Umweltfreundlicher druckgasbetriebener Kreiskolbenmotor mit seinem thermodynamischen Kreislaufprozess

Abstract

 Zum Betreiben einer mit Druckgas als Energieträger angetriebenen orts-unabhängigen oder ortsabhängigen Druckgaskreiskolbenmotor wird der Energieträger in einem Tank (1) in verflüssigtem Zustand gespeichert. Aus dem Speichertank wird in einen teilgeschlossenen thermodynamischen Kreislaufprozess anteilig in den Stoffstrom im flüssigen kalten Zustand zugefahren. Das Arbeitsmittel erhöht das Arbeitsvermögen beim Durchströmen von technischen Einheiten, wie Wärmetauscher, Düsen, Diffusor, Brenner, Verdampfer und Verdichter. Unter Einhaltung eines vorgegebenen Betriebsdruckes wird mit einem Impuls-Injektions-Verfahren das Arbeitsmedium geregelt in den Expansionsraum des Druckgaskreiskolbenmotors (34) gefahren. Nach einem physikalisch arbeitenden Verdichtungsstoß erfolgt die Expansion des Arbeitsmittels in den Kreiskolbenmotor (34). Eine effiziente Bewegungstechnik erzeugt bei sehr niedriger Drehzahl ein hohes Drehmoment. Parallel zum Motor läuft eine mechanische und thermische Rückgewinnung der anfallenden Massenkräfte und ihre Wirkungen und speichert diese als Arbeitsvermögen im Systemkreislauf ab. Die Ausnutzung der Primärenergie ist 6,77-mal effektiver als der von Verbrennungsmotoren. Der Druckgaskreiskolbenmotor (34) und sein Systemkreislaufprozess nutzt alle regenerativen Energien und wandelt diese in 5 Nutzenergien in einer Einheit, ohne Schadstoff zu erzeugen. Die Anwendung des Motors und sein Kreislaufprozess ist ökologischer und ökonomischer als die Brennstoffzellentechnik und macht den Menschen energieautark.

Beschreibung

[0001] Diese Anmeldung basiert auf alten, bekannten und bewährten Anwendungen, aber mit einer neuen technischen Vorrichtung zur Gewinnung einer Bewegungsenergie über das Arbeitsmittel Gas. Die Gesetze der Thermodynamik und der technischen Strömungslehre wirken in einem geschlossenen und teilgeschlossenen Kreislaufprozess auf eine Wärmekraftmaschine. Ziel dieser Erfindung ist, erneuerbare, regenerative Energien zu nutzen und die Energieeffizienz zu steigern. Erst gar keine Schadstoffe zu erzeugen, um zu verseuchen, vergiften ist das Ergebnis dieser neuen Technik. Eine Wärmekraftmaschine arbeitet in einem Kreislaufprozess mit hoher Energieeffizienz, schadstofffreier Oxydation mit regenerativen Energien im mobilen und stationären Einsatz. Ich nenne diesen Kreislaufprozess Kaltluftmotor-System (KLM-System).

[0002] Die Wärmekraftmaschine ist ein Druckgaskreiskolbenmotor (Fig. II I C-D), die schematisch gezeichnet ist und in der Beschreibung Punkt 8 erklärt wird.
Das KLM-System schließt alle Energiewandlungen von der Förderung, Gewinnung der Primärenergie, Energiespeicherung, Energiemitteltransport bis hin zur Nutzenergie ein. Das KLM-System arbeitet im Einklang mit den Naturelementen Feuer (Sonne), Luft, Wasser und Erde (Biomasse) umweltfreundlich und mit einem sehr hohen effektiven wirtschaftlichen Nutzen von im Mittel 85 %. Das KLM-System nutz intelligent den thermischen Kreislaufprozess durch potentielle und kinetische Energien und wandelt zusätzlich alle anfallenden Massenträgheitsmomente und ihre Wirkungen eines fahrenden, eines verzögernden Fahrzeuges in kinetische, potentielle Druckenergie und speichert diese Nutzenergie als Arbeitsvermögen in einem Druckspeicher ab. Dazu fährt ein mechanischer und thermischer Recuperationskreislauf und regeneriert Nutzenergie zur Exergie, bevor diese als Anergie für immer verloren geht.

[0003] Der Energieträger wird vor der Zuführung in die Kraftmaschine im flüssigen Zustand gespeichert und aus dem Speicher geregelt in einen Kreislaufprozess gefahren.

[0004] Das Energiemedium wird im Kreislaufprozess in das Arbeitsmittel Druckgas zurückgeführt und der Kraftmaschine geregelt zugeführt. Die für den Antrieb notwendige Menge des gespeicherten Energieträgers reduziert sich durch den Kreislaufprozess auf 12 % bis 16 % des Bedarfes nach dem heutigen Stand der Technik. Die erforderliche Volumenänderungsarbeit der Verdichter ist nur 23 % der Expansionsarbeit der Kraftmaschine. Der effektive Wirkungsgrad der Kraftmaschine im Kreislaufprozess ist 86 %. Der praktische Nutzen erhöht sich durch die Rückgewinnung der Massenkräfte einer bewegten verzögerten Masse auf 122 % gegenüber dem effektiven Wirkungsgrad der Kraftmaschine im Kreislaufprozess. Der effektive Nutzungsgrad der Primärenergie ist 6,77-fach optimaler als der einer Otto-Verbrennungsmaschine und 5,55-fach der eines Dieselmotors.

[0005] Das KLM-System nutzt nach der Thermodynamik die Kompressions- und Expansionsströmung im stationären Fließprozess über die Strömungsmechanik. Die kinetische Energie des Arbeitsmediums wird optimal in Arbeit ungewandelt, im Kreislaufprozess auf der Recuperationsseite die Düsen zur Kühlung und vor der Kraftmaschine zur Druck- und Temperaturerhöhung des Arbeitsmittels. Die kinetische Energie erhöht in dem Kreislaufprozess das Arbeitsvermögen um 45 % der angebotenen Arbeitsenergie. Die Strömungsmechanik vom Arbeitskolben 29 und Arbeitszylinder 27 sind durch eine kugelförmige Ausbildung und der senkrechten Teilung des Kreiskolbens 29, 30 gekennzeichnet. Über die Gegenstrom-Impuls-Injektion 26 erhöht die kinetische Energie die potentielle Druckenergie mal 1,3² durch einen physikalischen Verdichtungsstoß und durch die Teilung bieten die Kolben eine vergrößerte Arbeitsfläche von Ak = 2 × 1,5 = 3-fachen der Planarbeitsfläche an, dadurch verringert sich der Volumenstrom des Arbeitsmittels erheblich genüber dem von Volumenströmungsmaschinen, wie Turbinen und Kreiskolbenmaschinen (Flügelzellen, Zahnrad- und Lamellenmotoren).

[0006] Da das KLM-System über Druckgasspeichertanks verfügt, kann es flexibel arbeiten und die regenerativen Energiequellen abrufen, z.B. Sonnenenergie über die Photovoltaik sehr ökologisch und ökonomisch einsetzen. Die Wärmekraftmaschine ist ein Druckgasmotor, ein Kreiskolbenmotor, der mit langem elastischem Hebelarm ohne Todpunkt in seiner Bewegungstechnik eine effektive Bewegungsenergie erzeugt. Besonders hervorzuheben ist sein hohes Anfahrdrehmoment und seine niedrige Arbeitsdrehzahl max. 900 U/min. Parallel zum Motor arbeiten zwei Verdichter (Rotationskolbenmotoren oder Hubkolbenmotor), nutzen die anfallende Volumenänderung des Gases von 80 % - 70 % zur Erhöhung der Exergie des Arbeitsmittels mit einem Energieaufwand Wt von 20 % - 30 % der abgegebenen Nutzenergie. Dazu nutzt das System die anfallende Massenenergie eines fahrenden Autos. Die positive Energie aus Schubbetrieb und Ausbremsung werden mechanisch und thermisch gespeichert und direkt wieder genutzt an Anfahrenergie, z.B. das führt zu einem sehr hohen Nutzungsgrad von bis zu 90 % des Systems. Unterstützt als Energiespareffekt wird die Mobilität durch einen Freilauf zwischen Motor und kinetischen mechanischen Schwung-Kraft-Teil zum Getriebe.

[0007] Das Arbeits-, Energieträger- und Energiespeichermedium ist Luft und/oder auch sein Bestandteil wie Stickstoff. Bei Anfall von viel Abwärme aus Energiewandelanlagen, Produktionsprozessen usw. mit Abgaswärme über 100°C oder in warmen sonnenreichen Ländern kann der thermodynamische Kreislaufprozess auch mit arbeitsintensiven Gasen wie Helium, Kohlendioxyd, umweltfreundlichem Kältemittel R 134a, R 407c oder mit Dampf aus Ammoniak, Wasser und Alkoholen geschlossen gefahren werden.

[0008] Die Luft ist ungiftig, ungefährlich und ist im Einklang mit den 4 Naturelementen der Erde, das trifft auch besonders auf den reinen Stickstoff zu. Stickstoff ist ein inertes Gas. Luft gibt es überall kostenlos auf der Welt. Für alle Menschen, alle Völker gibt es durch das KLM System/mit dem KLM-System und seine Anwendung keinen ungerechten Zugang zur Antriebsenergie mehr. Die Armut wird erfolgreich gekämpft.

[0009] Luft, Stickstoff kann als Druckmedium oder/aber auch im flüssigen Aggregatzustand in Tanks gespeichert werden. Somit sind diese Arbeitsmedien auch Energiespeichermittel; gespeicherte potentielle, kinetische, thermische Energie in Form als Arbeitsvermögen. Besonders hervorzuheben ist das hohe Vermögen an Volumenänderungsarbeit 1 : 2850 Liter. Die Produktion von flüssiger Luft, flüssigem Stickstoff ist nicht groß technisch aufwendig und erfolgt emissionsfrei. Die Wandlung in den flüssigen Zustand sollte grundsätzlich durch die regenerativen Energiequellen Sonne, Wasser, Wind und Biomasse erfolgen. Dadurch fallen keine Schadstoffe und Treibhausgase an. Für ein kg flüssiger Luft/N₂ benötigt man an Strom 0,5 KW. Die flüssige Luft/N₂ werden in einem Teilkreislauf nur anteilmäßig von 1/6 - 1/8 des Nutzenergiebedarfs zugefahren.

[0010] Der effektive mittlere Wirkungsgrad des KLM-Systems ist 86 %, dabei fallen nur 16,5 % des heutigen Primärenergiebedarfs an. Keine zur Zeit entwickelte Technik erreicht diese Effektivität und ist dabei so umweltfreundlich wie das KLM-System.

[0011] Die Anwendung des KLM-Systems schafft die Ungleichheit der Energieverteilung auf der Welt ab und bekämpft damit die Armut in vielen Ländern auf dieser Erde. Die Energieeffizienz dieser Wärmekraftmaschine mit ihrem Wärmekreislaufprozess ist so bedeutend, ihr Nutzen so groß, dass ihr praktischer Einsatz im Fahrzeug- und Luftverkehr die Menschheit

unabhängig vom Erdöl als Treibstoff macht.

[0012] Aufgrund seiner Vielseitigkeit ist das KLM-System qualitativ sehr wertvoll, ein Exportschlager, ein innovativer neuer Schritt der Mobilität mit gleichen Vorteilen für die Menschheit auf der gesamten Erde. Auch kommt der Mensch mit dieser Technik seiner Generationspflicht nach.

[0013] Es ist allgemein bekannt, verdichtete Luft als Energieträger zum Betrieb von Druckluftwerkzeugen und -geräten sowie für Kraftmaschinen zu benutzen. Druckluft- oder Druckgasmotoren gibt es unter der Bezeichnung Rotationskolbenmotoren (Lamellen-, Axialkolben-, Radialkolben- und Trommelkolbenmotoren), Zahnradmotoren, Schraubenmotoren, Flügelzellenmotoren und Druckluftturbinen. Die Drucklufttechnik gilt gemeinhin als sehr robust, zuverlässig und sehr kompakt. Durch die geringe Dichte von Luft und Gasen zeichnen sich die Druckgasantriebe durch ein sehr gutes Schnellstartverhalten aus. Die generelle Verfügbarkeit des Arbeitsmediums in der Atmosphäre und die Speicherbarkeit machen die Druckluftspeichertechnik interessant für Anwendungen zur Speicherung regenerativer Energien. Druckluftspeicher gibt es bereits in der Stromversorgung, bei Spitzenstrombedarf wird ein Fluid, hier Druckluft, einer Turbine zugeführt und diese erzeugt über den Generator Strom. Druckluftenergie erzeugt mit konventionellen Anlagen ist sehr teuer. Hauptursache ist die Umwandlung hochwertiger elektrischer Energie in Druckluft im Verdichter. Die Gesamtwirkungsgrade von Druckluftanlagen sind schlecht. So hat ein handelsüblicher Verdichter bei 8 bar abs. einen spezifischen Leistungsbedarf von etwa 6 KW/m³/min. Demgegenüber steht die mit Druckluftmotoren erzeugbare spezifische Leistung von etwa 1 KW/m³/min. Es ist auch bekannt, Fahrzeuge mit gespeicherter Druckluft von etwa 200 bar Spannung als Antriebsenergie anzutreiben. Es handelt sich um Speziallokomotiven im schlagwettergefährdeten Bergbau unter Tage. Druckluftlokomotiven werden aus besonderem Druckluftleitungsnetz versorgt. Sie sind daher teuer und haben mit der begrenzten Aufnahmekapazität in Druckluftspeicherbehältern nur einen geringen Aktionsradius, der einer Ausbreitung von Druckluftfahrzeugen über Tage entgegenstand. Emst in neuerer Zeit ist es gelungen, einen Fahrzeugantrieb zu entwickeln, der seine Antriebsenergie aus einem Druckluftspeicher bezieht und einen Personenwagen antreibt, dessen Aktionsradius etwa 200 km sein soll und hierfür 300 l Druckluft bei 300 bar benötigen soll. Um die Reichweite dieses Fahrzeuges zu verbessern, ist vorgesehen, den Wagen zusätzlich mit einem Benzintank auszurüsten. Außerhalb der Stadt soll der Fahrer in der Lage sein, die Einrichtung vom Druckluftantrieb auf konventionellen Antrieb durch Verbrennung von Otto-Kraftstoff umzuschalten. Dieser Entwicklung liegt der grundsätzliche Gedanke zugrunde, in dicht besiedelten Stadtgebieten den Schadstoffausstoß von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren erheblich zu senken, da der Antrieb eines Motors durch vorgespannte Luft keinerlei Schadstoff erzeugt. Nachteilig ist aber der hohe Bedarf an Strom zur Erzeugung der Druckluftspeichermasse von bis zu 65 KW um 200 km fahren zu können, dazu teuere Werkstofftechnik für den Motor, um Verbrennung (Explosion) und Expansion der Druckluft (Kälte) ausreichende Standzeiten für den Motor zu haben.

[0014] Es großes Institut hat einen Wasserdampfmotor entwickelt. Das Arbeitsmedium Wasser wird in einem Kreislaufprozess geschlossen gefahren. Ein Verdampfer erhält Energie durch eine Verbrennungseinheit modernster Brennstofftechnik und Brennwerttechnik. Sehr schadstoffarme Verbrennung, geregelte Kontrolleinheit verdampft das Wasser, wechselt seinen Aggregatzustand und wird heißes Gas. Das heiße Gas treibt einen Hubkolben-Motor mit einem Kurbelwellengetriebe an. Der Wasserdampf wird dann wieder zurückgefahren über einen Kondensator. Ein klassischer Wärmekreislaufprozess. Nachteilig ist der hohe Exergieverlust bei der Verdampfung vom Arbeitsmedium und dem Brennstoffmedium, dazu die Kurbelwelle mit 2 Todpunkten pro Arbeitsgang. Der Kraftstoff kann Erdgas, Benzin, Diesel oder Biodiesel sein. Diese Wärmekraftanlage hat den gleichen Grundgedanken des KLM-Systems: Eine kontrollierte Verbrennungstechnik über eine Einheit außerhalb des Verbrennungszylinders einer Kraftmaschine. Aber damit hören auch fast schon die gemeinsamen Verbesserungen auf. Der Wirkungsgrad des Anlageverdampfers

denn die Einsparung an Kraftstoff liegt nach eigenen Angaben nur bei 20 % in allen Autoklassen und Kraftstoffen. Trotzdem ist dieser Weg richtig, um die ständig steigenden Anforderungen der Schadstoffgrenzwerte zu erfüllen und endlich vom Explosionsmotor wegzukommen.

[0015] Weitere Entwicklung gibt es mit Heizgasmotoren nach dem Stirling-Prozess, als Arbeitsmedium wird Helium gefahren. Dieser Stand der Technik ist fortschrittlicher, umweltfreundlicher als der Verbrennungsmotor mit seiner energievernichtenden Technik, seinem Schadstoffausstoß (Treibhausgas). Diese Systeme werden zur Zeit für die dezentrale Strom- und Wärmeerzeugung als Wärmekraftkopplung in der Praxis erprobt. Die Nachteile des Heizgasmotors sind seine im System anfallenden Volumen der Geräte und die fehlende Dynamik für den Fahrzeugantrieb.

[0016] In der Offenlegungsschrift DE 19911321A1 wird eine druckluftbetriebene Kraftmaschine beschrieben, die das Arbeitsmedium Luft in einem separaten vakuum-isolierten Tank im flüssigen Zustand speichert. Diese flüssige Luft wird in einem Verdampfer durch die Umweltwärme verdampft und dann in einen Druckluftmotor expandiert. Zusätzlich werden die anfallenden Massenkräfte eines fahrenden Autos rekuperiert. Das ist der höchste Stand der Technik für ein fahrendes Fahrzeug..Der Nachteil ist der sehr hohe Bedarf an flüssiger Luft, bei Stadtverkehr dem 6 - 8-fachen des KLM-Systems, entspricht 36 - 48 Liter/100 km.

[0017] Mit der Gebrauchsmusterschrift DE 20115657U1 wird das gleiche System angewendet und zusätzlich wird nach eine elektrische oder mechanische Wärmequelle als Energiewandler eingeführt. Dazu wird der Hauptbestandteil der flüssigen Luft oder Stickstoff, als Antriebsmedium genannt. Stickstoff ist nicht brennbar, Verbrauch Stadtverkehr ca. 60 Liter/100 km. Die Nachteile sind der hohe Verbrauch an flüssiger Luft oder Stickstoff. Die Reduzierung des Verbrauchs durch die zusätzliche Wärmequelle wird durch den Energieaufwand der Erzeugung aufgebraucht. Zudem ist diese Anmeldung nach dem Zeitpunkt von DE 19911321A1 erfolgt und von dieser vorweggenommen. Das trifft auch in der Grundbasis auf die Gebrauchsmusterschrift DE 20214283V1 zu. Eine direkte Einführung der Arbeitsmittel zu 100 % in den Motor durch einen offenen Kreislauf erfordert weniger technischen Aufwand, aber große Tankvolumen und viel Strom zur Herstellung der flüssigen Luft oder Stickstoff.

[0018] Bleibt noch ein Vergleich zur Brennstoffzellentechnik. Diese Technik ist sehr teuer und heute hat diese Technik nur als stationären Betrieb Erfolgsaussichten. Der benötigte Wasserstoff ist explosionsgefährlich und verbraucht viel Primärenergie. Wird er aus fossilen Brennstoffen erzeugt, entstehen Umweltbelastungen. Wenn er aus Methanol erzeugt wird, verbraucht man viel Biomasse. Das Abgasprodukt ist Wassergas. Wassergas ist ein Treibhausgas und beeinflusst das Lokal-Klima erheblich. Im Winter glatte Straßen, Nebel im Sommer, Saunaklima, für die Menschen und die Natur in den Ballungszentren. Wenn die Brennstoffzelle für den Verkehr technisch reif ist in ca. 20 - 40 Jahren nach Informationen der Fachwissenschaftler wird sich genau dieser Nachteil bestätigen, dazu noch akkumuliert durch den Mischbetrieb vom Fahrzeugverkehr mit den Verbrennungsmotoren. Der Wirkungsgrad für die Mobilität ist mit 45 % anzunehmen, denn die Zelle erzeugt mehr Wärme als Bewegungsenergie.

[0019] Ziel dieser Erfindung ist daher, den bereits bekannten Druckluftantrieb für stationäre und insbesondere für mobile (ortsunabhängige) Kraftmaschinen, hier vor allem für Fahrzeugmotoren so weiterzuentwickeln, dass die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen aus fossilen Erdölderivaten völlig durch den Einsatz von Druckluft oder Druckgasen wie Helium, Kohlendioxyd, Stickstoff, Ammoniak, Alkoholen, als Arbeitsmittel ersetzt werden können. Dazu alle regenerativen Energiequellen einsetzen können, ökologisch und ökonomisch über die mobilen und stationären Energiespeicher. Das Arbeitsmittel Gas kann problemlos das Arbeitsvermögen eines Gases in einem flüssigen oder gasförmigen Zustand in entsprechende Tanks speichern. Auch soll die Wärme durch geregelte Oxydation durch modernste Brennstoff- und Brennwerttechnik mit regenerativen Kohlewasserstoffen (Biomasse) außerhalb eines Zylinderraumes erzeugt werden. Zusätzlich soll das System durch einen geschlossenen und teilgeschlossenen Kreislaufprozess nach den Gesetzen der Thermodynamik und der technischen Strömungslehre arbeiten. Für den mobilen Einsatz im Fahrzeugverkehr wandelt das System durch die Rückgewinnung alle anfallenden Massenkräfte und ihre Wirkungen aus Schubbetrieb oder Verzögerung in kinetische und potentielle Energien. Diese Energien werden zwischengespeichert als Arbeitsvermögen und bei der weiteren Bewegung sofort als Nutzenergie abgerufen. Exergie vollwertig nutzen und durch Regeneration, Recuperation und Rückgewinnung der Massenträgheitskräfte, Anergie (Vergeudung + Verluste) möglichst aufzuheben. Die Umweltenergie der Luft und der Sonne nutzt das KLM-System in Form von Wärme über die KLM-System in Form von Wärme über die Verdampfung und in Form von Bewegungsenergie über die Photovoltaik direkt im Fahrzeug. Die an sich bekannten Vorteile eines Druckgasmotors können ebenfalls voll genutzt werden. Das erzeugte Drehmoment entspricht dem notwendigen Startmoment und ist gleich dem maximalen Drehmoment. Das Drehmoment ist also am größten, wenn es besonders gefragt wird, beim Anfahren und Beschleunigen. Der Druckgasmotor benötigt keinen Anlassmotor und keinen Beschleunigungsvorgang durch eine Kupplung. Der Druckgasmotor hat keinen energieverbrauchenden Leerlauf. Es ist der ideale Motor für den Stadtverkehr. Der Motorkolben wird über den Druckimpuls eines strömenden Arbeitsmittels über einer Verdichtungsströmung bewegt. Die Verdichtung, diese potentielle Druckkraft, bewegt den Kolben in einem Kreislaufmotor mit langem Hebelarm und ohne Todpunkt kreisförmig vorwärts. Das KLM-System nutzt im Kreislaufprozess entscheidend an den entsprechenden Arbeitspunkten die Gesetze der technischen Strömungslehre über Düsen und Diffuser "die Entspannungs- und Verdichtungsströmung". Die größte Bedeutung gewinnt das KLM-System als Antrieb einer Kraftmaschine, ob stationär oder als Fahrzeugmotor (mobil), durch die völlig fehlende direkte Umweltbelastung der Antriebsenergie. Es werden auch keine Emissionen bei der technischen Herstellung von flüssigem Gas wie Luft, Stickstoff, Helium, Kohlendioxyd usw. verlagert, denn das KLM-System arbeitet nur mit regenerativen Energiequellen, ja dieses System gibt den Regenerationsquellen ökologisch und ökonomisch einen praktischen Sinn und das KLM-System wird durch den vorhandenen Bedarf der mobilen Nachfrage an seiner Bedeutung gewinnen. Das Konzept des KLM-Systems ist eine Energiewandlung zu haben, die im Einklang mit Mensch und Natur ist - für eine friedliche Zukunft -, ökologisch und ökonomisch für alle Länder und Völker.

[0020] Das KLM-System arbeitet mit einer Effektivität

• dem 4,77-fachen des Otto-Dieselsystems im Stadtverkehr
• dem 4,55-fachen des Otto-Dieselsystems im Überlandverkehr
• dem 4,33-fachen des Otto-Dieselsystems im Autobahnverkehr.

Vergleich Quantität und Qualität der Energiewandlung

[0021] Ein 1200 kg-Auto im Stadtverkehr 100 km
Primärenergie   =   Exergie + Anergie   = Abgabe (Ox)
Aufwand-Energie   =   Nutzen + Verluste   = CO₂ + NOx, HC
Otto Motor 90 KW   =   16 KW + 74 KW   = 20 kg/CO₂
Diesel Motor 79 KW   =   17 KW + 62 KW   = 18 kg/CO₂
KLM-System 11,38 KW   =   8,87 KW + 2,51 KW   = 1,7 kg/CO₂ - regenerativ
Die Nutzenergie KLM =   8,87 KW = 11,38 KW - 6,22 KW =
      5,16 KW + 3,71 KW = 8,87 KW
Regeneration + Recuperation   =   6,22 KW +
angeforderte Exergie   =   5,16 KW +
angeforderte thermische und
mechanische Recuperation   =   3,71 KW -
Anergie des Systems   =   2,51 KW -

[0022] Das System verlagert 2,8 KW extern > zu den Kraftwerken und Flüssig-Gas-Produzenten dezentraler Art.
Im KLM-System fordert 7,67 KW = 27612 kj
P_EFF   =   

   =   34 kg Stoffstrom
Wteff = 790 kj/kg
34 kg Stoffstrom   =   

   =   5,6 kg
= 6,2 Liter flüssige Luft/Stickstoff für 100 km Stadtverkehr.
Im Vergleich der Verbrennungsmotor = 10,4 Liter = 93 KW Primärenergie und erzeugt dabei 74 KW Anergie dazu Treibhausgas 20 kg/CO₂ und 12 Nm³ Wassergas vergiftet.

[0023] Eine Verlagerung von 2,8 KW = 6,2 Liter Flüssiggas, diese von einem Windkraftwerk hergestellt, fordert an
   Primärenergie   =   Exergie + Anergie
   Strom 3,1 KW   =   2,8 KW + 0,30 KW

[0024] Zur Herstellung von 1 Liter flüssigem Arbeitsmittel Luft/N₂ benötigt die groß technische Anlage 0,5 KW für 1 Liter.

[0025] Angeforderter Primärenergie extern für 6,2 Liter flüssige Luft/N₂ = 3,1 KW Verlagerung, das entspricht einem Primärenergiebedarf von 6 % des heutigen Anfallenden im Fahrzeugverkehr für die Produktion des flüssigen Gases.

[0026] Das KLM-System selbst fordert über die Expandereinheit 28.300 kj für die 100 km Stadtverkehr, das entspricht bei einer flammenlosen Oxydation von Biomasse 1,1 Liter Äthylalkohol 0,8 Liter Pflanzenöl, dabei fallen ca. 1,7 kg CO₂ regenerativ an und keine Schadstoffe bei einem Brennnutzungsgrad von 94 % = 60 Watt Anergie.

1200 kg Masse - Stadtverkehr 100 km
	Primärenergie	Nutzenergie	Anergie	Schadstoff
KLM-System	14,19 KW	8,87 KW	2,76 KW	0
Otto-Motor	93 KW	16,7 KW	74 KW	20 kgCO2
Diesel-Motor	79 KW	17 KW	62 KW	18 kgCO2

[0027] Der Primärenergiebedarf 93 KW + 79 KW/2 86 KW im Mittel für den heutigen Fahrzeugverkehr, dabei entstehen 68 KW Anergie = Vergeudung und 19 kg Treibhausgas plus 12 Nm³ Wassergas, mit der ganzen Summe der Schadstoffe und Abwärme verändert der Mensch das Klima.

[0028] Das KLM-System ruft nur 14,19 KW Primärenergie ab und es entstehen extern und intern 2,76 KW Anergie, dazu kommen keine Schadstoffe und keine vergifteten Gase.

[0029] Der gesamte Primärenergiebedarf ist nur 16,5 % des heutigen Bedarfs. Die Gesamte Quantität kann von allen regenerativen Energiequellen mit sehr hoher Qualität erzeugt werden.

[0030] Aus importierter Energie mit all den Risiken und Kosten für alle Völker wird über das KLM-System und seine Anwendung Nationale Energie.

[0031] Aus Fig. IV ist der Exergiegewinn von 374 kj/kg zu entnehmen. Das KLM-System kühlt mit dem kalten Gas den Stoffstrom. Im Kreislaufprozess arbeitet das kalte Gas als Recuperator (Wärmeaustauscher, Verdampfer und Mischwärmeüberträger). Die benötigte Kälteenergie wird über Q12 mit 534 kj/kg zugefahren und gewinnt dabei 374 kj/kg an Exergie. Die Anergie ist 160 kj/kg. Die Exergie des gekühlten Systems steigt bei T < Tb durch die Wärmeabgabe.
   Exergie KLM = 858 kj + 374 kg = 1232 kj/kg
   Wt, Nutz-Energie = 1232 kj - 160 kj = 1064 kj/kg
   Stoffstrom KLM = 1 /6 × [534 + 374] = 151 kj/kg
   Wt Stoffstrom Klm = (858 kj x 0,9) + 151 kj = 923 kj/kg
   Weff Stoffstrom Klm = WtStKLM • m • G
   Weff Stoffstrom KLM =   923 • 0,93 x 0,92   =   790 kj/kg

[0032] Diese effektive Arbeit wird um den Recuperationsfaktor aus der Massenrückgewinnung (Massenträgheitsmomente und ihre Wirkungen) eines verzögernden Autos multipliziert.
Der Recuperationsfaktor ist
   Stadtverkehr   =   1,6 (60 %)
   Überlandverkehr   =   1,4 (40 %(
   Autobahnverkehr   =   1,25 (25 %)

[0033] Beispiel für Stadtverkehr: 1200 kg Masse hat das Auto, es ruft 12 KW Bewegungsenergie ab, nach heutiger Technik des Verbrennungsmotors, dann ist der flüssige Luft-/Stickstoffbedarf:

   

   =   


Qm_St   =   29 kg Stoffstrom
Q_flSt   =   

   =   

   =   4,8 kg
Vfl   =   5,6 Liter dazu 1,1 Liter Äthylalkohol oder 0,9 Liter Pflanzenöl

[0034] Die mechanische thermische Recuperation ist die technische Volumenarbeit des isotherm arbeitenden Verdichters 37 und des isotrop arbeitenden Verdichters 11. Die gesamte Volumenänderungsarbeit ist durch das
Δt   +   =   1040-151   =   889 K
   V   =   2850 I/kg - 2250 I/kg   =   600 I/kg (Volumen Arbeit) gegeben und entspricht 23 % anfallende Volumenänderungsarbeit des KLM-Systems. Dieser geringe Wert lässt das System optimal in einem teilgeöffneten oder auch geschlossenen Kreislaufprozess arbeiten.

[0035] Die Volumenänderungsarbeit ist 4,77 mal effektiver als die des Otto-Motors und 4,55 mal effektiver als die des Diesel-Motors.

[0036] In Fg. I wird die Qualität der Primärenergie für das KLM-System aufgezeigt. Über die regenerativen Energiequellen erzeugt man Strom, dieser wird dann mit sehr geringen Exergieverlusten in dezentralen Gasverflüssigungsanlagen zur Wandlung in den Kraftstoff Flüssiggas geschickt, dort gespeichert in Tanks und auf kürzester Distanz über Containertanks zu den Tankstellen befördert. Die flüssige Luft/Stickstoff verseucht nicht Luft, Wasser und die Erde (Boden), auch geht keine Explosionsgefahr von den inerten Gasen aus. Die Technik ist bekannt und die Logistik sehr ökonomisch. Zusätzlich können aus dem Energiespeicher fünf verschiedene Energien über das KLM-System erzeugt werden, nach Fg. I schematisch gezeichnet:

1.	Strom	100 Regenerative Energiewandler
2.	Wärme (Heizung)	102 Biomasse
3.	Bewegung (Motor)	105 Engergiespeicher
4.	Kälte (Klimaanlagen)	106 Solarstrom
5.	Kraftstoff	107 Oxydation 108 Druckgas

[0037] Diese Energien können gleichzeitig aber auch ökonomisch geregelt, einzeln oder nach Bedarf z.B. Bewegung (Motor) mit Heizung oder Klimaanlage abgerufen werden. Dazu kann das System mit einem Wärmenutzungsgrad von 94 - 102 % Wärme erzeugen als Nebenprodukt der Stromerzeugung, der Bewegungsenergie und Klimatechnik. Bei der Verflüssigung der Gase fällt etwa 50 % Wärme an, das ist ein wirtschaftlicher Vorteil für die dezentralen Verflüssigungsanlagen, denn in den Ballungsgebieten wird diese Wärme über die Rohrleitungsnetze verkauft. Das KLM-System wird die gesamte Klimatechnik innovativ ändern, denn die heutige Klimatechnik ist umweltschädlich, verbraucht zu viel Primärenergie, ist technisch aufwendig und birgt Gefahren für die Gesundheit des arbeitenden Menschen in allen geschlossenen Räumen. Durch Mischkühlung erreicht das System sauberes effektives kaltes Gas, Luft/Stickstoff/Sauerstoff, geregelt über Biofilter, ständig erneuert, gesunde Atemluft, die keimfrei ist, denn das verflüssigte Gas ist absolut sauber, chemisch rein. Das KLM-System gibt nun geregelt O₂ N₂ Temperatur und Luftfeuchtigkeit ab. Auch wird das KLM-System die autarke Energieversorgung für Einfamilien- bis hin zu Hochhäusern, Fabriken, Behörden usw. gerade zu einen wirtschaftlichen Sinn geben. 5 Energien in einem Energiewandler, dazu flexibel und umweltfreundlich und aus unbegrenzten, nachwachsenden Rohstoffen und Energiequellen. Die Energieformen sind: Strom 1., Wärme 2., Kraftstoff 3., Kälte 4., Bewegungstechnik 5. Nun kann das KLM-System über die Drucklufttechnik zur Spitzenlast-, Notstromerzeugung ökologisch und ökonomisch eingesetzt werden. Das Verhältnis der spezifischen Leistungen von Motor und Verdichter/Recuperator hat einen Wirkungsgrad
   =

   =   96 %

[0038] Alle regenerativen Energiewandler haben einen großen Nachteil, dass die Energiewandlung hohen Schwankungen aus natürlichen Gegebenheiten ausgesetzt ist. So müssen im Hintergrund der Windkraftwerke die fossilen Kraftwerke zu 80 % Kraftwerksenergie als Regelungsreserven fahren, wird diese Regelungsenergie nicht genutzt, so verpufft diese Energie mit all den Treibhausgasen, die eigentlich eingespart werden sollten.

[0039] Nach dem Schema Fg. I können mit dem KLM-System nun die Windkraftwerke, Sonnenkraftwerke usw. über den Druckluftspeicher oder die Verflüssigungsanlage unabhängig arbeiten, denn sie fahren in den Speicher, danach erzeugt das Speichermedium über das KLM-System Kraftstoff oder Strom unter konstanten Betriebsbedingungen. Windkraftwerke können auch direkt über die Verdichtung sehr ökonomisch flüssigen Stickstoff, flüssige Luft, flüssiges Kohlendioxyd, flüssiges Argon, flüssigen Sauerstoff und flüssiges Neon, Helium herstellen und speichern diese Gase in Hochdruckspeicher oder im flüssigen Aggregat-Zustand in entsprechenden Tanks. Dieses Unternehmen kann seine qualitativen Produkte jederzeit, ohne von den Naturkräften direkt abhängig zu sein, am Markt über die Logistik anbieten.

[0040] Der spezifische Leistungswirkungsgrad ist = 93 %.
   

   =   0,93

[0041] Die Anwendung des KLM-Systems erlöst die Menschheit aus dem Würgegriff der Erdölreserven, des weiteren keine Treibhausgase, kein Ozonloch, keine Vergiftung unserer Atemluft, keine Verseuchung von Wasser und Erde, keine Verschwendung unserer Rohstoffreserven wie Erdöl, Erdgas, Platin, Rhodium, Gold.

[0042] Das System und seine Technik ist von höchstem Nutzen für Mensch, Tier und Natur. Es ist der höchste Stand der Technik.

2.
Wie in Fg. II und Fg. III schematisch gezeichnet. Den Kreislaufprozess nenne ich KLM-System: Kaltluftmotor-System. Vom Tank 1 geht das flüssige Arbeitsmittel geregelt 2 in den Verdampfer 3, der in der Expansionseinheit 4 eingeschlossen ist und hier die Wärme Q des Stoffstroms absenkt. Das nun verdampfte Arbeitsmedium unter 24 bar Arbeitsdruck wird nun geregelt 5 über die Entspannungsdüse 6 auf 10 bar in die Mischkühlung der Expansionseinheit 4 gefahren. Hierbei kühlt der Stoffstrom auf 210 K ab. Gleichzeitig erhöht die Entspannung die Exergie des Arbeitsmediums 19 kj/kg Stoffstrom. Mit der Regelstrecke 7 und der Regelstrecke 8 werden der Druck im Tank 1 und der Expansionseinheit 4 über die Expansionsdüse 9 geregelt, dabei wird Kälte von 160 kj/kg erzeugt. Das ist ein zusätzlicher Exergiegewinn von 27 kj/kg Stoffstrom für das System. Über die Leitung 10 saugt der Verdichter 11 einen Stoffstrom von 210 K und 10 bar an und verdichtet diesen auf 36 - 46 bar geregelt über die Regelstrecken 12 in den Abgas-Wärmetauscher 15, danach in den Wärmetauscher 16 der Expandereinheit 17. Über die Rohrleitung 18 und der Regeleinheit 12 fährt das Arbeitsmedium über die Diffusorströmung 19 und Druckverteiler 20 in die Expandereinheit 17. Hier fällt ein Arbeitsdruck durch Verdichtungsstoß und Wärmezufuhr von bis zu 55 bar an, dazu erreicht das Arbeitsmittel 547 K. Die Brennstoffeinheit 21 erhöht die kinetische Energie über die Expandereinheit 17 sowie gleicht den Druckenergieverlust von dem Diffuser 19 aus, die Arbeitsmitteltemperatur steigt auf jetzt 857 K. Q 43 ist 215 kj/kg. Das Arbeitsmedium wird in der Regeleinheit 22 auf einen konstanten Arbeitsdruck geregelt gefahren. In der Einheit 23 wird das Volumen geregelt bestimmt und in der Impulseinheit 24 wird die Zeit des Impulses nach abgerufenem Leistungsbedarf gesteuert. Der Stoffstrom wird über den Verteiler 25 in die Diffusoreinheiten (zwei - zwölft Einheiten) 26 über den kugelförmigen Druckverteiler 27, der fest mit dem Motorzylinder verbunden ist, als Impulsgegenstrom - Energie gefahren. Dabei entsteht ein Verdichtungsstoß, dem 1,3²-fachen der kinetischen Energie (Strömungsenergie). Der Druck erhöht sich in Sekundenbruchteilen auf 88 bar, die Temperatur auf 1040 K. Der Kreiskolbenmotor 34 des KLM-Systems bietet ein Expansionsvolumen vom 1 bis 90-fachen des Eingangsvolumens an, damit nutzt das System im besten Maße die Expansionsarbeit eines vorgespannten Gases. In diesem Fall entspannt das Arbeitsmedium von 88 bar auf 0,97 bar. Die Temperatur fällt von 1040 K auf 289 K. Anschließend schieben die Kolben 29, 30 das Gas über die Düse 36 in die Saugseite des Verdichters 37. Das Arbeitsmittel hat jetzt auf der Saugseite 2,0 bar und 240 K. Alles über 2,0 bar geht über die Abgas- und Schalldämpfereinheit 35 ins Freie, das ist 1/6 bis 1/10 des Arbeitsstroms mit einer Temperatur von ca. 280 K, also ohne Anergie und Schadstoffe. Der Verdichter 37 ist ein Rotationskolbenverdichter mit keilförmigen ausgebildeten Kolben, der mit hoher Effektivität isotherm das Arbeitsgas von 2,0 bar auf 12 bar verdichtet. Über die Düse 39 strömt das Arbeitsmittel mit 240 K und 9 bar in die Expansionseinheit 4. Der Verdichter 37 wird im Prozess vom Regelkreis 38 gekühlt, die Leitung führt dann die Wärme zur Brenneinheit 21 und wärmt diese vor. Der Verdichter 37 sitzt auf der Motorwelle 31, 32 und arbeitet mit diesem im gleichen Takt. Der Verdichter 11 wird aus dem mechanisch kinetischen Kraftteil 60, 61 über Riementrieb unter Ausnutzung der Massenträgheitsmomente und seine Wirkungen angetrieben.

3.
Der Speicher 14 ist der Energiespeicher der mechanischen und thermischen kinetischen Recuperationen des Arbeitsmediums in Druckgas. Der Verdichter 11 fährt und verdrängt das Arbeitsmedium über die Regeleinheit 13, den Überschuss oder Recuperationsanteil in den Druckgasspeicherkessel 14. Auch die Expandereinheit 17 verdrängt den Überdruck von 55 bar über die Regeleinheit 46 in denselben Speicher. Bei einer Talfahrt eines Autos oder Verzögerung durch Schubbetrieb wird die zurückgewonnene Energie als Arbeitsvermögen des Gases im Speicher 14 gefahren. So entsteht keine Anergie. Dabei fallen keine Energiekosten an und auch die Umwelt wird nicht belastet.
Bei sehr langen Talfahrten, wenn die Einheit 4 leergefahren ist, öffnet sich die Einheit 68 und der Verdichter 11 saugt Luft aus der Atmosphäre und speichert im Druckkessel 14 das Arbeitsmedium als Arbeitsvermögen. Die Einheit 69 befreit das Arbeitsmittel von Wasser und Schadstoffen. Aus dem Speicher 14 fährt das System geregelt laufend über die Regeleinheit 45 das Arbeitsmittel in die Expansionseinheit 4, dabei gewinnt das System über die Expansionsdüse 45 130 kj/kg Stoffstrom an Kälte. Das ist eine Exergieerhöhung von 97 kj/kg.

4.
Das KLM-System setzt nicht nur indirekt, sondern auch direkt die regenerativen Energiequellen ein. Eine Photovoltaikanlage montiert auf das Dach, die Haube im Einklang vom Dessin (Form) des Autos oder Hauses ergibt eine nutzbare Energiewandlung. Der Wechselrichter 55 wird gespeist aus einer der vielen regenerativen Quellen. In der Batterie 56 wird die Energie chemisch gespeichert und von dort über den Wechselrichter 57 geregelt der Motor 58 mit Strom von 220 Volt gespeist. Der Motor 58 treibt den Verdichter 47 an. Über die mechanische Kupplung 59 kann der Motor 58 auch den Verdichter 11 antreiben. Die Kupplung 60 kann eine Verbindung bis zum Motor 58 über 59 schließen, z.B. bei langer Talfahrt eines Autos. Dann wird das ganze System über den Schubbetrieb versorgt und gewinnt Exergie aus den Massenkräften, bevor diese zur Anergie werden und das ohne Kosten und ohne die Umwelt zu belasten. Über die Leitung 70 saugt der Verdichter 47 das Arbeitsmittel von 36 bar und verdichtet es auf 80 bar und drückt dann das Arbeitsmedium über die Regelstrecke 48 in den Wärmetauscher 49. Der Verdichter 47 wird durch die Atmosphäre vorgekühlt, trotzdem erreicht das Arbeitsmittel 340 K. Mit dem Kühlwasser aus der Einheit 41 wird das Arbeitsmedium vorgekühlt und eine Wärme von 85 kj/kg recupiert. Das vorgekühlte Arbeitsmedium wird durch den Gegenströmer 50 gefahren, dabei vom Rücklauf 52 der Gasverflüssigung auf 110 K abgekühlt. Das auf 110 K abgekühlte Arbeitsmedium wird in der Expansionseinheit 51 zum Teil verflüssigt und in dem Tank 1 gespeichert. Der Überschuss an kaltem Arbeitsmittel wird über die Rücklaufleitung 53 und der Regelstrecke 8 in die Expansionseinheit 9 und 5 geregelt gefahren. Dieser Kreislauf gewinnt 97 kj/kg Stoffstrom an Exergie. Als Alternative für Energiespeicherung ohne die Kosten und die Masse der Apparate 49 bis 53 bleibt die Rückführung über die Regelstrecke 54, denn über Regelstrecke 45 gibt es einen erheblichen schnellen Exergiegewinn.

5.
Der mechanische Antriebsteil 61 besteht aus dem Freilauf 62, der den Motor 34 vom Getriebe und der Schwungscheibe 63 bei Schubbetrieb trennt. Die Schwungscheibe 63 sorgt für gleichmäßigen Rundlauf und dynamischen Antrieb. Die Einheit 63 ist direkt verbunden über einen Freilauf mit der mechanischen Recuperationseinheit 65, diese besteht aus einer Kupplung 64 mit Getriebe und einer oder mehreren Spiralfedern. Diese Spiralfeder speichert potentielle Energie zu 99 % und wandelt über das Getriebe 66 die Energie in Drehbewegung, also in Fortbewegung um. Ein Wechselgetriebe 67 sorgt für Vorlauf oder Rücklauf. Die mechanische Recuperation ist von hoher Qualität für die Energiewandlung und bringt einen Exergiegewinn für ein mobiles Fahrzeug
   60 % im Stadtverkehr
   40 % im Überlandverkehr
   25 % im Autobahnverkehr
   In Berg- und Talfahrt ist der Exergiegewinn 95 %.
Dieser Exergiegewinn erfolgt ohne Kosten und ohne die Umwelt zu belasten. Eine Mechanische Überlastung wird über die Einheit 64 vermieden. Bei Dauerlast über die Speicherkapazität wird über die Einheit 60 der thermische Recuperationskreislauf in Betrieb gesetzt, denn auch dieser hat einen hohen spezifischen Leistungsrückgewinn von 92 % in der Recuperation bei sofortiger Nutzung.

6.
Das KLM-System arbeitet mit den umweltfreundlichen Arbeitsmitteln Luft und Stickstoff in einem teilgeschlossenen Kreislaufprozess. Wird der Motor 34 über die Einheit 35 geschlossen und die Expansionseinheit 4 von Mischkühlung auf zwei getrennte Systeme gefahren, so kann jetzt ein Arbeitsmittel in einen geschlossenen Kreislaufprozess gefahren werden. Bei Anfall von viel Wärme aus der Energiewandlung und Produktionsprozessen mit Abgas- oder Abwärmetemperaturen über 100°C oder in sehr warmen und sonnenreichen Ländern bietet sich als Arbeitsmittel das Helium, das Kohlendioxyd, Wasser, Ammoniak, Alkohole und organische Kältemittel an. Der Kältekreislaufprozess ist mit den Arbeitsgasen Luft und Stickstoff als offener Prozess zu fahren. Das Arbeitsmittel fährt dann über die Einheit 44 oder 41 in die Atmosphäre. Auch der Kältekreislaufprozess kann geschlossen als Kältemaschinenprozess Fg V und FA gefahren werden. In FigA wirkt der Recuperator 15 als Kondensator und die Expandereinheit 4 als Verdampfer. Ein Gasverdichter hält den Kreislauf über den Motor 58 aufrecht. In Fig V führt die Expandereinheit 17 Wärme zu, die über den Recuperator 15 mit genutzt wird, in der Expansionseinheit 4 wird der Rücklauf vom KLM-System Arbeitsmittel gekühlt, die Exergie erhöht, in einem weiteren Kondensator wird das Kältemittel vollständig über die Drosseleinrichtung 79 kondensiert, eine Pumpe 80 befördert das flüssige Arbeitsmittel zurück in die Expandereinheit.

7.
Wie in Fg. II und III gezeichnet der Regelkreis B. Über diesen Regelkreis kann das System autonom über die Photovoltaik flüssige Luft oder flüssigen Stickstoff herstellen. Natürlich kann auch aus Nachtstrom oder einer Brennstoffzelle flüssiges Gas hergestellt werden, z.B. wenn ein Auto in der Garage abgestellt ist. Dieser Zusatz Regelkreis B ist aber auch ein Speicher des Arbeitsvermögens (Exergie) bei einer Talfahrt eines Autos. Im Schubbetrieb erzeugt das System über die Einheit B flüssige Luft zu 15 % und zu 85 % kalte Druckluft und speichert es im Tank 1. Wenn ein Auto bergauf fährt und dabei 3 KW Leistung aufgenommen hat, gewinnt das System über die Recuperation und die Einheit B 2,1 KW als Arbeitsvermögen bei der Talfahrt zurück. Damit fährt das Auto bei gleichmäßiger Bewegung 60/70 km/h 21 km Strecke. Hat das Auto eine 1 KW Photovoltaik-Anlage, so speichert das System 8 Liter flüssige Luft bei einer Sonneneinstrahlung von 10 Stunden, damit ergibt sich eine zusätzliche Fahrleistung von 110 km für 1 Tag. Rechnet man nach den statistischen Einstrahlungszeiten für Mittel-Europa, so ergibt sich eine zusätzliche Jahresfahrleistung für ein 1200 kg Auto von 5526 km, für Süd-Europa von 9730 km ohne Rohstoffe abzurufen, ohne die Umwelt zu belasten, das dazu noch im Stadtverkehr. Das System ruft nur noch Biomasse über die Expandereinheit von 0,8 bis 1,5 Liter pro 100 km ab.

8.
Über die Diffuserdüsen 26 und den kugelförmigen Druckverteiler 27 erhält das kompremible Arbeitsmedium einen hohen Verdichtungsstoß. Druck und Temperatur steigen. Es ist nach der Strömungslehre ein physikalischer Vorgang, den die Einheiten 23 und 24 kontrolliert. Dieser Verdichtungsstoß ist potentielle Druckenergie, die von den Kolben 29, 30 aufgefangen und über einen langen Hebelarm auf die Motorwellen 31, 32 ohne Todpunkt übertragen werden, denn der Motor hat eine rechts- und eine linksdrehende Welle, die oszillierend arbeiten. So sind auch die Kolben mittig, senkrecht geteilt und bieten zwei Arbeitsflächen an, dazu je eine Expansionsund eine Verschiebefläche. Durch die Halbkugelfläche vergrößert sich die Arbeitsfläche um 1,5 mal die angebotenen rechteckigen Planfläche des Raumes, so dass nicht nur eine verdoppelte Arbeitsfläche zur Verfügung steht, sondern diese noch beidseitig um 1,5 mal vergrößert wird. Ein Motor kann eine beliebige Anzahl an Kolbenpaaren haben. Hat der Motor zwei Kolbenpaare 29, 30 je einer rechteckigen Fläche A, so bieten sich (2 x 2) x 1,5 Arbeitsfläche an auf der Expansionsseite. Das ist eine hohe Energienutzung und verringert den Volumenstrom des Arbeitsmediums um 90 %.
   F   =   AK·2×2×1,5·p
   p   =   88 bar AK 5 cm2
   F   =   5·2·2×1,5×5 bar
   F   =   26400 N
   Fimpuls   =   F · ti t = 0,1 Sekunde
   Fi   =   2640 Ns
   Motordurchmesser 20 cm ist das Drehmoment ab erster Umdrehung Mmax
   Mmax =   528 Nm
Dazu bietet die Expansionskammer ein Expansionsvolumen von bis zum 90-fachen des Eingangsimpulsvolumens an.
Ein Anschlag mit mehreren Dauer-Magneten 33 hält die Kolbenpaare 29 immer wieder nach dem Arbeitstakt am selben Punkt bis zum Lavaldruck des Diffusors 26 fest zusammen. Kommt der Verdichtungsstoß, so baut sich eine kinetische und potentielle Druckkraft auf, über dem Lavaldruck fliegen die Kolben in einer Kreisbahn auseinander. Die Magneten 33 ziehen die Kolben beim Verschiebungstakt wieder zusammen und die Haltearbeit wird zurückgewonnen. Als Alternative kann das KLM-System bereits entwickelte Kreiskolbenmotore so auch Flügelzellenmotore fahren. Hier bieten sich besonders Kolbenmotore und Verdichter an. Auch Hubkolbenmotore, wenn diese das KLM-System haben, eignen sich. Der Wirkungsgrad fällt dann um 20 bis 30 %.

9.
Die Wirkungsgrade des teilgeschlossenen Kreislaufprozesses mit isobarer Kühlung des Arbeitsmediums Luft/Stickstoff sind in Fg. IV als Schaubild gezeichnet. Kühlung isobar in der Einheit 4
Primärenergie =   Exergie + Anergie
1392 kj/kg =   1232 kj/kg + 160 kj/kg
Wtmax=   W□ + Eq   =   1232 kj/kg
W□ =   cp (Tmax - Tab)   =   858 kj/kg
Bq   =   QStr. - Eq
Eq (+) =   Tab (S₂ - S₁)   =   374 kj/kg
Exergie =   e   = 694 kj/kg der flüssigen Luft.
QStr. =   Carnot Exergie fl. Luft   =   534 kj/kg
Wirkungsgrad der Primärenergie
   thp   =   

   =   

=
   thp   =   

   =   0,9 = 90 %
   thKLM   =   1 -

   =   1 -

   =   


   tnKLM   =   90 % theoretischer Wirkungsgrad
   thCarnot   =   1

   =   


   thCarnot   =   86 % Arbeitsmittel
   thKLM   =   1   -   

   =   


   thKLM   =   90 % Arbeitsmittel
   GKLM   =   

   =   

   =   0,92
   GKLM   =   92 %   =   Gütegrad
   m   =   

-

   =   0,93
   m   =   93 % mechanischer Wirkungsgrad
   KLM_Eff.   =   

   =   

= 86
   KLMEff. = 86 %
Der effektive Wirkungsgrad des KLM-Systems ist gleich dem theoretischen Wirkungsgrad nach Carnot.
Der praktische Wirkungsgrad des KLM-Systems wird durch die Rückgewinnung der Massenkräfte bei der Verzögerung durch den Schubbetrieb um den Recuperatorfaktor erhöht. Der Recuperatorfaktor ist für
      den Stadtverkehr   1,6
      den Überlandverkehr   1,4
      den Autobahnverkehr   1,25
Die Verdichterarbeit der Verdichter 11 und 37 ist 23 % der Volumenänderungsarbeit plus der mechanischen Reibungsarbeit.
W_Re =   

   =   


WReKLM   =   228 kj/kg Stoffstrom
Damit ergibt sich ein praktischer Nutzen für den Stadtverkehr
Nutzgr. KLM   =   


   =   


Nutzgr. KLM   =   

   =   1,22
Nutzgr. KLM   =   122 % mehr als der effektive Wirkungsgrad
Der praktische Nutzen des KLM-Systems ist im Vergleich zum praktischen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors
Nutzungsgrad_Eff.   =

   =   

   =   6,77-fach effektiver
6,77 mal besser in der Ausnutzung der Primärenergie als der Otto-Motor und 5,55 mal besser als der Dieselmotor. Der mittlere Primärenergie-Wirkungsgrad von der Quelle/Förderwelle zum Autorad ist 12,6 % für den Verbrennungsmotor und 83,5 % für das KLM-System. Es gibt kein Energiewandel-System, das diesen effizienten Nutzen der wertvollen Primärenergie hat. Dazu nach regenerativ und umweltfreundlich.

10.
Wie in Fg. II, III und V gezeichnet.
Die Expandereinheit 17 wird über die Brennstoffeinheit 21 mit Wärmeenergie versorgt. Die Oxydation von der Biomasse (Alkohole und Pflanzenöle) erfolgt nach modemster Brennwert- und Brennstofftechnik geregelt und kontrolliert ohne Schadstoffe, regenerativ. Zusätzlich wird die Verbrennung effektiver mit angereichertem vorgewärmten sauerstoffreichen Arbeitsmitteln über den Regelkreis 40 versorgt. Der Recuperator 15 wärmt das Arbeitsmedium vor und kühlt die Abgase auf 290 K ab. Über die Regelstrecke 42 wird die Einheit 41 mit Wärmeenergie versorgt und somit können Fahrgastraum oder ganze Häuser geheizt werden. Gleichzeitig kann die Einheit 17 auch zur Kälteerzeugung wie nach Fg. V eingesetzt werden. In der Einheit 17 wird das Arbeitsmittel bis zum 4-fachen seines Eintrittsvolumens gestreckt. Über die Regelstrecke 42 wird der gekühlte Energiestrom zur Einheit 4 zurückgefahren. Ein großer Vorteil ist, dass die Heizleistung bereits vor der Abfahrt geregelt ca. 10 Minuten, ohne dass der Antriebsmotor laufen muss, abgerufen werden kann. Die Heizleistung ist bei einer Nennleistung des Antriebsmotors/der Kraftmaschine von 15 KW, 480 kj/kg pro kg Stoffstrom.

11.
Aus der Expansionseinheit 4 versorgt der Regelkreis 43 über das Expansionsventil EV die Klimaeinheit 44 mit kaltem Arbeitsmittel, diese gibt nun über die Regeleinheit 71 kaltes Gas in den Fahrgastraum, Mischraum oder andere Räumlichkeiten ab. Durch die Strömungsgesetze ergibt sich ein Kältegewinn ohne technische Arbeit abzurufen. Durch die Expansion von 10 - 1,1 bar ergibt sich eine Kälteleistung von 150 kj/kg Stoffstrom. Ein Arbeitsmittelstrom von 6,25 kg = 8 m³/h klimatisiert einen Fahrgastraum eines Mittelklasseautos bei einem Δt von 24°C, ohne dass die technische Arbeit einer Klimaanlage anfällt. Das trifft natürlich auf alle anderen Räumlichkeiten auch zu. Der Anteil der flüssigen Luft ist 1 kg Masse. Ein sehr großer Vorteil ist, dass die Klimatisierung des Fahrgastraumes geregelt in einem Zeitraum von 10 Minuten vor der Abfahrt bereits beginnt, ohne dass der Antriebsmotor laufen muss. Die Gesamtkälteleistung des KLM-Systems ist bei einer Nennleistung des Antriebes von 15 KW, 419 kj/kg Stoffstrom.

Ansprüche

1. Druckgaskreiskolbenmotor (34) dadurch gekennzeichnet, dass der Energieträger vor der Zuführung in den Arbeitskreislauf in einem kälteisolierten Tank (1) (Fig. II, III C) im Kalten flüssigen Zustand gespeichert wird. Die Umweltwärme erzeugt über die Verdampfung des Arbeitsmediums im Tank (1) einen Gasdruck, der über die Regeleinheit (8) als Betriebsdruck eingeregelt wird. Das flüssige Arbeitsmedium wird durch diesen Betriebsdruck über die Regelstrecke (2) in den Verdampfer (3), der systemdicht in der Expansionseinheit (4) (Fig. III C) integriert ist, geregelt gefahren. Das gasförmige Arbeitsmedium wird aus dem Verdampfer (3) über die Druckund Volumenregeleinheit (7, 5) durch die (eine) Düse mit einem Druckverteiler (6) in die Mischkühlung der Expansionseinheit (4) gedrückt. Die Saugleitung (10) (Fig. II, III C) verbindet den Verdichter (11) über die Vierwege- und Druckregeleinheit (12) mit den Recuperatoren (15, 16). Das Arbeitsgas durchströmt im Gegenstrom den Abgaswärmetauscher (15) der Brenneinheit (21), danach kühlt es die Außenwände des Erhitzers der Expandereinheit (17) (Fig. III D). Eine parallele Leitung mit der Druckregeleinheit (13), bestehend aus Rückschlagklappe und Druckregelventil, verbindet den Verdichter (11) mit dem Druckgasspeicherkessel (14) (Fig. II; III D). Die Rohrleitung (18) ist über die Druckregeleinheit (12) mit der Diffusoreneinheit (19), dem Druckveretiler (20) und dem Erhitzer der Expandereinheit (17) (Fig III D) verbunden. Durch diese Anwendung entsteht eine kontrollierte Zwangsströmung in Form von Impulsierender Verdichtungsstöße des Arbeitsgases in der Expandereinheit (17). Arbeitsdruck und Betriebstemperatur steigen in der Expandereinheit (17). Gleichzeitig erwärmt die Brenneinheit (21) das Arbeitsmedium über den Erhitzer der Expandereinheit (17), dabei dehnt sich das Arbeitsgas isochor um ein mehrfaches an Volumen aus. An die Expandereinheit (17) schließen sich direkt die Steuerund Regeleinheiten für Druck (22), Volumen (23) und Zeit (24) (Fig. III D) an. Diese Regelstrecke ist über eine Rohrleitung mit dem Verteiler (25) verbunden. Der Verteiler (25) ist angeschlossen an die Diffusoreneinheiten (26), die wiederum direkt den Expansionskammern des Motors (34) gegenüberliegen (Fig. III D). Vom Verteiler wird das Arbeitsmedium in die Diffusoreneinheiten (26) über den kugelförmigen Druckverteiler (27) im Impulsgegenstrom in den Expansionsraum des Motors (34) gefahren. Der Impulsgegenstrom des Arbeitsmediums über den Druckverteiler (27) erzeugt einen physikalischen Verdichtungsstoß, dem 1,3²-fachen der kinetischen, der thermischen und potentiellen Energie des Arbeitsdruckes der Diffusoreneinheit (26). Die Kreiskolbenpaare (29, 30) sind mit den Motorwellen (31, 32) (Fig. III D) fest verbunden. Der kugelförmige Druckverteiler (27) ist fest mit dem Motorzylinder (28) verbunden. Die Motorwellen (31, 32) laufen gasdicht unter dem Druckverteiler durch und nehmen dabei die Expansionsenergie auf und wandeln die gesamte Energie des Arbeitsmediums, die von den Kolbenpaaren (29, 30) aufgenommen wurden, ohne Todpunkt mit großem Hebelarm in mechanische Energie um. Die Düsenventileinheit (36) verbindet die Expansionskammer des Motors (34) mit dem parallel auf den gleichen Wellen (31, 32) laufenden keilförmigen Kreiskolben des Verdichters (37) und dadurch gekennzeichnet ist, dass das Arbeitsgas von den Kolbenpaaren (29, 30) des Motors (34) auf die Saugseite der keilförmigen Kreiskolben des Verdichters (37) geschoben wird. Der Verdichter (37) drückt das vorgespannte Arbeitsgas über die Düsenventileinheit (39) in die Mischkühlung der Expansionseinheit (4). Mit diesem Arbeitsgang ist der Prozesskreislauf des Druckgaskreiskolbenmotors geschlossen (Fig. II, III C-D). Der Kreislaufprozess ist auch dadurch gekennzeichnet, dass über die Abgaseinheit (35) als teilgeschlossener Kreislaufprozess gefahren wird, wenn ausreichend Arbeitsgas im System gespeichert ist und der Verschiebedruck auf der Saugseite des Verdichters (37) über 2 bar steigt.

2. Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskolben senkrecht geteilt sind und aus Kolbenpaaren (29, 30) bestehen. Dadurch bietet ein Arbeitskolben die doppelte Arbeitsfläche (AK) für das Arbeitsmedium auf der Expansionsseite an.

3. Druckgaskreiskolbenmotor nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenpaare (29, 30) halbkugelförmig ausgebildet sind und die Passform mit dem Druckverteiler (27) übereinstimmen und auf der Grundlage der physikalischen Strömungstechnik aufgebaut sind. Die Arbeitsfläche AK vergrößert sich um das 1,5-fache einer Planarbeitsfläche.

4. Druckgaskreiskolbenmotor nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Dauermagnete oder Elektromagnete (33) die Kolbenpaare (29, 30) dicht und fest zusammen halten, bis der Lavaldruck in der Diffusoreneinheit (26) (Fig. III D) erreicht ist. Die Magnete (33) ziehen die Kolbenpaare (29, 30) beim Verschiebetakt wieder zusammen und die Haltearbeit wird zurückgewonnen.

5. Druckgaskreiskolbenmotor nach den Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass eine Kreiskolbenmaschine 2 bis 12 Kolbenpaare (29, 30) in einer Expansionsstufe und die entsprechende Anzahl an Kolbenpaare (29, 30) der zweiten Stufe, dritten Stufe haben kann. Zu einem Kolbenpaar (29, 30) müssen zwei Druckverteiler (27) angeordnet sein.

6. Druckgaskreiskolbenmotor nach den Ansprüchen 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Kreiskolbenpaare (29, 30) oszillierend arbeiten und mit einer Getriebetechnik (61), die einen Drehrichtungswandler (62 bis 65) hat, führt dann eine Arbeitsdrehrichtung aus.

7. Druckgaskreiskolbenmotor nach den Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Arbeitsmedium über das Regelventil (5) (Fig. III C) zu 1/8 bis 1/6 Anteil am Volumenstoffstrom in der Mischkühlung der Expansionseinheit (4) gefahren wird.

8. Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgasspeicherkessel (14) (Fig. III D) ein Energiespeicher ist, in dem die mechanischen zurückgewonnenen Massenträgheitskräfte aus dem Schubbetrieb, Bremsbetrieb und aus der Verzögerung von drehenden Massenkräften von einem Fahrzeug oder Arbeitsmaschine über die Antriebstechnik (61) in Druckenergie über den Verdichter (11) gewandelt und zur Zwischenspeicherung im Speicher (14) gefahren werden. Zusätzlich werden auch die thermischen und kinetischen Energien aus der Expandereinheit (17) über die Regelstrecke (46) (Fig. III D) als Arbeitsvermögen abgelagert; bevor die mechanische und thermische Exergie zu Anergie wird.

9. Druckgaskreiskolbenmotor nach den Ansprüchen 8 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgasspeicherkessel (14) über die Regelstrecke EV (45) mit der Mischkühlung der Expansionseinheit (4) verbunden ist und auch dadurch gekennzeichnet, dass die Expandereinheit (17) über die Druckregeleinheit (46) mit dem Druckgasspeicherkessel (14) (Fig II, III D) verbunden ist. Zusätzlich ist die Rohrleitung (70) aus dem Speicher (14) mit dem Hochdruckverdichter (47) (Fig. III C) verbunden.

10. Druckgaskreiskolbenmotor nach den Ansprüchen 8 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Speicherung der Druckenergie des Arbeitsgases im Energiespeicher (14) der Motor (34) dynamisch und flexibel arbeiten kann.

11. Druckgaskreiskolbenmotor nach den Ansprüchen 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Arbeitsmedium im Tank (1) über die Regeleinheit (8) und dem Expansionsventil (9) in die Mischkühlung der Expansionseinheit (4) (Fig. III C) gefahren wird.

12. Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmechanik (61) mit einer Schwungscheibe (63), einer Kupplungseinheit (64), einem Freilauf (62) und einer oder mehreren Spiralfedern (65) versehen ist und somit in der Lage ist, alle anfallende kurzzeitig auftretenden Massenträgheitskräfte bei einer Verzögerung als Exergie zu speichern und bei Bedarf zu 99 % wieder abzugeben (Fig. III D).

13. Druckgaskreiskolbenmotor nach den Ansprüchen 12 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebstechnik (61) über die Kupplungseinheit (60, 59) die Verdichter (11, 47) mechanisch antreibt und dadurch die anfallenden Massenträgheitsmomente und seine Wirkungen in thermische und potentielle Energien wandelt und über den Motor (34) wieder in Nutzenergie wandelt, bevor diese Energien zur Anergie werden.

14. Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (34) mit einer Freilauftechnik (62) ausgerüstet ist und keinen Leerlauf hat.

15. Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Expandereinheit (4) Fig. II, III C-D) über die Regeleinheit (43) durch das Expansionsventil EV das Arbeitsgas in die Mischkühlung der Klimaanlage (44) fährt, ohne dass der Motor (34) arbeiten muss, denn der Druckausgleich kommt aus Tank (1) oder aus dem Druckspeicherkessel (14), so können Räume klimatisiert werden über die Regeleinheit (71).

16. Druckgaskreiskolbenmotor nach Ansprüche 15 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Arbeitsmedium mit O₂ angespeichert im Tank (1) über die Rohrleitung (40) in den Verdampfer der Klimaanlage (44) gefahren wird. Das verdampfte Arbeitsmedium wird aus dem Verdampfer in den Kühlkreislauf (38) des Verdichters (37) gegeben, von dort vorgewärmt in die Brenneinheit (21) zur angereicherten Verbrennung gefahren (Fig. III C-D) (Fig. II).

17. Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, dass die Expandereinheit (17) über die Regelstrecke (42) (Fig. III D) mit der Heizeinrichtung (41) verbunden ist. So können Räume über die Heizung (41) geheizt werden, ohne dass der Motor (34) arbeitet.

18. Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckverdichter (47) (Fig. II, III c) über die Regeleinheit (48) mit einer Gasverflüssigungsanlage (49, 50, 51 und 52) verbunden ist.

19. Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (58) mit der Photovoltaikanlage über die Regeleinheiten und elektrischen technischen Einrichtungen (57, 56, 55) (Fig. III C) verbunden und ausgerüstet ist.

20. Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 20 dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (58) über die Kupplungseinheit (59) mit dem Verdichter (11) gekoppelt ist.

21. Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 21 dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung des Arbeitsmediums im Stoffstrom in der Expansionseinheit (4) durch Mischkühlung und isobar erfolgt und damit die Exergie des Arbeitsmediums erhöht (Fig. IV).

22. Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 22 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Strömungstechnik der Diffusoreneinheiten (19 und 26) die Exergie des Arbeitsmediums erhöht wird, so dass sich ein hohes Λ p und Λ t einstellt.

23. Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 23 dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Arbeitsmedium mit regenerativen Energiequellen verflüssigt werden kann, und dann in Energiespeicher (Lagertanks) gefahren wird. Aus diesem Energiespeicher erzeugt der Druckgaskreiskolbenmotor 5 Energien in Form von Strom, Heizung, Kälte, Kraftstoff und Bewegungsenergie (Fig. I).

24. Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 24 dadurch gekennzeichnet, dass über die Regeleinheit (68) und dem Verdichter (11) Luft aus der Atmosphäre vorgespannt wird und im Druckspeicherkessel (14) als Arbeitsvermögen abgelagert wird.

25. Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 25 dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (47) über die Kupplungseinheiten (59, 60) angetrieben werden kann und dabei Arbeitsvermögen des Arbeitsmediums über die Verflüssigungsanlage (50, 51) in den Tank (1) speichert (Fig. III C-B-A).

26. Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 26 dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislaufprozess des Motors (34) auch als geschlossener Kreislaufprozess mit getrennten Fließprozessen und Systemen gefahren werden kann und den Arbeitskreislauf systemdicht trennt vom Kältekreislauf (Fig. V).

27. Druckgaskreiskolbenmotor nach Anspruch 27 dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitsmedium außer Luft und Stickstoff auch, aber nur im geschlossenen Kreislauf, Gase und Dämpfe wie Helium, Kohlendioxyd, Wasser, Ammoniak, Alkohole und organische Kältemittel eingesetzt werden können (Fig. V).

Zeichnung