DE19948128A1

DE19948128A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Strömungsenergien in Flüssigkeiten aus Wärme

Info

Publication number: DE19948128A1
Application number: DE1999148128
Authority: DE
Inventors: Werner Borutta-Mensing
Original assignee: BORUTTA MENSING WERNER
Current assignee: BORUTTA MENSING WERNER
Priority date: 1999-10-06
Filing date: 1999-10-06
Publication date: 2000-03-23

Abstract

Bei der Vorrichtung handelt es sich um eine Pumpe, die Wärme für den Antrieb von Schiffen und Hydromotoren nutzbar macht, wie es bisher überwiegend mit Kolbenmotoren erreicht wird, jedoch mit höherem Wirkungsgrad, geringerer Umweltbelastung und geringem technischen Aufwand. DOLLAR A Kernstück des Verfahrens ist ein zylindrischer Rotor (1) mit axial angeordneten zylindrischen Zellen (8), in denen sich Kolben (3) zwischen den Enden frei bewegen können. Der Rotor ist umgeben von einem Gehäuse (2), das an seinen Enden einerseits Öffnungen oder Anschlüsse als Dampfein- (4) bzw. -austritt (5) und andererseits Vorlaufanschluß (6) und Rücklaufanschluß (7) für einen Hydromotor aufweist. Die Anschlüsse sind so angeordnet, daß jeweils Dampfeintritt (4) und Vorlaufanschluß (6) als auch Dampfaustritt (5) und Rücklauf (7) durch höchstens die Hälfte der Rotorzellen, beispielsweise eine Zelle, miteinander verbunden sind. DOLLAR A Strömt nun Dampf aus einem Verdampfer unter Druck durch den Eintritt (4) in die Zelle (8), so wird der Kolben (3) an das andere Ende des Rotors (1) geschoben und die Hydraulikflüssigkeit aus der Vorlauföffnung (6) in die Leitung zu einem Hydromotor und zurück in die Rücklauföffnung (7) der Pumpe gedrückt und verdrängt dort den Dampf aus der Zelle des Rotors (1), die sich jetzt aufgrund seiner Drehung zwischen dem Rücklaufanschluß (7) und dem Dampfaustritt (5) befindet. Der Dampf strömt in einen Kondensator und kann als Flüssigkeit wieder in den Verdampfer eingespritzt ...

Description

Bei der Vorrichtung handelt es sich um eine Pumpe, die Wärme für den Antrieb von Schiffen und Hydromotoren nutzbar macht, wie es bisher überwiegend mit Kolben motoren mit innerer Verbrennung erreicht wird. Die herkömmliche Methode verursacht eine hohe Schadstoff- und Geräuschbelastung der Umwelt und deren Verminderung ist sehr aufwendig und teuer. Auch der Kurbel- und Ventiltrieb ist sehr aufwendig und erschütternd. Zudem ist das Drehmoment der Kolbenmotoren drehzahlabhängig, so daß es häufig durch ein Getriebe an die Erfordernisse angepaßt werden muß. Hier sollte eine deutliche Verbesserung erreicht werden.

Kernstück (Bild 1) des Verfahrens ist ein zylindrischer Rotor (1) mit axial angeordneten zylindrischen Zellen (8), in denen sich Kolben (3) zwischen den Enden frei bewegen kön nen. Der Rotor ist umgeben von einem Gehäuse (2), das an seinen Enden einerseits Öffnungen oder Anschlüsse als Dampfein- (4) bzw. -Austritt (5) und andererseits Vor laufanschluß (6) und Rücklaufanschluß (7) für einen Hydromotor aufweist. Die An schlüsse sind so angeordnet, daß jeweils Dampfeintritt (4) und Vorlaufanschluß (6) als auch Dampfaustritt (5) und Rücklauf (7) durch höchstens die Hälfte der Rotorzellen, beispielsweise eine Zelle, zumindest zeitweise miteinander verbunden sind.

Strömt nun Dampf aus dem Verdampfer unter Druck durch den Eintritt (4) in die Zelle (8) so wird der Kolben (3) an das andere Ende des Rotors (1) geschoben. Die Hydraulik flüssigkeit wird dadurch aus der Vorlauföffnung (6) in die Leitung zu einem Hydromotor und zurück in die Rücklauföffnung (7) der Pumpe gedrückt und verdrängt dort den Dampf aus der Zelle des Rotors, die sich jetzt aufgrund seiner Drehung zwischen dem Rücklaufanschluß (7) und dem Dampfaustritt (5) befindet. Der Dampf verläßt die Pumpe und strömt in einen Kondensator, um dann als Flüssigkeit wieder in den Verdampfer eingespritzt zu werden.

Ersetzt man den Kondensator und den Verdampfer durch einen Kühler, einen Regenerator einen Verdichter und einen Erhitzer, so arbeitet die Vorrichtung als Heißgasmotor.

Anstelle des Hydraulikkreises kann auch Wasser direkt aus einem Gewässer entnommen und die Vorrichtung als Jetantrieb für Schiffe genutzt werden. Dazu bietet es sich an, die Einbaulage der Pumpe so zu wählen, daß ein Teil der Zellen sich durch die Fahrt des Schiffes zumindest teilweise mit Wasser füllen und bei Stillstand nicht leerlaufen kann.

Das Verfahren kommt mit einfachen Baugruppen aus, was eine erhebliche Gewichts- und Kostenersparnis bedeutet. Die Äußere Beheizung läßt alle denkbaren Wärme quellen zu, bei Verbrennung mit geringster Abgasbelastung. Sowohl der Betrieb als Dampfkraftmaschine als auch als Antrieb nach dem Stirlingprinzip kann realisiert werden. Schon im Stillstand wird der Höchstdruck erreicht, so daß ein Drehmoment wandel in vielen Fällen entfallen kann.

Durch eine Wärmerückgewinnung kann ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden. Es ist eine Heizung vorhanden, die auch für die Fahrgastraumbeheizung genutzt werden kann. Die Geräuschentwicklung ist niedrig, da nur gleichmäßige Strömungen und Drücke mit geringer Welligkeit auftreten. Der Hydraulische Antrieb kann mit wenig Zusatzaufwand als Bremse, Differential und Drehmomentwandler ausgebildet werden.

Claims

1. Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Strömungsenergie in Flüssigkeiten aus Wärme, insbesondere Verbrennungswärme, dadurch gekennzeichnet, daß Dampf erzeugt und unter Druck in die Zellen (8) eines Rotors (1) geleitet wird, wodurch die darin befindliche Flüssigkeit verdrängt und in den Vorlauf (6) eines Hydromotors gedrückt und über den Rücklauf (7) in den Rotor (1) zurückgeführt wird, und die Flüssigkeit ihrerseits den Dampf aus den Zellen (8), die sich, jetzt mit Dampf gefüllt aufgrund der halben Drehung des Rotors (1) auf der anderen Seite des Gerätes befinden, verdrängt und durch einen Wärmetauscher und einen Kondensator, ggf. auch Regenerator, zurück in den Verdampfer geleitet wird;

2. die Länge und Drehgeschwindigkeit des Rotors und die Anzahl seiner Zellen so bemessen sind, und die Anschlüsse (4) bis (6) so angebracht sind, daß durch die Drehung das Einströmen des Dampfes in eine Zelle abgeschlossen ist, bevor der Trennkolben seinen Wendepunkt am anderen Ende der Zelle erreicht hat und der Dampf in der Zelle genügend Zeit und Raum hat sich zu entspannen und seine Energie in den Hydraulikkreis möglichst weitgehend abgeben kann;

3. vor (6)- und Rücklaufanschluß (7) sich an derselben Stirnseite des Rotors (1) und Ein (4)- und Austrittsöffnung (5) für den Dampf an der gegenüberliegenden Seite befinden;

4. der Dampferzeuger möglichst nah am Rotor angebracht ist, damit das Dampfvolumen klein gehalten wird, wodurch eine schnelle Leistungsanpassung über die zu verdampfende Wassermenge erreicht werden kann;

5. zum Antrieb von Schiffen der Flüssigkeitsstrahl aus der Vorlauföffnung (6) direkt als Jetantrieb genutzt wird und ein Hydromotor entfallen kann;

6. im Falle der Ausführung nach Anspruch 5 der Wasseraustritt (6) und der Dampfaustritt (5) vorzugsweise auf derselben Stirnseite angeordnet sind und auf der anderen Stirnseite der Dampfeintritt (4) und der Wassereintritt (7) sich befinden;

7. im Falle der Ausführung nach Anspruch 5 und 6 der Rotor und die Wassereintrittsöffnung vorzugsweise so im oder am Schiffsrumpf positioniert sind, daß bei Stillstand und Fahrt des Schiffes eine ausreichende Anzahl der Zellen sich selbsttätig mit Wasser aus dem Gewässer füllen kann;

8. im Falle einer der Ausführungen nach Anspruch 5 bis 7 in den Zellen keine Kolben vorhanden sind und der Dampf mit dem Wasserstrahl gemischt zum Antrieb des Schiffes genutzt wird und das Wasser zur Dampferzeugung dem Gewässer entnommen wird;

9. die Rotordrehung durch einen Hydromotor herbeigeführt wird, der vorzugsweise über einen Bypass aus dem Vorlauf gespeist wird;

10. der unter 9. genannte Hydromotor in das Pumpengehäuse (2) und/oder den Rotor (1) integriert ist;

11. die Drehbewegung des Rotors (1) sich aus dessen Gestaltung und seiner Durchströmung ergibt;

12. das Gehäuse (2) und/oder die Ein- und Austrittsöffnungen so gestaltet sind, daß sich der Rotor selbsttätig durch die strömende Flüssigkeit bzw. den Dampf dreht;

13. der Rotor über einen Bypass aus dem Vorlauf in etwa tangential von einem Flüssigkeitsstrahl angeströmt und in Drehung versetzt wird, wobei die Mündung des Bypass vorzugsweise so angeordnet ist, daß der Strahl am Ende des Rotors und vorzugsweise dicht an seinem Umfang auf die radial verlaufenden Zellenwände trifft;

14. die Drehung des Rotors regelbar, bzw. automatisch regelbar ist;

15. anstelle des Dampfes ein anderes Gas, wie es vom Einsatz im Heißgaskolben motor her bekannt ist, als Medium zur Druckerzeugung erhitzt wird, wodurch die Vor richtung zu einem Heißgasmotor bzw. einer Heißgaspumpe wird;

16. die Leistung der Maschine durch die zur Verdampfung bzw. Erhitzung zuge führte Flüssigkeits- bzw. Gasmenge geregelt wird;

17. die Leistung der Maschine zusätzlich oder ausschließlich durch die Zufuhr des Brennstoffes bzw. der zur Verdampfung/Erhitzung notwendigen Wärme geregelt wird;

18. der Verdampfer bzw. Erhitzer ein ausreichend großes Vorratsvolumen besitzt, und die Leistung über ein Ventil geregelt wird, das die Dampf-/Gasmenge regelt, die in die Rotorzellen strömt;

19. in den Zellen (8) des Rotors (1) ein Kolben (3) vorhanden ist, der eine Ver mischung von Dampf bzw. Gas und Flüssigkeit verhindert;

20. bei Ausführung nach Anspruch 19 die Querschnittsflächen der Zellen und der Kolben vorzugsweise zumindest annähernd Kreisflächen sind;

21. Flüssigkeit, Gas und Rotorlage so gewählt werden, daß ein sicherer Betrieb auch ohne Kolben gewährleistet ist;

22. Dampf oder Gas zur Befüllung eines Energiespeichers genutzt wird, der es er möglicht für den Start Wasser dem Verdampfer bzw. Gas dem Erhitzer ohne weitere Pumpe zuzuführen;

23. der Rotor vorzugsweise in einer solchen Lage betrieben wird, daß auch bei Stillstand des Fahrzeugs die Flüssigkeit aufgrund ihres Gewichtes eine für den Start ausreichende Zellenfüllung des Rotors gewährleistet.

24. die Ein- und Austrittsöffnungen in Gehäuse und Rotor so gestaltet sind und die Drehgeschwindigkeit des Rotors so gewählt ist, daß die in die Zellen einströmenden Flüssigkeits-, Dampf- bzw. Gassäulen sowie ggf. die Trennkolben (3) in ihrer Strömungsrichtung zum Ende der Zellen hin möglichst gleichmäßig abgebremst werden;

25. bei einem Antrieb nach Anspruch 1 der Hydromotor in einen hydro dynamischen Wandler integriert oder mit einem solchen gekoppelt ist.