DE4119242C2 - Dampfkraftmaschine - Google Patents
DampfkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Dampfkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
und insbesondere auf eine Dampf
kraftmaschine, die die Abwärme eines Kraftfahrzeugmotors
für ein Aufladen für den Fahrzeugbetrieb oder die indu
strielle Abwärme einer ortsfesten Dampfmaschine ausnutzt.
Eine herkömmliche Dampfkraftmaschine, die nach dem Prinzip
des Rankine-Kreisprozesses arbeitet, umfaßt eine erste
Stufe, in welcher adiabatisch eine kondensierte Flüssig
keit durch eine Pumpe, z. B. eine Speisewasserpumpe, kompri
miert und die kondensierte Flüssigkeit einem Verdampfer,
z. B. einem Kessel, zugeführt wird, eine zweite Stufe, in
der die kondensierte Flüssigkeit unter dem gleichen Druck
mittels des Verdampfers erhitzt und in ein Arbeitsgas
(überhitzten Dampf) überführt wird, eine dritte Stufe, in
welcher das Arbeitsgas durch eine Expansionsmaschine, z. B.
eine Turbine, entspannt wird, und eine vierte Stufe, in
der das Abgas unter dem gleichen Druck durch einen Kon
densator gekühlt wird. Diese Art einer Dampfkraftmaschine
läßt eine mechanische Ausgangsleistung erreichen, indem
die obigen Stufen wiederholt durchlaufen werden.
Bei dieser herkömmlichen Dampfkraftmaschine sind die ein
zelnen Baueinheiten zur Durchführung der genannten vier
Stufen so miteinander verbunden, wie die beigefügte Fig. 2
zeigt. Die Expansionsmaschine 110 hat eine Expansionskammer
114, die durch einen drehenden Rotor 115 abgegrenzt wird.
In diese Expansionskammer 114 wird das Arbeitsgas vom Ver
dampfer 113 eingeleitet und entspannt. Von der Expansions
kammer 114 wird das Arbeitsgas nach Durchführung des Expan
sionsschritts zum Kondensator 111 geführt, der mit der Pum
pe 112 sowie dem Verdampfer 113 in Reihe angeordnet oder
geschaltet ist.
Bei einer solchen Art einer Dampfkraftmaschine wird die
Abwärme des Kraftfahrzeugmotors oder einer industriellen
Abwärmequelle genutzt, um das Arbeitsgas (überhitzten Dampf)
zu erlangen, indem die im Kondensator 111 kondensierte
Flüssigkeit unter gleichem Druck erhitzt wird.
Im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 wird von einer
Dampfkraftmaschine ausgegangen, wie sie oben unter Bezugnahme
auf Fig. 2 oder auch in der DE 28 38 670 A1 dargestellt ist.
Werden bei einer solchen Art einer Dampfkraftmaschine der
Anfangsdruck und die Anfangstemperatur des zur Expansions
kammer strömenden Arbeitsgases erhöht und der Druck des
zum Kondensator strömenden Gases abgesenkt, so ist es mög
lich, den theoretischen thermischen Wirkungsgrad zu ver
bessern.
Bei der Dampfkraftmaschine nach dem Stand der Technik war
jedoch das Druckverhältnis vor und nach der Expansionsstufe
ungeachtet des Drucks und der Temperatur des der Expansions
maschine zugeführten Arbeitsgases konstant, das sich stän
dig durch die Änderung in der dem Verdampfer zugeführten
Abwärmemenge ändert. Dadurch besteht keine Möglichkeit,
den Druck des Arbeitsgases, das von der Expansionsmaschine
nach Ausführen des Expansionsschritts zum Kondensator zu
rückgeführt wird, frei zu ändern. Das bedeutet beispiels
weise, daß ungeachtet eines Abfalls im der Außenlufttempe
ratur entsprechenden Sattdampfdruck durch eine Absen
kung in der Außenlufttemperatur, da das Arbeitsgas von der
Expansionsmaschine ohne Leisten einer ausreichenden Ent
spannungsarbeit abgeführt und das Arbeitsgas, dessen
Druck höher als dieser Sattdampfdruck ist, von der Expan
sionsmaschine aus in den Kondensator eingeführt wird, eine Ex
pansionsarbeitslast pro Strömungsmengeneinheit gering wird
und sich der Gesamtwirkungsgrad der Dampfkraftmaschine
vermindert.
Im gegensätzlichen Fall wird ungeachtet eines Anstiegs im
der Außenlufttemperatur entsprechenden Sattdampfdruck durch
eine Erhöhung der Außenlufttemperatur, wenn das Arbeitsgas
mit einem Druck, der niedriger ist als dieser Sattdampf
druck, von der Expansionsmaschine abgeführt wird, in dieser
Expansionsmaschine ein negatives Drehmoment erzeugt. Des
halb sinkt die abgenommene Entspannungsleistung ab und ver
mindert sich der Gesamtwirkungsgrad der Dampfkraftmaschine.
Der Erfindung liegt insofern die Aufgabe zugrunde, eine
verbesserte, die oben herausgestellten Nachteile überwinden
de Dampfkraftmaschine zu schaffen, die einen gesteigerten
Gesamtwirkungsgrad hat und deren spezifische Ausgangslei
stung erhöht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die technischen Merkmale im
Patentanspruch 1 gelöst.
Um diese Aufgabe zu lösen, wird eine Dampfkraftmaschine
geschaffen, die eine Expansionsmaschine, welche eine Ent
spannungsarbeit durch adiabatische Expansion des Arbeits
gases leistet, einen das von der Expansionsmaschine abge
führte Arbeitsgas durch Kühlung unter gleichem Druck kon
densierenden Kondensator, eine die vom Kondensator konden
sierte Flüssigkeit adiabatisch komprimierende Pumpe, einen
die kondensierte Flüssigkeit unter gleichem Druck erhitzen
den sowie in überhitzten Dampf, der als Arbeitsgas dient,
überführenden Verdampfer, einen ersten, den Verdampfer
mit einer Expansionskammer der Expansionsmaschine verbin
denden Kanal, einen zweiten, die Expansionskammer der Ex
pansionsmaschine über einen zweiten Ventilmechanismus mit
dem Kondensator verbindenden Kanal und einen im ersten Ka
nal angeordneten ersten Ventilmechanismus, um den Start-
oder Auslösezeitpunkt der adiabatischen Entspannung des
Arbeitsgases in der Expansionskammer einzuregeln, d. h. zu
justieren, umfaßt.
Gemäß der Erfindung wird der adiabatische Expansionszeit
punkt des Arbeitsgases in der Expansionskammer durch Ände
rung der Schließzeit des ersten Ventilmechanismus geändert,
und der Druck des von der Expansionsmaschine zum Kondensa
tor nach Durchführen des Entspannungsschritts zurückgeführ
ten Arbeitsgases ist gleich dem Druck im Kondensator. Da
durch ist die Möglichkeit gegeben, den Entspannungsvorgang
bei dem maximalen Wirkungsgrad durchzuführen. Ferner wird,
wenn die am Verdampfer zur Wirkung zu bringende Wärmezufuhr
hoch ist, d. h., wenn die Wärmeenergiemenge der Energiequel
le erhöht wird, die Schließzeit des ersten Ventilmechanis
mus verzögert und der Druck in der Expansionskammer unter
dem hohen Druckwert für eine lange Zeit gehalten. Dadurch
wird das von der Expansionsmaschine abgenommene Drehmoment
vergrößert. Das bedeutet, daß die erfindungsgemäße Dampf
kraftmaschine von der eingeschränkten Energiequelle eine
große Ausgangsleistung wirksam herauszieht, wenn die Wärme
menge nicht als ausreichende Energiequelle zugeführt wird.
Wenn die Wärmemenge als ausreichende Energiequelle zuge
führt wird, dann arbeitet die erfindungsgemäße Dampfkraft
maschine so, daß sie das notwendige Drehmoment aus einer
kleineren Maschine erzeugt.
Weitere Ziele wie auch die Merkmale und Vorteile der Er
findung werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen
Bezug nehmenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungs
beispiels für den Erfindungsgegenstand deutlich.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Dampfkraftma
schine gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Dampfkraft
maschine nach dem Stand der Technik;
Fig. 3 und 4 Kennkurven zu den Beziehungen zwischen einer
Ausgangsleistung einer Dampfkraftmaschine sowie einem
Zufuhr-Absperrgrad des Arbeitsgases und zwischen
einem Wirkungsgrad der Dampfkraftmaschine sowie
einem Zufuhr-Absperrgrad des Arbeitsgases bei dem
Erfindungsgegenstand.
Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Dampfkraftmaschine,
die eine Expansionsmaschine 10, einen Kondensator 11, eine
Pumpe 12, einen Verdampfer 13 sowie ein Steuergerät 20 um
faßt. Der Kondensator 11, die Pumpe 12 und der Verdampfer
13 sind mittels der Kanäle oder Leitungen 31 und 32 in
Reihe miteinander verbunden. Ein Fühler 21, der die Arbeits
gastemperatur oder den Arbeitsgasdruck ermittelt, ist im
Kondensator 11 untergebracht. Ein eine Expansionskammer
14 abgrenzender und mit einer (nicht dargestellten) Ab
triebswelle verbundener Rotor 15 ist als eine sich bewegen
de Einrichtung in der Expansionsmaschine 10 angeordnet.
Die Expansionskammer 14 ist mit dem Verdampfer 13 bzw. dem
Kondensator 11 durch einen ersten Kanal 33 bzw. einen zwei
ten Kanal 34 verbunden. Im ersten Kanal 33 befinden sich
ein erster Ventilmechanismus 16, 16′ zum Öffnen und Schlie
ßen dieses ersten Kanals 33 sowie ein Druckfühler 22, der
einen Zufuhrdruck des Arbeitsgases, das in die Expansions
kammer 14 strömt, ermittelt. Ein zweiter Ventilmechanismus
17, 17′ liegt im zweiten Kanal 34, um diesen zu öffnen
und zu schließen.
In der Expansionsmaschine 10 sind ein Druckfühler 23, der
den Arbeitsgasdruck in der Expansionskammer 14 feststellt,
und ein Stellungsfühler 23′, der die Drehposition des Ro
tors 15 ermittelt, angeordnet. In der Dampfkraftmaschine
sind Wasser oder Freon für ein oder als ein Arbeitsgas,
d. h. ein Arbeitsmedium, in einem abgeschlossenen Bereich
enthalten.
Das Steuergerät 20 hat verschiedene Funktionen, nämlich
jeden der Ventilmechanismen 16, 16′ und 17, 17′ zu öffnen
und zu schließen, ein Ermittlungssignal vom Fühler 21 mit
einem Ermittlungssignal vom Druckfühler 23 zu vergleichen,
ein Ermittlungssignal vom Stellungsfühler 23′ sowie ein
Ermittlungssignal vom Druckfühler 22 zu empfangen und die
vorstehend aufgeführten Funktionen in Verbindung miteinan
der systematisch zu kontrollieren.
Die oben beschriebene Ausführungsform einer Dampfkraftma
schine arbeitet in der folgenden Weise, wobei ein Rankine-
Kreisprozeß als Arbeitsprinzip zur Anwendung kommt und ein
mechanischer Ausgang von der (nicht dargestellten) Abtriebs
welle durch Wiederholen der wohlbekannten Schritte in Rei
henfolge erlangt wird. Wenn die Außenlufttemperatur einer
Änderung unterliegt und der Arbeitsgasdruck oder die Ar
beitsgastemperatur im Kondensator 11 geändert wird, so wird
das vom Fühler 21 ermittelte Druck- oder Temperatursignal
zum Steuergerät 20 überführt. Ist der Fühler 21 ein Druck
fühler, dann wird das ermittelte Drucksignal im Steuergerät
20 als ein Druck Pmin empfangen. Ist der Fühler 21 ein Tem
peraturfühler, dann wird das ermittelte Temperatursignal
in das Drucksignal mit Hilfe einer bekannten Sattdampf-
Druckkurve im Steuergerät 20 umgewandelt und das umgewan
delte Drucksignal dann im Steuergerät 20 als ein Druck
Pmin verwendet. Ferner wird das Drehpositionssignal für
den Rotor 15, das durch den Stellungsfühler 23′ ermittelt
wird, wie auch der Arbeitsgaszufuhrdruck Pmax, der durch
den Druckfühler 22 festgestellt wird, im Steuergerät 20
empfangen. Darüber hinaus empfängt das Steuergerät 20 den
Druck PLo des Arbeitsgases, das von der Expansionsmaschine
10 nach Durchführung des Expansionsschritts zum Kondensator
11 zurückgeführt wird.
Es ist zu bemerken, daß der Druck PLo durch den Arbeitsgas
zufuhrdruck Pmax und einen Zufuhr-Absperrgrad Ro des Ar
beitsgases bestimmt wird und die unten angegebene Formel
erfüllt. Der Zufuhr-Absperrgrad Ro des Arbeitsgases ist
ein Maß des Zentrums 0′ des Rotors 15 zum Zentrum 0 des
Gehäuses der Expansionsmaschine 10 hin (ein Kardinalpunkt
ist eine Bedingung, wobei der Rotor 15 in einem oberen Tot
punkt sich befindet) und ist ein Maß des Zentrums 0′ des
Rotors 15, wobei nach dem oberen Totpunkt die ersten Ventil
mechanismen 16, 16′ geschlossen sind. Dieser Zufuhr-Absperr
grad Ro des Arbeitsgases wird durch das Steuergerät 20 in
Abhängigkeit vom Drehpositionssignal des Rotors 15, das
durch den Stellungsfühler 23′ ermittelt wird, berechnet.
Soweit die Rückkehr zur Ausgangsposition betroffen ist,
wird eine Seite des Rotors 15 mit 1080° gedreht.
PLo = Pmax × [{VM + VH (1 - cos <2 Ro/3 <)/3 <)/2}/{VM + VH}]K
Hierin sind:
VM: Totvolumen der Expansionskammer,
VH: variables Volumen der Expansionskammer,
K: spez. Wärmeverhältnis des Arbeitsgases.
VH: variables Volumen der Expansionskammer,
K: spez. Wärmeverhältnis des Arbeitsgases.
Das bedeutet, daß man durch Änderung des Zufuhr-Absperrgra
des Ro des Arbeitsgases in der Lage ist, den Druck PLo zu
regeln. Wenn der Druck PLo größer als der Druck Pmin ist,
so wird durch das Steuergerät 20 die Schließzeit der ersten
Ventilmechanismen 16, 16′ vorwärts verschoben, um den Zu
fuhr-Absperrgrad Ro des Absperrgases zu vermindern. Ist
dagegen der Druck PLo kleiner als der Druck Pmin, so wird
die Schließzeit der ersten Ventilmechanismen 16, 16′ durch
das Steuergerät 20 verzögert, um dadurch den Zufuhr-Absperr
grad Ro des Arbeitsgases zu vergrößern.
Wie oben gesagt wurde, wird bei dieser Ausführungsform die
Zufuhr des Arbeitsgases zur Expansionskammer 14 hin durch
die ersten Ventilmechanismen 16, 16′ geregelt, um den Druck
PLo gleich dem Druck Pmin zu machen, und dadurch ist man
in der Lage, die Ausgangsleistung unter dem maximalen Wir
kungsgrad zu erlangen.
Es wird im folgenden erläutert, daß der Wirkungsgrad η der
Dampfkraftmaschine durch Ändern des Zufuhr-Absperrgrades
Ro des Arbeitsgases so geregelt werden kann und daß die Aus
gangsleistung bei maximalem Wirkungsgrad erhalten wird,
wenn der Druck PLo gleich dem Druck Pmin ist.
Es wird auf die Fig. 3 Bezug genommen. Wenn sich der Zufuhr-
Absperrgrad Ro des Arbeitsgases unter der Bedingung, wobei
die Temperatur der starken Wärmequelle 100°C und die Konden
sationstemperatur 50°C beträgt, ändert, so ändert sich der
Wirkungsgrad η (Ro) der Dampfkraftmaschine gemäß der Kurve
I-η (Ro). Bei dieser Bedingung ist der Zufuhr-Absperrgrad
Ro des Arbeitsgases, bei dem der maximale Wirkungsgrad er
langt wird, 122°, und der Druck PLo des Arbeitsgases, das
nach dem Expansionsschritt von der Expansionsmaschine 10
zum Kondensator 11 zurückgeführt wird, wird mit Hilfe der
obigen Formel mit etwa 2,5 bar berechnet. Andererseits ist
der kritische Druck, d. h. der Druck Pmin im Kondensator 11,
der der Kondensationstemperatur von 50°C entspricht und durch
eine bekannte Sattdampfdruckkurve des Arbeitsgases erhalten
wird, 2,5 bar und gleich dem Druck PLo. Fällt durch einen
Abfall der Außenlufttemperatur die Kondensationstemperatur
auf 25°C, so ändert sich der Wirkungsgrad (Ro) der Dampf
kraftmaschine in der Weise, wie die Kurve II-η (Ro) zeigt.
Unter dieser Bedingung ist der Zufuhr-Absperrgrad Ro des
Arbeitsgases, bei dem der maximale Wirkungsgrad erreicht
wird, 82°, und der Druck des nach dem Expansionsschritt von
der Expansionsmaschine 10 zum Kondensator 11 zurückgeführten
Arbeitsgases wird durch die obige Formel mit etwa 1,3 bar
berechnet. Andererseits ist der kritische Druck, d. h. der
Druck Pmin im Kondensator 11, der der Kondensationstempera
tur von 25°C entspricht und durch eine bekannte Sattdampf
druckkurve des Arbeitsgases erhalten wird, etwa 1,2 bar und
gleich dem Druck PLo.
Wie oben gesagt wurde, ist man gemäß der Erfindung in der
Lage, den Wirkungsgrad η der Dampfkraftmaschine durch Ändern
des Zufuhr-Absperrgrades Ro für das Arbeitsgas zu regeln,
so daß die Dampfkraftmaschine den Expansionsvorgang bei dem
maximalen Wirkungsgrad durchführt.
Durch die zweiten Ventilmechanismen 17 und 17′ wird das Ar
beitsgas, das in der Expansionskammer adiabatisch expandiert
wird, zum Kondensator 11 geleitet, d. h., die zweiten Ventil
mechanismen 17, 17′ werden geöffnet, wenn die Expansionskam
mer 14 ein maximales Volumen hat (ein Maß R eines Zentrums
0′ des Rotors zu einem Zentrum 0 des Gehäuses der Expansionsma
schine 10 hin beträgt (wobei ein Kardinalpunkt ein Zustand
ist, in dem der Rotor 15 in einem oberen Totpunkt ist) 270°).
Die zweiten Ventilmechanismen 17 und 17′ werden geschlossen,
wenn die Expansionskammer 14 ein minimales Volumen hat (das
Maß R beträgt 540°).
Ferner ist bei der in Rede stehenden Ausführungsform ein
Wärmezufuhrfühler 24 am Verdampfer 13 angeordnet, welcher
die dem Verdampfer 13 vermittelte Wärmezufuhr feststellt.
Das vom Fühler 24 ermittelte Wärmezufuhrsignal wird dem
Steuergerät 20 eingegeben, das die Expansionsmaschine 10
in Abhängigkeit von diesem Signal steuert, d. h., das Steuer
gerät 20 steuert den Öffnungs- und Schließgrad der Ventil
mechanismen 16, 16′, 17 und 17′, um den Expansionsvorgang
bei maximalem Wirkungsgrad durchzuführen, wie oben erwähnt
wurde, wenn die Wärmezufuhr schwach ist. Ist die Wärmezu
fuhr stark, so steuert das Gerät 20 das Öffnen und Schlie
ßen der beiden Ventilmechanismen 16, 16′ und 17, 17′ derart,
daß die Schließzeit der ersten Ventilmechanismen 16, 16′
verzögert wird, so daß also eine große Menge an Arbeitsgas
in die Expansionskammer 14 geführt wird. Dadurch kann die
Expansionsmaschine 10 nicht den maximalen Wirkungsgrad erlan
gen, jedoch kann von der Expansionsmaschine 10 eine große
Ausgangsleistung abgenommen werden.
Die Fig. 4 zeigt in einem Beispiel Änderungen der Ausgangs
leistung P und des Wirkungsgrades η mit Bezug auf den Zufuhr-
Absperrgrad Ro für das Arbeitsgas. Wenn, wie Fig. 4 zeigt,
der Zufuhr-Absperrgrad Ro des Arbeitsgases bis auf etwa
180° verzögert wird, so fällt der Wirkungsgrad η auf einen
Wert etwas über 7% ab und wird die Ausgangsleistung P auf
4,2 kW angehoben (ist der Absperrgrad Ro gleich 110°, so
ist die Ausgangsleistung 2,6 kW).
Bei der in Rede stehenden Ausführungsform wird als Expan
sionsmaschine eine Rotor-Expansionsmaschine der Wankel-
Bauart verwendet, wobei der Rotor mit Bezug zum Gehäuse der
Maschine dreht. Jedoch kann im Fall der vorliegenden Erfin
dung auch eine Rotor-Expansionsmaschine der Wankel-Bauart
verwendet werden, wobei das Gehäuse der Expansionsmaschi
ne mit Bezug zur Welle des Rotors dreht. Da es in diesem
Fall schwierig ist, den Druck in der Expansionskammer zu
ermitteln, wird der Druck PLo aus dem Arbeitsgas-Zufuhr
druck Pmax und dem Zufuhr-Absperrgrad Ro des Arbeitsgases
mit der obigen Formel berechnet, wobei der erste Ventilmecha
nismus in gleicher Weise wie bei der obigen Ausführungsform
gesteuert wird. Ferner ist die Erfindung auch auf eine Ex
pansionsmaschine der hin- und hergehenden Kolbenbauart an
wendbar.
Wenn die verwertbare Wärmeenergie sich in Abhängigkeit von
einem Betriebs- oder Fahrzustand ändert, also beispielsweise
die Abgaswärmeenergie einer Kraftfahrzeugmaschine, oder wenn
die Abwärmeenergie klein ist, dann wird gemäß der Erfindung
die Zeit, während welcher der erste Ventilmechanismus offen
ist, vermindert (z. B. wird der erste Ventilmechanismus ge
schlossen, wenn das Maß R um 110° hinter dem oberen Totpunkt
liegt) und der Wirkungsgrad der Dampfkraftmaschine gestei
gert. Dadurch ist man in der Lage, eine größere Ausgangs
leistung mit dem maximalen Wirkungsgrad aus der begrenzten
oder beschränkten Wärmeenergiequelle zu entnehmen. Wenn da
gegen die Abwärme groß oder hoch ist, so wird die Zeit,
während welcher der erste Ventilmechanismus offen ist, ver
längert (z. B. wird der erste Ventilmechanismus geschlossen,
wenn das Maß R um 180° hinter dem oberen Totpunkt liegt).
Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, eine große Ausgangs
leistung bei begrenzter Drehzahl der Maschine zu entnehmen.
Eine erfindungsgemäße Dampfkraftmaschine umfaßt eine Expan
sionsmaschine, die durch adiabatische Expansion des Arbeits
gases eine Expansionsarbeit ausführt, einen Kondensator,
der das von der Expansionsmaschine abströmende Arbeitsgas
mittels einer Kühlung unter dem gleichen Druck kondensiert,
eine Pumpe, die die durch den Kondensator kondensierte Flüs
sigkeit adiabatisch komprimiert, einen Verdampfer, der die
kondensierte Flüssigkeit unter dem gleichen Druck erhitzt
und die kondensierte Flüssigkeit in überhitzten Dampf, der
als das Arbeitsgas dient, überführt, einen ersten Kanal,
der den Verdampfer mit einer Expansionskammer der Expan
sionsmaschine verbindet, einen zweiten Kanal, der die Ex
pansionsmaschine mit dem Kondensator mittels eines zweiten
Ventilmechanismus verbindet, sowie einen ersten, in den
ersten Kanal eingesetzten Ventilmechanismus, um die Start
zeit für die adiabatische Expansion des Arbeitsgases in der
Expansionskammer einzuregeln. Durch diese Ausbildung wird
der Zeitpunkt der adiabatischen Expansion des Arbeitsgases
in der Expansionskammer eingestellt, indem die Schließzeit
des ersten Ventilmechanismus eingeregelt und der Druck des
von der Expansionsmaschine nach Durchführen des Expansions
schritts zum Kondensator zurückgeführten Arbeitsgases gleich
dem Druck im Kondensator gemacht wird. Dadurch ist die Mög
lichkeit gegeben, den Expansionsvorgang mit dem maximalen
Wirkungsgrad durchzuführen.
Vorstehend wurden die Grundgedanken, eine Ausführungsform
und Betriebsarten des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf die beschriebenen
Einzelheiten beschränkt, vielmehr sind dem Fachmann bei
Kenntnis der vermittelten Lehre Abwandlungen und Abände
rungen an die Hand gegeben, die jedoch als in den Rahmen
der Erfindung fallend anzusehen sind.
Claims (7)
1. Dampfkraftmaschine, die umfaßt:
- - eine eine Expansionsarbeit durch adiabatische Entspannung eines Arbeitsgases ausführende Expansionsmaschine (10),
- - einen das von der Expansionsmaschine abgeführte Arbeits gas mittels einer Kühlung unter dem gleichen Druck kondensierenden Kondensator (11),
- - eine die durch den Kondensator kondensierte Flüssigkeit adiabatisch komprimierende Pumpe (12),
- - einen die kondensierte Flüssigkeit unter dem gleichen Druck erhitzenden sowie die kondensierte Flüssigkeit in überhitzten Dampf als das Arbeitsgas überführenden Verdampfer (13),
- - einen ersten, den Verdampfer (13) mit einer Expansions kammer (14) der Expansionsmaschine (10) über einen ersten Ventilmechanismus (16, 16′) verbindenden Strömungskanal (33) und,
- - einen zweiten, die Expansionskammer (14) der Expansions maschine mit dem Kondensator (11) über einen zweiten Ventilmechanismus (17, 17′) verbindenden Strömungskanal (34)
dadurch gekennzeichnet, daß
der erste Ventilmechanismus (16, 16′) den ersten
Strömungskanal (33) öffnet oder schließt, um die
Anfangszeit der adiabatischen Entspannung des Arbeitsgases
in der Expansionskammer (14) einzustellen und den Druck des
nach Durchführen des Entspannungsschritts von der
Expansionskammer (14) zum Kondensator (11) abgeführten
Arbeitsgases zu ändern.
2. Dampfkraftmaschine nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
ein Steuergerät (20), das den Öffnungs- und Schließvorgang
des ersten Ventilmechanismus (16, 16′) steuert, um im
Kondensator (11) einen Druck des Arbeitsgases zu erreichen,
der annähernd einem Druck des von der Expansionskammer (14)
nach Durchführen des Entspannungsschritts abgeführten
Arbeitsgases gleich ist.
3. Dampfkraftmaschine nach Anspruch 2,
gekennzeichnet durch
einen Fühler (21), der einen Druck oder eine Temperatur des
Arbeitsgases im Kondensator (11) ermittelt, und durch einen
Druckfühler (22), der einen Druck des Arbeitsgases im
ersten Strömungskanal (33) ermittelt, wobei durch das
Steuergerät (20) die Zufuhr des Arbeitsgases zur
Expansionskammer (14) über den ersten Ventilmechanismus
(16, 16′) derart steuerbar ist, daß der Druck des von der
Expansionskammer (14) nach Durchführen des
Entspannungsschritts abgeführten Arbeitsgases und welcher
aus dem ermittelten Drucksignal des Druckfühlers (22)
berechnet wird, gleich dem vom Fühler (21) ermittelten
Druck oder dem aus der vom Fühler (21) ermittelten
Temperatur berechneten Druck wird, so daß der
Entspannungsvorgang mit hohem Wirkungsgrad durchgeführt
wird.
4. Dampfkraftmaschine nach Anspruch 2,
gekennzeichnet durch
einen Fühler (21), der einen Druck oder eine Temperatur des
Arbeitsgases im Kondensator (11) ermittelt, und durch einen
Druckfühler (23), der einen Druck des Arbeitsgases in der
Expansionskammer (14) ermittelt, wobei durch das
Steuergerät (20) die Zufuhr des Arbeitsgases zur
Expansionskammer (14) über den ersten Ventilmechanismus
(16, 16′) derart steuerbar ist, daß der Druck des von der
Expansionskammer nach Durchführen des Entspannungsschritts
abgeführten Arbeitsgases und welcher von dem Druckfühler
(23) ermittelt wird, gleich dem von dem Fühler (21)
ermittelten Druck oder dem aus der vom Fühler (21)
ermittelten Temperatur berechneten Druck wird, so daß der
Entspannungsschritt mit hohem Wirkungsgrad durchgeführt
wird.
5. Dampfkraftmaschine nach Anspruch 3 und 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Steuergerät (20) ein der Wärmezufuhr zum Verdampfer
(13) entsprechendes Signal empfängt und, daß durch das
Steuergerät (20) der Öffnungs- sowie Schließvorgang des
ersten Ventilmechanismus (16, 16′) derart steuerbar ist,
daß der Entspannungsvorgang mit hohem Wirkungsgrad abläuft,
wenn die Wärmezufuhr gering ist, und daß durch das
Steuergerät (20) der Öffnungs- sowie Schließvorgang des
ersten Ventilmechanismus (16, 16′) derart steuerbar ist,
daß die Schließzeit des ersten Ventilmechanismus verzögert
wird, um die Zufuhrmenge an Arbeitsgas zur Expansionskammer
(14) zu erhöhen, wenn die Wärmezufuhr stark ist.
6. Dampfkraftmaschine nach Anspruch 5,
gekennzeichnet durch
einen die dem Verdampfer (13) vermittelte Wärmezufuhr
erfassenden Fühler (24).
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2152706A JP2511176B2 (ja) | 1990-06-13 | 1990-06-13 | 蒸気原動機 |
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---|---|
DE4119242A1 DE4119242A1 (de) | 1992-02-06 |
DE4119242C2 true DE4119242C2 (de) | 1994-02-10 |
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Family Applications (1)
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