Aus einem Dampferzeuger und einem Dampfmotor bestehendes Antriebssystem für Elektrogenerator

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein die Dampfkraft verwendendes Antriebssystem, das für Fahrzeuge gut geeignet ist. Durch eine neuartige Konstruktion und Betriebsweise der Anlage zur Dampferzeugung ist gewährleistet, daß auch bei stark wechselnder Belastung, also bei stark wechselndem Dampfbedarf, die Dampferzeugung an den jeweiligen Bedarf angepaßt wird. Der Wasservorrat befindet sich in einem vom Dampferzeuger getrennten Behälter (54), und es wird durch entsprechende Steuervorrichtungen (76, 56, 66) nur jeweils so viel Wasser in den Dampferzeuger (14) eingespritzt, wie zur Konstanthaltung des Dampfdruckes notwendig ist.
Der erzeugte Dampf wird zweckmäß gerweise den Austrittsöffnungen einer feststehenden Strahlscheibe (24) zugeführt, der eine axial drehbare, Kammern enthaltende Schwungscheibe (30) gegenüberliegt, die mit dem Läufer eines Stromerzeugers (42) gekuppelt ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein sich durch Umweltfreundlichkeit auszeichnendes Antriebssystem, insbesondere für Fahrzeuge mit einem Dampferzeuger, einer Einrichtung zur Umsetzung der kinetischen Energie des Dampfes in mechanische Energie, insbesondere zum Antrieb eines damit gekoppelten Erzeugers elektrischer Energie zur Speisung mechanische Leistung abgebender Elektromotoren, bei welchem zur Dampferzeugung ein Brenner vorgesehen ist und der erzeugte Dampf über Rohrleitungen einer die Strömung des Dampfes in Rotation umsetzende Vorrichtung zugeführt wird.

[0002] Es sind bereits eine Reihe von autonomen ortsbeweglichen Antriebssystemen bekannt geworden.

[0003] Als weltweit eingesetzte Primärantriebe haben sich Otto- und Dieselmotoren bewährt. Diese sind auch bereits für Straßenfahrzeuge, Dampfmaschinen, insbesondere Kolbendampfmaschinen, als Antrieb zu verwenden.

[0004] Abgesehen von der Umweltschädigung, insbesondere der Luftvergiftung durch die Abgase, insbesondere der Otto-und Dieselmotoren, und die Lärmemission dieser bekannten Antriebe, ist deren Betrieb stark von der Art des verwendeten Kraftstoffes abhängig, wobei auch deren Kosten berücksichtigt werden müssen.

[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe der Schaffung eines autonomen Antriebssystems zugrunde, bei welchem Umweltbeeinträchtigungen weitgehend verringert werden, der konstruktive Aufbau übersichtlich, unkompliziert und praktisch ist.

[0006] Bei einem Antriebssystem der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Dampf auf eine drehbar gelagerte Schwungscheibe geleitet und diese in Drehung versetzt wird und daß ein Druckregler vorgesehen ist, der die Speisepumpe und den Brenner im Sinne einer Einhaltung eines vorgegebenen Dampfdruckes in dem wärmeisoliert angeordneten Dampferzeuger steuert.

[0007] Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, beim Betrieb eines Antriebssystems der vorstehend beschriebenen Art'den zur Dampferzeugung vorgesehenen Wasservorrat in einem vom Erhitzerbehälter getrennt angeordneten Vorratsbehälter zu speichern und jeweils nur so viel Wasser dem Dampferzeuger zuzuführen, vorzugsweise auf die vom Brenner erhitzte Bodenplatte des Erhitzerbehälters in etwa gleichmäßiger Verteilung aufzusprühen, wie zur Erreichung des vorgegebenen Dampfdruckes erforderlich ist.

[0008] Weiterbildungen und konstruktive Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und werden nachstehend in Verbindung mit den ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellenden Figuren beschrieben. In diesen schematisch stark vereinfacht gezeichneten Figuren sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

[0009] Es zeigen:

Fig. 1 in stark vereinfachter Weise das Prinzip des Antriebssystems nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht von Fig. 3 und 4 auf der Linie II - II;

Fig. 3 eine Ansicht der Innenoberfläche der Strahlscheibe;

Fig. 4 eine Ansicht auf die Innenoberfläche der umlaufenden Schwungscheibe;

Fig. 5 ein konstruktives Detail in größerem Maßstab und damit verbunden ein Ablaufschema des Bewegungsvorganges.

[0010] In der Fig. 1 ist mit 10 ein Dampferhitzer mit einer Wärmeisolation bezeichnet, der aus dem eigentlichen Erhitzerbehälter 14 mit einer Wärmeisolation 15 unter Freilassung eines Zwischenraumes 16 besteht.

[0011] Ein ebenfalls wärmeisolierter Ansatz 18 des Dampferhitzers 10 endet in einer Abschlußwandung 20, mit der durch diese Wandung 20 hindurchführende, Dampf aus dem Dampferhitzer 10 abnehmende, gekrümmt verlaufende Rohre 22 vereinigt sind. Diese Rohre 22 enden in einer Strahlscheibe 24, wobei die Rohrenden in dieser auf einer Kreislinie 26 enden.

[0012] Der äußeren Oberfläche 34 der fest angeordneten Strahlscheibe 24 liegt eine Kreisfläche 29 eines auf einer Welle 28 fest angeordneten Schwungrades 30 gegenüber. Dieses Schwungrad 30 ist auf der der Strahlscheibe 24 gegenüberliegenden Oberfläche 34 mit Kammern 32 versehen, die, gleichmäßig verteilt, auf einer der Kreislinie 26 entsprechenden Kreisfläche liegen. Die Kammern 32 sind so angebracht, daß sie praktisch eine Verlängerung der in der Abschlußwandung 20 endenden Dampfrohre 22 darstellen.

[0013] Die Anordnung ist dabei derart, daß der Winkel der Achse der Enden der Rohre 22 in der Strahlscheibe 24 zur Oberfläche 34 etwa 30⁰ beträgt, wobei die Mittellinie der Rohrenden tangential zu der Kreislinie 26 verläuft, auf der auch die Mitten der Kammern 32 liegen.

[0014] Die Ausgestaltung der feststehend angeordneten Strahlscheibe 24 und der dieser mit einem praktischen Geringstabstand gegenüberliegenden Schwungscheibe 30 geht insbesondere aus den Figuren 2 bis 4 hervor.

[0015] Durch die umlaufende Schwungscheibe 30 kommen die Kammern 32 der Schwungscheibe 30 gegenüber den Ausnehmungen 44 der Strahlscheibe 24 zu liegen, so daß der darin enthaltene Dampf entspannt, indem er über die Ausnehmungen 44 und deren Öffnungen 46 in den Raum 48 gelangt, von wo er über die Leitung 52 dem Kondensator zugeführt wird. Das Kondensat gelangt schließlich über die Leitung 52 in den Vorratsbehälter 54. Von dort pumpt die Speisepumpe 56 Wasser zum Dampferhitzer 10.

[0016] Zur Erhitzung des Dampferzeugers 10 dient z. B. Methylalkohol. Er wird dem Mehrfachbrenner 62 aus dem Vorratsbehälter 64 über einen Regler 66 und ein im Feuerraum 68 liegendes Düsenrohr 69 zugeführt, der auch die erforderliche Verbrennungsluft über einen Ventilator 70 und eine Leitung 72 zugeführt erhält.

[0017] Eine Entlüftung 74 läßt die Abgase aus dem Feuerraum ins Freie gelangen.

[0018] Im Betrieb wird von dem vorteilhaft im Dampferhitzer 10 angeordneten Druckregler 76 über die Leitung 77 durch Einwirkung auf den Regler 66 des Brenners 62 und die Speisewasserpumpe 56 ein betriebsbereiter Zustand eingeregelt. Der Druckregler 76 unterbricht also bei Erreichen eines vorgegebenen Dampfdruckes die Wasserzufuhr und drosselt die Wärmezufuhr, während bei Unterschreiten des vorgegebenen Dampfdruckes der Druckregler 76 die Wasserzufuhr öffnet und Wasser dem Dampferzeuger 10 zugeführt, vorzugsweise auf den Boden des Erhitzerbehälters 14 in etwa gleichmäßiger Verteilung gesprüht wird. Vom erzeugten Dampf wird das Schwungrad 30 dadurch angetrieben, daß Dampf über die Rohrleitungen 22 in die Kammern 32 des Schwungrades 30 gedrückt.wird. Dieses wird dadurch in Bewegung gesetzt und treibt den Generator an.

[0019] In der Schnittansicht der Fig. 2 auf der Linie II - II der Fig. 3 und 4 geht insbesondere die Anordnung der Enden der Dampfrohre 22 und der Tiefenausbildung der Kammern 32 hervor. Aus der Fig. 3 sind die auf der Kreislinie 26 liegenden Enden der Rohre 22 und der Ausnehmungen 44 der Oberfläche 34 der Strahlscheibe 24 ersichtlich. Aus Fig. 4 geht die Lage der Kammern 32 der Oberfläche 29 der Schwungscheibe 30 auf der Kreislinie 26 hervor.

[0020] Der Abstand zwischen den Oberflächen 29 und 34 ist auf das praktisch geringste Maß beschränkt, wobei zur Verringerung von Dampfverlusten Labyrintrfichtungen (nicht dargestellt) verwendet werden können.

[0021] Die Welle 28 ist einerseits mit einem Wellenstumpf 36 in einer Ausnehmung 38 der Strahlscheibe 24 und andererseits in einer Lagerausnehmung 45 des Ständers 43 des Generators 42 gelagert. Die Schwungscheibe 30 ist mit der drehbaren Welle 28 fest vereinigt.

[0022] Auf der Kreislinie 26 der Strahlscheibe 24 angeordnete Ausnehmungen 44 führen über Öffnungen 46 in den hinter der Strahlscheibe 24 liegenden Raum 48.

[0023] Von dem Generator 42 mit dem Läufer 40 und dem Ständer 43, der ein spannungsgeregelter Gleichstromgenerator oder ein spannungsgeregelter Wechselstromgenerator mit Gleichrichtung des Wechselstromes sein kann, werden Antriebsmotoren (nicht dargestellt), z.B. eines Fahrzeuges und gegebenenfalls Sammlerbatterien (nicht dargestellt), gespeist. Sie dienen zum Hilfsbetrieb der Antriebsmotoren und zur Speicherung von Bremsstrom im Stromrückgewinnungs-Bremsbetrieb.

[0024] Aus dem in Fig. 5 gezeigten, entlang der Kreislinie 26 geführten, Schnitt durch die feststehende Strahlscheibe 24 und die umlaufende Schwungscheibe 30 geht die Ausbildungsform der Kammern 32 und der Ausnehmungen 44 mit den Öffnungen 46 hervor.

[0025] Die Dampfrohre 22 sind gegenüber der Oberflächenebene 34 der Strahlscheiben etwa in einem Winkel von 30° angeordnet. Den Öffnungen 82 der Dampfrohre 22 liegen die Wandungsteile 84 der Kammern 32 im wesentlichen senkrecht zum austretenden Dampfstrahl gegenüber. Durch den aus den Rohren 22 in die Kammern 32 einströmenden Dampf, der dabei auf die Flächen 84 aufprallt, wird das Schwungrad 30 in der durch den Pfeil 80 gekennzeichneten Richtung in Drehung versetzt.

[0026] In der ersten Phase dieser Drehung kommen die Kammern 32 den Ausnehmungen 44 der Strahlscheibe 24 gegenüber zu liegen, so daß der Dampf der Kammer 32 auch den Raum der Ausnehmung 44 einnimmt und durch die Öffnung 46 in den Raum 48 hinter der Strahlscheibe gelangt, von wo er in stark entspanntem Zustand über die Leitung 49 in den Kondensator 50 strömt.

[0027] Die relative Anordnung der Kammern 32, der Rohröffnungen 82 und der Ausnehmungen 44 ist derart, daß eine unmittelbare Verbindung zwischen den Öffnungen 82 und den Ausnehmungen 44 nicht möglich ist.

[0028] Es ist ferner eine in den Figuren der besseren Übersicht halber fortgelassene Absperrvorrichtung vorgesehen, vorzugsweise eine Sperrscheibe, durch welche der Zustrom des Dampfes aus dem Erhitzerbehälter 14 zur Strahlscheibe 24 wahlweise freigegeben oder gesperrt werden kann.

[0029] Wird der Zustrom des Dampfes zur Strahlscheibe 24 abgesperrt, dann sorgt der Druckregler 76 dafür, daß der Dampfdruck nicht über ein vorgegebenes Maß steigen kann, indem er den Brenner 62 regelt bzw. ganz sperrt. Eine in den Figuren nicht dargestellte Zündvorrichtung sorgt dafür, daß der Brenner im Bedarfsfall sofort wieder gezündet wird.

[0030] Der Erhitzerbehälter 14 und gegebenenfalls auch andere Bauteile mit hoher Betriebstemperatur sind mit einer in den Figuren nicht dargestellten Wärmeverluste dämmenden Isolation versehen.

Ansprüche

1. Sich durch Umweltfreundlichkeit auszeichnendes Antriebssystem, insbesondere für Fahrzeuge mit einem Dampferzeuger, einer Einrichtung zur Umsetzung der kinetischen Energie des Dampfes in mechanische Energie, insbesondere zum Antrieb eines damit gekoppelten Erzeugers elektrischer Energie zur Speisung mechanische Leistung abgebender Elektromotoren, bei welchem zur Dampferzeugung ein Brenner vorgesehen ist und der erzeugte Dampf über Rohrleitungen einer die Strömung des Dampfes in Rotation umsetzende Vorrichtung zugeführt wird, durch gekennzeichnet, daß Dampf auf eine drehbar gelagerte Schwungscheibe (30) geleitet und diese in Drehung versetzt wird und daß ein Druckregler (76) vorgesehen ist, der die Speisepumpe (46) und den Brenner (62) im Sinne einer Einhaltung eines vorgegebenen Dampfdruckes in dem wärmeisoliert angeordneten Dampferzeuger (10) steuert.

2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf über Austrittsöffnungen einer feststehenden Strahlscheibe (24) auf eine drehbar gelagerte, Kammern (32) enthaltende Schwungscheibe (30) geleitet wird und die Kammern (32) bei der Drehung der Schwungscheibe (30) Aufnahmekammern (44) der Strahlscheibe (24) gegenüber zu liegen kommen.

3. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in einem vom Dampferzeuger (10) getrennten Wasservorratsbehälter (54) gespeicherte Wasser durch die vom Druckregler (76) gesteuerte Speisepumpe (46) in den Dampferzeuger (10) eingespritzt wird.

4. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Austrittsöffnungen der Rohrleitungen (22) in der Strahlscheibe (24) tangential zum Bewegungskreis der Kammern (32) der Schwungscheibe (30) in einem Winkel von etwa 30⁰ angeordnet sind.

5. Antriebssystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (32) der Strahlscheibe (30) in einem gegenseitigen Abstand angeordnet sind, der etwa der Ausdehnung der Kammern (32) längs der Kreisbahn entspricht.

6. Antriebssystem nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Kraftstoff für die Beheizung des Dampferzeugers (10) Methylalkohol dient.

7. Antriebssystem nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (42) außer der Speisung des oder der Motoren auch zur Speisung einer Sammlerbatterie dient.

8. Antriebssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammlerbatterie, insbesondere im Falle des Antriebs eines Fahrzeuges, zur Aufnahme des beim Bremsbetrieb zurückgewonnenen Stromes dient.

9. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampferhitzer (10) mit dem Generator (42) eine Einheit bildet.

Zeichnung