Die Erfindung betrifft einen Adapter für eine Vorrichtung zur Einbringung eines für den Betrieb einer Kraftmaschine oder einer Heizung notwendigen Betriebsstoffes in einen dafür vorgesehenen Aufnahmeraum der Kraftmaschine oder der Heizung. Ferner betrifft die Erfindung eine Kolbenhubmaschine, eine Baumaschine oder ein Kraftfahrzeug, eine Turbine und einen Generator, der bzw. die einen erfindungsgemäßen Adapter aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung eine Heizung, die einen erfindungsgemäßen Adapter umfasst.

Durch Benutzung sind als Einspritzdüsen oder Injektoren bezeichnete Vorrichtungen bekannt, die bei einem Verbrennungsmotor einen Kraftstoff, mit dem der Verbrennungsmotor betrieben wird, unter hohem Druck zerstäuben und in einen Zylinder einspritzen. In dem Zylinder wird das zerstäubte Kraftstoffgemisch mit Luft gemischt und gezündet, wodurch eine Volumenexpansion stattfindet und einen Kolben des Zylinders in Richtung des unteren Totpunkts, das heißt nach unten, bewegt, so dass eine translatorische Bewegung des Kolbens in eine Rotation einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors umgesetzt wird.

Eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zur Einbringung eines für den Betrieb einer Kraftmaschine notwendigen Betriebsstoffes in einen dafür vorgesehenen Aufnahmeraum der Kraftmaschine umfasst üblicherweise einen Injektor mit der zugehörigen Steuereinheit sowie bei mit Diesel als Betriebsstoff betriebenen Verbrennungsmotoren eine Hochdruckpumpe.

Aus dem nachfolgend angeführten Stand der Technik sind Kraftmaschinen bekannt, die mit Wasser anstelle von fossilen Kraftstoffen wie Benzin oder Diesel betreibbar sind. Dazu wird beispielsweise Wasser in einem Zylinder einer Kolbenhubmaschine verdampft und durch dessen Volumenexpansion beim Phasenübergang von flüssig zu fest ein Druck erzeugt, der einen Kolben der Kolbenhubmaschine nach unten bewegt, wodurch eine Kurbelwelle in Rotation versetzt wird.

Aus US 8,555,823 B2 ist eine Kolbenhubmaschine bekannt, bei der durch einen Luftbefeuchter 22 verdampftes Wasser mit Luft vermischt in einen Zylinder 10 der Kolbenhubmaschine eingespritzt und durch einen Lichtbogen (20) geleitet wird. Durch den Lichtbogen wird Wasserstoff des Wassers von Sauerstoff des Wassers getrennt und entzündet (Knallgasreaktion), wodurch eine Volumenexpansion erfolgt, durch die ein Kolben 24 nach unten bewegt wird.

DE 197 24 164 A1 beschreibt eine Turbine, zu deren Betrieb Wasser mit einer Einspritzdüse fein zerstäubt in eine Brennkammer eingebracht und durch einen Lichtbogen geleitet wird, wodurch das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerfällt und die beiden Gase sofort wieder explosionsartig miteinander reagieren, so dass durch eine Volumenexpansion ein Druck entsteht, der zum Betrieb der Turbine geeignet ist.

Aus DE 196 36 141 A1 ist eine weitere Kolbenmaschine bekannt, bei der Wasser in eine Brennkammer eingespritzt und durch einen Lichtbogen geleitet wird, wodurch das Wasser aufgespalten wird und die beiden Spaltprodukte miteinander reagieren.

Eine aus CN 100439656 C bekannte Kolbenhubmaschine wird mit Wasser als Betriebsstoff betrieben. Dazu wird Wasser mit einer Einspritzdüse in einen Zylinder 4 eingesprüht und durch einen Lichtbogen geleitet, wodurch das Wasser verdampft und durch den dadurch entstehenden Druck ein Kolben 5 nach unten bewegt wird.

Aus RU 2 335 644 C1 ist eine Gasturbine bekannt, bei der ein Plasma ausgehend von Wasser und einem Brennstoff durch einen Lichtbogen ausgebildet und zum Betrieb der Gasturbine verwendet wird.

RU 2 491 425 C2 beschreibt einen Dampfdrehschiebermotor, zu dessen Betrieb Wasser verdampft wird.

CN 102562277 A beschreibt einen Motor, der mit einem Gemisch aus Kohle und Wasserdampf betrieben wird, wobei Wasser durch eine Sprühdüse sowie einen Lichtbogen hindurchgeführt wird. Aus DE 36 41 643 A1 ist ein Adapter bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Adapter der eingangs genannten Art auszubilden, durch den eine bestehende Kraftmaschine, die mit einem fossilen Brennstoff wie Benzin, Diesel oder Kerosin betreibbar ist, ohne oder mit lediglich geringen konstruktiven Änderungen auf einen Betrieb mit Wasser als Betriebsstoff oder einen wässrigen Betriebsstoff umgestellt werden kann.

Ein wässriger Betriebsstoff kann Wasser sein, das mit einem Zusatzstoff wie einem Alkohol, beispielsweise Methanol, Ethanol oder Propanol, versehen ist.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Heizung zu schaffen, die ohne Verbrennung von Brennstoffen betreibbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Adapter dazu eingerichtet ist, zwischen einer Einrichtung zur Zerstäubung des Betriebsstoffes und dem Aufnahmeraum angeordnet zu werden.

Der Adapter ist vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildet und verbindet die Betriebsstoffzerstäubungseinrichtung fluidisch mit dem Aufnahmeraum.

Der Erfinder hat festgestellt, dass ein Injektor eines Common-Rail-Dieselmotors aufgrund des möglichen hohen Einspritzdrucks als Zerstäubungseinrichtung geeignet ist.

Der Aufnahmeraum kann ein Raum sein, dessen Volumen durch Bewegung eines Kolbens veränderbar ist und der durch den Kolben begrenzt ist. Beispielsweise kann ein Zylinder einer Kolbenhubmaschine ein solcher Aufnahmeraum sein.

Bei einer Heizung kann der Aufnahmeraum ein Raum sein, in dem Wärme entsteht, die in der Art eines Wärmetausches an Heizwasser abgegeben wird.

Dadurch, dass der Adapter als Verbindungsglied zwischen der Zerstäubungseinrichtung und dem Aufnahmeraum ausgebildet ist, kann ein bestehender Verbrennungsmotor vorteilhaft auf einfache Art und Weise umgerüstet werden, um beispielsweise mit Wasser anstelle eines fossilen Kraftstoffs betrieben zu werden. Dazu muss lediglich der erfindungsgemäße Adapter zwischen einem bestehenden Injektor und einem Zylinder verbaut werden.

Dadurch, dass der Adapter bei einer Heizung als Verbindungsglied einer Heizeinrichtung der Heizung, beispielsweise einer Heizspirale, mit einer Zerstäubungseinrichtung ausgebildet ist, wird vorteilhaft eine neuartige Heizung geschaffen.

Zweckmäßigerweise weist der Adapter zwei Verbindungsabschnitte auf, von denen ein erster Verbindungsabschnitt zur Ausbildung einer fluidischen, vorzugsweise lösbaren Verbindung mit der Betriebsstoffzerstäubungseinrichtung eingerichtet ist und ein zweiter Verbindungsabschnitt zur Ausbildung einer fluidischen, vorzugsweise lösbaren Verbindung mit dem Aufnahmeraum. Damit eine fluidische Verbindung zwischen der Betriebsstoffzerstäubungseinrichtung und dem Aufnahmeraum herstellbar ist, weist der Adapter einen Durchgangskanal auf der sich von dem ersten zu dem zweiten Verbindungsabschnitt erstreckt.

Sind lösbare Verbindungen ausgebildet, ist eine besonders einfache Nachrüstung einer bestehenden Kraftmaschine möglich. Konstruktive Veränderungen sind nicht erforderlich.

Bei einer Heizung ist im Fall eines Defekts des Adapters eine besonders einfache Reparatur durch dessen Austausch möglich.

Denkbar ist, dass ein erfindungsgemäßer Adapter mit dem zweiten Verbindungsabschnitt an eine Einspritzöffnung eines Zylinders eines Dieselmotors angebracht wird, wobei diese Einspritzöffnung ursprünglich zur Aufnahme eines Injektors für Dieselkraftstoff vorgesehen ist.

Wird der erfindungsgemäße Adapter für eine Heizung verwendet, kann dieser mit dem zweiten Verbindungsabschnitt an einer hohlen Heizspirale einer Heizung angebracht werden, wobei die Heizspirale in einem geschlossenen Kessel in einem Wasserbad mit Heizwasser angeordnet sein kann. Der Aufnahmeraum ist in diesen Fall ein Innenraum der hohlen Heizspirale, in den verdampftes Wasser hineingeführt wird und bei dessen Kondensation an Innenwänden des Innenraums Wärme an das Wasserbad abgegeben wird. Heizwasser des Wasserbades kann entweder als warmes Brauchwasser benutzt werden oder zur Weiterleitung an einen Heizkörper zum Heizen eines Raumes vorgesehen sein.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Adapter eine Einrichtung zur Verdampfung eines durch die Betriebsstoffzerstäubungseinrichtung zerstäubten Betriebsstoffes auf. Der zerstäubte Betriebsstoff umfasst vorzugsweise Wasser oder besteht aus Wasser. Eine Verdampfung im Sinne dieser Erfindung ist ein Übergang eines zerstäubten Betriebsstoffes von flüssig zu gasförmig ohne chemische Reaktion von Inhaltsstoffen des Betriebsstoffes. Während bei einer mit einem fossilen Brennstoff betriebenen Kraftmaschine eine Zündung des Betriebsstoffs, der Benzin, Diesel oder Erdgas sein kann, erforderlich ist, wird mit einer Kraftmaschine, die einen erfindungsgemäßen Adapter aufweist, vorteilhaft eine Maschine geschaffen, die beispielsweise mit fein zerstäubtem Wasser, das lediglich verdampft wird, betreibbar ist. Dies gilt analog für eine Heizung, die einen erfindungsgemäßen Adapter aufweist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Verdampfungseinrichtung zwischen zwei Verbindungsabschnitten des Adapters angeordnet, von denen ein erster Verbindungsabschnitt zur Ausbildung einer fluidischen, vorzugsweise lösbaren Verbindung mit der Betriebsstoffzerstäubungseinrichtung eingerichtet ist und ein zweiter Verbindungsabschnitt zur Ausbildung einer fluidischen, vorzugsweise lösbaren Verbindung mit dem Aufnahmeraum. Vorteilhaft wird der zerstäubte Betriebsstoff unmittelbar im Bereich der Verdampfungseinrichtung in den Adapter eingebracht. Aufgrund einer großen Oberfläche eines fein zerstäubten Betriebsstoffes ist dessen Verdampfung mit einem lokal gezielten Energieeintrag in sehr kurzer Zeit möglich. Es wird vorteilhaft eine Kraftmaschine oder Heizung geschaffen, die besonders effizient und mit hohem Wirkungsgrad betreibbar ist.

Nach Verdampfung des Betriebsstoffes kann eine Volumenzunahme durch den Phasenübergang von flüssig zu gasförmig und ein dadurch entstehender Druck in dem Aufnahmeraum eine Bewegung eines Kolbens oder einer Turbine einer Kraftmaschine bewirken.

Der verdampfte Betriebsstoff, der vorzugsweise Wasser ist oder hauptsächlich Wasser aufweist, kann kondensieren und zum weiteren Betrieb der Kraftmaschine oder der Heizung erneut verwendet werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Verdampfungseinrichtung eine Wärmequelle auf, die zur Verdampfung des Betriebsstoffes eingerichtet ist.

Die Verdampfungseinrichtung ist derart ausgebildet, dass der Betriebsstoff verdampft werden kann, das heißt eine Änderung des Aggregatzustands von flüssig zu gasförmig erfährt. Die Wärmequelle kann eine Heizeinrichtung sein, durch die Wärme lokal in den zerstäubten Betriebsstoff eingebracht werden kann, wodurch dessen Verdampfung mit besonders hohem Wirkungsgrad bewirkt wird.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Wärmequelle einen Laser, mindestens einen elektrischen Lichtbogen und/oder mindestens eine Glühwendel.

Vorteilhaft kann insbesondere zerstäubtes Wasser besonders energieeffizient verdampft werden.

Der Erfinder hat festgestellt, dass bei Verwendung eines elektrischen Lichtbogens, der zwischen zwei Elektroden wie Wolframelektroden ausgebildet werden kann, eine besonders gute Verdampfung von Wasser möglich ist, da lokal ein gezielter Wärmeeintrag erfolgt. Dazu können zwei Elektroden, zwischen denen der elektrische Lichtbogen gezündet wird, von außerhalb des Adapters elektrisch kontaktiert und beispielsweise von einem bestehenden Kraftmaschinensteuergerät, das bei einem Verbrennungsmotor eine Motorsteuergerät sein kann, angesteuert werden.

Zweckmäßigerweise ist die Wärmequelle mehrteilig ausgebildet ist, wobei einzelne Teile in der Art einer Kaskade in einer Durchströmungsrichtung des Adapters hintereinander angeordnet sind. Vorteilhaft wird sichergestellt, dass der zerstäubte Betriebsstoff vollständig verdampft wird.

Der Erfinder hat festgestellt, dass eine Anordnung aus drei in der Durchströmungsrichtung hintereinander angeordneten elektrischen Lichtbögen besonders vorteilhaft ist, um den zerstäubten Betriebsstoff, der vorzugsweise Wasser ist oder Wasser aufweist, nahezu vollständig zu verdampfen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die einzelnen Teile der mehrteiligen Wärmequelle voneinander verschieden oder identisch ausgebildet. Vorteilhaft ist ein Adapter auf eine bestimmte bestehende Kraftmaschine anpassbar, um diese für einen Betrieb mit Wasser als Betriebsstoff umzurüsten.

Beispielsweise kann ein Adapter einen Lichtbogen und einen Laser zum Verdampfen des zerstäubten Betriebsstoffes aufweisen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten, sich auf die Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Adapters,

Fig. 2 eine Heizung, die einen erfindungsgemäßen Adapter aufweist.

Ein in Fig. 1 a in einer geschnittenen Seitenansicht schematisch gezeigter Adapter 1 umfasst einen rotationssymmetrischen Grundkörper 2 mit zwei Verbindungsabschnitten 3, 4, von denen ein erster Verbindungsabschnitt 3 zur Aufnahme einer Einspritzdüse 5 eingerichtet ist und ein zweier Verbindungsabschnitt 4 durch ein in Fig. 1 nicht gezeigtes Gewinde fluidisch mit einem Zylinder eines in Fig. 1 a nicht gezeigten Zylinderkurbelgehäuses einer Kolbenhubmaschine verbindbar ist.

Der Adapter 1 weist ferner eine Verdampfungseinrichtung 6 zur Verdampfung von durch die Einspritzdüse zerstäubten Wassers auf, die in diesem Ausführungsbeispiel drei in einer Durchströmungsrichtung 7 hintereinander angeordnete Elektrodenpaare 8-10 aufweist, zwischen denen ein in Fig. 1 a nicht gezeigter elektrischer Lichtbogen ausgebildet werden kann. Jede Elektrode 1 1 eines jeden Elektrodenpaars 8-10 tritt durch eine Wand 12 des Adapters 1 hindurch und kann elektrisch kontaktiert sowie durch eine schematisch gezeigte Steuereinrichtung 13 angesteuert werden.

Der Adapter 1 weist außerdem einen Durchgangskanal 14 auf, in den von der Einspritzdüse 5 zerstäubtes Wasser in die elektrischen Lichtbögen hineingespritzt werden kann, um nach dessen Verdampfung durch eine durch den Phasenübergang von flüssig zu gasförmig bewirkte Volumenexpansion einen Kolben in dem Zylinderkurbelgehäuse in Richtung des unteren Totpunkts, das heißt nach unten, zu bewegen. Dazu erfolgt die Volumenexpansion durch den zweiten Verbindungsabschnitt 4 in den Zylinder der Kolbenhubmaschine hinein.

Ein in Fig. 1 b in einer geschnittenen Seitenansicht schematisch gezeigter Adapter 1 unterscheidet sich von demjenigen in Fig. 1 a gezeigten dadurch, dass zerstäubtes Wasser 15 in einem Einspritzbereich 16 einer Einspritzdüse 5 schematisch gezeigt ist, das von der Einspritzdüse 5 in einen Durchgangskanal 14 und dabei in Fig. 1 b gezeigte Lichtbögen 17 eingespritzt und verdampft wird. Dadurch wird Wasserdampf 18 gebildet, der ein größeres Volumen aufweist als das zerstäubte Wasser 15, so dass eine Expansion des Wasserdampfs 18 in Richtung eines Pfeils 19 in einen in Fig. 1 b nicht gezeigten Zylinder erfolgt, in dem ein Kolben einer Kolbenhubmaschine in Richtung des unteren Totpunkts bewegt wird. Es versteht sich, dass anstelle von Wasser ein anderer wässriger Betriebsstoff verwendbar ist, beispielsweise ein Wasser-Alkohol-Gemisch, wobei der Alkohol Methanol oder Ethanol sein kann.

Es versteht sich ferner, dass lediglich ein Elektrodenpaar 8-10 vorgesehen sein kann oder mehr als drei Elektrodenpaare 8-10 vorgesehen sein können.

Denkbar ist, dass ein erfindungsgemäßer Adapter 1 in einer Turbine wie einer Gasturbine oder einem Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet wird.

Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen, wo gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben Bezugszahl wie in Fig. 1 bezeichnet sind und der betreffenden Bezugszahl jeweils der Buchstabe a beigefügt ist.

Eine in Fig. 2 in einer schematischen Seitenansicht gezeigte Heizung 20 umfasst einen Kessel 21 , in den eine hohle Heizspirale 22 eingebracht ist, die mit Endabschnitten 23, 24 aus dem Kessel 21 herausragt.

An eine Eintrittsöffnung 25 der hohlen Heizspirale 22 ist ein eine Verdampfungseinrichtung 6a aufweisender, schematisch gezeigter Adapter 1 a angebracht, in den von einer Einspritzdüse 5a zerstäubtes Wasser als Betriebsstoff für die Heizung 20 eingespritzt wird. Das den Adapter 1 a in Richtung der Heizspirale 22 verlassende Wasser kondensiert an Innenwänden der Heizspirale 22, wodurch Wärme an in dem Kessel 21 befindliches Heizwasser 26 abgegeben wird. Durch eine in Fig. 2 nicht gezeigte Pumpe kann das Heizwasser 26 durch eine Heizleitung 27 in einen Heizkörper 28 gepumpt werden.

Es versteht sich, dass das Heizwasser 26 auch als warmes Brauchwasser nutzbar ist.

Dadurch, dass bei Betrieb der Heizung 20 permanent Wasser in der hohlen Heizspirale 22 kondensiert und durch den Adapter 1 a permanent neuer Wasserdampf nachgeführt wird, kann kondensiertes Wasser durch eine Austrittsöffnung 29 entnommen und der Einspritzdüse 5a erneut zugeführt werden.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in Fig. 2 keine Einfüllöffnungen für Heizwasser 26 in dem Kessel 21 und keine Steuereinrichtung, die die Einspritzdüse 5a sowie eine Verdampfungseinrichtung 6a ansteuert, gezeigt.