DE102007042460B3

DE102007042460B3 - Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung

Info

Publication number: DE102007042460B3
Application number: DE200710042460
Authority: DE
Inventors: Martin Sterk
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-09-06
Filing date: 2007-09-06
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2027-09-07

Abstract

Bei einer Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung (100) mit einer Einheit mit zwei in einem Zylinder (3) gegeneinander drehbar gelagerten Kolben (1, 2), deren Symmetrieachsen (4) kollinear mit der Symmetrieachse des Zylinders (3) verlaufen, wobei eine Mehrzahl wirksamer Hubräume (8, 9, 11, 12) zwischen jeweils zwei radialen Grenzflächen (10, 20) der beiden jeweiligen Kolben (1, 2) ausgebildet ist, die bei Betrieb des Motors (100) mit Bezug aufeinander eine Schwingbewegung ausführen, und eine Einrichtung (110) vorgesehen ist, die bewirkt, dass der Schwingbewegung eine Kreisbewegung beider Kolben (1, 2) überlagert ist, und wobei die Einheit eine eine Drehkraftabgabeeinrichtung (5) treibende Welle (6) enthält, und eine Kühleinrichtung und eine Heizeinrichtung in Verbindung mit einem Rohrsystem vorgesehen sind, durch das Einlassschlitze (130, 130') und Auslassschlitze (140, 140') der Hubräume des Zylinders (3) miteinander verbunden sind, wird bei kostengünstiger Herstellung eine hohe Effektivität und ein wartungsarmer Betrieb dadurch erreicht, dass die Kühleinrichtung ausgelegt ist, um ein auf die Kolben der Einheiten einwirkendes Treibgas zu verflüssigen und die Heizeinrichtung ausgelegt ist, um das verflüssigte Treibgas zu verdampfen, und zwischen der Kühleinrichtung und der Heizeinrichtung eine Pumpeneinrichtung zum Fördern des verflüssigten Treibgases vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung mit einer Einheit mit zwei in einem Zylinder gegeneinander drehbar gelagerten Kolben, deren Symmetrieachsen kollinear mit der Symmetrieachse des Zylinders verlaufen, wobei eine Mehrzahl wirksamer Hubräume zwischen jeweils zwei radialen Grenzflächen der beiden jeweiligen Kolben ausgebildet ist, die bei Betrieb des Motors mit Bezug aufeinander eine Schwingbewegung ausführen, und eine Einrichtung vorgesehen ist, die bewirkt, dass der Schwingbewegung eine Kreisbewegung beider Kolben überlagert ist, und wobei die Einheit eine eine Drehkraftabgabeeinrichtung treibende Welle enthält, und eine Kühleinrichtung und eine Heizeinrichtung in Verbindung mit einem Rohrsystem vorgesehen sind, durch das Einlassschlitze und Auslassschlitze der Hubräume des Zylinders miteinander verbunden sind.
Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus DE 198 14 742 C1 bekannt. Die bekannte Vorrichtung weist jedoch den Nachteil auf, dass sie teuer in der Herstellung und wartungsaufwendig im Betrieb ist.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung zu schaffen, die bei kostengünstiger Herstellung eine hohe Effektivität aufweist und dabei wartungsarm im Betrieb ist.
Für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Kühleinrichtung ausgelegt ist, um ein auf die Kolben der Einheiten einwirkendes Treibgas zu verflüssigen und die Heizeinrichtung ausgelegt ist, um das verflüssigte Treibgas zu verdampfen, und zwischen der Kühleinrichtung und der Heizeinrichtung eine Pumpeneinrichtung zum Fördern des verflüssigten Treibgases vorgesehen ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch die Merkmalskombination, dass die Kühleinrichtung ausgelegt ist, um ein auf die Kolben der Einheiten einwirkendes Treibgas zu verflüssigen und die Heizeinrichtung ausgelegt ist, um das verflüssigte Treibgas zu verdampfen, und zwischen der Kühleinrichtung und der Heizeinrichtung eine Pumpeneinrichtung zum Fördern des verflüssigten Treibgases vorgesehen ist, erreicht, dass zum Betreiben der Kühleinrichtung und zum Betreiben der Heizeinrichtung vorhandene Temperaturniveaus nutzbar sind, um die zum Betreiben der Pumpeneinrichtung mit dem Ziel des Aufbaus eines vorgegebenen Treibgas-Druckes stromabwärts der Heizeinrichtung notwendige Energie zu minimieren. Die Energieminimierung wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch erreicht, dass die Pumpeneinrichtung mit dem verflüssigten Treibgas eine Flüssigkeit fördert, wobei wegen der hohen Dichte des verflüssigten Treibgases im Gegensatz zum gasförmigen Treibgas ein ausreichend hoher Treibgas-Durchsatz auch bei kleiner Dimensionierung und bei niedriger Betriebsenergie der Pumpeneinrichtung gegeben ist. Stromabwärts der Heizeinrichtung ist dann nach einem Verdampfen des Treibgases ein ausreichend hoher Treibgasdruck gegeben, um die Einheit mit zwei in einem Zylinder gegeneinander drehbar gelagerten Kolben zu betreiben.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass zwischen der Kühleinrichtung und der Pumpeneinrichtung ein Flüssigkeitsspeicher vorgesehen ist, der ein Flüssigkeits-Reservoir bereithält, das ausreichend groß bemessen ist, um die Leistung der Pumpeneinrichtung an einen jeweils aktuellen Bedarf anzupassen.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass zwischen der Heizeinrichtung und dem Zylinder (3) ein Gasspeicher vorgesehen ist, in dessen Innerem eine Pufferwand zum Abscheiden von Flüssigkeitsresten vorgesehen ist, die in dem Gasspeicher auffangbar und ansammelbar sind und über einen gesonderten Kreislauf an die Heizeinrichtung rückleitbar sind.
Gemäß einer wichtigen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass eine erste Heizeinrichtung und eine zweite Heizeinrichtung in Reihe hintereinander geschaltet sind, wobei die erste Heizeinrichtung das verflüssigte Treibgas auf ein erstes Niveau aufheizt und die zweite Heizeinrichtung das verflüssigte Treibgas auf ein gegenüber dem ersten Niveau angehobenes zweites Niveau aufheizt, wobei das zweite Niveau auch oberhalb einer Verdampfungstemperatur des Treibgases gelegen sein kann. Ein Erwärmen des Treibgases in zwei oder mehr sukzessiven Schritten bewirkt dabei zum einen eine gute Handhabbarkeit von Gasgemischen mit leicht unterschiedlichen Siedepunkten und zum anderen eine effektive und energiearme Einleitung von Wärme in das Treibgas. Eine der beiden Heizeinrichtungen kann dabei vorteilhaft von einer mittels eines Sonnenkollektors erwärmten Flüssigkeit betrieben sein, wobei aufgrund der dort vorherrschenden höheren Temperatur insbesondere die zweite Heizeinrichtung geeignet ist, um von einer mittels eines Sonnenkollektors erwärmten Flüssigkeit betrieben zu werden.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass eine, insbesondere die erste Heizeinrichtung von einer mittels eines Holz-, Öl- oder Gasbrenners erwärmten Flüssigkeit betrieben ist.
In dem Fall, dass zwei Heizeinrichtungen vorgesehen sind, können beide Heizeinrichtungen von einer mittels eines Sonnenkollektors erwärmten Flüssigkeit betrieben sein, wobei die zweite Heizeinrichtung zuerst von der erwärmten Flüssigkeit durchströmt ist und anschließend die erste Heizeinrichtung von der erwärmten Flüssigkeit durchströmt ist.
In dem Fall, das zwei Heizeinrichtungen vorgesehen sind, ist insbesondere vorzugsweise der Gasspeicher mit der ersten Heizeinrichtung gekoppelt. Die Kopplung ist dabei vorzugsweise so geartet, dass in dem Gasspeicher aufgefangenes und über den gesonderten Kreislauf rückgeleitetes Treibgas mit Hilfe der ersten Heizeinrichtung einem Verdampfungsvorgang zuführbar ist.
Gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass eine der Zylinderinnenwand gegenüberstehende äußere Stirnfläche eines Kolbens mit einer Grafitbeschichtung oder einer Beschichtung aus Kunststoffmaterial versehen ist, um die Dimensionen eines zwischen der Zylinderinnenwand und der äußeren Stirnfläche des Kolbens vorhandenen Spaltes zu minimieren.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im Folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt ist. Darin zeigen:
1 eine Motoreinrichtung einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit angedeutet durchsichtigem Zylinder, in einer Ansicht von schräg oben;
2 einen ersten Kolben der in 1 dargestellten Motoreinrichtung in einer Ansicht von unten;
3 einen zweiten Kolben der in 1 dargestellten Motoreinrichtung in einer Ansicht von oben;
4 eine Prinzipdarstellung einer ersten einfachen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer diagrammartigen Darstellung;
5 eine Prinzipdarstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer diagrammartigen Darstellung;
6 eine teilweise Explosionsansicht der in 1 dargestellten Motoreinrichtung in einer Ansicht von schräg hinten.
Die in den 1 bis 6 dargestellte erfindungsgemäße Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung (100) enthält eine Einheit mit zwei in einem Zylinder (3) gegeneinander drehbar gelagerten Kolben (1, 2), deren Symmetrieachsen (4) kollinear mit der Symmetrieachse des Zylinders (3) verlaufen. Eine Mehrzahl wirksamer Hubräume (8, 9, 11, 12) ist dabei zwischen jeweils zwei radialen Grenzflächen (10, 20) der beiden jeweiligen Kolben (1, 2) und den jeweiligen Kolbenflügeln (60, 60'; 70, 70') ausgebildet, die bei Betrieb des Motors (100) mit Bezug aufeinander eine Schwingbewegung ausführen. Eine Einrichtung (110) ist vorgesehen, die bewirkt, dass der Schwingbewegung eine Kreisbewegung beider Kolben (1, 2) überlagert ist.
Eine in den 1 bis 6 dargestellte Einrichtung 110 bewirkt bei dem erfindungsgemäßen Kreiskolbenmotor 100, dass der Schwingbewegung der Kolben 1, 2 eine Kreisbewegung überlagert wird.
Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Einrichtung 110 vier ovale Zahnräder 101, 102, 103 und 104 aufweist, deren Hauptachsen 101', 102', 103' und 104' jeweils paarweise senkrecht aufeinanderstehend angeordnet sind. Bei der Einrichtung 110 ist die Achse 7 des anderen Kolbens 2 mit einem ersten ovalen Zahnrad 101 verbunden, und die Achse 6 des einen Kolbens 1 mit einem zweiten ovalen Zahnrad 104 verbunden, wobei diese ovalen Zahnräder 101, 104 kollinear hintereinander angeordnet sind und die Hauptachsen 101', 104' dieser ovalen Zahnräder 101, 104 senkrecht aufeinanderstehend angeordnet sind. Das erste ovale Zahnrad 101 und das zweite ovale Zahnrad 104 sind dabei über ein drittes ovales Zahnrad 102 und ein viertes ovales Zahnrad 103 miteinander verbunden, wobei die Zahnräder 102 und 103 kollinear hintereinander auf einer Achse 105 angeordnet sind, wobei die jeweiligen Hauptachsen 102', 103' der Zahnräder 102, 103 senkrecht aufeinanderstehend angeordnet sind.
Die Einheit enthält eine Welle 6, die eine Drehkraftabgabeeinrichtung 5 treibt. Ferner sind eine Kühleinrichtung und eine Heizeinrichtung 210 in Verbindung mit einem Rohrsystem vorgesehen, durch das Einlassschlitze 130, 130' und Auslassschlitze 140, 140' der Hubräume des Zylinders 3 miteinander verbunden sind. Die Kühleinrichtung 200 ist ausgelegt, um ein auf die Kolben der Einheiten einwirkendes Treibgas zu verflüssigen, und die Heizeinrichtung 210 ist ausgelegt, um das verflüssigte Treibgas zu verdampfen, wobei zwischen der als Kondensator wirkenden Kühleinrichtung 200 und der Heizeinrichtung 210 eine Pumpeneinrichtung 220 zum Fördern des verflüssigten Treibgases vorgesehen ist.
Zwischen der Kühleinrichtung 200 und der Pumpeneinrichtung 220 ist ferner ein Flüssigkeitsspeicher 221 vorgesehen, der ein Flüssigkeits-Reservoir 222 bereithält, das ausreichend groß bemessen ist, um die Leistung der Pumpeneinrichtung 200 an einen jeweils aktuellen Bedarf anzupassen.
Ferner ist an die als Evaporator wirkende Heizeinrichtung 210 ein Gas-Pufferspeicher 240 angeschlossen, vor den eine Pufferwand 241 zum Abscheiden von Flüssigkeitsresten geschaltet ist, die einerseits in dem Gasspeicher auffangbar und ansammelbar sind und andererseits über einen gesonderten Kreislauf an die Heizeinrichtung 210 rückleitbar sind.
Der Gas-Pufferspeicher 240 ist mit der Heizeinrichtung 210 in der Weise gekoppelt, dass in dem Gas-Pufferspeicher 240 aufgefangenes und über den gesonderten Kreislauf 250 rückgeleitetes kondensiertes Treibgas mit Hilfe der Heizeinrichtung 210 einem Verdampfungsvorgang zuführbar ist.
Das oben erläuterte Ausführungsbeispiel der Erfindung dient lediglich dem Zweck eines besseren Verständnisses der durch die Ansprüche definierten erfindungsgemäßen Lehre, die als solche durch das Ausführungsbeispiel nicht eingeschränkt ist.

Claims

Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung (100) mit einer Einheit mit zwei in einem Zylinder (3) gegeneinander drehbar gelagerten Kolben (1, 2), deren Symmetrieachsen (4) kollinear mit der Symmetrieachse des Zylinders (3) verlaufen, wobei eine Mehrzahl wirksamer Hubräume (8, 9, 11, 12) zwischen jeweils zwei radialen Grenzflächen (10, 20) der beiden jeweiligen Kolben (1, 2) ausgebildet ist, die bei Betrieb des Motors (100) mit Bezug aufeinander eine Schwingbewegung ausführen, und eine Einrichtung (110) vorgesehen ist, die bewirkt, dass der Schwingbewegung eine Kreisbewegung beider Kolben (1, 2) überlagert ist, und wobei die Einheit eine eine Drehkraftabgabeeinrichtung (5) treibende Welle (6) enthält, und eine Kühleinrichtung und eine Heizeinrichtung in Verbindung mit einem Rohrsystem vorgesehen sind, durch das Einlassschlitze (130, 130') und Auslassschlitze (140, 140') der Hubräume des Zylinders (3) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (200) ausgelegt ist, um ein auf die Kolben der Einheit einwirkendes Treibgas zu verflüssigen und die Heizeinrichtung (210) ausgelegt ist, um das verflüssigte Treibgas zu verdampfen, und zwischen der Kühleinrichtung (200) und der Heizeinrichtung (210) eine Pumpeneinrichtung (220) zum Fördern des verflüssigten Treibgases vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kühleinrichtung (200) und der Pumpeneinrichtung (220) ein Flüssigkeitsspeicher (221) vorgesehen ist, der ein Flüssigkeits-Reservoir (222) bereithält, das ausreichend groß bemessen ist, um die Leistung der Pumpeneinrichtung (220) an einen jeweils aktuellen Bedarf anzupassen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Heizeinrichtung (210) und dem Zylinder (3) ein Gasspeicher (240) vorgesehen ist, in dessen Innerem eine Pufferwand (241) zum Abscheiden von Flüssigkeitsresten vorgesehen ist, die in dem Gasspeicher (240) auffangbar und ansammelbar sind und über einen gesonderten Kreislauf (250) an die Heizeinrichtung (210) rückleitbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Heizeinrichtung und eine zweite Heizeinrichtung in Reihe hintereinander geschaltet sind, wobei die erste Heizeinrichtung das verflüssigte Treibgas auf ein erstes Niveau aufheizt und die zweite Heizeinrichtung das verflüssigte Treibgas auf ein gegenüber dem ersten Niveau angehobenes zweites Niveau aufheizt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Heizeinrichtungen von einer mittels eines Sonnenkollektors erwärmten Flüssigkeit betrieben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Heizeinrichtung von einer mittels eines Sonnenkollektors erwärmten Flüssigkeit betrieben ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Heizeinrichtung von einer mittels eines Holz-, Öl- oder Gasbrenners erwärmten Flüssigkeit betrieben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beide Heizeinrichtungen von einer mittels eines Sonnenkollektors erwärmten Flüssigkeit betrieben sind, wobei die zweite Heizeinrichtung zuerst von der erwärmten Flüssigkeit durchströmt ist und anschließend die erste Heizeinrichtung von der erwärmten Flüssigkeit durchströmt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasspeicher (240) mit der ersten Heizeinrichtung gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gasspeicher (240) aufgefangenes und über den gesonderten Kreislauf (250) rückgeleitetes Treibgas mit Hilfe der ersten Heizeinrichtung einem Verdampfungsvorgang zuführbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Innenwand des Zylinders (3) (Zylinderinnenwand) gegenüberstehende äußere Stirnfläche (20') eines Kolbens (1, 2) mit einer Grafitbeschichtung versehen ist, um die Dimensionen eines zwischen der Zylinderinnenwand und der äußeren Stirnfläche (20') des Kolbens vorhandenen Spaltes zu minimieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Innenwand des Zylinders (3) (Zylinderinnenwand) gegenüberstehende äußere Stirnfläche (20') eines Kolbens (1, 2) mit einer Beschichtung aus Kunststoffmaterial versehen ist, um die Dimensionen eines zwischen der Zylinderinnenwand und der äußeren Stirnfläche (20') des Kolbens (1, 2) vorhandenen Spaltes zu minimieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwände (10') des Kolbens (1, 2) sowie die Zylinderinnenwände mit einer Grafitbeschichtung versehen sind, um die Dimensionen eines zwischen der Zylinderinnenwand und der äußeren Stirnfläche des Kolbens (1, 2) vorhandenen Spaltes zu minimieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwände (10') des Kolbens (1, 2) sowie die Zylinderinnenwände mit einer Kunststoffbeschichtung versehen sind, um die Dimensionen eines zwischen der Zylinderinnenwand und der äußeren Stirnfläche des Kolbens (1, 2) vorhandenen Spaltes zu minimieren.