RK- Dampfmotor SteamEngine

RotationskolbenDampfmotor
Steam Engine
RK- Dampfmotor
Das Video zeigt den Probelauf des Prototypen mit Frischdampf 10 bar, bei 180 °C
Video siehe www.envirotec.eu.
Copy right E. Demmelmaier
RK- Dampfmotor
5.1
1.2
9
6
1.1
2
3
5
11
10
8
7
4
4.1
1
Positionsbezeichnungen: 1 Mantelgehäuse kleine AK, 1.1 Einlass vom Überhitzer in die kleine AK,
1.2 Auslass kleine AK zum Dampferzeuger, 2 Rotor kleine AK (nicht sichtbar), 3 Stirngehäuse kleine AK,
4 Zwischengehäuse, 4.1 Bypässe im Zwischengehäuse, 5 Mantelgehäuse große AK, 5.1 Auslass große AK
zum Dampferzeuger, 6 Rotor große AK, 7 Radialschieber Rotor große AK, 8 Stirngehäuse große AK,
9 Abtriebswelle, 10 Lager, 11 Wellendichtring
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RK- Dampfmotor
Funktionsprinzip:
Vom
Dampferzeuger
Maschinenreihe
mit kleiner Arbeitskammer
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Zum
Dampferzeuger
Einlas
s
Zum
Dampferzeuger
Expansionsräume
Maschinenreihe
mit großer
Arbeitskammer
RK- Dampfmotor
Der Dampfmotor (DM):
Der DM basiert auf Radialschieber- (Flügelzellen-) Rotationskolbenmaschinen entsprechend der herkömmlichen
Druckluftmotoren.
Anders als diese, weist er jedoch zwei axial hintereinander liegende Maschinenreihen mit je einer
Arbeitskammer (AK) und einem Rotor auf. Die AK‘n der beiden Maschinenreihen sind in Umfangsrichtung
verdreht zueinander angeordnet; wobei die 2. AK ein wesentlich größeres Volumen aufweist als die
1. AK. Dampf strömt in die Arbeitskammer der 1. Maschinenreihe, verdrängt mit konstantem Eingangsdruck
einen Radialschieber und gelangt durch entsprechend angeordnete Bypässe in die, verdreht angeordnete, axial
dahinter liegende 2. Arbeitskammer, expandiert dort simultan mit der 1. Arbeitskammer und erzeugt mit Hilfe
der jeweils wirksamen Radialschieber beider, auf einer Welle angeordneten Rotoren, ein sich addierendes
Drehmoment.
Durch diese innovative Anordnung der unterschiedlich großen Arbeitskammern zueinander, entstehen
sehr große Expansionsbereiche. Dabei entspannt der Dampf sehr stark und kühlt dabei ab.
Das erzeugte hohe Drehmoment treibt einen Generator oder Fahrzeuge an.
Restwärme für thermische Nutzung:
Der im DM abgekühlte Dampf mit geringem Druck wird in einem Wärmetauscher komplett kondensiert.
Die dabei abgegebene Wärme mit niedrigem Temperaturen, kann nochmals thermisch genutzt werden.
Mittels einer Kondensatpumpe wird das Kondensat wieder auf das erforderliche Dampfdruck- Niveau gebracht.
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RK- Dampfmotor
Eigenschaften, die den Dampfmotor zu einem „innovativen Produkt“ machen:
In die kleinere 1. AK wird relativ wenig Dampf eingeleitet.
Dadurch, dass die 2. AK ein wesentlich größeres Volumen besitzt als die 1. AK, werden in
beiden AK‘s zusammen sehr große Expansionsverhältnisse erreicht.
Der Dampf- (Energie) -verbrauch wird dadurch stark minimiert.
Besonders bei hohem Dampfdruck bis 150 bar und mit überhitztem Dampf, ist bei
optimalem Expansionsverhältnis eine sehr effiziente Nutzung der Dampfenergie möglich.
Je nach Temperaturdifferenz sind Carnot- Wirkungsgrade 0,50 und größer möglich.
Das Drehmoment ist über einen großen Drehzahlbereich annähernd gleich hoch.
Der DM ist für verschiedene Arbeitsfluide (Wasserdampf und Kältemittel) geeignet.
Kompakte und einfache Bauweise im Vergleich zu anderen Antrieben.
Keine aufwändigen Bauteile wie Kurbelwelle, Nockenwelle, Ventile usw..
Keine oszillierenden Massen, keine Schwingungen, kein Massenausgleich.
Wenige Bauteile.
Geringe Herstellkosten.
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RK- Dampfmotor
Mit diesen Dampfmotoren können
Generatoren zur Stromerzeugung,
Fahrzeuge (Straße, Schiene, Wasser, Luft)
angetrieben werden.
Dampf kann erzeugt werden aus
bisher nicht genutzter Abwärme, Abhitze von Verbrennungsmotoren, usw.
Verbrennungsenergie von nachwachsenden Rohstoffen
fossilen Brennstoffen
thermischer Sonnenenergie.
Arbeitsfluide:
Dampfmotoren können mit unterschiedlichen Arbeitsfluiden (Wasser,
Kältemittel, Druckluft) betrieben werden.
Dampfmotoren können je nach verwendetem Arbeitsfluid, unterschiedliche
Temperaturniveaus nutzen.
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RK- Dampfmotor
Antriebe mit einem effizienten Dampfmotor schonen die Umwelt:
Bisher ungenutzte Abwärme aus BHKW‘s und Abhitze aus thermischen Prozessen können
sehr effizient zu Strom umgewandelt werden.
Anders als bei herkömmlichen Energieanlagen kann auch mit Biomasse, wie Holz, Stroh
und mit thermischer Sonnenenergie, sehr effizient Strom erzeugt werden.
Dabei kann die Sonnenenergie bis zu 50 % genutzt werden (PV- Anlagen max. 21 %)
In Kombination mit der Sonnenenergienutzung ist auch im Sommer eine effiziente
umweltfreundliche Strom- und Wärmeerzeugung möglich.
Strom kann direkt vor Ort erzeugt werden, dort wo er gebraucht wird; damit entfallen
Transportverluste und kapitalintensive Transportnetze.
Im Gegensatz zu Großkraftwerken kann die Abwärme weiter genutzt werden.
Durch die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme können sich Verbraucher
autark versorgen.
Mit Dampfmotoren betriebene Fahrzeuge, können die Bremsenergie mittels integriertem
Rekuperator sehr effizient speichern und wieder nutzen.
Geringer CO2- Ausstoß schont das Weltklima.
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RK- Dampfmotor
Vorteile bei Fahrzeugantrieben:
sehr kompakte einfache Bauweise,
niedrigeres Leistungsgewicht möglich,
wenig bewegte Teile, keine Ventilsteuerung, keine Kurbelwelle,
effiziente Kraftübertragung durch Kreisbewegung der Rotationskolben,
sehr ruhiger Lauf,
höchstes Drehmoment beim Anlauf und über einen großen Drehzahlbereich,
hohe Drehmomente bei geringen Baugrößen,
gleichmäßiger Drehmomentenverlauf je Umdrehung,
bei gleicher Leistungsanforderung, niedrigere Drehzahlen als andere Antriebe,
Energierückgewinnung durch Rekuperationsbetrieb,
Expansionsmotor und Rekuperator sind Platz sparend in einer Maschine integriert,
optimal mit umweltfreundlichen Primärenergiearten kombinierbar,
Insgesamt sehr geringer Energieverbrauch,
sehr umwelt- und klimafreundlich,
vorhandene Brennstoff- Infrastrukturen können uneingeschränkt genutzt werden,
konkurrenzlos bei den Anschaffungs- und Betriebskosten,
großes Entwicklungspotential.
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RK- Dampfmotor
Potentielle Märkte (in Deutschland):
Energie- Arten
Energiewandlung mit …… in
Potent. Marktgrößen
Bisher ungenutzte Abwärme-,
Abhitze von
BHKW‘s (Biogasanlagen)
BHKW‘s (Gas, Diesel)
Thermische Industrieprozesse
Dampferzeuger + Dampfmotor
BHKW‘s (Strom, Wärme)
(Abgasdampferzeuger vorhanden)
> ca. 30 000 Anlagen
mit 100 KW- Leistung
und größer
Fossile Brennstoffe,
nachwachsende Rohstoffe,
Sonnenenergie
Dampferzeuger + Dampfmotoren
BHKW‘s (Strom, Wärme)
(Dampferzeuger vorhanden)
> ca. 20 000 Neuanlagen
als Ersatz von BHKW‘s mit
Verbrennungsmotoren
Nachwachsende Rohstoffe
Hackschnitzel
Pellets, Stroh, usw.
Dampferzeuger + Dampfmotor
BHKW‘s (Strom, Wärme)
(Dampferzeuger z. T. vorhanden)
> Anzahl unbekannt
> Anzahl unbekannt
> Anzahl unbekannt
Solarthermische Kraftwerke
(+ Kombinationen mit
anderen Primärenergiearten)
Dampferzeuger + Dampfmotor
BHKW‘s (Strom, Wärme)
(Dampferzeuger vorhanden)
Draft >> ca. 10 000
Neuanlagen mit 3 KW bis
100 KW und größer
Alle
Dampferzeuger + Dampfmotor als
Antriebe für Landfahrzeuge,
Wasserfahrzeuge, Luftfahrzeuge
(Dampferzeuger für leistungsstarke
DM‘s vorhanden, z.B. für LKW‘s)
>> 10 Mio. Neuanlagen
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RK- Dampfmotor
Marktvorteile, Marktperspektiven:
Nutzung vieler verschiedener Energiequellen, verschiedener Temperaturbereiche,
von der Tages- und Jahreszeit, sowie von der Witterung unabhängige Stromerzeugung,
Stromerzeugung für den Eigengebrauch und/oder zur Netzeinspeisung,
Stromerzeugung und Heizung in einer Anlage möglich,
geringer Energieverbrauch,
insgesamt hohe Umweltentlastung,
Verwendung bewährter Technik,
Nutzung der vorhandenen Energie- Infrastruktur,
relativ einfache Einbindung des Systems in bereits bestehende Energieanlagen,
günstiges Preis- Leistungsverhältnis,
vielseitige Anwendungsmöglichkeiten (Antriebe für Fahrzeuge, zur Stromerzeugung,
in der Kältetechnik)
kurz- und langfristig steigende Nachfrage aufgrund der Energiewende,
größere Akzeptanz bei den Mitbürgern im Vergleich zu PV- oder Windkraftanlagen,
Alleinstellungsmerkmal durch erteiltes Patent- Nr.: DE 10 2008 058 891.
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RK- Dampfmotor
Technische Risiken:
Eine strömungstechnisch optimale Gestaltung und eine optimale dynamische
Abdichtung der Arbeitskammern, der Radialschieber, der Hubräume und der
Verbindungskanäle, sind wichtige Voraussetzungen für die prognostizierten
Wirkungsgrade.
In Verbindung mit hohen Temperaturen und großen Temperaturgradienten,
sowie mit einem hohen Arbeitsfluiddruck, werden hohe Ansprüche an das
Material der mit den Arbeitsfluiden in Berührung kommenden Teile gestellt.
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RK- Dampfmotor
Entwicklungsstand:
Ein Prototyp (ca. 5 KW Leistung bei 1550 U/min.) wurde gebaut.
Durch Probeläufe, wurde
mit Dampf von 10 bar, 180 °C und mit
mit Druckluft von 10 bar, 20 °C,
das Funktionsprinzip des Dampfmotors erfolgreich nachgewiesen
(siehe Video).
Nächste Entwicklungsschritte:
Beantragung von Fördermitteln für die Weiterentwicklung (BUND, Land),
Bau von leistungsstärkeren DM‘s, z.B. mit 100 KW Leistung f. BHKW‘s,
Prüfstandsläufe zur Erprobung verschiedener Konfigurationen und
Materialien,
Anwendungsbezogene Erprobung und Dauerläufe mit einem
Abgasdampferzeuger beispielsweise an bestehenden Biogasanlagen
(bei den Dauerläufen kann bereits Ertrag erwirtschaftet werten).
Copy right E. Demmelmaier
RK- Dampfmotor
Fazit :
Mit dem Dampfmotor kann aus bisher ungenutzter Abwärme, aus Abhitze, aus
allen Brennstoffen, aus nachwachsenden Rohstoffen und aus Sonnenenergie,
Strom erzeugt werden;
Die Nachfrage nach umweltfreundlichem Strom wird künftig stark zunehmen,
entsprechend groß wird die Nachfrage nach umweltfreundlichen Antrieben sein;
Dampfmotorantriebe haben einen hohen Gesamtwirkungsgrad;
Die vorhandenen Energie- Infrastrukturen können unverändert genutzt werden;
Der Dampfmotor hat ein Alleinstellungsmerkmal (erteiltes Patent);
Insgesamt hat der Dampfmotor also große Wettbewerbsvorteile, ein
großes Marktpotential und ein großes Entwicklungspotential.
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Persönliches:
Demmelmaier Eduard, Dipl. Ing. FH
Entwicklung von und Handel mit technischen Produkten
Altomünsterstraße 2
85229 Markt Indersdorf
Tel./Fax.:
08136/1310
Email:
[email protected]
Homepage:
www.envirotec.eu
Meinen beruflichen Lebensweg begann ich als Werkzeugmacher.
Nach dem Fachabitur befasste ich mich im Rahmen meines Maschinenbaustudiums u.a.
mit der Berechnung und Konstruktion eines Vierzylinder-Kolbenmotors.
Nach 30 Jahren beruflicher Tätigkeit als Ingenieur in luftfahrttechnischen Betrieben, befinde ich
mich jetzt im „Un- Ruhestand“ und übe nebenbei eine selbständige Tätigkeit im Bereich
„Entwicklung technischer Produkte“ aus - siehe auch „www.envirotec.eu“.
Für die Entwicklung, Herstellung und den Vertrieb von entsprechenden Dampfmotorenantrieben
suche ich eine geeignete Firma.