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Title:
STEAM/EXPLOSION ENGINE WITH INTERNAL STEAM PRODUCTION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1987/006649
Kind Code:
A1
Abstract:
Steam/explosion engine with internal production of steam by means of an electric heating system. Steam engines are known which are driven by steam energy, and in which additional injection devices are provided for fuel, diesel oil and oxygen. These give rise to the usual disadvantage affecting petrol and diesel engines, namely that environment-polluting components pass into the exhaust. The purpose of the invention is to overcome these disadvantages. The problem is solved by providing the compression chamber with one single controllable valve which is closed during the compression stroke and working stroke and open during the exhaust stroke and inlet stroke, which opens into an isolated balancing chamber in which is located an overpressure valve leading to the atmosphere. The injection system is designed as a jet serving to inject a finely atomized waterspray.

Inventors:
FIEGE ROBERT K (US)
Application Number:
PCT/EP1986/000257
Publication Date:
November 05, 1987
Filing Date:
April 30, 1986
Export Citation:
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Assignee:
FIEGE EDITH I (US)
GRIGOLEIT BERND (DE)
GRIGOLEIT ANITA (DE)
FIEGE ROBERT K (US)
International Classes:
F01K21/02; F02B43/10; F02B47/02; F03G7/10; F02B3/06; (IPC1-7): F02B47/02; F01K21/02; F02B43/10; F03G7/10
Foreign References:
FR2533268A11984-03-23
US2708827A1955-05-24
EP0024158A11981-02-25
FR2042123A51971-02-05
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Claims:
1. Wasserdampf—Explosions ot ~ ~? Patentanspruch DampfExplosionsmotor mit innerer Dampferzeugung, mit einem Zylinder, mit einem axialen Verdichtungsraum, mit einem zwischen einer in der Nähe des dem Kurbelge¬ häuse",egenüberliegenden. Endes des Zylinders befindli chen ersten Stellung und einer von dieser entfernten zweiten Endstellung, zyklisch axial hin und herver¬ schiebbaren Kolben mit einer an diesen angelenkten, mit der Kurbelwelle verbundenen Kolbenstange, mit einer an dem einen Ende des Zvljnders angeordneten Heizeinrich tung und mit einer Einspritzeinrichtung für Wasser d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Verdichtungsraum (5) ein einziges, steuerbares im Verdichtungstakt und im Arbeitstakt geschlossenes und im Ausstoßtakt und im Ansaugtakt offenes Ventil (8) aufweistr das in eine isolierte Ausgleichkammer (9) mündet, in der ein in die Atmosphärs führendes Über¬ druckventil (101 angeordnet ist, wobei die E .nspritz einrichtung (7) als zum Einsprühen von fein zerstäub¬ tem Wassersprühπebel dienende Düse gestaltet ist. ERSATZBLATT ISA/EP.
Description:
Dampf-Explosionsmotor mit innerer Dampferzeugung

Beschreibung

Technisches Gebiet.

Die Erfindung bezieht sich auf Dampf-Explosionsmotoren mit innerer Verdampfung, wobei als Antriebskraft durch explosionsartige Verdampfung von salzfreiem Wasser er¬ zeugter Dampf verwendet wird, und keine Luft- oder Sauerstoffzufuhr erforderlich ist.

Derartige Motoren sind allgemein gebräuchlichen be¬ kannten Explosionsmotoren innerer Verbrennung ähnlich, bei denen als Antriebskraft durch innere Explosions¬ verbrennung von Kraftstoff erzeugte Druckkraft ver¬ wendet wird.

Stand der Technik.

Es sind verschiedene Dampf-Motoren bekannt, die als Antriebskraft Dampfkraft verwenden. Derartige bekannte Dampf-Motoren sind mit einer zusätzlichen Einspritz¬ vorrichtung für Kraftstoff, Dieselöl und Sauerstoff ausgestattet, wodurch sie den gleichen Nachteil, wie allgemein übliche Auto- oder Dieselmotoren aufweisen, daß durch den Auspuff die Umwelt verunreinigende Be¬ standteile ins Freie ausgestossen werden.

Demgegenüber verwendet der erfindungsgemäße Dampf- Explosionsmotor außer Schmieröl keinerlei andere chemische Bestandteile, da der Motor mit aus salz¬ freiem Wasser erzeugter Dampfkraft betrieben wird, und keinerlei weitere zusätzliche chemische Zu¬ sätze benötigt werden. Der Dampf-Explosionsmotor er¬ fordert keine Luftzufuhr, wobei durch den Auspuff - lediglich Wasserdampf ausgestoßen wird.

Bisher bekannte Dampf-Motoren weisen jedoch keinen großen Wirkungsgrad auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ver¬ besserten Dampf-Explosionsmotor mit innerer Dampfer¬ zeugung zu schaffen, mit dem die Nachteile bisher be¬ kannter Motoren vermieden werden können und die einen ausreichend großen Wirkungsgrad haben, ohne daß die in den Auspuff gelangenden Abgase irgendwelche, für die Umwelt schädliche Bestandteile aufweisen.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Schutzbegehrens gelöst.

Darstellung der Erfindung.

Es ist nachweisbar, daß ein Dampf-Motor bei Verwendung von salzfreiem Frischwasser ohne jeglichen chemischen weiteren Zusätzen als Antriebsmittel und ohne jede Luftzufuhr in der Lage ist,eine größere Leistung zu er¬ bringen, wie ein allgemein bekannter, einen Kraftstoff verbrennender Otto- oder Dieselmotor innerer Verbrennung,

Anschließend wird beispielhaft die Motorleistung eines Dampf-Motors bei Verwendung eines Kolbens von 10 cm Durchmesser mit einer Kolbenfläche von 78,54 cm 2 er¬ mittelt: Während des Verdichtungshubes des Kolbens bis zu seiner oberen Totpunktlage erfolgt infolge der Ver¬ dichtung ein Temperaturanstieg von 350 - 400°C, wobei durch die Vorerwärmung mittels einer als Heizeinrich¬ tung verwendeten elektrischen Glühspirale die Tempe¬ ratur im Verdichtungsraum um weitere 200°C angehoben wird, so daß ein Temperaturanstieg von insgesamt 550°C erfolgt.

Da bei Wasser der kritische Temperaturpunkt bei 374°C liegt, so liegt die vorhandene Temperatur weit höher über dem kritischen Punkt, bei dem eingespritztes

Wasser in Dampf verwandelt wird, wobei durch die plötz¬ liche explosionsartige Ausdehnung des Dampfes eine auf den Kolben einwirkende große Kraft erzeugt wird.

Diese auf eine Fläche von je 1 cm 2 bezogene Kraft hat einen Druck von 5 - 63 bar * • kg.

Bei einem Kolben mit einer Kolbenfläche von 78,54 cm 2 beträgt somit die Druckkraft 78,54 x 63 = 4948 kg.

Während des VerdichtungsVorganges wird ein Bremsverlust von 30 kg/cm erzeugt.

Die bei der Umformung des eingespritzten Wassers in Dampf erzeugte Energie ist hierbei größer als die bei entsprechenden, " bisher üblichen -Benzin- oder Dieselmotoren innerer Verbrennung erzielbare Energie•

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß bei der er¬ findungsgemäßen Anordnung keine giftigen Gase, an¬ fallen, die über den Auspuff ins ireie gelangen und die Umwelt verunreinigende und für den Men- sehen sowie für die Tier-und Pflanzenwelt, ins¬ besondere für die Yälder schädliche Bestandteile enthalten.

Es ist vorteilhaft, daß der Dampf-Explosionsmotor bei der Arbeit keine Zufuhr von Luft oder von Sauerstoff benötigt.

Während des Ausstoßtaktes wird der Dampf vom Kol¬ ben in eine Ausgleichskammer gedrückt, wobei ein Überdruck über ein Überdruckventil und über einen Auspuff ins -reie gelangt oder nach Abkühlung bis zur Verflüssigung bzw. bis untar 50°C zur er¬ neuten Verwendung in den Verdichtungsräum zurück¬ gespeist werden kann.

In der wärmeisolierten Ausgleichskammer wird ein geringer Dampfdruck von 1 - 2 kg/cm aufrecht¬ erhalten, damit im Zylinder nach dem Ansaugen im dann anschließenden Verdichtungstakt eine stärkere Verdichtung erzielt werden kann.

Der im Viertak zyklus arbeitende Dampf-Explosions¬ motor mit innerer Dampferzeugung benötigt bloß ein einziges Ventil, welches von der Kurbelwelle über eine -Nockenwelle steuerbar ist und im Abhängigkeit vom jeweiligen Arbeitstakt geöffnet oder geschlossen ist, derart, daß es im Ausstoßtakt und im Ansaug- takt offen gehalten wird.

Dieses Ventil öffnet sich in die wärmeisolierte

Ausgleichskammer, deren Größe in Abhängigkeit von der Größe und -Leistung des Dampf-Explosionsmotors bestimmt wird.

Dadurch, daß die Einspritzeinrichtung so gestaltet ist, daß ein feinzerstäubter Wassersprühnebel ein¬ gespritzt wird, ergibt sich der Vorteil, daß die nachteilige Wirkung der Bildung von sogenannten Leidenfrost-Tropfen vermieden wird, die entstehen, -wenn eine geringe Wassermenge auf eine sehr heiße

Platte gelangt, wobei dann kleine Tropfen der oben¬ genannten Art gebildet werden, durch die eine so¬ fortige Dampfbildung verhindert wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des An eldungsgeg≤nstandes dargestell .

Fig.1a den Motor im Schnitt während des Ansaugtaktes ,

ü'ig. l b den Motor während des Verdichtungstaktes ,

Pig. l c den Motor während des Arbeitstaktes und

Fig. ld den Motor während des Ausstoßtaktes .

Kurze Beschreibung der Zeichnung.

Fig. 1a bis 1d zeigt einen Viertakt-Dampf-Explosions- motor mit innerer Dampferzeugung, mit einem Zylinder 2, mit einem axialen Verdichtungsraum 5, mit einem zwischen einer in der Nähe des einen Endes des Zylin¬ ders befindlichen ersten Stellung und einer von die¬ ser entfernten zweiten Stellung zyklisch axial hin- und herverschiebbaren Kolben 3, mit einer an diesen angelenkten und im Kurbelgehäuse 1 mit der Kurbelwelle 11 verbundenen Kolbenstange 4. Am stirnseitigen Ende des Zylinders 2 ist eine den Verdichtungsraum 5 auf eine bestimmte Temperatur erwärmende, in Form einer elektrischen Glühspirale gestaltete Heizeinrichtung 6 angeordnet, und eine am gleichen stirnseitigen Ende des Zylinders 2 angeordnete, zyklisch betätigbare Einspritzeinrichtung 7 zum Einspritzen von fein zer¬ stäubtem Wasser-Sprühnebel in den Verdichtungsraum 5.

Am gleichen stirnseitigen Ende des Zylinders 2 ist ein einziges, von der Kurbelwelle 11 über eine nicht dargestellte Nockenwelle steuerbares Ventil 8 ange¬ ordnet, das im geöffneten Zustand den Verdichtungs- räum 5 des Zylinders 2 mit einer am stirnseitigen

Ende desselben angeordneten Ausgleichskammer 9 verbin¬ det, deren Größe von der Größe des Motors abhängig ist und die mittels eines Überdruckventiles 10 mit der Atmosphäre verbunden ist, wobei das Ventil 8 im auf den Arbeitstakt folgenden Ausstoßtakt (Fig. 1d) und im Ansaugtakt (Fig. 1a) offen ist.

Während des auf den Arbeitstakt (Fig. 1c) folgenden Ausstoßtaktes (Fig. 1d), wird der vom Kolben 3 ausge- stoßene Dampf über das in dieser Phase offenstehende

Ventil 8 in die Ausgleichskammer 9 hineingedrückt.

Ein in der Ausgleichskammer auftretender Überdruck wird durch das Überdruckventil 10 in den Auspuff bzw. in die Atmosphäre ausgestoßen, wobei der in der Aus¬ gleichskammer 9 verbleibende Dampf während des Ansaug¬ taktes (Fig. 1a) in den Verdichtungsraum 5 des Zylinders 2 zurückgesaugt wird, um eine Drucksteige- rung für den folgenden Verdichtungstakt zu ermöglichen.

Anschließend wird die Arbeits- und Wirkungsweise des Dampf-Explosionsmotors mit innerer Dampferzeugung be¬ schrieben, die auf dem Verfahren einer inneren Ver- dampfung von salzfreiem Wasser beruht, wobei der Motor eine etwa gleich günstige oder bessere Leistung aufweist, wie vergleichsweise gleich große Otto- oder Diesel¬ motoren innerer Verbrennung.

Vor Inbetriebnahme des Dampf-Explosionsmotors mit innerer Dampferzeugung wird die Verdichtungskammer 5 etwa 15 sec lang mittels der elektrischen Glühspirale 6 erwärmt. In dieser Vorheizungsphase steigt die Tempe¬ ratur ca. 200°C an, wobei die Temperatur innerhalb der Verdichtungskammer durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 3 bis zum oberen Totpunkt während des Ver¬ dichtungstaktes (Fig. 1b) um weitere 350°C bis auf insgesamt 550°C angehoben wird.

Hat der Kolben 3 nach Beendigung seines im Arbeits¬ takt vollzogenen Arbeitshubes den unteren Totpunkt erreicht, so wird das nockengesteuerte Ventil 8 ge¬ öffnet, wobei es so lange geöffnet bleibt, bis der Ausstoß- und auch der Wiederansaugtakt beendet ist. Hierbei entweicht der Dampf in die über dem Ein- und

Auslaßende des Zylinders 2 angebrachte isolierte Aus¬ gleichskammer 9, wobei die Temperatur des dann in der Ausgleichskammer 9 befindlichen Dampfes immer noch über dem kritischen Temperaturpunkt liegt.

Dann wird beim anschließenden Änsaugtakt (Fig. 1a), in welchem das Ventil 8 immer noch geöffnet ist, der Dampf aus der Ausgleichskammer 9 über das offenstehende Ventil 8 vom sich abwärts bewegenden Kolben 3 in den. Verdich¬ tungsraum 5 zurückgesaugt, wo er im darauf folgenden Takt bei sich im unteren Totpunkt schließendem Ventil 8 vom Kolben 3 (Fig. 1b) erneut verdichtet wird, um die Ar¬ beitstemperatur von annähernd 550 C C - 600°C zu halten. Nach Beendigung des Verdichtungstaktes erfolgt das Ein¬ spritzen des fein zerstäubten Wassersprühnebels in den Verdichtungsraum 5, der bei dieser dort herrschenden, über dem kritischen Punkt liegenden Temperatur ex¬ plosionsartig in Dampf übertritt.

Die Verdichtung des aus der Ausgleichskammer 9 in den Verdichtungsraum 5 des Zylinders 2 eingesaugten Dampfes sowie die explosionsartige Umformung des eingespritzten fein verstäubten Wassersprühnebels in Dampf, erzeugen eine ausreichend große-, auf den Kolben einwirkende

Druckkraft, durch die der Kolben 3 im Arbeitstakt mit voller Arbeitsleistung abwärts getrieben wird (Fig. 1c).

In der Ausgleichskammer 9 auftretender Überdruckdampf entweicht durch das Überdruckventil 10 direkt bzw. über den Auspuff ins Freie, wobei er gegebenenfalls nach erfolgtem Temperaturabfall auf 50 C C wieder in das Ein¬ spritzsystem zurückgeführt werden kann. Das Überdruckventil 10 ist durch eine der erforderli- chen Andruckkraft entsprechenden Druckfeder einstellbar.

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Üs wird darauf hingewiesen, daß bisher allgemein übliche Otto— oder Dieselmotoren, nach-Dι∑rc-----f h-nα-π-g nicht allzu kostenaufwendiger Umbauten für die er-

5 findungsgemäßen Zwecke verwendet werden können, wobei die dort üblicherweise vorhandenen zwei Venti¬ le,sofern sie an erselben Seite des Motorblockes' liegen, erwen et werden können und in Tätigkeit bleiben können, wobei eine mit einem Überdruck- 10 ventil versehene Ausgleichskammer am stirπseitigen Teil des Zylinders angebaut werden muß, derart, daß die beiden beibehaltenen Ventile dann in diese Aus¬ gleichskammer münden.

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