DE3826117A1

DE3826117A1 - Waermekraftmaschinenanordnung

Info

Publication number: DE3826117A1
Application number: DE3826117A
Authority: DE
Inventors: Bertram Dipl Ing Pelka
Original assignee: PELKA BERTRAM DIPL ING FH
Current assignee: PELKA BERTRAM DIPL ING FH
Priority date: 1988-08-01
Filing date: 1988-08-01
Publication date: 1990-02-08

Description

Es sind eine Reihe von Motoren und Verbrennungssysteme be kannt, mit welchen gespeicherte Sonnenenergie in Form von Öl, Erdgas oder Kohle (fossile Brennstoffe) nutzbar einge setzt werden. Bis heute ist es jedoch nicht gelungen, den Wirkungsgrad weit über die 50% Marke zu bringen. Mit an deren Worten bedeutet dies, daß ca. 50-80% der begrenzt vorhandenen Energievorräten nur für die unerwünschte Auf heizung der Umgebung verwendet wird. Diese nicht zu recht fertigende Vergeudung an Ressourcen war Anlaß für die nach stehend beschriebene Erfindung.

Grundsätzlich muß gesagt werden, daß eine 100%ige Umset zung der Energie nicht möglich ist und zwar aus zweierlei Gründen:
1. Der thermische Wirkungsgrad für CARNOT-Kreisprozesse berechnet sich nach der Formel:

das heißt: = 0, und dies ist nur möglich, wenn To gegen unendlich läuft. Da es aber keine unendlich hohe Temperatur gibt, ist der Wert 1 nie zu erreichen.
2. Nur die Exergie eines Brennstoffes und nicht dessen Brenn wert ist bei absolut verlustfreier Umsetzung zu erreichen.

Der Wirkungsgrad der nachstehend beschriebenen erfindungsge mäßen Wärmekraftmaschinenanordnung hängt in erster Linie von der Temperaturdifferenz zwischen unterer und oberer Temperatur (Tu und To) des Systems ab.

Es ist aufgebaut auf dem Gedanken des STIRLING-Motors, welcher bei niederer Temperatur verdichtet und bei hoher Temperatur expandiert. Je größer die Temperaturen von Kompression und Expansion voneinander entfernt liegen, desto höher ist der rein rechnerische thermische Wirkungs grad nach CARNOT. Der CARNOT-Kreisprozeß in abgewandel ter Form, nämlich mit 2 Isothermen und 2 Isochoren, stellt den vergleichbaren Idealprozeß dar.

Jeder Wärmetausch bedeutet ein bestimmtes Maß an Exergie verlust, der auch bei der vorliegenden Wärmekraftmaschinen anordnung nicht zu verhindern ist. Jedoch muß erwähnt werden, daß eine Temperaturerhöhung infolge Reibung von zB. Arbeits medium mit Wärmetauscherwänden innerhalb der isochoren Be grenzung zu einer Druck- und Temperaturerhöhung des Arbeits mediums führen und somit das Temperaturgefälle in den Wärme tauschern, welches für die Wärmeübertragung entscheidend ist, mindern. Der Wirkungsgrad der neuen Wärmekraftmaschinenan ordnung wird letztlich nur durch die Schmelztemperatur des Werkstoffes an der heißesten Stelle in der Anordnung begrenzt.

Weiterhin ist es für einen Motor mit optimalem Wirkungsgrad von Bedeutung, daß auch die Teil-Elemente mit höchstem Wirkungsgrad ausgeführt sind.

Zur Lösung der Aufgabe, eine Wärmekraftmaschine mit optimalem Wirkungsgrad zu schaffen, dienen die im Patentanspruch gekennzeichneten Merkmale. Mit einer solchen Ausgestaltung einer Wärmekraftmaschinenan ordnung wird auch der Vorteil erzielt, daß einerseits in dem erfindungsgemäß vorgesehenen geschlossenen Prozeß sowohl Ab wärme als auch Abgaswärme eines anderen bekannten Aggregates genutzt werden, wobei andererseits die Strömungsenergie des offenen Prozesses noch gesondert genutzt werden kann. Weitere vorteilhafte Einzelheiten des Erfindungskomplexes sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein allgemeines Schema der Wärmekraftmaschinenan ordnung,

Fig. 2 die konstruktive Teildarstellung einer allgemeinen Wärmekraftmaschinenanordnung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Variante einer erfindungsgemäßen Wärmekraft maschinenanordnung mit Ausnutzung von Solarenergie,

Fig. 4 eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Wärme kraftmaschinenanordnung in Verbindung mit einer her kömmlichen Brennkraftmaschine unter Ausnutzung deren Abgas- und Kühlerwärme.

Fig. 3a eine Variante einer erfindungsgemäßen Wärmekraft maschinenanordnung mit Ausnutzung der Solarenergie, dessen Speicherung und den Betrieb über den Speicher.

Fig. 5 konstruktive Teildarstellung eines gekapselten Verdichters,

Fig. 6 konstruktive Teildarstellung eines Kondensators,

Fig. 7 konstruktive Querschnittdarstellung eines Kondensators,

Fig. 8a Längsschnitt durch einen Medientrenner,

Fig. 8b Querschnitt durch einen Medientrenner,

Fig. 9a Längsschnitt durch einen Medientrenner,

Fig. 9b Querschnitt durch einen Medientrenner,

Fig. 10 vergrößertes Teilsegment eines Medientrenners,

Fig. 11 Gebläse mit längs geteiltem Gehäuse,

Fig. 12 Gebläse mit quer geteiltem Gehäuse,

Fig. 13 Gebläse mit längs geteiltem Gehäuse,

Fig. 14 Gebläse mit quer geteiltem Gehäuse,

Fig. 15 Querschnitt durch einen Gebläseblock, wobei Achse einteilig ausgeführt,

Fig. 16 Querschnitt durch einen Gebläseblock, wobei Achse mehrteilig ausgeführt ist,

Fig. 17 Längsschnitt durch einen isolierten Wärmetauscher,

Fig. 17a mögliche Ausbildung einer gekühlten Absorberfläche für Strahlungswärme,

Fig. 17b Querschnitt einer möglichen gekühlten Absorberfläche,

Fig. 18 schematische Darstellung eines Wärmetauscherblockes mit integrierten Gebläseeinheiten,

Fig. 19a Längenanpassungselement,

Fig. 19b Längenanpassungselement,

Fig. 20 Querschnitt durch eine herkömmliche Brennkraft maschine mit integrierter Kühlung,

Fig. 21 Expansorkolbenpaar im Längsschnitt,

Fig. 22a Zusammenwirken von Verdichter und Expansor als kleinste Wärmekraftmaschinenanordnung,

Fig. 22b Zusammenwirken von Verdichter und Expansor als kleinste Wärmekraftmaschinenanordnung,

Fig. 23a Zusammenwirken von zwei Verdichtern und zwei Expansoren,

Fig. 23b Zusammenwirken von zwei Verdichtern und zwei Expansoren,

Fig. 24a Querschnitt durch eine doppelte Vakuumisolierung,

Fig. 24b Durchdringung durch eine doppelte Vakuumisolierung,

Fig. 25a Ausschnitt aus einer Platten-Vakuumisolierung,

Fig. 25b Teilquerschnitt durch eine Platten-Vakuumisolierung,

Fig. 25c Ecke einer Platten-Vakuumisolierung,

Fig. 26 Längsschnitt durch einen kerbarmen Kolben,

Fig. 27 Querschnitt durch einen isolierten Brenner,

Fig. 28 Längsschnitt durch einen isolierten Brenner,

Fig. 29 Festkörperdosiereinrichtung im Längsschnitt,

Fig. 30 beheizbare Einspritzpumpe,

Fig. 31 gekühlter Aschekasten,

Fig. 1 stellt ein vereinfachtes Ablaufschema der Wärme kraftmaschinenanordnung dar. Es zeigt vier Zylinder 1-4, von denen die Zylinder 1 und 2 einen sogenannten "kalten Raum" und die Zylinder 3 und 4 einen sogenannten "heißen Raum" zugehörig sind. Die Zylinder 1-4 arbeiten um 180° zueinander versetzt, was jeweils an den oberen und unteren Kolbenstellungen erkennbar ist. Als Arbeitsräume wurden zylindrische Räume, welche sich in ihrer Größe verändern können, gewählt. Die zylindrische Ausbildung der Räume dient letztlich einer besseren Veranschaulichung, die Räu me sind in ihrer zylindrischen Form nicht prinzipbedingt.

Das Arbeitsmedium wird diskontinuierlich über ein Ventil 5 angesaugt. Das Volumen des als Kompressor dienenden Zylin ders 2 vergrößert sich von der oberen Totpunktlage des Kol bens im Zylinder 2 bis hin zur unteren Totpunktlage des Kol bens. Nach dem Füllen des Zylinders 2 schließt das Einlaß ventil 5. Das gasförmige Arbeitsmedium ist nun vollkommen abgeschlossen. Uber ein Einspritzventil 8, welches druck wellengesteuert öffnet, wird Kältemittel, welches mittels einer Einspritzpumpe 7 dosiert und auf den nötigen Druck gebracht wurde, in den abgeschlossenen Raum des Kompressor -Zylinders 2 mit Überdruck gespritzt. Es wird jeweils so viel an Kältemittel in den Kompressor gespritzt, wie auf Grund der Zustandsänderung des Arbeitsmediums auch zu Kühlzwecken verdampfen kann. Beim Öffnen eines Auslaß ventiles 6 endet die Einspritzung von Kältemittel.

Nach Öffnen des Auslaßventiles 6 wird das verdichtete Arbeitsmedium mit dem Kältemitteldampf solange ausgescho ben, bis der Kolben im Zylinder 2 seine obere Totpunkt lage erreicht hat. Das Auslaßventil 6 schließt und das Einlaßventil 5 öffnet sich für das nächste Füllen. Das Ge misch aus Arbeitsmedium und Kältemitteldampf strömt in einen Kühler 9 an der Einlaßstelle 11. Die Kühlluft 10 unterkühlt das Gemisch derart, daß das Kältemittel voll kommen kondensiert. Es verläßt den Kühler 9 an der Aus laßstelle 12. Das Kältemittel ist im Kühler 9 vollkommen kondensiert und zum Teil auch schon abgeleitet worden, an der Stelle 12. Das Gemisch aus Arbeitsmedium und Kälte mittel, welches schon deutlich reduziert ist, verläßt den Kühler 9 an der Auslaßstelle 14 und strömt direkt in einen Medientrenner 13. Hier wird das Gemisch aus Gas und Kälte mittel vollkommen voneinander getrennt. Das Kältemittel verläßt den Medientrenner 13 an der Auslaßstelle 15 und fließt zusammen mit dem vom Kühler 9 abgeschiedenen Kälte mittel in den Sammelbehälter 16. Die Einspritzpumpe 7 saugt aus dem Sammelbehälter 16 an der Auslaßstelle 17 das Kälte mittel an, um es erneut in den nun geschlossenen Kältemit telkreislauf in die Verdichter 1, 2 zu Kühlzwecken einzu spritzen. Grundsätzlich ist für jeden Kompressor 1 bzw. 2 ein gesondertes Kältemittel anwendbar.

Aus Vereinfachungsgründen wurde der Kältemittelkreislauf nicht weiter unterteilt. In der Einspritzpumpe 7 sind in den Kammern 18 und 19 weitere Unterteilungsmöglichkeiten angedeutet. In diesem dargestellten Fall werden jedoch die Ansaugleitung von 17 bis 18 und 19 als eine Leitung darge stellt, da auch nur ein Kältemittelkreislauf dargestellt werden sollte. Ebenso bei der Druckleitung, welche zu den Kompressoren führt.

Das von Kältemittel vollkommen befreite Arbeitsmedium strömt nun vom Medientrenner 13 in eine Volumenverdränger einheit 20. Diese Station ist für die Funktion des Kreis prozesses nicht unbedingt notwendig, jedoch erleichtert diese den Gastransport, ohne das Gas selbst zu verdichten. Nach der Volumenverdrängereinheit 20 strömt nun das Arbeits medium an der Stelle 22 in einen Regenerator 21 und verläßt diesen wieder an der Stelle 23. Bei diesem Durchlauf durch den Regenerator 21 nimmt das Arbeitsmedium diejenige Wärme auf, welche das entspannte und abgearbeitete Arbeitsmedium, welches auch durch den Regenerator 21 strömt, abgibt. Es strömt an der Stelle 24 in den Regenerator 21 und ver läßt diesen an der Stelle 25 abgekühlt. Das frische Ar beitsmedium, welches den Regenerator 21 an der Stelle 23 verläßt, strömt wieder durch die Volumenverdränger einheit 20.

An der Stelle 27 gelangt das regenerativ vorgeheizte Ar beitsmedium in einen Brenner 26. Der Brenner 26 wird ge speist mit Brennstoff an der Stelle 28. An der Stelle 29 wird in das nun hocherhitzte Arbeitsmedium zusätzlich Ar beitsmittel gespritzt. Das Arbeitsmittel verdampft im Ar beitsmedium und verhindert ein Durchbrennen der Trenn wände. An der Stelle 30 verläßt nun das hocherhitzte Ar beitsmedium, gemischt mit dem Arbeitsmitteldampf, den Brenner 26. Vorgewärmte Luft strömt an der Stelle 32 in den Brenner 26. Das Abgas des Brenners 26 strömt an der Stelle 31 aus ihm heraus. Das Gemisch aus Arbeitsmedium und gesättigtem Arbeitsmitteldampf strömt am Ventil 33 in den Vorraum 34 des Expansors 4.

Beim nächsten Arbeitstakt strömt das Gemisch über ein Ein laßventil 35 in den Expansor 4. Das Volumen expandiert und der mitgeführte Dampf des Arbeitsmittels kondensiert vollkommen. Das Gemisch aus entspanntem Arbeitsmedium und kondensiertem Arbeitsmittel verläßt den Expansor 4 über ein Auslaßventil 36. Das Gemisch strömt in einen Medien trenner 37. Hier wird das Arbeitsmittel vollkommen vom Ar beitsmedium getrennt. Das Arbeitsmittel verläßt den Medien trenner an der Stelle 38 und strömt an der Stelle 39 in den Arbeitsmittelsammelbehälter 40. Diesen verläßt es an der Stelle 41 und gelangt in die Einspritzpumpe 7 und zwar in die Kammer 42 bzw. 43.

Auch hier besteht die Möglichkeit, zwei verschiedene Ar beitsmittel einzusetzen. Dies wurde aus Vereinfachungs gründen nicht vorgenommen. Das Arbeitsmittel wird mit Hilfe der Einspritzpumpe druckwellengesteuert in den Bren ner 26 an der Stelle 29 eingespritzt. Das Arbeitsmittel durchläuft einen eigenen Kreislauf. Das entspannte Ar beitsmedium kommt vollkommen trocken aus dem Medientren ner 37 und strömt an der Stelle 24 in den Regenerator 21. Diesen verläßt es an der Stelle 25, um erneut den Kreis lauf am Einlaßventil 5 am Verdichter 2 zu durchlaufen. Die vorgewärmte Verbrennungsluft, welche an der Stelle 32 in den Brenner 26 einströmt durchläuft vorher verschiedene Stationen, die noch näher zu betrachten sind.

Die Verbrennungsluft strömt, von der Umgebung angesaugt, in den Luftfilter 44 an der Stelle 45. An der Stelle 46 strömt nun die Luft um den sehr kalten Kompressorblock. Das in der Luft enthaltene Wasser kondensiert oder gefriert zum Teil an dem Kompressorblock 1 und 2. An der Stelle 47 verläßt die getrocknete und unterkühlte Luft den Kompressor block 1 und 2 und strömt in eine Volumenverdrängereinheit 20, welche verhindert, daß sich der isochor aufbauende Druck entgegen der Strömungsrichtung abbaut. Die Luft strömt dann an der Stelle 48 in einen Luftvorwärmetauscher 50. Hier nimmt die frische Luft diejenige Wärme auf, welche das Abgas beim Durchlaufen dieses Wärmetauschers 50 abgibt. Da das Abgas bis auf Umgebungstemperatur heruntergekühlt wird, kondensieren die sauren und wäßrigen Bestandteile, da dies unterhalb des Taupunktes des Abgases geschieht. Diese wäßrigen, sauren Bestandteile verlassen den Luftvor wärmetauscher 50 an der Stelle 51 und werden separat aufge fangen. Nach entsprechender Aufarbeitung der Flüssigkeiten, lassen sich diese wieder industriell als Rohstoff verwerten. Ein Besprühen des kühlen Abgases mit Wasser, um die sauren Bestandteile herauszuwaschen, ist möglich, jedoch in dem Ab laufschema nicht gesondert aufgegeben. Die vorgewärmte Luft strömt an der Stelle 52 aus dem Luftvorwärmetauscher 50 heraus und in die Volumenverdrängereinheit 20 hinein, wel che als Druckschleusen fungiert, um dann vorgewärmt an der Stelle 32 in den Brenner 26 einzuströmen und mit dem Brenn stoff aus der Zufuhr 28 zu reagieren.

Aus Vereinfachungsgründen ist vor dem Luftvorwärmetauscher 50 nur eine von mehreren Volumenverdrängereinheiten 20 und entsprechend nur eine danach angedeutet; ebenso beim Regen erator 21. In Wirklichkeit strömt das zu erhitzende Gas durch die Volumenverdrängereinheit 20 und danach in den Wärmetau scher 50, um anschließend wieder durch die Volumenverdrän gereinheit 20 zurück in den Wärmetauscher zu strömen, um an schließend nach der Volumenverdrängereinheit wieder in den Wärmetauscher zu strömen. Die Wärmetauscherelemente werden aus Platzgründen gebündelt übereinander angeordnet; ebenso die Volumenverdrängereinheiten 20. Es ergibt sich somit eine deutlich längere Strömungsstrecke und größere Wärmeübertra gungsfläche. Um eine relativ kleine Grätigkeit der Wärme tauscher zu bauen, ist eine große Übertragungsfläche not wendig.

Das Wasser bzw. Eis am Kompressor 1,2 wird separat abgelei tet bzw. gereinigt. Dies ist im Flußschema aus Vereinfachungs gründen nicht dargestellt.

Die Fig. 2 stellt den gleichen Ablauf, wie bereits be schrieben, konstruktiv dar. Die Zylinder 1 und 2 bilden die Kompressoren und die Zylinder 3 und 4 die Expansoren. Die Positionen von Fig. 1 wurden, soweit konstruktiv er kennbar, mit gleicher Ziffer übernommen. Die Einspritz pumpe 7 ist aus Vereinfachungsgründen nicht gesondert dar gestellt.

In Fig. 3 wird ein weiterer Anwendungsfall der Wärme kraftmaschinenanordnung dargestellt. Gleiche Elemente wurden auch hier mit gleicher Position beziffert. Der Ab lauf des Wärmesystems ist identisch mit dem bereits be schriebenen gemäß Fig. 1. Unterschiedlich ist dabei, daß der Luftvorwärmetauscher 50 und der Brenner 26 bei dieser nachstehend zu erläuternden Anordnung erfindungsgemäß nicht erforderlich sind. Nach dem Regenerator 21 durchströmt das Arbeitsmedium die Volumenverdrängereinheit 20 und strömt an der Stelle 27 in einen Solarabsorber 54. Hier nimmt das Arbeitsmedium an einer Absorberfläche 55 die Wärme der konzentrierenden Sonnenstrahlen 57 auf. Um ein Durchbrennen dieser Absorberfläche 55 zu verhindern, wird zusätzlich Ar beitsmittel an der Stelle 29 in den Solarabsorber 54 ge spritzt. Das hocherhitzte Arbeitsmedium mit dem Arbeits mitteldampf verläßt den Solarabsorber gesättigt an der Stel le 30, um im Expansor 4 die Energie abzugeben. Der konzen trierende Sonnenkollektor 56 übernimmt die Erzeugung der hohen Temperatur. Sonstige Elemente der Wärmekraftmaschinen anordnung wurden bereits erwähnt und in der Funktion be schrieben.

Fig. 3a stellt eine Abwandlung von Fig. 3 dar. Die Ab wandlung besteht in der zusätzlichen Nutzung der Solar wärme in einem Zwischenspeicher 350 und den Betrieb der Wärmekraftmaschinenanordnung vom Zwischenspeicher 350. Die solargetriebene Wärmekraftmaschinenanordnung läßt sich durch wegspiegeln oder abblenden der Lichtstrahlen stillsetzen bzw. in der Leistung verändern.

Das Schema nach Fig. 3a zeigt eine weitere Anwendung und Nutzung der kostenlosen Solarenergie.

Wird die elektrische Leistung der Kraftmaschinenanordnung nicht benötigt, so ist diese stillzusetzen und auf Speicher betrieb zu schalten. Während des Speicherbetriebes steht die Wärmekraftmaschinenanordnung, wobei die Einstrahlung auf den Solarabsorber nicht unterbrochen wird.

Die Arbeitsmittelpumpe 352 pumpt flüssiges Arbeitsmittel in den Kühlmantel 355 des Solarabsorbers 54. An der Stelle 356 ist der Zufluß in den Kühlmantel.

Da der Solarabsorber weiter nicht gekühlt wird, erhöht sich die Temperatur an der Absorberfläche 55. Das flüssige Arbeitsmittel beginnt zu verdampfen. Ein nicht dargestelltes eingebautes Druckventil legt die Verdampfungstemperatur des Arbeitsmittels fest. Das überschüssige dampfförmige Arbeits mittel entweicht an der Stelle 357 und strömt in den Druck speicher 350 an der Stelle 360. Der Druckspeicher 350 ist zur Umgebung hin sehr gut isoliert. Je aufwendiger der Druck speicher isoliert ist, desto länger hält sich das Arbeits mittel im dampfförmiger Phase.

Der Arbeitsmittelfüllstand im geschlossenen Kühlmantel ist durch Niveauregulierung konstant zu halten. Die Flüssigkeits pumpe 352 pumpt entsprechendes Arbeitsmittel nach.

Das Volumen des Druckspeichers 350 und die Menge an Arbeits mittel ist entsprechend aufeinander abzustimmen.

Ist der Druckspeicher voll, ist entweder ein weiterer Druck speicher zu füllen, oder die Einstrahlung auf den Solarab sorber zu unterbinden. z.B. wegspiegeln oder abblenden. Nach Beendigung der Ladephase ist der Kühlmantel um den Solarabsorber wieder leerzupumpen.

Dies ist vorteilhaft, um ein weiteres Kühlen des Solarab sorbers bei Betrieb der Wärmekraftmaschinenanordnung zu unterbinden. Lediglich bei zu hoher Einstrahlungsintensität, wo ein Durchschmelzen der Absorberfläche droht, ist die zu sätzliche Kühlung über den Arbeitsmittelmantel angebracht. In diesem Fall ist ein Laden des Speichers 350 parallel zur laufenden Wärmekraftmaschinenanordnung möglich.

Fig. 17a und Fig. 17b zeigen eine mögliche konstruktive Ausgestaltung des Solarabsorbers 54. Analog des in Fig. 3a dargestellten Ablaufschemas sind die Bezugsziffern über nommen.

Bei fehlender Sonneneinstrahlung (z.B. nachts) ist die Wärmekraftmaschinenanordnung über den Speicher 350 zu betreiben. Da hierfür der Solarabsorber 54 als Erhitzer ausfällt, muß der Medienstrom über den Speicher 350 ge lenkt werden.

Dies geschieht durch Umschalten des Zuflusses 27 in den Solarabsorber 54 an der Stelle 371 und durch Umschalten des Abflusses 30 vom Solarabsorber 54 an der Stelle 370. Der erhitzende Wärmetauscher 351 liegt innerhalb des Wärmespeichers 350. Dies ist notwendig, um das regene rierte Arbeitsmedium vom Regenerator 21 auf Sättigungs temperatur des Arbeitsmitteldampfes zu bringen.

Die unter dem Kapitel "Einspritzpumpe" später näher be schriebene "Dampfdosierpumpe" 365 wird an die Einspritz pumpe 7 gekoppelt, so daß diese synchron mitläuft. Die Pumpenelemente 42 und 43 werden gleichzeitig entkoppelt oder auf permanente Nullförderung gestellt.

Da der Druckspeicher zu Beginn des Speicherbetriebes einen sehr hohen Druck aufweist, ist für jeden Arbeits takt eine relativ kleine Volumenmenge an Dampf notwendig. Dies wird durch Verdrehen des Nutzhubes über die äußere Steuerkante von mindestens einem Pumpenkolben realisiert. Die Funktion der Dampfdosierpumpe ist analog der Flüssig keitspumpe aufgebaut. Lediglich die Zuführung des dosierten Dampfes geschieht über gesteuerte Ventile an der Stelle 366.

Der Druck nach der Dosierpumpe sollte etwas höher als der Innendruck des vorbeiströmenden Arbeitsmediums sein, damit der Dampf in die vorbestimmte Richtung strömt.

Die Wärmekraftmaschinenanordnung arbeitet wie bereits be schrieben. Jeder Volumeneinheit von Arbeitsmedium wird an der Stelle 366 die entsprechende Dampfmenge zugeführt. Das Arbeitsmedium wird zusammen mit dem Dampf im Expansor expandiert und gelangt über den Medientrenner 37 wieder zurück in den Regenerator 21.

Das flüssige Arbeitsmittel fließt zurück in den Sammelbe hälter 40.

Der Druckspeicher verliert nach einer bestimmten Zeit Wärme aufgrund des natürlichen Temperaturgefälles.

Das dampfförmige Arbeitsmittel kondensiert teilweise auch innerhalb des Druckspeichers 350. Das Arbeitsmittel kondensat sammelt sich unten und wird über die Leitung 375 abgelassen bzw. dem Arbeitsmittelsammelbehälter 40 zuge führt.

In Fig. 4 wird ein weiterer Anwendungsfall für die Wärmekraftmaschinenanordnung dargestellt. Zwei voneinan der unabhängige Wärmekraftmaschinenanordnungen werden zur Kühlung von Zylinderaußenwänden von Brennkraftmaschinen 60/61 und zur Nutzung deren heißer Abgase benutzt. Für den 1. Wärmekreis stellt die Zylinderaußenwand der Ver brennungsmaschinen 60/61 den Brenner dar. Der Brenner 26 entfällt für diesen ersten Wärmekreis.

An der Stelle 29 zwischen den Verbrennungsmotoren 60/61 wird soviel an Arbeitsmittel eingespritzt, wie zur sich eren Außenkühlung der beiden Zylinder erforderlich ist. Kriterium für die Auslegung der Arbeitsmittelmenge ist die innere Wandtemperatur der Zylinder 60/61, welche den Schmier ölfilm an keiner Stelle unterbrechen darf. Zur Orientier ung kann die Außentemperatur der Zylinder von luftgekühl ten Maschinen herangezogen werden. Der Wirkungsgrad dieses 1. Wärmekreises wird also von der zulässigen Wandtemper atur der Brennkraftmaschinen 60/61 bestimmt. An der Stel le 30 verläßt das Gemisch aus Arbeitsmedium und Arbeits mitteldampf den Kühlsektor der Zylinderaußenwände und strömt über das Ventil 33 in den Vorraum 34 des Expansors 4. Der Kreis verläuft analog dem bereits beschriebenen.

Die erste Wärmekraftmaschinenanordnung nutzt noch zusätz lich nach dem Regenerator 21 die Abwärme des Abgases in einem Zwischenkühler 65. Um den gesättigten Zustand des Gemisches aus Arbeitsmedium und Arbeitsmitteldampf auf recht zu erhalten, wird das nötige Arbeitsmittel in den Zwischenkühler nachgespritzt.

Der heiße Teil des Abgases wird vom zweiten Wärmekreis ge nutzt. Das noch relativ warme Abgas wird erst dann noch zum weiteren Vorheizen der ersten Wärmekraftmaschinenan ordnung im Zwischenkühler 65 genutzt. Eventuell anfallen des Kondensat des Abgases wird an der Stelle 51 in ein Sammelbecken geleitet. Das abgekühlte Abgas verläßt an der Stelle 49 den Zwischenkühler 65 und strömt in eine Abgas turbine 66, wo es seine Druck- und Strömungsenergie ab gibt. Infolge weiterer Taupunktsunterkühlung tritt an der Abgasturbine 66 das Kondensat 51 in das Sammelbecken. Die gewonnene Energie kann zur Stromerzeugung oder aber zur Verdichtung des Verbrennungsgemisches oder Luft für den Verbrennungsmotor 60/61 benutzt werden.

Die Verbrennungsluft strömt an der Stelle 45 in den Luft filter 44. An der Stelle 46 strömt die Luft um den Kom pressorteil 1/2 und wird dort unterkühlt. Wasser scheidet sich aus bzw. gefriert an der Kompressoraußenwand 1/2 und strömt an der Stelle 47 in den Saugstutzen der beiden Ver brennungsmotoren 60/61. Der hier verwendete Verbrennungs motor 60/61 kann zweckmäßig als Dieselmotor ausgebildet sein. Zu erkennen ist dies an der Einspritzpumpe 7 und an den Kammern 62/63, wo der Kraftstoff mittels Einspritz pumpe 7 in die Zylinder 60/61 über die Einspritzdüsen 67/68 gespritzt wird.

Über die Abgasleitung 69 wird das Verbrennungsabgas in einen Erhitzer 70 geleitet. Dort wird es heruntergekühlt und strömt dann in den Zwischenkühler 65.

Die zweite Wärmekraftmaschinenanordnung arbeitet analog der bereits beschriebenen Anordnung. Die einzelnen Elemente werden mit gleicher Bezugsziffer, jedoch um 100 vergrößert bezeichnet. Dies soll den Vergleich zwischen den einzelnen Elementen und den Wärmekreisen erleichtern. Die nun fol gende Beschreibung ist analog der bereits beschriebenen Wärmekraftmaschinenanordnung zu verstehen.

In den Kompressor 1 wird das Arbeitsmedium über das Ein laßventil 105 eingeleitet. Während der Verdichtung wird Kältemittel von der Einspritzpumpe 7 über die Kammer 18 in den Kompressionsraum gespritzt. Das Gemisch aus Kälte mitteldampf und Arbeitsmedium verläßt den Kompressor über das Auslaßventil 106 und tritt an der Stelle 111 in den Gesamtkondensator 9. Hier wird das Gemisch vollkommen unterkühlt. Ein Teil des Kältemittels verläßt den Kon densator 9 an der Stelle 112 in die Sammelleitung, die zum Sammelbehälter des Kältemittels führt.

An der Stelle 114 tritt das zum Teil schon trockene Ar beitsmedium in den Medientrenner 113. Nach vollkommener Trennung von flüssiger und gasförmiger Phase gelangt das Arbeitsmedium in die Volumenverdrängereinheit 120. Das Kältemittel wird an der Stelle 115 über die Sammelleit ung in den Sammelbehälter 116 geleitet, wo es an der Stelle 117 von der Einspritzpumpe 7 angesaugt und über die Kammer 18 und dem Einspritzventil 108 in den Kompres sionsraum 1 gelangt. Die Kältemittel vom 1. und 2. Wärme kreis können sich unterscheiden. Deshalb sind die getrenn ten Sammelbehälter 16/116 vorgesehen. Jede Wärmekraft maschinenanordnung hat seinen eigenen Kältemittelkreis lauf.

Das Arbeitsmedium, welches sich auch in den einzelnen Kreisen unterscheiden kann, strömt an der Stelle 122 in den Regenerator 121 und verläßt diesen an der Stelle 123 und gelangt über die Volumenverdrängereinheit 120 an der Stelle 127 in den Erhitzer 70. An der Stelle 129 wird zu Kühlzwecken Arbeitsmittel in den Erhitzer 70 gespritzt. An der Stelle 130 verläßt das Gemisch aus Arbeitsmedium und gesättigtem Arbeitsmitteldampf den Erhitzer 70 und gelangt über die Volumenverdrängereinheit 20 und dem Ein laßventil 133 in den Vorraum 134 des Expansors 3. Über das Einlaßventil 135 expandiert das inzwischen hocher hitzte und gesättigte Arbeitsmedium. Der Dampf des Ar beitsmittels kondensiert unter Wärmeabgabe.

Über das Auslaßventil 136 gelangt das vollkommen konden sierte Arbeitsmittel mit dem Arbeitsmedium aus dem Expan sor 3 in den Medientrenner 137. Hier wird das Arbeitsmit tel vollkommen ausgeschieden und verläßt den Medientren ner 137 an der Stelle 138 wo es dann an der Stelle 139 in den Arbeitsmittelsammelbehälter 140 mündet. An der Stelle 141 wird es von der Einspritzpumpe 7 über die Kammer 42 angesaugt, um erneut in den Erhitzer 70 an der Stelle 129 eingespritzt zu werden. Der Arbeitsmittelkreislauf ist ge schlossen. Das inzwischen vollkommen trockene Arbeitsme dium strömt aus dem Medientrenner 137 aus und gelangt an der Stelle 124 in den Regenerator 121, gibt dort seine noch enthaltene Restwärme ab und tritt an der Stelle 125 aus dem Regenerator 121 aus, um am Einlaßventil 105 des Kompressors 1 erneut den Kreislauf zu beginnen.

Die Verwendung von zwei Wärmekraftmaschinenanordnungen ist sinnvoll, um das Maximum an Leistung zu erzielen. Nach meinen Berechnungen ist bei dieser Anordnung im Leerlauf max. mit 0,47, im Teillastbereich max. mit 0,53 und im Vollastbereich max. mit 0,54 zu rechnen. Diese relativ niedrigen Wirkungsgrade stellen im Vergleich zu heutigen Brennkraftmaschinen zwar eine deutliche Verbesserung dar, sind jedoch noch nicht das Maximum, welches nach der Ausge staltung nach Fig. 1 möglich ist.

Hier werden die oberen Temperaturgrenzen gesetzt beim 1. Kreis durch den Ölfilm der Zylinderwände in den Ver brennungsmotoren und beim 2. Kreis durch die Höhe der Ab gastemperatur. Die Wärmekraftmaschinenanordnungen sind den einzelnen Temperaturniveaus anzupassen, um in der Gesamt betrachtung ein Optimum zu erzielen.

Noch zu erwähnen ist, daß alle Kompressoren, Expansoren und Verbrennungsmaschinen an einer Kurbelwelle angeord net sind und von zwei gemeinsamen Nockenwellen die Gas prozesse gesteuert werden.

Mit der nach Fig. 1 geschalteten Wärmekraftmaschinenan ordnung sind Wirkungsgrade von der Größenordnung 0,8 - 0,9 realistisch. Die Schmelztemperatur des Materials an der heißesten Stelle begrenzt die Höhe des Gesamtwirkungs grades. Die Wärmekraftmaschinenanordnung wird, wie be schrieben, von mindestens einem geschlossenen Prozeß dar gestellt. Als Arbeitsmedium können alle diejenigen Stoffe verwendet werden, die innerhalb des Kreislaufes ihren Aggregatzustand nicht verändern. Es sind z.B. Gase wie Helium oder Wasserstoff als Arbeitsmedium denkbar, da sie auf Grund ihrer erheblich geringeren Dichte gegenüber z.B. Luft die Strömungsverluste in den Wärmetauschern gering halten und ein gutes Wärmeleitvermögen mitbringen, was sich günstig auf die Wärmeübertragung auswirkt.

Der geschlossene Gasprozeß besteht aus einem kalten und heißen Raum. Verbunden sind beide Räume durch den Regen erator und einem Wärmetauscher, wie z.B. Brenner. Angetrieben wird der geschlossene Prozeß durch einen offenen regenerativen Verbrennungsprozeß. Reqenerativ deshalb, um die innere Energie der heißen Verbrennungs gase auf die frische angesaugte Luft oder auf reinen Sauer stoff zu übertragen. Die Luft oder Sauerstoff wird mittels Drehkolbenschleusen weiterbefördert und erfährt auf Grund der räumlichen Begrenzung durch die Drehkolbenschleu sen eine isochore Verdichtung. Der Druck und die Tempera tur erhöhen sich. Die Drehkolben befördern die Luft nur bis zur Brennkammer, denn nach der Brennkammer stimmen Druckgefälle und Strömungsrichtung wieder überein. Die Drehkolben verdichten ihrerseits die Luft nicht, sondern verhindern den Druckausgleich, der sich auf Grund des Temperaturanstieges ergibt. In der Brennkammer können neben gasförmigen und flüssigen Brennstoffen auch feste Stoffe verbrannt werden. Ascherückstände können durch diese äußere Verbrennung den Fluß der ablaufenden Kreis prozesse nicht be- oder verhindern. Um die Strömungsener gie des offenen Prozesses zu nutzen, läßt sich am Ende der Luftregeneration eine Turbine nachschalten.

Die äußere Verbrennung richtet sich nach dem Lauf der Drehkolbenschleusen und verläuft kontinuierlich pulsier end. Die Reaktion zwischen Luft oder Sauerstoff einer seits und dem Brennstoff andrerseits hat mehr Zeit zu reagieren. Auf Grund der hohen Verbrennungstemperaturen ergibt sich eine saubere Verbrennung. Der Stickoxidan teil im Abgas, dessen Wärme im Wärmetauscher genutzt ist, kann deshalb nach dem Temperaturwechsel wahlweise mit Wasser niedergeschlagen werden. Ideal in Hinblick auf unerwünschte Abgasbestandteile ist der Betrieb mit reinem Sauerstoff, der diese Erscheinung vollkommen ausklammert. Unverbrannte Bestandteile wie CO und Kohlenwasserstoffe CH dürften kaum auftreten, da die Reaktionszeit im Vergleich zu Verbrennungsmotoren deutlich höher ist und somit können die Reaktionspartner gleich vollständig reagieren. Da das Abgas unter den Taupunkt unterkühlt wird, kondensieren die flüssigen Bestandteile aus dem Abgas, können selbst aufge fangen und wiederverwendet werden. Das Abgas erfährt da durch einen großen Reinig 99999 00070 552 001000280000000200012000285919988800040 0002003826117 00004 99880ungseffekt. Lediglich die Wärme tauscher müssen in diesem Temperaturbereich korrosionsbe ständig ausgeführt sein, um ein vorzeitiges Verschleißen zu verhindern.

Der Brenner hat in dieser Wärmekraftmaschinenanordnung nur die Aufgabe die sehr hohe Temperatur zu erzeugen und zu halten. Von außen wird der Brenner durch Arbeitsmedium und durch das verdampfende Arbeitsmittel (z.B. flüssiges Blei, oder Quecksilber) gekühlt. Nach dem Brenner strömt das gesättigete Gemisch aus Arbeitsmedium und Arbeitsmit teldampf in den Expansor. Dort kondensiert der Arbeitsmit teldampf vollständig, und es wird die Verdampfungswärme frei. Über die Brennstoffzufuhr wird der offene Prozeß und über die eingespritzte Arbeitsmittel- und Kältemittelmenge wird der geschlossene Prozeß geregelt.

Diese Art der Energiezufuhr in den Expansor hat den großen Vorteil, daß die Energiemenge, die im Expansor frei werden soll, über die Einspritzpumpe verändert werden kann und auch nur dann frei wird, wenn diese Energie in der Abwärts bewegung des Kolbens zur direkten Nutzung während der Ex pansion gebraucht wird. Beim Ausschieben aus dem Expansor wird keine Energiezufuhr benötigt.

Das in der Menge festgelegte kondensierte Arbeitsmittel gibt keine Energie mehr ab. Eine äußere Aufheizung des Expansors könnte diese Wärmezufuhr zeitbezogen nicht vollziehen.

Die Materialien von Brenner, Expansor und entsprechenden Wärmeleitungen sind aus hochwärmefesten Materialien herzu stellen. Die Isolierung nach außen geschieht mit einer doppelten Vakuum-Thermowand, um Abstrahlungsverluste so gering als möglich zu gestalten. Die Isolierung muß selbst verständlich stets den auftretenden Temperaturen standhalten.

Die Schmierung des gesondert ausgebildeten Expansorkolbens wird den besonders hohen Temperaturen angepaßt und am gün stigsten mit dem Arbeitsmittel, welches auch kondensiert, vorgenommen.

Für den Kompressor gilt gleiches obwohl hier bekanntes Schmieröl verwendet werden könnte. Da ein eventuelles Ver mischen mit dem Arbeitsmedium jedoch nicht auszuschließen ist, ist es angebracht, den Kompressionskolben mit flüssigem Kältemittel zu schmieren, welches als Flüssigkeitspolster zwischen Kompressionskolben und zylindrischer Innenwand den Kolben exakt fixiert und ein eventuelles Anstreifen bzw. Gleiten Metall auf Metall verhindert.

Im Medientrenner wird überschüssiges Kältemittel sowieso zu 100% vom Arbeitsmedium getrennt. Um ein unnötiges Ver dampfen des Kältemittels an unpassender Stelle zu verhindern, ist vorgesehen, den Kurbelkasten des Kompressors mit Arbeits medium zu fluten, um ein eventuelles Vermischen von Arbeits medium und Luft zu vermeiden und den Druck entsprechend anzu heben. Da das für die Funktion der Wärmekraftmaschinen anordnung flüssige Arbeitsmittel bei längerem Stillstand des Aggregates erstarrt, ist vorgesehen, mittels einer ge sonderten Medienpumpe Arbeitsmedium nach dem Abstellen des Motors durch die Leitungen des Arbeitsmittels zu schicken.

Das gesamte Arbeitsmittel sammelt sich in einem Sammelbe hälter (z.B. Kurbelkasten vom Expansor). Dies hat den Vor teil, daß vor dem nächsten Start das Schmiermittel mit ein fachen, robusten elektrischen Heizspulen verflüssigt und mit einer Pumpe in die entsprechenden Leitungen zurückge pumpt werden kann. Eine Alternative hierzu ist die Aufhei zung der Arbeitsmittelleitungen vor dem Start.

Jede Wärmekraftmaschinenanordnung hat für den Kompressor und Expansor einen eigenen Schmierkreislauf und entsprech end eigene Schmiermittelpumpen.

Für die Formgebung der hochtemperaturfesten Bauelemente der Wärmekraftmaschinenanordnung werden zweckmäßig die an sich bekannten Methoden der Sintertechnik eingesetzt.

Die erfindungsgemäße Wärmekraftmaschinenanordnung bietet weiterhin den Vorteil, daß sie individuell den Temperatur niveaus angepaßt ausgelegt werden kann und diese auch entsprechend nutzt.

So ist es möglich auch Energiequellen zu nutzen, die heute kostenlos überall vorhanden sind. Die Sonnenenergie kann mit einem entsprechend konzentrischen Spiegel derart auf eine Fläche gebündelt werden, daß sie direkt mit Hilfe der Wärmekraftmaschinenanordnung genutzt und mittels eines Generators in Strom umgeformt werden kann. Der Wirkungs grad dieser Anlage übertrifft bei weitem den Wirkungsgrad von heute bekannten Solarzellen. Der Generator liefert den Strom, und die nicht mehr für den Kreisprozeß nutz bare Abwärme im Kondensator kann zu Heizzwecken von z.B. Gebäuden herangezogen werden.

Bei dem geschlossenen Kreisprozeß ist es ohne Belang, wo her die hohe Temperatur kommt. Sie ist jedoch notwendig, um ein großes Temperaturgefälle zu verarbeiten. Diese neue Wärmekraftmaschinenanordnung möchte als allgemein anwendbares System verstanden sein, welches an keine Leistungsgröße gebunden ist.

Dem heutigen Kraftwerksbau mit einem Wirkungsgrad von ca. 0,45 dürfte durch Anwendung dieses vorbeschriebenen erfindungsgemäßen neuen Systems eine erhebliche Leistungs steigerung bevorstehen, wobei die Umweltgefährlichkeit deutlich abnehmen dürfte.

Beim Solarantrieb kann der konzentrierende Spiegel, in dessen Brennpunkt der Solarabsorber arbeitet, der Sonne nachgeführt werden.

Eine Kombination dieser erfindungsgemäßen Wärmekraftma schinenanordnung mit einem heute gängigen Verbrennungs motor, der ca. 30% der Wärmeenergie des Brennstoffes im Kühlwasser und ca. 30% im Abgas verliert, ist be sonders günstig. Der oder die geschlossenen Kreisprozesse laufen parallel zum Verbrennungsmotor und arbeiten nach dem gekoppelten 2-Takt-Prinzip diskontinuierlich. Das bedeutet, daß der Kompressor für sich betrachtet nach dem 2-Takt-Prinzip arbeitet, ebenso der Expan sor. Die Kopplung dieser beiden Einzelaggregate geschieht in der Wärmekraftmaschinenanordnung.

Der Kompressor in Verbindung mit dem Medientrenner und dem Kondensator ist in der Lage, auch in einem offenen Prozeß selbständig zu arbeiten; ebenso der Expansor in Verbind ung mit dem nachgeschalteten Medientrenner.

Bei der Auslegung der Wärmekraftmaschinenanordnung ist darauf zu achten, daß das Arbeitsmedium nur mit soviel Arbeitsmittel vermengt wird, wie der nachgeschaltete Ex pansor bei einem bestimmten Temperaturniveau durch Wärme zufuhr auch verarbeiten kann. Würde Arbeitsmitteldampf den Expansor wieder verlassen, so wäre das Gleichgewicht der strömenden Arbeitsmedien im Regenerator empfindlich ge stört. Die Wärmeaustauscher sollen so ausgelegt werden, daß die miteinander wirkenden Massenströme annähernd gleich ausgeführt werden. Außerdem ist es notwendig, das Arbeitsmedium vom Arbeitsmittel zu trennen, da dieses ab einer bestimmten Temperatur erstarrt. Beim Expandieren des Gemisches aus Arbeitsmedium und Arbeitsmitteldampf, welcher sich in einem gesättigten Zustand befindet, be ginnt dieses sofort zu kondensieren.

Die Summe aus der inneren Energieänderung des Arbeits mediums und der inneren Energieänderung des kondensierten Arbeitsmittels und der inneren Energieänderung des Ar beitsmitteldampfes und der mittleren Kondensationswärme des Arbeitsmittels stellt die gesamte Arbeitsabgabe im Expansor dar. Nach Abzug des Verdichteraufwandes ergibt sich der theoretische Nutzen der Wärmekraftmaschinenan ordnung. Die Auslegung der Massen für den strömenden Kreislauf solle bei Vollast geschehen, da auch die höch sten verarbeitbaren Temperaturen entstehen.

Bei Kombination dieser vorbeschriebenen erfindungsge mäßen Wärmekraftmaschinenanordnung mit einem Verbrenn ungsmotor ist es sehr günstig zusätzlich mit einem kon zentrierenden Spiegel oder einer großen Sammellinse die Temperatur in dem Kreis zu erhöhen, welcher das heiße Abgas verarbeitet. Die Bemessung der Linsen als auch deren Anzahl hängt von der Sonneneinstrahlungsdichte ab und ergibt eine mengenmäßige Steigerung des Wärme kreises 2 (wie bei Fig. 4 beschrieben).

Die polytrope Zustandsänderung des Arbeitsmediums wäh rend der Expansion, gleichmäßige Kondensation vorausge setzt, entspricht vom Energieinhalt gleich der mittleren Isothermen der Expansion bezogen auf Anfangs- und End expansionstemperatur. Gleiches gilt für die Verdichtung des Arbeitsmediums.

Die Arbeitstakte der Wärmekreise richten sich nach den Arbeitstakten des Primärprozesses (Otto oder Diesel). Das heißt: während eines 4-Takt-Arbeitsspieles ver richten die Wärmekreise je 2 Arbeitstakte (2-Takt). Die Kolben der Expansion sind ohne Verdichtungsringe und ohne Abstreifringe zu konzipieren, dies erhöht deut lich die Lebensdauer und verringert die Kerbwirkung bei den aus hochwärmefesten Materialien hergestellten Kol ben. Im Regenerator werden die Wärmeenergien vom ent spannten Arbeitsmedium auf das frische Arbeitsmedium übertragen. Drehkolbenschleusen verhindern einen Druck ausgleich entgegen der Strömungsrichtung.

Die Drehkolben unterteilen den Wärmestrang in einzelne federnde Segmente und ermöglichen somit härtere Feder raten der gesamten Wärmekette. Die Förderung der Dreh kolben zueinander ist aufeinander abgestimmt. Das Fördervolumen entspricht dem ausgeschobenen Volumen aus dem Verdichter bei gleicher Drehzahl oder einem n-ten Teil, wobei die Drehzahl der Drehkolben ent sprechend abgestimmt sein muß, um keine Stauungen zu erzeugen.

Die in der vorstehend allgemeinen Beschreibung der Er findung nur kurz erwähnten Elemente, insbesondere:. Kompressor, Kondensator, Medientrenner, Wärmetauscher, Turboverdichter, Kühlung der Brennkraftmaschine, Expan sor, Einspritzpumpe, Steuerung/Regelung, Takttrennung, Abgas, Isolierung (thermisch und akustisch), Brenner, Festkörperdosiereinrichtung werden später noch näher beschrieben.

In Anlehnung an die beschriebene Wärmekraftmaschinen anordnung, lassen sich aus den nachfolgend beschriebenen Bausteinen eine Reihe von Wärmekraftmaschinenanordnungen zusammensetzen.

Um die Vielzahl der Varianten zu beschreiben, wurden die Wärmekraftmaschinenanordnungen in Elemente unterteilt und diese wieder in Merkmale. Die Kombinationen der Wärme kraftmaschinenanordnungen ergeben sich, wenn jeweils ein Merkmal eines Elementes zur Anwendung kommt.

Die Wärmekraftmaschinenanordnungen verfügen über offene und oder geschlossene Kreisprozesse als Antrieb und offene und oder geschlossene Kreisprozesse als Abtrieb.

Nachfolgend sind die veränderbaren Parameter dargestellt, welche durch Kombination eine Vielzahl von Wärmekraft maschinenanordnungen ergeben.

Element: Antrieb

- Antrieb durch zumindest eine offene herkömmliche Ver brennung,
- Antrieb durch zumindest eine offene regenerative Ver brennung,
- Antrieb durch zumindest eine teilweise regenerative Ver brennung, teilweise herkömmliche Verbrennung,
- Antrieb durch zumindest eine offene Energiezufuhr (z.B. Dampf)
- Antrieb durch zumindest eine geschlossene Energiezufuhr,
- Antrieb durch zumindest eine geschlossene regenerative Energiezufuhr,

Element: Abtrieb Kraftsysteme

- Abtrieb von zumindest einem offenen Kraftsystem, wobei Verdichtung und Expansion in einem Arbeitsraum ablaufen,
- Abtrieb von zumindest einem offenen Kraftsystem, wobei Verdichtung und Expansion in räumlich separaten Arbeits räumen ablaufen,
- Abtrieb von zumindest einem geschlossenen Kraftsystem, welches im Kreislauf mit gleichbleibender Strömungs richtung arbeitet,
- Abtrieb von zumindest einem geschlossenen Kraftsystem, welches im Kreislauf mit wechselnder Strömungsrichtung arbeitet,
- Abtrieb von keinem Kraftsystem,

Element: Abtrieb Arbeitssystem

- Abtrieb von zumindest einem offenen Arbeitssystem,
- Abtrieb von zumindest einem geschlossenen Arbeitssystem,
- Abtrieb von keinem Arbeitssystem,

Die Variation der Kreisprozesse als Antrieb und oder Ab trieb in einer Wärmekraftmaschinenanordnung sind von grund legender Bedeutung.

Sie stellen das Gerüst für die nachfolgend beschriebenen Variationen der einzelnen Bauelemente dar.

Die Stoffzufuhr ist ein Element der Wärmekraftmaschinen anordnung. Hier wird in allgemeiner Form dargestellt, welche Stoffe der Wärmekraftmaschinenanordnung zugeführt werden können.

Das Element Stoffzufuhr unterteilt sich in weitere Merkmale. Diese sind: Kältemittelzufuhr, Arbeitsmittelzufuhr, Energie zufuhr, Dampfzufuhr, Brennstoffzufuhr, Luftzufuhr sowie die Kombination ein oder mehrerer der aufgeführten Merkmale. Sämtliche Kombinationen dieser Merkmale zeichnen das Element Stoffzufuhr innerhalb der Wärmekraftmaschinenan ordnung aus.

Ein weiteres Element der Wärmekraftmaschinenanordnung ist die Regelung. Die Merkmale dieses Elementes lauten: Kältemittelregelung, Arbeitsmittelregelung, Dampfmengen regelung, Kraftstoffmengenregelung, Arbeitsmediummengen regelung, Regelung mittels Strömungsmaschine, Luftzufuhr mengenregelung, Strahlungsmengenregelung, ohne Regelung, Regelung mittels einer Kombination aus ein oder mehreren der aufgeführten Regelungsmerkmale.

Sämtliche Kombinationen dieser Merkmale zeichnen das Element Regelung innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung aus. Je mehr Stoffströme innerhalb der Wärmekraftmaschinenan ordnung geregelt werden, desto rascher läßt sich die Wärmekraftmaschinenanordnung auf veränderte Belastungs zustände einstellen.

Ein weiteres Element der Wärmekraftmaschinenanordnung ist das Kühlmittel, welches folgende Merkmale aufweist: fest, flüssig, gasförmig, dampfförmig, kein Kühlmittel, Kombination ein oder mehrer Kühlmittelmerkmale. Sämtliche Kombinationen dieser Merkmale zeichen das Element Kühlmittel innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung aus.

Ein weiteres Element der Wärmekraftmaschinenanordnung ist das eingesetzte Arbeitsmittel. Die Merkmale dieses Elementes lauten: Gas als Arbeitsmittel, Dampf als Arbeitsmittel, Flüssigkeit als Arbeitsmittel, Feststoff als Arbeitsmittel, ohne Arbeitsmittel, Kombination ein oder mehrerer der auf geführten Merkmale.

Sämtliche Kombinationen dieser Merkmale zeichnen das Element Arbeitsmittel innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung aus.

Ein weiteres Element ist das Arbeitsmedium, mit welchem die Wärmekraftmaschinenanordnung betrieben wird. Die Merkmale dieses Elementes lauten: Gas als Arbeitsmedium, Flüssigkeit als Arbeitsmedium, Feststoff als Arbeitsmedium, Dampf als Arbeitsmedium, ohne Arbeitsmedium, Kombination ein oder mehrerer der aufgeführten Arbeitsmedien.

Sämtliche Kombinationen dieser Merkmale zeichnen das Element Arbeitsmedium innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung aus.

Ein weiteres Element der Wärmekraftmaschinenanordnung ist der Brenner, der wieder aus einzelnen Elementen besteht. Die Elemente des Brenners lauten: Aufbau, Anordnung, Ver brennungsmedium, Zuführung des Verbrennungsmediums, Aggregat zustand des Energieträgers, Zuführung des Energieträgers, Zustand Energieträger, Kühlung des Brenners.

Die einzelnen Merkmale zu diesen aufgeführten Elementen sind näher unter dem Abschnitt "Brenner - Teil der Wärme kraftmaschinenanordnung" beschrieben.

Die Wärmekraftmaschinenanordnung läßt sich auch ohne Brenner betreiben. Hier möchte ich an die solarbetriebene Wärmekraftmaschinenanordnung erinnern.

Ein weiteres Element der Wärmekraftmaschinenanordnung ist der Verdichter, der wieder aus einzelnen Elementen besteht. Die Elemente des Verdichters lauten:

Steuerung der Ein/und Auslässe, Kurbelkasten, Außenseite, Medium Zustand des angesaugten Mediums, Schmierung, Kühlung.

Die einzelnen Merkmale zu diesen aufgeführten Elementen sind näher unter dem Abschnitt "Verdichter - Element der Wärmekraftmaschinenanordnung" zu finden. Die Wärmekraft maschinenanordnung kann auch ohne Verdichter betrieben werden. Dies ist jedoch ein Sonderfall.

Ein weiteres Element der Wärmekraftmaschinenanordnung ist der Expansor, der wieder aus einzelnen Elementen besteht. Die Elemente des Expansors lauten:
Stoffzufuhr, Energiezufuhr, Energieabfuhr, Expansor Ausbildung, Steuerung der Ein- und Auslässe, Isolierung Medientrenner.

Die einzelnen Merkmale zu diesen aufgeführten Elementen sind näher unter dem Abschnitt "Expansor - Teil der Wärme kraftmaschinenanordnung" beschrieben.

Das Dosiersystem ist ein weiteres Element der Wärmekraft maschinenanordnung. Die Merkmale dieses Elementes lauten: Einspritzpumpe herkömmlich, Einspritzpumpe modifiziert, Vergaser, Niederdruckeinspritzanlage, Festkörperdosier einrichtung, Dosierung Strahlungsintensität mittels Blende, Dosierung mittels einer Kombination aus ein oder mehreren der aufgeführten Dosiersystemen.

Sämtliche Kombinationen dieser Merkmale zeichnen das Element Dosiersystem innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung aus.

Ein weiteres Element der Wärmekraftmaschinenanordnung ist der Medientrenner, der wieder aus einzelnen Elementen be steht. Die Elemente des Medientrenners lauten: Medien, Trennungsarten, Trennungskraft, Trennungsort, Die einzelnen Merkmale zu diesen aufgeführten Elementen sind näher unter dem Abschnitt "Medientrenner - Teil der Wärme kraftmaschinenanordnung" beschrieben. Bei besonderer Wahl der Wirkmedien ist die Wärmekraftmaschinenanordnung auch ohne Medientrenner funktionstüchtig.

Ein weiteres Element der Wärmekraftmaschinenanordnung ist der Medientransport, der wieder aus einzelnen Elementen be steht. Die Elemente des Medientransportes lauten: Volumenstrom pro Zeiteinheit zu Verdichtervolumen, Wirk einheit (Gebläse - Wärmetauscher), Anordnung der Ver dränger, Transportweg je Wirkeinheit (Wärmetauscher und Gebläse), Strömungsgeschwindigkeit je Wirkeinheit, Trans portart.

Die einzelnen Merkmale zu diesen aufgeführten Elementen sind näher unter dem Abschnitt "Medientransport - Teil der Wärmekraftmaschinenanordnung" beschrieben. Die Wärme kraftmaschinenanordnung läßt sich auch ohne Medien transport betreiben.

Ein weiteres Element der Wärmekraftmaschinenanordnung ist der Kondensator, der wieder aus einzelnen Elementen be steht. Die Elemente des Kondensators lauten: Strömungsführung des wärmeaufnehmenden Teiles, Strömungs führung des wärmeabgebenden Teiles, Kondensatabscheidung. Die einzelnen Merkmale zu diesen aufgeführten Elementen sind näher unter dem Abschnitt "Kondensator - Teil der Wärmekraftmaschinenanordnung" zu finden. Auch ohne Kon densator sind spezielle Wärmekraftmaschinenanordnungen funktionsfähig. Die Wärme des Kompressors (Verdichter) muß in diesem Fall direkt am Verdichter abgeführt werden.

Ein weiteres Element der Wärmekraftmaschinenanordnung ist die Energiezufuhr, die wieder aus einzelnen Elementen be steht. Die Elemente der Energiezufuhr lauten: Medium, Energieabgabe, Wirkort, Wirkzeit, Wirkmenge. Den aufgeführten Elementen sind Merkmale zugeordnet, die nachfolgend beschrieben werden. Die Merkmale des Elementes Medium lauten: zumindest eine Flüssigkeit, zumindest ein Feststoff, zumindest ein Gas, zumindest ein Dampf, zumindest eine Strahlung, Kombination aus ein oder mehreren der auf geführten Medien.

Die Merkmale des Elementes Energieabgabe lauten: Kondensieren, Erstarren, Resublimieren, Änderung der inneren Energie, chemische Umwandlung (exotherm), Strahlen, Kombination aus ein oder mehreren der aufgeführten Energie abgabearten.

Die Merkmale des Elementes Wirkort lauten: innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung von innen heraus, von außen nach innen, Energiezufuhr von innen und von außen, sowie eine Kombination der vorgenannten Merkmale.

Die Merkmale des Elementes Wirkzeit lauten: kontinuierlich, diskontinuierlich, kontinuierlich bezogen auf das Expansions spiel, diskontinuierlich bezogen auf das Expansionsspiel, kontinuierlich und diskontinuierlich mit Bezug auf das Ex pansionsspiel, kontinuierlich und diskontinuierlich ohne Bezug auf das Expansionsspiel, Kombination aus ein oder mehreren der aufgeführten Merkmale.

Die Merkmale des Elementes Wirkmenge lauten: dosierte Menge mit Taktbezug; undosierte Menge taktbezogen; un dosierte Menge ohne Taktbezug; dosierte Menge ohne Takt bezug; dosierte und undosierte Menge taktbezogen; dosierte und undosierte Menge ohne Taktbezug; geregelte Menge takt bezogen; geregelte Menge ohne Taktbezug; geregelte, dosierte und undosierte Menge taktbezogen; geregelte, dosierte und undosierte Menge ohne Taktbezug; geregelte, dosierte und undosierte Menge teilweise taktbezogen, teilweise ohne Takt bezug; Kombination aus ein oder mehreren der aufgeführten Wirkmengenarten.

Die Energiezufuhr der Wärmekraftmaschinenanordnung setzt sich aus je einem Merkmal der aufgeführten Elemente zusammen. Die Merkmale des Elementes Energiezufuhr unterschiedlich mit einander kombiniert, ergibt eine Vielzahl von Energiezufuhr kombinationen.

Ähnlich wie das Element Energiezufuhr unterteilt sich das Element Energieabfuhr selbst wieder in Elemente. Diese lauten: Medium; Energieaufnahme; Wirkort; Wirkzeit; Wirkmenge.

Die Merkmale und die Elemente für die Energieabfuhr sind bis auf das Element "Energieaufnahme" mit den Elementen und Merkmalen der Energiezufuhr identisch.

Aus diesem Grunde werden die bereits aufgeführten Elemente und Merkmale nicht nochmals für die Energieabfuhr erwähnt. Das Element "Energieaufnahme" ist in folgende Merkmale untergliedert: Verdampfen; Schmelzen; Sublimation; Änderung der inneren Energie; chemische Umwandlung (endotherm). Die Merkmale der "Energieaufnahme" miteinander kombiniert, ergeben noch zahlreiche weitere Merkmale der Energieauf nahme. Ein weiteres Merkmal ist die Strahlungsabsorption. Die Energieabfuhr kann nun aus den einzelnen Merkmalen, der Elemente zusammengestellt werden, wobei zumindest ein Merk mal pro Basiselement zur Anwendung kommt.

Die Kombinationen hieraus ergeben eine Vielzahl von Möglichkeiten der Energieabfuhr innerhalb der Wärmekraft maschienanordnung.

Verdichter - Element der Wärmekraftmaschinenanordnung

Heute bekannte Verdichter arbeiten nach dem 2-Takt -Prinzip. Die Ein- und Auslässe werden mit speziell ausgelegten und geformten Federelementen gesteuert. Auch in den Verbrennungsmotoren, die nach dem 4-Takt -Prinzip arbeiten, wird ein Hub zum Ansaugen der Ver brennungsluft oder des Gemisches verwendet und in einem weiteren Hub die Luft bzw. das Arbeitsgas verdichtet. Also werden zwei Takte von vier Takten zur Verdichtung benötigt. Die gefahrenen Drehzahlen der Verbrennungs motoren liegen jedoch deutlich über den der Verdichter in der Ausgestaltung als Kolbenkompressoren.

Die Drehzahl heutiger Kolbenkompressoren wird vor allem durch die Ventilfedern und der begrenzten Wärmeabfuhr pro Zeiteinheit begrenzt.

Der notwendige Verdichter für die erfindungsgemäße Wärme kraftmaschinenanordung muß jedoch Eigenschaften aufwei sen, die bei heutigen Verdichtern noch nicht bekannt sind. Gesucht wird ein leistungsfähiger Verdichter, der bei hohem Druckverhältnis und Drehzahl das Medium nur geringfügig erwärmt. Der Polytropenexponent der Verdich tung sollte bei obiger Zielsetzung geringfügig über 1,0 liegen. Der Verdichtungsaufwand sollte ein Minimum sein. Ein Verdichter mit derartigen Eigenschaften ist besonders vorteilhaft zur Verwendung als Element in der erfindungs gemäßen Wärmekraftmaschinenanordnung.

Bei der Ausführungsform wurde die Hubkolbenmaschine als solche als Verdichter beibehalten, was jedoch nicht heißt, daß die nachstehend beschriebene neue Lösung nur bei Hub kolbenmaschinen Anwendung findet.

Zur Steuerung der Ein- und Auslässe werden Ventile vorge sehen analog denen des Verbrennungsmotors und zwar nocken gesteuerte federbetätigte Stößel- Ventile.

Diese werden gewählt, um das Drehzahlverhalten nicht bau seits zu begrenzen, sind jedoch für die Ausführung der Lösung nur bedingt notwendig. Die Lösung nach obiger Ziel setzung läßt sich auch mit bekannten anderen Steuerorganen darstellen.

Kernpunkt der Lösung ist eine Kältemitteleinspritzanlage, die in den Verdichtungsraum kontinuierlich oder diskon tinuierlich Kältemittel einspritzt, welches wärmekapazitiv Wärme aufnimmt, um anschließend zu verdampfen und dabei die Verdampfungswärme vom Verdichtungsraum aufnimmt.

Eine ähnliche Lösung wird erreicht durch Einspritzen von Kühlmittel (z.B. Wasser), welches wärmekapazitiv Wärme aufnimmt. Lediglich die Menge des Kühlmittels muß ange paßt werden. Auch eine kombinierte Einspritzung von Kälte- und Kühlmittel hat diesen Kühleffekt. Um die Zielsetzung zu erreichen, ist es wichtig, die Wärme an ihrem Entstehungs ort, dem Verdichtungsraum aufzunehmen, gasförmig oder flüs sig wegzutransportieren, um die Wärme an anderer Stelle weiterzuverwenden oder zu vernichten.

In Fig. 5 ist eine Ausführungsform eines Verdichters (V) im Querschnitt dargestellt. Nachfolgend ist eine Verdich tung beispielsweise beschrieben: über das Einlaßventil 152 strömt das Arbeitsmedium in den Verdichter, während der Kolben 153 sich abwärts bewegt.

Über eine nicht dargestellte Einspritzpumpe gelangt Kälte mittel und/oder Kühlmittel über den Düsenhalter 155 und die im einzelnen nicht dargestellte Einspritzdüse in den Verdichtungsraum.

Die feine Vernebelung des Kältemittels, welches unter hohem Druck eingespritzt wird, ergibt eine große Kühl fläche. Die größeren Kühlmitteltröpfchen platzen förm lich auseinander, da sie sich druckmäßig dem niederen Niveau erst anpassen müssen. Die Kältemitteltröpfchen gelangen mit dieser Druckänderung in einen instabilen Zustand. Physikalisch ist der niedere Druckzustand nicht ausreichend für die Beibehaltung des flüssigen Aggregatzustandes, daher verdampft das Tröpfchen.

Vorgesehen ist, jeweils nur diejenige Menge an Kälte mittel und/oder Kühlmittel in den Verdichtungsraum zu spritzen, welcher zu diesem Zeitpunkt zur Wärmeabfuhr auch benötigt wird. Für die Funktion unmaßgeblich sind auch größere Mengen, die kontinuierlich oder diskon tinuierlich eingespritzt werden. Unberührt davon bleibt auch die Anzahl der Einspritzventile.

Entscheidend für diesen definierten Kühleffekt ist die Einspritzung in den Verdichtungsraum.

Der Kolben 153 bewegt sich bis in die untere Totpunkt lage. Das Einlaßventil 152 schließt den Verdichtungs raum ab. Der Kolben 153 bewegt sich nach oben und er höht Druck und Temperatur des Arbeitsmediums, vermischt mit Kälte- und/oder Kühlmittel bzw. Kältemitteldampf. Die Anfangstemperatur für die Verdichtung ist abhängig vom verwendeten Kältemittel und dem Druck zu Beginn der Verdichtung. Die polytrope Verdichtung, welche sich nach dem Schließen der Ventile anschließt, verläuft angenähert isotherm. Maßgebend hierfür sind die Verdampfungstempera turen des verwendeten Kältemittels, bezogen auf die mo mentan herrschenden Drücke. Die Ansaugtemperatur und der Druck des Arbeitsmediums sind von der Außentempera tur abhängig. Eine definierte Unterkühlung des Arbeits mediums bereits im Ansaugstutzen des Verdichters, abhän gig von der Außentemperatur, ergibt konstante Drücke und Temperaturen im Verdichtungsraum. Dies erfordert je doch eine zusätzlich gesteuerte Einspritzung in den An saugkanal. Der Verdichter als Teil der Wärmekraftmaschi nenanordnung arbeitet erfindungsgemäß mit einem vorher festgelegten Druckverhältnis und mit etwa konstanten Anfangs- und Enddrücken. Die definierte Kühlung mit den exakten Steuerzeiten der Ventile ermöglicht eine Kompres sion, die von der Drehzahl unabhängig ist.

Bei dem Verdichter (V) gemäß Fig. 5 sind zwei Nocken wellen 150, 151 zur Steuerung der Ein- bzw. Auslaßven tile 152, 149 dargestellt. Möglich ist es auch den Ver dichter mit nur einer Nockenwelle zu steuern. Die Ven tile sind in diesem Fall hintereinander und nicht neben einander anzuordnen. - Die beiden Nockenwellen 150, 151 ergeben sich aus dem Zusammenwirken mit einem noch zu beschreibenden Expansor, wobei sich diese beiden Nocken wellen als besonders günstig ergeben haben.

Der Kolben 153 bewegt sich nach oben. Das Arbeitsmedium, vermischt mit Kältemitteldampf, wird verdichtet. Die entstehende Wärme wird durch verdampfendes Kältemittel aufgenommen.

Die Schmierung des Kolbens 153 kann auf dreierlei Art ausgeführt werden: 1. Herkömmlich mit Öl, welches über eine Ölpumpe 156 an die einzelnen Lagerstellen gepumpt wird. Ein Ölabstreifring streift das zuviel geförderte Öl an der Zylinderinnenwand nach unten hin ab. Ein eventuelles Vermischen von Öl und Arbeitsmedium muß an schließend im Medientrenner vom Arbeitsmedium wieder getrennt werden, wie noch zu beschreiben sein wird.

Eine 2. Möglichkeit der Schmierung kann mittels flüssig em Kältemittel erreicht werden. Der Kolben 153 muß hier für gesondert ausgebildet sein. Das Kältemittel wird über eine Pumpe ähnlich der Pumpe 156 an die einzelnen Schmierstellen gepumpt. Der Kolben 153 wird mittels um gebendem Kältemittel zentriert und schwimmt förmlich auf einem Kältemittelpolster.

Als 3. Möglichkeit der Schmierung des Kolbens kommt der trockene Lauf in Frage. Beschichtete Laufbahnen und Kol ben bei relativ niederen Temperaturen, ausgeführt mit engen Kolbenspielen, ergeben hohe Liefergrade.

In Fig. 5 ist bei dem Verdichter (V) die herkömmliche Kolbenschmierung mit Öl dargestellt. Die Steuerung der Einspritzdüsen geschieht beispielsweise mittels dreh zahlabhängigen Druckwellen, welche die Düsen betätigen und das Kältemittel und/oder Kühlmittel in den Kompres sionsraum gelangen läßt. Die Einspritzpumpe dosiert die Kältemittelmenge und/oder Kühlmittelmenge und somit direkt die Wärmeabfuhr im Verdichter. Diese Regelungs möglichkeit wird später noch ausführlich beschrieben. Mit geringerer Wärmeabfuhr aus dem Verdichter (V) steigt der Kompressionsaufwand und die Endtemperatur des Arbeits mediums, welches ausgeschoben wird.

Bei optimaler Verdichtung wird immer soviel an Kältemit tel nachgespritzt, daß der entstehende Dampf sich immer im gesättigten Zustand befindet. Wird z.B. mehr Kälte mittel als erforderlich eingespritzt, so sammelt sich dieses Kältemittel im Schmierkreislauf oder wird mit dem Arbeitsmedium ausgeschoben. Nach Erreichen des festge legten Verdichtungsverhältnisses öffnet das Auslaßven til 149. Das Arbeitsmedium hat entsprechend seinem Druck seine Temperatur erreicht und wird zusammen mit dem ver dichteten Kältemitteldampf vom Kolben 153 ausgeschoben. Bei der Auslegung des Wärmekreises ist darauf zu achten, daß die Endtemperatur und der dazugehörige Druck eine derartige Höhe aufweisen, daß ein nachgeschalteter Küh ler das Gemisch aus Arbeitsmedium und Kältemitteldampf ausreichend unterkühlen kann. Die Unterkühlung des Ge misches muß derart ausgeführt sein, daß bis zur voll kommenen Trennung der flüssigen und gasförmigen Phase kein Verdampfen des Kältemittels stattfinden kann. Nach vollkommener Kondensation des Kältemittels im Küh ler und Temperaturanpassung des Arbeitsmediums muß der Druck noch so hoch sein, daß sich keinerlei Kältemittel dampf nach dem Kühler befindet. Das Kältemittel muß völ lig kondensieren und darf nur in flüssiger Form den Küh ler verlassen. Der Druck nach dem Kühler ist niedriger als vor dem Kühler, da der Kältemitteldampfdruck weg fällt und das Arbeitsmedium isochor abkühlt.

Diese Auslegung ist Voraussetzung für eine völlige Ent mischung von Kältemittel und Arbeitsmedium. Das Kälte mittel läßt sich nach dem Kühler mechanisch trennen und wird in den Kältekreislauf zurückgeführt. Je nach Einsatz des Verdichters sind weitere Kriterien zu be achten. Der Partialdruck des Arbeitsmediums vor der Ex pansion und der Partialdruck nach der Kompression sind nur durch die isochore Zustandsänderung miteinander ver bunden.

Bei Anwendung der neuen Wärmekraftmaschinenanordnung zur Kühlung eines Verbrennungsmotors gibt die max. zu lässige Öltemperatur im Verbrennungszylinder die Grenze an, bis zu welcher der Wärmekreis erhitzt werden darf. Der Ölfilm im Verbrennungsmotor darf an keiner Stelle aufreißen, um ein "Fressen" der Kolben mit Sicherheit auszuschalten.

Die verarbeitbare Wärmemenge für die neue Wärmekraft maschinenanordnung und die vorhandenen Temperaturdif ferenzen lassen erkennen, wieviel von der Wärmemenge in Nutzleistung umgewandelt werden kann.

Beim Ausschieben aus dem Verdichter ist bauseits auf ein möglichst kleines Restvolumen im Verdichter zu achten. Um ein Vermischen von Arbeitsmedium mit anderen Gasen zu vermeiden, ist der gesamte Kurbelkasten des Verdichters mit Arbeitsmedium zu füllen. Der gesamte Kurbelkasten ist druckdicht ausgeführt. Dies verhindert ein Entweichen von Arbeitsmedium und gibt weiter die Möglichkeit, das Druckgefälle vom Verdichtungsraum zum Kurbelkasten auszugleichen. Der Schmierkreislauf ist getrennt von den anderen Aggregaten auszuführen.

Da das Arbeitsgas durch diese Art der Kompression sehr tiefe Temperaturen erreicht, ist die Kompressoraußen seite zu allgemeinen Kühlzwecken verwendbar. z.B. Lade luftkühlung, Klimatisierung

Der geschlossene Querschnitt wird dabei zweckmäßig so um den Verdichter gelegt, daß es innerhalb des Kühl kanals 158 zu keiner Querschnittsveränderung kommt. Eine Querschnittsveränderung wäre mit Druckverlust (= Energieverlust) verbunden.

In den Bereichen, an welchem der Verdichter (V), das heißt seine Außenwandung, die Umgebungstemperatur über schreitet, ist von einer Kühlnutzung abzusehen. Für die Art und Weise, wie nun die Kühlrippen 158 A um den Kompressor herum angeordnet werden, sind mehrere Lösungen möglich. Besonders zweckmäßig ist eine schlan genförmige Umwicklung des Verdichters.

Da der gesamte Verdichter relativ niedere Temperaturen aufweist, ist er zu Umgebung hin isoliert. Diese Iso lierung 159 umhüllt mantelartig den Verdichter und ver hindert auf diese Weise das Nachströmen von Umgebungs wärme.

Um die Vielzahl der möglichen Verdichter zu beschreiben, sind diese in Elemente untergliedert und diese wiederum in Merkmale unterteilt.

Ein Element des Verdichters ist die Steuerung der Ein- u. Auslässe. Diese unterteilen sich in folgende Merkmale: einfach zwangsgesteuert, mehrfach zwangsgesteuert, selbst steuernd, ungesteuert, eine Kombination der vorgenannten Merkmale.

Ein weiteres Element ist der Kurbelkasten, der folgende Merkmale aufweist: offen; verschlossen; teilweise offen, teilweise geschlossen; druckdicht verschlossen; ohne Kurbel kasten.

Die Außenseite des Verdichters ist ein weiteres Element, welches folgende Merkmale aufweist: offenes Kühlprofil; geschlossenes Kühlprofil; kein Profil; geschlossenes und offenes Kühlprofil; isoliert; offenes Kühlprofil isoliert; geschlossenes Kühlprofil isoliert; offenes Kühlprofil isoliert und geschlossenes Kühlprofil; geschlossenes Kühl profil isoliert und offenes Kühlprofil, eine Kombination der vorgenannten Merkmale.

Das angesaugte Medium des Verdichters ist ein weiteres Element. Die Merkmale hierzu sind: Flüssigkeit, Feststoff, Gas, Dampf, eine Kombination der vorgenannten Merkmale.

Ein weiteres Element des Verdichters ist der Zustand des angesaugten Mediums. Die zu unterscheidenden Merkmale sind.: gleiche Temperatur von Arbeitsspiel zu Arbeitsspiel; gleicher Druck von Arbeitsspiel zu Arbeitsspiel; gleiche Menge von Arbeitsspiel zu Arbeitsspiel; gleiche Entropie von Arbeits spiel zu Arbeitsspiel; ungleicher Druck von Arbeitsspiel zu Arbeitsspiel; ungleiche Menge von Arbeitsspiel zu Arbeits spiel; ungleiche Temperatur von Arbeitsspiel zu Arbeitsspiel; ungleiche Entropie von Arbeitsspiel zu Arbeitsspiel; eine Kombination der vorgenannten Merkmale; gleiche und ungleiche Temperatur von Arbeitsspiel zu Arbeitsspiel; gleicher und ungleicher Druck von Arbeits spiel zu Arbeitsspiel; gleiche und ungleiche Menge von Arbeitsspiel zu Arbeitsspiel; gleiche und ungleiche Entropie von Arbeitsspiel zu Arbeitsspiel.

Ein weiteres Element ist die Schmierung des Kompressors. Die Merkmale sind: Ölschmierung; ohne Schmierung; ohne Schmierung mit Gleitstoffen; Flüssigkeitsschmierung; mit Flüssigkeitspolster (Kühlflüssigkeit); mit Flüssig keitspolster (ungleich der Kühlflüssigkeit);

Ein weiteres Element für den Kompressor ist die Energie abfuhr, welche allgemein im Hauptkapitel bereits mit Merk malen und den verschiedenen Elementen beschrieben wurde. Die Energieabfuhr wird aus diesem Grunde nicht nochmals mit Elementen und Merkmalen ausgewiesen.

Die möglichen Kompressoren haben zumindest jeweils ein Merkmal pro Grundelement realisiert.

Aus den unterschiedlichen Kombinationsmöglichkeiten er geben sich eine Vielzahl von Varianten.

Kühler - Element der Wärmekraftmaschinenanordnung

Die heutigen bei wassergekühlten Verbrennungsmotoren verwendeten Kühler arbeiten mit einer Temperaturdif ferenz von ca. 50°C. Diese ergibt sich, wenn heutige Kühler von der einen Seite mit Wasser von ca. 85°C und von der anderen Seite mit Fahrtluft von ca. 35°C durchströmt wird.

Der Kühler für die erfindungsgemäße Wärmekraftmaschinen anordnung soll mit einer deutlich geringeren Temperatur differenz (von z.B. 15°C) auskommen und in der Summe der Wärmemengen auch weniger übertragen. Im Zusammen hang mit der Wärmekraftmaschinenanordnung tritt an stelle des heißen Kühlwassers das verdichtete Arbeits medium vermischt mit Kältemitteldampf.

In Fig. 6 ist eine Teilansicht eines Kühlers (K) ge schnitten dargestellt. Ein Gemisch 160 aus Arbeits medium und Kältemitteldampf strömt in den druckdicht verschlossenen Kühler (K) hinein. Die Fahrtluft (die Wärmekraftmaschinenanordnung ist z.B. als Antrieb in einem Kfz eingesetzt) streicht an den Kühllamellen 161 vorbei und unterkühlt das Gemisch 160. Durch die Unter kühlung des Gemisches 160 kondensiert das Kältemittel im Arbeitsmedium und gibt seine Verdampfungswärme ab. Infolge der Schwerkraft sammeln sich die Kältemittel tröpfchen im unteren Bereich 162 des Kühlers (K). Über den Kältemittelabfluß 163 und über das kommuni zierende Gefäß 164 gelangt das Kältemittel in die Sam melleitung 165. Um dabei auch die kleinsten Kälte mitteltröpfchen zu größeren zusammenzuführen, ist vor gesehen, einen sog. "Demisterabscheider" in den Gas strom zu setzen. An den sehr feinen Drähten sammeln sich auch kleinste Tröpfchen und werden zu größeren zusammengeführt. Dieser Demisterabscheider muß an einer Stelle angebracht sein, wo das gesamte Kältemittel be reits kondensiert ist und wobei die Strömungsgeschwin digkeit relativ gering ist. Gegebenenfalls ist der Strö mungskanal entsprechend zu erweitern. Der Demisterab scheider ist in den Fig. 6 und 7 nicht dargestellt.

In Fig. 7 ist der Kühler in einer Seitenansicht teil weise geschnitten dargestellt. Das gesamte Kältemittel gelangt über die Sammelleitung 165 in den Kältemittel sammelbehälter 166.

Der vorbeschriebene Kühler (K) besteht im wesentlichen aus einem druckfesten und korrosionsfesten geschlossenen Rohr, wobei der Strömungsquerschnitt 167 möglichst im mer konstant ist. Bei der Auslegung des Wärmekreises ist darauf zu achten, daß die Kühlluft, welche durch den Kühler (K) strömt, in allen Fällen ausreicht, um das Gemisch aus Arbeitsmedium und Kältemitteldampf deutlich zu unterkühlen, damit das Kältemittel kondensiert. Die Kühlluft nimmt vom Kühler die Wärme auf und ver läßt den Kühler aufgeheizt. Diese vorgewärmte Luft stellt die einzige Abwärme der Wärmekraftmaschinenanordnung dar, die bei deren Einsatz in einem PKW oder Omnibus zur Be heizung des Fahrgastraumes herangezogen werden kann.

Bei der Kombination der Wärmekraftmaschinenanordnung mit einem Verbrennungsmotor kann diese vorgewärmte Luft zur Kühlung des Öles des Verbrennungsmotors verwendet werden, um anschließend noch den Fahrgastraum aufzu heizen.

Die Materialien sind zweckmäßig so zu wählen, daß keine Korrosion zwischen Kältemittel und Kühler auftritt. Das in Fig. 7 erkennbare kommunizierende Gefäß 164 ist für die Funktion insofern maßgebend, indem es das Abströ men von Arbeitsmedium in den Kältemittelkreis verhindert. Das Kühlgebläse, welche die Luft durch den Kühler bläst, muß häufiger betrieben werden, um den Abfall des Luft durchsatzes bei niederen Geschwindigkeiten bei Einsatz in einem PKW oder Omnibus auszugleichen.

Die geringere Kühltemperaturdifferenz benötigt einen gleichmäßigen Luftdurchsatz.

Die jeweils an den Bereich 162 angesetzten Kältemittel abläufe 163 in Fig. 6 sind druckfest mit dem Kühler ver bunden.

Die hier nicht dargestellte Einspritzpumpe saugt vom Kältemittelsammelbehälter 166 Kältemittel an und schließt somit den Kältemittelkreislauf.

Die möglichen Kondensatoren sind mit zumindest mit einem Merkmal je Element auszuführen. Unterschiedliche Kombi nationen der Merkmale, ergeben eine Vielzahl von Konden satorvarianten, welche in der Wärmekraftmaschinenan ordnung zum Einsatz kommen.

Das Element der Strömungsführung des wärmeaufnehmenden Teiles unterteilt sich in folgende Merkmale: offenes Kühlprofil; geschlossenes Kühlprofil; mit Antrieb; ohne Antrieb (Gebläse); ohne Kühlprofil; teilweise offenes, teilweise geschlossenes Kühlprofil.

Ein weiteres Element des Kondensators ist die Strömungs führung des wärmeabgebenden Teiles. Die Merkmale lauten im einzelnen: konstanter Querschnitt; ungleichmäßiger Quer schnitt; durch Kondensatbad; durch elektrische Felder;, durch magnetische Felder; durch Filter; durch mechanische Prallkörper; durch mechanische Schleusen, oder eine Kombi nation der vorgenannten Merkmale.

Ein weiteres Grundelement des Kondensators ist die Konden satabscheidung, welche sich in folgende Merkmale unter scheidet: Zentrifugalkraft; elektrische Felder; magnetische Felder; mechanische Prallkörper; Filter; Erdanziehung oder eine Kombination der vorgenannten Merkmale.

Medientrenner - Element der Wärmekraftmaschinenanordnung

Zentrifugen, welche mittels Zentrifugalkraft flüssige von gasförmigen Medien trennen, sind bekannt. Ein Medientrenner ist grundsätzlich erforderlich, wenn vermischte Stoffe mit unterschiedlichen Aggregatzustän den in einem System vorhanden sind. Der vorgeschaltete Kühler mit dem Demisterabscheider tragen vorab wesent lich dazu bei, daß die Voraussetzungen für die Funkti on des Medientrenners (M) erfüllt sind.

Kleinste Flüssigkeitströpfchen sind zu größeren zusam mengefaßt und strömen zusammen mit dem Arbeitsmedium in den Medientrenner.

In den Fig. 8a und 8b ist beispielsweise ein mögli cher Medientrenner in zwei Ansichten dargestellt. Die in den Fig. 8a, 8b dargestellte Ausführungsform zeigt den Medientrenner mit horizontaler Lage in An sicht und im Querschnitt.

Das Gemisch 170 strömt mit einer bestimmten Mindestge schwindigkeit in eine schraubenförmig angeordnete Spi rale. Das Gemisch wird zwangsweise im Kreis geführt und die Flüssigkeitströpfchen prallen aufgrung ihrer Trägheit und unter Einfluß der Zentrifugalkraft auf die Außenseite des Strömungskanals. Die Tröpfchen gleiten durch die Austrittsöffnungen 171 und werden so vom Haupt strom getrennt. Die Tröpfchen vereinen sich zu einem kleinen Flüssigkeitsstrom , dessen Geschwindigkeit sich aufgrund der Reibung und der abgetrennten Kammern ver langsamt und sich mittels Schwerkraft am unteren Teil 173 des Medientrenners (M) sammelt. Über das kommuni zierende Gefäß 172 gelangt das Kältemittel 179 in den Kältemittelsammelbehälter.

Der Medientrenner (M) ist ebenso druckdicht und korro sionsbeständig auszuführen. Die Anzahl der Windungen des Medientrenners hängt von dessen Abscheidegrad ab. Für eine einwandfreie Funktion der Wärmekraftmaschinen anordnung ist eine 100%ige Trennung notwendig. Sollte nach dem Medientrenner (M) noch geringste Kälte mitteltröpfchen im Arbeitsmedium sein, so wäre ein Feinst abscheider nachzuschalten, welcher auch kleinste Kälte mitteltröpfchen oder allgemein Flüssigkeitströpfchen zurückhält und in den Flüssigkeitskreis abgibt.

In den Fig. 9a und 9b ist ein vom Aufbau ähnlicher Medientrenner (M), jedoch mit vertikaler Achse, darge stellt. - Eine stark vergrößerte Darstellung eines Zy klonabscheiders aus Fig. 9b zeigt Fig. 10.

Die Kältemitteltröpfchen werden in jeder Kammer 169 durch die Zwischenwände 175 abgebremst und gelangen über die Kältemittelabfuhrleitungen 174 nach unten in das Sammelbecken 173.

Rillen 176 im Strömungsgrundprofil lenken und leiten die kleinsten Flüssigkeitströpfchen an die durchbroch ene Zwischenwand 177, wo sie über die Austrittsöffnungen 171 den Hauptströmungskanal des Arbeitsmediums verlas sen. Der Querschnitt der Strömung bleibt unverändert während des gesamten Trennvorganges, um die Strömungs verluste gering zu halten.

Das in Fig. 8b dargestellte kommunizierende Gefäß 172 verhindert das Austreten von Arbeitsmedium.

In den Medientrenner (M) gemäß Fig. 9b wird dies durch den deutlich verringerten Strömungsquerschnitt 174 und dem Auffangen in einem Sammelbehälter 173 an der unteren Seite des Medientrenners (M) erreicht.

Die Dimensionierung und Auslegung muß so erfolgen, daß auch bei geringster Strömungsgeschwindigkeit (Leerlauf) das Gemisch absolut zuverlässig getrennt wird. Anstelle dieses vorbeschriebenen Medientrenners (M) sind auch andere Methoden der Trennung möglich und sinnvoll, wenn als Ergebnis die vollkommene Trennung der unter schiedlichen Stoffe erreicht wird, wichtig und entschei dend für die Funktion der Wärmekraftmaschinenanordnung ist vor allem die einwandfreie exakte Trennung.

In den beschriebenen und dargestellten Beispielen (Fig. 8-10) rotiert das Fluid-Gemisch bei stehendem Gehäuse. - Sicherlich ist auch der umgekehrte Fall denkbar und anwendbar.

Neben der mechanischen Trennung der Medien, ist diese Trennwirkung durch ein elektrisches Feld noch zu ver stärken. Das Gemisch aus Kältemittel und Arbeitsmedium wird mittels eines an Gleichspannung liegendem Drahtge flecht elektrisch aufgeladen. Dies ist auch zusammen mit dem Demisterabscheider durchführbar. Die Kältemit teltröpfchen werden elektrisch geladen und gelangen so in den mechanischen Medientrenner. Die Rückwand 178 des Medientrenners ist gegenpolig zum Kältemittel aufgeladen, so daß die Kältemitteltröpfchen förmlich in die Austritts öffnungen 171 hineingezogen werden, um an der geladenen Rückwand 178 ihre Ladung abzugeben. Durch diese zusätz liche elektrische Einwirkung soll der Abscheidegrad bis zu 100% gesteigert werden, so daß sich ein Feinstfilter nach dem Medientrenner erübrigt.

Die möglichen Medientrenner für die Wärmekraftmaschinen anordnungen ergeben sich, wenn zumindest ein Merkmal der nachfolgend aufgeführten Elemente angewandt werden.

Das erste Element für den Medientrenner sind die Medien, welche folgende Merkmale aufweisen:
Gas/Gas; Gas/Flüssigkeit; Gas/Feststoff; Gas/Dampf; Flüssigkeit/Flüssigkeit; Feststoff/Flüssigkeit; Flüssig keit/Dampf; Feststoff/Feststoff; Dampf/Feststoff; Dampf/Dampf; oder eine Kombination aus ein oder mehreren der aufgeführten Merkmale.

Ein weiteres Element für den Medientrenner ist die Tren nungsart. Sie weist folgende Merkmale auf:
mechanisch; elektrisch; magnetisch; chemisch; oder eine Kombination der vorgenannten Merkmale.

Ein weiteres Element ist die Trennungskraft, welche sich in folgende Merkmale untergliedert:
Relativbewegungskraft; elektrische Anziehungskraft; mag netische Anziehungskraft; chemische Bindungskraft; polare Anziehungskraft; elektrische Abstoßkraft; magnetische Ab stoßkraft; polare Abstoßkraft; Kombination der vorgenannten Kräftearten.

Als weiteres Element für den Medientrenner ist der Trennungs ort anzuführen. Er kann innerhalb der Wärmekraftmaschinen anordnung an mehreren Stellen sein oder bei entsprechender Stoffwahl sogar entfallen.

Als Trennungsorte innerhalb der Wärmekraftmaschinenan ordnung kommen der Medientrenner, die Wärmetauscher, die Filter, der Kondensator, der Medientransport, der Expansor, der Verdichter oder eine Kombination der aufgeführten Orte in Betracht.

Medientransport - in der Wärmekraftmaschinenanordnung

Die Wärmekraftmaschinenanordnung besteht aus einer Wärme kette, welche zwangsweise gesteuert wird und immer in einer Richtung weiterströmt. Da infolge isochorer Zu standsänderung der momentane Druck von der Temperatur abhängt, ist es sinnvoll, die Gaskette durch geeignete Mechanismen weiterzutransportieren.

Bekannt sind Drehkolbengebläse zB. Rootsverdichter, die ohne innere Verdichtung arbeiten. Aufgrund der Geometrie der Drehkolben wird auf der Saugseite das Medium einge schlossen und zur Druckseite hin transportiert. Dort er folgt die zwangsweise Verdrängung gegen den vorhandenen Widerstand, der sich je nach Anlage ergibt. Die Ver dichtungsendtemperatur ist heute üblicherweise auf etwa 150°C begrenzt. Höhere Temperaturwerte können ggf. zum Anstreifen der Drehkolben an der Innengeometrie führen. Eine Laufspielvergrößerung führt zum Anwachsen des volu metrischen Verlustes. Das erreichbare Verdichtungsver hältnis wird direkt durch die Verdichtungsendtemperatur begrenzt.

Für den Medientransport werden Steuerorgane benötigt, welche das Gas definiert weitertransportieren und tem peraturunempfindlich sind. Für diese Funktion kommen praktisch alle Verdrängermaschinen in Frage. Das Arbeits medium wird in definierter Weise vom Gesamtstrom abge trennt, weitertransportiert und ausgeschoben.

Fig. 11 zeigt eine mögliche Form der Drehkolben eines Verdrängergebläses (G) und eine mögliche Ausbildung und Aufteilung des Gehäuses. Für den Medientransport wird zweckmäßig eine Reihe von Verdrängerkolben einge setzt. Eine mögliche Anordnung der Mehrzahl an Ver drängerkolben ist die axiale Ausrichtung auf einer Achse. Grundsätzlich bieten sich zwei konstruktive Lö sungen an: zum einen die einteilige Version der Verdrän gerdrehkolbenachse, wie in Fig. 15 im Längsschnitt dar gestellt, zum anderen die in Fig. 16 gezeigte unter teilte Version.

Die Ausführungsformen gemäß Fig. 11 und 13 passen sinngemäß zu der Ausführungsform gemäß Fig. 15; die Ausführung gemäß den Fig. 12 und 14 zu derjenigen gemäß Fig. 16.

Diese konstruktiv grobe Unterteilung in zwei Ausführungs möglichkeiten läßt noch mehrfache Kombinationen zu. So z.B. kann eine Achse mehrteilig sein, die andere einteilig; oder es ist eine Unterteilung des Gehäuses nicht nur in Längsrichtung sondern auch in Querrichtung zur Längs achse denkbar, der sog. "Sandwich"-Bauweise.

Die Fig. 11 und 12 weisen gegenüber den Fig. 13 und 14 unterschiedliche Drehkolbenformen auf, ohne daß eine Einbuße an Förderwirkung auftritt. Dies soll zeigen, daß allein die Verdrängerwirkung der Drehkolben maßgebend für den Transport des Arbeitsmediums ist.

Die axiale Ausrichtung der Drehkolben ergibt bauseits eine kompakte Anordnung, wobei jeweils zwei Achsen in einem Verdrängerblock zusammengefaßt werden. Die "Sand wich"- Bauweise, wie in Fig. 16 und auch in den Fig. 12 und 14 dargestellt, ermöglicht vorteilhaft den Ein satz unterschiedlicher, den jeweiligen Temperaturen an gepaßter Materialien. Der aus mehreren Verdrängerkolben gebläsen aufgebaute Gesamtverdrängerblock wird über Dehnschrauben, welche in die Bohrung 181 gesteckt werden, axial zusammengehalten. Da der Verdrängerblock immer mit dem vorerwähnten Wärmetauscher zusammenwirkt, herrschen auf den einzelnen Verdrängerebenen auch immer ähnliche Temperaturen. Dies bedeutet, daß der Spalt zwischen Dreh kolben und Gehäuse relativ eng ausgeführt werden kann. Sinnvoll für Drehkolben und Gehäuse ist die Verwendung von Materialien mit etwa ähnlichen Dehnungsfaktoren. Dies bedeutet, daß der Dichtspalt in einem bestimmten Temperaturbereich etwa konstant bleibt.

Die Synchronisation der beiden Verdrängerachsen geschieht mit mindestens einem Zahnradpaar. Der Antrieb erfolgt synchron oder konstant übersetzt von der Kurbelwelle der Kraftmaschinenanordnung.

In den Fig. 15, 11 und 13 ist die einteilige Verdränger achse dargestellt. Die Abdichtung zwischen den einzelnen Verdrängerebenen geschieht über eine Spalt- oder Laby rinthdichtung. Der Gehäuseblock wird über Spannschrau ben 182 zusammengehalten.

Wie bereits beschrieben ist das Verdrängervolumen je Ver drängereinheit auf das ausgeschobene Volumen des Verdich ters abzustimmen. Vorausgesetzt ist, daß in einer Zeit einheit die gleichen Volumina aus dem Verdichter ausge schoben und die gleichen Volumina durch die Verdränger weitertransportiert werden. Die Drehzahl der Verdränger paare ist der Drehzahl der Kurbelwelle nach obiger Ziel setzung anzupassen.

Der Zweck der Verdrängerpaare ist das konstante Weiter transportieren des Wärmesystems in einer Richtung, ohne selbst das Arbeitsmedium zu verdichten. Das Arbeits medium erfährt die Verdichtung durch die isochor Erhitz ung. Da somit der Druck mit zunehmender Temperatur steigt, verhindern die Drehkolben ein Zurückströmen des Arbeits mediums hin zu den niederen Drücken. Bei gerader Ausbil dung der Drehkolben-Außenkanten 183 wird das Arbeits medium im Takt der Verdränger weitertransportiert. Dieser Ausschubstoß, angeregt durch die Verdrängerdreh kolben, läßt sich durch schräge Drehkolben, welche das Arbeitsmedium sanfter weitertransportieren, zum Teil kompensieren. Durch das Zusammenwirken mehrerer Dreh kolbenpaare hintereinander läßt sich jedes Drehkolben paar den Anforderungen (z.B. weicher oder harter Aus schub) entsprechend ausbilden. Auch unterschiedliche Kolbenformen auf einer gemeinsamen Achse sind denkbar. Lediglich die Verdrängerpaare zueinander müssen harmon isch laufen.

Zweckmäßig werden die Verdrängerpaare mit den Wärmetau schern so hintereinandergeschaltet, daß auf ein Ver drängerpaar ein Wärmetauscher und dann wieder ein Ver drängerpaar folgt. Die jeweiligen Stellungen der Dreh kolbenpaare sind so aufeinander abgestimmt, daß ein Drehkolbenpaar gerade eine Welle von Arbeitsmedium abgibt und das nachfolgende Verdrängerpaar gerade eine solche Wellenfront von Arbeitsmedium ansaugt. Somit wirken die Volumenverdränger nicht als Verdichter son dern nur als Transportmittel. Der dazwischenliegende Wärmetauscherweg zwischen den einzelnen Verdränger paaren ist in der Länge entsprechend abzustimmen. Die Stellung der Drehkolbenpaare kann über stirn seitige Verzahnungen (welche bei der mehrteiligen Ver drängerachse zwischen den Verdrängerebenen sich be finden) zueinander in konstanten Schritten verstellt werden oder über Konusverbindungen stufenlos zueinan der eingestellt werden, wie insbesondere die Fig. 16 er kennen läßt.

Die Strömungsgeschwindigkeit in dem Wärmetauscherpaket läßt sich durch kontinuierliches Anwachsen oder Ver ringern der transportierten Volumina entweder beschleu nigen oder abbremsen, wobei die Verdrängerpaare nur teil weise als Verdichter wirken.

Die Lagerung der Verdrängerachse geschieht bei der ein teiligen Version an deren Enden, bei der mehrteiligen Achse in jeder Verdrängerebene.

In Abstimmung mit der Wärmetauscherlänge ist darauf zu achten, daß das dazwischenliegende, zu transportierende Medium ein schwingungsfähiges System darstellt. Die Zu ordnung der Drehkolbenpaare zum Wärmesystem an jeweils bestimmter Stelle hat den Vorteil, daß die gesamte Wärme kette unterteilt wird und die Federeigenschaften der so entstehenden Gasabschnitte jeder für sich ein härteres Federpaket darstellt als die relativ weiche Gesamtkette.

Wenn als Variante beispielsweise ein Turbolader in den geschlossenen Kreis zwecks Drehzahlregelung integriert wird, so sind bei maximaler Verdichtung durch den Turbo lader die nachfolgenden Verdrängervolumina entsprechend zu verringern. Bei kleinerer Turbinendrehzahl wird die fest vorgegebene Verdichtung nur zum Teil erreicht. Die Drehkolben übernehmen dann den Rest der Verdichtung. Da durch wird ein größerer Kraftaufwand für die Verdränger einheit verursacht, was zu einem Abbremsen der gesamten Wärmekette führt.

Die Abdichtung der einzelnen Drehkolbenebenen geschieht über einen engen Spalt bzw. bei der mehrteiligen Achsen version - im Zusammenhang mit den Lagern - über temper aturbeständige Dichtlippen. Somit wird der Druckausgleich zwischen den einzelnen Verdrängerebenen unterbunden.

Bei unterschiedlicher Lage der Wärmetauscher können die Verdrängermaschinen auch einzeln zwischen den Wärmetau schern angeordnet werden. Die vorbeschriebene kompakte Bauweise für die Verwendung im Kfz sehr günstige, ist als solche für die Funktion der Wärmekraftmaschinenanordnung nicht zwingend notwendig. Für die Funktion der erfindungs gemäßen Wärmekraftmaschinenanordnung ist es vielmehr wichtig, daß der offene Verbrennungsprozeß und der ge schlossene Kraftprozeß unabhängig voneinander betrieben werden können. Hierzu sei auf die Schilderung des Starts der neuen Wärmekraftmaschinenanordnung verwiesen.

Die in den Fig. 11 und 13 dargestellten Verdränger paare sollen ein Beispiel sein für eine mögliche Ausbil dung der Volumenverdränger. Auch die Anzahl der Achsen auf mindestens zwei, ist für die Funktion des Medien transportes unerheblich.

Um die verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten der Ge bläse zu benennen, sind die Elemente darzustellen. Diese sind: Volumenstrom zu Verdichtervolumen je Zeit einheit; Wirkeinheit (Gebläse/Wärmetauscher); Anordnung der Verdränger; Transportweg je Wirkeinheit; Strömungs geschwindigkeit; Transportarten.

Jedem Element sind Merkmale zugeordnet. Die Gebläse varianten ergeben sich, wenn zumindest ein Merkmal je Element angewandt wird.

Die Merkmale zum Element "Volumenstrom zu Verdichtervo lumen je Zeiteinheit" lauten:
gleich Verdichtervolumen; kleiner Verdichtervolumen;
größer Verdichtervolumen; eine Kombination aus den ge nannten Merkmalen.

Ein weiteres Element stellt die Wirkeinheit (Gebläse/ Wärmetauscher) dar. Die Merkmale lauten:
Wirkeinheit ohne Gebläse; Wirkeinheit mit Gebläse; Wirk einheit teils mit, teils ohne Gebläse.

Ein weiteres Element ist die Anordnung der Verdränger. Die Merkmale lauten:
separat mit Einzelantrieb; separat mit Gesamtantrieb;
separat ohne Antrieb; koaxial angeordnet mit Einzelantrieb;
koaxial angeordnet mit Gesamtantrieb; koaxial angeordnet ohne Antrieb; koaxial angeordnet und mehrfach separat mit Einzelantrieb; koaxial angeordnet und mehrfach separat mit Gesamtantrieb; koaxial angeordnet und mehrfach separat ohne Antrieb; koaxial angeordnet und mehrfach separat teils mit Antrieb, teils ohne Antrieb; eine Kombination der vorge nannten Merkmale.

Ein weiteres Element ist der Transportweg je Wirkeinheit. Die Merkmale lauten: gleich lang, ungleich lang, gleich und ungleich lang, in der Länge veränderbar, Längenänderung des Transportweges temperaturbezogen, eine Kombination der vor genannten Merkmale.

Ein weiteres Element der Gebläsekombination ist die Stömungsgeschwindigkeit je Wirkeinheit. Die Merkmale lauten: gleich, ungleich, unter Schallgeschwindigkeit, über Schallgeschwindigkeit, eine Kombination der vorgenannten Merkmale.

Ein weiteres Element sind die Transportarten. Die dazu gehörenden Merkmale lauten: Volumenverdrängung, Trägheit der Masse (mech. Impuls, Rotation, Schieben), Druckge fälle, Pumpen, eine Kombination der vorgenannten Merkmale.

Wärmetauscher - Element der Wärmekraftmaschinenanordnung

Bekannt sind eine Vielzahl von Formen und Arten der Wärme tauscher. Für den Einsatz innerhalb der Wärmekraftmaschi nenanordnung wird ein korrosions- und druckfester Wärme tauscher gesucht, der den auftretenden Temperaturen an gepaßt ausgeführt ist und für unterschiedliche Zwecke in der Wärmekraftmaschinenanordnung verwendet werden kann. Allgemein dient ein Wärmetauscher zur Wärmeübertragung. Maßgebend hierfür ist die Austauschfläche, die Wärme übergangszahl der Medien und die Wärmeleitzahl des ver wendeten Materials. Durch entsprechende Festlegung der Strömungsquerschnitte und der Strömungsführung lassen sich annähernd gleiche Austauschflächen sowie Wärme übergangswerte erreichen. Der Wärmedurchgang und die Größe des Wärmetauschers werden dadurch optimiert.

Als sehr günstig erweist es sich, das wärmeabgebende Medium innen und das wärmeaufnehmende Medium außen zu führen. Dies hat den großen Vorteil, daß die Temperatur, welche sich räumlich ausbreitet, allseitig genutzt wer den kann.

Fig. 17 zeigt eine mögliche Ausgestaltung des Wärme tauschers (W). Mit 190 ist das wärmeabgebende heiße Medium bezeichnet, welches durch das Innenrohr 194 strömt. Konzentrisch im Innenrohr 194 ist ein nicht durchströmter Innenkörper (Seele) 192 angeordnet.

Die Seele 192 im Innenrohr 194 hat den Vorteil, daß der relativ kleine Strömungsquerschnitt innen mit einer re lativ großen inneren Übertragungsfläche 195 ausge stattet ist. Die Seele 192 ist fest mit dem Innen rohr 194 verbunden und spaltet das einströmende Medium 190 mittels eines Konus 196 in einen ringförmigen Strö mungsquerschnitt auf. Die innere wärmeabgebende Strömung verläuft annähernd linear, da der auftretende Strömungs verlust gering gehalten wird. Das innere Medium 190 er fährt innerhalb des Wärmetauschers (W) keine Strömungs umlenkung. Der Konus 196 ist auch am anderen Ende der Seele 192 angebracht und ermöglicht den sanften Über gang vom Ringquerschnitt zum Vollquerschnitt im Strö mungsverlauf. Ein derartiger Rohrwärmetauscher bietet unter anderem den Vorteil, daß der Wärmetauscher kompakt ausgeführt eine große Übertragungsfläche umfaßt. Diese Art von Wärmetauscher läßt sich auch gut nebeneinander oder übereinander anordnen.

Vorgesehen ist nach und vor jedem Rohrwärmetauscher (W) eine bereits beschriebene Volumenverdrängereinheit, welche lediglich das zu erhitzende Gas transportiert. Das wärmeaufnehmende Medium 191, welches das Innenrohr 194 allseitig umspült, überstreicht das umschließende Außenrohr 197 in einer schraubenförmigen Strömungs führung. Die Rippen 198, welche fest auf dem Außen rohr 197 angebracht sind, erhöhen die Übertragungs fläche um ein Vielfaches. Das wärmeaufnehmende Medium 191 wird nun ständig umgelenkt und innerhalb einer zy klonartigen Kreisbahn gehalten. Das wärmeaufnehmende Medium 191 hat nun genügend Zeit, die abgegebene Wärme aufzunehmen. Auf Grund des konstanten Volumens erhöhen sich der Druck und die Temperatur des wärmeaufnehmenden Mediums 191 entlang der Strömungsführung.

Nach außen hin ist der Rohrwärmetauscher (W) nach Fig. 17 mit einer doppelten Thermowand, welche noch anschlie ßend näher beschrieben wird, isoliert. Dies ist notwen dig, um mögliche Abstrahlungsverluste bei hoher Temper atur so gering als möglich zu halten. Zusätzlich ist der Wärmetauscher mit einer der jeweiligen Temperatur ent sprechend angepaßten Außenisolierung 200 versehen. Bei der Auslegung der Wärmekraftmaschinenanordnung ist mög lichst darauf zu achten, daß in einer festgelegten Zeit einheit sowohl die strömenden Massen als auch deren Wär mekapazität der wärmeabgebenden und wärmeaufnehmenden Medien so aufeinander abgestimmt sind, daß die Grätigkeit der Wärmetauscher möglichst klein wird.

Fig. 18 zeigt schematisch eine Seitenansicht mehrer übereinander angeordneter erfindungsgemäßer Rohrwärme tauscher (W). Da der Taupunkt innerhalb der Wärmetau scher deutlich unterschritten wird, ist in diesen Be reichen ein korrosionsfestes Material und jeweils eine entsprechende Ablaufeinrichtung 202 vorgesehen. Auf Grund der Aneinanderreihung der einzelnen Rohr wärmetauscher (W) ergibt sich je nach Wärmetauscher länge und Durchmesser eine bestimmte Wickelsteigung des Wärmetauscherpaketes. Das über die jeweiligen Ab laufeinrichtungen 202 aufgefangene Kondensat wird in einem Sammelbehälter 203 geleitet. Das Kondensat sam melt sich an der untersten Stelle der Rohrwärmetauscher (W). Das abgeleitete Kondensat enthält eine Reihe von Stoffen aus dem offenen Antriebsprozeß. Die Kondensa tion der sauren und basischen Bestandteile reinigt das Abgas erheblich.

Die Strömungskanäle sind glatt, möglichst poliert, aus zuführen. An den Umlenkungsstellen ist auf einen guten Übergang der Verbindungsteile zu achten. Dies vermindert den Druckverlust innerhalb des Abgasstromes. Das häufige Umlenken des Abgases (z.B. Abgas vom Verbrennungsmotor) erübrigt eine Dämpfung des Gasstromes.

Das beruhigte und gedämpfte Abgas ist lediglich vom Mo tor wegzuführen (z.B. mittels Kunststoffrohr).

Die Strömungen innerhalb der Wärmetauscher (W) werden zweckmäßig so gelegt, daß das wärmeabgebende Medium sich kontinuierlich abkühlt und das wärmeaufnehmende Medium sich kontinuierlich erhitzt. Um unnötige Druck verluste zu vermeiden, ist es günstig, den Strömungs querschnitt innerhalb des gesamten Wärmetauscherpaketes konstant zu gestalten.

Die Verweilzeiten der strömenden Medien kann durch das Bauvolumen der Wärmetauscher in Grenzen bestimmt werden.

Der Abgasstrom kann zusätzlich durch einen Medientren ner (M), der nach dem Wärmetausch anzuordnen ist, von belastendem Kondensat befreit werden.

Die Wärmetauscher (W) sind sowohl eingängig als auch mehrgängig ausführbar. D. h., daß der aufnehmende Teil in zwei separate Strömungsführungen aufgeteilt ist oder umgekehrt.

Die Kühlung der hochbelasteten Übertragungsflächen zB. Brennerwärmetauscher, Solarabsorber; geschieht über defi niertes Einspritzen von flüssigem Arbeitsmittel, welches durch die Verdampfungswärme des Arbeitsmittels zur sta bilen Kühlung der Wärmetauschertrennwände beiträgt. Eine weitere Möglichkeit der Kühlung besteht in einer vollständigen Umhüllung der gefährdeten Wärmetauscher trennwände mit flüssigem Arbeitsmittel, welches druck dicht verschlossen ist. Die Flüssigkeit verdampft und bildet am oberen Mantelteil ein Dampfpolster, aus welchem kontinuierlich oder diskontinuierlich Arbeitsmitteldampf abgeleitet wird und wodurch der Verdampfungsdruck im ge schlossenen Arbeitsmittelbehälter konstant gehalten wird.

Die Fig. 17a und 17b zeigen einen möglichen Solar absorber in der Vorderansicht und in der Draufsicht. Das frische Arbeitsmedium 27 strömt in den Wärmetauscher von unten ein und wird beim Durchströmen mit Arbeitsmittel 29 gemischt. Seitlich sind um den Solarabsorber "W" Kühl mäntel 355 angebracht, um überschüssige Wärme abzuführen. Das Arbeitsmittel verdampft in den Kühlmänteln und wird dampfförmig nach oben abtransportiert.

Auf der vorderen Stirnfläche 55 trifft die Strahlung 57 auf und erhitzt das Arbeitsmedium und das Arbeitsmittel. An der Stelle 30 verläßt das Gemisch aus Arbeitsmedium und Arbeitsmittel den Solarabsorber "W".

Die Fig. 19a und 19b zeigen zwei Ausführungsmöglich keiten, Längenänderungen der Rohrwärmetauscher infolge hoher Temperaturänderungen elastisch abzufangen. Besonders vorteilhaft ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 19b, daß der Strömungsquerschnitt beibehalten wird. Jedes Wärmetauscherrohr unterliegt verschiedene Temper aturänderungen und somit verschiedenen Temperaturdehn ungen. Die in Fig. 19a und 19b dargestellten Anschluß segmente sind entsprechend der Temperaturänderung dimen sioniert den Wärmetauscherrohren zugeordnet zu integrieren.

Turbo-Verdichter der Wärmekraftmaschinenanordnung

Turbo-Verdichter werden heute im Motorenbau zur Lei stungssteigerung eingesetzt. Angetrieben wird der Turbo- Verdichter entweder durch eine vom Abgasstrom beauf schlagte Turbine oder durch einen separaten Antrieb.

Für die erfindungsgemäße Wärmekraftmaschinenanordnung ist der dabei vorgesehene Turbo-Verdichter ein Element zur Nutzung der Geschwindigkeitsenergie der strömenden Gase des offenen Verbrennungsprozesses.

Vorteilhaft ist der Einsatz des Turbo-Verdichters inner halb der Wärmekette zur Verdichtung des Arbeitsmediums. Die Wärmekraftmaschinenanordnung wird zweckmäßig so aus gelegt, daß nach dem Turbo-Verdichter das verdrängte Volumen um den Verdichtungsfaktor geringer ausgeführt ist. Bei Vollast der Wärmekraftmaschinenanordnung übernimmt die Abgas-Turbine innerhalb des offenen Verbrennungs prozesses den Verdichtungsantrieb für den Turbo-Ver dichter, welcher das Arbeitsmedium innerhalb des ge schlossenen Kraftprozesses verdichtet.

Bei Teillast oder Leerlauf gibt die Turbine nicht die ausgelegte Leistung ab, so daß der Medientransport der Wärmekraftmaschinenanordnung selbst die vorgegebene Ver dichtung verrichtet. Die Wärmekraftmaschinenanordnung wird abgebremst, da der Transportaufwand des Mediums bei Teillast oder Leerlauf infolge der inneren Verdich tung deutlich zunimmt.

Der parallel ablaufende offene Verbrennungsprozeß, der quantitativ oder qualitativ in der Leistung geregelt wird, wirkt mittels der Abgasturbine, die den Verdich ter antreibt, direkt in den geschlossenen Prozeß hinein. Die Drehzahl der Wärmekraftmaschinenanordnung wird so direkt verändert. Der besondere Vorteil dieser Regelungs art liegt in dem raschen Ansprechverhalten nach einer Laständerung.

Durch den Einsatz der Abgasturbine in den offenen Ver brennungsprozeß bei der Wärmekraftmaschinenanordnung, wird die Stömungs- und Druckenergie in Verdichtungs energie umgewandelt.

Erfindungsgemäß ist die Zuschaltung der Abgasturbine im Gasstrom nach dem Wärmetauscher der Luftvorwärmung vor gesehen. Die Auslegung erfolgt zweckmäßig so, daß strö mungsmäßig nach der Abgasturbine das Abgas Umgebungs druck und Umgebungstemperatur annimmt. - Der Werkstoff der Turbine ist entsprechend korrosionsbeständig auszu führen. - Die Turbine treibt den Verdichter an, der vor zugsweise innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung angeordnet ist. Die Stelle, an welcher der Verdichter integriert ist, wird zweckmäßig so gewählt, daß der regenerative Wärmeaustausch nicht gestört wird, z.B. nach dem Regenerator oder vor dem Brenner.

Die Verdichtungsenergie wirkt sich innerhalb der Wärme kraftmaschinenanordnung an einer relativ kälteren Stelle auf das Gesamtsystem stärker aus, als an einer relativ wärmeren. Ebenso verhält sich das Regelverhalten.

Damit das Gemisch aus Arbeitsmedium und Arbeitsmittel dampf strömungsmäßig auch nach dem Verdichter (Turbine) sich noch im gesättigten Zustand befindet, wird erfin dungsgemäß Arbeitsmittel fein zerstäubt und dosiert in den Ansaugstutzen des Verdichters, in die Turbine selbst oder auch danach eingespritzt. Das Verdampfen der Flüs sigkeit bewirkt eine nur mäßige Temperatursteigerung während der Verdichtung, der gesättigte Zustand des Ge misches bleibt erhalten.

Die beschriebene integrierte Kühlung in den Turbo-Ver dichter bewirkt ein relativ hohes Verdichtungsverhältnis bei nur mäßigem Temperaturanstieg. Der Verdichtungsauf wand bleibt somit minimal. Durch Vermindern der Arbeits mittelmenge in, vor oder nach dem Verdichter erhöht sich der Verdichtungsaufwand, da das Verdichtungsverhältnis baulich festgelegt ist.

Unerheblich hierbei ist, wie der Verdichtungsaufwand auf Turbine und Wärmekraftmaschinenanordnung aufge teilt wird. Durch den festen baulichen Bezug muß ein bestimmtes Volumenverhältnis erreicht werden, unge achtet von dem Verdichtungsaufwand.

Durch Verändern der eingespritzten Arbeitsmittelmenge wird eine zusätzliche Regelmöglichkeit für die Wärme kraftmaschinenanordnung aufgezeigt.

Kühlung der Wärmekraftmaschinenanordnung

Heutige Verbrennungsmotoren werden direkt (Luftkühlung) oder indirekt (Wasserkühlung) mit Luft gekühlt. Die Wärme wird hierbei direkt oder indirekt der Umgebungs luft zugeführt. Die Kühlung ist notwendig, um den Schmier film zwischen Zylinder und Kolben in jedem Betriebszu stand aufrecht zu erhalten.

Ein neues Kühlsystem ist erforderlich, weil die bisher bekannte Kühlung zur Leistungssteigerung der Kraftmaschine keinen Beitrag leistet. Lediglich der Fahrgastraum, beim Einsatz in einem Kraftfahrzeug, nutzt Teile der abge führten Wärme.

Gesucht wird ein Kühlsystem, welches z.B. die Brennkraft maschine, den Brenner, den Solarabsorber außen ausrei chend kühlt und selbst diese Kühlwärme nutzt. Bei der Kombination der Brennkraftmaschine mit der Wärmekraft maschinenanordnung wird ein derartiges Kühlsystem ange wendet. Die Wärmekraftmaschinenanordnung nutzt die Wärme, welche dem System zugeführt wird. Es zeichnen sich bei der oben genannten Kombination zweierlei Kühlungsmöglich keiten ab.

1. Die Kühlung der Brennkraftmaschine zeitlich, örtlich und in der Menge vorher zu bestimmen und diese ange paßt der 4-Takt-Verbrennungsmaschine auszuführen. In Fig. 20 ist ausschnittsweise die Kombination von Brennkraftmaschine und Wärmekraftmaschinenanordnung dargestellt. Hierzu sei auch auf das Gesamtschema in Fig. 4 verwiesen.

Das vorgeheizte Arbeitsmedium, welche den Regenerator 21 und den Zwischenkühler 65 bereits durchströmt hat, strömt vorgeheizt an der Stelle 27 in ein geschlos senes Kanalsystem, welches der Brennkraftmaschine umgebend angeordnet ist.

An den heißen kritischen Stellen 29 wird Arbeits mittel in flüssiger Phase in den Strömungskanal 210 fein zerstäubt gespritzt. Der Strömungskanal 210 wird durch die druckdichte Außenwand 212 und die Stege 211 gebildet. Die Stege 211 sind fest mit der Wand des Zylinders 213 verbunden und wirken als Kühl rippen. Die äußere Kühloberfläche am Zylinder wird dadurch beachtlich erhöht.

Die Einströmstelle 27 des vorgewärmten Arbeitsmediums ist zweckmäßig an den heißen Kopf des Zylinders ge legt, um die Kühlwirkung örtlich richtig anzuordnen. Infolge der zwangsweisen Strömungsführung um den Zylinder, heizt sich das Arbeitsmedium entsprechend auf. Arbeitsmittel wird an den Stellen 29 in den Strö mungskanal kontinuierlich oder diskontinuierlich in bestimmten festgelegten Mengen eingespritzt.

Diese Mengenbegrenzung ist notwendig, da der entste hende Dampf im Expansor vollständig zur Kondensation gezwungen wird. Die notwendige abzuführende Kühl wärme der Brennkraftmaschine, welche hier durch das erhitzte Arbeitsmedium, das verdampfende Arbeitsmit tel und das Erhitzen des Arbeitsmitteldampfes voll zogen wird, bestimmt maßgeblich die Auslegung der erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschinenanordnung. Empirisch ist die Kühlleistung der Brennkraftmaschine, bezogen auf die Drehzahl, zu bestimmen. Taktbezogen strömt jeweils die gleiche Menge an Arbeitsmedium zur Kühlung um die Brennkraftmaschine. Die Anpassung der realen Kühlleistung zu der empirisch ermittelten, bezogen auf die Drehzahl, geschieht über die Menge an Arbeitsmittel, welche eingespritzt wird. Die exakte Mengenbegrenzung des Arbeitsmittels stellt den Regel bereich dar, in welchem die Arbeitsmittelmenge dreh zahlbezogen verändert wird.

Bei der diskontinuierlichen Einspritzung von Arbeits mittel läßt sich dieses auch drehwinkelbezogen dem Strömungskanal zuführen. Die Kühlwirkung kommt somit auch immer dann zur Wirkung, wenn diese prozessbe zogen notwendig ist. Die Brennkraftmaschine wird somit während der 4 Takte äußerlich optimal gekühlt. Die Brennkraftmaschine kann sich nie überhitzen und erhält drehwinkelbezogen immer die exakt notwendige Kühlung. Diese Art der äußeren Kühlung verhindert eine übermäßige Kühlung der Brennkraftmaschine und somit ein unnötiges Abführen von Prozeßwärme. Das Einspritzen von Arbeitsmittel geschieht an einzelnen Stellen der Brennkraftmaschine, welcher der Kühlung besonders bedürfen. (z.B. Ventilsteg, Kolbensteg) Beim Ort der Arbeitsmittel-Einspritzung ist lediglich darauf zu achten, daß das Arbeitsmittel auch dort ver dampft, wo die Kühlwirkung besonders erforderlich ist, und daß das Arbeitsmittel genügend Zeit hat, noch im Kühlkanal 210 zu verdampfen.

Zur Umgebung hin ist die Brennkraftmaschine isoliert, um unnötige Verluste zu vermeiden. Die maximal zu lässige Öltemperatur im Verbrennungzylinder stellt das Grenzkriterium für die Wärmekraftmaschinenanord nung dar, wenn vorausgesetzt wird, daß der Kolben an der Zylinderinnenwand mit Öl geschmiert wird.

Nach gleicher Art wird auch der Brenner, Solarabsor ber gekühlt. der Unterschied hierzu besteht darin, daß bei der Kühlung der Brennkraftmaschine der Schmier film erhalten bleiben muß und beim Brenner und Solar absorber hingegen soll durch die Kühlung verhindert werden, daß die Trennwände schmelzen. Das Grenzkri terium für diese Wärmekraftmaschinenanordnungen ist jeweils die Schmelztemperatur des verwendeten Werk stoffes. Dem Grenzkriterium ist jeweils eine Tempera tur zugeordnet, welche den Wirkungsgrad der Wärme kraftmaschinenanordnung nach oben hin begrenzt und festlegt. Der besondere Vorteil der oben beschriebenen Kühlung der Brennkraftmaschine liegt in der exakten Zuordnung der Kühlmenge an den Drehwinkel der Kolben maschine.

2. Eine weitere Möglichkeit der Kühlung der Brennkraft maschine sowie dem Brenner und dem Solarabsorber, ist der geschlossene Flüssigkeitsmantel, der den zu kühlenden Teil von außen umgibt. Während des Betriebes der Brennkraftmaschine verdampft die Flüssigkeit an der Außenseite des Brennkraftmaschinen-Zylinders. Die Dampfblasen steigen nach oben in einen Sammelraum. Der Druck innerhalb der geschlossenen Flüssigkeits kühlung steigt und somit auch die Verdampfungstempera tur der Flüssigkeit am Motor-Zylinder.

Über ein einstellbares Druckventil entweicht der Dampf in einen geschlossenen Zwischenraum. Eine in ihrem Volumen veränderbare Pumpe entnimmt aus diesem Zwischen raum in einem drehzahlabhängigen Rhythmus Dampf und drückt diesen in den Strömungskanal des Arbeitsmediums. Das Arbeitsmedium wird erfindungsgemäß mit Dampf geimpft, welcher im Expansor kondensiert und anschließend über den Medientrenner wieder zurück in den geschlossenen Kühl mantel gepumpt wird. Der Vorteil dieser Kühlungsvariante ist die damit ermöglichte allseitige gleichmäßige Kühlung der Brennkraftmaschine. Mittels eines einstell baren Druckventils wird der Verdampfungsdruck außen an der Brennkraftmaschine konstant gehalten und ein Überhitzen vermieden.

Eine in ihrem Volumen veränderbare Pumpe entnimmt diejenige Dampfvolumenmenge, welche zu einer be stimmten Drehzahl in der Wärmekraftmaschinenanord nung verarbeitet werden kann, welche letztere ent sprechend dimensioniert ist.

Durch die beiden beschriebenen Kühlmethoden, welche selbst Elemente der Wärmekraftmaschinenanordnung sind, wird eine gleichmäßig hohe Kühlung an den gefährdeten Stellen er reicht und innnerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung nutzbringend umgesetzt.

Beschreibung Expansor der Wärmekraftmaschinenanordnung

Der Expansionstakt ist fester Bestandteil des Arbeits spieles z.B. bei 4-Takt-Brennkraftmaschine. Der zu geführte Brennstoff verbrennt mit Luftsauerstoff unter Energieabgabe. Der sich anschließende Expansionstakt ist der alleinige Kraftspender der Brennkraftmaschine.

In der neuen Wärmekraftmaschinenanordnung wird ein Aggregat vorgesehen, welches, getrennt von den übrigen Aggregaten, erfindungsgemäß Takt für Takt nur expandiert. Zweckmäßig ist hierfür die exakte Abtrennung einer Volu meneinheit des Arbeitsmediums von der Wärmekette, um diese gezielt zu expandieren. Die Expansion geschieht durch gesteuerte Volumensvergrößerung. Hierbei wird Energie frei, welche für den Antrieb der Wärmekraft maschinenanordnung sowie sonstiger Arbeitsmaschinen dient. Das Arbeitsmedium, welches im Verdichter verdich tet, in den verschiedenen Wärmetauschern erhitzt und verdichtet wurde, strömt nun gesteuert und im gesättigten Zustand in den Vorraum 224 des Expansors (E).

Der Vorraum 224 ist dem Expansor (E) vorgeschaltet, um eine Volumeneinheit darin aufzunehmen und gezielt von der Wärmekette anzutrennen. Bei ungesteuerter Strömung würde mehr Arbeitsmedium in den Expansor nachströmen und die Zustandsänderung des Gases ließe sich nicht exakt steuern. Außerdem ließe sich der im Gemisch enthaltene Dampf nur teilweise kondensieren.

Die Größe des Vorraumes 224 entspricht dem zuletzt durch den Erhitzer geförderten Volumen, d.h. der Transport des Arbeitsmediums endet hier in den Vorraum. Das Arbeits medium wurde maximal erhitzt und hat nun seine höchste Temperatur sowie höchsten Druck erreicht. Je nach Höhe der mittleren Expansionstemperatur sind dem Expansions takt unterschiedliche Wärmemengen zuzuführen.

Diese zugeführten Wärmemengen setzen sich zusammen aus den Änderungen der inneren Energie des Arbeitsmediums, der Dampfmenge und der Änderung der inneren Energie der kondensierten Flüssigkeitsmenge, sowie der mittleren Kondensationswärme des mitgeführten Dampfes.

Für die Auslegung der Wärmekraftmaschinenanordnung ist entscheident und wichtig, daß pro Volumeneinheit nur so viel an Dampf vom Arbeitsmittel mitgeführt wird, wie im nachgeschalteten Expansor (E) auch kondensieren kann. Bei zuviel Dampf an Arbeitsmittel ist das Gleichge wicht der strömenden Medien im nachgeschalteten Regene rator empfindlich gestört, sowie der Medientrenner könnte die beiden Phasen (Gas und Dampf) nicht trennen. Eine Verschleppung an Arbeitsmittel in der Wärmekraft maschinenanordnung wäre die Folge.

Die Steuerung der Öffnungen in den bzw. aus dem Vorraum 224 kann mit allen bekannten Steuer- und Verschließmech anismen geschehen. Vorzugsweise werden Ventile, welche nockengesteuert werden, verwendet. Vorteilhaft ist die Expansion bei konstanter Temperatur. Die zugeführte Wärme wird während der tatsächlichen polytropen Expansion direkt in Nutzarbeit umgesetzt.

Je höher das Temperaturniveau im Expansor, desto mehr an Wärme muß während der Expansion zugeführt werden und desto besser ist der thermische Gesamtwirkungsgrad der neuen Wärmekraftmaschinenanordnung, vorausgesetzt, die mittlere polytrope Verdichtungstemperatur bleibt auf konstant nied rigem Niveau.

Bei optimaler Auslegung des geschlossenen Wärmekreises strömt ein Volumenteil des Arbeitsmediums mit der entsprechenden gesättigten Dampfmenge an Arbeitsmittel vom abgeschlossenen Vorraum 224 in den sich stetig ver größernden Hauptraum 220 des Expansors (E) hinein. Aufgrund des Volumenzuwachses fällt der Druck innerhalb der Volumeneinheit, der Dampf beginnt zu kondensieren. Die homogene gleichmäßige Verteilung des Dampfes er möglicht eine große Wärmeübertragungsfläche während der Kondensation. Die zugeführte Wärme der Kondensation wird neben den bereits beschriebenen Wärmemengen für die poly trope Expansion verwendet.

Wäre das Gemisch aus Arbeitsmedium und Arbeitsmittel dampf überhitzt in den Vorraum 224 gelangt, so würde in der Anfangsphase der Expansion der innere Energie inhalt des Dampfes solange abgebaut, bis die Konden sationsschwelle erreicht ist. Nachfolgend sind die Zu standsänderungen identisch mit denen bereits beschrie benen. Lediglich die absolut verarbeitete Dampfmenge an Arbeitsmittel ist geringer und die Arbeitsabgabe insgesamt auch entsprechend geringer.

Optimal für den Betrieb des Expansors (E) ist es, die Kondensationsschwelle an den Anfang der Expansion zu legen. Diese innere Wärmezufuhr während der Expansion hat den großen Vorteil gegenüber der äußeren Wärmezu fuhr, daß die Wärme auch nur dann frei wird, wenn ex pandiert wird. Eine Aufheizung des Arbeitsmediums während der Ausschubphase geschieht nicht, wie es etwa bei der äußeren Wärmezufuhr der Fall wäre.

Die Wärmeübertragungsfläche bei der inneren Wärmezu fuhr ist um ein vielfaches größer als bei der äußeren Wärmeübertragung. Der fein verteilte Dampf wirkt direkt auf das Arbeitsmedium ohne Zwischenwand. Ein weiterer Vorteil der inneren Wärmezufuhr ist die genaue Dosier ung der Dampfmenge zu jeder Volumeneinheit an Arbeits medium. Diese Dosierbarkeit beinhaltet auch eine Regel barkeit des Expansionsraumes in Hinblick auf dessen Arbeitsabgabe, und somit kann der Arbeitsüberschuß der gesamten Wärmekraftmaschinenanordnung mittels Dosierung der Dampfmenge in der Drehzahl geregelt werden.

Der Gesamtwirkungsgrad der Wärmekraftmaschinenanordnung wird hauptsächlich von der erzielbaren Temperaturdiffe renz vom heißen zum kalten Raum gebildet. Die heißeste Stelle ist in der Wärmekraftmaschinenanordnung der Bren ner, wo das Arbeitsmedium auf seine höchste Temperatur gebracht wird. Damit der Brenner an den gefährdeten Stellen nicht durchschmilzt, wird er von außen mit flüssigem Arbeitsmittel gekühlt, welches verdampft und vom Arbeitsmedium wegtransportiert wird.

Hierzu sei auch auf die Beschreibung der Kühlung in der Wärmekraftmaschinenanordnung verwiesen, welche auch grundsätzlich beim Brenner Anwendung findet.

In Fig. 21 sind zwei Expansionsaggregate (220/221) allseitig umgeben von einer doppelten Vakuumisolierung (222) dargestellt. Die Vakuumisolierung stützt sich nur an bestimmten Stellen (225/226) am Gehäuse (227) der Expansionsaggregate (220/221) ab. Weitere Abstützungen der Isolierung sind (225 a/226 a/226 b/226 c).

Die Vakuumisolierung umschließt den gesamten Expansor (E) und wird nur an bestimmten Stellen (Kurbelwelle, Zu- und -Abfluß) durchbrochen. Die Abstützungsteile (225/225 a/226/226 a/226 b/226 c) bestehen aus besonders temperaturfesten und schlecht wärmeleitenden Materialien. Auf Einzelheiten der Isolierung wird später noch einge gangen.

Das Gehäuse (227) des Expansoraggregates (220/221) muß aus hochtemperaturfestem Material hergestellt sein. Besonders vorteilhaft ist dabei die Unterteilung des Ge häuses (227) in mehrere Abschnitte: den unteren Teil als Bodenwanne (230), darauf abgestützt den Zylinderblock (231) sowie den Zylinderkopf (232) und abschließend den Kopfdeckel (233).

Die Herstellung dieser Bauteile ist mittels bekannter pulvermetallurgischer Verfahren ohne eine Nachbearbei tung möglich.

Entsprechend sind der Kolben (241), das Pleuel (246) und die Kurbelwelle (247) herzustellen.

Eine Teilung der Kurbelwelle z.B. unter Verwendung einer Steckverbindung außerhalb des heißen Raumes ist denkbar und hat den großen Vorteil, daß die Bauteile den Tempera turen angepaßt ausgeführt werden können. Die Steckver bindung wäre dann jedoch auch außerhalb der heißen Zone des Expansors (220/221) vorzusehen. Der Kolben (241), ein wesentliches Bauteil des Expansors (220) ist in Fig. 26 gesondert dargestellt. Die Außenkontur ist bewußt kerbarm gehalten, so daß auch dieser Kolben (241) mittels pulvermetallurgischen Verfahren herstellbar ist. Es ist vorgesehen, den Kolben (241) ohne Nacharbeit montagefertig herzustellen.

Der Kolben (241) weist eine Schmierung herkömmlicher Aus gestaltung, jedoch mit einem völlig anderen Schmiermittel auf. Das Schmiermittel (z.B.flüssiges Blei) wird flüssig an der Lagerstelle (240) des oberen Pleuelauges nach außen an die Zylinderwand des Expansors (220) gedrückt. Für die Funktion der Schmierung ist entscheidend, daß während des Betriebes desExpansors (220) ständig ein Flüssigkeitsdruck an der Stelle (240) anliegt und sich das Schmiermittel über den Schmierspalt zwischen Kolben und Zylinder verteilt. Die genaue Formgebung des Kolbens (241) und des Zylinder blocks (231) lassen einen exakten Schmierspalt um den Kolben (241) entstehen. Der Kolben schwimmt während seiner Hubbewegung auf einem Schmiermittelmantel und berührt auch bei höchsten Drehzahlen die Zylinderinnenwand nicht. Diese Funktion entspricht einem hydrostatischen Lager.

Vorzugsweise wird für die Schmierung der Kolben das Ar beitsmittel in flüssiger Form eingesetzt. Die Tragflächen (242) in Fig. 26 sind so ausgeführt, daß der Kolben (241) um seine Querachse (Lagerachse) nicht kippen kann. Die Schmierung zentriert den Kolben und dichtet gleichzeitig rundherum ab. Diese Kolbenschmierung verliert pro Hub bewegung Schmiermittel, welches ständig über eine nicht dargestellte Pumpe ersetzt werden muß.

Unten sammelt sich das Schmiermittel in der Bodenwanne (230) und gelangt so wieder in den Kreislauf. Oben wird das Schmiermittel zusammen mit dem kondensierten Arbeits mittel (=Schmiermittel) über die Auslaßventile (245) aus dem Arbeitsbereich hinaus gedrückt. Die zusätzliche Schmierung der Ventilsitze erfolgt somit zwangsläufig. Die Ventile sind beim Ausschieben des Arbeitsmediums mit dem Arbeitsmittel offen, so daß keine Flüssigkeit volumenmäßig verdichtet wird. Dies würde eine Beschädi gung der Kurbelwelle nach sich ziehen können.

Der sog. schädliche Raum wird mit Arbeitsmittel ausge füllt sein und das Auslaßventil (245) wird erst dann schließen, wenn der Kolben sich bereits wieder abwärts bewegt.

Bei der Zusammenstellung verschiedener Expansionszylinder, welche unterschiedlichen Wärmekraftmaschinenanordnungen angehören können, ist sicherzustellen, daß diese sich gegenseitig nicht störend beeinflußen können. Arbeits mittel in Dampfform im Fluß nach dem Expansor stört wie bereits beschrieben. Bei unterschiedlichen Flüssigkeiten für Arbeitsmittel und Schmiermittel sind diese gesondert voneinander zu trennen.

In Fig. 21 ist nur ein gemeinsamer Schmierkreislauf für zwei Expansionszylinder dargestellt. Sinngemäß ist diese konstruktive Darstellung mit Fig. 1 zu betrachten, wo die Expansoren (3/4) schematisch dargestellt sind. Beide dar gestellten Expansoren (3/4) arbeiten für ein und dieselbe Wärmekraftmaschinenanordnung.

Zur besseren Abfuhr der Flüssigkeit aus dem Expansions raum (220/221) läßt sich dieser um die Kurbelwellenachse soweit schwenken, bis der Zylinderkopf nach unten ragt und die Schwerkraft das Ausfließen aus dem Expansor (220/ 221) erleichtert.

Die vorbeschriebene Ausgestaltung des Kolbens (241) nach Fig. 26 ist speziell für besonders hohe Expansionstempera turen gedacht. Bei niederen Expansionstemperaturen sind auch Kolben nach heutiger Bauart einsetzbar. Das Schmier mittel ist anschließend vom Arbeitsmittel zu trennen, vor ausgesetzt, es würden zweierlei verwendet.

Das Gemisch aus Arbeitsmedium und Arbeitsmittel (Schmier mittel) werden aus dem Expansor ausgeschoben. Es durch strömt einen sog. "Demisterabscheider", welcher elektrisch aufgeladen ist. Der sog. "Demisterabscheider" hat zweierlei Aufgaben, einmal das Zusammenführen von kleinen Flüssig keitströpfchen zu größeren Tröpfchen und zum zweiten das elektrische Aufladen der Tröpfchen, um diese im Medien trenner wieder gegenpolig aufzufangen.

Für die Funktion der Wärmekraftmaschinenanordnung ist es wichtig, die unterschiedlichen Phasen (Arbeitsmedium= gasförmig und Arbeitsmittel=flüssig) völlig vonein ander zu trennen.

Bei der Niedertemperaturexpansion mit zweierlei Flüssig keiten (Öl/Wasser) ist es sinnvoll, beim zB. geneigten Expansionszylinder die Enden der Dichtringe am Kolben so zu fixieren, daß deren offenes Ende oben zu liegen kommt. Die Dichtringe sind auch gegen Verdrehen zu sichern. Da ein Vermischen von Arbeitsmittel (z.B. Wasser) mit Schmiermittel (z.B. Öl) nicht vollkommen ausgeschlossen werden kann, ist ein Flüssigkeitstrenner (Schmiermittel/ Arbeitsmittel) in den Schmiermittelkreislauf und in den Arbeitsmittelkreislauf zu integrieren.

Hervorzuheben sind noch die unterschiedlichen Ventil schaftlängen, die notwendig sind, um das Arbeitsmedium in den Vorraum zu steuern und von dort in den Zylinder weiterzuleiten. Für die Steuerung sind mindestens drei Ventile notwendig:

Ventil 1 Einlaß Gemisch aus Arbeitsmedium und Arbeits mitteldampf in den Vorraum,

Ventil 2 Auslaß Gemisch aus Arbeitsmedium und Arbeits mitteldampf aus dem Vorraum in den Expansions zylinder bzw. Einlaß in den Expansor,

Ventil 3 Auslaß aus dem Expansor zwecks Ladungswechsel.

Die Steuerung und die Verschließmechanismen sind nicht alleine nur mittels nockengesteuerter Ventile bewirkbar, auch andere Mechanismen können zur Anwendung gelangen.

Das Kurbelgehäuse des Expansors gem. Fig. 21 ist druck dicht zur Umgebung hin abzuschließen und mit Arbeitsmedium zu füllen, um ein eventuelles Vermischen von Luft und Ar beitsmedium vollkommen auszuschließen.

Am Ende der Expansion (Kolben am unteren Totpunkt) herrscht im Expansionsraum ein bestimmter Druck und eine bestimmte Temperatur. Um das Druckgefälle zum Kurbelkasten auszu gleichen, ist der Druck im Kurbelkastengehäuse vorzugs weise dem Enddruck der Expansion anzupassen.

Der vorbeschriebene Expansor gem. Fig. 21 ist ein Element der Wärmekraftmaschinenanordnung, welches in einem ge schlossenen Wärmekreis arbeitet und allein die Aufgabe hat, hochverdichtetes Arbeitsmedium gemischt mit Arbeits mitteldampf (auch mehrere Dampfarten sind realisierbar) zu expandieren. Dies geschieht im 2-Takt-Verfahren, wobei während eines Hubes expandiert und im nachfolgenden Hub das entspannte Gasgemisch ausgeschoben wird. Geladen wird der Vorraum (224) während des Ausschiebens für den nächsten Expansionstakt.

Dieser Expansor ist in dieser Ausgestaltung zusammen mit dem Medientrenner und den verschiedenen Abscheidefilter auch für offene Fließprozesse geeignet, wobei zu beachten ist, daß die Energiezufuhr des Dampfes vom Arbeitsmedium umgesetzt wird, um die Ausbeute des Expansors optimal zu gestalten.

Wesentlich für den Einsatz eines Expansors innerhalb eines geschlossenen Wärmekreises ist das betriebsmäßig erforder liche Expandieren zweier gasförmiger Medien, wobei das eine kondensiert und zur Energiezufuhr des Arbeitsmediums bei trägt.

Während der Verdichtungsphase wird in den Verdichter Kühl- bzw. Kältemittel eingespritzt.

Der entstehende Dampf und die restlichen Flüssigkeits tröpfchen werden zusammen mit dem verdichteten Arbeits medium aus dem Verdichtungsraum herausgeschoben. Die Ventile bzw. Steuerorgane für den Aus- und Einlaß werden hierbei durch die Flüssigkeitströpfchen und dem vorbei streichenden Dampf geschmiert.

Gleiches vollzieht sich im Expansor, dessen Ventilelemente durch das kondensierende Arbeitsmittel geschmiert und teil weise auch in der Bewegung gedämpft werden.

Im oberen Totpunkt schiebt der Kolben (z.B. Expansor) Arbeitsmittel und Schmiermittel zum Auslaßventil hinaus. Der Raum oberhalb des Kolbens ist vollkommen mit Flüssig keit ausgefüllt. Beim Schließen der Auslaßventile werden diese geschmiert und in ihrer Bewegung gedämpft.

Um die verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten der Ex pansoren zu benennen, sind die Elemente darzustellen aus welchen ein Expansor besteht.

Dies Elemente lauten: Stoffzufuhr; Energiezufuhr; Energieabfuhr; Expansor-Ausbildung; Steuerung der Ein und Auslässe; Isolierung; Medientrenner.

Elemente, die bereits beschrieben wurden, werden nicht nochmals ausgeführt.

Jedem Element sind Merkmale zugeordnet. Die Expansoren varianten ergeben sich, wenn zumindest ein Merkmal je Grundelement angewandt wird.

Die Merkmale nun im einzelnen.

Für die Stoffzufuhr lauten die Merkmale:

- konstante von zumindest einer Arbeitsmediumsmenge und konstante von zumindest einer Arbeitsmittelmenge;
- ungleiche von zumindest einer Arbeitsmediumsmenge und konstante von zumindest einer Arbeitsmittelmenge;
- konstante von zumindest einer Arbeitsmediumsmenge und ungleiche von zumindest einer Arbeitsmittelmenge;
- ungleiche von zumindest einer Arbeitsmediumsmenge un 72373 00070 552 001000280000000200012000285917226200040 0002003826117 00004 72254d konstante von zumindest einer Arbeitsmittelmenge;
- konstante von zumindest einer Arbeitsmediumsmenge;
- ungleiche von zumindest einer Arbeitsmediumsmenge;
- konstante von zumindest einer Arbeitsmittelmenge;
- ungleiche von zumindest einer Arbeitsmittelmenge,

Ein weiteres Element ist die Energiezufuhr in den Expansor. Die Merkmale dieses Elementes wurden bereits beschrieben.

Ein weiteres Element ist die Energieabfuhr aus dem Ex pansor. Diese Merkmale wurden bereits beschrieben.

Für das vorgenannte Element Stoffzufuhr lautet ein weiteres Merkmal:

- Stoffzufuhr dargestellt von einer Kombination aus ein oder mehreren der aufgeführten Merkmalen, welche bereits be schrieben sind.

Ein weiteres Element ist die Expansor-Ausbildung. Die Merkmale hierzu lauten:

- mit Hauptraum und zumindest einem konstanten Vorraum;
- mit Hauptraum und zumindest einen im Volumen variablen Vorraum;
- mit Hauptraum ohne Vorraum;
- mit im Volumen veränderbaren Hauptraum und zumindest einen konstanten Vorraum;
- mit im Volumen veränderbaren Hauptraum und zumindest einen im Volumen veränderbaren Vorraum;
- mit einen im Volumen veränderbaren Hauptraum ohne Vor raum;

Ein weiteres Element für den Expansor ist die Steuerung der Ein- und Auslässe. Die Merkmale lauten im einzelnen:

- zwangsgesteuert (Haupt- und Vorraum);
- ohne Steuerung;
- zwangsgesteuerter Hauptraum und ungesteuerter Vorraum;
- ungesteuerter Hauptraum und gesteuerter Vorraum;
- gesteuerter Hauptraum, gesteuerter Vorraum;

Ein weiteres Element ist die Isolierung des Expansors. Die Merkmale lauten hierzu im einzelnen:

- mit isoliertem Haupt- und Vorraum;
- mit teilisoliertem Haupt- und teilisoliertem Nebenraum;
- ohne Isolierung
- mit isoliertem Vorraum und nicht isoliertem Hauptraum;
- mit isoliertem Hauptraum und nicht isoliertem Vorraum;

Ein weiteres Element des Expansors ist der Medientrenner. Die einzelnen Merkmale hierzu sind dem allgemein beschrie benen Medientrenner zu entnehmen.

Beschreibung - Einspritzpumpe - Element der Wärmekraft maschinenanordnung

Die heute vewendeten mechanischen Einspritzanlagen werden in antriebslose und von der Brennkraftmaschine angetrie bene Systeme unterschieden. Die antriebslosen mecha nischen Einspritzsysteme werden vor allem für die Benzin einspritzung bei Ottomotoren verwendet. Die von der Brenn kraftmaschine angetriebenen Einspritzsysteme werden bei Dieselmotoren verwendet.

Wie aus der Fachliteratur bekannt werden die Hauptgruppen dieser angetriebenen Einspritzsysteme nach Fa. Bosch in die Type "PE", welche Regler, Förderpumpe, Spritzverstel ler, Kraftstoff - Filter, Düsenhalter und Einspritzdüsen beinhaltet und die Type "PF" unterschieden, die ohne An triebsnockenwelle, Regler, Förderpumpe und Spritzverstel ler jedoch mit Kraftstoff- Filter, Düsenhalter und Ein spritzdüsen arbeitet.

Für die erfindungsgemäße Wärmekraftmaschinenanordnung wird ein angetriebenes Einspritzsystem bevorzugt, da es in der Wirkungsweise und im Aufbau einfacher einzusetzen ist. Die hier benötigte Einspritzpumpe hat neben dem Kraft stoff, das Arbeitsmittel und das Kälte- bzw. Kühlmittel drehwinkelabhängig an unterschiedlichen Stellen und in unterschiedlichen Mengen einzuspritzen.

Dies ist nur möglich, wenn die einzelnen Pumpenelemente für Kältemittel (oder Kühlmittel), Arbeitsmittel und dem Kraftstoff mit dem Zufluß, Abfluß und Rückfluß vollkommen voneinander getrennt arbeiten. So können mehrere flüssige Medien parallel zu bestimmten Zeitpunkten und mit unter schiedlicher Dauer und Menge in die Wärmekraftmaschinen anordnung eingespritzt werden. Die einzelnen Pumpen elemente der Einspritzpumpe werden pro Arbeitstakt alle benötigt. Der Aufbau und die Wirkungsweise der Pumpen elemente entsprechen den heute bekannten Ausführungs formen. Erfindungsgemäß ist jedes Pumpenelement ein eigen ständiges Aggregat, welches den Anforderungen und Eigen schaften der eingespritzten Flüssigkeit speziell ange paßt ist. Alle Pumpenelemente gemeinsam bilden die Ein spritzpumpe der Wärmekraftmaschinenanordnung.

Hohe Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Pum penelementen (z.B. flüssiges Arbeitsmittel und Kältemittel) werden durch entsprechende Isolation der Pumpenelemente ausgeglichen. Die Dimensionierung der Einspritzpumpe ge schieht aufgrund der Auslegung und Mengenfestlegung der Wärmekraftmaschinenanordnung. Im einzelnen unterscheiden sich die Pumpenelemente neben den unterschiedlichen Flüs sigkeiten durch verschiedene Pumpenkolbendurchmesser (Ein spritzmenge), verschiedene Nockenformen (Einspritzzeit punkt und Dauer), unterschiedliche Pumpennutzsteuer geometrien (unterschiedlicher Regelbereich und Menge), unterschiedlichen Abdichtungen (unterschiedliche physi kalische Eigenschaften der Flüssigkeiten), unterschiedliche Filter (flüssigkeits- und temperaturabhängig), unter schiedlicher Schmierung (abhängig von der Viskosität und den Schmiereigenschaften der Flüssigkeit), Leck sperren falls dies die Viskosität erfordert und für jede Flüssigkeit eine Förderpumpe.

Die vorgenannten Abweichungen stellen nur den groben Umriß der angepaßten Konstruktionsmerkmale dar. Sie er heben nicht den Anspruch auf Vollständigkeit.

Die Anpassung und Abstimmung der Pumpenelement zur Wärme kraftmaschinenanordnung über den gesamten Regelbereich hat ausschließlich zur Erzielung der optimalen Leistungs ausbeute zu erfolgen.

Für Wärmekraftmaschinenanordnungen, die nicht mit her kömmlichen Brennkraftmaschinen gekoppelt sind, erfolgt z.B. die Mengenveränderung des Arbeitsmittels proportional zur Kraftstoffmenge, da die Kühlwirkung mit zunehmender Kraftstoffmenge zunimmt.

Bei der Kopplung der Wärmekraftmaschinenanordnung mit Brennkraftmaschinen, ist das Arbeitsmittel nur in be schränktem Umfang variierbar, da der Schmierfilm der Brennkraftmaschine erhalten bleiben muß.

Der Regelbereich des Arbeitsmittels ist empirisch oder durch Berechnung festzustellen. Denn nur die ermittelte Kühlmengendifferenz an der Brennkraftmaschine bei unter schiedlichen Drehzahlen kann als realer Regelbereich herangezogen werden.

Das Arbeitsmittel wird mengenmäßig und artmäßig mit der Auslegung der Wärmekraftmaschinenanordnung festgelegt, und von der Einspritzpumpe in flüssiger Form in die Wärmekraftmaschinenanordnung eingespritzt. Dort ver dampft das Arbeitsmittel und kühlt das Element. Der Medien strom nimmt den gesättigten Dampf auf und transportiert ihn weiter bis zum Expansor.

Die verwendeten Einspritzdüsen sollten bis nah an den Ein spritzort hin isoliert sein, um ein vorzeitiges Verdampfen zu vermeiden.

Das Material für die einzelnen Pumpenelemente muß den ein zuspritzenden flüssigen Medien angepaßt ausgeführt sein.

Das Kälte- bzw. Kühlmittel wird pro Verdichtungshub mindestens einmal in den Verdichtungsraum gespritzt. (kontinuierlich oder diskontinuierlich)

Die Menge an Kälte- bzw. Kühlmittel wird über die schräge Steuerkante des Druckkolbens dosiert. Durch Verstellen der Regelstange und Verdrehen des Druckkolbens und somit Verändern des Nutzhubes, wird der Verdichtungsaufwand für den Kompressor der Wärmekraftmaschinenanordnung verändert, was eine Drehzahländerung zur Folge hat, da der Leistungs überschuß der Gesamtanordnung verändert wird.

Die Einspritzdauer wird über die Nockenform der Antriebs welle bestimmt und kann bis zu ca. 180° Kurbelwinkel be tragen. Der Regelbereich der Kälte- bzw. Kühlmittelmenge wird nach empirischer Erprobung festgelegt.

Da die Temperatur des angesaugten Arbeitsmediums unter anderem von der Außentemperatur abhängt, ist die betriebs mäßig nachfolgend eingespritzte Kühl- bzw. Kältemittel menge daraufhin abzustimmen.

Dies kann geschehen z.B. durch ein zusätzliches Einspritz ventil, welches temperaturabhängig Kälte- bzw. Kühlmittel in den Ansaugkanal des Verdichters spritzt. Durch diese Maßnahme saugt der Verdichter Arbeitsmedium gleicher Temperatur an, unabhängig von der Außentemperatur.

Die Mengenregulierung des Kälte- bzw. Kühlmittels in den Verdichter arbeitet somit proportional der Regelstangen stellung, unabhängig von der Außentemperatur.

Die vorerwähnte Einspritzpumpe muß den einzelnen Einsatz arten angepaßt ausgeführt sein. Sie übernimmt die Haupt funktion der Regelung und Dosierung der unterschiedlichen Medien. Die einzelnen voneinander getrennten Elemente der Einspritzpumpe können sowohl gemeinsam auf einer An triebswelle und in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht werden, als auch jedes als eigenständiges Aggregat an unterschiedlichen Stellen innerhalb der Wärmekraftmaschinen anordnung, jedoch mit eigenen Antrieben.

Nach der Art des Energielieferanten lassen sich grund sätzlich vier Hauptgruppen der Wärmekraftmaschinenan ordnungen und deren Kombinationen untereinander unter scheiden. lnsbesondere diese vier Hauptgruppen geben in etwa Richtungen an, mit welchen Kraft- und Wärmequellen die Wärmekraftmaschinenanordnungen betrieben werden können. Sie erheben nicht den Anspruch auf Vollständigkeit. Dazu sind die Kombinationen von bekannten Brennkraft maschinen mit Wärmekraftmaschinenanordnungen zu berück sichtigen.

Die erste Hauptgruppe der Wärmekraftmaschinenanordnungen wird von den flüssigen Kraftstoffen, wie Benzin, Diesel, Alkohole usw. gebildet;
die zweite Hauptgruppe von den gasförmigen Kraftstoffen, wie Methan, Propan, Butan usw.;
die dritte Hauptgruppe von den festen Kraftstoffen, wie Kohle, Holz, brennbare Stäube, Mehl usw.;
die vierte von den Hauptgruppen ist der Antrieb mit Strahlungswärme, wie Solarstrahlung, Verbrennungsstrah lung, usw.

Wie bereits in der Beschreibung der allgemeinen Kühlung der Wärmekraftmaschinenanordnung erwähnt, fällt bei der allseitigen Ummantelung mit Kühlflüssigkeit Dampf an, welcher dem Medienstrom zur weiteren Verwendung über geben werden muß. Der anfallende Dampf wird in einem Zwischenraum gespeichert.

Für das dosierte Zumessen des Dampfes in den Medien strom bietet sich eine Kolbenpumpe an, die analog einer Flüssigkeitspumpe den Nutzhub variabel verändern kann. Mittels einer schrägen Steuerkante am Kolben wird die Volumenmenge in festgelegten Grenzen verändert. Der Auf bau dieser Dosierkolbenpumpe ist an den Aufbau einer Flüssigkeitspumpe angelehnt, und hat die Aufgabe den Dampf aus dem Zwischenraum dosiert dem Medienstrom zu zuführen, um ihn im nachfolgenden Expansor zu entspannen. Da sich der Dampf oder das Gas volumenmäßig verdichten läßt, ist zu berücksichtigen, an welcher Stelle inner halb der Wärmekraftmaschinenanordnung diese Dampfmenge dem strömenden Arbeitsmedium zugeführt wird.

Der Dampfdruck sollte nur wenig über dem Arbeitsmediumdruck des Wärmesystems liegen. Die Öffnung in den Wärmekreis ist mit einem gesteuerten Ventil vorgesehen. Durch Verstellen der Regelstange und damit Verdrehen des Nutzhubes wird die Dampfvolumenmenge am Kolben dosiert vom Zwischenraum abge nommen.

Diese Dampfdosierung wurde aufgrund der unterschiedlichen Kühlmethoden notwendig und ist parallel zu den Flüssig keitseinspritzpumpen zu betreiben.

Die einzelnen Einspritzpumpenelemente sind einzeln oder zusammen kombinierbar mit Vergaser, Einspritzsystemen und Feststoffdosierungen.

Die Mengenregelung geschieht über eine gemeinsame Regel stange oder einzeln und getrennt z.B. mittels Stellmotor, Bimetall oder mechanisch.

Der Regler und der Spritzversteller, wie bei den Diesel einspritzpumpen, gehören zu den Einspritzpumpenelementen dazu.

Aufgrund dieser Tatsache, ist es günstig, alle Pumpen elemente der Einspritzpumpe axial ausgerichtet hinter einander anzuordnen. Auch der Antrieb für diese Elemente ist dann nur einmal erforderlich.

Die Schmierung der Antriebswelle kann in einem Schmier kreislauf erfolgen, der getrennt von den anderen Schmier kreisläufen arbeitet.

Die hermetische Abdichtung der geförderten Medien von der Antriebswelle und deren exakten Trennung voneinander wird vorausgesetzt.

Bei der Dampfmengendosierung kann in Abhängigkeit vom vor handenen Dampfdruck eine nahezu konstante Dampfmenge dosiert werden.

Durch eine Regelfeder, welche an der Regelstange angreift, wird bei hohem Dampfdruck der Kolben 380 auf ein geringeres Fördervolumen gestellt. Der Dampfdruck wirkt direkt oder über einen Signalverstärker (oder Signalveränderer) auf die Regelstange und somit auf das Fördervolumen der Dosierpumpe ein.

Bei nachlassendem Speicherdruck (Dampfdruck) verstellt die Regelfeder über die Regelstange das Fördervolumen der Dosierpumpe in Richtung größeres Volumen.

Davon unabhängig bleibt die Mengenänderung des Dampfes, welcher bei unterschiedlichen Lastzuständen durch Ver stellen der Regelstange eingestellt werden kann.

Bei großen Volumenänderungen (druckabhängig und lastab hängig) können auch mehrere Dosierpumpen parallel zuge schaltet werden oder gemeinsam ständig parallel arbeiten.

Um z.B. nach einem längeren Stillstand die Wärmekraft maschine wieder anzuwerfen, sind die erstarrten Flüssigkeiten wieder zu verflüssigen.

Innerhalb der Einspritzpumpe läßt sich dies beispielsweise durch Aufheizen der Pumpenzylinder 385 mittels Heizelemente 400 erreichen.

Der Kolben 380 läßt sich erst dann wieder bewegen, wenn sein Umfeld die entsprechende Temperatur angenommen hat.

Fig. 30 zeigt eine abgeänderte Reiheneinspritzpumpe von Fa. Bosch mit eingearbeiteten Heizelemente 400. Wichtig ist, daß die Wärmekraftmaschinenanordnung erst dann gestartet wird, wenn alle erstarrten Flüssigkeiten verflüssigt sind. Mittels Regelstange 390 läßt sich dann der nutzbare Kolbenhub des Kolbens 380 verstellen.

Beschreibung - Steuerung/ Regelung der Wärmekraftmaschi nenanordnung

Heutige Otto- Brennkraftmaschinen lassen sich durch Unter brechen des Zündkontaktes abstellen und mit der Drossel klappe quantitativ regeln. Diesel- Brennkraftmaschinen werden durch Abstellen der Kraftstoffzufuhr angehalten und qualitativ über die Kraftstoffmenge geregelt. Brennkraftmaschinen mit äußerer Verbrennung werden durch Verändern des arbeitenden Massenstromes in der Drehzahl und Leistung geregelt.

Die erfindungsgemäße Wärmekraftmaschinenanordnung arbeitet wie schon beschrieben auch mit äußerer Verbrennung. Um sie den unterschiedlichen Anforderungen anzupassen, ist ihre Leistung und Drehzahl entsprechend zu verändern. Allgemein wird heute bei Brennkraftmaschinen die Leistung durch Anpassen der Drehzahl erzeugt.

Die neue Wärmekraftmaschinenanordnung bietet in vorteil hafter Weise neben der Drehzahlveränderung auch die Möglich keit der Wirkungsgradveränderung, die sich auf die abge gebene Leistung auswirkt.

Angestrebt bei der Leistungsregelung wird eine Regelmög lichkeit, welche den Wirkungsgrad möglichst wenig beein flußt. Eine Drehzahlsteigerung der Wärmekraftmaschinen anordnung wird erzielt, wenn die nutzbare Arbeit je Ar beitsspiel steigt, oder wenn je Zeiteinheit mehrere Ar beitsspiele ausgeführt werden.

Der Antrieb des Ansaugtraktes erhöht seine Drehzahl z.B. durch einen stufenlos geregelten Elektro- Motor, so daß mehr Luft in den Brenner gelangt. Gleichzeitig und synchron wird mit der Einspritzpumpe mehr Kraft stoff in den Brenner gepumpt. Dies wird durch Verstellen des Nutzhubes mittels Regelstange an der Einspritzpumpe bewirkt. Die Temperatur im Brenner erhöht sich. Dies hat zur Folge, daß die vorgewärmte Verbrennungsluft heißer in in den Brenner gelangt, so daß die Temperatur im Brenner nochmals steigt. Die Brennertemperatur wirkt verstärkend auf sich selbst zurück.

Gleichzeitig mit der Mengenerhöhung des Kraftstoffes wird in den Verdichter mehr Kälte- bzw. Kühlmittel eingespritzt. Dies geschieht durch erhöhen des Nutzhubes mittels Regel stange an der Einspritzpumpe. Somit fällt der Verdichtungs aufwand je Arbeitstakt für das Wärmesystem.

Zeitgleich oder geringfügig später mit Einspritzen einer erhöhten Menge an Kraftstoff in den Brenner wird auch die Arbeitsmittelmenge zur Kühlung des Brenners erhöht. Ein weiterer Kühlfaktor für den Brenner ist das Arbeitsmedium, welches durch den Regenerator vorgewärmt um den Brenner strömt. Auch das Arbeitsmedium erhöht seine Temperatur aufgrund der heißeren Brennertemperatur. Das heißere Ar beitsmedium und der heißere und vermehrte Arbeitsmittel dampf strömt nach einigen Umdrehungen der Wärmekraft maschinenanordnung in den Vorraum des Expansors.

Der Expansor expandiert im nächsten Arbeitstakt auf höherer Temperatur und erfährt eine höhere Wärmezufuhr aufgrund der vermehrten Dampfmenge. Auch die Expansions endtemperatur liegt höher, so daß das Arbeitsmedium heißer in den Regenerator einströmt. Dies bewirkt wiederum eine stärkere Aufheizung des frischen Arbeitsmediums. Das Ar beitsmedium wirkt auch auf sich selbst verstärkend zu rück.

Durch den vermehrten Volumenstrom der angesaugten Luft und der erhöhten Kraftstoffmenge entsteht ein größerer Abgasvolumenstrom. Die in den Abgasstrom geschaltete Ab gasturbine dreht schneller. Der auf gleicher Welle ange ordnete Turboverdichter ist in den Wärmestrom geschaltet und verdichtet das Arbeitsmedium zunehmend. Der Transport des Arbeitsmediums wird dadurch erleichtert. Die Dreh zahl steigt, da der Leistungsüberschuß der gesamten Wärmekraftmaschinenanordnung zunimmt.

Die Kraftstoffmenge, die Arbeitsmittelmenge, das Kälte mittel sowie der Antrieb für den Luftvorwärmetauscher werden jeweils zwischen Leelauf und Vollast verstellt und mit dem Regler der Einspritzpumpe so variiert, daß die Drehzahl der Gesamtanordnung pro Fußpedalstellung und Leistungsbedarf konstant bleibt.

Für die Auslegung der Strömungsquerschnitte der neuen Wärmekraftmaschinenanordnung ist zu beachten, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsmediums reell unter der Schallgeschwindigkeit des strömenden Mediums bleibt, da bei örtlicher Überschreitung der Schallgeschwindig keit Verdichtungsstöße auftreten. Durch den sog. "Über schallknall" verliert das strömende Arbeitsmedium an Exergie, was dem Sinn dieser Wärmekraftmaschinenanordnung zuwiderläuft. Die Mach-Zahl für die Strömung sollte bei jeder Drehzahl unter 1,0 liegen.

Eine Drehzahlsenkung läuft entsprechend umgekehrt ab, wie die beschriebene Drehzahlsteigerung.

Stehen bleibt die Wärmekraftmaschinenanordnung, wenn der Verdichtungsaufwand und entsprechende Reibungswiderstände höher werden als der Arbeitsgewinn, welchen der Expansor abgibt. Dies ist der Fall, wenn die Wärmekraftmaschine dazu tendiert in eine Wärmearbeitsmaschine überzugehen. Die beschriebenen Regelungsarten für den Wärmekreis können auch nur teilweise oder in Kombination mit bekannten Regelungsmethoden wie der Volumenmengenregelung gekoppelt werden.

Beim vorbeschriebenen Kompressor ist zu beachten, daß die Temperatur des Arbeitsmediums gemischt mit Kältemittel dampf bestimmte Grenzen nicht überschreiten darf, da das mitgeführte Kältemittel sich zersetzt oder der nachge schaltete Kühler das Gemisch nicht vollkommen konden sieren kann. Die Bemessung des Kühlers hat unter Berück sichtigung der unterschiedlichen Eingangstemperaturen stets das Gemisch so stark zu unterkühlen, daß das gesamte Kälte mittel im Arbeitsmedium kondensiert und die Unterkühlung so groß ist, daß nachgeschaltete Filter mit ihren Strö mungsverlusten nicht zum Überschreiten des Verdampfungs punktes führen, während das Arbeitsmedium vom Kältemittel getrennt wird. Bei Nichtbeachtung dieser Gegebenheit, zer setzt sich das Kältemittel und verunreinigt das Arbeits medium.

Bei der Kombination der Wärmekraftmaschinenanordnung mit herkömmlichen Brennkraftmaschinen erweitern sich die Regelungsmöglichkeiten mit den heute bekannten Verfahren der Motorenregelung.

Die Regelung der Wärmekraftmaschinenanordnung mit Solar antrieb erfolgt analog der bereits beschriebenen Regelung. Nicht die Kraftstoffmenge, sondern die eingestrahlte Leistungsmenge wird durch abblenden, wegspiegeln oder zer streuen vor dem Solarabsorber den Erfordernissen ange paßt. Unabhängig von dieser Leistungsregulierung sind über Temperaturmeßfühler, welche am Solarabsorber ange bracht sind, die Stellung der Regelstange an der Einspritz pumpe entsprechend zu korrigieren, da Änderungen in der Strahlungsdichte auch Änderungen innerhalb der Wärmekraft maschinenanordnung nach sich ziehen.

Der Vorteil der solarbetriebenen Wärmekraftmaschinenan ordnung liegt in der hohen Exergieausbeute der Wärme strahlen und der zusätzlichen Nutzung der Kühlerabwärme für eine Niedertemperaturheizung.

Die Größe des konzentrischen Kollektors hängt neben der Strahlungsdichte vor allem an der zu erwartenden Leistung der Wärmekraftmaschinenanordnung ab.

Bei der Kombination der neuen Wärmekraftmaschinenanord nung mit einer Brennkraftmaschine ist zu beachten , daß das geschlossene Wärmesystem zur Kühlung des offenen Prozesses dient. Die Hauptdrehzahlregelung geschieht her kömmlich über den offenen Prozeß. Die Arbeitsmittelmenge ist nur in engen Grenzen variierbar, da sie zur Kühlung der Zylinder pro Takt benötigt wird. Ein starkes Ver ändern dieser Menge würde sonst zu einem Überhitzen der Brennkraftmaschine führen. Die Grenzen der Arbeitsmittel menge zur Kühlung sind empirisch festzustellen. Analog dem bereits beschriebenen Abgasturbolader, ist dies auch in der Kombination mit einer Brennkraftmaschine realisier bar. Der auf gleicher Welle wie die Abgasturbine ange ordnete Turbo- Lader ist in das Wärmesystem geschaltet und bewirkt eine zusätzliche Verdichtung des Wärmesystems. Nach Abfall des Abgasstromes wird auch weniger Verdichter leistung im Wärmesystem zur Verfügung gestellt, was zu einem Bremseffekt des Medientransportes führt. Der Lader wird auf Vollast ausgelegt und das zu transportierende Volumen entsprechend nach dem Lader verringert. Nach Ab weichen von der Vollast- Drehzahl übernehmen die Medien verdränger die zusätzliche Verdichtung des Arbeitsmediums, was zum Bremsen des Medientransportes führt.

Der Kombinationsmotor wird durch Abschalten der Kraft stoffzufuhr, sowie durch Unterbrechen der Arbeitsmittel bzw. Kältemitteleinspritzung angehalten.

Die fehlende Arbeitsmitteleinspritzung führt zu einer verminderten Energiezufuhr im Expansor und somit zu einer rapiden Abnahme der nutzbaren Arbeit.

Die fehlende Kältemitteleinspritzung führt zu einer rapiden Zunahme der Verdichterarbeit.

Die Wärmekraftmaschinenanordnung steht still, da die nutzbare Arbeit geringer als der Aufwand ist.

Start der Wärmekraftmaschinenanordnung

Um eine vollkommen kalte Wärmekraftmaschinenanordnung zum Laufen zu bringen, sind verschiedene Maßnahmen not wendig, die nacheinander oder teilweise parallel vor dem Start des Wärmesystems zu erfolgen haben.

Der Verdichter und der Expansor haben eigene Schmier kreisläufe. Da das Arbeitsmittel, vorzugsweise auch als Schmiermittel verwendet wird, ist dieses erst mittels Heizelementen z.B. Heizspiralen zu verflüssigen. Diese Maßnahmen sind notwendig, wenn das Arbeitsmittel bei Umgebungstemperatur starr ist.

Etwa zur gleichen Zeit wird der Kraftstoff aufbereitet bzw. an den Brenner gefördert, um mit der Zündspule (Kerze) anschließend gezündet zu werden.

Der elektrische Antrieb für die Luftverdränger läuft an und saugt frische Luft von der Umgebung durch den Ein gangfilter an. Die noch kalte Luft wird über die einzelnen Wärmetauscherschleusen weiterbefördert und gelangt in den Brenner im kalten Zustand. Mittel einer elektrischen Zündspule (Kerze) wird der anschließend eingespritzte Kraftstoff mit der geförderten Luft verbrannt. Das heiße Abgas wird über den Luftvorwärmetauscher geleitet und gibt seine Wärme an die frische Verbrennungsluft ab, welche dadurch isochor verdichtet wird. Der offene Pro zeß wird solange gefahren, bis der Brenner seine Betriebs temperatur erreicht hat. In der Zwischenzeit ist auch das Arbeitsmittel verflüssigt. Eine gesondert angetrie bene Schmiermittelpumpe drückt das flüssige Arbeits mittel an die Schmierstellen des Expansors, bis auch die Expansorkolben etwa die Temperatur des aufgeheizten Ar beitsmittels angenommen haben. Auch die Leitungen zur Einspritzpumpe werden mit flüssigem Arbeitsmittel gefüllt.

Nach Erreichen der Betriebstemperatur im Brenner und der Vorheizung des Expansors wird die Wärmekraftmaschinenan ordnung gestartet. Der Schleppbetrieb mit einem herkömm lichen Anlasser muß solange aufrecht erhalten werden, bis heißes Arbeitsmedium, gemischt mit Arbeitsmitteldampf, in den Expansor strömt, um dort Leistung abzugeben. Erst nach Arbeitsabgabe des Expansors läuft die Wärme kraftmaschinenanordnung selbständig und kann anschlie ßend in der Drehzahl geregelt werden. Die Wärmekraft maschinenanordnung ist einsatzbereit.

Start Solar-Wärmekraftmaschinenanordnung

Analog der bereits beschriebenen Startvorgänge für die Wärmekraftmaschinenanordnung allgemein finden diese auch hier Anwendung.

Das Vorheizen entfällt, da lediglich die Abdeckblenden ab genommen werden muß und der konzentrische Spiegel nach der Sonne ausgerichtet wird. Die Sonnenstrahlen werden über den Spiegel eingefangen und konzentriert auf den Solarabsorber gelenkt. Dies wird erst vorgenommen, wenn das Arbeitsmittel verflüssigt ist und zu den einzelnen Lagerstellen gepumpt wurde.

Ist der Wärmemotor startbereit, so wird die Abdeckung ent fernt und gestartet. Der Startvorgang ist solange aufrecht zu erhalten, bis das erste verdampfte Arbeitsmittel den Vor raum des Expansors erreicht hat. Der darauffolgende Takt expandiert das Gemisch. Die Arbeitsabgabe des Gesamtkreises übertrifft den Aufwand. Der Startvorgang ist beendet. Das Wärmesystem läuft selbständig. Die Größe des konzentrischen Spiegels hängt neben der Einstrahlungsdichte auch von der zu erwartenden Leistung der Wärmekraftmaschinenanordnung ab.

Das eingespritzte Arbeitsmittel im Solarabsorber dient zum Kühlen des Wärmetauschers und zur besseren Wärmeabfuhr im Absorber. Um eine möglichst hohe Leistungsausbeute zu er zielen, ist es angebracht, den konzentrischen Spiegel in bekannter Weise der Sonne nachzuführen.

Start Solar-Speicher

Ist die Wärmekraftmaschinenanordnung nach Fig. 3a mit einem Speicher ausgestattet, so ist dieser folgender maßen zu betreiben.

Die Wärmekraftmaschinenanordnung steht still, das Arbeits mittel wird über Heizelemente verflüssigt. Der noch kalte Solarabsorber wird anschließend mit flüssigem Arbeitsmittel in den Kühlkammern gefüllt. Die Abblendung bzw. Abdec kung des konzentrischen Spiegels wird entfernt. Der Solar absorber beginnt sich aufzuheizen. Das flüssige Arbeits mittel (z.B. Blei) wird weiter erhitzt. Das nachfolgende Verdampfen des Arbeitsmittels kühlt den Solarabsorber von außen. Die Dampfblasen steigen nach oben und erhöhen den Druck in der geschlossenen Kühlkammer. Ein einstellbares Druckventil läßt den überschüssigen Dampf in einen nach geschalteten Druckspeicher abströmen. Mittels einer Pumpe wird das flüssige Arbeitsmittel in den Kühlkammern auf konstantem Niveau gehalten. Dieser Ladevorgang des Speichers wird solange fortgesetzt, bis der Speicher voll ist. Die Lichtstrahlen werden danach abgeblendet bzw. abgedeckt. Die seitlichen Kühlkammern des Solarabsorbers werden wieder leergepumpt. Die Wärmekraftmaschinenanordnung kann nach Bedarf zugeschaltet werden.

Start Solar-Wärmekraftmaschinenanordnung mittels Speicher

Diese Schaltung der Wärmekraftmaschinenanordnung eignet sich besonders für Nachtbetrieb oder Tage geringer Strah lungsintensität. Analog der bereits beschriebenen Vor gehensweise wird zuerst das Arbeitsmittel verflüssigt. Anschließend werden die leeren Leitungen mit Arbeitsmit tel gefüllt. Wie auch in Fig. 3a dargestellt werden die beiden Arbeitsmitteleinspritzpumpenelemente auf konstante Nullförderung gestellt oder entkuppelt. Die Dampfdosier pumpe wird an die Einspritzpumpe gekuppelt. Der Zufluß und der Abfluß des Solarabsorbers wird auf den Solar speicher umgestellt. Der Anlasser schleppt die Wärme kraftmaschinenanordnung solange, bis das Gemisch aus Ar beitsmedium und Arbeitsmitteldampf den Vorraum des Ex pansors erreicht hat. Beim nachfolgend expandierenden Ar beitstakt überwiegt bereits der Arbeitsgewinn den Aufwand. Die Wärmekraftmaschinenanordnung ist einsatzbereit.

Start - Kombinationsmotor

Wie bereits beschrieben wird das Arbeitsmittel zuerst verflüssigt. Anschließend werden die Leitungen und die Lager (Expansor) mit flüssigem Arbeitsmittel gefüllt. Da beim Kombinationsmotor die eingesetzten Arbeitsmittel zur Kühlung der Brennkraftmaschine dienen, sind diese erst nach Erreichen der entsprechenden Verdampfungs temperaturen zuzuschalten. Dies geschieht z.B mittels einer temperaturgesteuerten Viskokupplung.

Gestartet wird der Motor herkömmlich über die Brenn kraftmaschine.

Der Arbeitsüberschuß der Brennkraftmaschine dient zum Antrieb der auf gleicher Kurbelwelle wirkenden Wärme kraftmaschinenanordnung. Diese wird durch die Brenn kraftmaschine solange geschleppt, bis die Verdampfungs temperatur außen an der Brennkraftmaschine erreicht ist und Arbeitsmittel zur Kühlung eingespritzt wird. Dieses Arbeitsmittel verdampft und vermischt sich mit dem heißen Arbeitsmedium. Nach einigen Umdrehungen ist dieses Gemisch im Expansor angelangt. Das Arbeitsmittel kondensiert. Die Wärmekraftmaschinenanordnung läuft mit Arbeitsüberschuß, angetrieben von den Abwärmen der Brenn kraftmaschine. Nach einigen Umdrehungen sind auch die Expansoren auf Betriebstemperatur. Der Kombinations motor kann eingesetzt werden.

Beschreibung der Takttrennung innerhalb der Wärmekraft maschinenanordnung

Heutige Verbrennungsmotoren arbeiten entweder nach dem 4-Takt oder nach dem 2-Takt-Prinzip. Für jeden Ar beitszyklus wird ein und derselbe Zylinder verwendet. Er verdichtet das Arbeitsmedium und expandiert es. Dieser Vorgang widerspricht jedoch der allgemeinen Lehre, bei der Verdichtung Wärme zu entziehen und bei der Ex pansion Wärme zuzuführen.

Die beschriebene Wärmekraftmaschinenanordnung trennt den kalten und den heißen Raum, um deren Wirkung im zwischen geschalteten Wärmetauscher gegenseitig arbeiten zu lassen. Die Expansion geschieht im heißen Raum und die Verdichtung im kalten Raum.

Pro Kurbelwellenumdrehung werden ein Verdichtungs- und ein Expansionstakt ausgeführt. Die kleinste Zylindereinheit einer Wärmekraftmaschinenanordnung ist eine 2-Zyl.- Maschine.

Die Fig. 22a und 22b zeigen schematisch jeweils zwei Zylinder in ihren unterschiedlichen Totpunkt stellungen. Für den Expansor 250 werden zwei Vorräume nötig, wenn die Phasenverschiebung von Verdichter und Expansor etwa 180° betragen. Diese Phasenverschiebung erleichtert den Medientransport innerhalb des Wärme systems, da der Expansor genau dann ausschiebt, wenn der Verdichter ansaugt. Bei Phasengleichheit würde das Medium im Wärmetauscher gestaut.

Fig. 22a zeigt die Stellung, der kleinsten Zylinder einheit, wo Expansion und Verdichtung eben beginnen. Der Verdichter 255 schiebt das Medium kurz vor Ende dieses Hubes aus und lädt einen der Vorräume 251 des Expansors 250. Die Vorräume 251 werden abwechselnd angesteuert.

Die Fig. 22b zeigt den Expansor 250 beim Ausschieben des entspannten Mediums, welches vom Verdichter 255 ge rade angesaugt wird. Aus Vereinfachungsgründen wurde der Wärmetauscherteil mit den Medientrenner hier nicht dar gestellt.

Bei der Kombination der Wärmekraftmaschinenanordnung mit einer Brennkraftmaschine ist die kleinste Zylinder einheit zweckmäßig eine 3-Zyl.-Maschine. Die Lei stung des Aggregates wird über Hubvolumen und Drehzahl festgelegt.

Expansor und Verdichter arbeiten nach dem gekoppelten 2-Takt-Prinzip. Die Verdichtung bzw. der Ausschub des Mediums geschieht während eines Hubes, das An saugen während des darauffolgenden Hubes.

Der Expansor expandiert während eines Hubes und schiebt im darauffolgenden Hub das entspannte Medium aus. Die Nachladung des Expansorvorraumes 251 geschieht in der Ausschubphase oder in der Expansionsphase, je nach Anzahl der Vorräume 251. Zwecks gleichmäßigen Dreh momentenverlaufes werden Verdichtung und Expansion gleichzeitig ausgeführt.

Die Fig. 23a und 23b zeigen den entsprechenden Sach verhalt wie die Fig. 22a und 22b, jedoch mit jeweils 2 Zylindern.

Fig. 23a zeigt die beiden Verdichter 255 und 256, welche zueinander phasenverschoben etwa 180° arbeiten, ebenso die Expansoren 257 und 258.

Fig. 23b zeigt das Aggregat um 180° weitergedreht. Die Vorräume der Expansoren 257 und 258 werden ab wechselnd geladen. Dies geschieht über die Steuerung der Ein/Auslässe der Expansoren 257 und 258. - Der zwischen kaltem und heißem Raum jeweils angeordnete Wärmetauscher ist in den Fig. 22a und 22b sowie 23a und 23b aus Vereinfachungsgründen nicht darge stellt.

Das Arbeitsmedium durchläuft einen Kreislauf und wird im Takt weitertransportiert. Die hierbei notwendige äußere Energiezufuhr kann durch einen Verbrennungs motor oder Brenner erfolgen.

Bei Mehrzylindermaschinen, welche alle mit einem Wärme tauscher arbeiten, sind diese möglichst symetrisch pro Kurbelwellenumdrehung zu verteilen, damit der Wärme tauscher gleichmäßig beschickt wird.

Beschreibung Abgas der Wärmekraftmaschinenanordnung

Heutige Brennkraftmaschinen gelten als schadstoffarm, wenn bestimmte Grenzwerte an CO, CH, NO_x, Feststoffe nicht überschritten werden.

Mittels Katalysator, Rußfilter oder Nachbrenner werden diese Grenzwerte unterschritten. Das Problem der Brenn kraftmaschinen liegt in der sehr kurzen Verbrennungszeit, der komplexen inneren Oberflächenstruktur und den unter schiedlichen Temperaturniveaus während der Verbrennung im Motorzylinder.

Da diese Einflußfaktoren schwer zu beeinflussen sind, wird das Abgas nachbehandelt. Günstiger wäre eine Brenn kraftmaschine, welche diese vorgenannten unerwünschten Bestandteile in dieser Menge erst gar nicht produzieren würde!

Bei der beschriebenen Wärmekraftmaschinenanordnung fällt mengenmäßig weniger Abgas an, da der Wirkungsgrad ent sprechend höher ist. Auch bei der Kombination der Wärme kraftmaschinenanordnung mit heutigen Brennkraftmaschinen fällt mengenmäßig weniger Abgas an, da die Abwärmen aus Kühlung und Abgas nochmals genutzt werden.

Der geschlossene Kraftprozeß der Wärmekraftmaschinenan ordnung erzeugt kein Abgas. Der offene Verbrennungs prozeß dagegen erzeugt Abgas.

Die innere Energie des Abgases wird der frischen Ver brennungsluft zugeführt. Das Abgas wird hierbei unter den Taupunkt gekühlt. Saure Bestandteile kondensieren und reinigen das Abgas. Die ausgefallenen Kondensate können aufgefangen, gereinigt und industriell verwendet werden.

Aufgrund der sehr hohen Verbrennungstemperaturen laufen die chemischen Reaktionen rascher ab. Unvollständig ver brannte Kohlenwasserstoffe reagieren mit Sauerstoff. Die Zeit für die Verbrennung ist deutlich länger, da die Ver brennung nicht durch Steuerventile beendet wird. Die ausgeführte Länge des Brenners ist dem Brennstoff anzupassen.

Das Temperaturniveau innerhalb des Verbrennungsraumes liegt hoch und die Verbrennung erfolgt quasi kontinuier lich, je nach der Ausbildung der Verdrängerkörper. Welche Bestandteile das Abgas enthält und in welcher Menge, läßt sich erst an einem Versuchsmotor zeigen. Die Verbrennung vollzieht sich auf hohem Niveau und das entstehende Abgas gibt seine gesamte Wärme an die frische Luft ab. Durch das Abkühlen unter den Taupunkt konden sieren die flüssigen Bestandteile und reinigen das Ab gas erheblich. Das auf Umgebungstemperatur abgekühlte Abgas läßt sich zusätzlich durch Besprühen mit Wasser auswaschen.

Bei Verwendung von reinem Sauerstoff als Brennstoff, ist der NO_x-Anteil im Abgas gleich Null.

Beschreibung akkustische und thermische Kapselung der Wärmekraftmaschinenanordnung

Moderne Brennkraftmaschinen werden nicht direkt, sondern lediglich indirekt gekapselt. Eine direkte thermische Kapselung wird wegen der entstehenden Kühlprobleme nicht durchgeführt.

Die beschriebene Wärmekraftmaschinenanordnung benötigt eine direkte thermische Kapselung, um die entstehenden Abstrahlungsverluste möglichst gering zu halten. Da die Temperaturen innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung Werte erreichen, welche an die Schmelztemperatur des Materials reichen kann, ist eine besondere thermische Isolation notwendig, da gängiges lsoliermaterial schmelzen könnte.

Entscheidend für die Isolierung ist, daß das sehr hohe Temperaturniveau sich vorzugsweise nur in einer be stimmten Richtung ausbreitet. Große Abstrahlverluste in die Umgebung sollen vermieden werden. Die Isolier ung der sehr heißen Teile innerhalb der Wärmekraft maschinenanordnung geschieht mittels einer doppelten Vakuumtrennwand.

Die Fig. 24a, 24b bzw. Fig. 25a, 25b, 25c, zeigen zwei Möglichkeiten, diese Tennwände auszubilden.

Fig. 24 a zeigt einen Querschnitt durch die doppelte verspiegelte Vakuumwand. Mit 270 ist ein Stück heißes Kurbelgehäuse bezeichnet, welches zur Umgebung hin isoliert ist. Über eine Schräge 276 am Kurbelgehäuse 270 ist die temperaturfeste und schlecht wärmeleitende Auf lage 271 der Isolierung angebracht.

Die Auflageoberfläche 276 ist entsprechend fein auszu führen, um das in noch zu beschreibende Weise vorgesehene Vakuum 273 nicht zu zerstören. Es ist eine Vakuumwanne 272 vorgesehen, welche insbesondere den heißen Teil des Kurbelgehäuses 270 in einem Stück umfaßt.

Die Innenseite der Vakuumwanne 272 ist zur heißen Seite hin verspiegelt, um ankommende Strahlung zu reflektieren. Da bei Verwendung entsprechender Werkstoffe das Tempera turniveau sehr hoch sein kann, sind zweckmäßig mehrere verspiegelte Vakuumwände hintereinander anzubringen, bis die Außenwand mit preisgünstigem Isoliermaterial verklei det werden kann. Die Vakuumkammern 273 sind voneinander unabhängig, getrennt und in sich geschlossen ausgebildet.

Der äußere Luftdruck verschließt das Vakuum in den Kammern 273 zusätzlich durch erhöhte Auflagenkraft. Vorgesehen ist ein Anschluß eines Vakuummeters, um den Innendruck anzu zeigen und gegebenenfalls das Vakuum wieder herzustellen.

Fig. 24a zeigt schematisch das Hintereinanderreihen von mehreren in sich getrennten Vakuumkammern 273, die jedoch nicht nur auf zwei beschränkt sind.

Fig. 24b zeigt die Ausgestaltung eines Durchbruchs durch die Isolierung (z.B. Kurbelwelle, Ein- Auslaß) Man erkennt deutlich die Formtrennung 280 und die um laufende Schräge 276. Der Expansor (E) ist innerhalb der Vakuumisolierung abgestützt und doch mit den einzelnen Elementen der Wärmekraftmaschinenanordnung verbunden.

Am Expansor (E) sind Ein- und Auslässe für das Arbeits medium vorgesehen; die gemeinsame Kurbelwelle bzw. Nocken welle verbindet Expansor und Verdichter. Die Isolierung weist an den entsprechenden Stellen Durchbrüche auf.

Fig. 24b zeigt beispielweise einen Durchbruch in Ansicht. Um die Isolierung nachträglich montieren zu können, ist sie mittig zum Durchbruch geteilt. Um den Expansor (E) voll kommen zu isolieren, sind mindestens 1 Bodenisolierung, 1-2 Mantelisolierungen und 1 Kopfisolierung notwendig. Die Teilung der Isolierung ist jeweils in der Mitte des Durchbruches anzubringen.

Die Fig. 25a, 25b, 25c zeigen weitere Möglichkeiten der lsolation für den sehr heißen Teil. Auch hier wird mittels doppelter Vakuumwand die lsolierung vorgenommen. Aufgebaut ist die Isolation aus einem Trägergerüst 285 an dessen schrägen Auflageflächen 285 a die Platten 286 dicht angeordnet sind, um das Vakuum geschlossen zu halten. Die Innenflächen sind jeweils verspiegelt.

Fig. 25c zeigt einen Querschnitt durch eine derartige Isolationsanordnung.

Fig. 25c zeigt eine Ecke der Isolation und jeweils die schrägen Auflageflächen 285 a für die Platten 286. Fig. 25a zeigt ein Trägergerüst 285 mit den eingelegten Platten 286. Durchbrüche durch die lsolation werden am Trägergerüst oder an den Platten 286 vorgenommen, welche entsprechend ausgespart sind. Der Luftdruck drückt auf die einzelnen Platten und dichtet somit das Vakuum ab. Die Ausführung der Schräge 285 a am Trägergerüst 285 ist entsprechend genau und sorgfältig auszuführen. Dieses insbesondere nach Fig. 25 dargestellte System hat unter anderem den Vorteil, daß die einzelnen Elemente sich infolge Temperaturdehnung ausdehnen können, ohne das Vakuum 287 zu zerstören. Die einzelnen Elemente sind für sich allein leichter herstellbar.

Vorgesehen ist, nur die sehr heißen Teile der Wärmekraft maschinenanordnung mit der doppelten Vakuumisolierung aus zustatten. Für Teile mit nur heißer Temperatur reicht eine einfache Vakuumisolierung.

Die Wärmekraftmaschinenanordnung ist als Gesamtheit zur Umgebung hin zu isolieren, um unnötige Verluste zu ver meiden. d. h. über die doppelte Vakuumisolierung hinaus werden die Elemente insgesamt nochmals isoliert.

Mit der akkuraten thermischen Isolierung werden vorteil haft auch die akustischen Lärmquellen gedämmt.

Durch die thermische Kapselung der Wärmekraftmaschinenan ordnung bleibt für eine eventuelle Fahrgastraumheizung lediglich der Kühlluftstrom, welcher durch den Kühler streicht. Die Kühlwärme ist Wärme, die für den Kreis prozeß nicht weiter verwendet werden kann. Ihr Anteil ist umso höher, je kleiner die Temperaturdifferenz zwischen kaltem und heißen Raum ist.

Bei der Kombination mit einer herkömmlichen Brennkraft maschine können die Schalldämpfer wegfallen, da das Ab gas vom Verbrennungsmotor entsprechend oft umgelenkt wird und somit keinen Schall nach außen transportiert.

Beschreibung Brenner der Wärmekraftmaschinenanordnung

Heutige Verbrennungsmotoren verbrennen den Kraftstoff bzw. das Gemisch innen im Verbrennungsraum.

Lediglich der Stirling-Motor verbrennt außerhalb. Für die innere Verbrennung können nur Kraftstoffe zum Einsatz kommen, die vollkommen ohne Aschebildung ver brennen.

Eine Aschebildung im Verbrennungsraum führt zu er höhtem Verschleiß zwischen Kolben und Zylinder und schließlich zum "Fressen". Die Lebensdauer des Motors ist nur sehr gering. Daher werden Dieselöle, Benzine und Gase verwendet, welche aschefrei verbrennen.

Um auch andere Energieträger, wie Kohle, Stäube, Holz, Papier für den Antrieb eines vorstehend beschriebenen Kreisprozesses zu nutzen, ist ein Brenner notwendig, der angepaßt an diese Energieträger arbeitet.

Die unter Aschebildung verbrennenden Energieträger können, wie schon erläutert, nur außerhalb der Kolbenkraftmaschine in einem speziell ausgelegten Brenner verbrannt werden. Für die Wärmekraftmaschinenanordnung wird der Brenner benötigt, um das sehr hohe Temperaturniveau zu erzeugen und zu halten. Um hierzu möglichst wenig Energie aufzu wenden, wird die Verbrennungsluft mit der inneren Energie des Abgases vorgeheizt. Die Verbrennungsluft wird durch den Luftfilter angesaugt und anschließend um den kalten Kompressorteil gelenkt, wo sie unterkühlt wird.

Mittels Drehschleusen wird die Luft weiterbefördert. Sie strömt in den Luftvorwärmer, wo sie isochor ver dichtet wird. Die Drehschleusen verhindern den Druck ausgleich entgegen der Strömungsrichtung. Die Ver brennungsluft wird solange im Luftvorwärmer geleitet, bis die Luft annähernd die Temperatur des Abgases ange nommen hat. Erst nach Durchlaufen der letzten Drehschleu se gelangt die Luft hocherhitzt in den Brennraum. Dort wird im richtigen Verhältnis Kraftstoff oder Brennstoff zugeführt. Dieser entzündet sich sofort und reagiert mit Luft zu CO₂, NO_x, SO₂, usw.

Fig. 27 zeigt einen Querschnitt, Fig. 28 einen Längs schnitt durch den vorerwähnten Brenner.

Die Zündspule 301 zündet den Brennstoff mit der Luft beim Anfahren des Brenners. Die heißen Abgase des Brenners wirken auf die kühle Verbrennungsluft zurück und geben ihre innere Energie ab.

Die Strömungsenergie wird, wie schon erwähnt, mittels einer Abgas-Turbine aufgefangen und genutzt.

Damit der Brennstoff 302 nicht bereits in der Zuführlei tung verdampft, ist dieser mit einer Vakuumisolierung 307 versehen. Das brennende Gemisch wird im spiralförmigen Brennraum 300 weiterbefördert. Damit die Brennraumwand 305 nicht durchschmilzt, wird über Einspritz-Ventile 304 Arbeitsmittel eingespritzt. Das Arbeitsmittel ver dampft an der zu kühlenden heißen Brennraumwand 305 und wird mit dem Arbeitsmedium wegtransportiert.

Nach außen ist der Brenner mit einer zweckmäßig doppelten Vakuumisolierung 307 ausgestattet und zusätzlich mit einer herkömmlichen Isolierung 308, um die Abstrahlverluste so gering als möglich zu halten.

Fig. 28 zeigt einen neuen Brenner im Längsschnitt. Die Größe der zweckmäßig vorgesehenen Neigung des Brenners ist abhängig vom Aschegehalt des Brennstoffes. Auf grund der sehr hohen Verbrennungstemperatur schmilzt die Asche und fließt mit der Brennerströmung nach unten weg. Die Länge des Brenners ist, wie schon erwähnt, vom verwendeten Brennstoff abhängig. Die flüssige Asche fließt zyklonartig nach unten weg und sammelt sich im Aschekasten. Die so erstarrte Asche läßt sich weiter als Baustoff ver wenden. Durch diese Ausbildung des Brenners lassen sich auch Brennstoffe mit einem relativ hohem Aschegehalt ver brennen.

Der in den Fig. 27 und 28 dargestellte Brenner stellt nur ein Beispiel einer Vielzahl von möglichen Ausführungs formen dar. Die flüssige Asche fließt an der Stelle 311 in den hier nicht dargestellten Aschekasten.

Das Abgas wird über den Abzug 310 in den Luftvorwärme tauscher 50 gelenkt. Die eingescherten Noppen 312 sollen Ascheteilchen, welche im Abgas schweben, zurückhalten.

Der Brennstoff ist für die Verbrennung entsprechend vor zubereiten bzw. zu mahlen, um ihn im Brenner zu verbren nen. Das Material des Brenners ist aus hochwärmefesten Stoffen herzustellen.

Der Brenner stellt in der Wärmekraftmaschinenanordnung das Verbindungsstück vom offenen Verbrennungsprozeß zum geschlossenen Kraftprozeß dar.

Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten den Brenner auf zubauen. Die erste Möglichkeit ist die in Fig. 27 bzw. Fig. 28 dargestellte Art, den Brennraum mittig anzu ordnen und den geschlossenen Kühlprozeß außen herumzu leiten. Die zweite Möglichkeit ist die Umkehrung dieser Anordnung, also den Brenner außen und die Kühlung innen.

Die stetig nachschiebende Luft drückt das brennende heiße Gemisch durch den spiralförmigen Brennraum. Die Verbren nung vollzieht sich kontinuierlich. Die Verbrennungsluft wird nur bis zum Brennraum 300 mittels aufeinander abge stimmter Drehkolben weiterbefördert.

Im Gasstrom nach dem Brennraum werden Drehschleusen nicht benötigt, weil Strömungsrichtung und Druckgefälle über einstimmen.

Die Strömungsführung des offenen Verbrennungsprozesses ist zwangsläufig. Ein Betreiben des Brenners entgegen der Strömungsrichtung würde zur Zerstörung der Wärmetauscher für die Luftvorwärmung führen.

Wie schon beschrieben, läßt sich die Brenneraußenwand mit einem Flüssigkeitsmantel umgeben. Das Arbeitsmittel verdampft und sammelt sich an der oberen Stelle, wo es taktabhängig abgesaugt und dem Arbeitsmedium an geeig neter Stelle zugeführt wird. Zur Kühlung der Brenneraußen wände tragen neben der verdampfenden Flüssigkeit auch das Arbeitsmedium bei, welches sich entsprechend aufheizt.

Durch die Trennung von geschlossenem Kraftprozeß und offenem Verbrennungsprozeß, kann die Asche nicht zum Verschleiß und Stillstand der Kolbenmaschine führen. Da eventuelle Ascheteilchen im Abgasstrom mitgeführt werden, verlassen diese den Wärmetauschertrakt auch mit dem Abgas. Die Drehkolbenschleusen befinden sich auf der Ansaugseite des Brenners und werden deshalb von eventuellen Ascheteilchen nicht beaufschlagt.

Das brennende Gemisch im Brennerraum wird zyklonartig durch die Luft weitertransportiert und erfährt eine stetige Umlenkung der Flammenfront durch die Außenwand. Die Wärmeübertragung auf den geschlossenen Kreis ist entsprechend gut.

Durch das feine Zersprühen des Arbeitsmittels auf die Brennerwand, verdampft dieses großflächig und verhindert ein Durchbrennen. Brennstoffmenge und Arbeitsmittelmenge verhalten sich zueinander linear proportional.

Bei Wärmekraftmaschinenanordnungen, welche mit festen Brennstoffen oder mit Brennstoffen mit hohem Aschegehalt betrieben werden, entsteht sehr heiße bzw. flüssige Asche, die im Aschekasten aufgefangen wird.

Um diese Energie nicht ungenutzt entweichen zu lassen, ist vorgesehen, den Aschekasten zu kühlen und entsprechend zu isolieren. Es ist vorgesehen als kühlendes Medium das Arbeitsmedium zu verwenden, welches bereits vorerhitzt den Regenerator durchströmt hat.

Die zusätzlich aufgenommene Wärme braucht dem Brenner (heißer Teil) nicht mehr zugeführt werden.

Fig. 31 zeigt einen Schnitt durch einen Aschekasten. Die flüssige Asche 411 sammelt sich am Boden des Aschekastens 414. Der Aschekasten 414 ist von einem temperaturbeständigen Material 412 umgeben, welches die Kühlrohre 410 umschließt und den Wärmeübergang zum Kühlmedium 415 verbessert. Das gesamte Gehäuse ist noch mit einer temperaturbeständigen Isolierung 413 umgeben.

Der Aschekasten 414 muß natürlich nach einer bestimmten Be triebszeit entleert werden. Durch eine Klappe (nicht darge stellt) läßt sich dieser nach vorne herausnehmen.

Um die verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten der Bren ner zu benennen, sind die Elemente aufzuzeigen. Diese lauten: Aufbau; Anordnung; Verbrennungsmedium; Zu führung Verbrennungsmedium; Aggregatzustand des Energie trägers; Zuführung Energieträger; Kühlung; Zustand Energie träger.

Jedem Element sind Merkmale zugeordnet. Die Brennerkom binationen ergeben sich, wenn zumindest ein Merkmal je Element angewandt wird.

Für das Element "Aufbau" lauten die Merkmale:

- Brenner (offener Prozeß), Kühlung geschlossener Prozeß;
- Brenner (offener Prozeß), Kühlung offener Prozeß;
- Brenner (geschlossener Prozeß), Kühlung geschlossener Prozeß;
- Brenner (geschlossener Prozeß), Kühlung offener Prozeß;
- Brenner teilweise offener, teilweise geschlossener Prozeß, Kühlung teilweise offener, teilweise geschlos sener Prozeß;
- Brenner (offener Prozeß), Kühlung teilweise offener, teilweise geschlossener Prozeß;
- Brenner (geschlossener Prozeß), Kühlung teilweise offener, teilweise geschlossener Prozeß;
- Brenner (offener Prozeß), ohne Kühlung;
- Brenner (geschlossener Prozeß), ohne Kühlung;
- Brenner teilweise offener, teilweise geschlossener Prozeß, ohne Kühlung;
- Brenner teilweise offener, teilweise geschlossener Prozeß, Kühlung offener Prozeß;
- Brenner teilweise offener, teilweise geschlossener Prozeß, Kühlung geschlossener Prozeß;
- Brenner betrieben als Kombination aus ein oder mehreren der beschriebenen Merkmale, und die Kühlung betrieben als Kombination aus ein oder mehreren der beschriebenen Kühl arten, beides dargestellt in den vorgenannten Merkmalen;

Ein weiteres Merkmal des nachfolgend aufgeführten Elementes Anordnung lautet:

- Anordnung des Brenners und dessen Kühlung als Kombination aus ein oder mehreren der aufgeführten Merkmale, aufge führt in den nachfolgenden Merkmalen;

Ein weiteres Merkmal des nachfolgend aufgeführten Elementes Verbrennungsmedium lautet:

- Zustand des Verbrennungsmediums für den Brenner dargestellt als eine Kombination aus ein oder mehreren der aufgeführten Arten, aufgeführt in den nachfolgenden Merkmalen;

Ein weiteres Merkmal des nachfolgend aufgeführten Elementes Zuführung des Verbrennungsmediums lautet:

- Zuführung des Verbrennungsmediums in den Brenner aus einer Kombination aus ein oder mehreren der aufgeführten Zuführ arten, dargestellt in den nachfolgenden Merkmalen;

Ein weiteres Element ist die Anordnung, welche sich in folgende Merkmale unterteilt:

- Brenner innen, Kühlung außen;
- Brenner außen, Kühlung innen;
- Brenner außen, Kühlung innen und außen;
- Brenner ohne Kühlung (weder innen noch außen)
- Brenner innen mit Brennraumkühlung;
- Brenner innen mit Brennraumkühlung, Kühlung außen;
- Brenner außen mit Brennraumkühlung;
- Brenner außen mit Brennraumkühlung, Kühlung außen;
- Brenner außen mit Brennraumkühlung, Kühlung innen;
- Brenner außen mit Brennraumkühlung, Kühlung innen und außen;

Ein weiteres Element ist das Verbrennungsmedium, welche folgende Merkmale beinhaltet:

- regenerativ vorgewärmt (durch heißes Abgas)
- vorgewärmt durch gesonderten Wärmekreis
- nicht vorgewärmt
- regenerativ vorgewärmt und verdichtet
- vorgewärmt und verdichtet (durch gesonderten Wärmekreis)
- nicht vorgewärmt und nicht verdichtet
- gekühlt (Normaldruck)
- gekühlt und verdichtet
- gekühlt (Unterdruck)

Ein weiteres Element ist die Zuführung des Verbrennungs mediums, welche folgende Merkmale aufweist:

- geregelte Zuführung
- kontinuierliche Zuführung
- diskontinuierliche Zuführung

Ein weiteres Element ist der Aggregatzustand des Energie trägers. Dieser kann sein:
fest, flüssig, gasförmig, dampfförmig, oder eine Kombi nation der vorgenannten Zustände.

Ein weiteres Element ist die Zuführung des Energieträgers. Die Merkmale lauten:
kontinuierlich, diskontinuierlich, geregelt, oder eine Kombi nation der vorgenannten Merkmale.

Ein weiteres Element ist die Kühlung (Energieabfuhr) des Brenners. Die dazugehörenden Elemente und Merkmale sind unter Energieabfuhr gesondert beschrieben.

Ein weiteres Element des Brenners ist der Zustand des Energieträgers. Die Merkmale sind:
vorgewärmt, gekühlt, nicht vorgewärmt und nicht gekühlt, verdichtet, oder in einer kombinierten Form aus ein oder mehreren der aufgeführten Zustandsarten.

Beschreibung Festkörperdosiereinrichtung für die Wärme kraftmaschinenanordnung

Heutige Brennkraftmaschinen werden nicht mit Feststoffen betrieben. Die erfindungsgemäße Wärmekraftmaschinenan ordnung ermöglicht auch den Einsatz fester Brennstoffe. Um diesen festen Brennstoff in der Menge zu dosieren, ist eine Dosiereinrichtung notwendig, welche auf unterschied liche Lastzustände durch proportionale Mengenänderung reagieren kann.

Für diese Dosiereinrichtung ist die gemahlene Staubform des Brennstoffes vorteilhaft, da dieser dann leichter dosierbar ist.

Aus einer Vielzahl von Dosiermöglichkeiten wurde hier die Förderschnecke gewählt, welche den Brennstoff über verschiedene Temperaturzonen hinweg zum Brenner bringt.

Fig. 29 zeigt schematisch eine Festkörperdosierein richtung. Infolge innerer Reibung als auch Abstrahlung vom Brenner, durchläuft der feste Brennstoff nach Ein füllen in den Einfülltrichter 315, an dem Verschluß schieber 321 vorbei, in der Förderschnecke 316 ver schiedene Temperaturzonen.

Der anfänglich feste Brennstoffstaub wird pastenförmig und gast aus. Das entstehende brennbare Gas wird in der Brennstoffpaste eingeschlossen und mit nach vorn ge fördert.

Dicht vor dem Brenner wird der Brennstoff über den Spritz kegel 317 in den Brenner gedrückt. Das eingeschlossene komprimierte Gas dehnt sich aus und reißt den ein strömenden Brennstoffstrom von innen auseinander. Mit der sehr heißen Verbrennungsluft 319 entzündet sich die Masse und verbrennt zyklonartig im Brennraum.

Die Verbrennungstemperatur ist derart hoch, daß die Schlacke bzw. Asche schmilzt und mit dem geneigten Brenn strom mitgerissen wird.

Der Brennstaub wird mittels Druckluft oder Förderband aus dem Vorratsbunker geholt und in den Einfülltrichter 315 gegeben.

Über höhere Antriebsdrehzahl der Förderschnecke als auch durch axiales Schieben in Spritzrichtung läßt sich die eingespritzte Brennstoffmenge vergrößern.

Die Drehzahl der Förderschnecke 316 ist der Fördermenge proportional. Die Drehzahlregelung der Förderschnecke 316 ist somit gleichzeitig auch Drehzahlregelung für den Motor.

Beim Anfahren des Brenners wird der Brennstoff mittels Zündspule 318 gezündet und brennt selbständig weiter. Nach außen ist der Brenner mit einer doppelten Vakuum isolierung ausgestattet, welche die Abstrahlung in Grenzen hält.

Die konische Spitze 317 der Förderschnecke 316 dient auch zum Verschließen der Einspritzöffnung 322 in den Brenner. Beim Zurückfahren der Förderschnecke 316 ver größert sich der Einspritzquerschnitt in den Brenner.

Beim Stillsetzen des Brenners wird der Verschlußschieber 321 vorgefahren. Die Schnecke wird noch solange gedreht, bis sämtlicher Brennstoff aus den Schneckengängen in den Brenner gespritzt wurde. Die Schnecke wird leergefahren, um ein Verkleben zu vermeiden.

Die Form der Einspritzöffnung ist verschieden ausbildbar z.B. konisch, spitz oder auch nadelförmig.

Der Wassergehalt des Brennstoffes sollte auf ein Mini mum beschränkt bleiben, um den Brenner nicht unnötig zu kühlen.

Die Förderschnecke hat gegenüber einer Kolbenpumpe den Vorteil, daß sie den Brennstoff in kleineren Mengen und dosiert dem Brenner zuführen kann.

Die Schnecke fördert den Brennstoff konstant und nicht diskontinuierlich in den Brenner.

Bezugszeichen

  1 kalter Arbeitsraum (Zylinder)
  2 kalter Arbeitsraum (Zylinder)
  3 heißer Arbeitsraum (Zylinder)
  4 heißer Arbeitsraum (Zylinder)
  5 Einlaß im Kompressor 2
  6 Auslaß im Kompressor 2
  7 Einspritzpumpe
  8 Einspritzventil für Kältemittel
  9 Kondensator
10 Kühlluft
11 Eintritt des Gemisches aus Arbeitsmedium und
    Kältemitteldampf
12 Kältemittelabfluß
13 Medientrenner
14 Austritt des Gemisches aus Kondensator
15 Austritt des Kältemittels aus Medientrenner
16 Sammelbehälter Kältemittel
17 Kältemittelausfluß aus Sammelbehälter
18 Kältemittelkammer in Einspritzpumpe
19 Kältemittelkammer in Einspritzpumpe
20 Volumenverdrängereinheit
21 Regenerator
22 Zufluß Arbeitsmedium
23 Abfluß Arbeitsmedium
24 Zufluß entspanntes heißes Arbeitsmedium
25 Abfluß entspanntes Arbeitsmedium
26 Brenner
27 Zufluß des frischen Arbeitsmediums
28 Brennstoffzufuhr
29 Arbeitsmittelzufuhr
30 Abfluß Arbeitsmedium hocherhitzt mit
    Arbeitsmitteldampf
31 Abgasleitung des Brenners
32 Luftzufuhr in den Brenner
33 Einlaßventil Vorraum Expansor 4
34 Vorraum zu Expansor 4
35 Einlaß Expansor 4
36 Auslaß Expansor 4
37 Medientrenner für Arbeitsmittel
38 Arbeitsmittelausfluß aus Medientrenner
39 Zufluß Arbeitsmittel in Arbeitsmittelsammel-
    behälter
40 Arbeitsmittelsammelbehälter
41 Abfluß Arbeitsmittel zur Einspritzpumpe
42 Einspritzpumpenkammer für Arbeitsmittel
43 Einspritzpumpenkammer für Arbeitsmittel
44 Luftfilter
45 Lufteinlaß am Luftfilter
46 Lufteinlaß an Kompressoreinheit
47 Luftaustritt an Kompressoreinheit
48 Lufteintritt in Luftvorwärmer
49 abgekühltes Abgas verläßt den Luftvorwärmer
50 Luftvorwärmetauscher
51 Kondensat - Säureabfluß
52 vorgewärmte Luft Abfluß
53 heißes Abgas in Luftvorwärmetauscher
54 Solarabsorber
55 Absorberfläche
56 konzentrierender Sonnen- oder Strahlungs-
    kollektor
57 Lichtstrahlen
60 Brennkraftmaschine 1
61 Brennkraftmaschine 2
62 Kammer für Kraftstoffeinspritzung
63 Kammer für Kraftstoffeinspritzung
65 Zwischenkühler
66 Abgasturbine
67 Einspritzdüse
68 Einspritzdüse
69 Abgasleitung
70 Erhitzer
105 Einlaß am Kompressor 1
106 Auslaß am Kompressor 1
108 Einspritzventil für Kältemittel Kreis 2
111 Eintritt des Gemisches in Kondensator 9
112 Kältemittelabfluß Kreis 2
113 Medientrenner Kreis 2
114 Austritt des Gemisches aus Kondensator
115 Austritt des Kältemittels aus Medientrenner
116 Sammelbehälter Kältemittel 2
117 Kältemittelausfluß aus Sammelbehälter
120 Volumenverdrängereinheit Kreis 2
121 Regenerator Kreis 2
122 Zufluß Arbeitsmedium Kreis 2
123 Abfluß Arbeitsmedium Kreis 2
124 Zufluß entspanntes Arbeitsmedium in
    Regenerator 121
125 Abfluß entspanntes Arbeitsmedium aus
    Regenerator 121
127 Zufluß Arbeitsmedium in Erhitzer
129 Einspritzung Arbeitsmittel in Erhitzer 70
133 Einlaß Vorraum 134
134 Vorraum Expansor 3
135 Einlaß Expansor 3
136 Auslaß Expansor 3
137 Medientrenner für Arbeitsmittel Kreis 2
138 Arbeitsmittelausfluß aus Medientrenner Kreis 2
139 Zufluß Arbeismittel Kreis 2 in
    Arbeitsmittelsammelbehälter
140 Arbeitsmittelsammelbehälter Kreis 2
141 Abfluß Arbeitsmittel zur Einspritzpumpe

Fig. 5 Verdichter (V)
149 Auslaßventil
150 Nockenwelle Verdichter (V) für Auslaß
151 Nockenwelle Verdichter (V) für Einlaß
152 Einlaßventil
153 Verdichtungskolben
154 Kältemittelzufluß
155 Düsenhalter
156 Ölpumpe
157 Ölspiegel/Schmiermittelsumpf
158 Kühlkanal
159 Isolierung

Fig. 6 Kondensator (K)
Fig. 7 Kondensator (K)
160 Gemisch aus Arbeitsmedium und Kältemitteldampf
161 Kühllamellen
162 Sammelstelle für Kältemittel
163 Kältemittelabfluß
164 kommunizierendes Gefäß
165 Sammelleitung
166 Kältemittelsammelbehälter
167 Strömungsquerschnitt

Fig. 8a, 8b Medientrenner (M)
Fig. 9a, 9b Medientrenner (M)
Fig. 10 Medientrenner (M)
169 Kammer
170 Gemisch aus Arbeitsmedium und Kältemittel
171 Austrittsöffnungen
172 kommunizierendes Gefäß
173 untere Bereich
174 vertikale Kältemittelabfuhrleitungen
175 Zwischenwände
176 Rillen
177 unterbrochene Zwischenwand
178 Rückwand
179 Kältemittel

Fig. 11; Fig. 12, Fig. 13, Fig. 14, Fig. 15, Fig. 16
Verdrängergebläse (G)
180 Drehkolben
181 Durchgangsloch für Dehnschrauben
182 Spannschrauben
183 Außenkante Drehkolben

Fig. 17, Fig. 18, Fig. 17a Wärmetauscher (W)
190 wärmeabgebendes Medium
191 wärmeaufnehmendes Medium
192 Seele des Innenrohres
193 Befestigungsfüße der Seele im Innenrohr
194 Innenrohr
195 innere Übertragungsfläche
196 Konus
197 äußere Übertragungsfläche
198 Rippen
199 doppelte Vakuumisolierwand
200 Außenisolierung
201 einzelnes Wärmetauscherelement (W)
202 Kondensatablauf (schematisch)
203 Kondensatsammelbehälter (schematisch)

Fig. 20 Kühlung
210 Strömungskanal
211 Strömungsstege
212 Außenwand
213 Verbrennungszylinder

Fig. 21 Expansor (E)
220 Expansor 1
221 Expansor 2
222 Vakuumisolierung
223 Heizspirale
224 Vorraum
225/225 a Abstützung der Vakuumisolierung
226/226 a/226 b/226 c Abstützung der Vakuumisolierung
227 Expansionsgehäuse
230 Bodenwanne
231 Zylinderblock
232 Zylinderkopf
233 Kopfdeckel

Fig. 26 Kolben
240 Druckstelle des Kolbens
241 Kolben
242 Kolbentragfläche
243 Arbeits-Schmiermittel
244 Einlaß Hauptstrom
245 Auslaß Hauptstrom
246 Pleuel
247 Kurbelwelle
250 Expansor
251 Vorräume
255 Verdichter
256 Verdichter
257 Expansor
258 Expansor

Fig. 24a/24b/25a/25b/25c Isolierung
270 heißes Kurbelgehäuse
271 temperaturfeste Auflage der Isolierung
272 Isolierung (Vakuumisolierung)
273 Vakuum
275 verspiegelte Innenseite
276 Oberfläche der Auflage
280 Trennung der Isolierung
281 z. B. Kurbelwelle
285 Stützen (Trägergerüst)
286 Platten
287 Vakuum

Fig. 27 Brenner
Fig. 28 Brenner
300 Brennraum
301 Zündspule
302 Kraft- bzw. Brennstoffzufuhr
303 Kühlraum (Arbeitsmedium)
304 Einspritzventile Arbeitsmittel
305 Brennerwand
307 Isolierung (Vakuum)
308 Isolierung
310 Abgasabzug
311 Aschekasten
312 Noppen

Fig. 29 Festkörperdosiereinrichtung
315 Einfülltrichter
316 Förderschnecke
317 Spritzkegel
318 Zündspule
319 Verbrennungsluft
320 Vakuumisolierung
321 Verschlußschieber
322 Einspritzöffnung

Fig. 3a
350 Arbeitsmitteldampfspeicher
351 Wärmetauscher zum Erhitzen des regenerativ
    vorgewärmten Arbeitsmediums
352 Arbeitsmittelpumpe
355 Kühlmantel um Solarabsorber
356 Zufluß von flüssigem Arbeitsmittel
357 Abfluß von dampfförmigem Arbeitsmittel
360 Zufluß in Druckspeicher
361 Abfluß aus Druckspeicher
365 Dampfdosierpumpe
366 Stelle, an der Arbeitsmedium mit Dampf
    geimpft wird
370 wahlweiser Abfluß des Solarabsorbers bzw.
    Speichers
371 wahlweiser Zufluß des Solarabsorbers bzw.
    Speichers
375 Abfluß Kondensat Arbeitsmittel aus dem
    Druckspeicher
Fig. 30
380 Kolben
385 Pumpenzylinder
390 Regelstange
400 Heizelemente

Fig. 31
410 Kühlrohr
411 heiße Asche
412 Gehäuse des Aschekastens
413 Isolierung
414 Aschekasten
415 Kühlmedium

Claims

1. Wärmekraftmaschinenanordnung mit zumindest einem Wär metauscher in Verbindung mit Kolbenkraftmaschinen in welcher zumindest ein offener Verbrennungsprozeß mit zumindest einem geschlossenen Kraftprozeß in Wirkver bindung steht gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

1. die Anordnung arbeitet nach einem gekoppelten 2-Takt-Prinzip diskontinuierlich,
2. die Anordnung koppelt einen reinen Kompressor mit einem reinen Expansor,
3. Kompression und Expansion laufen räumlich vollkom men getrennt ab,
4. die Kopplung zwischen Kompressor und Expansor wird von einem einzigen Wärmetauscherpaket gebildet, welches der Kolbenkraftmaschine, unabhängig von deren Zylinderzahl, zugeordnet ist,
5. das Wärmetauscherpaket umfaßt einen Regenerator und einen Erhitzer.
6. das offene Verbrennungssystem dient zum Antrieb des geschlossenen Kraftsystems,
7. die äußere Verbrennung arbeitet regenerativ und mit besonders sauberem Abgas,
8. das Arbeitsmedium ist gasförmig, in der Masse und in der Art gleichbleibend und bildet eine Wärmeübertragungskette innerhalb eines geschlos senen Wirkkreislaufes mit gleichbleibender Strö mungsrichtung,
9. dem Kreisprozeß des gasförmigen Arbeitsmediums sind Steuerorgane zugeordnet, welche taktabhängig den Kreislauf des gasförmigen Arbeitsmediums defi niert unterbrechen,
10. Kältemittel wird dem Kreislauf auf niedrigem Tem peraturniveau zwecks Energieabfuhr zugeführt,
11. Arbeitsmittel wird dem Kreislauf des gasförmigen Arbeitsmediums auf hohem Temperaturniveau zwecks Energieabfuhr zugeführt, um an geeigneter anderer Stelle des Kreisprozesses diese wieder in Form von Energie zuzuführen,
12. eine Einspritzpumpe ist vorgesehen zur dosierten Einspritzung von Kältemittel innerhalb mindestens eines Kältemittelkreises und zur dosierten Ein spritzung von Arbeitsmittel innerhalb mindestens eines Arbeitsmittelkreises sowie für die Kraftstoff einspritzung für den offenen Verbrennungsprozeß,
13. ein Medientrenner ist jeweils an den Stellen im ge schlossenen Arbeitsmediumskreis vorgesehen, an denen das Arbeitsmedium Kälte- bzw. Arbeitsmittel in flüs siger Phase mitführt,
14. Leistungsveränderung erfolgt durch Änderung des Energieinhaltes an zumindest einer Stelle des im geschlossenen Kreislauf strömenden Arbeitsmediums,
15. ein Kondensator ist vorgesehen zur definierten Unterkühlung des Arbeitsmediums an zumindest ei ner bestimmten Stelle des Kreislaufes,
16. für Verwendung von festen Brennstoffen ist eine Festkörperdosiereinrichtung vorgesehen,
17. zur Isolierung ist eine besondere Lärm- und Wär medämmung vorgesehen.

2. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Kraft- und oder Ar beitsmaschinen auf zumindest eine Kurbelwelle wirken und daß verschieden taktende Maschinen zu einer Ma schinenbaueinheit zusammengefaßt sind.

3. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Zustandsänder ungen in jeweils einem Kompressor und jeweils einem Expansor zur Anwendung gelangen.

4. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die betriebsmäßig im Vergleich zur Umgebungstemperatur kalte Außenseite des Kompressors zur Verwendung als Kühlelement ausgebildet ist.

5. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jede der in der Baueinheit zu sammengefaßten Kraft- bzw. Arbeitsmaschinen jeweils ein getrennter Kreislauf mit einem der jeweiligen Betriebs temperatur angepaßten Schmiermittel vorgesehen ist.

6. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kälte- und Arbeitsmittel je weils in einem eigenen Kreislauf geführt ist.

7. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisprozeß derart ausgelegt ist, daß sämtliche innerhalb der Wärmekraftmaschinen anordnung vorhandenen Exergien genutzt werden können.

8. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungskette zwecks Erzielung kleiner Schwingungseinheiten aus komprimierten Einzelgliedern besteht, welche voneinander abhängig innerhalb des Kreislaufes geführt sind, wobei der Kreis lauf seinerseits in mehrere Abschnitte unterteilt ist.

9. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Kreislaufes (Kreis prozeß) gleiche Volumeneinheiten den Verdichter ver lassen und an anderer Stelle gleiche Volumeneinheiten in den Vorraum des Expansors strömen.

10. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese derart ausgebildet ist, daß von außen herangeführte Energie insbesondere Sonnenenergie in Exergie umwandelbar ist und daß die Abfallwärme des Kondensators zu Heizzwecken genutzt werden kann.

11. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kombinationsmotor gemäß Fig. 4 zur Verstärkung des 2. Kreisprozesses zur zusätzlichen Verwertung von Solarenergie einrichtbar ist.

12. Wärmemaschinenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zugehörige Kühlsystem die nach stehenden Eigenschaften aufweist:

1. bei bem Kältemittel (z.B. Frigen) werden sowohl die Wärmekapazität als auch die Verdampfungswärme zur Energieaufnahme verwendet,
2. bei dem Kühlmittel (z.B. Wasser) wird ausschließlich dessen Wärmekapazität zur Energieaufnahme herangezo gen,
3. das Kälte- bzw. Kühlmittel wird mittels einer ge steuerten Einspritzanlage zugeführt und zwar in den Kompressionsraum oder/und Ansaugstutzen des Kom pressors,
4. die Menge an einspritzendem Kälte- bzw. Kühlmittel ist in festgelegten Grenzen variierbar,
5. das Kälte- bzw. Kühlmittel wird während der ge samten Umdrehung der Kurbelwelle oder während eines Teilbereiches der Kurbelwellenumdrehung eingespritzt,
6. das Einspritzen des Kälte- bzw. Kühlmittels er folgt mittels zumindest eines Ventils, welches kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeitet.

13. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 12, da durch gekennzeichnet, daß ein derart ausgelegter Kom pressor folgende Eigenschaften aufweist:

1. es ist ein hohes Druckverhältnis pro Stufe reali sierbar,
2. es ist ein geringster Verdichtungsaufwand erfor derlich,
3. es besteht dabei keine Abhängigkeit von der je weils gefahrenen Drehzahl,
4. es besteht eine Regelbarkeit des Verdichtungsauf wandes über die Einspritzmenge an Kälte- bzw. Kühlmittel,

14. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1 oder 12 bzw. 13, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

1. der Kompressor ist in Verbindung mit einem Kon densator und einem Medientrenner für offene Pro zesse geeignet,
2. der Kompressor ist in Verbindung mit einem Kon densator und einem Medientrenner allgemein für geschlossene Prozesse geeignet.

15. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Kompressor das Arbeitsmedium und der Dampf des Kältemittels und oder die Flüssigkeit des Kühlmittels bzw. und Kältemittels verdichtet werden.

16. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1 und 12, oder 13, bei der der zugehörige Kompressor folgende Merkmale aufweist:

1. die Steuerung der Ein- und Auslässe erfolgt mittels zwangsgesteuerter Ventile,
2. der Kurbelkasten ist druckdicht abgeschlossen und mit Arbeitsmedium gefüllt,
3. der Kompressor weist an seiner Außenseite ein ge schlossenes Kühlprofil auf, welches gegebenenfalls von einem weiteren Medium zu Kühlzwecken durch strömt werden kann,
4. der Kompressor saugt Arbeitsmedium unter annähernd gleichem Druck und annähernd gleicher Temperatur an,
5. der Kompressor ist zur Umgebung hin isoliert.

17. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß dieser anstelle eines Durchflußkühlers ein Kondensatorsatz (K) zugeord net ist, welcher seinerseits einen Baustein des Kreisprozesses bildet.

18. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 17, wo bei der Kondensator gekennzeichnet ist durch fol gende Merkmale:

1. der Kondensator (K) weist in seinem betriebs mäßig unteren Bereich Auffangrillen für das Kondensat auf,
2. der Kondensator (K) weist eine derartige vor gegebene Führung sowohl des Arbeitsgases als auch des Kältemitteldampfes auf, daß sich das Kondensat des Kältemitteldampfes ausschließlich im unteren Bereich des Kondensators mittels Schwerkraft ansammelt,
3. die den Kondensator (K) durchströmende Kühl luft wird zu zumindest einem weiteren Heiz zweck weitergeleitet,
4. am Ausgang des Kondensators (K) ist ein kom munizierendes Gefäß (164) vorgesehen, welches mittels seiner Flüssigkeitsfüllung den Austritt von gasförmigen Arbeitsmedium verhindert,
5. der Kondensator (K) ist derart bemessen, daß das Gemisch aus Arbeitsmedium und Kältemittel dampf derart unterkühlt wird, daß das Kälte mittel restlos kondensiert,
6. der Kondensator (K) wird einerseits von einem Kühlmedium (Luft, Wasser) und andererseits von zumindest einem Kreislauf eines Wärmesystems innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung durch strömt,
7. der Kondensator (K) ist derart bemessen, daß das Gemisch aus Arbeitsmedium und Kältemittel derart unterkühlt wird, daß nachfolgende Bau- und -Filterelemente das Kältemittel nicht ver dampfen läßt.

19. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator (K) ein Feinabscheider nachgeschaltet ist, welcher das Gemisch aus Kältemittel und Arbeitsmedium elektrisch auflädt und/oder kleinste Kältemitteltröpfchen zu größeren Partikeln zusammenführt.

20. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß dieser ein Medientrenner (M) zugeordnet ist, welcher das im Betrieb wirksame Gemisch aus Flüssigkeit und Gas trennt.

21. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 20, wobei der Medientrenner (M) gekennzeichnet ist durch fol gende Merkmale:

1. der Medientrenner (M) bildet einen Baustein der Wärmekraftmaschinenanordnung bei der Trennung von betriebsmäßig auftretendem Gemisch aus Gas und Flüssigkeit in einen Strom ausschließlich aus Gas und zu einem Strom ausschließlich aus Flüs sigkeit,
2. der Medientrenner (M) arbeitet mittels einer relativen Bewegung bei allen auftretenden Be triebszuständen zwischen dem Gas-/Flüssigkeits gemisch und den letzteres einschließenden Ge häuse,
3. die Medientrennung erfolgt mittels elektrischer Anziehung,
4. die Medientrennung erfolgt mittels mechanischer Strömungswegvorgabe.

22. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Medientrenner (M) diskontinuierlich arbeitet.

23. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 20, 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Medien strömung derart ausgelegt ist, daß Gas und Flüssig keit gemeinsam zuströmen und jeweils auf getrennten Kanälen abströmen, in der Weise, daß Gas und Flüssig keit innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung in eigenen Kreisläufen geschlossen geführt sind.

24. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß diese ein oder mehrere Volumenverdränger (G) im Zuge des Gastransportes aufweist, wodurch eine Erleichterung des Transpor tes des Gases und/oder eine teilweise Verdichtung des Gases bewirkt wird.

25. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 24, bei welcher zumindest eine Volumenverdrängereinheit am Gastransport beteiligt ist, gekennzeichnet durch folgende weitere Merkmale:

1. der Volumenstrom pro Zeiteinheit ist identisch mit dem ausgeschobenen Volumen aus dem Verdichter (V) und dem eingesaugten Volumen bei dem Expan sor (E),
2. jeder Volumenverdränger (G) bildet mit einem nachgeschalteten Wärmetauscher (W) eine Wirk einheit, die mehrfach hintereinandergeschaltet eine Wärmekette zumindest von einem kalten zu einem heißen Raum ergibt,
3. die Drehkolbenpaare der hintereinandergeschal teten Volumenverdränger (G) sind rhythmisch derart abgestimmt, daß das jeweils ausgescho bene Volumen eine Volumenwelle bildet, die sich durch den Wärmetauscher (W) schiebt und an schließend von der in Stromrichtung nächsten Verdrängereinheit (G) wieder angesaugt wird,
4. die einzelnen Verdrängervolumina beeinflussen innerhalb der Wärmekette die örtlichen Ström ungsgeschwindigkeiten,
5. der Medientransport kann gleichermaßen in einem offenen wie auch in einem geschlossenen Prozeß bewirkt werden,
6. die den Medientransport bewirkende Volumenver drängereinheit (G) weist eine oder auch mehrere Fördereinheiten auf, welche letztere ihrerseits koaxial zueinander angeordnet sind,
7. jede Fördereinheit weist harmonisch und synchron zusammenwirkende beim Umlauf sich bzw. das Gehäu se jedoch nicht berührende Verdrängerkörper auf.

26. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Verdränger kolben in den Fördereinheiten innerhalb jeder Volumen verdrängereinheit (G) voneinander abweichend ausge bildet sein können.

27. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 24, 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderein heiten innerhalb einer Volumenverdrängereinheit (G) aus jeweils gesonderten, der jeweils herrschenden Temperatur widerstehenden Werkstoffen gefertigt sind.

28. Wärmekraftmaschinenanordnung nach einem der Ansprüche von 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Volumenverdrängereinheit (G) bei den Förderein heiten die Achsen der Verdrängerkörper ein- oder mehrteilig ausgebildet sind, wobei die mehrteilige Ausgestaltung eine kontinuierlich oder stufenförmig variierbare Einstellung der Verdrängerkörper der Fördereinheiten zueinander ermöglicht wird.

29. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, dessen Wärmetauscherelement durch die folgenden Merkmale ge kennzeichnet ist:

1. über die gesamte Wärmetauscherfläche besteht ein nahezu konstanter Strömungsquerschnitt,
2. der Wärmetauscher ist derart ausgelegt, daß bei konstantem Strömungsvolumen die Verdichtung iso chor erfolgt,
3. der Wärmetauscher als Ganzes umfaßt den jeweiligen Temperatur- und Druckverhältnissen werkstoffmäßig angepaßte Einzelelemente, welche im Medienstrom hintereinander geschaltet sind,
4. den einzelnen Wärmetauscherelementen sind jeweils Längenausgleichelemente zugeordnet.

30. Wärmekraftmaschinenanordnung mit Wärmetauscher nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Medienstromes ein seelenartiger Kern (192) ange ordnet ist, welcher ohne Vergrößerung des Strömungs querschnittes die Austauschoberfläche des Mediums vergrößert.

31. Wärmekraftmaschinenanordnung mit Wärmetauscher nach Anspruch 29 oder 30 dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsflächen mit besonders hoher Wärmebela stung (z.B. Brenner, Solarabsorber usw.) eine Flüs sigkeitsverdampfungs- Kühleinrichtung aufweisen.

32. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß auf das im geschlossenen Kreislauf strömende Arbeitsmedium zumindest ein vom Abgas des offenen Kreislaufes betriebener Turbover dichter einwirkt.

33. Wärmekraftmaschinenanordnung mit Turboverdichter nach Anspruch 32 dadurch gekennzeichnet, daß die Ver dichterturbine eine Regeleinheit für die Strömungs geschwindigkeit des geschlossenen Medienkreislaufes darstellt.

34. Wärmekraftmaschinenanordnung mit Turboverdichter nach Anspruch 32 bzw. 34 dadurch gekennzeichnet, daß flüssiges Arbeitsmittel feinstzerstäubt und dosiert dem Ansaugstutzen oder dem Verdichter zugeführt wird, wodurch der Verdichter eine höhere Verdichtungswir kung erbringt.

35. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1 da durch gekennzeichnet, daß zur Energieabfuhr aus Elementen mit höherem Wärmepotential (Brennkraft maschine, Brenner, Solarabsorber) Arbeitsmittel kontinuierlich oder diskontinuierlich zugeführt wird.

36. Wärmekraftmaschinenanordnung mit Abfuhr von Energie nach Anspruch 35, gekennzeichnet durch folgende Merk male:

1. die Energieabfuhr erfolgt mittels Temperaturge fälle an bestimmten wärmemäßig gefährdeten Stel len örtlich außerhalb (Wandung) des höheren Wär mepotentials, jedoch innerhalb der Wärmekraft maschinenanordnung,
2. zur Energieabfuhr werden die spezifische Wärme kapazität des Arbeitsmediums und/oder des Arbeits mittels in seinem jeweiligen Aggregatzustand, sowie die Verdampfungswärme des Arbeitsmittels eingesetzt,
3. wenigstens die Mindestmenge an Arbeitsmittel zur Energieabfuhr (Kühlung) wird zur Sicherung der Funktion eingesetzt bei;
- a) der Brennkraftmaschine zum Erhalt eines ge schlossenen Schmierfilms über den gesamten Drehzahlbereich,
- b) dem Brenner bzw. dem Solarabsorber oder dem Wärmetauscher zum Erhalt der Trennwände,
4. der Zeitpunkt bzw. und/oder die Dauer der Energie abfuhr (Kühlung) ist einstellbar auf den jeweiligen momentenen Energieabfuhrbedarf,
5. das an der Energieabfuhr beteiligte Arbeitsmittel verbleibt in seinem jeweiligen Agqregatzustand im Kreislauf der Wärmekraftmaschinenanordnung.

37. Wärmekraftmaschinenanordnung nach einem der Ansprüche 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Energie abfuhr in einem zusammenhängenden geschlossenen, kon stanten Strömungskanal, welcher das höhere Wärmepoten tial umschließt, vollzieht.

38. Wärmekraftmaschinenanordnung mit Energieabfuhr nach Anspruch 35, 36 oder 37 dadurch gekennzeichnet, daß die Energieaufnahme des geschlossenen Systems eine isochore Zustandsänderung des Arbeitsmediums und Arbeitsmittels bewirkt und daß diese Energie im Expansor der Wärme kraftmaschinenanordnung wieder frei wird.

39. Wärmekraftmaschinenanordnung nach einem der Ansprüche 35, 36, 37 oder 38 dadurch gekennzeichnet, daß die Energieabfuhr (Kühlung) des Wärmepotentials (z.B. bei einer Brennkraftmaschine) eine äußere Energiezufuhr des geschlossenen Kreisprozesses darstellt.

40. Wärmekraftmaschinenanordnung mit Energieabfuhr nach einem der Ansprüche 35 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel mittels Düsen gleicher oder unterschiedlicher Öffnungsquerschnitte zugeführt bzw. eingespritzt wird.

41. Wärmekraftmaschinenanordnung mit Energieabfuhr nach Anspruch 35 oder einem der folgenden, dadurch gekenn zeichnet, daß das höhere Wärmepotential (Brennkraft maschine, Brenner usw.) mit einem druckdichten vom Medientrenner gespeisten Flüssigkeitsmantel umgeben ist und dabei an oberer Stelle ein einstellbares Druckventil vorgesehen ist, mittels welchem über schüssiger Arbeitsmitteldampf in einem Auffangraum abgelassen wird, welch letzterer seinerseits den Arbeitsmitteldampf mittels Steuerorgan (z.B. Kolben) dosiert in den Wärmekreislauf zurückführt.

42. Wärmekraftmaschinen-anordnung mit einem Expansor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

1. der Expansor ermöglicht die Entspannung von kon stanten Volumeneinheiten bei unterschiedlicher Anzahl von Arbeitsspielen je Zeiteinheit durch Vergrößerung zumindest eines Hauptraumes;
2. der Expansor ist zur Entspannung eines Gemisches von einem mengenmäßig konstanten Arbeitsmedium und zumindest einem in seiner Menge veränderbaren Arbeitsmittel ausgebildet;
3. der Expansor weist zumindest einen volumenkon stanten Vorraum (z.B. 224) auf, der beidseitig (Einlaß bzw. Auslaß) steuerbar ausgebildet ist zum Zusammenwirken mit einem Hauptraum (z.B. 220), derart daß der Auslaß des Vorraumes (z.B. 224) den Einlaß (z.B. 244) für den Hauptraum (zB. 220) bil det, der seinerseits einen gesondert steuerbaren Auslaß (z.B. 245) aufweist;
4. der Expansor führt das Expansions- Arbeitsspiel nach einem 2-Takt-Prinzip aus.

43. Wärmekraftmaschinenanordnung mit einem Expansor nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß der Expansor eine ausschließlich innere Energiezufuhr aufweist, welche mittels eines Zumeßorgans (z.B. Einspritzpumpe) in bestimmten wählbaren Grenzen veränderbar ist.

44. Wärmekraftmaschinenanordnung mit Expansor nach Anspruch 42 oder 43, dadurch gekennzeichnet, daß im Expansor die Entspannungskurve völlig oder teilweise der Kondensa tionskurve des jeweiligen Arbeitsmittels folgt.

45. Wärmekraftmaschinenanordnung mit Expansor nach einem der Ansprüche 42 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß der Expansor ein Element der geschlossenen Wärmekette in der Wärmekraftmaschinenanordnung darstellt, sodaß der Expansor - Vorraum durch den jeweiligen Trans porttakt der Wärmekette gefüllt bzw. entleert wird, wobei das Expansionsmedium wiederkehrend verwendet wird.

46. Wärmekraftmaschinenanordnung mit Expansor nach einem der Ansprüche 42 bis 45, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

1. für den gesteuerten Medienstrom sind zumindest drei Ventile (Ventil 1: Einlaß Vorraum
Ventil 2: Auslaß Vorraum
Ventil 3: Auslaß Hauptraum)
vorgesehen;
2. die Ventile sind mittels Nocken zwangsgesteuert.

47. Wärmekraftmaschinenanordnung mit Expansor nach einem der Ansprüche 42-46, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

1. der Expansor ist als Hubkolbenmaschine ausge bildet;
2. die Leistungsabgabe erfolgt an der zugehörigen Kurbelwelle, welche gegebenenfalls mit derjenigen des in der Wärmekraftmaschinenanordnung vorge sehenen Verdichters gekuppelt ist;
3. die Schmierung des Expansor-Kolbens ist auf die mittlere Expansionstemperatur abgestimmt ausge bildet, derart, daß außer einem Schmierstoff auf Ölbasis auch vorzugsweise kondensierte Arbeits flüssigkeit verwendet wird, die im Expansor ihre Energie abgegeben hat;
4. für den Expansor ist ein gesonderter Schmier kreislauf vorgesehen, der bei Anwendung unter schiedlicher Schmier- und -Arbeitsflüssig keiten einen Flüssigkeitstrenner aufweist;
5. der Kolben ist ohne Ringnuten glatt ausgebildet und wird mittels eines umschließenden Flüssig keitspolsters zentriert, wobei der Schmierstoff den Ringspalt zur Zylinderwandung allseitig ab schließt;
6. der Kolben bewirkt ein Ausschieben sowohl des kondensierten Arbeitsmittels (z.B. flüssiges Blei) als auch von überschüssigem Schmierstoff (z.B. flüssiges Blei) und entspanntem Arbeitsmedium (z.B. Helium) aus dem Hauptraum (z.B. Expansions zylinder).

48. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß eine Einspritzpumpe vor gesehen ist, welche unterschiedliche flüssige bzw. gasförmige Medien dosiert und dann dem Kreisprozeß zuführt.

49. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 48, bei der die darin vorgesehene Einspritzpumpe durch fol gende Merkmale gekennzeichnet ist:

1. die Einspritzpumpe besteht aus separaten Pumpen elementen,
2. der Zeitpunkt der Einspritzung je Element ist unterschiedlich,
3. die Dauer der Einspritzung ist je Element unter schiedlich,
4. die Verteilung der eingespritzten Flüssigkeit bzw. Gas im Wirkraum (z.B. Kompressor, Brenner ) ist unterschiedlich,
5. die Wirkung der eingespritzten Medien ist unter schiedlich, (z.B. Energiezu-Abfuhr)
6. der Wirkungsbeginn der eingespritzten Medien ist unterschiedlich, (z.B. Kühlung - Verbrennung)
7. die zugeführte Medienmenge je Grad Kurbelwinkel ist unterschiedlich,
8. die Gesamtmedienmenge pro Arbeitsspiel und Pumpen element ist unterschiedlich,
9. die Änderung der Medienmenge zwischen Leerlauf und Vollast je Pumpenelement ist unterschiedlich,
10. der Aggregatzustand der einzuspritzenden Medien ist zumendest für einen Teil der Pumpenelemente flüssig,
11. das Öffnen der Einspritzventile geschieht her kömmlich mit Druckwellen und mit fremdgesteuerten Ventilen.

50. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 49 dadurch gekennzeichnet, daß die dabei vorgesehenen separaten Pumpenelemente folgende Merkmale aufweisen:

1. die einzelnen Pumpenkolben sind speziell auf die einzuspritzenden Flüssigkeiten abgestimmt hin sichtlich von deren Druck, Temperatur, Menge, Viskosität, Schmierung,
2. die Pumpenelemente arbeiten für sich als separate Pumpen, jedoch nach einem exakt festgelegten Rhyth mus,
3. die Pumpenelemente sind thermisch voneinander isoliert,
4. diejenigen Pumpenelemente, deren Förderflüssigkeit bzw. Dampf bei Umgebungstemperatur erstarrt, sind mit Heizelementen versehen,
5. die Pumpenelemente wirken durch spritzen oder dosieren innerhalb der Wärmekraftmaschinenanord nung an unterschiedlichen Stellen ein,
6. zumindest ein separates Pumpenelement läßt sich innerhalb der Einspritzpumpe an- oder abkoppeln,
7. das Regeln der Mediennutzhübe der Pumpenelemente geschieht herkömmlich mittels Regelstange oder z.Teil abgekoppelt durch eingene Verstellmechanismen,
8. die Pumpenelemente sind auch für eine Kombination mit bekannten Mediendosiereinrichtungen (z.B. Ver gaser, Einspritzer, Feststoffdosiereinrichtung ) ausgebildet,
9. zumindest ein Pumpenelement ist für jeweils ein Medium vorgesehen.

51. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 49 dadurch gekennzeichnet, daß mehrere dabei vorgesehene sepa rate Pumpenelemente für einen Kreisprozeß arbeiten.

52. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß darin Volumenverdränger maschinen vorgesehen sind, welche das Arbeitsmedium lediglich transportieren, ohne es zu verdichten oder zu entspannen.

53. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, ge kennzeichnet durch eine derartige Ausgestaltung, daß die Betriebsdrehzahl durch folgende Größen beeinflußt werden kann:

1. verändern des Verdichtungsaufwandes durch Mengen dosierung des Kälte- bzw. und Kühlmittels und somit verändern des Wirkungsgrades,
2. verändern der Energiezufuhr im Expansor durch unterschiedliche Dampfmengenzufuhr,
3. verändern des Temperaturviveaus im Expansor,
4. verändern der Energiezufuhr im Wärmetauscher (z.B.Brenner, Solarabsorber)
5. verändern der Arbeitsmittelmenge,
6. integrieren einer Strömungsmaschine in die Wärme kraftmaschinenanordnung, welche zur Verdichtungs steigerung beiträgt und vom offenen Prozeß ange trieben wird,
7. verändern der Brennluftmenge,
8. verändern der Menge an Arbeitsmedium in Kombination mit den Größen 1-3 und 5-7,
9. verändern des Verdichtungsverhältnisses durch die Volumenverdränger, je nach Verdichterleistung der integrierten Turbine.

54. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 51 und An spruch 52 und 53, gekennzeichnet durch eine derartige Ausgestaltung, daß folgende veränderbare Betriebs größen gleichsinnig verstärkend zurückwirken, bis sich ein Gleichgewicht einstellt:

1. diejenige Energiemenge, welche in den Brenner ge langt, bewirkt eine Abgastemperaturänderung, die wiederum eine gleichsinnig geänderte Frischluft temperatur zur Folge hat,
2. diejenige Energiemenge, welche in den Expansor ge langt, beeinflußt die Endexpansionstemperatur, welche ihrerseits gleichsinnig die Temperatur des frischen Arbeitsmediums ändert, was eine gleich sinnig geänderte Energiezufuhr in den Expansor be wirkt,
3. eine geänderte Energieabfuhr im Verdichter be wirkt eine gleichsinnig geänderte Ansaugtemperatur für den Verdichter.

55. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit einer Brennkraft maschine das 4-Takt-Prinzip und parallel das 2-Takt -Prinzip angewendet wird.

56. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezufuhr des geschlossenen Kreises durch innere und oder äußere Verbrennung erfolgt.

57. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, ge kennzeichnet durch eine derartige Ausgestaltung, daß der zeitliche Ablauf der Expansion und der der Kompression pro Arbeitsspiel beliebig zueinander versetzt und/oder überlagert ablaufen kann.

58. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, ge kennzeichnet durch folgende Merkmale zur Erzielung sehr sauberen Abgases:

1. ein sehr hoher Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschinen anordnung läßt quantitativ weniger Abgas entstehen,
2. die Verbrennung verläuft praktisch kontinuierlich,
3. die Verbrennung erfolgt bei sehr hoher Temperatur, wodurch chem. Reaktionen rascher ablaufen,
4. es erfolgt Nutzung der chem. und inneren Energie des Abgases sowie der Bewegungsenergie,
5. das Abgas wird unter Taupunkt unterkühlt,
6. es wird ein Besprühen bzw. Auswaschen des Abgas stromes vorgenommen,
7. für chem. Umsetzungen ist eine längere Reaktions zeit verfügbar,
8. es wird eine annähernd stöchiometrische Verbrennung ermöglicht,
9. es ist ein wahlweiser Betrieb mit reinem Sauerstoff (O₂) vorgesehen.

59. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1 mit einer zugeordneten Lärm- und Wärmedämmung, ge kennzeichnet durch folgende Merkmale:

1. die vollständige Wärmedämmung der Kraftmaschine ist in Form einer geschlossenen Wärmekapsel aus gestaltet,
2. die Wärmekapsel ist abnehmbar ausgebildet,
3. das Isoliermaterial ist der örtlich jeweils auf tretenden Temperatur angepaßt,
4. es ist eine Umhüllung der sehr heißen Maschinen teile mit zumindest einer Vakuumisolierung vor gesehen.

60. Wärmekraftmaschinenanordnung mit einer Lärm- und Wärmedämmung nach Anspruch 59 unter Verwendung einer Vakuumisolierung, gekennzeichnet durch folgende Merk male:

1. der Vakuummantel ist aus Trägerelementen und darin eingepaßte Platten aufgebaut,
2. der Aufbau des Vakuummantels umfaßt geschlossene Einzelsegmente
3. es sind innenverspiegelte Vakuumwände vorgesehen,
4. es ist eine Verwendung des jeweils angrenzenden Maschinenteiles als Bauelement für den Vakuum mantel vorgesehen.

61. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß ein Brenner die thermische Wirkverbindung zwischen offenen und geschlossenem Prozeß bildet, und daß die Strömungsführung derart ausgebildet ist, daß der offene heißere Prozeß inner halb und der geschlossene kühlere Prozeß außerhalb geführt wird.

62. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß ein Brenner die thermische Wirkverbindung zwischen offenem und geschlossenem Prozeß bildet, und daß die Strömungsführung derart ausgebildet ist, daß der offene Prozeß außerhalb und der geschlossene Prozeß innerhalb geführt wird.

63. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß ein Brenner die thermische Wirkverbindung zwischen offenem und geschlossenem Prozeß bildet, und daß die Strömungsführung derart ausgebildet ist, daß der offene Prozeß zum Teil innerhalb und zum Teil außerhalb und daß der ge schlossene Prozeß zum Teil außerhalb und zum Teil innerhalb geführt wird.

64. Wärmekraftmaschinenanordnung mit einem Brenner nach Anspruch 61-63, zur Verbrennung von festen, flüssigen, gasförmigen und/oder dampfförmigen Brennstoffen, ge kennzeichnet durch folgende Merkmale:

1. der geschlossene Prozeß wird zur Kühlung der Brenn kammer herangezogen,
2. die Brennkammer ist etwa spiralförmig ausgebildet, derart daß eine stetige Umlenkung der Flamme und ein hoher Wärmeübergang an die Außenwand bewirkt wird,
3. der dem Brenner zuzuführende Sauerstoff (O₂) ist vorerhitzt und vorverdichtet,
4. die Brennkammer ist in Strömungsrichtung geneigt ausgebildet zur Erleichterung der Abfuhr von Asche teilchen,
5. bei dem Brenner erfolgt eine Nutzung der Abgas wärme zur Vorerhitzung des dem Brenner zuzuführenden Sauerstoffes (O₂) bzw. der Luft,
6. bei dem Brenner ist eine Vakuumelemente aufweisende Isolierung vorgesehen,
7. eine Weiterführung des dem Brenner entströmenden brennenden Brennstoff-Sauerstoff/ Luft-Gemisches erfolgt durch zwangsgesteuerte Gebläse,
8. es wird eine pulsierende Verbrennung in Abhängig keit von dem jeweils verwendeten Gebläse erzeugt,
9. die Ausbildung des Gebläses erfolgt vorzugsweise in der Ansaugleitung des Brenners.

65. Wärmekraftmaschinenanordnung mit einem Brenner nach Anspruch 61 bis Anspruch 64, wobei die Kühlung des Brenners gekennzeichnet ist durch folgende Merkmale:

1. ein geschlossener Flüssigkeitsmantel ist um die Brennkammer mit Ablaßventil vorhanden,
2. eine kontinuierliche und / oder diskontinuierliche dosierte Einspritzung von Kühlflüssigkeit auf die Außenseite der Brennkammer in das Arbeitsmedium des geschlossenen Kreises ist vorgesehen,
3. eine Zwangführung des Arbeitsmediums um die Brenn kammer ist vorgesehen,
4. durch Nutzung der Verdampfungswärme wird ein Er höhen der inneren Energie des Arbeitsmediums bzw. Arbeitsmittels bewirkt.

66. Wärmekraftmaschinenanordnung mit einem Brenner mit Kühlung nach Anspruch 65, wobei die Kühlung als Ein spritzkühlung ausgebildet ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

1. die Kühlung ist dosiert in Abhängigkeit vor der im Brenner durchgesetzten Brennstoffmenge,
2. die Kühlung ist dosiert in Abhängigkeit von der am Brenner auftretenden Temperatur,
3. die Einspritzung des Kühlmittels ist zeitverschoben ausgestaltet zur Bewegung der Flammenfront.

67. Wärmekraftmaschinenanordnung mit einem Brenner mit Kühlung nach Anspruch 65 wobei die Kühlung als stetige Kühlung ausgebildet ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

1. ein einstellbares Druckventil ist vorgesehen, um die Verdampfungstemperatur des Kühlmittels zu be stimmen,
2. die Kühlflüssigkeit umschließt den Brenner, wo durch ein hoher Wärmeübergang von der Brenner wand zum Kühlmittel erzielt wird,
3. die Kühlung ist derart ausgebildet, daß sich Kühl mitteldampf am Druckventil sammelt,
4. es ist eine Weiterverarbeitung des Kühlmitteldampfes in der Wärmekraftmaschinenanordnung vorgesehen,
5. in den Flüssigkeitsmantel um den Brenner erfolgt ein Zufluß von flüssigem Kühlmittel.

68. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, ge kennzeichnet durch eine Ausgestaltung für eine be triebsmäßige Verwendung von festen Brennstoffen, welche mittels einer Festkörperdosiereinrichtung gesteuert und geregelt wird.

69. Wärmekraftmaschinenanordnung mit Festkörperdosier einrichtung nach Anspruch 68, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

1. für die Zufuhr von staubförmiger bzw. körniger Brennstoffmasse ist ein Stetigförderer vorgesehen,
2. eine Mengenänderung der Brennstoffmasse erfolgt durch Verändern der Förderdrehzahl des Stetig förderers,
3. eine weitere Mengenänderung an Brennstoffmasse wird durch axiales Drücken des Stetigförderers bewirkt,
4. eine weitere Mengenänderung an Brennstoffmasse wird durch Verändern des Öffnungsquerschnittes in den Brenner bewirkt,
5. ein Verschließen des Feststoffbrenners wird mittels eines formschlüssigen Segmentes, welches am Stetig förderer angebracht ist, bewirkt,
6. innerhalb des Stetigförderers erfolgt zumindest eine Änderung des Aggregatzustandes des Brenn materials infolge hoher Innentemperatur,
7. der Stetigförderer ist zugleich auch für ein Aus gasen des festen Brennstoffes ausgebildet,
8. im Brenner wird ein Aufreißen des Brennstoffes durch eingeschlossene Gasblasen bewirkt.

70. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1 und Anspruch 71, dadurch gekennzeichnet, daß die Anord nung Energie in Form von Dampf speichern und an anderer Stelle Dampf als Energiezufuhr verarbeiten kann.

71. Wärmekraftmaschinen anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zumindest einen offenen und oder zumindest einen ge schlossenen Kreisprozeß als Antrieb und zumindest einen offenen und oder geschlossenen Kreisprozeß als Abtrieb, wobei jeweils zumindest ein aufgeführtes Merkmal oder eine Kombination der aufgeführten Merk male von jedem Element ausgebildet und angewandt wird;
Element: Antrieb

1. Antrieb durch zumindest eine offene herkömmliche Verbrennung,
2. Antrieb durch zumindest eine offene regenerative Verbrennung,
3. Antrieb durch zumindest eine teilweise regene rative Verbrennung, teilweise herkömmliche Ver brennung,
4. Antrieb durch zumindest eine offene Energiezu fuhr,
5. Antrieb durch zumindest eine geschlossene Energie zufuhr,
6. Antrieb durch zumindest eine geschlossene regene rative Energiezufuhr,

Element: Abtrieb - Kraftsystem

1. Abtrieb von zumindest einem offenen Kraftsystem, wobei Verdichtung und Expansion in einem Arbeits raum ablaufen,
2. Abtrieb von zumindest einem offenen Kraftsystem, wobei Verdichtung und Expansion in räumlich separaten Arbeitsräumen ablaufen,

72. Wärmekraftmaschinen anordnung nach Anspruch 71, gekennzeichnet durch die aufgeführten Elemente, wobei jeweils zumindest ein aufgeführtes Merkmal oder eine Kombination der aufgeführten Merkmale von jedem Element ausgebildet und angewandt wird;
Element: Stoffzufuhr

1. Zufuhr von Kältemittel in die Wärmekraftmaschinenanord.,
2. Zufuhr von Kühlmittel in die Wärmekraftmaschinenanord.,
3. Zufuhr von Arbeitsmittel in die Wärmekraftmaschinenan.,
4. Zufuhr von Energie (allgemein) in die Wärmekraftmasch.,
5. Zufuhr von Dampf (allgemein) in die Wärmekraftmasch.,
6. Zufuhr von Brennstoff in die Wärmekraftmaschinenanord.,
7. Zufuhr von Luft (Sauerstoff) in die Wärmekraftmasch.,
8. Kombination ein oder mehrer Stoffe der aufgeführten Merkmale 1 bis 7,

Element: Kühlmittel

1. Verwendung von Gas als Kühlmittel innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung,
2. Verwendung von Dampf als Kühlmittel innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung,
3. Verwendung von Flüssigkeit als Kühlmittel innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung,
4. Verwendung von Feststoff als Kühlmittel inner halb der Wärmekraftmaschinenanordnung,
5. Verwendung von keinen Stoffen als Kühlmittel inner halb der Wärmekraftmaschinenanordnung
6. Verwendung einer Kombination ein oder mehrerer Kühlmittel, aufgeführt in den Merkmalen 1 bis 5, innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung,

Element: Arbeitsmittel

1. Verwendung von Gas als Arbeitsmittel innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung,
2. Verwendung von Dampf als Arbeitsmittel innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnug,
3. Verwendung von Flüssigkeit als Arbeitsmittel innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung,
4. Verwendung von Feststoff als Arbeitsmittel inner halb der Wärmekraftmaschinenanordnung,
5. Verwendung von keinem Arbeitsmittel innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung,
6. Verwendung einer Kombination ein oder mehrerer Arbeitsmittel, aufgeführt in den Merkmalen 1 bis 5, innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung,

Element: Arbeitsmedium

1. Verwendung von Gas als Arbeitsmedium innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung,
2. Verwendung von Dampf als Arbeitsmedium innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung,
3. Verwendung von Flüssigkeit als Arbeitsmedium innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung,
4. Verwendung keines Arbeitsmediums innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung,
5. Verwendung von Feststoff als Arbeitsmedium inner halb der Wärmekraftmaschinenanordnung,
6. Verwendung einer Kombination ein oder mehrerer Arbeitsmedien, aufgeführt in den Merkmalen 1 bis 5, innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung,

Element: Regelung

1. Regelung der Wärmekraftmaschinenanordnung über die Kältemittelzufuhr,
2. Regelung der Wärmekraftmaschinenanordnung über die Arbeitsmittelzufuhr,
3. Regelung der Wärmekraftmaschinenanordnung über die Dampfmengenzufuhr,
4. Regelung der Wärmekraftmaschinenanordnung über die Kraftstoffmenge,
5. Regelung der Wärmekraftmaschinenanordnung über die Arbeitsmediummenge,
6. Regelung der Wärmekraftmaschinenanordnung mittels integrierter Strömungsmaschine,
7. Regelung der Wärmekraftmaschinenanordnung über die Luftzufuhrmenge,
8. Regelung der Wärmekraftmaschinenanordnung mittels Strahlungsmenge,
9. Wärmekraftmaschinenanordnung ohne Regelung,
10. Regelung der Wärmekraftmaschinenanordnung mittels einer Kombination aus ein oder mehreren der aufge führten Regelungsarten, aufgeführt in den Merk malen 1 bis 9,

Element: Dosiersysteme

1. Dosierung über eine herkömmliche Einspritzpumpe (z.B. Diesel-Einspritzpumpe),
2. Dosierung über eine modifizierte Einspritzpumpe, wie in den Ansprüchen 48 bis 51 näher bezeichnet,
3. Dosierung mittels Vergaser (herkömmlich)
4. Dosierung mittels Niederdruckeinspritzanlagen, (z.B. Benzineinspritzung)
5. Dosierung von festen Brennstoffen mittels einer Festkörperdosiereinrichtung,
6. Dosierung von Strahlungsintensität mittels Blende,
7. Dosierung mittels einer Kombination aus ein oder mehreren Dosiersystemen, aufgeführt in den Merk malen 1 bis 6,

Element: Energiezufuhr

1. Energiezufuhr, gekennzeichnet von zumindest einer Kombination von Merkmalen, die unter dem Anspruch 73 aufgeführt sind,
2. Wärmekraftmaschinenanordnung ohne Energiezufuhr,

Element: Energieabfuhr

1. Energieabfuhr, gekennzeichnet von zumindest einer Kombination von Merkmalen, die unter dem Anspruch 74 aufgeführt sind,
2. Wärmekraftmaschinenanordnung ohne Energieabfuhr,

Element: Verdichter

1. Verdichter, gekennzeichnet von zumindest einer Kombination von Merkmalen, die unter dem Anspruch 75 aufgeführt sind,
2. Wärmekraftmaschinenanordnung, welche ohne Verdichter arbeitet,

Element: Kondensator

1. Kondensator, gekennzeichnet von zumindest einer Kombination von Merkmalen, die unter dem Anspruch 76 aufgeführt sind,
2. Wärmekraftmaschinenanordnung, welche ohne Konden sator arbeitet,

Element: Medientrenner

1. Medientrenner, gekennzeichnet von zumindest einer Kombination von Merkmalen, die unter dem Anspruch 77 aufgeführt sind,
2. Wärmekraftmaschinenan ordnung welche ohne Medientrenner arbeitet,

Element: Medientransport

1. Medientransport, gekennzeichnet von zumindest einer Kombination von Merkmalen, die unter dem Anspruch 78 aufgeführt sind,
2. Wärmekraftmaschinenan ordnung welche ohne Medientransport arbeitet,

Element: Brenner

1. Brenner, gekennzeichnet von zumindest einer Kombination von Merkmalen, die unter dem Anspruch 79 aufgeführt sind,
2. Wärmekraftmaschinenan ordnung welche ohne Brenner arbeitet,

Element: Expansor

1. Expansor, gekenneichnet von zumindest einer Kombination von Merkmalen, die unter dem Anspruch 80 aufgeführt sind,
2. Wärmekraftmaschinenan ordnung welche ohne Expansor arbeitet.

73. Wärmekraftmaschinenanordnung mit einer speziellen Energiezufuhr nach Anspruch 71 und 72, gekenn zeichnet durch die aufgeführten Elemente, wobei jeweils zumindest ein aufgeführtes Merkmal oder eine Kombination der aufgeführten Merkmale von jedem Element ausgebildet und angewandt wird;
Element: Medium

1. Flüssigkeit als Medium für die Energiezufuhr,
2. Feststoff als Medium für die Energiezufuhr,
3. Gas als Medium für die Energiezufuhr,
4. Dampf als Medium für die Energiezufuhr,
5. Strahlung als Medium für die Energiezufuhr,
6. Energiezufuhr mittels einer Kombination aus ein oder mehreren der aufgeführten Medien, aufgeführt in den Merkmalen 1 bis 5,

Element: Energieabgabe

1. die Energiezufuhr erfolgt durch Energieabgabe eines kondensierenden Mediums,
2. die Energiezufuhr erfolgt durch Energieabgabe eines erstarrenden Mediums,
3. die Energiezufuhr erfolgt durch Energieabgabe eines resublimierenden Mediums,
4. die Energiezufuhr erfolgt durch Energieabgabe des Mediums, welches seine innere Energie ändert,
5. die Energiezufuhr erfolgt durch Energieabgabe des Mediums, welches sich chemisch umwandelt,
6. die Energiezufuhr erfolgt durch Energieabgabe des Mediums, welches strahlt,
7. die Energiezufuhr erfolgt mittels einer Kombi nation aus ein oder mehreren der aufgeführten Energieabgabearten, aufgeführt in den Merkmalen 1 bis 6,

Element: Wirkort

1. Energiezufuhr innerhalb der Wärmekraftmaschinen anordnung von innen heraus,
2. Energiezufuhr innerhalb der Wärmekraftmaschinen anordnung von außen hinein,
3. Energiezufuhr innerhalb der Wärmekraftmaschinen anordnung von innen und von außen,
4. Energiezufuhrort innerhalb der Wärmekraftmaschinen anordnung aus einer Kombination aus ein oder mehrerer aufgeführter Orte, aufgeführt in den Merk malen 1 bis 3,

Element: Wirkzeit

1. kontinuierliche Energiezufuhr innerhalb der Wärme kraftmaschinenanordnung,
2. diskontinuierliche Energiezufuhr innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung,
3. kontinuierliche Energiezufuhr innerhalb der Wärme kraftmaschinenanordnung, bezogen auf das Expansionsspiel,
4. diskontinuierliche Energiezufuhr innerhalb der Wärme kraftmaschinenanordnung, bezogen auf das Expansionsspiel,
5. kontinuierliche und diskontinuierliche Energiezu fuhr innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung mit Bezug auf das Expansionsspiel,
6. kontinuierliche und diskontinuierliche Energie zufuhr innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung ohne Bezug auf das Expansionsspiel,
7. Wirkzeit der Energiezufuhr mittels einer Kombi nation aus ein oder mehreren der aufgeführten Wirkzeitarten, aufgeführt in den Merkmalen 1 bis 6,

Element: Wirkmenge

1. Energiezufuhr mittels einer taktbezogenen dosierten Wirkmenge,
2. Energiezufuhr mittels einer taktbezogenen undosierten Wirkmenge,
3. Energiezufuhr mittels einer undosierten Wirk menge ohne Taktbezug,
4. Energiezufuhr mittels einer dosierten Wirkmenge ohne Taktbezug,
5. Energiezufuhr mittels dosierter und undosierter Wirkmengen taktbezogen,
6. Energiezufuhr mittels dosierter und undosierter Wirkmengen ohne Taktbezug,
7. Energiezufuhr mittels geregelter, taktbezogener Wirkmengen,
8. Energiezufuhr mittels geregelter Wirkmengen ohne Taktbezug,
9. Energiezufuhr mittels geregelter, dosierter und undosierter Wirkmengen taktbezogen,
10. Energiezufuhr mittels geregelter, dosierter und undosierter Wirkmengen ohne Taktbezug,
11. Energiezufuhr mittels geregelter, dosierter und undosierter Wirkmengen taktbezogen und oder teil weise ohne Taktbezug,
12. Energiezufuhr innerhalb der Wärmekraftmaschinen anordnung mittels einer Kombination aus ein oder mehreren der aufgeführten Wirkmengenarten, aufge führt in den Merkmalen 1 bis 11.

74. Wärmekraftmaschinenanordnung mit spezieller Energieabfuhr nach Anspruch 71 und 72, gekenn zeichnet durch die aufgeführten Elemente, wobei jeweils zumindest ein aufgeführtes Merkmal oder eine Kombination der aufgeführten Merkmale von jedem Element ausgebildet und angewandt wird;
Element: Medium

1. Flüssigkeit als Medium für die Energieabfuhr,
2. Feststoff als Medium für die Energieabfuhr,
3. Gas als Medium für die Energieabfuhr,
4. Dampf als Medium für die Energieabfuhr,
5. Strahlung als Medium für die Energieabfuhr,
6. Energieabfuhr mittels einer Kombination aus ein oder mehreren der aufgeführten Medien, aufgeführt in den Merkmalen 1 bis 5,

Element: Energieaufnahme

1. die Energieabfuhr erfolgt durch Energieaufnahme eines verdampfenden Mediums,
2. die Energieabfuhr erfolgt durch Energieaufnahme eines schmelzenden Mediums,
3. die Energieabfuhr erfolgt durch Energieaufnahme eines sublimierenden Mediums,
4. die Energieabfuhr erfolgt durch Energieaufnahme des Mediums, welches seine innere Energie ändert,
5. die Energieabfuhr erfolgt durch Energieaufnahme des Mediums, welches sich chemisch umwandelt,
6. die Energieabfuhr erfolgt durch Strahlung die Energieaufnahme durch ein Medium, welches Strahlung absorbiert,
7. die Energieabfuhr erfolgt mittels einer Kombi nation aus ein oder mehreren der aufgeführten Energieaufnahmearten, aufgeführt in den Merkmalen 1 bis 6,

Element: Wirkort

1. Energieabfuhr innerhalb der Wärmekraftmaschinen anordnung von innen heraus,
2. Energieabfuhr innerhalb der Wärmekraftmaschinen anordnung von außen hinein,
3. Energieabfuhr innerhalb der Wärmekraftmaschinen anordnung von innen und von außen,
4. Energieabfuhrort innerhalb der Wärmekraftmaschinen anordnung aus einer Kombination aus ein oder mehrerer aufgeführter Orte, aufgeführt in den Merkmalen 1 bis 3,

Element: Wirkzeit

1. kontinuierliche Energieabfuhr innerhalb der Wärme kraftmaschinenanordnung,
2. diskontinuierliche Energieabfuhr innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung
3. kontinuierliche Energieabfuhr innerhalb der Wärme kraftmaschinenanordnung, bezogen auf das Expansions spiel,
4. diskontinuierliche Energieabfuhr innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung, bezogen auf das Expansionsspiel,
5. kontinuierliche und diskontinuierliche Energieab fuhr innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung mit Bezug auf das Expansionsspiel,
6. kontinuierliche und diskontinuierliche Energie abfuhr innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung ohne Bezug auf das Expansionsspiel,
7. Wirkzeit der Energieabfuhr mittels einer Kombi nation aus ein oder mehreren der aufgeführten Wirkzeitarten, aufgeführt in den Merkmalen 1 bis 6,

Element: Wirkmenge

1. Energieabfuhr mittels einer taktbezogenen dosierten Wirkmenge,
2. Energieabfuhr mittels einer taktbezogenen undosierten Wirkmenge,
3. Energieabfuhr mittels einer undosierten Wirk menge ohne Taktbezug,
4. Energieabfuhr mittels einer dosierten Wirkmenge ohne Taktbezug,
5. Energieabfuhr mittels dosierter und undosierter Wirkmengen taktbezogen,
6. Energieabfuhr mittels dosierter und undosierter Wirkmengen ohne Taktbezug,
7. Energieabfuhr mittels geregelter, taktbezogener Wirkmengen,
8. Energieabfuhr mittels geregelter Wirkmengen ohne Taktbezug,
9. Energieabfuhr mittels geregelter, dosierter und undosierter Wirkmengen taktbezogen,
10. Energieabfuhr mittels geregelter, dosierter und undosierter Wirkmengen ohne Taktbezug,
11. Energieabfuhr mittels geregelter, dosierter und undosierter Wirkmengen taktbezogen und oder teil weise ohne Taktbezug,
12. Energieabfuhr innerhalb der Wärmekraftmaschinen anordnung mittels einer Kombination aus ein oder mehreren der aufgeführten Wirkmengenarten, aufge führt in den Merkmalen 1 bis 11.

75. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 71 und 72 mit einem Verdichter, gekenn zeichnet durch die aufgeführten Elemente, wobei jeweils zumindest ein aufgeführtes Merkmal oder eine Kombination der aufgeführten Merkmale von jedem Element ausgebildet und angewandt wird;
Element: Steuerung der Ein/und Auslässe

1. Steuerung der Ein/Auslässe einfach zwangsge steuert,(z.B. Nockenwelle)
2. Steuerung der Ein/Auslässe mehrfach zwangsge steuert, (z.B. zwei Nockenwellen)
3. Steuerung der Ein/Auslässe selbst steuernd
4. Ein/Auslässe ohne Steuerung,
5. Steuerung der Ein/Auslässe durch eine Kombi nation aus ein oder mehreren der aufgeführten Steuerungsarten, aufgeführt in den Merkmalen 1 bis 4,

Element: Kurbelkasten

1. Verdichter mit offenen (zur Atmosphäre) Kurbel kasten,
2. Verdichter mit verschlossenem (zur Atmosphäre) Kurbelkasten,
3. Verdichter mit teilweise offenen und/oder teil weise verschlossenem Kurbelkasten, (zur Atmosphäre)
4. Verdichter mit druckdicht verschlossenen Kurbel kasten, (zur Atmosphäre)
5. Verdichter ohne Kurbelkasten

76. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 71 und 72 mit zumindest einem Kondensator, gekenn zeichnet durch die aufgeführten Elemente, wobei jeweils zumindest ein aufgeführtes Merkmal oder eine Kombination der aufgeführten Merkmale von jedem Element ausgebildet und angewandt wird;
Element: Strömungsführung des wärmeaufnehmenden Teiles

1. Kondensator mit offenem Kühlprofil,
2. Kondensator mit geschlossenem Kühlprofil,
3. Kondensator ohne Kühlprofil,
4. Kondensator mit teilweise offenem, teilweise, geschlossenem Kühlprofil,

Element: Strömungsführung des wärmeabgebenden Teiles

1. Strömungsquerschnitt innerhalb des Kondensators ist nahezu konstant,
2. Strömungsquerschnitt innerhalb des Kondensators ist ungleichmäßig,
3. Strömung führt durch ein Kondensatbad,
4. die Strömung führt durch ein elektrisches und oder magnetisches Feld,
5. die Strömung führt durch einen Filter, wie im Anspruch 77 näher aufgeführt,
6. die Strömung führt durch mechanische Schleusen,
7. die Strömungsführung wird mittels einer Kombi nation aus ein oder mehreren der aufgeführten Arten, aufgeführt in den Merkmalen 1 bis 6, gelenkt,

77. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 71 und 72 mit zumindest einen Medientrenner, gekenn zeichnet durch die aufgeführten Elemente, wobei jeweils zumindest ein aufgeführtes Merkmal oder eine Kombination der aufgeführten Merkmale von jedem Element ausgebildet und angewandt wird;
Element: Medien

1. Gas als zumindest ein Teil der zu trennenden Medien,
2. Flüssigkeit als zumindest ein Teil der zu trennenden Medien,
3. Dampf als zumindest ein Teil der zu trennenden Medien,
4. Feststoff als zumindest ein Teil der zu trennenden Medien,
5. die Medientrennung vollzieht sich zwischen einer Kombination aus ein oder mehreren der aufgeführten Medien, aufgeführt in den Merkmalen 1 bis 4,

Element: Trennungsarten

1. mechanische Trennung der gemischten Medien,
2. elektrische Trennung der gemischten Medien,
3. magnetische Trennung der gemischten Medien,
4. chemische Trennung der gemischten Medien,
5. die Medientrennung vollzieht sich mittels einer Kombination aus ein oder mehreren der aufgeführten Trennungsarten, aufgeführt in den Merkmalen 1 bis 4,

Element: Trennungskraft

1. Medientrennung mittels Relativbewegung zwischen Mediengemisch und umfassendem Gehäuse,
2. Medientrennung mittels unterschiedlicher elek trischer Anziehung zwischen Mediengemisch und Gehäuse,
3. Medientrennung mittels unterschiedlicher mag netischer Anziehung zwischen Mediengemisch und Gehäuse,
4. Medientrennung mittels chemischer Bindung zu mindest eines der zu trennenden Medienteile,
5. Medientrennung mittels unterschiedlicher polarer Anziehungskraft zwischen Mediengemisch und Trennungsmittel,
6. Medientrennung mittels unterschiedlicher Schwer kraft innerhalb des Mediengemisches,
7. Medientrennung mittels einer Kombination aus ein oder mehreren der aufgeführten Trennungskräfte, aufgeführt in den Merkmalen 1 bis 6,

Element: Trennungsort

1. der Medientrenner als Trennungsort innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung,
2. der Wärmetauscher als Trennungsort innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung,
3. der Expansor als Trennungsort innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung,
4. der Verdichter als Trennungsort innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung,
5. der Medientransport als Trennungsort innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung,
6. der Kondensator als Trennungsort innerhalb der Wärmekraftmaschinenanordnung,
7. der Filter als Trennungsort innerhalb der Wärme kraftmaschinenanordnung,
8. Medientrennung innerhalb der Wärmekraftmaschinen anordnung mittels einer Kombination aus ein oder mehreren der aufgeführten Trennungsorte, aufge führt in den Merkmalen 1 bis 7.

78. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 71 und 72 mit zumindest einem Medientransport, gekenn zeichnet durch die aufgeführten Elemente, wobei jeweils zumindest ein aufgeführtes Merkmal oder eine Kombination der aufgeführten Merkmale von jedem Element ausgebildet und angewandt wird;
Element: Volumenstrom pro Zeiteinheit zu Verdichter volumen

1. Volumenstrom gleich Verdichtervolumen pro Zeit einheit,
2. Volumenstrom kleiner Verdichtervolumen pro Zeit einheit,
3. Volumenstrom größer Verdichtervolumen pro Zeit einheit,
4. Volumenstrom innerhalb der Wärmekraftmaschinen anordnung setzt sich aus einer Kombination aus ein oder mehreren der aufgeführten Volumenstrom verhältnissen zusammen, aufgeführt in den Merk malen 1 bis 3,

Element: Wirkeinheit (Gebläse - Wärmetauscher)

1. Wirkeinheit innerhalb der Wärmekraftmaschinen anordnung ohne Gebläse,
2. Wirkeinheit innerhalb der Wärmekraftmaschinen anordnung mit Gebläse,
3. Wirkeinheit innerhalb der Wärmekraftmaschinen anordnung teils mit, teils ohne Gebläse,

79. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 71 und 72 mit zumindest einen Brenner, gekennzeichnet durch die aufgeführten Elemente, wobei jeweils zumindest ein aufgeführtes Merkmal oder eine Kombination der aufgeführten Merkmale von jedem Element ausgebildet und angewandt wird;
Element: Aufbau

1. Brenner betrieben als offener Prozeß und die Kühlung betrieben als geschlossener Prozeß,
2. Brenner betrieben als offener Prozeß und die Kühlung betrieben als offener Prozeß,
3. Brenner betrieben als geschlossener Prozeß und die Kühlung betrieben als geschlossener Prozeß,
4. Brenner betrieben als geschlossener Prozeß und die Kühlung betrieben als offener Prozeß,
5. Brenner betrieben als teilweise offener, teil weise geschlossener Prozeß und die Kühlung betrieben als teilweise offener, teilweise ge schlossener Prozeß,
6. Brenner betrieben als offener Prozeß und die Kühlung betrieben als teilweise offener, teil weise geschlossener Prozeß,
7. Brenner betrieben als geschlossener Prozeß und die Kühlung betrieben als teilweise offener, teilweise geschlossener Prozeß,
8. Brenner betrieben als offener Prozeß und ohne Kühlung,
9. Brenner betrieben als geschlossener Prozeß und ohne Kühlung,

80. Wärmekraftmaschinenanordnung nach Anspruch 71 und 72 mit zumindest einen Expansor, gekennzeichnet durch die aufgeführten Elemente, wobei jeweils zumindest ein aufgeführtes Merkmal oder eine Kombination der aufgeführten Merkmale von jedem Element ausgebildet und angewandt wird;
Element: Stoffzufuhr

1. Stoffzufuhr dargestellt von einer konstanten von zumindest einer Arbeitsmediumsmenge und von einer konstanten von zumindest einer Arbeits mittelmenge,
2. Stoffzufuhr dargestellt von einer ungleichen von zumindest einer Arbeitsmediumsmenge und von einer konstanten von zumindest einer Arbeits mittelmenge,
3. Stoffzufuhr dargestellt von einer konstanten von zumindest einer Arbeitsmediumsmenge und von einer ungleichen von zumindest einer Arbeits mittelmenge,
4. Stoffzufuhr dargestellt von einer ungleichen von zumindest einer Arbeitsmediumsmenge und von einer konstanten von zumindest einer Arbeits mittelmenge,
5. Stoffzufuhr dargestellt von einer konstanten von zumindest einer Arbeitsmediumsmenge,
6. Stoffzufuhr dargestellt von einer ungleichen von zumindest einer Arbeitsmediumsmenge,
7. Stoffzufuhr dargestellt von einer konstanten von zumindest einer Arbeitsmittelmenge,
8. Stoffzufuhr dargestellt von einer ungleichen von zumindest einer Arbeitsmittelmenge,
9. Stoffzufuhr dargestellt von einer Kombination aus ein oder mehreren der aufgeführten Medien, aufgeführt in den Merkmalen 1 bis 8,

Element: Energiezufuhr

1. siehe hierzu Anspruch 73,

Element: Energieabfuhr

1. siehe hierzu Anspruch 74,

Element: Expansor - Ausbildung

1. Expansor - Ausbildung mit zumindest einem Haupt raum und zumindest einem konstanten Vorraum,
2. Expansor - Ausbildung mit zumindest einem Haupt raum und zumindest einen im Volumen veränderbaren Vorraum,
3. Expansor - Ausbildung mit zumindest einem Haupt raum ohne Vorraum,
4. Expansor - Ausbildung mit zumindest einen im Volumen veränderbaren Hauptraum und zumindest einen konstanten Vorraum,
5. Expansor - Ausbildung mit zumindest einen im Volumen veränderbaren Hauptraum und zumindest einen im Volumen veränderbaren Vorraum,
6. Expansor - Ausbildung mit zumindest einen im Volumen veränderbaren Hauptraum ohne Vorraum,

Element: Steuerung der Ein- und Auslässe

1. Ein- und Auslässe ohne Steuerung,
2. Ein- und Auslässe selbststeuernd,
3. zwangsgesteuerter Hauptraum und ungesteuerter Vorraum,
4. ungesteuerter Hauptraum und gesteuerter Vorraum,
5. zwangsgesteuerter Hauptraum und zwangsgesteuerter Vorraum,

Element: Isolierung

1. Expansor mit isoliertem Haupt- und Vorraum,
2. Expansor mit teilisoliertem Haupt- und teil isoliertem Nebenraum,
3. Expansor ohne Isolierung,
4. Expansor mit isoliertem Vorraum und nicht isoliertem Hauptraum,
5. Expansor mit isoliertem Hauptraum und nicht isoliertem Vorraum,

Element: Medientrenner

1. siehe hierzu Anspruch 77.