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DE3228082A1 - Kaeltemittelmotor - Google Patents

Kaeltemittelmotor

Info

Publication number
DE3228082A1
DE3228082A1 DE19823228082 DE3228082A DE3228082A1 DE 3228082 A1 DE3228082 A1 DE 3228082A1 DE 19823228082 DE19823228082 DE 19823228082 DE 3228082 A DE3228082 A DE 3228082A DE 3228082 A1 DE3228082 A1 DE 3228082A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cylinder
evaporator
piston engine
engine according
refrigerant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19823228082
Other languages
English (en)
Inventor
Heinz 7210 Rottweil Müller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE19823228082 priority Critical patent/DE3228082A1/de
Publication of DE3228082A1 publication Critical patent/DE3228082A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B29/00Machines or engines with pertinent characteristics other than those provided for in preceding main groups
    • F01B29/08Reciprocating-piston machines or engines not otherwise provided for
    • F01B29/10Engines
    • F01B29/12Steam engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K21/00Steam engine plants not otherwise provided for
    • F01K21/02Steam engine plants not otherwise provided for with steam-generation in engine-cylinders

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

  • Kältemittelmotor
  • Die Erfindung betrifft einen Kolbenmotor mit wenigstens einem durch Gasdruck oszillierend oder drehend angetriebenen, in einem Zylinder beweglich gelagerten Kolben sowie mit die taktgesteuerte Gaszufuhr und den Gasauslaß steuernden Ein- und Auslaßventilen.
  • Den bekannten Verbrennungsmotoren ist gemeinsam, daß sie meist umweltschädigende Abgase erzeugen, daß die Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Energie mit hohen Verlusten, insbesondere Wärmeverlusten verbunden ist, daß diese Verbrennungsmotoren einen verhältnismäßig niedrigen Wirkungsgrad und deshalb einen hohen Betriebsmittelverbrauch aufweisen und daß die Betriebsmittel, nämlich Benzin, Dieselöl oder Schweröl teuer sind und nicht unbegrenzt zur Verfügung stehen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Kolbenmotor der eingangs genannten Art zu schatten, der mit billigeren Betriebsmitteln auskommt, einen höheren Wirkungsgrad aufweist, bei dem billigere, unbegrenzt zur Verfügung stehende und ohne schädliche Abgasemission verbrennende Kraftstoffe verwendet werden können, bei dem darüberhinaus die Umgebungstemperatur in gewissen Grenzen für den Betrieb mitnutzbar gemacht werden kann und der geräuscharmer arbeitet.
  • Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß als unrittelbar antreibend auf den Kolben einwirkender Treibstoff ein Kältemittel verwendet wird, welches sich in einem geschlossenen Kreislautsystem befindet, das außer dem Zyltnderhubraum einen Verf lüssiger und eine extern beheizte Verdamptungseinrichtung sowie eine Einspritzvörrichtung zum Einspritzen flüssigen Kältemittels in den Zylinderhubraum oder in eine mit dem Zylinderhubraum verbundene Verdampferkammer aufweist.
  • Für die Verwendung als Treibstoff kommen grundsätzlich alle Arten von nichtbrennbaren und nicht explosiven Kältemitteln in Frage, so z. B. organische Stoffe wie Schwefeldioxyd S09, chlorid (CH2 Cm2), Monofluordichlormethan (CHFC12) oder Trifluordichloräthan (C2 F3 C13). Verwendet man Kältemittel mit sehr niedriger bzw. negativer Siedetemperatur (unter null Grad C) so kann der wärmeren Umgebungsluft Wärme entzogen und diese zum Betrieb des Motors nutzbar gemacht werden. Als Lieferant von Wärmeenergie, d. h. als Betriebsmittel können beliebige brennbare Stoffe verwendet werden. Zu bevorzugen sind in diesem Zusammenhang jedoch flüssige oder gasförmige Brennstoffe, die leicht zu transportieren, gegebenenfalls in einem Fahrzeug mitführbar oder selbst über Gasentwickler herstellbar sind. wie z. B. Acetylen, die in großen Mengen zu niedrigen Preisen zur Verfügung stehen und die darüberhinaus möglichst rückstandsfrei verbrennen und somit umweltfreundlich sind. Da das Wärmeenergie in mechanische Energie umwandelnde Kältemittel sich in einem geschlossenen Kreislaufsystem befindet, treten die bei dem Verbrennungsmotor auftretenden Explosions- bzw. Abgasaustrittsgeräusche nicht auf, so daß insgesamt ein wesentlich leiseres und weicheres Arbeiten des Kolbenmotors gewährleistet ist In analoger Weise zu den bekannten Verbrennungsmotoren kann ein solcher Kältemittelmotor, in dem keine Verbrennung sondern lediglich das Wechselspiel zwischen Verdampfen und Verflüssigen des Kältemittels durch Wärmezufuhr, Kompression, Wärmeentzug und Expansion stattfindet, sowohl nach dem Zweitakter- als auch nach dem Viertakterprinzip arbeiten.
  • Für einen nach dem Zweitakterprinzip arbeitenden Kolbenmotor nach der Erfindung ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die extern beheizte Verdampiungseinrichtung einen in der Verdampfungskammer angeordneten Brennraum aufweist.
  • Dabei befindet sich die Verdampfungskammer vorzugsweise im Kopfteil des Zylinders.
  • Ein weiteres wesentliches Erfindungsmerkmal besteht darin, daß der Zylinderhubraum durch ein Auslaßventil und über einen Auslaßkanal mit dem Verflüssiger verbunden ist.
  • Wichtig ist auch, daß die Einspritzung des flüssigen Kältemittels in den Zylinderhubraum bzw. in die Verdampfungskammer jeweils am oder gegen Ende der Kompressionsphase des Kolbens erfolgt. Damit zur Erreichung einer ausreichend hohen Kompressionstemperatur genügend Kältemitteldamp: im Zylinder verbleibt, wenn der Kolben bei der Zweitaktarbeitsweise seine Aufwärtsbewegung ausführt, ist wichtig, daß das Auslaßventil nur während eines ersten Teils der Jeweils auf einen Arbeitshub folgenden Aufwärtsbewegung geöffnet ist.
  • Um einerseits eine quasi kostenlose Stromquelle zu haben und andererseits der jeweils aus dem Zylinder in den Verflüssiger zurückströmenden Kältemittelmenge Energie zu entziehen ist weiter vorgesehen, daß sich im Auslaßkanal ein Turbogenerator befindet, der die elektrische Leistung für eine Glühstiftkerze und/oder andere elektrische Verbraucher z. B. für den Motor einer Einspritzpumpe oder eines Ventilators liefert.
  • Eine nach dem Viertakterprinzip arbeitende Variante des erfindungsgemäßen Kolbenmotors ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfereinrichtung einen außerhalb des Zylinders angeordneten und über ein Einlaßventil mit dem Zylinderhubraum verbundenen, mit einer externen Heizeinrichtung versehenen Verdampfer aufweist, aus welchem das verdampft Kältemittel in den Zylinderhubraum angesaugt wird, und daß in das im Zylinderhubraum verdichtete gasförmige Kältemittel aus dem mit dem Auslaßventil verbundenen Vertltssiger eine zusätzliche Menge flüssigen Kältemittels eingespritzt und verdampft wird.
  • Um durch die Einspritzung des flüssigen Kältemittels in das im Zylinder bereits komprimierte gasförmige Kältemittel eine möglichst kraftvolle, d. h. schnelle Expansion mit hohem Arbeitsdruck zu erzielen, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung für die Einspritzung der flüssigen Kältemittelmenge im Zylinder eine Vorkammer mit einer z.B.
  • Glühstiftkerze vorgesehen, die#mit einer Temperatur von ca. 10000 C und einer Leistung von 120W arbeitet. Zum gleichen Zweck ist es von Vorteil, wenn die progressiv gestaltete Einspritzung des flüssigen Kältemittels mit hohem Druck und in feiner Zerstäubung erfolgt. Dies gilt gleichermaßen für beide Arbeitsprinzipien.
  • Um einen guten Wärmeaustausch zwischen dem verbrennenden Brennstoff und dem zu verdampfenden Kältemittel zu erzielen, ist der Verdampfer mit einem Brennraum zum Verbrennen des die Verdampfungswärme erzeugenden Brennstoffes .versehen.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das ilüssige Kältemittel mittels einer Pumpe aus dem Verflüssiger in den Verdampfer eingespritzt.
  • Zur Erhöhung des Wirkungsgrades ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der Verdampfer und der Verflüssiger räumlich nahe beieinander angeordnet sind und daß zwischen ihnen mittels eines Ventilators ein äußerer Wärmeaustausch stattfindet. So kann beispielsweise erreicht werden, daß die im Verf lüssiger durch die Verflüssigung des Kältemittels frei werdende Wärme durch einen entsprechend geführten Luftstrom an den Verdampfer geführt und dort zur Verdampfung des Kältemittels mitgenutzt wird.
  • Je nach verwendetem Kältemittel, d. h. je nach Siedetemperatur des verwendeten Kältemittels kann es zur Stabilisierung der Betriebsverhältnisse erforderlich bzw.
  • zweckmäßig sein, die Wärmezufuhr im Verdampfer in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur und/oder leistungsabhängig zu steuern. Dabei kann der Verdampfer mit einer elektrischen, in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur gesteuerten Zusatzheizung versehen sein. Auch die Steuerung des Brenners erfolgt lastabhängig, d. h. ieistungsbezogen.
  • Anhand der Zeichnung wird nun im folgenden die Erfindung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine vereinfachte schematische Schnittzeichnung eines nach.dem Viertaktprinzip arbeitenden Kältemittelmotors Fig. 2 eine schematische Schnittzeichnungteiner anderen Ausführungsform eines nach dem Viertaktprinzip arbeitenden Kältemittelmotors Fig. 3 eine vereinfachte schematische Schnittzeichnung eines nach dem Zweitaktprinzip arbeitenden Kältemittelmotors.
  • Bei beiden in den Fig. i und 2 dargestellten Hubkolbenmotoren ist jeweils auf herkömmliche Weise in einem Zylinder 2 ein Hubkolben 1 angeordnet, der über ein Pleuel 3 mit einer Kurbelwelle 4 in Verbindung steht. Der Zylinderkopf 5 weist ein Einlaßventil 6 und ein Auslaßventil 7 auf, die beide wie bei einem herkömmlichen Verbrennungsmotor von einer nicht dargestellten Nockenwelle über Stößel 8 und Kipphebel 9 gesteuert werden.
  • Ein Ansaugrohr 10 steht mit einem Verdampfer 11 in Verbindung, während ein Auslaßkanal 12 mit einem Verflüssiger 13 in Verbindung steht. Im unteren Bereich des Vertlüssigers 13 befindet sich ein Sammelbehälter 14, der durch eine Rohrleitung 15 und eine Pumpe 16 mit dem Verdampfer 11 verbunden ist. Im Zylinderkopf 5 befindet sich ausser den beiden Ventilen 6 un 7 eine Einspritzdüse 17, die über eine Leitung 18 und eine Einspritzpumpe 19 mit dem Sammelbehälter 14 des Verflüssigers 13 in Verbindung steht. Der Verflüssiger 13, der Verdampfer 11 und der Zylinder 2 bilden in Verbindung mit dem Ansaugrohr 10, dem Anslaßkanal 12 und der Rohrleitung 15 mit der Pumpe 16 ein geschlossenes Kreislaufsystem, in dem sich ein Kältemittel, z. B. Methylenchlorid (CH2 C12) befindet.
  • Der Verdampfer 11 ist mit einer Wärmequelle in Form einer Brennerdüse 20 versehen, die lastabhängig gesteuert wird und die beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 in einer Brennerkammer 21 untergebracht ist und die an eine nicht dargestellte Brennstoffquelle angeschlossen ist, aus welcher flüssiger oder gasförmiger Brennstoff z. B. Alkohol, Acetylen, Flüssiggas, Äther, Wasserstoff oder dgl. zugeführt und zur Verdampfung bzw. Erhitzung des Kältemittels im Verdampfer verbrannt wird. Dabei ergibt sich folgende Funktionsweise des Kältemotors in einem Viertakt-Zyklus: Beim Abwärtshub des Hubkolbens 1 und geöffnetem Ansaugventil 6 wird Kältemitteldampf aus dem Verdampfer lt in den Zylinder 2 angesaugt. Bei dem darauffolgenden Auiwärtshub des Hubkolbens i und geschlossenen Ventilen 6 und 7 erfolgt eine Verdichtung und damit auch eine starke Erhitzung bis ca. 1000°C und darüber des gasförmigen Kältemittels im Zylinder. Etwa bei Erreichen des oberen Totpunktes wird bewirkt durch die Einspritzpumpe 19 eine bestimmbare und regelbare, leistungsbezogene Menge flüssigen Kältemittels in den Zylinder unter hohem Druck fein zerstäubt progressiv eingespritzt, wobei es durch die hohe Temperatur des hochverdichteten Kältemitteldampfes explosionsartig restlos verdampft wird. Dadurch entsteht eine erhebliche Gasvermehrung und somit eine Drucksteigerung der eingeschlossenen Gasladung, welche den Arbeitshub des Kolbens bewirkt. Etwa bei Erreichen des unteren Totpunktes wird das Auslassventil 7 geöffnet, so daß sich die Gasladung entspannen und durch die Auslassleitung 12 in den Verflüssiger 13 strömen kann wo es wieder verflüssigt wird.
  • Da bei dem Verfldssigungsvorgang Wärme frei wird, die zur nachfolgenden Verdampfung wieder Verwendung finden kann, sind der Verdampfer 11 und der Verflüssiger 13 räumlich nahe beieinander angeordnet, und es ist ein Ventilator 22 vorgesehen, der, von der Kurbelwelle 4 angetrieben, einen äusseren Wärmeaustausch zwischen dem Verflüssiger 13 und dem Verdampfer 11 bewirkt, d. h. die vom Verflüssiger 13 abgegebene Wärme an den Verdampfer 11 führt.
  • In herkömmlicher Weise sind sowohl der Verdampfer 11 als auch der Verflüssiger 13 mit Kühlrippen bzw. großen Wärmeaustauschflächen versehen, die in der Zeichnung nicht näher dargestellt sind. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist im Zylinderkopf 5 eine Vorkammer 23 mit einer Glühstiitkerze 24 vorgesehen, die zu einer schnelleren Verdampfung des im flüssigen Zusand eingespritzten Kühlmittels beiträgt. Desweiteren unterscheidet sich die Ausführungsform der Fig. 2 von derjenigen der Fig. 1 dadurch, daß die in Verdampfer mündende Leitung 15 mit einer Sprühdüse 25 versehen ist, die ein schnelleres Verdampfen des Kältemittels im Verdampfer 11 bewirkt. Demselben Zweck dienen auch die im Verdampfer 11 vorgesehenen Prallbleche 26. Statt der Prallbleche oder zusätzlich dazu kann zur Verbesserung der Verdampiung grobe Stahlwolle Anwendung finden. Eine zusätzliche elektrische Heizwicklung 27, die in der Zeichnung nur schematisch angedeutet ist, kann zur temperaturabhängigen Steuerung der Wärmezufuhr innerhalb des Verdampfers 11 benutzt werden. Dabei besteht die Möglichkeit, diese elektrische Heizwicklung durch einen Abgasgenerator mit Strom zu versorgen, um weitere Energie zu sparen.
  • Wird als Kältemittel beispielsweise Methylenchlorid (CH2 C12) verwendet, dessen Siedepunkt bei 39,80 C liegt, dessen Molgewicht 84,94 gr. und dessen spezifisches Gewicht 1,29 gr. pro cm3 Flüssigkeit beträgt, ergeben bei einer Verdichtungstemperatur von 10000 C 2 gr. etwa 2,4 liter Gas, wns 1,5 cm3 Fliissigkeit pro Zylinder und Arbeitshub an Finspritzmenge eriorderlich macht. Somit ist der Zylinder nach dem Ansaughub, dem Verdichtungshub und der Einspritzung der zusätzlichen Kältemittelmenge, wenn man einen hubraum von 500 cm³ zugwrllndelegt, mit etwa 5 1 Gas gefüllt, das beim oberen Totpunkt z.n.
  • auf etwa 60 cm3 komprimiert ist und einen Anfangsdruck von ca. SO kp/cm2 ergibt. Die Verdichtungstemperaturen betragen je nach Verdichtungsgrad ca. 800 - 1000°C und darüber in Verbindung mit der Glühstiftkerze, die den Mittelpunkt der verdichteren Ladung darstellt. Eine Verkleinerung des Verdichtungsraumes ergibt entsprechend höhere nrücke und/oder benötigt geringere Einspritzmengen.
  • Während bei Verwendung solcher Kältemittel, deren Siedetemperaturen über den normalen Umgebungstemperaturen liegen, ein äusserer Wärmeaustausch zwischen dem Verflüssiger 13 und dem Verdampfer 11 in der Weise stattfindet, daß die im Verflüssiger entstehende Wärme zum Verdampfer transportiert wird, besteht bei der Verwendung solcher Kältemittel, deren Siedetemperatur wesentlich tiefer, z. B.
  • wie von Monotluordichlormethan (CHFC12) bei 8,9°C oder von Schwefeldioxyd (so2) bei - 1000 liegt, die Möglichkeit durch entsprechend andere Anordnung oder Umkehrung der Strömungsrichtung des Ventilators die Wärme der Umgebungsluft besser nutzbar zu machen. Dies kann in der Weise geschehen, daß durch den Ventilator die gegenüber dem Kältemittel wärmere Umgebungsluft zunächst durch den Verdampfer 11 und anschließend im kälteren Zustand dann durch den Verflüssiger 13 geblasen wird, in welchem der vom Motor zurückkehrende Kältemitteldampf wieder verflüssigt wird. Bei dieser Ausführungsform kann unter Umständen auf eine zusätzliche Beheizung des Verdampfers verzichtet werden, es sei denn man verwendet bei Bedarf je nach Temperatur eine elektrische, mit Thermostat betriebene Zusatzheizung, die aber relativ wenig Energie verbraucht und von einem Abgasgenerator gespeist wird.
  • Diese Ausführung eignet sich gut für stationären Betrieb Durch eine zusätzliche Beheizung des Zylinderkopfes 5 ist es möglich die Einspritzmenge zu vergrössern und dadurch die Leistung der Maschine zu erhöhen. Die durch den Verflüssiger 13 frei werdende Wärme kann dem Verdampfer wieder zugeführt werden oder zur Fahrzeugbeheizung verwendet werden.
  • Um die Schwankungen der Aussentemperatur auszugleichen, kann mit dem Peltiereifekt gearbeitet werden, der die Möglichkeit bietet, Je nach gewählter Stromrichtung kühlende oder wärmende'Wirkung zu erzielen. Mit dieser Möglichkeit kann sowohl auf den Verdampfer 11 als auch auf den Verflüssiger 13 Einfluß genommen werden um eine entsprechende Stabilisierung der Betriebsverhältnisse zu erzielen.
  • Um den Startvorgang zu erleichtern und um eine effektivere Ausnützung der in dem in den Verflüssiger zurückströmenden gasiörmigen Kältemittel enthaltenen Wärmeenergie zu erreichen, kann der Zylinderkopf zusätzlich elektrisch erwärmt werden durch einen Strom, der von einem Generator gelieiert wird, den die zurückströmenden dampfförmigen Kältemittelmengen antreiben. Dieser Generator kann auch zur Stromversorgung der Glühkerze 24 benutzt werden. Diese Gldhkerze erleichtert nicht nur den Startvorgang sondern iührt auch zu einer intensiveren und schnelleren Verdampfung der eingespritzten zusätzlichen Kältemittelmenge. Andererseits bietet dieser Vorteil auch die Möglichkeit eine geringere Verdichtung vorzusehen.
  • Bei richtiger Abstimmung der Maschine auf das verwendete Kältemittel kann eine Zwangskühlung des Zylinders bzw.
  • des Motorblocks unterbleiben, da die Verdichtungswärme in Verdampfungswärme übergeht und mit der verbrauchten Ladung abgeführt bzw. über den Verflüssiger 13 und den Verdampfer 11 wieder nutzbringendverwendet wird.
  • Da im Zylinder 2 keine Verbrennung stattfindet, kann das notwendige Schmiermittel wesentlich länger im Motor verbleiben.
  • Wie aus der folgenden Beschreibung der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform hervorgeht ist es auch möglich das vorstehend im Viertaktverfahren beschriebene Funktionsprinzip im Zweitaktverfahren anzuwenden, womit eine Gewichtsersparnis und eine bessere Auslastung des Triebwerkes erreicht wird. Auch für Kreiskolbenmotoren (Wankel-Motor, Sarich-Motor) ist das Funktionsprinzip anwendbar.
  • Bei dem in Fig. 3 schematisch dargestellten Zweitakt-Hubkolbenmotor ist in einem Zylinderkopf 5', der auf dem Zylinder 2 dicht aufgesetzt ist, eine Einspritz-Vorkammer 23t vorgesehen, in welcher sich ausser einer Glühstiftkerze 24 eine Verdampiereinrichtung 11' befindet. Diese Verdampfereinrichtung 11' besteht aus einer Brennerkammer 21' und einer Brennerdüse 20'. In der Brennerkammer 21' wird zur Schaffung der erforderlichen Verdampfungstemperatur irgend ein Brennstoff verbrannt. Die ebenfalls in der Einspritzvorkammer 23' unmittelbar unter der Einspritzdüse 17 angeordnete Glühstiftkerze 24 dient ebenfalls zur Erzeugung bzw. zur Erhöhung der Verdampfungstemperatur bzw. zur schnelleren Verdampfung des durch die Einspritzdüse 17 eingespritzten flüssigen Kältemittels, das durch die Einspritzpumpe 19 über die Rohrleitung 18 dem Sammelbehälter 14 des Verflüssigers 13 entnommen wird. Die Glühstiftkerze 24 steht über eine elektrische Leitung 31 mit einem elektrischen Generator 29 in Verbindung, der von einem Turbinenrad 30 angetrieben wird, welches sich im Auslaßkanal 12 befindet, der den Zylinderhubraum mit dem Verflüssiger 13 verbindet. Bei dieser Ausführungsform ist lediglich ein Auslaßventil 7 vorhanden, das in bekannter Weise von einem Stößel 8 über einen Kipphebel 9 gesteuert wird. Ein Einlaßventil ist in diesem Falle nicht vorhanden Etwa kurz vor oder in der oberen Totpunktlage des Hubkolbens 1 wird durch eine entsprechende Steuerung eine bestimmte Menge flüssigen Kältemittels durch die Einspritzdüse 17 in die Einspritzvorkammer 23' unter hohem Druck itt feiner Versprühung eingespritzt. Durch die glühende Glühstiitkerze 24 und die hochtemparierte Verdampfungseinrichtung 11' wird eine augenblickliche Verdampfung der eingespritzten Kühlmittelmenge bewirkt und dadurch der Hubkolben i nach unten gestoßen. Während der darauffolgenden Aufwärtsbewegung des Rubkolbens 1 wird das Auslaßventil so lange geöffnet, daß eine gewisse Restmenge von Kältemittel im Zylinderhubraum verbleibt und wieder verdichtet werden kann. Diesem in der oberen Hubkolbenstellung verdichteten und erhitzten dampfförmigen Kältemittel wird nun wieder flüssiges Kältemittel durch die Einspritzdüse 17 in der vorbeschriebenen Weise zugegeben um den nächstfolgenden Arbeitshub zu bewirken.
  • Diese Ausführungsform ermöglicht eine erheblich vereinfachte Bauweise sowie eine enorme Gewichtsersparnis. Durch den Generator 29, der von dem im Abgaskanal 12 angeordneten Turbinenrad 30 angetrieben wird, wird nicht nur eine einfache Möglichkeit der Stromversorgung für die Glühstiftkerze 24 geschaffen sondern zugleich der Vorteil erreicht, daß dem heissen, dampfförmigen, durch den Auslaßkanal 12 in den Verflüssiger 13 gelangenden Kältemittel zusätzlich Energie entzogen und somit zur schnelleren Verflüssigung beigetragen wird. Die Anordnung des Turbinengenerators 29 im Auslaßkanal 12 bringt insofern eine Energieeinsparung mit sich, als die dem Kältemittel entzogene und in elektrische Energie umgewandelte Wärme beim nachfolgenden Verflüssigungsvorgang nicht mehr verloren gehen kann. Auch die nach der Auslaßphase im Zylinder 2 verbleibende heiße und wieder verdichtete Kältemittelrestmenge enthält noch Wärmeenergie, die zur Verdampfung der eingespritzten Kältemittel menge und somit zur Erreichung eines guten bzw. besseren WirkungsRrades beiträgt.
  • Darüberhinaus besteht bei dieser Ausfiihrungsform die Möglichkeit, mit niedrigeren Verdicbtungsdrücken und evtl. mit geringeren Einspritzmengen als bei den vorbeschriebenen Viertakt-Kolbenmotoren zu arbeiten.

Claims (15)

  1. PatentansprUche u Kolbenmotor mit wenigstens einem durch Gasdruck oszillierend oder drehend angetriebenen, in einem Zylinder beweglich gelagerten Kolben, sowie mit die taktgesteuerte Gaszufuhr und den Gasauslaß steuernden Ein- und Auslaßventil, dadurch gekennzeichnet, daß als unmittelbar antreibend auf den Kolben einwirkender Treibstoff ein Kältemittel verwendet wird, welches sich in einem geschlossenen Kreislaufsystem befindet, das außer dem Zylinderhubraum einen Verflüssiger (13) und eine extern beheizte Verdampiungseinrichtung (ii, ii') sowie eine Einspritzvorrichtung (17) zum Einspritzen flüssigen Kältemittels in den Zylinder (2) oder in eine mit dem Zylinder (2) verbundene Verdampfervorkammer (23,23') aufweist.
  2. 2. Kolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die extern beheizte Verdampfereinrichtung (il') einen in der Verdampfervorkammer (23') angeordneten Brennraum (21') aufweist.
  3. 3. Kolbenmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Verdampfervorkammer (23') im Kopfteil (5') des Zylinders (2) befindet.
  4. 4. Kolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderhubraum durch ein Auslaßventil (7) über einen Auslaßkanal (12) mit dem Verflüssiger (13) verbunden ist.
  5. 5. Kolbenmotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzung des flüssigen Kältemittels in den Zylinderhubraum bzw. in die Verdampfervorkammer (23') jeweils am oder gegen Ende der Kompressionsphase des Kolbens (i) erfolgt.
  6. 6. Kolbenmotor nach Anspruch 1. und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil (7) nur während eines ersten Teils der jeweils auf einen Arbeitshub folgenden Aufwärtsbewegung geöffnet ist.
  7. 7. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Auslaßkanal (12) ein Turbinengenerator (29/30) befindet, der den elektrischen Strom für eine Glühstittkerze (24) und/oder andere elektrische Verbraucher z. B für den Motor einer Einspritzpumpe (19) liefert.
  8. 8.Kolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfereinrichtung einen ausserhalb des Zylinders (2) angeordneten und über ein Einlaßventil (6) mit dem Zylinderhubraum verbundenen, mit einer externen Heizeinrichtung (20,21) versehenen Verdampfer (ii) aufweist, aus welchem verdampftes Kühlmittel in den Zylinder (2) angesaugt wird, und daß in das im Zylinder (2) verdichtete, gasförmige Kältemittel aus dem mit dem Auslaßventil (7) verbundenen Verflüssiger (13) eine zusätzliche Menge flüssigen Kältemittels eingespritzt und verdampft wird.
  9. 9. Kolbenmotor nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die Einspritzung der flüssigen Kältemittelmenge im Zylinder (2) eine Vorkammer (23) mit Glilhstiftkerze (24) vorgesehen ist.
  10. 10. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzung des flüssigen Kältemittels mit hohem Druck in feiner Zerstäubung und leistungsabhängig regelbar erfolgt.
  11. 11. Kolbenmotor nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (11) mit einem Brennraum (21) zum Verbrennen eines die Verdampfungswärme erzeugenden Brennstoffes versehen ist.
  12. 12. Kolbenmotor nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Kältemittel mittels einer Pumpe (16) aus dem Verflüssiger (13) in den Verdampfer (11) befördert wird.
  13. 13. Kolbenmotor nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (11) und der Verflüssiger (13) räumlich nahe beieinander angeordnet sind und daß zwischen ihnen mittels eines Ventilators (22) ein äusserer Wärmeaustausch stattfindet.
  14. 14. Kolbenmotor nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmezufuhr zum Verdampfer (11) in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur und/oder leistungsabhängig gesteuert wird.
  15. 15. Kolbenmotor nach Anspruch 1, 8 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (11) mit einer elektrischen, in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur gesteuerten Zusatzheizung (27) versehen ist.
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