgt.

Die Arbeitsleistung des Motors läßt sich dadurch regeln,
daß dia Menge des flüssigen Mediums, das injiziert wird,
geregelt wird. Dies kann beispielsweise mittels einer

variablen Verdrängerpumpe erfolgen. „„^_Tm

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Bai .einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird als Arbeitsgas ein Gas verwendet, das in der Lage ist, am Verbrennungsprozeß im Brenner aktiv teilzunehmen. Auf diese Weise ist es möglich, die interne Energie des aus dem Arbeitsraum ausgestoßenen Gases wiederzugewinnen. Das genannte Gas kann ein Gas sein, das die Verbrennung unterstützt, wie z.B. Sauerstoff, Luft oder ein anderes sauerstoffhaltiges Gas, oder ein Stickstoffoxid (nitrous oxide). Alternativ kann vorteilhafterweise als Gas ein brennbares Gas gewählt werden. Geeignet sind viele bekannte brennbare Gase, wie beispielsweise gasförmige Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid oder Wasserstoff. Es kann auch das gesamte oder ein Teil des Auspuffgases wieder in den Brenner eingespeist werden.

Als Brennstoff für den Brenner stehen flüssige Brennstoffe, wie Benzin, Heizöl, flüssige oder gasförmige Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Holz, Kohle oder Koks zur Verfügung.

In vorteilhafter Weise werden die verschiedensten Mittel angewandt, um Wärme rückzugewinnen. So kann der ganze Motor in einem wärmeisolierten Gehäuse eingeschlossen sein. Es können zweckmäßigerweise Wärmetauscher zusätzlich vorgesehen sein, um Strahlungswärme zu erfassen und sie beispielsweise auf das komprimierte Gas zu übertragen, oder

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um .den Kraftstoff für den Brenner vorzuwärmen. Vorteilhafterweise wird auch die in den Brennerabgasen verbliebene Restwärme zurückgewonnen. Dies ist dadurch möglich, daß die Abgase durch eine Sprühkammer durchgeleitet werden, in der ein Flüssigkeitsstrahl durch das Abgas gesprüht wird. Zweckmäßigerweise verwendet man die gleiche Flüssigkeit, wie die in den Motor injizierte. Wenn man die Injektion eines verdampfbaren Mediums vorsieht, ist es vorteilhaft, die verdampfbare Flüssigkeit durch die Abgase zu sprühen, um die Wärme dieses Mediums dicht an ihren Siedepunkt heranzuführen, bevor das Medium in den Wärmetauscher eingeführt wird. Ferner ist im Falle, daß Wasser als injiziertes Medium verwendet wird, der Einbau einer Wassersprühkammer oder eines Kondensators vorteilhaft. In dieser Anlage kann Wasser aus den Abgasen des Brenners kondensiert werden, wodurch es nicht notwendig ist, Zusatzwasser in den Kreislauf einzuspeisen.

Im Vergleich zu bekannten Motoren ist die Konstruktion eines erfindungsgemäßen Motors in gewisser Hinsicht beträchtlich vereinfacht, insbesondere gegenüber Innenverbrennungsmotoren. So sind beispielsweise die Temperaturen _t mit denen man im Arbeitsraum rechnen muß, niedriger, so daß sich geringe Abdichtprobleme bei den Arbeitsräumen ergeben. Es ist anzumerken, daß mit dem erfindungsgemäßen Motor

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Leistung bei erheblich geringeren Temperaturen als bei einem Innanverbrennungsmotor gewonnen wird. Vor allem weist abar der herkömmliche Innenverbrennungsmotor einen erheblich geringeren thermischen Wirkungsgrad auf, was bedeutet, daß die Zylinder gekühlt werden müssen und daß Maßnahmen gegen ein "Fressen" erforderlich sind.

Da die Temperaturen im Motor verhältnismäßig niedrig liegen, beispielsweise bei 350 C, ist es im allgemeinen nicht erforderlich, die Zylinder aus Metall zu fertigen. Plastische Materialien, wie z.B. Polytetrafluoräthylen (PTFE), mit Silizium imprägniertes, glasfaserverstärktes Kunstharz, sowie andere in vergleichbaren Anwendungsgebieten übliche Kunststoffe sind besonders vorteilhaft wegen ihres geringen Preises und ihrer leichten Anwendbarkeit. Bei, einigen Ausführungsbeispielen kann die Anwendung von plastischen Materialien mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit insofern vorteilhaft sein, daß der Bereich des Stators, bei dem Wärme in den Arbeitsraum eingeführt wird, eine verhältnismäßig hohe Temperatur beibehalten kann, während der Bereich des Gasauslasses eine verhältnismäßig niedere Temperatur aufweist. Es lassen sich auch andere wärmeisolierende Materialien anwenden, wie z.B. Holz oder keramische Stoffe.

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Die Leistung wird dem Motor mittels einer Welle entnommen, mit welcher der Rotor fest verbunden ist. Es ist hervorzuheben, daß der Motor bei hohen Drehzahlen betrieben werden kann. Dadurch ist er beispielsweise besonders geeignet als kleinerer Motor, beispielsweise für den Antrieb eines Kraftfahrzeuges oder dergleichen. Ferner ist der Motor besonders geeignet für andere Anwendungsfälle, bei denen es auf hohe Drehzahlen ankommt, wie z.B. bei der Erzeugung von Elektrizität.

Im Vergleich zu einer Dampfmaschine hat der erfindungsgemäße Motor einen erheblich geringeren Raumbedarf, und dies beruht u.a. darauf, daß kein gesonderter Hochdruckdampferzeuger erforderlich ist, weil erfindungsgemäß die Flüssigkeit in ihrer flüssigen Phase in einem erheblich kleiner zu bauenden Wärmetauscher erhitzt wird. An sich ist auch kein Kondensator erforderlich, obwohl jedoch ein Abscheider oder eine Sprühkammer zum Wiedergewinnes des Wassers zweckmäßig ist. Im Vergleich zu Innenverbrennungs· motoren ist der erfindungsgemäße Motor thermisch wirkungsvoller, sowohl wenn man die im Zylinder als Nutzleistung gewonnene Wärmemenge als auch wenn man die aus dem verbrannten Kraftstoff gewonnene Wärmemenge betrachtet. Dies beruht u.a. darauf, daß in einem herkömmlichen Innenverbrennungsmotor vollständige Verbrennung selten erreichbar

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ist.' Die Parameter des Brenners gemäß vorliegender Erfindung lassen sich optimieren, um nahezu vollständige Verbrennung des Betriebsstoffas im Brenner zu erzielen. Dadurch läßt sich auch Umweltverschmutzung in Form von unverbrannten Betriebsstoffen oder Kohlenmonoxid völlig eliminieren.

Gegenüber bekannten Gaskraftmaschinen ist erfindungsgemäß der gasbetriebene Wärmetauscher mit hohem Raumbedarf durch einen kompakten Erhitzer für das flüssige Medium ersetzt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie weitere erzielte Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen schematischen Zeichnung hervor. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine Rotationsmaschine mit äußerer Verbrennung in

schematischer Darstellung,
Fig. 2 den zur Maschine gemäß Fig. 1 gehörigen Wärmetauscher

in schematischer Schnitt-Darstellung, Fig. 3 eine Sprüh-Vorrichtung zum Kühlen des vom Brenner kommenden Verbrennungs-Gases,

Fig. 4 den Stator mit Rotor zur Maschine im Querschnitt, Fig. 5 Diagramme: Druck (P) über Volumen (V) und Temperatur (T)

über Entropie (S) zur Maschine gemäß Fig. 1 und Fig. 6 PV- und TS-Diagramme bekannter Zweitakt-Innenverbrennungsmaschinen.

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Die in Fig. 1 dargestellte Rotations-Maschine mit äußerer Verbrennung besteht aus einem Stator 1 mit zylindrischer Bohrung, einem hierin exzentrisch drehbar gelagerten Rotor 2, aus im Rotor verschiebbar angeordneten Schiebern 3, durch die Arbeitsräume P bestimmt sind und aus einem Kompressor C zum Einspeisen von verdichteter Luft in den Arbeitsraum P. Zur Anlage gehört ferner eine Pumpe X zum Einspeisen von Wasser unter Druck in den Erhitzer H und eine Sprühkammer (Diffusionskammer) S zum Besprühen ä?.r vom Brenner B kommenden Gase mit Wasser, um diese heißen Gase zu kühlen und zu waschen sowie um das Wasser vorzuwärmen. Wahlweise kann ein Vorwärmer pH zum Vorwärmen des zum Brenner geleiteten Brennstoffes vorgesehen sein, was hauptsächlich für schwere Heizöle in Betracht kommt. Schließlich dient ein Abscheider T zum Wiedergewinnen des Wassers aus dem "nassen" Abgas aus dem Arbeitsraum.

In einem Kompressor C wird atmosphärische Luft A verdichtet und durch einen Einlaß 50 in den Arbeitsraum P der Maschine eingeleitet. Der Arbeitsraum P hat hier deutlich sein größtes Volumen. Bei Drehung des Rotors 2 in Pfeilrichtung wird die Luft verdichtet, da das Volumen des Arbeitsraumes P

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abnimmt. Wann der Arbeitsraum sein kleinstes Volumen erreicht hat, wird durch Einlaß 52 hocherhitztes flüssiges Arbeitsmedium injiziert, um das komprimierte Gas im Arbeitsraum zu erwärmen.

Bei der Anlage gemäß Fig» 1 wird Wasser, das eine verdampfbare Flüssigkeit (in Dampf I überführbare Flüssigkeit) ist, als wärmaübertragendes Medium angewandt. Indessen können auch andere verdampfbare oder auch nicht-verdampfbare Flüssigkeiten Anwendung finden.

Das injizierte Wasser hat eine so hohe Temperatur und steht unter einem hinreichend hohen Druck, um in der flüssigen Phase zu verbleiben. Wenn das Wasser in den Arbeitsraum P injiziert wird, geht ein Teil des Wassers sofort in Nebelform (Dampf I) über und vermischt sich mit der komprimierten Luft. Es erfolgt ein sehr schneller Wärmeübergang, und es erhöht sich die Temperatur der komprimierten Luft. Weiteres Drehen des Rotors 2 ermöglicht eine Expansion des Gases unter Arbeitsleistung sowie unter Temperatur- und Druckermäßigung. Das Verdichtungsverhältnis liegt zwischen 5:1 und 10:1, vorzugsweise bei 6:1.

Bei noch weiterem Drehen erreicht der Arbeitsraum P den Auslaß 51, durch den das Gas aus der Maschine abgeleitet wird.

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Bei noch weiterem Drehen gelangt der Arbeitsraum wieder vor den Einlaß 50, worauf der Zyklus erneut beginnt.

Das aus dem Auslaß 51 nach außen strömende Gas enthält Flüssigkeitströpfchen und "Nebel" (Dampf I). Zum Wiedergewinnen der "Tröpfchen" als Flüssigkeit aus dem den Arbeitsraum P verlassenden "Gas" ist ein Abscheider T eingebaut.

Ausgestoßene Luft und wässriger Dampf (Dampf I) wird dann nach Passieren eines Wasserabscheiders D in einen Brenner B eingespeist. Alles Kondensat aus dem Wasserabscheider kehrt durch eine Leitung 7 zum Abscheider T zurück. Aus dem Abscheider T gelangt das Wasser zurück in den Wärmetauscher H

Die Wirkungsweise der Anlage ist folgendermaßen: Aus dem Abscheider T wird vorgewärmtes Wasser mittels einer Hochdruck-Pumpe X (z.B. eine "positive Kolben-Verdränger-Pumpe ") in eine Heizschlange H gefördert, die aus einem Rohr mit geringem Innendurchmesser gefertigt ist. Sodann wird das Wasser mittels des Brenners B auf hohe Temperatur bei hohem Druck erwärmt, beispielsweise 300 C und 86 bar. Im allgemeinen wird das Wasser auf eine Temperatur unterhalb seiner kritischen Temperatur und seinem kritischen Druck erwärmt (220,9 bar und 374° C). Der Druck

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soll' jedoch immer so liegen, daß das Wasser in seiner flüssigen Phase verbleibt, welches auch die Temperatur ist. Das heiße Druckwasser gelangt durch ein Rohr 50 und einen Einlaß 52 ins Innere des Stators 1. Der Einlaß 52 steht mit einem Paar dicht beieinanderliegender Schlitze 53 in Verbindung, die derart nebeneinander liegen, daß jederzeit höchstens einer von einem der Schieber 3 überdeckt sein kann. Hierdurch ist ein ständiges Einströmen in den Arbeitsraum der Stator/Rotor-Einheit sichergestellt (siehe Fig. 4) . Der mit einem eier Schlitze 53 in Verbindung stehende Arbeitsraum P enthält verdichtete und etwas erwärmte Luft, die vom Kompressor C durch den Einlaß eingespeist wurde. Beim Eintritt in den Arbeitsraum P geht ein Teil des heißen unter Druck stehenden Wassers unverzüglich in "Nebel"-Form (Dampf I) über, wodurch bei konstantem Volumen (z.B. entsprechend der Linie bc in Fig. 5) der Druck sich erhöht. Die heiße, unter Druck stehende Luft expandiert unter Drehen des Rotors 2 in Pfeilrichtung, bis der Arbeitsraum P dem Auslaß 51 gegenübersteht. Dies entspricht der Linie cd in Fig. 5 und führt unter Druck- und Temperatur-Verminderung zu einer Volumen-Vergrößerung. Der kondensierende wässrige Dampf (Dampf I) gibt seine latente Verdampfungswärme ab. Das entweichende Gas gelangt dann über den Abscheider T zum Brenner.

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Fig.' 2 zeigt den Aufbau des Wärmetauschers, der in sich die Heizschlange H und den Brenner B vereinigt. Der Wärmetauscher umfaßt innere und äußere koaxiale Buchsen 60 und 61, die einen zweifachen Weg für die Verbrennungsgase vom Brenner bilden. Die Außenseite des Wärmetauschers ist mit einer Wärmeisolation 64 verkleidet. Ferner ist eine Brennstoff-Einspeis-Düse zum Verbrennen von Kraftstoff F in Luft A eingebaut, die durch einen Lufteinlaß zugeführt wird. Durch die Heizschlange H fließt Wasser W. Die Heizschlange besteht aus einer inneren Spirale 62 und einer äußeren Spirale 63. Wie Pfeile anzeigen, strömt das Wasser W von der inneren Schlange 62 an der Stelle höchster Temperatur des Brenners in die äußere Schlange Das heiße, unter Druck stehende Wasser fließt danach durch eine Leitung 50 zum Injizieren in den Arbeitsraum P.

Der Erhitzer ist zweckmäßigerweise mit Temperatur- und Druck-Fühleinrichtungen ausgestattet, um sicherzustellen, daß die Flüssigkeit im Erhitzer immer in der flüssigen Phase verbleibt und nicht verdampft (vaporisiert). Um dieses Ziel zu erreichen, bedürfen Druck und Temperatur erfahrungsgemäß keiner feinfühligen überwachung. Vorausgesetzt, daß der Erhitzer in Verbindung mit einer öffnung steht, durch welche die Flüssigkeit ständig fließen kann (z.B. eine der Einlaß-Düsen 53), führt die Zufuhr von

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zusätzlicher Wärme im Erhitzer H zwar zu einem Anstieg von Druck und Temperatur, bringt aber - wenigstens im Fall von Wasser - die Flüssigkeit nicht zum Sieden. Natürlich ist es nötig, daß die öffnungen (oder Düsen 53) entsprechend dimensioniert sind, so daß das nötige Druck-Differential hier aufrechterhalten wird.

Dadurch kann die Leistung der Maschina lediglich durch Regeln der durch den Brenner B zugeführten Wärmemenge gesteuert werden.

Fig. 3 zeigt eine Sprüheinrichtung zum Kühlen und Waschen der Abgase aus dem Brenner B, wodurch Wärme und Verbrennungswasser zurückgewonnen wird. In einer Sprühkammer 17 befindet sich ein Trichter 18, auf den Wasser aus einer Brause 41 so gesprüht wird, daß es den heißen Abgasstrom durchsetzt. Die Abgase werden durch einen Einlaß 19 so zugeführt, daß sie tangential um die Kammer strömen, bevor sie als kalte Abgase durch den Auslaß 20 ausströmen. Somit passieren die Abgase zunächst durch die Brause-Flüssigkeit und danach durch einen Wasservorhang, der durch die Mittelöffnung des Trichters 18 fließt. Vorzugsweise werden die Abgase unter 100° C heruntergekühlt, um die lantente Verdampfungswärme zurückzugewinnen, die in der "feuchten" Auspuffluft enthalten ist, sowie um das bei der Verbrennung

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entstehende Wasser zu erhalten. Wasser von 100° C gelangt durch einen Auslaß 21 nach außen, bevor es über die Meß-Pumpe X in den Wärmetauscher eingespeist wird. Sofern erforderlich, kann kaltes Speisewasser W durch ein Schwimmerventil 40 nachges.peist werden, damit am Boden der Sprühkammer ständig ein gleichbleibender Wasserstand erhalten bleibt. Zum Rückführen des Wassers zum Sprühkopf, ' um es auf seinen Siedepunkt zu bringen, dient eine RückSpeisepumpe R und eine zugehörige Leitung 22. Sofern jedoch in der Praxis die Abgase unter 100° C heruntergakühlt werden sollen, kann notwendig werden, am Auslaß das Wasser mit einer merklich niedrigeren Temperatur, z.B. 50° C zu entnehmen .

Fig. 4 zeigt im einzelnen die Konstruktion der Rotor/Stator-Einheit. Für Temperaturen von bis zu mehreren Hundert Grad Celsius, kann die Einheit aus geeigneten Kunststoffen gebaut werden. Dadurch kann die Einheit genügend leicht und kostengünstig hergestellt werden. Sofern jedoch ein besserer thermischer Wirkungsgrad bei höheren Temperaturen erwünscht ist, sollten andere geeignete Materialien, wie Metalle, Verwendung finden. Der Rotor 2 ist im zylindrischen Innenraum des Stators exzentrisch gelagert. An beiden Enden des Innenraumes ist eine übliche Dichtung vorgesehen, so daß der Rotor gegenüber dem Stator dicht ist. Jeder Schieber

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im Rotor 2 ist in einem zugehörigen Schlitz 5 4 gleitbar gehalten und mittels Federn 55 (nur eine ist dargestellt) radial nach außen gedruckt. Dar Rotor ist mit einer drehbar gelagerten, nicht dargestellten Welle fest verbunden, die Leistung nach außen abgibt.

Der Einlaß 52 zum Eingeben der erhitzten, unter Druck befindlichen Flüssigkeit in den Arbeitsraum endet in einem Paar benachbarter Schlitze 53 in der Stirnwand des zylindrischen Innenraumes des Stators. Durch den Einbau von einem Paar Schlitze ist sichergestellt, daß auch bei überdeckung eines Schlitzes durch einen Schieber ständig durch den zweiten Schlitz 53 Flüssigkeit eingespritzt werden kann. Dadurch ist die Kontinuität der Strömung der zugeführten Flüssigkeit vom Erhitzer H bewirkt, Stöße (Wasserschlag) bei der Hochdruck-Flüssigkeit sind dadurch unterbunden. Unabhängig davon, welcher Arbeitsraum gerade dem Einlaß-Schlitz 53 gegenüberliegt, fließt die Flüssigkeit kontinuierlich durch den Einlaß 52. Es ist also kein komplizierter Injektor erforderlich.

Verdichtete Luft gelangt in den Arbeitsraum durch den Einlaß 50, der direkt in den Innenraum des Stators mündet. Da nacheinander jeder Arbeitsraum P dem Einlaß 50 gegenüberliegt, wird jeder Raum P mit Druckluft vom Kompressor C versorgt.

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Der Aufbau des Auslasses 51 ist ähnlich demjenigen des Einlasses 50. Auch der Auslaß 51 mündet direkt in den Innenraum des Stators und leitet Gas aus dem jeweiligen Arbeitsraum P beim Drehen des Rotors nach außen.

Die Lösung nach Pig. 4 ist auch insofern vorteilhaft, als es wünschenswert ist, Einlaß 50 und Auslaß 51 so kühl wie möglich zu halten, damit die Auslaßtemperatur des Auspuffgases niedrig liegt. Hingegen wird die Stator-Temperatur im Bereich des Einlasses 52 für die heiße Druckflüssigkeit so hoch wie möglich gehalten. Hierdurch ist der thermische Wirkungsgrad verbessert, da die Leistung des Motors von der in den Arbeitsraum gelangenden Wärme abhängt. Die Verwendung eines Materiales mit niederer Temperaturleitfähigkeit, wie Plastik, für den Stator 1, ermöglicht das Aufrechterhalten einer größeren Temperatur-Differenz zwischen Ein- und Auslaß 50, 51 einerseits und dem Einlaß 52 für die heiße Flüssigkeit andererseits.

Um die Spülung zu verbessern, kann es zweckmäßig sein, Einlaß 50 und Auslaß 51 dicht zusammenzulegen, so daß für einen gewissen Zeitraum jeder Arbeitsraum mit beiden öffnungen gleichzeitig verbunden ist.

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Fig. 5 zeigt in etwas idealisierter Darstellung die thermodynamische Wirkungsweise des Motors gemäß Fig. Fig. 6 zeigt vergleichsweise die Arbeitsweise eines Zweitaktmotors.

Fig. 5 (i) ist das PV-Diagramm für den Fall, daß sehr wenig von dem injizierten Wasser in Dampf übergeht, wenn also dar größere Anteil in der flüssigen Phase in Tröpfchenform verbleibt. Dies wird dann der Fall sein, wenn die Verdainpfungsrate niedrig ist im Vergleich mit der Drehzahl des Rotors.

Fig. 5 (ii) sind theoretische PV- und TS-Diagramme für den Fall, daß das gesamte injizierte Wasser in die Gasphase (gaseous state) übergeht (vaporisiert). Dies wird bei einer langsam laufenden Maschine der Fall sein.

Gemäß Fig. 5 (i) wird Luft im Arbeitsraum P adiabatisch verdichtet (beispielsweise liegt die Gaskonstante annäherungsweise bei 1.39) gemäß der Kurve jab. Die Kompression erfolgt isotropisch und die Luft wird erwärmt. Bei konstantem Volumen wird Wasser in flüssiger Form

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injiziert, und es wird eine geringe Menge Wasserdampf (Dampf I) erzeugt, und zwar bei der gleichen Temperatur wie diejenige der verdichteten Luft, so daß eine Druckzunahme erfolgt gemäß Linie b_c. Sofern lediglich die Luft im Arbeitsraum betrachtet wird, erfolgt keine Veränderung in T, vorausgesetzt, daß das injizierte Wasser die gleiche Temperatur hat. Wenn der Rotor rotiert, expandiert die "feuchte Luft" gemäß der Kurve cd. Wegen der Anwesenheit von warmem Wasser in der flüssigen Phase in Tröpfchenform erfolgt die Expansion jedoch nicht adiabatisch sondern polytropisch (eine typische Gaskonstante liegt ~~—¹ zwischen 1.33 und 1.35), so daß die Kurve cd. in PV-Diagramm abgeflacht ist. Die Expansion bewirkt ferner ein Absinken von T und eine Zunahme von S. Anschließend wird das Gas aus dem Arbeitsraum ausgestoßen, so daß der Druck des Gases in dem Arbeitsraum entsprechend Linie da abfällt.

Das Ersetzen von heißer komprimierter ausgestoßener Luft durch eine Ladung kühlerer Luft bewirkt ein Abfallen sowohl von T als auch von S.

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u;, Ί

Fig.· 5 (ii) veranschaulicht, die Situation, wenn sämtliches Wasser plötzlich in die Dampf-Phase (Dampf I) übergeht. In diesem Fall ist der Druckanstieg gemäß Linie bc erheblich größer, aber es ist auch der Druckabfall entlang der Kurve cd erheblich schneller, da das Fehlen von Flüssigkeit in Form von Wassertröpfchen sicherstellt, daß die Luft nahezu adiabatisch expandiert. Somit ist die Arbeitsleistung (nämlich die Fläche abcd) in beiden Fällen (i) und (ii) die gleiche.

Die PV- und TS-Diagramme zeigen die theoretische Gleichgewichtssituation, wenn das ganze injizierte Wasser in Dampfform (Dampf I) übergeführt wird,d.h. bei einer langsam arbeitenden Maschine, wenn weniger Wasser injiziert wird, als erforderlich ist, uia den Sättigungsgrad der Luft zu erreichen. Der besseren Übersichtlichkeit halber ist die Temperatur des injizierten Wassers etwas geringer als die Temperatur der verdichteten Luft in dem Zylinder,

Wie zuvor, wird die Luft adiabatisch verdichtet (die Gaskonstante ist etwa 1.39) gemäß der Kurve ab bei konstanter Entropie. Typischerweise liegt der Druck P bei a bei 1 bar

und die Temperatur T beträgt 3OOK (27° C). Bei einem *" ei

Verdichtungsverhältnis von 6:1 nehmen der Luftdruck P. und die Temperatur T, bei b auf etwa 12 bar und 6O3K (330° ) zu.

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Danach wird flüssiges Wasser bei 573K (300° C) und 86 bar in die komprimierte Luft injiziert und geht vollständig in Dampfform (Dampf I) über. Um beispielsweise eine Leistung voi 10 PS zu erzeugen, werden bei b etwa 5 ml Wasser injiziert. Dies bewirkt eine Druckzunahme gemäß Linie bc (beispielsweise P = 25 bar) und eine Temperaturabnahme infolge des Injizierens des etwas kälteren Wassers (T = 586K entspr. 313° C). Wenn das Wasser die gleiche Temperatur hat wie die komprimierte Luft wird die Linie b£ im TS-Diagramm horizontal. Die Entropie-Abnahme längs bc der Luft in dem Zylinder rührt von den zusätzlichen Partialdrückcn des wässrigen Dampfes (water vapour) her.

Sobald der Arbeitsraum expandiert, expandiert auch das "feuchte Gas" (Gaskonstante etwa 1.34) entsprechend Linie cd zu einem Druck P, von etwa 2 bar und einer theoretischen

Temperatur T^ von etwa 319K (46° C). In Wirklichkeit ist infolge der Zustandänderungen, die der Theorie nicht ganz entsprechen, die Temperatur etwas höher, und zwar 80 bis 90° C.

Danach wird das Gas aus dem Arbeitsraum entsprechend da wie zuvor ausgestoßen und bewirkt ein Absinken von Temperatur, Druck, und Entropie des Gases im Arbeitsraum.

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Im TS-Diagramm zeigen P_& nach ?_d Kurven gleichen Druckes. Die Nettofläche der zwei geschlossenen Figuren in TS-Diagramm repräsentieren die der Luft zugeführte Wärme. Im dargestellten Fall wird diese negativ, da das Injizieren von Wasser dia Luft abkühlt. Sofern Wasser von der gleichen Temperatur wie die verdichtete Luft bei b zugeführt wird, löschen sich die Flächen der beiden geschlossenen Figuren im TS-Diagramm gegenseitig aus, d.h. es wird keine Wärme zugeführt.

Fig. 6 zeigt vergleichsweise den bekannten Zwaitakt-Zyklus, Dieser ist analog dem Zyklus gemäß (ii) wie zuvor. Die Linie ae repräsentiert das öffnen des Auslaßventiles vor dem Ende eines Taktes in einem herkömmlichen Zweitaktmotor.

Die Motoren mit äußerer Verbrennung ergeben einen hohen Wirkungsgrad. Theoretisch werden kalte Luft A und kaltes Wasser W (erforderlichenfalls) in den Motor eingegeben, und es wird kaltes Abgas ausgestoßen. Deshalb kann ein Großteil der Wärme aus dem Brenner in Arbeit umgewandelt werden.

Es ist zu bemerken, daß der erfindungsgemäße Motor eine sehr einfache Bauweise ermöglicht, da er keine Ventile benötigt und keine hochbelastbaren Materialien erfordert. Die hohen erreichbaren Drehzahlen machen den Rotationsmotor

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mit .äußerer Verbrennung in idealer Weise geeignet für die Verwendung in Fahrzeugen, in denen es auf ein gutes Verhältnis zwischen Leistung und Gewicht ankommt. Der erfindungsgemäße Rotationsmotor mit äußerer Verbrennung zeigt Leistung/Gewicht- und Leistung/Volumen-Werte, die Innenverbrennungsmaschinen vergleichbar sind, jedoch einen überlegenen thermischen Wirkungsgrad zeigen. Da es ferner möglich ist, die Verbrennungsbedingungen im Brenner optimal zu gestalten, ist es auch möglich, den Kraftstoff vollständig zu Kohlendioxid und Wasser zu verbrennen, wodurch Verunreinigungen durch Kohlenmonoxid oder unverbrannten Kraftstoff in den Auspuffgasen vermieden werden. Da ferner die Verbrennung praktisch unter atmosphärischem Luftdruck erfolgt, werden beim Verbrennungsprozess praktisch keine Stickstoffoxide erzeugt. Somit bietet dieser Motor gegenüber Motoren mit innerer Verbrennung nicht nur Verbesserungen im thermischen Wirkungsgrad sondern darüber hinaus auch noch hinsichtlich schädlicher Umweltverschmutzungen.

Außerdem kann der Motor eine Vielzahl von Kraftstoffen verwerten, beispielsweise Benzin, Heizöl, Kohlenwasserstoffe in Gas- oder Flüssigform (z.B. Methan, Butan und Propan), Alkohol ja sogar Festbrennstoffe, wie Kohle. Die Brennerparameter lassen sich so einregeln, daß tatsächlich eine völlige und schadstoffreie Verbrennung erfolgt. Ferner läßt sich dieser Motor so bauen, daß er ruhiger als herkömmliche Innenverbrennungsmotoren läuft.

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Claims

Anmelde:

30491

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THERMAL SYSTEMS LΙΛΙΓΓΕD, P.O. Box 309,

Grand Cayman, Cayman Islands, Britisch Westindien

Titel: Drehkolbenmotor, Verfahren zum Betrieb des Drehkolbenmotors und Bausatz mit Teilen des Drehkolbenmotors

P atentan Sprüche

Drehkolbenmotor mit äußerer Verbrennung und Energiezufuhr zu einem Arbeitsraum des Motors mit einem Wärmeübertragungsmittel, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

1.1 ein Stator, ein Rotor in dem Stator und ein von Stator und Rotor definierter Arbeitsraum, dessen Volumen bei umlaufendem Rotor zwischen einem Maximum und einem Minimum veränderbar ist,

1.2 Erwärmen des Wärmeübertragungsmittels außerhalb des Arbeitsraumes unter solchem Druck _f daß das Wärmeübertragungsmittel im flüssigen Zustand bleibt

1.3 ein gesteuerter Injektor zum Einbringen des aufgeheizten flüssigen Wärmeübertragungsmittels in den. Arbeitsraum derart, daß Wärmeübertragungsmittel schlagartig in Dampf- bzw. Gasform übertritt und der Rotor angetrieben wird.

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2. · Motor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

einen gesteuerten Auslaß am Stator zum Auslassen des wärmeübertragenden Mediums aus dem Arbeitsraum, wenn der Arbeitsraum zumindest nahezu sein größtes Volumen erreicht hat, und eine derartige Anordnung eines Injektors (52), daß erhitztes flüssiges Medium in das Gas injiziert wird, bevor oder nachdem das Gas zum Eintrömen in den Arbeitsraum (P) gebracht wurde.

3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor (52) derart im Stator (1) angeordnet ist, daß das erhitzte flüssige Medium direkt in das Arbaitsgas im Arbeitsraum (P) injiziertbar ist.

4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor (52) derart gesteuert ist, daß das erhitzte flüssige Medium dann injiziert wird, sobald der Arbeitsraum (P) die Stellung nahe seinem minimalen Volumen erreicht hat.

5. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß als Düse (51) in der Stator-Wand ausgebildet und daß diese Düse vom Rotor nicht überdeckt ist, wenn das Volumen des Arbeitsraumes sein Maximum erreicht.

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6. ' Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß eine Mischkammer mit einem Einlaß für das Arbeitsgas eingebaut und der Injektor in diese Kammer derart eingebaut ist, daß das erhitzte flüssige Medium in das Gas injizierbar ist, bevor "feuchtes Gas" in den Arbeitsraum eingeleitet wird.

7. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor eine Vielzahl von VorSprüngen aufweist, die zusammen mit der Innenwand des Stators die Arbeitsräume bestimmen.

8. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator eine Vielzahl von Nocken aufweist, die zusammen mit dem Rotor eine Vielzahl von Arbeitsräumen bestimmen.

9. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Stators (1) zylindrisch ist, daß der Rotor (2) im Stator exzentrisch und drehbar gelagert ist, daß der Rotor (2) mit mehreren sich radial erstreckenden und die Arbeitsräume begrenzenden Schiebern (3) versehen ist und daß die Schieber (3) zur Abdichtung gegen die

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Innenflächen des Stators (1) radial nach außen gedrückt sind.

10. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor zwei Einlasse (z.B. 53) aufweist und daß die Einlasse derart am Umfang (des Stators) von einander entfernt angeordnet sind, daß bei sich drehendam Rotor mindestens ein Einlaß jederzeit unverdackt bleibt.

11. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß um 180° Umdrehung von den Einlassen entfernt angeordnet ist.

12. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas vor dem Injizieren des erhitzten flüssigen Mediums verdichtet ist,

13. Motor nach Anpruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verdichten des Gases sin Rotations-Kompressor dient.

14. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Injektor

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eingebaut ist und daß das zu injizierende flüssige Medium so weit atomisiert wird, daß ein leichter Wärmeübergang auf das Gas möglich ist.

5.. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (H) aus mindestens einem das wärmeübertragende Medium führenden Rohr sowie einem das Medium in dem Rohr erhitzenden Brenner besteht und daß die Erhitzung des Mediums nur innerhalb seiner flüssigen Phase erfolgt.

16. Motor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsgas ein brennbares oder wenigstens ein die Verbrennung unterstützendes Gas angewandt wird und daß der Auslaß aus dem Stator mit dem Brenner so verbunden ist, daß aus dem Stator stammendes Gas in den Brenner eingespeist wird.

17. Motor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zum Wiedergewinnen des flüssigen wärmeübertragenden Mediums aus dem feuchten Auspuffgas zusätzlich ein Abscheider (T) eingebaut ist und daß dieser mit dem Stator-Auslaß verbunden ist.

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18.. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (H) ein zu einer Innenspirale (62) und einer koaxialen Außenspirale (63) gewickeltes Rohr aufweist und daß der Brenner (B) innerhalb der Innenspirale derart angeordnet ist, daß die heißen Verbrennungsgasa zunächst innerhalb der Innenspirale (62) und anschließend zwischen Innen- und Av-ßenspirale (63} strömt.

19. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdichtungsverhältnis mindestens 5:1 beträgt.

20. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß dar Stator und/oder der Rotor mindestens zum Teil aus einem wärmeisolierenden Material gefertigt sind und daß dieses Material aus den Gruppen Plastics, glasfaserverstärktes Kunstharz, Holz und. Keramik gewählt ist.

21. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekannzeichnet, daß eine Einrichtung zum Wiedergewinnen des ausgestoßenen Wärmeübertragungsmittels und zu dessen Wiedereinspeisen in den Wärmetauscher eingeschaltet ist.

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22.· Motor nach Anspruch 21 in Verbindung mit Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wiedergawinnungseinrichtung eine Sprühkammer (Diffusionskammer S) mit einem Einlaß für das Wärmeübertragungsmedium und einem mit dem Wärmetauscher verbundenen Einlaß für den Gasstrom gehört, daß eine Sprüheinrichtung zum Einsprühen des flüssigen. Wärmeübertraguxigsmediums in den vom Brenner kommenden Gasstrom zum Vorwärmen des flüssigen Mediums eingebaut ist und daß die Kammer ferner zum Einspeisen des Wärmeübertragungsmediums in den Wärmetauscher einen Auslaß sowie einen Auslaß für den Gasstrom aufweist.

23. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor zum kontinuierlichen injizieren des flüssigen Mediums gestaltet ist.

24. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Leistung des Motors durch Regeln des Volumens des injizierten flüssigen Wärmeübertragungsmediums steuernde Regeleinrichtung eingebaut ist«

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25. Motor nach Anspruch 24, dadurch gesteuert, daß als Regeleinrichtung eine variable Verdrängerpumpe eingebaut ist.

26. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche, die Leistung durch Regeln der Temperatur des injizierten Wärmeübertragungsmediums steuernde Regeleinrichtung eingebamt ist.

27. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß Stator und/oder Rotor derart gestaltet sind, daß nach dem Ausstoßen des Wärmeübertragungsmediums am Ende des Arbeitszyklus etwas flüssiges Medium im Arbeitsraum verbleibt.

23. Motor nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß Stator und/oder Rotor mit einer Ausnehmung für restliches flüssiges Medium versehen sind«,

29. Arbeitsverfahren für einen Drehkolbenmotor mit äußerer Verbrennung mit einem Stator, einem im Stator angeordneten Rohr, einem Arbeitsraum und einem Wärmeübertragungsmittel zur Energiezufuhr in den Arbeitsraum, ge kennzeichnet durch:

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29.1 Erwärmung des Wärmeübertragungsmittels außerhalb des Arbeitsraumes unter einem Druck, bei dem das Wärmeübertragungsmittel trotz Erwärmung flüssig bleibt,

29.2 Einbringen des flüssigen erwärmten Wärmeübertragungsmittels in den Arbeitsraum derart, daß zumindest ein Teil des Wärmeübertragungsmittels schlagartig verdampft und den Arbeitsraum vergrößert.

30. Verfahren nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch

30.1 Einführen des Arbeitsgases in den Arbeitsraum;

30.2 Zunehmenlassen des Volumens des Arbeitsraumes und Expandierenlassen des feuchten Gases unter Antreiben des Rotors in einem Expansionszyklus ;

30.3 Ausstoßen des Gases aus dem Arbeitsraum am Ende des Expansions-Zyklus;

30.4 Energieübertragen aus einem erhitzten _t flüssigen Wärmeübertragungsmedium auf ein Arbeitsgas;

30.5 Erzeugen eines solchen Druckes außerhalb des Arbeitsraumes, daß das Medium in seiner flüssigen Phase verbleibt, und

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30.6 Injizieren des erhitzten flüssigen Mediums, vor oder nach dem Einbringen in das Arbeitsgas, unter Erhöhen des inneren Energieinhaltes des Gases.

31. Verfahren nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch Verwenden von Wasser, öl. Natrium oder deren Gemische als Wärmeübertragungsmedium.

32. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 29 bis 31, gekennzeichnet durch Komprimieren des Arbeitsgases vor dem Injizieren des erhitzten flüssigen Mediums in das Gas.

33. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 29

bis 32, gekennzeichnet durch Injizieren des erhitzten flüssigen Mediums in das Arbeitsgas im Arbeitsraum.

34. Verfahren nach mindestens einem, der Ansprüche 29

bis 32, gekennzeichnet durch Injizieren des erhitzten flüssigen Mediums in das Arbeitsgas in einer Mischkammer vor dem Einführen des Gases in den Arbeitsraum.

35. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 34, gekennzeichnet durch Verfahrenstemperaturen und -drücken, daß mindestens ein Teil des injizierten flüssigen

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Mediums beim Injizieren in Dampf übergeht«

36. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 35, gekennzeichnet durch kontinuierliches Injizieren des flüssigen Mediums.

37. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß Druck und Temperatur des feuchten .Auspuffgases derart sind, daß das Wärmeübertragungsmedium vollständig in der flüssigen Phase ausgestoßen wird»

38. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 37, gekennzeichnet durch Verwenden eines brennbaren Gases oder eines die Verbrennung unterstützenden Gases als Arbeitsgas.

39. Verfahren nach Anspruch 38, gekennzeichnet durch Verwenden eines Brenners im Wärmeaustauscher und Einspeisen von Auspuffgas zum Verbrennen im Brenner*

40. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß das erhitzte flüssige Medium eine Temperatur und einen Druck hat, der oberhalb oder unterhalb des kritischen Punktes, aber über dem Siedepunkt bei atmosphärischem Druck liegt«

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41. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 40, gekennzeichnet durch Verwenden von Wasser als Wärmeübertragungsmedium und durch Zurückeinspeisen von aus den Auspuffgasen gewonnenem Wasser in den Motor-Kreisprozeß, durch Zuführen von Wärme in das Medium mittels eines Brennstoff-Luft-Brenners und durch Ersetzen von Wasserverlusten im Prozeß-Kreis auf durch Kondenswasser aus vom Brenner abströmenden Gas.

42. Eausatz aus Bauteilen zur Umwandlung einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung in eine Drehkolben-Brennkraftmaschine mit äußerer Verbrennung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 28, gekennzeichnet durch

42.1 eine Heizeinheit zum Heizen von Flüssigkeit unter Druck,

42.2 einen temperaturisolierten Stator und einen ebenfalls temperaturisolierten Rotor, wobei der Stator Auslässe für Flüssigkeit und Dampf aufweist,

42.3 eine Druckpumpe zur Zuführung von Flüssigkeit zur Heizeinheit,

42.4 einen Injektor zur Einbringung von Flüssigkeit in den Stator unter Druck,

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42.5 eina Zumeßvorrichtung zur Steuerung der in den Stator einzubringenden Flüssigkeitsmenge und

42.6 eine separate Kammer zur Aufnahme von nassem Abgas und zum Trennen von gesättigtem Naßdampf von Flüssigkeit.

43. Bausatz nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß der Satz in Kombination enthält:

- einen Wärmetauscher mit Kraftstoff-Luft-Brenner zum Erwärmen von Wasser unter Druck;

- einen wärmeisolierten Stator und Rotor, wovon der Stator einen Einlaß für Gas und einen Auslaß für feuchtes Auspuffgas aufweist;

- einen Kompressor zum Führen des Gases in den Stator;

- eine Druckpumpe zum Einspeisen von Wasser in den Wärmetauscher ?

- einen Injektor zum Injizieren von flüssigem Wasser unter Druck in den Stator;

- eine Meßvorrichtung zum Regeln des Volumens des injizierten Wassers; und

- einen Behälter zur Aufnahme von in den Kreislauf zurückzuführendem Wasser.

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