DE2255097B2

DE2255097B2 - Wärmekraftmaschine

Info

Publication number: DE2255097B2
Application number: DE2255097A
Authority: DE
Inventors: George Oscar Miami Fla. Schur (V.St.A.)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-11-12
Filing date: 1972-11-10
Publication date: 1974-07-25
Also published as: DE2255097A1; GB1372645A; CA948862A; JPS4858208A; US3715885A; DE2255097C3; JPS5234696B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftmaschine, insbesondere zur Ausnutzung natürlicher Wärmequellen, bestehend aus einer mit Flüssigkeit gefüllten Turbinenkammer, einem in dieser drehbar angeordneten Laufrad mit Turbinenschaufeln, einer unter der Turbinenkammer angeordneten Heizeinrichtung zum Verdampfen der Flüssigkeit, einem mit Flüssigkeit gefüllten Leitabschnitt zwischen Heizeinrichtung und Turbinenkammer mit einer die Flüssigkeitsdampfblasen auf die aufsteigenden Turbinenschaufeln leitenden Austrittsdüse, einem Kondensator für den Flüssigkeitsdampf und einer von dem Laufrad angetriebenen Abtriebswelle.

Eine derartige Wärmekraftmaschine ist aus der deutschen Patentschrift 12 859 bekannt.

Bei dieser bekannten Wärmekraftmaschine ist ein Flüssigkeitskessel unmittelbar oberhalb eines Ofens angeordnet und über Rohrleitungen für die aufsteigenden Dampfblasen und die Rückführung der Flüssigkeit mit der ein Laufrad aufnehmenden Turbinenkammer verbunden. Diese Turbinenkammer steht außerdem mit einem außerhalb angeordneten Kondensator in Verbindung.

Es ist weiterhin bekannt, ähnliche Wärmekraftmaschinen mit Flüssigkeiten von niedrigem Siedepunkt zu betreiben (vgl. deutsche Patentschrift

691549) In diesem Falle handelt es sich jedoch um eine mit einem Dampfstrahl getriebene Turbine.

Des weiteren ist es bekannt, eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle über eine berührungslose Kupplung mit Hilfe von Permanentmagneten und dem zwischen diesen erzeugten Magnetfeld fur die Übertragung von Drehmomenten zu kuppeln (vgl. USA.-Patentschrift 2 436 939).

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Warmekraft-

!o maschine der eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß sie bei sehr einfachem und gedrungenem Aufbau nahezu ohne Wartung außerordentlich zuverlässig und über lange Zeiten betriebssicher arbeitet und sich somit besonders dazu

is eignet, um mit gutem Wirkungsgrad die Energie aus natürlichen Wärmequellen in nutzbare Energie umzuwandeln. -OJJ .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß die Turbinenkammer, die Heizeinrichtung

ao und der Kondensator in einem gegen Dampf- und Flüssigkeitsaustritt hermetisch abgedichteten Behälter angeordnet sind, der mit einer niedrig siedenden Flüssigkeit gefüllt ist, daß der obers Abschnitt des Behälter-= als der gegenüber den übrigen Bereichen

a₅ des Behälters in horizontaler Richtung flächenmäßig ausgedehnter Kondensator ausgebildet ist, und daß das Laufrad mit der Antriebswelle berührungsfrei antriebsmäßig gekuppelt ist.

Bei dieser Ausbildung werden alle Teile der

Wärmekraftmaschine in einem einzigen, nach außen hermetisch abgeschlossenen Behälter angeordnet Dies gilt nicht nur für das Laufrad und den Leitabschnitt, sondern auch für die Heizeinrichtung und insbesondere auch für den Kondensator. Die An-Ordnung stellt aber einen nach außen vollständig hermetisch abgeschlossenen Arbeitsmittelkreislauf dar, aus dem das Arbeitsmittel nicht verlorengeht. Daher ist auch kein Nachfüllen notwendig. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung für einen wartungsfreien, langandauernden und zuverlässigen Betrieb. Außerdem erhält man eine gedrungene Bauweise bei einfachem Aufbau der Wärmekraftmaschine. Auch der Betrieb ist einfach, da es genügt, wenn die Flüssigkeit im Bereich des Kondensators auf einer

Temperatur gehalten wird, die nur wenige Grad unter der Temperatur der in der Heizeinrichtung erhitzten Flüssigkeit liegt. Für den wartungsfreien Betrieb ist außerdem wesentlich die berührungsfreie Kupplung zwischen dem Laufrad und der Abtriebswelle. Die

so Wärmekraftmaschine eignet sich daher ganz besonders für den Einsatz unter ungewöhnlich schwierigen Verhältnissen oder an entlegenen Stellen, da sie über lange Betriebszeiten ohne jede Wartung unter Ausnutzung von insbesondere natürlichen Energiequel-

len, also unabhängig von jeder sonstigen Energiezufuhr, eine Antriebsleistung liefert.

Vorteilhafterweise ist die Anordnung so getroffen, daß die Heizeinrichtung eine Vielzahl von einzelnen Verdampferzellen aufweist, die als Batterie gegen-

über dem Leitabschnitt wärmeisoliert in einer Wärmetauschkammer angeordnet sind und einzeln durch Steigrohre mit dem Leitabschnitt in Verbindung stehen. Hierdurch ergibt sich bei gedrängtem Aufbau eine sehr gute Wärmeübertragung. Der Kondensator kann zweckmäßigerweise gegenüber der Turbinenkammer des Behälters pilzförmig ausgebildet sein, um trotz gedrungenem Aufbau zu gewährleisten, daß die Kondensatorflächen eine Temperatur annehmen,

die wenigstens einige Grad unter der Temperatur der Flüssigkeit in der Heizeinrichtung liegt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand schematischer Zeichnungen näher erläuten. Es zeigt

F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch die Wärmekraftmaschine, und zwar senkrecht zur Achse der Antriebswelle, und

Fig. 2 einen waagerechten Schnitt entlang der Achse der Antriebswelle.

Das in den Figuren gezeigte Ausführungsbeispiel einer Wärmekraftmaschine weist einen aufrechtstehenden wärmeisolierten Behälter 11 auf, der aus einem unteren, sich nach oben etwa konisch verjüngenden Leitabschnitt 12, einer Turbinenkammer !3 von etwa gleichförmigen, ovalem Querschnitt und einem pilzförmigen oberen Kondensator 14 von in Draufsicht im wesentlichen kreisförmigen Grundriß besteht. Der Kondensator 14, und seine ausgedehnten Flächen sind außen mit die Wärmeabgabe an so die Atmosphäre unterstützenden Rippen 18 versehen. Der Kondensator 14 ist von einem kugelschalenförmigen Deckel 15 abgedeckt, der im geringen Abstand oberhalb des Kondensators montiert ist. Eine in den Kondensator 14 mündende Leitung 19 as ist normalerweise durch ein Ventil 20 hermetisch geschlossen. Durch diese Leitung kann der Behälter mit einer niedrigsiedenden Flüssigkeit gefüllt und gleichzeitig die enthaltende Luft evakuiert werden.

Der mittlere, im Querschnitt ovale Behälterabschnitt bildet eine Turbinenkammer 13. In den Flachseiten 21 der Turbinenkammer sind kreisförmige Öffnungen durch Scheiben 22, 23 mittels Schrauben 24 hermetisch verschlossen. Die Scheiben weisen nach außen ragende Buchsen 25, 26 auf, in denen die Wellenstummel 27, 28 des Laufrades 29 gelagert sind, die auf ihrem Umfang mit Turbinenschaufeln 33 versehen ist. Absiandsringe 30 und 31 dienen zur seitlichen Führung der Stirnwände 51, 52 des Laufrades 29.

Der Behälter ist mit einer niedrigsiedenden Flüssigkeit 36 gefüllt. Hierzu kann beispielsweise Dichlormethan dienen. Zur Erwärmung dieser Flüssigkeit dient im unteren Abschnitt des Behälters eine Heizeinrichtung, die eine Vielzahl von einzelnen Verdampferzellen 42 in einer Wärmetauschkammer 37 aufweist, welche als Batterie 41 gegenüber dem sich nach oben konisch verjüngenden Leitabschnitt 12 durch eine Zwischenwand 38 wärmeisoliert sind und einzeln durch Steigrohre 43 mit dem Inneren des Leitabschnittes in Verbindung stehen. Die Wärmetauschkammer 37 weist einen Zufluß 39 und einen Abfluß 40 für einen Wärmeträger auf.

Die. in der Wärmetauschkammer 37 aufgewärmte Flüssigkeit verdampft, und die Dampfblasen werden in dem Leitabschnitt 12 gesammelt und den Turbinenschaufeln 33 im aufsteigenden Bereich des Laufrades 29 zugeführt. Die Dampfblasen sammeln sich in den durch die Turbinenschaufel gebildeten Hohlräumen 34, wie dies bei 35 in F i g, 1 angedeutet ist. Dadurch wird das Laufrad in Richtung des eingezeichneten Pfeiles in Drehung versetzt, wobei das Laufrad ständig in die Flüssigkeit eingetaucht bleibt. Im oberen oder Scheitelbereich des Laufrades verlassen die Dampfblasen die Hohlräume 34 und steigen in den Kondensator 14, wo sich der Dampf an den kühleren Wänden niederschlägt und in den Flüssigkeitsspiegel der Flüssigkeit 36 zurückfließt.

Das dabei gewonnene Drehmoment des Laufrades wird auf eine oder auf mehrere Abtriebswellen 47, 48 übertragen, deren hohle Naben unter Zwischenschaltung von Lagerbuchsen 49, 50 auf den Buchsen 25, 26 frei drehbar gelagert sind. Die Abtriebswellen weisen Scheibenkörper 45,46 auf, an denen Permanentmagnete 54 kranzförmig angeordnet sind, denen entsprechende Permanentmagnete 53 an den Stirnwänden 51, 52 des Laufrades gegenüberliegen, so daß eine beriihrungsfreie Kupplung zwischen dem Laufrad und den Abtriebswellen 47, 48 besteht. Auf den Abtriebswellen können mittels Gewindezapfen 55 Keilriemenscheiben 56 od. dgl. zur Abnahme der Antriebskraft befestigt sein.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, endet der Leitabschnitt 12 in einer gegenüber der Drehachse der Turbinentrommel seitlich versetzten Austrittsdüse 44.

Statt an einem kreisförmigen Laufrad können die Turbinenschaufeln auch an einem endlosen umlaufenden Band angeordnet sein.

Der der Wärmetauschkammer 37 zugeführte Wärmeträger kann eine Wärmetauschflüssigkeit sein, die beispielsweise durch Sonneneinstrahlung erhitzt wird. Die Erhitzung kann aber auch durch andere natürliche, gegebenenfalls auch durch künstliche Wärmequellen erfolgen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmekraftmaschine, insbesondere zur Ausnutzung natürlicher Wärmequellen, bestehend aus einer mit Flüssigkeit gefüllten Turbinenkammer, einem in dieser drehbar angeordneten Laufrad mit Turbinenschaufeln, einer unter der Turbinenkammer angeordneten Heizeinrichtung zum Verdampfen der Flüssigkeit, einem mit Flüssigkeit gefüllten Leitabschnitt zwischen Heizeinrichtung und Turbinenkammer mit einer die Flüssigkeitsdampfblasen auf die aufsteigenden Turbinenschaufeln leitenden Austrittsdüse, einem Kondensator für den Flüssigkeitsdampf und einer von dem Laufrad angetriebenen Abtriebswelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinenkammer (13), die Heizeinrichtung (37 bis 43) und der Kondensator (14) in einem gegen Dampf- und Flüssigkeitsaustritt hermetisch abgedichteten Behälter (11) angeordnet sind, der mit einer niedrig siedenden Flüssigkeit gefüllt ist, daß der obere Abschnitt des Behälters (11) als der gegenüber den übrigen Bereichen des Behälters in horizontaler Richtung flächenmäßig ausgedehnter Kondensator (14) ausgebildet ist, und daß das Laufrad (29) mit der Abtriebswelle (47) berührungsfrei antriebsmäßig gekuppelt ist.

2. Wärmekraftmaschine nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung eine Vielzahl von einzelnen Verdampferzellen (42) aufweist, die als Batterie (41) gegenüber dem Leitabschnitt (12) wärmeisoliert in einer Wärmetauschkammer angeordnet sind und einzeln durch Steigrohre (43) mit dem Leitabschnitt (12) in Verbindung stehen.

3. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (14) gegenüber der Turbinenkammer (13) des Behälters (11) pilzförmig ausgebildet ist.