DE3619016A1 - Engine - Google Patents

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DE3619016A1
DE3619016A1 DE19863619016 DE3619016A DE3619016A1 DE 3619016 A1 DE3619016 A1 DE 3619016A1 DE 19863619016 DE19863619016 DE 19863619016 DE 3619016 A DE3619016 A DE 3619016A DE 3619016 A1 DE3619016 A1 DE 3619016A1
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Guenter Zillner
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    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

The subject of the invention is a method and a machine for generating energy which, using at least one pressure vessel designed as heat exchanger, in which an incompressible fluid with high thermal expansion and good sliding and lubricating characteristics as working medium is alternately heated and cooled and the expansion and contraction forces of which act on a reciprocating working piston in a cylinder and this piston performs work by way of a piston rod, warm or cold fluid being led through heat exchanger tubes arranged in the heat exchanger for cyclical heating and cooling of the working medium and the warm fluid fed to the heat exchanger being prepared by a heat source fed from waste heat or a solar collector or a heat pump. These can be further improved and their efficiency optimised in that the cold fluid is prepared by heat exchange with a cooling medium and preferably cooled by indirect heat exchange with a refrigerant storage medium. <IMAGE>

Description

Gegenstand einer früheren Patentanmeldung des gleichen Anmelders ist ein Verfahren und eine Arbeitsmaschine zur Energieerzeugung, welche unter Verwendung eines Wärmeaustauschers in einem Druckbehälter, in welchem ein inkompressibles Fluid mit hoher Wärmeausdehnung und guten Gleit- und Schmiereigenschaften als Arbeitsmedium taktweise abwechselnd erwärmt und gekühlt und dessen Ausdehnungs- bzw. Kontraktionskräfte auf einen in einem Zylinder hin- und herbewegbaren Arbeitskolben wirken und dieser über eine Kolbenstange Arbeit leistet, wobei zur taktweisen Erwärmung bzw. Abkühlung des Arbeitsmediums abwechselnd warme bzw. kalte Flüssigkeit durch ein Bündel von dünnen Wärmeaustauscherrohren im Wärmeaustauscher geleistet und die dem Wärmeaustauscher zugeführte warme Flüssigkeit durch eine von Abwärme oder durch einen Sonnenkollektor oder eine Wärmepumpe gespeiste Wärmequelle aufbereitet wird. This is the subject of an earlier patent application by the same applicant is a process and a work machine for power generation, which using a heat exchanger in a pressure vessel in which an incompressible fluid with high thermal expansion and good sliding and lubricating properties alternately heated and cooled alternately as a working medium and its expansion or contraction forces on one in one Cylinder reciprocating working pistons work and this works via a piston rod, whereby to the clockwise Warming or cooling of the working medium alternately warm or cold liquid through a bundle of thin heat exchanger tubes performed in the heat exchanger and that of the heat exchanger Warm liquid supplied by one of waste heat or by a solar panel or a heat pump fed heat source is processed.  

Dabei wird ein Wärmegefälle auf einem vergleichsweise niedrigen Niveau und mit vergleichsweise geringer Gefälledifferenz zur Arbeitsleistung herangezogen. Weil dabei, anders als beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine, das Arbeitsmedium ein inkompressibler Stoff ist, welcher den Wärmeaustauscher und angeschlossenen Raum des Zylinders bis unter den Kolbenboden totraumlos erfüllt, erfordern die durch Dehnung bzw. Kontraktion des Arbeitsmediums hervorgerufenen Arbeitstakte infolge des vergleichsweise langsam erfolgenden Wärmetransportes bei dessen Aufheizung bzw. Abkühlung vergleichsweise wesentlich längere Taktzeiten als bei anderen bekannten Kolbenkraftmaschinen. Auch ist der Ausdehnungskoeffizient und damit die Änderung des Arbeitsvolumens nach Maßgabe der Temperatur des Arbeitsmediums vergleichsweise sehr gering. Andererseits werden bei der Dehnung des kompressiblen fluiden Arbeitsmediums vergleichsweise extrem hohe Druckkräfte erzielt, welches beispielsweise in der Größenordnung von einigen hundert bar liegen. Somit leistet die Maschine gemäß ihrer Funktionsweise Arbeit mittels vergleichsweise langsamen Bewegungsabläufen bei vergleichsweise hohen Arbeitsdrücken.Thereby a heat gradient at a comparatively low level Level and with a comparatively small gradient difference used for work performance. Because, unlike for example in an internal combustion engine, the working medium is incompressible substance which is the heat exchanger and connected Space of the cylinder to below the piston crown without dead space fulfilled, require by stretching or contraction the work cycles caused by the working medium as a result of the comparatively slow heat transfer during its Heating or cooling comparatively much longer Cycle times than in other known piston engines. Also the coefficient of expansion and thus the change in Working volume according to the temperature of the working medium comparatively very low. On the other hand, when stretching of the compressible fluid working medium extremely high pressure forces achieved, which, for example, in the Order of magnitude of a few hundred bar. Thus, the Machine according to its mode of operation by means of comparative slow movements with comparatively high working pressures.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Gegenstand der früheren Patentanmeldung des gleichen Anmelders weiter auszubilden und insbesondere das Arbeitsverfahren und die Geschwindigkeit der Bewegungsabläufe der Maschine erheblich zu verbessern, und damit zugleich sowohl die Leistung als auch den Wirkungsgrad des Verfahrens bzw. der Arbeitsmaschine wesentlich anzuheben.The present invention is based on the object the same applicant's earlier patent application to further train and in particular the working method and  the speed of the movements of the machine considerably to improve, and at the same time, both performance and the efficiency of the process or the machine to raise.

Gemäß der Erfindung hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß durch Erhöhung des Temperaturgefälles zwischen warmer und der kalten Flüssigkeit, und insbesondere durch Verwendung einer gegen den Nullpunkt zu abgekühlten kalten Flüssigkeit wesentlich schnellere Arbeitstakte in beiden Richtungen erzielt werden können.According to the invention, it has surprisingly been found that by increasing the temperature gradient between warm and the cold liquid, and in particular by using a cold liquid cooled to zero faster work cycles can be achieved in both directions.

Erfindungswesentlich wird daher vorgeschlagen, daß die kalte Flüssigkeit durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Kältemittelkreislauf einer Kältemaschine aufbereitet wird. Hierbei soll unter dem Begriff der Aufbereitung der kalten Flüssigkeit in einem Kältemittelkreislauf die Maßnahme verstanden werden, daß die Flüssigkeit bis möglichst nahe an den Gefrierpunkt heruntergekühlt wird.Essential to the invention it is therefore proposed that the cold Liquid through indirect heat exchange with a refrigerant circuit is processed in a refrigerator. Here, the term processing of the cold liquid is intended understood the measure in a refrigerant circuit be that the liquid as close as possible to freezing is cooled down.

Eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung sieht dabei vor, daß die kalte Flüssigkeit durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Kältespeichermedium aufbereitet wird.A very advantageous embodiment provides that the cold liquid through indirect heat exchange with a cold storage medium is processed.

Dieser Maßnahme liegt die erfindungsgemäße Überlegung zugrunde, daß die Kraftmaschine, deren Arbeitsweise sehr wesentlich auf die Nutzung sogenannter alternativer Energiequellen wie Sonnenenergie zur Wärmegewinnung und Förderung von Tiefenwasser zur Bereitstellung der kalten Flüssigkeit ausgerichtet ist, infolge umweltbedingter Änderungen entweder bei der Sonneneinstrahlung oder bei der Gewinnung von kaltem Wasser nicht immer unter kontinuierlichen Betriebsbedingungen betrieben werden kann. Infolgedessen ist es erfindungswesentlich von Vorteil, wenn zur Glättung von Versorgungsunterschieden Möglichkeiten zur Speicherung der Bezugsquellen sei es für warme Flüssigkeit oder für kalte Flüssigkeit herangezogen werden.This measure is based on the consideration according to the invention, that the engine, the way it works very significantly the use of so-called alternative energy sources such as solar energy  for heat generation and extraction of deep water for Deployment of the cold liquid is targeted as a result environmental changes either in solar radiation or when getting cold water not always below continuous operating conditions can be operated. Consequently it is essential to the invention if Smoothing of supply differences Possibilities for storage the sources of supply be it for warm liquid or for cold Liquid can be used.

Mit Vorteil sieht eine weitere Ausgestaltung vor, daß dem Kältespeichermedium durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Kältemittelkreislauf der Kältemaschine kontinuierlich oder in zeitlichen Intervallen Wärme entzogen wird.Another embodiment advantageously provides that the cold storage medium through indirect heat exchange with the refrigerant circuit the chiller continuously or at time intervals Heat is removed.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht weiter vor, daß als Kältemaschine die zur Aufbereitung der warmen Flüssigkeit vorgesehene Wärmepumpe verwendet wird.An advantageous embodiment further provides that as a refrigerator the one intended for the preparation of the warm liquid Heat pump is used.

Bekanntlich ist die Wärmepumpe eine Maschine, mit der Wärme aus einem Wärmeträger niedriger Temperatur wie Wasser oder Außenluft mit Hilfe eines inneren Arbeitsmediums im Verlauf eines Kreisprozesses auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und in diesem Zustand für Heizzwecke verwendet wird. As is well known, the heat pump is a machine with which heat from a low temperature heat transfer medium such as water or outside air with the help of an internal working medium in the course of a Cycle brought to a higher temperature level and is used in this state for heating purposes.  

Im vorliegenden Beispiel wird diese höhere Temperatur an die warme Flüssigkeit abgegeben. Normalerweise bleibt die mit Hilfe der Wärmepumpe auf der kalten Seite erzeugte Kälte unausgenutzt, während nur die erzeugte Wärme ausgenutzt wird. Gemäß Erfindung ist nun mit einer überraschenden Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades vorgesehen, daß die erzeugte Kälte an die kalte Flüssigkeit abgegeben und zu deren Aufbereitung verwendet wird. Hierdurch wird mit Vorteil der Gesamtwirkungsgrad der Kraftmaschine deutlich verbessert.In the present example, this higher temperature becomes released the warm liquid. Usually it stays on with the help of the heat pump cold side generated cold unused, while only that generated heat is exploited. According to the invention is now with a surprising improvement in overall efficiency provided that the cold generated to the cold liquid is delivered and used to process it. Hereby will take advantage of the overall efficiency of the engine clearly improved.

Es kann jedoch auch mit großem Vorteil von der Maßnahme Gebrauch gemacht sein, daß als Kältemaschine eine Absorptionsmaschine verwendet und deren Wärmeverbrauch durch einen Sonnenkollektor gedeckt wird.However, the measure can also be used to great advantage be made that as a chiller an absorption machine used and their heat consumption by a solar panel is covered.

Mit Vorteil sieht weiter eine Ausgestaltung vor, daß als Kältespeichermedium Eis verwendet wird.Advantageously, an embodiment provides that as Cold storage medium ice is used.

Weil jedoch Eis ein vergleichsweise schlechter Wärmeleiter ist und keine rheologischen Eigenschaften besitzt, sieht eine Ausgestaltung mit Vorteil vor, daß als Kältespeichermedium ein Eis/Wasser-Gemisch verwendet wird. However, because ice is a comparatively poor heat conductor is and has no rheological properties, one sees Design with advantage before that as a cold storage medium an ice / water mixture is used.  

Eine erfindungswesentliche verbessernde Ausgestaltung sieht sehr vorteilhaft vor, daß anstelle von Eis/Wasser-Gemisch als Kältespeichermedium vorzugsweise eine eutektische Kühlsole verwendet wird.An improvement essential to the invention sees very advantageous before that instead of ice / water mixture preferably a eutectic cooling brine as cold storage medium is used.

Eine derartige Kühlsole ist als Kältespeichermedium bekannt und läßt sich nach Maßgabe einer jeweilig vorgesehenen Speichertemperatur im Temperaturbereich unterhalb von 0°C stofflich in vorgesehener Weise einstellen.Such a cooling brine is known as a cold storage medium and can be set in accordance with a respectively provided storage temperature material in the temperature range below 0 ° C adjust as intended.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens, welche insbesondere der Erhöhung des Wirkungsgrades der Kraftmaschine dient, sieht mit Vorteil vor, daß warme bzw. kalte Flüssigkeit jeweils in einem geschlossenen Kreislauf geführt und darin jeweils durch indirekten Wärmeaustausch aufbereitet, d. h. erwärmt bzw. gekühlt wird.An embodiment of the method, which in particular the Serves to increase the efficiency of the engine with advantage that warm or cold liquid in each case a closed cycle and in each prepared indirect heat exchange, d. H. warmed or cooled becomes.

Dabei ist mit Vorteil weiter vorgesehen, daß die warme Flüssigkeit durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Wärmeträger- bzw -speicherfluid aufbereitet wird, welches seinerseits durch direkte Wärmeaufnahme in einem Sonnenkollektor erwärmt wird. It is also advantageously provided that the warm liquid by indirect heat exchange with a heat transfer or - Storage fluid is processed, which in turn is heated by direct heat absorption in a solar collector.  

Eine Arbeitsmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, mit mindestens einem Wärmetauscher in einem totraumlos mit Arbeitsmedium gefüllten Druckgefäß, welches kommunizierend in einen Zylinder übergeht, in dem ein beweglicher Arbeitskolben angeordnet und im Inneren des Druckgefäßes der Wärmeaustauscher in Form einer Vielzahl von zum Durchleiten warmer oder kalter Flüssigkeit vorgesehener Röhrchen einem Rohrbündel mit einer vergleichsweise großen Wärmetauschoberfläche angeordnet und das Rohrbündel mit einem Einlaß- bzw. Auslaßteil in den Wärmeaustauscher hinein bzw. herausgeführt ist, wird dadurch erfindungsgemäß in ihrer Leistungsfähigkeit wesentlich verbessert, daß das Einlaßteil bzw. Auslaßteil des Rohrbündels an jeweils ein Umschaltventil einer Ventilgruppe angeschlossen ist und über diese das Rohrbündel jeweils umschaltbar mit einem Rohrsystem eines Kreislaufs der kalten Flüssigkeit bzw. mit einem Rohrsystem eines Kreislaufs der warmen Flüssigkeit wechselseitig sequentiell verbindbar ist.A work machine for performing the method according to the Invention, with at least one heat exchanger in a dead space pressure vessel filled with working medium, which communicates passes into a cylinder in which a movable Working piston arranged and inside the pressure vessel Heat exchangers in the form of a variety of for passage warm or cold liquid provided in a tube Pipe bundle with a comparatively large heat exchange surface arranged and the tube bundle with an inlet or Outlet part led into and out of the heat exchanger is according to the invention in its performance significantly improved that the inlet part or outlet part of the Pipe bundle to a changeover valve of a valve group is connected and can be used to switch the tube bundle with a pipe system of a circuit of the cold liquid or with a pipe system of a circuit of the warm liquid is mutually sequentially connectable.

Weitere erfindungswesentliche Ausgestaltungen der Arbeitsmaschine sind entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 13 bis 21 vorgesehen.
Further essential configurations of the working machine according to the invention are provided in accordance with the features of claims 13 to 21.

Die Erfindung wird in rein schematischen Zeichnungen in einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt, wobei aus der Zeichnung weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung entnehmbar sind.The invention is illustrated in purely schematic drawings in a preferred embodiment shown, from the drawing further advantageous details of the invention can be found are.

Die Zeichnung zeigt im einzelnen das Blockschaltbild eines Verfahrens, und zugleich ein schematisches Blockschaltbild der einzelnen Vorrichtungselemente.The drawing shows in detail the block diagram of a Procedure, and at the same time a schematic block diagram of the individual device elements.

In der Darstellung bezeichnet die Ziffer 1 den Wärmeaustauscher, welcher als Druckgefäß ausgebildet und totraumlos mit einem Arbeitsmedium 2 gefüllt ist. Dieser Wärmeaustauscher ist an einer Seite, in der Darstellung nach oben zu, kommunizierend in einen Zylinder 3 übergehend ausgebildet, in welchem ein beweglicher Arbeitskolben 4 angeordnet ist.In the illustration, the numeral 1 denotes the heat exchanger, which is designed as a pressure vessel and is filled with a working medium 2 without dead space. This heat exchanger is formed on one side, in the illustration pointing upwards, communicating into a cylinder 3 in which a movable working piston 4 is arranged.

Im Inneren des Druckgefäßes 1 befindet sich eine Vielzahl von die warme oder kalte Flüssigkeit durchleitbaren Röhrchen 10 in Form eines Rohrbündels 11, und diese bilden zusammen als Wärmeaustauscher 1 eine vergleichsweise große Wärmeaustauscheroberfläche. Der Anschluß an das Rohrbündel 11 wird durch ein Einlaßteil 8 bzw. ein Auslaßteil 9 hergestellt. In the interior of the pressure vessel 1 there is a large number of tubes 10 in the form of a tube bundle 11 which can be passed through the hot or cold liquid, and these together form as heat exchanger 1 a comparatively large heat exchanger surface. The connection to the tube bundle 11 is made by an inlet part 8 or an outlet part 9 .

Erfindungsgemäß ist das Einlaßteil 8 bzw. Auslaßteil 9 des Rohrbündels 11 an jeweils ein Umschaltventil 12 bzw. 13 einer Ventilgruppe 7 angeschlossen. Über diese Ventilgruppe 7 ist das Rohrbündel 11 jeweils umschaltbar mit einem Rohrsystem 14 eines Kreislaufs 16 der kalten Flüssigkeit bzw. mit einem Rohrsystem 15 eines Kreislaufs 17 der warmen Flüssigkeit wechselseitig sequentiell verbindbar.According to the invention, the inlet part 8 and outlet part 9 of the tube bundle 11 are each connected to a changeover valve 12 or 13 of a valve group 7 . Via this valve group 7 , the tube bundle 11 can be switched to a pipe system 14 of a circuit 16 of the cold liquid or to a pipe system 15 of a circuit 17 of the warm liquid.

Die Anordnung der Kreislaufsysteme 16 für die kalte Flüssigkeit bzw. 17 für die warme Flüssigkeit ermöglicht gegenüber einer offenen Durchströmung des Rohrbündels 11 eine wesentliche Verbesserung der Wirtschaftlichkeit durch Verringerung von Wärmeverlusten und somit Verbesserung des inneren Wirkungsgrades der Kraftmaschine. Denn hierdurch ist beispielsweise das Rohrsystem 14 des Kreislaufs 16 der kalten Flüssigkeit verlustlos bis an die Umschaltventile 12 bzw. 13 herangeführt, und ebenso ist der Kreislauf 17 des Rohrsystems 15 für die warme Flüssigkeit bis an die Umschaltventile 12 bzw. 13 in sich verlustlos geführt. Bei jedem Umschaltvorgang der Ventilgruppe 7 wird demnach nur der Inhalt einer jeweiligen Flüssigkeit innerhalb des Rohrbündels 11 zuzüglich des Inhalts von Einlaßteil 8 und Auslaßteil 9 und des Inhalts der Umschaltventile 12 bzw. 13 ausgetauscht und mit dem Flüssigkeitsinhalt der jeweils anderen warmen oder kalten Flüssigkeit vermengt. Der Verlustanteil an warmer oder kalter Flüssigkeit ist demnach auf das geringste Minimum reduziert, und es wird jeweils nur derjenige Anteil von warmer oder kalter Flüssigkeit verbraucht, der tatsächlich am Arbeitstakt der Kraftmaschine beteiligt war, zusätzlich zur Wärmespeicherkapazität der Metallteile vom Rohrbündel 11 sowie Einlaßteil 8 bzw. Auslaßteil 9 und den Ventilen 12 bzw. 13.The arrangement of the circulatory systems 16 for the cold liquid or 17 for the warm liquid enables a substantial improvement in economy by reducing the heat losses and thus improving the internal efficiency of the engine compared to an open flow through the tube bundle 11 . Because this leads, for example, the pipe system 14 of the circuit 16 of the cold liquid to the changeover valves 12 and 13 , and likewise the circuit 17 of the pipe system 15 for the warm liquid to the switchover valves 12 and 13 is inherently lossless. With each switching operation of the valve group 7 , only the content of a respective liquid within the tube bundle 11 plus the content of the inlet part 8 and the outlet part 9 and the content of the switching valves 12 and 13 is exchanged and mixed with the liquid content of the other warm or cold liquid. The loss of warm or cold liquid is therefore reduced to the lowest minimum, and only the portion of warm or cold liquid that was actually involved in the work cycle of the engine is used in addition to the heat storage capacity of the metal parts from the tube bundle 11 and inlet part 8 or Outlet part 9 and the valves 12 and 13 respectively.

Sehr vorteilhaft ist im Rohrsystem 14 der kalten Flüssigkeit bzw. in deren Kreislauf 16 ein indirekter Wärmeaustauschapparat 18 als Kühler angeordnet, welcher an einen Kältemittelkreislauf 20 einer Kältemaschine 21 angeschlossen ist.An indirect heat exchange device 18 is arranged as a cooler in the pipe system 14 of the cold liquid or in its circuit 16 , which is connected to a refrigerant circuit 20 of a refrigeration machine 21 .

Sinngemäß ist ebenfalls mit großem Vorteil vorgesehen, daß im Rohrsystem 15 der warmen Flüssigkeit bzw. in deren Kreislauf 17 ein indirekter Wärmeaustauschapparat 19 als Erhitzer angeordnet ist, welcher an einen Kreislauf 22 eines Wärmeträgermediums mit einem Sonnenkollektor 23 als Wärmeerzeuger angeschlossen ist.Analogously, it is also provided with great advantage that an indirect heat exchange apparatus 19 is arranged as a heater in the pipe system 15 of the warm liquid or in its circuit 17 , which is connected to a circuit 22 of a heat transfer medium with a solar collector 23 as a heat generator.

Durch diese Anordnung kann das jeweilige Rohrleitungssystem 14 bzw. 15 mit sehr geringem Aufwand und vergleichsweise kurzer Rohrleitungsführung ausgebildet sein. With this arrangement, the respective pipe system 14 or 15 can be designed with very little effort and a comparatively short pipe run.

Weiterhin wirkt sich das Speichervermögen der Wärmeaustauscher vergleichmäßigend auf die Folge von Arbeitstakten der Kraftmaschine aus.The storage capacity of the heat exchanger also has an effect comparative to the sequence of work cycles of the Engine off.

Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß der Wärmeaustauschapparat 18, welcher die beiden Kreisläufe 16 sowie 20 auf der kalten Seite verbindet, ein geschlossenes Gefäß 24 mit einer Füllung 25 eines Kältespeicherfluids ist.Another very advantageous embodiment provides that the heat exchange apparatus 18 , which connects the two circuits 16 and 20 on the cold side, is a closed vessel 24 with a filling 25 of a cold storage fluid.

Wie gesagt, kann zu diesem Zweck sehr vorteilhaft als Kältespeicher eine eutektische Kühlsole verwendet werden. Weil durch den Wärmeaustauschapparat 18 die beiden Kreisläufe 16 und 20 mit wärmeaustauschenden Rohren hindurchgeführt sind, findet ein mittelbarer Wärmetransport von wärmeren Rohrsystem 14 zum kälteren Rohrsystem 36 der Kältemaschine 31 statt, wobei gleichzeitig auch die kältespeichernde Kühlsolefüllung 25 als Kältespeicher entsprechend in der Temperatur erniedrigt und dabei für ihre Speicherfunktion aufbereitet wird.As said, a eutectic cooling brine can be used very advantageously as a cold store for this purpose. Because the two circuits 16 and 20 with heat-exchanging pipes are passed through the heat exchange apparatus 18 , there is an indirect heat transfer from the warmer pipe system 14 to the colder pipe system 36 of the refrigeration machine 31 , with the cold-storing cooling brine filling 25 as cold storage device correspondingly being reduced in temperature and thereby reduced is prepared for its storage function.

Demzufolge ist die Anordnung des den beiden Kreisläufen 16 bzw. 20 mit den zugehörigen Rohrsystemen 14 bzw. 36 gemeinsam als Kühler zugeordneten Wärmeaustauschapparates 18 eine sehr vorteilhafte, funktionell bezüglich des Wärmetransportes günstige und für die Erstellung der Kraftmaschine sehr wirtschaftliche Maßnahme, durch die gleichzeitig eine sehr vorteilhafte Kältespeicherung mit einfachen Mitteln ermöglicht wird.Accordingly, the arrangement of the heat exchangers 18, which are assigned to the two circuits 16 and 20 with the associated pipe systems 14 and 36 together as coolers, is a very advantageous measure which is functionally favorable in terms of heat transport and is very economical for the production of the engine, by means of which at the same time a very advantageous cold storage is made possible with simple means.

Eine entsprechend ähnliche und somit sehr vorteilhafte Ausgestaltung sieht weiterhin vor, daß der als Erhitzer die Kreisläufe 15 sowie 22 verbindende Wärmeaustauschapparat 19 ein geschlossenes Gefäß 30 mit einer als Wärmespeicher wirkenden Füllung 31 des Wärmeträgermediums ist.A correspondingly similar and thus very advantageous embodiment further provides that the heat exchange apparatus 19 connecting the circuits 15 and 22 as a heater is a closed vessel 30 with a filling 31 of the heat transfer medium acting as a heat accumulator.

Als solches Wärmeträgermedium kann auf der warmen Seite, in welche auch der Sonnenkollektor 23 eingeschaltet ist, beispielsweise ein dünnflüssiger Kohlenwasserstoff verwendet werden, welcher, anders als Wasser, unter beispielsweise tropischen Sonneneinstrahlungsbedingungen Wärmeträgertemperaturen weit oberhalb 100°C annehmen kann, ohne dabei ins Sieden zu geraten.As such a heat transfer medium, on the warm side into which the solar collector 23 is also switched on, for example, a low-viscosity hydrocarbon can be used, which, unlike water, can reach heat transfer temperatures well above 100 ° C under, for example, tropical solar radiation conditions without boiling .

Für eine sichere Einhaltung vergleichmäßigter Arbeitstakte sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung weiter vor, daß im Kaltwasserkreislauf 16 eine Umwälzpumpe 26 und im Warmwasserkreislauf 17 eine Umwälzpumpe 27 vorhanden ist.In order to ensure that regular work cycles are reliably observed, an advantageous embodiment further provides that a circulation pump 26 is present in the cold water circuit 16 and a circulation pump 27 is present in the hot water circuit 17 .

Es kann sich hierbei um Umwälzpumpen mit vergleichsweise sehr geringer Leistung handeln, welche auch unabhängig vom Umschaltvorgang der Ventilgruppe 7 kontinuierlich betrieben werden. Wenn dabei einer der Kreisläufe abgesperrt ist, arbeitet eine derartige Umwälzpumpe mit der Fördermenge Null mit vernachlässigbar geringer Leistung. These can be circulation pumps with a comparatively very low output, which are also operated continuously regardless of the switching process of the valve group 7 . If one of the circuits is shut off in the process, such a circulating pump with a delivery rate of zero works with negligible output.

Eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung sieht weiter vor, daß die Kältemaschine 21 eine Absorptionsmaschine und deren Heizungsteil 29 an das Kreislaufsystem 22 des Wärmeträgermediums angeschlossen ist.A very advantageous embodiment further provides that the refrigerator 21, an absorption machine and its heating part 29 is connected to the circulation system 22 of the heat transfer medium.

Auf diese Weise wird die im Sonnenkollektor 23 gewonnene Energie zur Kälteerzeugung mitherangezogen, wobei eine Absorptionsmaschine deshalb auch eine sehr unkomplizierte Einrichtung darstellt, weil sie in diesem Falle zu ihrem Betrieb keine Fremdenergie außer der Sonnenwärme benötigt. Für diese Betriebsweise genügt es, wenn in einem Nebenschluß zum Kreislaufsystem 17 eine Zweigleitung 37 vorgesehen ist, welche heißes Wärmeträgermedium in den Heizungsteil 29 der Kältemaschine 21 fördert.In this way, the energy obtained in the solar collector 23 is used for the generation of refrigeration, an absorption machine therefore also being a very uncomplicated device, because in this case it does not require any external energy other than the heat of the sun to operate it. For this mode of operation, it is sufficient if a branch line 37 is provided in a shunt to the circulatory system 17 , which feeds hot heat transfer medium into the heating part 29 of the refrigerator 21 .

Mit sehr großem Vorteil sieht eine weitere Ausgestaltung vor, daß im Kreislaufsystem 22 des Wärmeträgermediums eine Wärmepumpe 32 vorhanden und deren als Wärmefalle ausgebildeter kalter Verdampferteil 33 an den Kreislauf 16 der kalten Flüssigkeit angeschlossen ist.Another embodiment provides with great advantage that a heat pump 32 is present in the circulation system 22 of the heat transfer medium and its cold evaporator part 33, which is designed as a heat trap, is connected to the circuit 16 of the cold liquid.

Weiterhin ist vorgesehen, daß die Ventilgruppe 7 einen periodisch umsteuerbaren Umschalt-Antrieb 28 aufweist. Ein solcher Umschalt-Antrieb kann durch eine zeitgesteuerte elektronische Steuereinheit gesteuert sein, er kann jedoch auch rein mechanisch mit dem Aufwärts- bzw. Abwärtshub des Kolbens 3 über ein Steuergestänge in Verbindung stehen und wie eine altbekannte Dampfmaschinen-Steuerung beschaffen sein. Dies hätte den Vorteil, daß die Steuerbewegung der Ventilgruppe 7 ohne fremde Energieeinspeisung und/oder komplizierte elektronische Steuereinrichtung ausgebildet ist.It is further provided that the valve group 7 has a periodically reversible changeover drive 28 . Such a changeover drive can be controlled by a time-controlled electronic control unit, but it can also be connected purely mechanically to the upward or downward stroke of the piston 3 via a control linkage and can be designed like a well-known steam engine control. This would have the advantage that the control movement of the valve group 7 is designed without external energy supply and / or complicated electronic control device.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß im Kältemittelkreislauf 20 sowie im Kreislauf 22 des Wärmeträgermediums jeweils eine Umwälzpumpe 34 bzw. 35 vorhanden ist und daß vorzugsweise alle vier Umwälzpumpen 25, 27, 34, 35 mit einem gemeinsamen Antrieb ausgestattet sind.
Dies läßt sich um so unkomplizierter und kostengünstiger verwirklichen, als die Umwälzpumpen 26 und 27 der Kreisläufe 16 bzw. 17, wie bereits erwähnt, kontinuierlich betrieben werden können, das heißt bei der Umschaltung der Kreisläufe nicht zu- bzw. abgeschaltet zu werden brauchen.A further embodiment provides that in the refrigerant circuit 20 and in the circuit 22 of the heat transfer medium a circulation pump 34 or 35 is present and that preferably all four circulation pumps 25, 27, 34, 35 are equipped with a common drive.
This can be realized in an uncomplicated and cost-effective manner since the circulating pumps 26 and 27 of the circuits 16 and 17 , as already mentioned, can be operated continuously, that is to say that they do not need to be switched on or off when the circuits are switched over.

Claims (21)

1. Verfahren zur Energieerzeugung mittels einer Arbeitsmaschine unter Verwendung mindestens eines als Wärmeaustauscher ausgebildeten Druckbehälters, in dem ein inkompressibles Fluid mit hoher Wärmeausdehnung und guten Gleit- und Schmiereigenschaften als Arbeitsmedium abwechselnd erwärmt und gekühlt und dessen Ausdehnungs- und Kontraktionskräfte auf einen in einem Zylinder hin- und herbewegbaren Arbeitskolben wirken und dieser über eine Kolbenstange Arbeit leistet, wobei zur taktweisen Erwärmung bzw. Abkühlung des Arbeitsmediums abwechselnd warme oder kalte Flüssigkeit durch im Wärmeaustauscher angeordnete Wärmeaustauscherrohre geleitet wird und die dem Wärmeaustauscher zugeführte warme Flüssigkeit durch eine von Abwärme oder durch einen Sonnenkollektor oder eine Wärmepumpe gespeiste Wärmequelle aufbereitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die kalte Flüssigkeit durch Wärmeaustausch mit einem Kühlmedium aufbereitet wird. 1. Method for generating energy by means of a working machine using at least one pressure vessel designed as a heat exchanger, in which an incompressible fluid with high thermal expansion and good sliding and lubricating properties is alternately heated and cooled and its expansion and contraction forces act on a cylinder. and movable working pistons work and this does work via a piston rod, whereby for the periodic heating or cooling of the working medium alternately warm or cold liquid is passed through heat exchanger tubes arranged in the heat exchanger and the warm liquid supplied to the heat exchanger through one of waste heat or through a solar collector or a Heat pump fed heat source is processed, characterized in that the cold liquid is processed by heat exchange with a cooling medium. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kalte Flüssigkeit durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Kältespeichermedium gekühlt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the cold liquid through indirect heat exchange with is cooled by a cold storage medium. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kalte Flüssigkeit durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Kältemittelkreislauf einer Kältemaschine gekühlt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the cold liquid by indirect heat exchange with a refrigerant circuit of a refrigerator is cooled. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kältespeichermedium durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Kältemittelkreislauf der Kältemaschine kontinuierlich oder in zeitlichen Intervallen Wärme entzogen wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the cold storage medium through indirect Heat exchange with the refrigerant circuit of the chiller heat withdrawn continuously or at time intervals becomes. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Kältemaschine die zur Aufbereitung der warmen Flüssigkeit vorgesehene Wärmepumpe verwendet wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that as the chiller for the preparation of the warm Liquid provided heat pump is used. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Kältemaschine eine Absorptionsmaschine verwendet und deren Wärmeverbrauch durch die Wärmequelle gedeckt wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that that used an absorption machine as a chiller and their heat consumption is covered by the heat source becomes.   7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Kältespeichermedium Eis verwendet wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized characterized in that ice is used as the cold storage medium becomes. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Kältespeichermedium ein Eis/Wasser- Gemisch verwendet wird.8. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized characterized in that an ice / water Mixture is used. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Kältespeichermedium eine eutektische Kühlsole verwendet wird.9. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the cold storage medium is a eutectic Cooling brine is used. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß warme bzw. kalte Flüssigkeit jeweils in einem geschlossenen Kreislauf geführt und darin jeweils durch indirekten Wärmeaustausch aufbereitet, d. h. erwärmt bzw. gekühlt wird.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized characterized that warm or cold liquid each in a closed cycle and in each prepared by indirect heat exchange, d. H. warmed up or cooled. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die warme Flüssigkeit durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Wärmeträger- bzw. -speicherfluid aufbereitet wird, welches seinerseits durch indirekte oder durch direkte Wärmeaufnahme aus der Wärmequelle erwärmt wird.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized characterized in that the warm liquid by indirect Heat exchange with a heat transfer or storage fluid  is processed, which in turn by indirect or heated by direct heat absorption from the heat source becomes. 12. Arbeitsmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, mit mindestens einem Wärmeaustauscher in einem totraumlos mit Arbeitsmedium gefüllten Druckgefäß, welches kommunizierend in einen Zylinder übergeht, in dem ein beweglicher Arbeitskolben angeordnet und im Innern des Druckgefäßes der Wärmeaustauscher in Form einer Vielzahl von zum Hindurchleiten warmer oder kalter Flüssigkeit vorgeshener Röhrchen in einem Rohrbündel mit einer vergleichsweise großen Wärmeaustauschoberfläche angeordnet und das Rohrbündel mit eiem Einlaß- bzw. Auslaßteil in den Wärmeaustauscher hinein bzw. herausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßteil (8) bzw. Auslaßteil (9) des Rohrbündels (11) an jeweils ein Umschaltventil (12 bzw. 13) einer Ventilgruppe (7) angeschlossen und über diese das Rohrbündel (11) jeweils umschaltbar entweder mit einem Rohrsystem (14) eines Kreislaufs (16) der kalten Flüssigkeit oder mit einem Rohrsystem (15) eines Kreislaufs (17) der warmen Flüssigkeit wechselseitig sequentiell verbindbar ist. 12. Working machine for carrying out the method according to the invention, with at least one heat exchanger in a pressure vessel filled without dead space with communicating medium, which communicatively passes into a cylinder in which a movable working piston is arranged and inside the pressure vessel the heat exchanger in the form of a plurality of to pass through warm or cold liquid provided tubes in a tube bundle with a comparatively large heat exchange surface and the tube bundle with an inlet or outlet part is led into or out of the heat exchanger, characterized in that the inlet part ( 8 ) or outlet part ( 9 ) of the Tube bundle ( 11 ) each connected to a changeover valve ( 12 or 13 ) of a valve group ( 7 ) and via this the tube bundle ( 11 ) can be switched over either with a tube system ( 14 ) of a circuit ( 16 ) of the cold liquid or with a tube system ( 15 ) a circuit ( 17 ) the warm n liquid is mutually sequentially connectable. 13. Arbeitsmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohrsystem (14) der kalten Flüssigkeit bzw. in deren Kreislauf (16) ein indirekter Wärmeaustauschapparat (18) als Kühler angeordnet ist, welcher an einen Kältemittelkreislauf (20) einer Kältemaschine (21) angeschlossen ist.13. Working machine according to claim 11, characterized in that in the pipe system ( 14 ) of the cold liquid or in the circuit ( 16 ) an indirect heat exchange apparatus ( 18 ) is arranged as a cooler, which is connected to a refrigerant circuit ( 20 ) of a refrigeration machine ( 21 ) connected. 14. Arbeitsmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohrsystem (15) der warmen Flüssigkeit bzw. in deren Kreislauf (17) ein indirekter Wärmeaustauschapparat (19) als Erhitzer angeordnet ist, welcher an einen Kreislauf (22) eines Wärmeträgermediums mit einem Sonnenkollektor (23) als Wärmeerzeuger angeschlossen ist.14. Working machine according to claim 11 or 12, characterized in that in the pipe system ( 15 ) of the warm liquid or in its circuit ( 17 ) an indirect heat exchange apparatus ( 19 ) is arranged as a heater, which with a circuit ( 22 ) of a heat transfer medium a solar collector ( 23 ) is connected as a heat generator. 15. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauschapparat (18), welcher die beiden Kreisläufe (16) sowie (20) auf der kalten Seite verbindet, ein geschlossenes Gefäß (24) mit einer als Kältespeicher wirkenden Füllung (25) eines Kältespeicherfluids ist.15. Working machine according to one of claims 11 to 13, characterized in that the heat exchange apparatus ( 18 ), which connects the two circuits ( 16 ) and ( 20 ) on the cold side, a closed vessel ( 24 ) with a filling acting as a cold accumulator ( 25 ) is a cold storage fluid. 16. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der als Erhitzer die Kreisläufe (15) sowie (22) verbindende Wärmeaustauschapparat (19) ein geschlossenes Gefäß (30) mit einer als Wärmespeicher wirkenden Füllung (31) des Wärmeträgermediums ist.16. Working machine according to one of claims 11 to 14, characterized in that the heat exchange apparatus ( 19 ) connecting the circuits ( 15 ) and ( 22 ) as a heater is a closed vessel ( 30 ) with a filling ( 31 ) of the heat transfer medium acting as a heat accumulator . 17. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Kaltwasserkreislauf (16) eine Umwälzpumpe (26) und im Warmwasserkreislauf (17) eine Umwälzpumpe (27) vorhanden ist.17. Working machine according to one of claims 11 to 15, characterized in that a circulation pump ( 26 ) in the cold water circuit ( 16 ) and a circulation pump ( 27 ) is present in the hot water circuit ( 17 ). 18. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kältemaschine (21) eine Absorptionsmaschine und deren Heizungsteil (29) an das Kreislaufsystem (22) des Wärmeträgermediums angeschlossen ist.18. Working machine according to one of claims 11 to 16, characterized in that the refrigerating machine ( 21 ) is connected to an absorption machine and its heating part ( 29 ) to the circulation system ( 22 ) of the heat transfer medium. 19. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Kreislaufsystem (22) des Wärmeträgermediums eine Wärmepumpe (32) vorhanden und deren als Wärmefalle ausgebildeter kalter Verdampferteil (33) an den Kreislauf (16) der kalten Flüssigkeit angeschlossen ist. 19. Working machine according to one of claims 11 to 17, characterized in that in the circuit system ( 22 ) of the heat transfer medium, a heat pump ( 32 ) is present and its cold evaporator part ( 33 ), which is designed as a heat trap, is connected to the circuit ( 16 ) of the cold liquid. 20. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilgruppe (7) einen periodisch umsteuerbaren Umschalt-Antrieb aufweist.20. Working machine according to one of claims 11 to 18, characterized in that the valve group ( 7 ) has a periodically reversible changeover drive. 21. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß im Kältemittelkreislauf (20) sowie im Kreislauf (22) des Wärmeträgermediums jeweils eine Umwälzpumpe (34 bzw. 35) vorhanden ist, und daß vorzugsweise alle vier Umwälzpumpen (26, 27, 34, 35) mit einem gemeinsamen Antrieb ausgestattet sind.21. Working machine according to one of claims 11 to 19, characterized in that in the refrigerant circuit ( 20 ) and in the circuit ( 22 ) of the heat transfer medium in each case a circulation pump ( 34 or 35 ) is present, and that preferably all four circulation pumps ( 26, 27 , 34, 35 ) are equipped with a common drive.
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