EP2711509A2 - Method and thermal engine for the utilisation of waste heat or geothermal heat - Google Patents

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EP2711509A2
EP2711509A2 EP13002654.5A EP13002654A EP2711509A2 EP 2711509 A2 EP2711509 A2 EP 2711509A2 EP 13002654 A EP13002654 A EP 13002654A EP 2711509 A2 EP2711509 A2 EP 2711509A2
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EP
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cylinder
piston
heat
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heat transfer
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    • F01K7/34—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being of extraction or non-condensing type; Use of steam for feed-water heating
    • F01K7/36—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being of extraction or non-condensing type; Use of steam for feed-water heating the engines being of positive-displacement type

Definitions

  • the invention relates to a method and a modified hot gas heat engine for utilization of waste heat or geothermal heat, or, generally speaking, heat at a relatively low temperature level, in particular in a temperature range extending to about the boiling point of water, in particular for generating electrical current.
  • waste heat or geothermal heat or, generally speaking, heat at a relatively low temperature level, in particular in a temperature range extending to about the boiling point of water, in particular for generating electrical current.
  • Such categories of heat can not be exploited for the generation of electric power or generally for the production of labor, since conventional power machines for driving electric generators can not operate with it.
  • a hot gas heat engine operates, unlike conventional reciprocating engines or gas or steam turbines, with gas remaining within the engine and not replaced.
  • a hot gas engine is known in the form of the Stirling engine.
  • the Stirling engine which always requires two pistons, has a permanently heated cylinder area and a permanently cooled cylinder area between which the working gas is moved back and forth. In the heated cylinder chamber, the working gas expands and does work, and contracts again in the cooled cylinder chamber.
  • the object of the invention is therefore to provide a method and a modified hot gas heat engine, with which considerable benefits can be implemented, and with which in particular a much more intense heat input is possible to perform mechanical work, which is used in particular for power generation.
  • the invention aims to be able to effectively exploit waste heat or heat at a relatively low temperature level, which otherwise could hardly be used except for heating purposes.
  • the heat input into the cylinder chamber of the hot gas heat engine according to the invention takes place immediately and without delay.
  • the registered amount of heat is not dependent on the size of the cylinder chamber surface, but can be controlled by the amount of the injected heat transfer medium.
  • the liquid heat transfer medium preferably water
  • the liquid heat transfer medium can preferably be heated by absorbing waste heat.
  • the waste heat can come, for example, from cooling towers of power plants, in which the heat absorbed by the cooling water when trickling through the cooling tower is used in the hot gas heat engine as useful heat.
  • the heat absorbed by the cooling water when trickling through the cooling tower is used in the hot gas heat engine as useful heat.
  • the modified hot gas heat engine according to the invention differs considerably from the principle of the known Stirling engine in that the heat input does not take place by heat conduction through the cylinder wall, but by direct injection of a liquid heat transfer medium into a cylinder space.
  • the injection takes place in the form of a cloud of droplets, so that the liquid heat transfer medium as quickly and intensively comes into contact with the gas in the cylinder chamber, and the heat exchange between the heat transfer medium and the gas takes place quickly and intensely. Due to gravity then takes place a separation of the droplets from the heated gas, and the cooled by the heat exchange heat transfer fluid accumulates in the bottom region of the cylinder chamber and flows through openings in a liquid collection chamber.
  • the in-cylinder pressurized gas expands further from the heat input from the injected liquid heat transfer medium and drives the piston, either along the cylinder in a reciprocating piston, or along its orbit in a rotary piston.
  • the heated by the heat input through the heat transfer fluid gas cools down again due to the work and cooled cylinder walls and can be reheated when re-heat.
  • the heat transfer medium must be liquid so that it separates from the in-cylinder, pressurized gas by gravity. Nevertheless, it may be possible to use wet steam in a temperature range which causes the wet steam in the course of heat dissipation to the gas located in the cylinder chamber condenses and precipitates as condensation.
  • the sump for the spent heat transfer medium is of course closed and is under the pressure of the cylinder chamber.
  • the liquid can be discharged as needed, according to the liquid level in the collecting chamber, controlled by a valve.
  • the control can be done for example by a float valve.
  • the cylinder is arranged lying, and in each case a cylinder space is formed in the cylinder on both sides of the piston.
  • the hot heat transfer medium is injected alternately into the one and the other cylinder chamber and heats the gas located in the respective cylinder chamber, so that the piston each is moved from the just-heated cylinder chamber in the direction of the other cylinder chamber.
  • the heat engine with rotary piston forms the trained as in Wankel engine, in cross-section approximately triangular piston between itself and the inner wall of the housing 3 with the rotary piston surrounding and thereby changing in volume chambers.
  • the hot heat transfer medium is always injected in the same position.
  • the cooled heat transfer medium separated from the gas by gravity passes to the discharge ports leading into the collection chamber, and the circumferentially following portion of the housing wall is cooled to allow the gas to cool while the gas is flowing relevant chamber moves with the rotation of the piston further into the position where hot heat transfer medium is injected again.
  • the gas in the cylinder or working chambers is preferably air, but may be any other gas. Since due to the constant flow rate of liquid heat transfer medium gas can dissolve in this and can get out with the used heat transfer medium out of the machine, the cylinder or the housing is provided with a gas inlet valve, through which standing under the working pressure of gas from a compressed gas source in the Cylinder chambers or working chambers can flow in order to maintain the gas pressure in it.
  • the cooling of the cylinder or housing wall can be effected by means of a cooling medium which circulates through cooling channels in the cylinder or housing wall. It can be used as a cooling medium, a refrigerant application that cools the cylinder or housing wall well below ambient temperature to accelerate the cooling of the gas and to generate the largest possible temperature gradient between the hot liquid heat transfer medium and the gas at the time of injection of the heat transfer medium ,
  • the cylinder or housing wall is insulated by an insulation against the outside air or environment, so that heat from the environment can not enter the cylinder or housing wall.
  • a reversal is of course not required, since the rotary piston moves continuously rotating.
  • a reciprocating piston design requires a cyclic reversal, thereby controlling the introduction of the hot heat transfer medium into one or the other cylinder space. This can be done by means of controlled valves, for example in the form of a rotary valve, in order to control the supply of the hot heat transfer medium in one or the other cylinder chamber, and intervene temporarily, if necessary.
  • the valve control can be effected in dependence on the piston position, which can be detected by mechanical or other sensors, which are either assigned to the cylinder chambers to detect the achievement of a respective intended end position of the piston, or which can be arranged in a central region of the cylinder can react to counter-elements on the piston circumference.
  • the piston is preferably designed as a plunger, which has a relatively large axial extent with its piston skirt, but is provided in its central region each with large, the volume of the cylinder chambers enlarging depressions.
  • the gap between the piston skirt and the cylinder wall can be so dimensioned that the piston, so to speak, slides on a gas film, and a very good seal is ensured due to the length of the thin gap.
  • the piston since the cylinder is arranged horizontally, the piston can also have rollers in its lower region in order to avoid friction losses.
  • the output of the heat engine in the reciprocating piston embodiment may be in the usual manner by means of a piston rod passing through the end wall of one of the cylinder chambers, or the piston may be formed as a free piston, and the piston skirt may be in the center region of the cylinder interact with piezoelectric generators, as described in the European patent EP 2 013 965 B1 are known, the Shapiezode interact with the piston skirt and convert its linear movement directly into electricity.
  • the piston may be provided with one or more ring magnets which move with the piston displacement within a stator axially extending over a corresponding length, these ring magnets and the stator forming the electric linear generator.
  • Fig. 1 and 2 each show in axial section a heat engine according to the invention with reciprocating piston and horizontally arranged cylinder.
  • the cylinder 1 has on both sides of the piston 2 displaceable therein back and forth two cylinder chambers 11 and 12, which are filled with a pressurized gas, preferably air.
  • piston 2 Trained as a free piston and displaceable in the cylinder 1 piston 2 has a piston skirt 21 with considerable axial extent and has on both sides of large, the volume of the respective cylinder chamber magnifying depressions 22. Between the piston 2 and the cylinder wall 13, a thin sealing gap is formed, which acts like a labyrinth seal, but can slide the piston 2 practically on a gas cushion.
  • the piston has rollers 23 in its lower region in order to enable a low-friction piston displacement in the cylinder 1.
  • lines 3 and 4 are provided for supplying hot heat transfer medium, in particular hot water in the one or the other cylinder chamber 11, 13 respectively via spray nozzles 31 and 41 in the upper region and preferably in the end wall region of the respective cylinder chamber eleventh , 12 out.
  • the cylinder wall 13 is also formed with a thermal insulation 14, which serves to prevent the influx of heat from outside the cylinder.
  • the cylinder wall is provided with cooling channels 15, through which a coolant flows, in order to cool the cylinder wall, so that the gas in the cylinder chambers is cooled.
  • the coolant is circulated in the embodiment by a coolant pump 6 through the cooling channels 15. The cylinder wall is thereby permanently cooled.
  • hot heat transfer medium in particular hot water
  • the gas in the cylinder chamber 12 is greatly heated and expands and drives the piston 2 to the left.
  • the injected liquid hot heat transfer medium trickles through the cylinder chamber 11 by gravity and collects in the bottom region of the cylinder chamber, where it flows through openings in a collection chamber 6. From the collecting chamber 6, this is discharged as a function of the level of the collected liquid and cooled heat transfer medium through a controlled valve.
  • the controlled valve may be a float valve.
  • control valve 5 controls the supply of the liquid heat transfer medium in the other, so now the left cylinder chamber 12 to.
  • the gas in the right cylinder chamber 11 has already cooled slightly due to the work and is further cooled by the cooled cylinder wall.
  • the cylinder wall can be permanently cooled because the strong and rapid heat input caused by the injected hot heat transfer medium direct heat transfer to the gas, which then does work and then cools down again on the cylinder wall.
  • electronic sensors 7 may be provided which detect the reaching of the respective end position by the piston 2 and cause the reversal via the control valve 5.
  • the output takes place in the embodiment by piezoelectric generators 8, which may be arranged in the center region of the cylinder 1 like a wreath around the entire circumference of the cylinder and, as already mentioned, the European patent EP 2013 965 B1 can correspond to the concept described.
  • the stepping piezoelectric packages of these piezoelectric generators 8 interact directly with the piston skirt 21, which moves in the axial direction during the reciprocating movement of the piston relative to the stationary piezoelectric generators 8.
  • another conventional electric linear generator can be used to convert the piston movement directly into electrical energy.
  • FIG. 2 shows the right part of the FIG. 1 in an enlarged view, to make the details more visible.
  • the left part of the Fig. 1 also shows schematically an arrangement for utilizing waste heat for heating the used in the heat engine liquid heat transfer medium, in particular water.
  • a chamber 16 is flowed through by an inlet 17 and an outlet 18 of hot exhaust gas from a process, such as combustion, while its heat from water, which is sprayed through spray nozzles 19 as cold water into the chamber 16, this trickles through and thereby Heat from that receives hot process exhaust gas, and finally collects in the lower part of the chamber 16 as hot water, from where it can be removed and fed to the heat engine as a heat transfer medium.
  • a compressed gas refill valve 51 is provided, can be refilled by which compressed gas into the corresponding cylinder chamber 11 when the gas pressure in the cylinder chambers 11 and 12 should decrease by gas losses, because in the liquid spent heat transfer medium dissolved gas with the spent heat transfer medium is derived.
  • FIG. 3 shows in achssenkrechte cross section an embodiment of the heat engine according to the invention with rotary piston.
  • the cylinder 10 and the rotary piston 20 have the known from Wankelmotor ago form.
  • the rotary piston is approximately triangular in cross-section with rounded sides and three sealing edges 201, each sliding along the inner wall of the cylinder 10.
  • hot heat transfer medium is introduced through an inlet 110 into the cylinder chamber located in each case in the region of this inlet.
  • the volume of the relevant cylinder chamber which varies during the circulation in the cylinder, is small and the gas is therefore compressed.
  • the gas is heated, expands and drives the rotary piston 20 at.
  • the chamber in question continues to circulate, it enters the region of drain holes 120 leading into a spent heat transfer medium collection chamber 130.
  • the spent heat transfer medium as described above, depending on the level, for example, be discharged via a designed as a float valve controlled valve.
  • the chamber volume increases, as shown by the chamber 103, whereby the gas cools down and accelerates at an accelerated rate. Cooling of the cylinder wall outside the cylinder wall region, in which the injection of the hot heat transfer medium takes place, is advantageous and can be similar to that with respect to the FIGS. 1 and 2 described embodiment carried out.

Abstract

The method involves driving a rotary piston (20) by hot gas that stays under pressure in cylinder chambers (101-103) of a cylinder (10) of a heat engine. The hot gas is injected into the chambers through injection of hot heat carrier medium i.e. water, in liquid or wet-vaporous state into the chambers. The used heat carrier medium is collected as fluid in a base area of the chambers and discharged to a collecting chamber. A compressed gas-refilling valve is arranged in an end area of the cylinder for refilling compressed gas in the chambers. An independent claim is also included for a hot gas-heat engine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine modifizierte Heißgas-Wärmekraftmaschine zur Nutzbarmachung von Abwärme oder geothermischer Wärme, oder, generell gesagt, von Wärme auf relativ niedrigem Temperatumiveau, insbesondere in einem etwa bis zum Siedepunkt von Wasser reichenden Temperaturbereich, insbesondere zum Erzeugen von elektrischem Strom. Solche Kategorien von Wärme können bisher nicht zur Erzeugung von elektrischem Strom oder generell zur Erzeugung von Arbeitsleistung ausgenutzt werden, da sich herkömmliche Kraftmaschinen zum Antrieb elektrischer Generatoren damit nicht betreiben lassen.The invention relates to a method and a modified hot gas heat engine for utilization of waste heat or geothermal heat, or, generally speaking, heat at a relatively low temperature level, in particular in a temperature range extending to about the boiling point of water, in particular for generating electrical current. Such categories of heat can not be exploited for the generation of electric power or generally for the production of labor, since conventional power machines for driving electric generators can not operate with it.

Eine Heißgas-Wärmekraftmaschine arbeitet, in Gegensatz zu üblichen Kolbenmotoren oder Gas- oder Dampfturbinen, mit innerhalb des Motors verbleibendem und nicht ausgetauschtem Gas.A hot gas heat engine operates, unlike conventional reciprocating engines or gas or steam turbines, with gas remaining within the engine and not replaced.

Ein Heißgasmotor ist in Gestalt des Stirlingmotors bekannt. Beim Stirlingmotor, der stets zwei Kolben benötigt, ist ein permanent erhitzter Zylinderbereich und ein permanent gekühlter Zylinderbereich vorhanden, zwischen denen das Arbeitsgas hin und her bewegt wird. Im erhitzten Zylinderraum dehnt sich das Arbeitsgas aus und leistet Arbeit, und zieht sich im gekühlten Zylinderraum wieder zusammen.A hot gas engine is known in the form of the Stirling engine. The Stirling engine, which always requires two pistons, has a permanently heated cylinder area and a permanently cooled cylinder area between which the working gas is moved back and forth. In the heated cylinder chamber, the working gas expands and does work, and contracts again in the cooled cylinder chamber.

Nachteilig ist bei dem bekannten Stirlingmotor, dass die gesamte, zum Beheizen des heißen Zylinderraums zugeführte Wärme durch die dicke Zylinderwand zugeführt werden muss, was zwar die Benutzung jeder beliebigen Art von zur Zylinderwand zuführbaren Wärme ermöglicht, aber dem Stirlingmotor eine erhebliche Trägheit aufzwingt. Zu dieser Trägheit trägt auch der Umstand bei, dass das Arbeitsgas bei jedem Zyklus zwischen dem heißen Zylinderraum und dem kalten Zylinderraum durch relativ enge Kanäle verschoben werden muss. Außerdem können heißer Bereich und kalter Bereich beim Stirlingmotor nicht vertauscht werden. Größere Energiemengen können daher mit dem Stirlingmotor nicht umgesetzt werden.A disadvantage of the known Stirling engine, that the entire, for heating the hot cylinder chamber supplied heat must be supplied through the thick cylinder wall, which indeed allows the use of any type of heat supplied to the cylinder wall, but imposes considerable inertia on the Stirling engine. This inertia is also due to the fact that the working gas is interposed between each cycle hot cylinder space and the cold cylinder space must be moved through relatively narrow channels. In addition, the hot area and cold area of the Stirling engine can not be reversed. Larger amounts of energy can therefore not be implemented with the Stirling engine.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine modifizierte Heißgas-Wärmekraftmaschine zu schaffen, mit welcher erhebliche Leistungen umgesetzt werden können, und mit der insbesondere ein wesentlich intensiverer Wärmeeintrag möglich ist, um mechanische Arbeit leisten zu können, die insbesondere zur Stromerzeugung dient.The object of the invention is therefore to provide a method and a modified hot gas heat engine, with which considerable benefits can be implemented, and with which in particular a much more intense heat input is possible to perform mechanical work, which is used in particular for power generation.

Insbesondere bezweckt die Erfindung dabei, Abwärme oder Wärme auf relativ niedrigem Temperaturniveau effektiv ausnutzen zu können, die sonst außer zu Heizzwecken kaum mehr nutzbar gemacht werden könnte.In particular, the invention aims to be able to effectively exploit waste heat or heat at a relatively low temperature level, which otherwise could hardly be used except for heating purposes.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren und die im Anspruch 2 angegebene Wärmekraftmaschine gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved according to the invention by the method specified in claim 1 and the specified in claim 2 heat engine. Advantageous developments and refinements of the invention are the subject of the dependent claims.

Aufgrund der Einspritzung des Wärmeträgermediums, vorzugsweise heißes Wasser, in die Zylinderkammern erfolgt der Wärmeeintrag in die Zylinderkammer der erfindungsgemäßen Heißgas-Wärmekraftmaschine unmittelbar und ohne Verzögerung. Die eingetragene Wärmemenge ist nicht von der Größe der Zylinderkammeroberfläche abhängig, sondern kann durch die Menge des eingespritzten Wärmeträgermediums gesteuert werden. Dadurch kann bei entsprechend großem Zylinderraum wesentlich mehr Wärme pro Zeiteinheit in die Zylinderkammer eingetragen werden, als dies bei bloßem Wärmeleitungsdurchgang durch die Zylinderwand möglich wäre.Due to the injection of the heat transfer medium, preferably hot water, in the cylinder chambers, the heat input into the cylinder chamber of the hot gas heat engine according to the invention takes place immediately and without delay. The registered amount of heat is not dependent on the size of the cylinder chamber surface, but can be controlled by the amount of the injected heat transfer medium. As a result, with a correspondingly large cylinder space, considerably more heat per unit of time can be introduced into the cylinder chamber than would be possible with mere heat conduction passage through the cylinder wall.

Das flüssige Wärmeträgermedium, vorzugsweise Wasser, kann vorzugsweise durch Aufnahme von Abwärme erhitzt werden. Die Abwärme kann beispielsweise aus Kühltürmen von Kraftwerksanlagen stammen, in dem die vom Kühlwasser beim Hindurchrieseln durch den Kühlturm aufgenommene Wärme in der Heißgas-Wärmekraftmaschine als Nutzwärme eingesetzt wird. Dadurch wird zuvor nicht mehr ausnutzbare Abwärme in Nutzwärme umgewandelt und zugleich die Umwelt weniger belastet. Ebenso können andere Arten von Abwärme aus industriellen Prozessen in nutzbare Energie umgewandelt werden.The liquid heat transfer medium, preferably water, can preferably be heated by absorbing waste heat. The waste heat can come, for example, from cooling towers of power plants, in which the heat absorbed by the cooling water when trickling through the cooling tower is used in the hot gas heat engine as useful heat. As a result, previously no longer exploitable waste heat is converted into useful heat and at the same time less polluting the environment. Similarly, other types of waste heat from industrial processes can be converted into usable energy.

Die erfindungsgemäße modifizierte Heißgas-Wärmekraftmaschine unterscheidet sich vom Prinzip des bekannten Stirlingmotors ganz wesentlich dadurch, dass der Wärmeeintrag nicht durch Wärmeleitung durch die Zylinderwand hindurch erfolgt, sondern durch unmittelbares Einspritzen eines flüssigen Wärmeträgermediums in einen Zylinderraum. Das Einspritzen erfolgt in Gestalt einer Tröpfchenwolke, so dass das flüssige Wärmeträgermedium möglichst schnell und intensiv mit dem Gas im Zylinderraum in Berührung kommt, und der Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeträgermedium und dem Gas schnell und intensiv stattfindet. Aufgrund der Schwerkraft findet dann eine Abscheidung der Tröpfchen von dem erwärmten Gas statt, und die durch den Wärmeaustausch abgekühlte Wärmeträgerflüssigkeit sammelt sich im Bodenbereich des Zylinderraums und fließt dort durch Öffnungen in eine Flüssigkeitssammelkammer. Das im Zylinder befindliche, unter Druck stehende Gas dehnt sich durch die Wärmeaufnahme von dem eingespritzten flüssigen Wärmeträgermedium weiter aus und treibt den Kolben an, entweder entlang des Zylinders bei einem hin und her gehenden Kolben, oder entlang seiner Kreisbahn bei einem Kreiskolben. Das durch den Wärmeeintrag durch die Wärmeträgerflüssigkeit erhitzte Gas kühlt sich durch die Arbeitsleistung sowie an gekühlten Zylinderwänden wieder ab und kann beim erneuten Wärmeeintrag wieder aufgeheizt werden.The modified hot gas heat engine according to the invention differs considerably from the principle of the known Stirling engine in that the heat input does not take place by heat conduction through the cylinder wall, but by direct injection of a liquid heat transfer medium into a cylinder space. The injection takes place in the form of a cloud of droplets, so that the liquid heat transfer medium as quickly and intensively comes into contact with the gas in the cylinder chamber, and the heat exchange between the heat transfer medium and the gas takes place quickly and intensely. Due to gravity then takes place a separation of the droplets from the heated gas, and the cooled by the heat exchange heat transfer fluid accumulates in the bottom region of the cylinder chamber and flows through openings in a liquid collection chamber. The in-cylinder pressurized gas expands further from the heat input from the injected liquid heat transfer medium and drives the piston, either along the cylinder in a reciprocating piston, or along its orbit in a rotary piston. The heated by the heat input through the heat transfer fluid gas cools down again due to the work and cooled cylinder walls and can be reheated when re-heat.

Das Wärmeträgermedium muss flüssig sein, damit es sich von dem im Zylinder befindlichen, unter Druck stehenden Gas durch Schwerkraft abscheidet. Dennoch kann es möglich sein, auch Nassdampf in einem Temperaturbereich zu verwenden, der dazu führt, dass der Nassdampf im Zuge der Wärmeabgabe an das in der Zylinderkammer befindliche Gas kondensiert und als Kondenswasser ausfällt.The heat transfer medium must be liquid so that it separates from the in-cylinder, pressurized gas by gravity. Nevertheless, it may be possible to use wet steam in a temperature range which causes the wet steam in the course of heat dissipation to the gas located in the cylinder chamber condenses and precipitates as condensation.

Die Auffangwanne für das verbrauchte Wärmeträgermedium ist selbstverständlich geschlossen und steht unter dem Druck des Zylinderraums. Aus der Auffangkammer kann die Flüssigkeit nach Bedarf, entsprechend dem Flüssigkeitspegel in der Auffangkammer, gesteuert durch ein Ventil, abgelassen werden. Die Steuerung kann beispielsweise durch ein Schwimmerventil erfolgen. Bei der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine mit hin und her gehendem Kolben ist der Zylinder liegend angeordnet, und im Zylinder ist beiderseits des Kolbens jeweils ein Zylinderraum gebildet. Das heiße Wärmeträgermedium wird abwechselnd in den einen und den anderen Zylinderraum eingespritzt und beheizt das im jeweiligen Zylinderraum befindliche Gas, so dass der Kolben jeweils aus der gerade beheizten Zylinderkammer in Richtung zur anderen Zylinderkammer verschoben wird.The sump for the spent heat transfer medium is of course closed and is under the pressure of the cylinder chamber. From the collecting chamber, the liquid can be discharged as needed, according to the liquid level in the collecting chamber, controlled by a valve. The control can be done for example by a float valve. In the embodiment of the heat engine according to the invention with reciprocating piston, the cylinder is arranged lying, and in each case a cylinder space is formed in the cylinder on both sides of the piston. The hot heat transfer medium is injected alternately into the one and the other cylinder chamber and heats the gas located in the respective cylinder chamber, so that the piston each is moved from the just-heated cylinder chamber in the direction of the other cylinder chamber.

Bei der Ausbildung der Wärmekraftmaschine mit Drehkolben bildet der wie beim Wankelmotor ausgebildete, im Querschnitt etwa dreieckige Kolben zwischen sich und der Innenwand des Gehäuses 3 mit dem Drehkolben umlaufende und sich dabei im Volumen verändernde Kammern. Dort wird das heiße Wärmeträgermedium stets in der gleichen Position eingespritzt. Während die betreffende Kammer sich mit der Drehung des Kolbens weiter bewegt, gelangt das durch Schwerkraftabscheidung vom Gas getrennte abgekühlte Wärmeträgermedium zu den in die Sammelkammer führenden Auslassöffnungen, und der in Umfangsrichtung folgende Bereich der Gehäusewand wird gekühlt, damit das Gas sich abkühlen kann, während die betreffende Kammer sich mit der Drehung des Kolbens weiter bis in die Position bewegt, wo erneut heißes Wärmeträgermedium eingespritzt wird.In the formation of the heat engine with rotary piston forms the trained as in Wankel engine, in cross-section approximately triangular piston between itself and the inner wall of the housing 3 with the rotary piston surrounding and thereby changing in volume chambers. There, the hot heat transfer medium is always injected in the same position. As the chamber in question continues to move with the rotation of the piston, the cooled heat transfer medium separated from the gas by gravity passes to the discharge ports leading into the collection chamber, and the circumferentially following portion of the housing wall is cooled to allow the gas to cool while the gas is flowing relevant chamber moves with the rotation of the piston further into the position where hot heat transfer medium is injected again.

Das Gas in den Zylinder- bzw. Arbeitskammern ist vorzugsweise Luft, kann aber auch jedes andere Gas sein. Da aufgrund des ständigen Durchsatzes von flüssigem Wärmeträgermedium Gas sich in diesem lösen kann und mit dem verbrauchten Wärmeträgermedium aus der Maschine heraus gelangen kann, ist der Zylinder bzw. das Gehäuse mit einem Gaseinlassventil versehen, durch welches unter dem Arbeitsdruck stehendes Gas aus einer Druckgasquelle in die Zylinderkammern oder Arbeitskammern nachströmen kann, um den Gasdruck darin aufrecht zu erhalten.The gas in the cylinder or working chambers is preferably air, but may be any other gas. Since due to the constant flow rate of liquid heat transfer medium gas can dissolve in this and can get out with the used heat transfer medium out of the machine, the cylinder or the housing is provided with a gas inlet valve, through which standing under the working pressure of gas from a compressed gas source in the Cylinder chambers or working chambers can flow in order to maintain the gas pressure in it.

Die Kühlung der Zylinder- oder Gehäusewand kann mittels eines Kühlmediums erfolgen, das durch Kühlkanäle in der Zylinder- oder Gehäusewand zirkuliert. Dabei kann als Kühlmedium auch ein Kältemittel Anwendung finden, das die Zylinder- oder Gehäusewand weit unter die Umgebungstemperatur kühlt, um das Abkühlen des Gases zu beschleunigen und ein möglichst großes Temperaturgefälle zwischen dem heißen flüssigen Wärmeträgermedium und dem Gas im Zeitpunkt des Einspritzens des Wärmeträgermediums zu erzeugen. In diesem Fall ist die Zylinder- oder Gehäusewand durch eine Isolation gegen die Außenluft oder Umgebung isoliert, damit nicht Wärme aus der Umgebung in die Zylinder- oder Gehäusewand eintreten kann.The cooling of the cylinder or housing wall can be effected by means of a cooling medium which circulates through cooling channels in the cylinder or housing wall. It can be used as a cooling medium, a refrigerant application that cools the cylinder or housing wall well below ambient temperature to accelerate the cooling of the gas and to generate the largest possible temperature gradient between the hot liquid heat transfer medium and the gas at the time of injection of the heat transfer medium , In this case, the cylinder or housing wall is insulated by an insulation against the outside air or environment, so that heat from the environment can not enter the cylinder or housing wall.

Bei einer Ausführung der Wärmekraftmaschine mit Drehkolben ist eine Umsteuerung natürlich nicht erforderlich, da sich der Drehkolben kontinuierlich drehend bewegt. Bei der Ausführung mit hin und her gehendem Kolben ist eine zyklische Umsteuerung erforderlich, wodurch die Einleitung des heißen Wärmeträgermediums in den einen oder in den anderen Zylinderraum gesteuert wird. Dies kann mittels gesteuerten Ventilen erfolgen, beispielsweise in Gestalt eines Drehschiebers, um die Zufuhr des heißen Wärmeträgermediums in den einen oder in den anderen Zylinderraum zu steuern, und dazwischen gegebenenfalls kurzzeitig zu unterbrechen. Die Ventilsteuerung kann dabei in Abhängigkeit von der Kolbenposition erfolgen, die durch mechanische oder andere Sensoren erfasst werden kann, die entweder den Zylinderkammern zugeordnet sind, um das Erreichen einer jeweils vorgesehenen Endstellung des Kolbens zu erfassen, oder die in einem mittleren Bereich des Zylinders angeordnet sein können, um auf Gegenelemente am Kolbenumfang zu reagieren.In an embodiment of the heat engine with rotary piston, a reversal is of course not required, since the rotary piston moves continuously rotating. In the A reciprocating piston design requires a cyclic reversal, thereby controlling the introduction of the hot heat transfer medium into one or the other cylinder space. This can be done by means of controlled valves, for example in the form of a rotary valve, in order to control the supply of the hot heat transfer medium in one or the other cylinder chamber, and intervene temporarily, if necessary. The valve control can be effected in dependence on the piston position, which can be detected by mechanical or other sensors, which are either assigned to the cylinder chambers to detect the achievement of a respective intended end position of the piston, or which can be arranged in a central region of the cylinder can react to counter-elements on the piston circumference.

Der Kolben ist vorzugsweise als Plungerkolben ausgebildet, der mit seinem Kolbenmantel eine relativ große axiale Ausdehnung hat, in seinem zentralen Bereich aber jeweils mit großen, die Volumen der Zylinderkammern vergrößernden Vertiefungen versehen ist. Bei großer axialer Länge des Kolbenmantels kann der Spalt zwischen Kolbenmantel und Zylinderwand so bemessen sein, dass der Kolben gewissermaßen auf einem Gasfilm gleitet, und eine sehr gute Abdichtung wird aufgrund der Länge des dünnen Spalts gewährleistet ist. Da der Zylinder liegend angeordnet ist, kann der Kolben in seinem unteren Bereich außerdem auch Rollen haben, um Reibungsverluste zu vermeiden.The piston is preferably designed as a plunger, which has a relatively large axial extent with its piston skirt, but is provided in its central region each with large, the volume of the cylinder chambers enlarging depressions. With a large axial length of the piston skirt, the gap between the piston skirt and the cylinder wall can be so dimensioned that the piston, so to speak, slides on a gas film, and a very good seal is ensured due to the length of the thin gap. In addition, since the cylinder is arranged horizontally, the piston can also have rollers in its lower region in order to avoid friction losses.

Der Abtrieb der Wärmekraftmaschine kann bei der Ausführungsform mit hin und her gehendem Kolben in üblicher Weise mittels einer Kolbenstange erfolgen, die durch die Endwand einer der Zylinderkammern hindurch geführt ist, oder der Kolben kann als Freikolben ausgebildet sein, und der Kolbenmantel kann im Mittenbereich des Zylinders mit Piezogeneratoren zusammenwirken, wie sie aus dem europäischen Patent EP 2 013 965 B1 bekannt sind, deren Schrittpiezopakete mit dem Kolbenmantel zusammenwirken und dessen lineare Bewegung direkt in elektrischen Strom umwandeln.The output of the heat engine in the reciprocating piston embodiment may be in the usual manner by means of a piston rod passing through the end wall of one of the cylinder chambers, or the piston may be formed as a free piston, and the piston skirt may be in the center region of the cylinder interact with piezoelectric generators, as described in the European patent EP 2 013 965 B1 are known, the Schrittpiezopakete interact with the piston skirt and convert its linear movement directly into electricity.

Jedoch können auch herkömmliche Lineargeneratoren zum Einsatz kommen. Dazu kann der Kolben mit einem oder mehreren Ringmagneten versehen sein, der oder die sich mit der Kolbenverschiebung innerhalb eines sich axial über eine entsprechende Länge erstreckenden Stators bewegen, wobei diese Ringmagnete und der Stator den elektrischen Lineargenerator bilden.However, conventional linear generators can also be used. For this purpose, the piston may be provided with one or more ring magnets which move with the piston displacement within a stator axially extending over a corresponding length, these ring magnets and the stator forming the electric linear generator.

Bei der Ausführungsform mit Drehkolben erfolgt der Abtrieb natürlich über die Kolbenwelle. Aber auch hier können Piezogeneratoren, wie in dem genannten europäischen Patent EP 2 013 965 B1 beschrieben sind, unmittelbar mit einer von der Drehkolbenwelle angetriebenen Scheibe oder Trommel zusammenwirken und Strom erzeugen.In the embodiment with rotary piston, the output of course takes place via the piston shaft. But here too piezoelectric generators, as in the cited European patent EP 2 013 965 B1 are described, interact directly with a driven by the rotary shaft pulley or drum and generate electricity.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen anhand der anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben.The invention will be described below with reference to embodiments with reference to the accompanying drawings in more detail.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1
eine Wärmekraftmaschine nach der Erfindung mit hin und her gehendem Kolben im Axialschnitt,
Fig. 2
in vergrößerter Darstellung einen Teil der Wärmekraftmaschine nach Fig. 1, und
Fig. 3
in schematischer Darstellung eine Wärmekraftmaschine nach der Erfindung mit Drehkolben in senkrechtem Querschnitt.
In the drawings shows:
Fig. 1
a heat engine according to the invention with reciprocating piston in axial section,
Fig. 2
in an enlarged view of a part of the heat engine after Fig. 1 , and
Fig. 3
in a schematic representation of a heat engine according to the invention with rotary piston in a vertical cross-section.

Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils im Axialschnitt eine Wärmekraftmaschine nach der Erfindung mit hin und her gehendem Kolben und liegend angeordnetem Zylinder.The Fig. 1 and 2 each show in axial section a heat engine according to the invention with reciprocating piston and horizontally arranged cylinder.

Der Zylinder 1 hat beiderseits des darin hin und her verschiebbaren Kolbens 2 zwei Zylinderkammern 11 und 12, die mit einem unter Druck stehenden Gas, vorzugsweise Luft gefüllt sind.The cylinder 1 has on both sides of the piston 2 displaceable therein back and forth two cylinder chambers 11 and 12, which are filled with a pressurized gas, preferably air.

Der als Freikolben ausgebildete und im Zylinder 1 verschiebbare Kolben 2 hat einen Kolbenmantel 21 mit erheblicher axialer Ausdehnung und weist an beiden Seiten große, das Volumen der jeweiligen Zylinderkammer vergrößernde Vertiefungen 22 auf. Zwischen dem Kolben 2 und der Zylinderwand 13 ist ein dünner Dichtspalt gebildet, der wie eine Labyrinthdichtung wirkt, aber den Kolben 2 praktisch auf einem Gaspolster gleiten lässt. Zusätzlich hat der Kolben in seinem unten liegenden Bereich Rollen 23, um eine reibungsarme Kolbenverschiebung im Zylinder 1 zu ermöglichen.Trained as a free piston and displaceable in the cylinder 1 piston 2 has a piston skirt 21 with considerable axial extent and has on both sides of large, the volume of the respective cylinder chamber magnifying depressions 22. Between the piston 2 and the cylinder wall 13, a thin sealing gap is formed, which acts like a labyrinth seal, but can slide the piston 2 practically on a gas cushion. In addition, the piston has rollers 23 in its lower region in order to enable a low-friction piston displacement in the cylinder 1.

In der Zylinderwand 13 sind Leitungen 3 und 4 zur Zuführung von heißem Wärmeträgermedium, insbesondere von heißem Wasser in die eine oder andere Zylinderkammer 11, 13 vorgesehen, die jeweils über Sprühdüsen 31 bzw. 41 im oberen Bereich und vorzugsweise auch im Endwandbereich der jeweiligen Zylinderkammer 11, 12 ausmünden. Ein Steuerventil 5, das in Fig. 1 als Drehschieberventil beispielsweise dargestellt ist, steuert die Zufuhr von heißem Wärmeträgermedium aus einer Wärmeträgermediumquelle zu der einen oder anderen Zylinderkammer 11, 12, sowie gegebenenfalls dazwischenliegende kurze Unterbrechungen.In the cylinder wall 13 lines 3 and 4 are provided for supplying hot heat transfer medium, in particular hot water in the one or the other cylinder chamber 11, 13 respectively via spray nozzles 31 and 41 in the upper region and preferably in the end wall region of the respective cylinder chamber eleventh , 12 out. A control valve 5, which in Fig. 1 is shown as a rotary valve, for example, controls the supply of hot heat transfer medium from a heat transfer medium source to the one or the other cylinder chamber 11, 12, and optionally intervening short interruptions.

Die Zylinderwand 13 ist außerdem mit einer Wärmeisolierung 14 ausgebildet, die dazu dient, das Einströmen von Wärme von außerhalb des Zylinders zu vermeiden. Innerhalb der Wärmeisolation 14 ist die Zylinderwand mit Kühlkanälen 15 versehen, die von einem Kühlmittel durchströmt werden, um die Zylinderwand zu kühlen, damit das Gas in den Zylinderkammern gekühlt werden. Das Kühlmittel wird beim Ausführungsbeispiel durch eine Kühlmittelpumpe 6 durch die Kühlkanäle 15 zirkuliert. Die Zylinderwand wird dadurch permanent gekühlt.The cylinder wall 13 is also formed with a thermal insulation 14, which serves to prevent the influx of heat from outside the cylinder. Within the heat insulation 14, the cylinder wall is provided with cooling channels 15, through which a coolant flows, in order to cool the cylinder wall, so that the gas in the cylinder chambers is cooled. The coolant is circulated in the embodiment by a coolant pump 6 through the cooling channels 15. The cylinder wall is thereby permanently cooled.

In den Figuren 1 und 2 befindet sich der Kolben 2 in der rechten Endposition im Zylinder 1. Das Gas im linken Zylinderraum 12 ist relativ entspannt und relativ abgekühlt, und das Gas im rechten Zylinderraum 11 ist komprimiert.In the FIGS. 1 and 2 The piston in the left cylinder chamber 12 is relatively relaxed and relatively cooled, and the gas in the right cylinder chamber 11 is compressed.

In dieser Kolbenposition wird nun heißes Wärmeträgermedium, insbesondere heißes Wasser, in den rechten Zylinderraum 11 eingespritzt, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Dadurch wird das Gas in der Zylinderkammer 12 stark erwärmt und dehnt sich aus und treibt den Kolben 2 nach links. Das eingespritzte flüssige heiße Wärmeträgermedium rieselt aufgrund der Schwerkraft durch den Zylinderraum 11 hindurch und sammelt sich im Bodenbereich des Zylinderraums, wo es durch Öffnungen in eine Sammelkammer 6 abfließt. Aus der Sammelkammer 6 wird in Abhängigkeit vom Pegelstand des gesammelten flüssigen und abgekühlten Wärmeträgermediums dieses durch ein gesteuertes Ventil abgelassen. Das gesteuerte Ventil kann ein Schwimmerventil sein.In this piston position now hot heat transfer medium, in particular hot water, is injected into the right cylinder chamber 11, as shown in the drawing. As a result, the gas in the cylinder chamber 12 is greatly heated and expands and drives the piston 2 to the left. The injected liquid hot heat transfer medium trickles through the cylinder chamber 11 by gravity and collects in the bottom region of the cylinder chamber, where it flows through openings in a collection chamber 6. From the collecting chamber 6, this is discharged as a function of the level of the collected liquid and cooled heat transfer medium through a controlled valve. The controlled valve may be a float valve.

Nach Erreichen der linken Endstellung des Kolbens 2 im Zylinder 1 kehrt sich der Vorgang um. Dazu steuert das Steuerventil 5 die Zufuhr des flüssigen Wärmeträgermediums in den anderen, also nunmehr den linken Zylinderraum 12 um. Das Gas im rechten Zylinderraum 11 hat sich bereits durch die Arbeitsleistung etwas abgekühlt und wird weiter durch die gekühlte Zylinderwand abgekühlt.After reaching the left end position of the piston 2 in the cylinder 1, the process is reversed. For this purpose, the control valve 5 controls the supply of the liquid heat transfer medium in the other, so now the left cylinder chamber 12 to. The gas in the right cylinder chamber 11 has already cooled slightly due to the work and is further cooled by the cooled cylinder wall.

Die Zylinderwand kann permanent gekühlt werden, da der starke und schnelle Wärmeeintrag durch das eingespritzte heiße Wärmeträgermedium einen unmittelbaren Wärmeübergang auf das Gas bewirkt, das dann Arbeit leistet und sich erst anschließend an der Zylinderwand wieder abkühlt.The cylinder wall can be permanently cooled because the strong and rapid heat input caused by the injected hot heat transfer medium direct heat transfer to the gas, which then does work and then cools down again on the cylinder wall.

Zur Umsteuerung des Kolbens 2 können mechanische oder andere, zum Beispiel elektronische Sensoren 7 vorgesehen sein, welche das Erreichen der jeweiligen Endstellung durch den Kolben 2 erfassen und die Umsteuerung über das Steuerventil 5 veranlassen.For the reversal of the piston 2 mechanical or other, for example, electronic sensors 7 may be provided which detect the reaching of the respective end position by the piston 2 and cause the reversal via the control valve 5.

Der Abtrieb erfolgt beim Ausführungsbeispiel durch Piezogeneratoren 8, die im Mittenbereich des Zylinders 1 kranzartig um den gesamten Zylinderumfang herum angeordnet sein können und, wie eingangs schon gesagt, der im europäischen Patent EP 2013 965 B1 beschriebenen Konzeption entsprechen können. Die Schrittpiezopakete dieser Piezogeneratoren 8 wirken unmittelbar mit dem Kolbenmantel 21 zusammen, der sich in axialer Richtung bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens relativ zu den feststehenden Piezogeneratoren 8 bewegt.The output takes place in the embodiment by piezoelectric generators 8, which may be arranged in the center region of the cylinder 1 like a wreath around the entire circumference of the cylinder and, as already mentioned, the European patent EP 2013 965 B1 can correspond to the concept described. The stepping piezoelectric packages of these piezoelectric generators 8 interact directly with the piston skirt 21, which moves in the axial direction during the reciprocating movement of the piston relative to the stationary piezoelectric generators 8.

Alternativ dazu kann, wie ebenfalls eingangs beschrieben, ein anderer herkömmlicher elektrischer Lineargenerator eingesetzt werden, um die Kolbenbewegung unmittelbar in elektrische Energie umzuwandeln.Alternatively, as also described above, another conventional electric linear generator can be used to convert the piston movement directly into electrical energy.

Figur 2 zeigt den rechten Teil der Figur 1 in vergrößerter Darstellung, um die Einzelheiten besser erkennbar zu machen. FIG. 2 shows the right part of the FIG. 1 in an enlarged view, to make the details more visible.

Der linke Teil der Fig. 1 zeigt außerdem schematisch eine Anordnung zur Ausnutzung von Abwärme zum Erhitzen des in der Wärmekraftmaschine ausgenutzten flüssigen Wärmeträgermediums, insbesondere Wasser. Eine Kammer 16 wird durch einen Einlaß 17 und einen Auslaß 18 von heißem Abgas aus einem Prozeß, beispielsweise einer Verbrennung, durchströmt und gibt dabei seine Wärme an Wasser ab, das durch Sprühdüsen 19 als Kaltwasser in die Kammer 16 eingesprüht wird, diese durchrieselt und dabei Wärme von dem heißen Prozeßabgas aufnimmt, und sich schließlich im unteren Bereich der Kammer 16 als Heißwasser sammelt, von wo aus es entnommen und als Wärmeträgermedium der Wärmekraftmaschine zugeführt werden kann.The left part of the Fig. 1 also shows schematically an arrangement for utilizing waste heat for heating the used in the heat engine liquid heat transfer medium, in particular water. A chamber 16 is flowed through by an inlet 17 and an outlet 18 of hot exhaust gas from a process, such as combustion, while its heat from water, which is sprayed through spray nozzles 19 as cold water into the chamber 16, this trickles through and thereby Heat from that receives hot process exhaust gas, and finally collects in the lower part of the chamber 16 as hot water, from where it can be removed and fed to the heat engine as a heat transfer medium.

Außerdem ist im rechten Endbereich des Zylinders 1 ein Druckgas-Nachfüllventil 51 vorgesehen, durch welches Druckgas in die entsprechende Zylinderkammer 11 nachgefüllt werden kann, wenn der Gasdruck in den Zylinderkammern 11 und 12 durch Gasverluste absinken sollte, weil im flüssigen verbrauchten Wärmeträgermedium gelöstes Gas mit dem verbrauchten Wärmeträgermedium abgeleitet wird.In addition, in the right end of the cylinder 1, a compressed gas refill valve 51 is provided, can be refilled by which compressed gas into the corresponding cylinder chamber 11 when the gas pressure in the cylinder chambers 11 and 12 should decrease by gas losses, because in the liquid spent heat transfer medium dissolved gas with the spent heat transfer medium is derived.

Figur 3 zeigt im achssenkrechten Querschnitt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine mit Drehkolben. Der Zylinder 10 und der Drehkolben 20 haben die vom Wankelmotor her bekannte Form. Der Drehkolben ist im Querschnitt etwa dreieckförmig mit gerundeten Seiten und drei Dichtkanten 201, die jeweils entlang der Innenwand des Zylinders 10 gleiten. Die drei Dichtkanten des Drehkolbens 20 bilden zusammen mit der Innenwand des Zylinders 10 drei Kammern 101, 102 und 103, die mit dem Drehkolben in Pfeilrichtung umlaufen und dabei ihr Volumen verändern. FIG. 3 shows in achssenkrechte cross section an embodiment of the heat engine according to the invention with rotary piston. The cylinder 10 and the rotary piston 20 have the known from Wankelmotor ago form. The rotary piston is approximately triangular in cross-section with rounded sides and three sealing edges 201, each sliding along the inner wall of the cylinder 10. The three sealing edges of the rotary piston 20, together with the inner wall of the cylinder 10, three chambers 101, 102 and 103, which rotate with the rotary piston in the arrow direction and thereby change their volume.

Über ein hier nicht dargestelltes Steuerventil wird durch einen Einlaß 110 in die jeweils im Bereich dieses Einlasses befindliche Zylinderkammer heißes Wärmeträgermedium eingeleitet. An der Einleitungsstelle ist das Volumen der betreffenden Zylinderkammer, das während des Umlaufs im Zylinder variiert, klein und das Gas deshalb verdichtet. Durch das eingespritzte Wärmeträgermedium wird das Gas erhitzt, dehnt sich aus und treibt den Drehkolben 20 an. Während die betreffende Kammer weiter umläuft, gelangt sie in den Bereich von Ablauföffnungen 120, die in eine Sammelkammer 130 für verbrauchtes Wärmeträgermedium führen. Aus der Sammelkammer 130 kann das verbrauchte Wärmeträgermedium, wie zuvor schon beschrieben, in Abhängigkeit vom Pegelstand beispielsweise über ein als Schwimmerventil ausgebildetes gesteuertes Ventil abgelassen werden. Im weiteren Umlauf vergrößert sich das Kammervolumen, wie durch die Kammer 103 dargestellt ist, wodurch das Gas sich entspannt und beschleunigt abkühlt. Eine Kühlung der Zylinderwand außerhalb des Zylinderwandbereichs, in welchem die Einspritzung des heißen Wärmeträgermediums erfolgt, ist vorteilhaft und kann ähnlich wie bei der mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 beschriebene Ausführungsform erfolgen.Via a control valve, not shown here, hot heat transfer medium is introduced through an inlet 110 into the cylinder chamber located in each case in the region of this inlet. At the point of introduction, the volume of the relevant cylinder chamber, which varies during the circulation in the cylinder, is small and the gas is therefore compressed. Through the injected heat transfer medium, the gas is heated, expands and drives the rotary piston 20 at. As the chamber in question continues to circulate, it enters the region of drain holes 120 leading into a spent heat transfer medium collection chamber 130. From the collecting chamber 130, the spent heat transfer medium, as described above, depending on the level, for example, be discharged via a designed as a float valve controlled valve. As the circulation continues, the chamber volume increases, as shown by the chamber 103, whereby the gas cools down and accelerates at an accelerated rate. Cooling of the cylinder wall outside the cylinder wall region, in which the injection of the hot heat transfer medium takes place, is advantageous and can be similar to that with respect to the FIGS. 1 and 2 described embodiment carried out.

Claims (14)

Verfahren zum Betreiben einer Wärmekraftmaschine zur Erzeugung von elektrischem Strom oder mechanischer Leistung, indem ein Kolben (2, 20) durch Heißgas angetrieben wird, das sich unter Druck in einer Zylinderkammer (11, 12; 101, 102, 103) eines Zylinders (1, 10) der Wärmekraftmaschine befindet und durch Wärmezufuhr von außen wärmebeaufschlagt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebeaufschlagung des Heißgases in der Zylinderkammer durch Einspritzen eines heißen Wärmeträgermediums in flüssigem oder naßdampfförmigem Zustand in die Zylinderkammer eingespritzt oder eingesprüht wird, und dass verbrauchtes Wärmeträgermedium als Flüssigkeit in einem Bodenbereich der Zylinderkammer aufgefangen und in eine Sammelkammer abgeleitet wird.Method for operating a heat engine for generating electric current or mechanical power by driving a piston (2, 20) by hot gas which is pressurized in a cylinder chamber (11, 12, 101, 102, 103) of a cylinder (1, 10) of the heat engine and is heated by heat from the outside,
characterized in that the heat application of the hot gas in the cylinder chamber is injected or sprayed by injecting a hot heat transfer medium in liquid or wet steam state into the cylinder chamber, and that spent heat transfer medium is collected as liquid in a bottom portion of the cylinder chamber and discharged into a collection chamber. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Wärmeträgermedium abwechselnd in die eine (11) und die andere (12) von zwei beiderseits eines hin- und herverschieblichen Kolbens (2) in einem liegend angeordneten Zylinder (1) befindlichen Zylinderkammern (11, 12) eingespritzt oder eingesprüht wird.The method of claim 1, wherein the heat transfer medium is injected alternately into one (11) and the other (12) of two on either side of a reciprocally displaceable piston (2) in a horizontally disposed cylinder (1) cylinder chambers (11, 12) or is sprayed. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Wärmeträgermedium in die jeweils in einem bestimmten Umfangsbereich eines Zylinders (10) zwischen der Zylinderwand und einem darin umlaufenden Kreiskolben (20) gebildeten Zylinderkammer (101, 102, 103) eingespritzt oder eingesprüht wird.Method according to claim 1, wherein the heat transfer medium is injected or sprayed into the cylinder chamber (101, 102, 103) formed in each case in a specific peripheral region of a cylinder (10) between the cylinder wall and a rotary piston (20) revolving therein. Heißgas-Wärmekraftmaschine, mit einem Zylinder (1) und einem darin beweglichen, von dem Heißgas angetriebenen Kolben (2, 20), wobei das Heißgas durch extern zugeführte Wärme in der jeweiligen Zylinderkammer (11, 12; 101, 102, 103) erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (31, 41; 110) zum Einspritzen oder Einsprühen eines heißen Wärmeträgermediums in flüssigem oder naßdampfförmigem Zustand in die jeweilige Zylinderkammer und Mittel zum Sammeln und Ableiten von verbrauchtem Wärmeträgermedium in flüssigem Zustand in einem Bodenbereich der jeweiligen Zylinderkammer vorgesehen sind.A hot gas heat engine comprising a cylinder (1) and a piston (2, 20) driven therein by the hot gas, the hot gas being heated by externally supplied heat in the respective cylinder chamber (11, 12, 101, 102, 103) . characterized in that means (31, 41, 110) for injecting or spraying a hot heat transfer medium in liquid or wet steam state into the respective cylinder chamber and means for collecting and discharging spent heat transfer medium in the liquid state are provided in a bottom portion of the respective cylinder chamber. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 4, mit her- und hergehendem Kolben (2), wobei der Zylinder (1) liegend angeordnet ist und die Mittel zum Einspritzen oder Einsprühen eines heißen Wärmeträgermediums dieses jeweils entsprechend der Kolbenposition gesteuert abwechselnd in die eine (11) und die andere (12) von zwei axial beiderseits des im Zylinder (1) hin- und herbeweglichen Kolbens (2) angeordneten Zylinderkammern (11, 12) eingespritzt oder eingesprüht wird.Heat engine according to claim 4, with reciprocating piston (2), wherein the cylinder (1) is arranged horizontally and the means for injecting or spraying a hot heat transfer medium this respectively controlled according to the piston position alternately in one (11) and the other (12) of two axially on both sides of the piston (2) in the cylinder (1) reciprocable piston (2) arranged cylinder chambers (11, 12) is injected or sprayed. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 5, wobei die Zylinderwand (13) permanent gekühlt wird.Heat engine according to claim 5, wherein the cylinder wall (13) is permanently cooled. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 4, wobei der Kolben (20) ein Drehkolben (20) nach dem Prinzip des Wankelmotors ist, der zwischen sich und der Zylinderwand (110) mit dem Drehkolben umlaufende Zylinderkammern (101, 102, 103) bildet, die während ihres Umlaufs volumenveränderlich sind, und wobei die Mittel zum Einspritzen oder Einsprühen des Wärmeträgermediums in einen bestimmten Bereich des Zylinderurilfangs angeordnet sind.Heat engine according to claim 4, wherein the piston (20) is a rotary piston (20) according to the principle of Wankelmotors which forms between itself and the cylinder wall (110) with the rotary piston rotating cylinder chambers (101, 102, 103) during its circulation variable in volume, and wherein the means for injecting or spraying the heat transfer medium are arranged in a certain range of Zylinderurilfangs. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 7, wobei die Zylinderwand (110) in einem umfangsmäßig von der Einspritz- oder Einsprühstelle des Wärmeträgermediums entfernten Bereich permanent gekühlt ist.Heat engine according to claim 7, wherein the cylinder wall (110) is permanently cooled in a region circumferentially remote from the injection or injection of the heat transfer medium. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei zur Kühlung der Zylinderwand (13, 110) in der Zylinderwand Kühlkanäle vorgesehen sind, die von einem Kühlmittel oder Kältemittel durchströmt werden.Heat engine according to one of claims 4 to 8, wherein for cooling the cylinder wall (13, 110) in the cylinder wall cooling channels are provided, which are flowed through by a coolant or refrigerant. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei ein Druckgasfüllventil (51) in der Zylinderwand (13, 110) vorgesehen ist, um Druckgasverluste auszugleichen.Heat engine according to one of claims 4 to 9, wherein a Druckgasfüllventil (51) in the cylinder wall (13, 110) is provided to compensate for pressure gas losses. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei der oder jeder Sammelkammer (6, 130) für verbrauchtes Wärmeträgermedium ein durch den Flüssigkeitspegel gesteuertes Ablaßventil zugeordnet ist.Heat engine according to one of claims 4 to 10, wherein the or each collecting chamber (6, 130) for spent heat transfer medium is associated with a controlled by the liquid level discharge valve. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 11, wobei der Kolben (2; 20) direkt oder indirekt auf einen piezoelektrischen Generator (8) wirkt, der mit Schrittpiezopaketen unmittelbar mit dem Kolben (2) oder mit einem vom Kolben bewegten Abtriebsorgan zusammenwirken.A heat engine according to any one of claims 4 to 11, wherein the piston (2; 20) acts directly or indirectly on a piezoelectric generator (8) which interacts with stepping piezo packets directly with the piston (2) or with a driven member moved by the piston. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 5 oder 6, wobei der hin- und hergehende Kolben mit seinem Kolbenmantel (21) unmittelbar mit den Schrittpiezopaketen von um den Umfang des Kolbens herum angeordneten piezoelektrischen Generatoren (8) zusammenwirkt oder der Kolben (2) mit daran angeordneten Magnetringen mit einem den Kolben umgebenden elektrischen Stator einen elektrischen Lineargenerator bildet.Heat engine according to claim 5 or 6, wherein the reciprocating piston cooperates with its piston skirt (21) directly with the Schrittpiezopaketen arranged around the circumference of the piston around piezoelectric generators (8) or the piston (2) arranged thereon with magnetic rings the electric stator surrounding the piston forms an electric linear generator. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 5, wobei der Kolben (2) in seinem unteren Bereich mit Rollen (23) versehen ist, die mit dem unten liegenden Bereich der Zylinderwand (13) zusammenwirken.Heat engine according to claim 5, wherein the piston (2) is provided in its lower region with rollers (23) which cooperate with the lower region of the cylinder wall (13).
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