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Hydrostatischer Antrieb zum Umwandeln von Wärme in mechanische Energie.
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Die Erfindung betrifft einen durch Dampfdruck betriebenen hydrostatischen
Antrieb zum Umwandeln von Wärme in mechanische Bewegung.
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Ein Ziel für die technische Entwicklung der letzten Jahrhunderte war
die Verbesserung von Systemen zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Bewegung0
Die Dampfmaschine und die Verbrennungskraftmaschine, beide weit verbreitet, sind
das Produkt dieser Entwicklung. Jedoch ist keine dieser Maschinen voll zufriedenstellend.
Beide sind komplizierte, schwere Maschinen, deren Wirkungsgrad für die Energieumwandlung
normalerweise ziemlich niedrig ist0 Die Verbrennungskraftmaschine erzeugt zudem
Abfallprodukte, die gefährlich und giftig sind0 Eine aussichtsreiche Wärmeumwandlungsvorrichtung
wurde entwickelt, die einen Tank aufweist, der ein Arbeitsmittel enthält, sowie
einen an den Tank angeschlossenen Fluidmotor, in der Weise, daß bei Zuführung von
Wärme an das System auf das Fluid in dem Tank ein Druck ausgeübt wird, der das Fluid
aus dem Tank und durch den Motor treibt, wobei mechanische Arbeit geleistet wird.
Ein zweiter Tank kann dem System derart zugefügt werden, daß das Fluid nach
dem
Durchlaufen des Motors diesen Tank wieder auffüllt.
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Wenn der zweite Tank voll ist, kann auf das in diesem Tank befindliche
Fluid ein Druck ausgeübt werden, der das Fluid aus dem zweiten Tank heraus und durch
den Motor treibt, worauf es den ersten Tank wieder füllt. Derartige Systeme sind
beispielsweise in den US-Patentschriften 228 555 und 2 941 608 beschrieben.
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Die Erfindung betrifft eine Reihe von Ausbildungen, die im Grundprinzip
diesen geschilderten Vorrichtungen gleichen.
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In diesen Ausbildungen ist die Grundvorrichtung dahingehend verbessert,
daß ihr Wirkungsgrad gesteigert ist und sie als Energieumwandlungssystem mehr befriedigt.
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Weitere Einzelheiten oer Erfindung genen aus der nachfolgenden Beschreibung
vor. Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen hervor. Es zeigen: Fig.1 ein erstes
Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Gleichstrom-Fiuidmotor; Fig.2 ein anderes
Ausführungsbeispiel mit einem Wechselstrom-Fluidmotor; Fig.3 eine Einrichtung zum
Einspritzen einer Flüssigkeit als feine Trdpfchen in einen Dampfgenerator; Fig.4
ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die zu lrerdampfende Flüssigkeit aus dem
Tank abgezogen wird; Fig.5 ein weiteres Beispiel, bei dem eine mitschwingende akustische
Pumpe dazu dient, die Flüssigkeit in Form feiner Trdpfohen in einen Dampfgenerator
einzuspritzen; Fig.6 einen Tank mit einem dünnwandigen Abdämpfer, um einen thermischen
Schock an den Tankwänden zu verhindern; Fig.7 eine weitere Ausführungsform, bei
der das Arbeit mittel ein Brennstoff ist, der zur Erzeugung von Wärme verbrannt
wird;
Pig.8 eine weitere Ausführungsform, bei der das in den Dampfgenerator
überführte Fluid Wärme aus dem Arbeitsmittel in dem zu füllenden Taiik absorbiert;
Fig.9 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der ein poröses Dampfspeicherbett
in dem zu füllenden Tank Wärme aus dem Arbeitsmittel absorbiert; Fig.10 eine weitere
Ausführungsform, bei der ein Teil der Wärme in dem Arbeitsmittel wiedergewünner
und zur Erzeugung mechanischer Energie verwendet wird; Fig.ii ein anderes Beispiel,
bei dem Wärme aus dem Fluid auf seinem Weg zum j?luldmotor auf das Fluid übertragen
wird, das den Fluidmotor verläßt und sich auf dem Weg zum Füllen des einen Tanks
befindet; Fig.12 ein Ausführungsbeispiel, bei dem aus dem Wärmetauscher ein Teil
des Arbeitsmittels verdampft wird, um das Arbeitsmittel zu kühlen; Fig.13 ein Beispiel,
bei dem das verdampfte Arbeitsmittel Wärme aus dem Arbeitsmittel in dem zu füllenden
Tank absorbiert; Fig.14 noch ein anderes Beispiel, bei dem Wärme aus dem Arbeitsmittel
auf dessen Weg zum Fluidmotor auf ein Arbeitsmittel in einem zweiten System übertragen
wird, um dieses zweite Arbeitsmittel zu verdampfen und damit einen zweiten Fluidmotor
zu betreiben; Fig.15 eine Ausführungsform der Erfindung, in der zwei Systeme mit
einer einzigen Welle verbunden sind; Fig.16 ein Ausführungsbeispiel, bei dem jeder
Tank Fluide enthält, die voneinander durch eine undurchlässige Trennwand getrennt
sind, welche in dem Tank beweglich ist; Fig.17 ein weiteres Beispiel, bei dem durch
die Verbrennung eines Kraftstoffes erzeugte Wärme zum Erzeugen eines
Dampfdruckes
verwendet wird, der den Kraftstoff durch einen Fluidmotor in die Verbrennungskammer
treibt; Fig.18 eine abgeänderte Form des Beispiels der Fig.17, bei der der Dampfdruck
in dem Tank durch Verdampfen eines Teils des Kraftstoffes in diesem Tank erzeugt
wird.
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In Fig.@ ist ein hydrostatisches Antriebssystem 18 dargestellt das
sich für einen Gleichstrom-Fuidmotor eignet.
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In diesen System wie auch in vielen der anderen Ausführungsformen
der Erfindung, die nachstehend beschrieben werden, wird Dampf abwechselnd in einen
von zwei Tanks 20 und 22 geleitet, so daß das Arbeitsmittel in diesem Tank durch
den Druck des Dampfes herausgedrückt und durch einen herkömmli-Scher Fluidmotor
30' getrieben wird, um dort mechanische Energie zu lIefern, bevor es zurückkehrt
und den anderen Tank füllt. Wenn der erste Tank praktisch entleert ist, wird der
unter Druck stehende Dampf in den neu gefüllten Tank geleitet, so daß das Fluid
aus diesem Tank nun wieder durch den Motor 30 fließt und den ersten, jetzt leeren
Tank auffüllt.
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In Fig.1 ist ein Reservoir 24 für das Fluid, das beispiels..
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weise Wasser ist, mit einem üblichen thasenumwandler oder Kessel 26
verbunden, der das Fluid vom flüssigen in den dampfförmigen Zustand überführt. Diese
Jmwardlung kann durch Verbrennen eines Brennstoffes, etwa eines Kohlenwasserstoffes,
in der Nä des Keesels 26 erfolgen, so daß die erzeugte Wärme an wenigstens einem
Teil des Fluids in dem Kessel 26 eine Phasenumwandlung vollzieht. Man kann auch
jede andere geeignete Anordnung zum Erzeugen von Dampf verwenden, der dazu ausgenützt
wird, dem Arbeitsmittel eine Bewegung zu erteilen. Der Dampfausstoß des Xessels
26 wird über ein Steerventil 28, das ein übliches Solenoidventil oder ein geeignetes
Ventil anderer Art sein kann, in den
Tank 20 oder in den Tank 22
geleitet. Wie in Fig.1 schematisch angedeutet, wird das Steuerventil 28 von einem
Steuergerät 30 betätigt, das das Ventil 28 80 umschaltet, daß abwechselnd der vom
Kessel 26 erzeugte Dampf in den Tank 20 und in den Tank 22 gelenkt wird. Das Steuergerät
30 kann mechanisch oder sonstwie mit dem Fluidmotor 38 verbunden sein, so daß die
Stellung des Steuerventils 28 der Stellung des rotierenden Teils des Fluidmotors
38 gehorcht Oder das Steuergerät 30 kann Mittel aufweisen, um den Flüssig..
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keitaspiegel in den Tanks 20 und 22 zu messen und den Tank, der gerade
geleert wird, abzuschalten, wenn das Fluid in dem Tank unter eine vorgegebene Höhe
gesunken ist.
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Zur Beschreibung der Arbeitsweise des in Fig.1 gezeigten Beispiels
sei angenommen, daß das Steuergerät 30 das Steuerventil 28 in eine solche Stellung
gebracht hat, daß der vom Kessel 26 erzeugte Dampfdruck in den Tank 22 geleitet
wird, wo er das in diesem Tank befindliche Fluid unter Druck setzt und das Arbeitsmittel
aus'dem Boden des Tanks 22 austreten und über ein Rückschlagventil 32 durch den
Fluidmotor 30' strömen läßt. Das Rückschlagventil 32 läßt, wie auch die anderen
Rückschlagventile in diesem und den anderen Beispielen, das Fluid in einer Richtung
durchtreten und sperrt es in der entgegengesetzten Richtung Diese Rück schlagventile
können von jeder beliebigen, in der Technik bekannten Bauart seine Nach dem Durchgang
durch den Fluidmotor 30' durchströmt das sich bewegende Fluid ein Rückschlagventil
34 und betritt den Tank 20. Der Druckunterschied zwischen dem aus dem Tank 22 austretenden
Fluid und dem aus dem Motor 30' austretenden Fluid verhindert, daß Fluid durch weitere
Rückschlagventile 36 und 38 zurückströmt. Ein Auslaßventil 40, das gemäß Fig.1 ebenfalls
von dem Steuergerät 30 geeteu ert wird, ist währenddessen aurities-re geöffnet,
so daß das Fluid ungehindert in den Tank 20 einströmen kann0 Gleichzeitig ist ein
Ventil 42 geschlossen, damit nichts von dem Dampfdruck verlorengeht, der beim Einströmen
von Dampf ii
den Tank 22 über das Steuerventil 28 entsteht0 Durch
das zyklische Entlüften der Tanks 20 und 22 zur Atmosphäre verringert sich die Masse
des Arbeitsmittels in dem System allmählich. Das Reservoir 24 liefert etwas Fluid
zum Nachfüllen, da ein Teil des in die Tanks geleiteten Dampfes dort kondensiert
und damit zur Auffüllung des Arbeitsmittels beiträgt. Es mag jedoch zweckmäßig sein,
eine geeignete An ordnung vorzusehen, um das Arbeitsmittel von Zeit zu Zeit automatisch
oder sonstwie zu ergänzen.
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Wenn der Tank 22 geleert oder annähernd geleert ist, achaltet das
Steuergerät 30 das Steuerventil 28 in eine solche Stellung um, daß der vom Kessel
26 erzeugte Dampfdruck jetzt in den Tank 20 geleitet wird und beginnt, das diesen
Tank fülende Fluid aus diesem heraus durch das Rückschlagventil 36 und durch den
Fluidmotor 30' zu drücken. Gleichzeitig wird durch das Steuergerät 30 das Auslaßventil
40 geschlossen und das Ventil 42 geöffnet, so daß das Fluid nun über das Rückschlagventil
36 in den Motor 30' und von dort durch das Rückschlagventil 38 in den Tank 22 zurückströmt.
Das offene Ventil 42 erlaubt dem Dampfdruck in dem Tank 22 zur Atmosphäre zu entweichen,
so daß der Tank 22 wieder gefüllt werden kann.
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Ein Teil des Fluids, das den einen oder anderen Tank 20 oder 22 verläßt,
kehrt auch durch ein Ventil 46 in das Reservoir 24 zurück. Das Ventil 46 kann von
Hand oder sonstwie eingestellt oder von dem Steuergerät 30 gesteuert werden, üm
den richtigen Flüssigkeitsfluß in das Reservoir 24 ?ur Verdampfung in dem Kessel
26 einzuregeln. - e schon erwälzt Ist Wasser etn geeignetes Arbeitsmittel, das in
der flüssigen und Dampfphase in dem System vorhanden ist. Aber auch jedes andere
geeignete Fluid kann verwendet werden, wenn es sich gut aus der flüssigen in die
dampfförmige Phase umwandeln läßt.
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Fig.2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In dieser Anordnung ist der Fluidmotor 50 ein hydrostatischer Wechselstrommotor,
der fähig st, ene Hin- erbewegung in eine kontinuierliche Rotation einer Welle umzuwandeln,
etwa mittels eine Taumelscheibenmotors. Derartige Wechselstrommotoren sind in der
Fachwelt bekannt und bedürfen daher keiner näheren Erläuterung. Die Ausführungsform
arbeitet in gleicher Weise wie die der Fig0l mit zwei Tanks 52 und 54, die abwechseliid
mit dem Arbeitsmittel gefüllt und geleert werten und zwar mittels des in dem Kessel
54t erzeugten Dampfes, der ton den Steuerventil 56, das von einem Steuergerät 58
, esteuert wird, abwechselnd in den Tank 52 und in den Tai 54 geleitet wird. In
dem System ist auch wieder ein Reservoir 60 vorgesehen, das über ein Ventil 62 mit
dem Fluid in den beiden Tanks in Verbindung steht, so daß zusätzliches Fluid für
die Verdampfung in dem Kessel 54' angeliefert wird. Der als Dampfgenerator wirkende
Kessel 54 erzeugt einen periodischen Druck mit der N-fachvn Prequenz der Rotationsfrequenz
des hydraulischen Motors 50, wobei N eine passende ganze Zahl Iste In Fig.3 ist
eine Anordnung zum Einspritzen von Fluid in einen Kessel oder eine ähnliche Einrichtung
gezeigt, etwa in den Kessel 26 der Fig.1, das dort in seine Dampfphase, beispielsweise
in Wasserdampf überführt werden soll. Das Fluid wird zweckmäßig in möglichst kleine
Tröpfchen verteilt, um die zur Verdampfung notwendige Zeit zu verkürzen. Bei dem
Beispiel der Fig.3 betritt das Fluid ein Gefäß 70 durch ein übliches Einlaßventil
720 Das Gefäß 70 ist mit einer piezoelektrischen, magnetostriktiven oder magnetbetätigten
Struktur versehen oder eine solche ist ihm beigegeben, so daß das Volumen des Gefäßes
70 aufgrund der abgestimmten Eigenfrequenz seiner elastischen Wände sich periodisch
ändert. Folglich wird das Fluid, das das Gefäß 70 durch das Einlaßventil 72 betritt,
periodisch in den Kessel 74 einem
spritzt, um dort aus der flüssigen
in die gasförmige Phase überführt zu werden. Dieses Einspritzverfahren zerteilt
die eingespritzten Tröpfchen auch noch weiter. In der Praxis kann das Einlaßventil
72 im Betrieb nicht erforderlich sein, weil das Wasser in den dampferzeugenden Kessel
74 mit einer so hohen Geschwindigkeit eingespritzt wird, daß eine Rückströmung durch
die normalerweise kleinen Öffnungen, wie sie vorzugsweise verwendet werden, vernachlässigt
werden kann0 Figo4 zeigt eine der Fig.1 ähnliche Anordnung, in der das in Dampf
umzuwandelnde Fluid unmittelbar aus den Tanks selbst abgeleitet wird. Bei dieser
Anordnung sind an die Tanks 80 und 82 Fluid leitungen 76 und 78 angeschlossen0 Ventile
86 und 88 verbinden die Leitungen 76 bzw0 78 mit einem üblichen Kessel oder Dampfgenerator
90, der das eingeleitete Fluid von der flüssigen in die dampfförmige Phase überführt.
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Ein Steuerventil 92 leitet das Fluid abwechselnd in den Tank 80 und
den Tank 82, wie auch bei dem Beispiel der Fig.
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1, und das aus dem einen Tank durch Dampfdruck herausgetriebene Fluid
fließt durch einen Fluidmotor 94 und füllt den anderen Tank wieder auf, wie bereits
für Figol beschrieben wurde. Die Ventile 86 und 88 werden von einem Steuergerät
100 betätigt, das auch das Steuerventil 92 so steuert, daß Fluid aus dem sich gerade
wieder füllenden Tank entnommen wird, um verdampft zu werden und den Druck zu liefern,
der das Arbeitsmittel bewegt, Wie bei den anderen Beispielen wird der Dampfdruck
indem im Auffüllen begriffenen Tank durch Ventile 102 und 104 zur Umgebung entlüftet.
Die Ventile 86 und 88 werden periodisch geöffnet, um einen Zustrom zum Kessel 90
freizugeben. Die aus den Wänden des Kessels 90 verfügbare Wärme verwandelt die Flüssigkeit
in Dampf. Vorzugsweise ist die Zeitspanne, während der Wasser in den Kessel 90 fließt,
mit der Schallgeschwindigkeit in dem Dampf, verglichen mit der Schallgeschwindigkeit
in der Fldssigkeit
und auf die geometrischen Verhältnisse der
Ventile und Behälter abgestimmt0 Fig.5 zeigt ein weiteres, der Fig.1 ähnliches Beispiel
der Erfindung, bei dem eine hydrostatische akustische Pumpe mit Frequenzabstimmung
verwendet wird, um Flüssigkeit aus dem Antriebssystem abzuziehen, die in einem Kessel
110 in Dampf überführt wird0 Wie beim Beispiel der Fig.1 werden Tanks 112 und 114
abwechselnd mit dem Arbeitsmittel gefüllt und geleert mit Hilfe von Dampfdruck,
der in dem Kessel 110 erzeugt und von einem Steuerventil 116, das von einem Steuergerät
12Q betätigt wird, abwechselnd in die Tank geschickt wird.
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Wenn für den Kessel 110 Arbeitsmittel, zOBo Wasser, zum Nachfüllen
benötigt wird, wird die Stimmgabel 120 von einem geeigneten Mechanismus in Bewegung
gesetzte Bei der gezeigten Ausführung ist eine Stimmgabel 120a mittels einer Hebelverbindung
an den hydrostatischen Motor 124 angeschlossen.
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Ein Horn 122, das ebenfalls vom Motor 124 aus mittels Nocken oder
Anschläger angetrieben wird, verstärkt den von der Stimmgabel 120a erzeugten akustischen
Ausschlag um das umgekehrte Verhältnis der Dampfraumeinlaßfläohe zur Bodenflä ohe,
so daß Wasser aus dem Bereich der Stimmgabel 120a durch das Horn 122 getrieben und
in den Kessel 110 in Form von feinen Tröpfchen eingespritzt wird0 Fig.6 stellt einen
besonderen Behälter dar, der für eine Anlage nach den Fig.1-5 und den noch zu beschreibenden
anderen Figuren zweckdienlich sein kann. In dieeer Anordnung betritt das zurückkehrende
Heißwasser einen Tank t26 und wird von dessen Wänden durch einen Dampf)rt1hler 128
abgehalten, der mit mehreren Löchern versehen ist, durch die das heiße Wasser wieder
austreten kann. Der Dampfkühler 128 verhindert so, daß das Rückwasser die Wände
des Tanks thermisch schockt, und gestattet der in der Wand gespeicherten
Wärme,
in dem Tank selbst Dampf zu erzeugen.
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Figo7 zeigt noch eine andere Ausführungsform der Erfindung, die dem
in Fig.1 dargestellten Grund system eines hydrostatischen Gleichstrommotors ähnlich
ist. In dieser Anordnung wird, wie auch bei den anderen Beispielen, Fluid abwechselnd
aus dem Tank 130 und dem Tank 132 über Rückschlagventile durch einen Fluidmotor
134 getrieben. Zum Unterschied von den bisher geschilderten Beispielen wird jedoch
in diesem speziellen Fall der Brennstoff, der verbrannt wird, um die Wärme zu erzeugen,
die dann in mechanische Energie umgewandelt wird, auch noch als Arbeitsmittel verwendet.
Der Brennstoff, beispielsweise Methan, ist in einem Reservoir 136 gespeichert und
wird in das System an der Stelle 138 eingespeist, wo das Arbeitsmittel aus dem Pluidmotor
134 herauskommt. Das Arbeitsmittel, das auch der Brennstoff ist, kehrt dann in den
Tank 130 oder 132 zurück, der ber das entsprechende Rückschlagventil wieder aufgefüllt
wird.
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Ein Teil der Flüssigkeit, die aus dem Tank 130 oder 132 ausfließt,
je nachdem welcher Tank gerade aufgebraucht wird, wird auch noch durch ein Ventil
140 oder 142 in der. Kessel 150 bzw. 152 abgezweigt. Beide Ventile 140 und 142 werden
von einem Steuermechanismus betätigt. In den Kesseln 150 und 152 wird Wärme zugeführt,
so daß der Brennstoff vom flUssigen in den gasförmigen Zustand übergeht und in den
zugeordneten Tank expandiert, wo er das darin befindliche Arbeitsmittel aus dem
Auslaß herauspreßt, damit dieses den Pluidmotor 134 treibt und den anderen Tank
wieder auffUllt Das Gas in dem gerade in Füllung begriffenen Tank, beispielsweise
in den Tank 130, wird ueber ein Ventil 164 bzw. 166 zu einem Brenner 160 abgeleitet.
Der Brenner 160 wird auch noch aus einem Reservoir 168 mit einem Oxydationsmittel
gespeist, um den gasförmigen Brennstoff zu verbrennen. Auf
diese
Weise dient der flüssige Brennstoff als Arbeitsmittel und der Dampf, der aus dem
in Füllung begriffenen Tank ausgetrieben wird, wird verbrannt, um so eine geschlossene
Wärmequelle zu liefern. In jedem Tank 130 und 132 können schwimmende Barrieren angeordnet
sein, um den Wärmeübergang zwischen dem Gas und der Flüssigkeit zu verbessern0 Fig¢8
zeigt wieder eine andere Ausführungsform des in Fig0 1 gezeigten Grund systems für
einen hydrostatischen Antrieb.
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Bei dieser Anordnung liefert der Wärmeaustausch von dem in dem Reservoirtank
expandierenden Dampf auf das Speisewasser auf dessen Weg zum Kessel ein einfaches
Regenerationssystem.
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Tanks 170 und 172 werden mit einem geeigneten Arbeitsmittel gefüllt,
wie auch schon in den früheren Beispielen, und dieses Arbeitsmittel wird abwechselnd
aus dem Tank 170 und dem Tank 172 durch einen Fluidmotor 174 getrieben, um dann
den jeweils anderen Tank zu füllen. Außerdem wird etwas von dem aus dem Tank 170
oder 172 ausgetriebenen Fluid in eine Leitung 176 abgezweigt und fließt von dort
entweder durch eine Rohrschlange 178 oder durch eine zweite Rohrschlange 180, je
nachdem welches von zwei Rückschlagventilen 184 und 186 offen ist. Die Ventile 184
und 186 werden von einem Steuergerät 190 derart gesteuert, daß das Fluid normalerweise
nur durch diejenige Rohrschlange fließen kann, die sich in dem in Füllung begriffenen
Tank befindet. Das durch die Schlange 178 oder 180 strömende Fluid absorbiert Wärme
aus dem Arbeitsmittel in dem umgebenden Tank und aus dem heißen Dampf in diesem
Tank, während es abgeleitet wird. Auf diese Weise betritt der Fluid zulauf den Kessel
200 oder 202 bereits mit einer erhöhten Temperatur, wodurch die Wärmemenge geringer
wird, die zum Umwandeln des Fluids aus der flüssigen in die dampfförmige Phase vor
der Einspritzung in den Tank 170 oder 172 erforderlich ist.
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Figo9 zeigt noch ein anderes Beispiel der Erfindung, das
in
dem Sinne regenerativ wirkt, daß in dem Arbeitsmittel enthaltene Wärme wenigstens
teilweise dazu ausgenützt wird, den Dampfdruck zu erzeugen, der das Fluid aus einem
Tank durch den Motor in den anderen Tank treibt. In diesem Bei spiel sind zwei Tanks
210 und 212 für eine Füllung bis zu einer maximalen Höhe bestimmt, die knapp unter
einem porös sen Wärmespeicherbett 214 liegt, mit einem Fluid, das bei passender
Temperatur aus der flüssigen in die dampfförmige Phase wechselt. Wenn Wärme der
einen Seite des Wärmespeicherbettes 214 zugeführt wird, beispielsweise der dem Tank
210 zugeordneten Seite, bewirkt diese zugeführte Wärme eine Umwandlung von etwas
Fluid in dem Tank 210 aus dem flüssigen in den dampfförmigen Zustand, was eine Volumenexpansion
zur Folge hat, die einen Teil der verbliebenen Flüssigkeit aus dem Auslaß des Tanks
210 heraus und durch einen Fluidmotor 220 drückt, worauf die Flüssigkeit den Tank
212 füllt. Wenn der Tank 213 bis zu einem bestimmten Maß geleert ist, wird der Vorgang
umgekehrt und Wärme dem Weil des p Ösen Wärmespeicherbettes 214 zugeführt, der zum
Tank 212 geJortO Daraufhin wird das Arbeitsmittel im Tank 212 teilweise verdampft,
so daß die verbliebene Flüssigkeit aus dem Tank 212 heraus und durch den Fluidmotor
220 in den Tank 210 getrieben wird0 Währenddessen absorbiert das Wärmespelcherbett
214 in dem gerade in Füllung betriffenen Tank Wärme aus dem in diesen Tank einströmenden
Fluido Diese Wärme wird in dem Wärmespeicherbett 214 zurückgehalten, bis dieser
Tank neu gefüllt ist, worauf zusätzliche Wärme zugeführt werden kann, um eine teilweise
Verdampfung des Fluids in diesem Tank zu bewirken. Das System ist also in dem Sinne
regenerativ, daß ein Teil der Wärme, die dem Arbeitsmittel gegeben wurde und nicht
gleich zum Erzeugen mechanischer Energie ausgenützt wird, danach wieder aus dem
Fluid abgezogen und neuerlich zum Erzeugen mechanischer Energie verwendet wird0
Fig.10
zeigt wieder eine andere Ausführungaform der Erfindung, bei der der Wärmeaustausoh
in dem System nach Art eines Ericson-Zyklus verläuft. Die Wärme wird beispielsweise
durch Verbrennen von Methan oder einem anderen geeigneten Brennstoff in einem Brenner
218 erzeugt und dann durch Heizschlangen 220 und 222 in den Tanks geleitet. Es sind
Ventile vorgesehen, um die Strömung der Abgase und der Wärme zu den entsprechenden
Tanks umzuschalten, so daß die Tanks 224 und 226 zyklisch geleert und wieder gefüllt
werden. Das einen der beiden Tanks betretende Fluid läuft auch noch durch eine Schlange
228 oder 230, bevor es in den Tank 226 oder 224 entlassen wird, so daß die im Fluid
vorhandene Wärme, wenn dieses den Tank auf seinem Weg zum Motor 232 verläßt, teilweise
an das Wasser zurückgegeben wird, das dabei ist, in den Tank zurückzukehren. In
ähnlicher Weise sind auch noch Schlangen 242 und 244 vorgesehen, die dazu dienen,
das den Motor 232 verlassende Fluid wenigstens teilweise zu kühlen Fig.11 zeigt
noch ein andere-s Beispiel der Erfindung, bei dem die dem Arbeitsmittel erteilte
Wärme, die sonst verb.
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rengehen würde, teilweise bewahrt und zum Erzeugen von mechanischer
Energie verwendet wird0 In diesem Fall werden zwei Tanks 240 und 242 abwechselnd
gefüllt und geleert mit einem Arbeitsmittel, das durch einen herkömmlichen Fluidmotor
244 fließt. Ein Brennstoff, beispielsweise Kerosen, Erdgas, Kohlenstaub oder LP-Gas
aus einem Vorrat 246 wird mit einem Sauerstoffträger vereinigt und in einem Brenner
248 verbrannt, nachdem er durch ein Ventil 250 geströmt ist, das von Hand oder automatisch
so eingestellt wird, daß eine gewünscht Brennstoffmenge durchgelassen wird. Die
im Brenner 248 erzeugte Wärme wird dazu ausgenutzt, das in Kessel 252 und 254 eingespritzte
Arbeitsmittel in Dampf zu verwandeln, und in diesem Aggregatzustand wird es in die
Tanks 240 bzw.
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242 geleitet. Falls notwendig oder zweckmäßig, können in den Kesseln
252 und 254 noch passende Ventile vorgesehen
sein.
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Ein Teil des den Tank 240 bzw. 242 verlassenden Fluids, je nachdem,
welcher Tank gerade geleert wird, wird durch eine Schlange 260 bzw. 262 in die Kessel
252 bzw0 254 gesaugt, Ventile 266 und 268 steuern die Fluidströmung in die Schlangen
260 und 262 und werden ihrerseits von einem Steuergerät 270 betätigt, das dafür
sorgt, daß Fluid nur in denjenigen Kessel gelangt, der Dampf an den gerade in Leerung
begriffenen Tank liefert. Wenn also beispielsweise Fluid gerade aus dem Tank 240
ausgetrieben wird, indem Dampf in das Kopfende dieses Tanks eingespeist wird, dann
ist das Ventil 268 offen und das Ventil 266 geschlossen, so daß das Fluid, das das
Ventil 268 passiert, durch die Schlange 262 strömt und mittels eines passenden Injektors
in den Kessel 254 einem spritzt wird0 Während das Arbeitsmittel die Schlange 262
durchströmt, wird ihm vom Brenner 248 Wärme zugeführt, um das Fluid vorzuwärmen,
so daß es am Kessel mit einer erhöhen ten Temperatur ankommt. Dadurch kann die Dampfmenge,
die in die Tanks 243 und 242 in einer vorgegebenen Zeitspanne eingespritzt werden
kann, beträchtlich gesteigert werden0 Das Wasser oder andere Fluid, das den in Leerung
begniffenen Tank verläßt, strömt durch einen Wärmeaustauscher 270 oder 272, bevor
es durch den Fluidmotor 244 fließt, Diese Wärmeaustauscher reduzieren die Temperatur
des Arbeitsmittels auf dessen Weg zum Motor 244 und vermindern damit die Gefahr,
daß der Fluidmotor durch ein überhitztes Fluid beschädigt wird0 Die Wärme in dem
Fluid, das den Wärmeaustauscher 272 oder 270 betritt und aus dem Tank 240 oder 242
kommt, der gerade geleert wird, wird teilweise auf das Fluid übertragen, das den
Motor 244 verläßt und a'f dem Rückweg zum Tank 240 oder 242, der gerade gefüllt
wird, ist, so daß diese Wärme die Temperatur des Fluids in dem in Füllung begriffenen
Tank heraufsetztO
Fig.12 zeigt ein Beispiel der Erfindung, bei
dem Wasser, das als Nebenprodukt bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoff oder
einem anderen Brennstoff anfällt, als Auffüllflüssigkeit für das Arbeitsmittel des
Systems ausgenützt wird und auch noch dazu, Wärme, die nicht in nutzbare mechanische
Energie umgesetzt worden ist, wieder in die Umgebung zurückzuführen. Diese Wärmeübertragungsanordnung
vereinfacht die zur Umwandlung von chemischem Energiepotential in die Arbeit einer
Welle notwendige Vorrichtung beträchtlich und erhöht den Wirkungsgrad im Vergleich
zum Otto-oder Dieselverfahren.
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Brennstoffe auf Kohlenwasserstoffbasis liefern bei vollständiger Verbrennung
in Sauerstoff oder sauerstoffhaltiger Atmc sphäre Kohlenmonoxid und Wasser. Das
Verhältnis des erzeugten Wassers zu dem erzeugten Kohlenmonoxid h.-gt von dem Verhältnis
des Wasserstoffs zum Kohlenstoff in dem verbrunten Brennstoff ab. In den gewöhnlichen
flüssigen Erdöl-Brennstoffen ist die erzeugte Wassermenge annähernd gleich der Menge
des verbrannten Brennstoffes. In verflüssigten Petroleumgas-Brennstoffen (Butan,
Propan, Methan usw.) tendieren die Verbrennungsprodukte zu einem noch größeren Anteil
an Wasser0 Die Verdampfung von Wasser unter einem festen Druck legt die Siedetemperatur
feste Auf Meereshöhe beträgt die Siedetemperatur etwa 1000C (212°F). Bei niedrigerem
Luftdruck ist die Siedetemperatur entsprechend niedriger. Das Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das in Fig.12 skizziert ist, nützt dieses Nebenprodukt der Verbrennung
eines wasserstoffhaltigen Brennstoffes zum Nachfüllen des Arbeitsmittels aus0 Bei
diesem Beispiel sind, wie in den anderen Fällen, zwei Tanks 276 und 278 vorgesehen,
die abwechselnd entleert und wieder gefüllt werden mit einem Arbeitsmittel, das
von dem einen oder anderen Tank durch einen Fluidmotor 280 fließt, wo der Druck
des Arbeitsmittels und die in seiner Strömung
enthaltene kinetische
Energie in Nutzarbeit einer Welle umgewandelt wird. Die Strömung des Arbeitsmittels
wird wieder zyklisch mittels Ventilen 282 und 284 in Kessel 286 und 288 geleitet,
die den Dampfdruck zum zyklischen Austreiben des Arbeitsmittels aus den Tanks 278
und 276 liefern. Brennstoff wird von einem Vorrat 300 über ein Ventil 302 in die
Kessel 286 bzw. 288 geleitet. Das Ventil 302 kann von einem Steuergerät 304 gesteuert
werden, das auch noch die Ventile 282 und 284 sowie Ventile 306 und 308 in gleicher
Weise, wie oben geschildert, betätigt.
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Im Gegensatz zu dem Beispiel der Fig.11 wird der aus dem Vorrat 300
eingespeiste Brennstoff in den Kesseln 286 oder 288 verbrannt. Die Kessel können
auch irgendeine andere Verbrennungsvorrichtung sein, die zum Verbrennen von Brennstoff
und Ableiten des mit den Brenngasen vereinigten Dampfes gebaut ist. Die Brenngase
werden zusammen mit dem Wasser- oder sonstigen Dampf, der aus dem Arbeitsmittel
gewonnen wurde, abwechselnd in die Tanks 276 und 278 geleitet, um das darin befindliche
Fluid auszutreiben und durch den Fluidmotor 280 zu drücken. Auf diese Weise ersetzt
der aus der Verbrennung des als Brennstoff dienenden Kohlenwasserstoffes gewonnene
Wasserdampf, der dem System zusätzlich zugeführt wird, mindestens teilweise den
Dampf, der durch die sich abwechselnd öffnenden Ventile 310 und 312 während des
Auffüllen der Tanks 276 und 278 in die Umgebung abgeleitet wird.
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Ein Teil des aus dem Motor 280 austretenden Fluids fließt auch noch
durch die Ventile 306 und 308, die von dem Steuergerät 304 gesteuert werden, und
betritt die als Verdampfer und Strahler arbeitenden Einrichtungen 320 und 322. Diese
Einrichtungen sind vorzugsweise am Oberende offen oder sonstwie zur Umgebung hin
geöffnet, so daß das in diese EinrichZ tungen gelangende Fluid in die Atmosphäre
verdampft und dabei
Wärme mitnimmt, die ihm von dem Arbeitsmittel
übertragen wurde, das auf seinem Weg zum Fluidmotor 280 durch Schlangen 324 und
326 strömt. Ein Teil der dem Fluid in den Einrichtungen 320 und 322 zugeführten
Wärme wird auch auf das Fluid übertragen, das durch Schlangen 330 und 332 zu den
Tanks 276 und 278 zurückkehrt0 Auf diese Weise dient ein Teil der Wärme des Arbeitsmittels
in den Tanks 276 und 278 dazu, das zu den Tanks zurückkehrende Fluid nach dem Passieren
des Motors 280 vorzuwärmen, und ein Teil wird in die Umgebung abgeführt, so daß
das Fluid, das den Motor 280 durchströmt, eine Temperatur hat, die den Motor nicht
beschädigto Wie auch in den übrigen Beispielen kann das Arbeitsmittel im vorliegenden
Beispiel Wasser sein oder komplizierte Lösungen, z.B. ein Gemisch von Wasser und
anderen Stoffen, die beispielsweise dazu dienen können, das Einfrieren zu verhindern,
die Fettigkeit zu erhöhen, den Wärmeübergang zu erhöhen oder zu vermindern, die
Absorption und das Festhaltevermögen der Brenngase zu unterstützen oder zu verlangt.
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samen. Umgekehrt kann das Arbeitsmittel einen Stoff oder Teilchen
geringerer Dichte enthalten, die auf seiner Oberfläche schwimmen und dadurch eine
Isolation zwischen den Brenngasen und dem Arbeitsmittel während der Zeitspanne bilden,
in der der Druck von den heißen Gasen auf das Arbeitsmittel in dem Tank übertragen
wird. Die Zusätze zum Arbeitsmittel können von den verdampfbaren und brennbaren
Teilen des Arbeitsmittels vor dem Einlaß in den Dampferzeugungs-und Verbrennungsteil
der Anlage, etwa die Kessel 286 und 288, abgeschieden werden.
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Auch wenn man gebräuchliche und preiswerte Stahlsorten, Keramikmaterialien,
Lager, Ventile und andere "Hardware" verwendet, können das Beispiel der Fig.12 und
auch die Beispiele der anderen Fig. für Betriebstemperaturen von bei.
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spielsweise 1100°C (2000°F) und Drücke von 420 at (6000 psi) ausgelegt
werden, wobei der Einlaß des Tanks mit Hilfe von Wärmedämmen, Isolation und anderen
Anordnungen, wie Strömungsablenker und Oberflächenverkleidungen den Dampf bei 7100
(1600F) oder einer niedrigeren Temperatur in Empw fang nimmt. Dagegen kann der obere
Teil der Tankwände nach Wunsch auf Temperaturen über 6500C (12000F) gehalten werden,
wodurch eine Wärmezufuhr und -speicherung vor dem Erzeugen von Dampf durch Überführung
von Wärme in das Fluid, wenn dieses beim Füllen des Tanks die Höhe der heißen Wandteile
erreicht, möglich ist.
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Die grundsätzliche Vielseitigkeit der Anlage gemäß Fig.12 wird durch
die Möglichkeit verdeutlicht, mehr als zwei Pluidtsuks zu verwenden, Die Herstellung
von Modellen mit 100 PS, bestehend aus zwei Tanks und einem Arbeitsmotor erlaubt
Motoreinheiten mit 200, 400, 600 und 1000 PS oder mehr einfach zusammenzusetzen,
indem man die Ausgangswellen jeder Einheit zu einer gemeinsamen Kraftwelle vereinigt
Eine solche Kraftwelle stellt an die Fabrikation nur geringe Anforderungen, nämlich
daß sie für ihren Zweck anschließbar ist, und bietet nicht die komplizierten Gestaltungserfordernisse
der Kurbelwellen von erbrennungakraf tmas chiireri Entsprechend können auch mehrere
Tankeinheiten hydraulisch an einen einzigen Motor angeschlossen werden.
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Die große Vielzahl hydrostatischer, hydraulischer und hydrodynamisoher
Motoren ist auch noch ein Beispiel für die Vielseitigkeit der Ausführung gemäß Fig.12
in zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten, die bisher ausschließlich durch komplizierte
Mechanismen, wie Kupplungen, Transmissionen, Winkeltriebe, Kardangelenke und Differentiale
bedient wurden. Die Wahrscheinlichkeit eines kostspieligen Ausfalls ist in der Ausführung
wesentlich herabgesetzt. Im Vergleich mit den herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen
in Form von Kolbenmotoren bietet das Beispiel der Fig.12 und auch
die
anderen Ausführungsformen den Vorteil einer verminderten Zahl von bewegten Teilen,
eine verminderte Relativbewegung von Metall auf Metall, und die Herabsetzung der
auftretenden Kreiselkräfte. Die Möglichkeit, einen hohen Wert des Verhältnisses
von Leistung zu Gewicht bei hoher Antriebsleistung zu erzielen, insbesondere wenn
man die Materialien, wie sie für Flugzeugturbinen typisch sind, verwendet, macht
die in Fig012 gezeigte Antriebsmaschine für Turbinen von Flugzeugen mit Propelierantrieb
besonders zweckmäßige Fig013 zeigt ein weiteres Beispiel der Erfindung, das etwas
dem herkömmlichen Stirlingmotor ähnelt. Der Stirlingzykluo zeichnet sich in erster
Linie dadurch aus, daß er ein P,egenerationsverfahren verwendet, in dem Wärme aus
dem Arbeit mittel in ein Wärmereservoir überführt wird, wenn das Arbeitsmittel zu
expandieren beginnt, Nach der Erzeugung der mechanischen Energie wird die gespeicherte
Wärme wieder dem abgekühlten Arbeitsmittel zugeführt, während dieses auf die Maximaltemperatur
des Zyklus erhitzt wird.
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Das Beispiel der Erfindung gemäß Fig013 ist insofern ähnlich als es
regenerativ ist; aber es nützt vorteilhafte Aspekte sowohl der flüssigen als auch
der gasförmigen Phase in dem Prozeß der Umwandlung von Wärme in mechanische Arbeit
aus.
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In diesem Beispiel wird Wärme, die durch Verbrennung von Kohlenwasserstoffen
oder anderen Brennstoffen, durch Atomspaltung oder KernPusion erzeugt wird, auf
das dampfförmige Arbeitsmittel an der Wärmequelle 350 übertragen, die beiZ spielsweise
ein Kessel sein kann, wie bei den anderen Beiw spielen.
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Wie bei diesen anderen Ausführungen wird die aus der Wärme quelle
350 stammende Wärme dazu benutzt, Arbeitsmittel vom flüssigen in den gasförmigen
Zustand zu überführen und den dabei entstehenden Dampfdruck abwechselnd in Tanks
352 und 354 zu leiten, so daß das Arbeitsmittel aus dem einen Tank
ausgetrieben
und durch einen Fluidmotor 356 gedrückt wird, um danach den anderen Tank wieder
aufzufüllen. Ein Teil des aus jedem Tank ausgetriebenen Arbeitsmittels dient dazu,
Plüssigkeit für die Umwandlung in die Gasphase bereitzustellen. Bei diesem Beispiel
strömt jedoch das Fluid auf seinem Weg zu einem Dampferzeuger, etwa einem Kessel,
durch eine Heizspirale in dem in Füllung begriffenen Tank, um möglichat viel Wärme
aus der in diesen Tank einfließenden Fldssigkeit zu absorbieren und auch, um möglichst
viel Wärme von einer ausgedehnten Wärmeübertragungsfläche aufzunehmen, die an der
Schlange, durch die das Fluid strömt, angebracht ist. So strömt beispielsweise ein
Teil des aus dem Tank 352 austretenden Fluids durch ein Ventil 360 und eine Schlange
362, die in dem Tank 354 angebracht ist0 Während der Tank 354 wieder gefüllt wird,
passiert das Arbeitsmittel auf seinem Weg zum Kessel 366 den Tank 354 durch die
Schlange 362.
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Das in den Tank 354 vom Motor 356 zurückkehrende Fluid durchläuft
eine negative Wärmeableitungsschlange 364 und ds zum Tank 352 rückkehrende Fluid
durchläuft eine negatise ärmeableitungshlange 365.
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Ferner ist in dem Tank 354 nächst der Schlange 362 eine ausgedehnte
Wärmeübertragungsfläche angeordnet, die aus einer Schlange 367 besteht. Die Schlange
367 absorbiert Wärme aus dem Arbeitsmittel, das in den Tank 354 zurückkehrt, und
auch noch Wärme aus den vom Vorrat 350 erzeugten Abgasen, die über die Schlange
367 und eine Schlange 370 in die Umgebung entlassen werden. Das aus der Schlange
362 austretende erhitzte Fluid wird in den Kessel 366 eingespritzt, wo es in seine
Dampfphase verwandelt wird, und dieser Dampf wird dann zum Tank 352 übergeleitet,
um das darin befindliche Arbeitsmittel aus dem Auslaß herauszupressen und durch
den Motor 356 zu treiben. Die Schlange 368 und 370 im Tank 352 arbeiten in gleicher
Weise, wenn dieser Tank gefüllt und der Tank 354 geleert wird. Wie gezeigt, sind
die Schlangen 367 und 370, die vorzugsweise aus einem hohlen
Schlangenrohr
bestehen, an ein Auslaßrohr 372 angeschlossen; die heißen Brenngase werden also
durch die Schlangen 367 und 370 geleitet, so daß die Wärme der Brenngase mindestens
teilweise auf das Arbeitsmittel übertragen werden kann, das verdampft werden soll,
und eventuell zum Erzeugen einer mechanischen Energie verwendet werden kann. Kernsehleifenübergänge
brauchen natürlich keinen Auslaß, verwenden aber zweckmäßigerweise einen ähnlichen
Kreis, um die Effizienz der Energieumwandlung zu verbessern0 Im folgenden wird ein
anderes Beispiel der Erfindung beschrieben, das in Fig.14 niedergelegt ist. Bei
dieser An'.
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ordnung werden zwei oder mehr Arbeitsmittel verwendet, um den Wärmegradienten
auf höhere und niedrigere Temperaturen ausdehnen zu können, als dies mit einem einzigen
Arbeitsmittel möglich ist. Diese Bauart bietet beträchtliche Vorteile vom thermodynamischen
Standpunkt. In dieser Ausführungsform wird, wie auch im Beispiel der Fig.11, aus
einem Vorrat 400 entnommener Brennstoff in einem Brenner 402 verbrannt, der nächst
üblichen Kesseln 406 und 408 angeordnet ist. Der so entstandene Dampf wird abwechselnd
in Tanks 410 und 412 geleitet, von denen einer ständig geleert und der andere durch
einen Fluidmotor 414 wieder gefüllt wird, wobei kontinuierlich mechanisch nutzbare
Arbeit einer Welle erzeugt wird.
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Das den Tank 410 oder 412 verlassende Fluid passiert auf seinem Weg
durch den Motor 414 Wärmeaustauschschlangen 418 oder 416 und gibt dabei Wärme an
das Fluid in der Leitung 420 bzw. 422 ab, die normalerweise Arbeitsmittel mit einem
anderen kritischen Punkt als das Arbeitsmittel in den Tanks 410 und 412 enthalten.
Die vom Fluid in diesen Leitungen aufgenommene Wärme läßt dieses vom flüssigen in
den gasförmigen Zustand übergehen und die dabei stattfindende Expansion des Arbeitsmittels
bewirkt, daß das Fluid in den Tanks 424 und 426 abwechselnd durch einen zweiten
Fluidmotor 426
getrieben wird, der parallel zum ersten Motor geschaltet
sein kann, so daß die Motorausgänge in der mechanischen Arbeit einer Welle vereinigt
werden.
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In dieser Anordnung können eine Reihe von Kombinationen der Arbeitsmittel
verwendet werden0 Einige Beispiele dafür sind: Quecksilber und Wasser, Quecksilber
und ein eutektisches Gemisch von Kalium und Natrium, Wasser und Prigen, Wasser und
Siliziumfluide, Frigen und verflüssigte Gase und viele andere. Eine einfache Erweiterung
des veranschaulichten Systems erlaubt die Entwicklung von Maschinen, die drei oder
vier oder mehr Arbeitsmittel verwenden.
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Liga15 zeigt noch ein anderes Beispiel der Erfindung, in dem zwei
hydrostatische Systeme mit jeweils zwei Tanks verwendet werden, um eine einzige
Welle anzutreiben, wobei die beiden Motoren 402 und 404 parallelgeschaltet sind.
Offensichtlich können Systeme beliebiger Zahl nach Art der gezeigten miteinander
verbunden werden, um den gewünschten Arbeitsausgang zu erzielen.
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Fig.16 zeigt wieder ein anderes Beispiel der Erfinciig, bei dem elastische
Membranen 410 und 412 zwischen zwei Arbeitsmittel eingefügt sind. Die Membranen
unterteilen jeden de beiden Tanks 416 und 418 in ein oberes und ein unteres Abteil.
Das Fluid im oberen Abteil, beispielsweise im oberen Teil des Tanks 418, kann expandieren,
etwa indem man es im Kessel 420 erhitzt, mit dem Resultat, daß der von der elastischen
Membran 412 ausgeübte Druck nach unten das im unteren Teil des Tanks 418 eingeschlossene
Fluid cs dem Auslaß und durch den hydrostatischen Motor 420 preßt wo mechanische
Energie abgenommen wird. Das aus dem Tank 412 ausgetriebene Fluid füllt dann den
unteren Teil des Tanks 410 und drüokt das im oberen Teil dieses Tanks befindliche
Fluid heraus und über ein Ventil 422 in den oberer Teil
des Tanks
418e Dann wird der Vorgang umgekehrt und das Fluid im unteren Teil des Tanks 410
wird von dem mittels des Kessels 426 expandierten Fluid herauagepreßt und in den
oberen Teil des Tanks 410 geleitet0 In ähnlicher Weise können Kolben, Balgen und
schwimmende Partikel verwendet werden, um die Arbeitsmittel zu trennen.
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Fig.17 zeigt ein hydrostatisches Antriebssystem, das nur einen einzigen
Tank 424 verwendet. Diese Ausführungsform kann beispielsweise in einem Raketensystem
für den Weltraum benützt werden. Sie nützt die Wärme aus, die beim Verbrennen des
Brennstoffes zum Zweck der Raketenschuberzeugung entsteht, um den Brennstoff in
Bewegung zu setzen, der dann als Arbeitsmittel für einen herkömmlichen hydrostatischen
oder anderen ähnlichen Motor 426 dient. Die in der Brennkammer 428 erzeugte Wärme,
die normalerweise verlorengeht, wird ausgenutzt, um das Brennstoff-Fluid aus dem
flüssigen ln den gasförmigen Zustand in der Druckquelle 430 zu überführen; der dabei
entstehende Druck treibt den flüssigen Brennstoff im Tank 424 aus dessen Auslaß
heraus und durch den Motor 426, um in der Brennkammer 428 verbrannt zu werden. Nächst
dem Tank 424 kann eine Kühleinrichtung 432 angebracht sein, um einen Teil des dem
Tank 424 zugeführten Dampfes zu kondensieren und die so entstandene Flüssigkeit
als Arbeitsmittel zu verwenden und nach Durchlaufen des Motors 426 zu verbrennen0
Fig.18 zeigt eine abgewandelte Form der Fig.7, wobei das Arbeitsmittel in einer
Brennkammer 440 verbrannt wird, beispielsweise um den Schub zum Antrieb einer Rakete
oder eines anderen Fahrzeugs zu erzeugen, und dann die dabei entstehende Wärme von
einem Erhitzer 442 ausgenützt wird, der um einen Tank 444 angeordnete Schlangen
hat0 Der Tank ist mit einem geeigneten flüssigen Brennstoff gefüllt. Die dem Fluid
im Tank 444 von dem Erhitzer 442 zugeführte Wärme bewirkt, daß ein Teil des Fluids
in den Dampfzustand überführt wird
und expandiert, wobei ein Teil
des Arbeitsmittels im Tank 444 ausgetrieben wird und durch das Ventil 446 und den
Fluidmotor 448 zur Brennkammer 440 gedrückt wird, wo er verbrannt wird. Auf diese
Weise wird die Verbrennungsabwärme dazu ausgenützt, mechanische Energie zu erzeugen,
die dann in der Vorrichtung für den gewünschten Zweck zur Verfügung steht.
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung erfüllen eine
Reihe von Anwendungszwecken in zufriedenstellender Weise0 Dazu gehören: a) Erwärmen
und Kühlen von Luft; b) Rasenmäher; c) Motor-Generator-Aggregate; d) Gartenschlepper;
e) Sumpfpumpen; f) Müllabfuhr und -verdichtung; g) Bewässerungspumpen; h) Erzeugung
von elektrischer Energie; i) .ühlkompressorstufen; J) Erdöl- und Erdgasbohr- und
Xumpeinrichtungen; k) Aufzüge und andere Hebegeräte; 1) Fördereinrichtungen; m)
Erzbrecher und -zerkleinerungsmaschinen; n) Getreidemühlen; o) Schrottshredder und
-verdichter; p) Autos; q) Schienenfahrzeuge; r) Autobusse und Züge; 8) Lastwagen
und Traktoren; t) andere landwirtschaftliche Maschinen; u) Autobahn-Baumaschinen;
v) Handels- und Passagierschiffe; w) Flugzeuge; t) Gasverflüssigung; y) Gesamte
Energieumwandlung.
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Die nachfolgende Tabelle gibt einige Ergebnisse für Motorstärken und
Gewichte wieder, die auf der Verwendung von Feuerkesseln, zugehörigen Stählen und
üblichen hydrostatischen Motoren beruhen, wie sie von Computer-Modellstudien gewonnen
wurden.
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Tabelle Motor Max.Dauer- Zahl Vollast Gesamt dargestellt leistung
PS des Tanks U/min Motor-Leergew.
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(kp) Fig.12 5 2 100-2000 oder 13,5 2000-20 000 Fig.12 15 4 100-2000
oder 32,5 2000-20 000 Fig.13 50 4 100-2000 58 Fig.13 100 4 100-2000 83 Fig.11 300
2 100-2000 130 Fig.11 600 4 100-2000 500 Durch Verwendung von Titanlegierungen,
-verbindungen und ueberzügen läßt sich das Verhältnis des Gewichts zur Leistung
wesentlich verbessern. Für die meisten Anwendungen sind jedoch die in der Tabelle
aufgeführten Verhältnisse ausreichend.
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Im Rahmen der Erfindung sind Änderungen an den erläuterten Ausführungsformen
möglich, so weit sie durch die Ansprüche erfaßt sind.