AT519851B1 - High pressure energy producer - Google Patents

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AT519851B1 ATA96/2017A AT962017A AT519851B1 AT 519851 B1 AT519851 B1 AT 519851B1 AT 962017 A AT962017 A AT 962017A AT 519851 B1 AT519851 B1 AT 519851B1
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Abstract

Eine Hochdruck-Gas-Antriebseinheit besteht aus acht Hochdruckspeichern (1a-h) mit eingebauten Registern, in denen sich Gas mit hohem Druck im Ausgangszustand befindet. Bei vier Hochdruckspeichern wird über Register Wärme zugeführt, was zur Druckerhöhung führt, die anderen vier Speicher werden gekühlt. Der entsprechende Druckunterschied des Gases wird dazu verwendet, die Kolben in vier Verdichtern (2i-l), die in Serie mit Leitungen (22) verbunden sind, zu bewegen. Dazu wird in der ersten und letzten Zylinderkammer (4) der Verdichter (2i, 2l) Gas verwendet und in der Folge Flüssigkeit. Durch Öffnen und Schließen von Ventilen (14-21) der Hochdruckspeicher, die jeweils unter Druck stehen, wird eine Kolbenbewegung durch Gas- und Flüssigkeits-Druck in beiden Richtungen hergestellt. Durch angebaute Zylinder (5,7) an den Verdichtern (2i-l) werden die darin befindlichen Kolben bewegt, welche Atemluft ansaugen und damit pressluftbetriebene technische Vorrichtungen versorgen und in Betrieb nehmen. Durch Pressen und Entspannen der Luft kann Wärme und Kühlung hergestellt werden. Die Verdichter können auch als Wasser Kolbenpumpe (21) verwendet werden.A high-pressure gas drive unit consists of eight high-pressure accumulators (1a-h) with built-in registers, in which gas with high pressure is in the initial state. With four high-pressure storage tanks, heat is supplied via registers, which leads to an increase in pressure, the other four storage tanks are cooled. The corresponding pressure difference of the gas is used to move the pistons in four compressors (2i-l), which are connected in series with lines (22). For this purpose, the compressor (2i, 2l) gas is used in the first and last cylinder chamber (4), followed by liquid. By opening and closing valves (14-21) of the high-pressure accumulators, which are each under pressure, a piston movement is produced in both directions by gas and liquid pressure. Cylinders (5, 7) attached to the compressors (2i-l) move the pistons located therein, which suck in breathing air and thus supply and operate technical devices operated by compressed air. By pressing and releasing the air, heat and cooling can be produced. The compressors can also be used as water piston pumps (21).

Description

Beschreibungdescription

[0001] Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Gasantriebseinheit, mit der auf Basis von Temperatur- und Druckunterschieden in Hochdruckwärmetauschern Gas komprimierbar ist, welches zum Antrieb von technischen Vorrichtungen dient. The invention relates to a high-pressure gas drive unit with which on the basis of temperature and pressure differences in high-pressure heat exchangers gas can be compressed, which gas is used to drive technical devices.

[0002] Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Einheit. In addition, the invention relates to a method for operating such a unit.

[0003] Aus der US 5,259,363, der AT 410 966 B, der AT 511 637 A1 und der AT 511 077 A4 sind Anlagen zur Solargewinnung bekannt. Darin wird eine Vorrichtung zum Verdichten eines Gases mittels Sonnenenergie und/oder Umgebungswärme oder Industrie-Abwärme beschrieben, wobei ein erster Wärmetauscher auf hohem Temperaturniveau und ein zweiter Wärmetauscher auf niedrigem Temperaturniveau und dazwischen ein Kolbenverdichter zur Abgabe mechanischer Energie vorgesehen ist. Systems for solar generation are known from US 5,259,363, AT 410 966 B, AT 511 637 A1 and AT 511 077 A4. This describes a device for compressing a gas by means of solar energy and / or ambient heat or industrial waste heat, a first heat exchanger at a high temperature level and a second heat exchanger at a low temperature level and a reciprocating compressor in between for delivering mechanical energy.

[0004] Die Erfindung zielt darauf ab, dass je nach Leistung und Anforderung mehrere Kolbenverdichter in Serie angeordnet werden. Die einzelnen Zylinder sind in einem Primärkreislauf durch Leitungen verbunden und mit einer Flüssigkeit gefüllt, die den Druck auf die Kolben ausübt. The invention aims to arrange several piston compressors in series depending on the performance and requirements. The individual cylinders are connected in a primary circuit by lines and are filled with a liquid that exerts the pressure on the pistons.

[0005] Die vorderste und letzte Zylinderkammer der in Serie angeordneten Verdichter ist mit Gas gefüllt, welches in den Wärmetauschern durch Ausdehnung erzeugt wird und wechselseitig zum Antrieb der in weiterer Folge flüssigkeitsbetriebenen Kolben dient. The foremost and last cylinder chamber of the compressor arranged in series is filled with gas, which is generated in the heat exchangers by expansion and serves alternately to drive the subsequently liquid-operated piston.

[0006] Der Vorteil besteht darin, dass mehrere Verdichter mit wesentlich weniger Gasmenge angetrieben werden können. The advantage is that several compressors can be driven with significantly less gas.

[0007] In der variablen Anzahl von Hochdruck-Wärmetauschern wird durch Wärmeeinwirkung Gasdruck erzeugt, bei weiteren Wärmetauschern entsteht durch Wärmeentzug Druckabfall. In the variable number of high-pressure heat exchangers, gas pressure is generated by the action of heat, with other heat exchangers there is a pressure drop due to the extraction of heat.

[0008] Dieser Druckunterschied wird als Antrieb von Verdichtern verwendet, welche im Primärkreislauf aus einem Zylinder bestehen, in dem sich ein Kolben befindet. An beiden Seiten sind räumlich getrennte Zylinder mit kleineren Kolben angebaut. Eine Schubstange, die beidseitig am großen Kolben angebracht und mit den Kolben in den angebauten Zylinder verbunden ist, bewegt die kleineren Kolben im Sekundärkreislauf vor- und rückwärts. This pressure difference is used to drive compressors, which consist in the primary circuit of a cylinder in which a piston is located. Spatially separate cylinders with smaller pistons are attached to both sides. A push rod, which is attached to both sides of the large piston and connected to the pistons in the attached cylinder, moves the smaller pistons in the secondary circuit forwards and backwards.

[0009] Im sekundären Kreislauf wird durch die Vor- und Rückwärts- Bewegung der kleineren Kolben in den Zylindern über eine Ansaugleitung Atemluft angesaugt und zu den Verbrauchern über Druckleitungen befördert. Zur Wasserversorgung können die Verdichter auch als Kolbenpumpe Verwendung finden. In the secondary circuit, the forward and backward movement of the smaller pistons in the cylinders sucks in breathing air via an intake line and delivers it to the consumers via pressure lines. The compressors can also be used as piston pumps to supply water.

[0010] Die Größen der einzelnen Zylinder und Kolben zueinander sind variabel und richten sich nach dem erforderlichen Volumen und Druck. Die einzelnen Sekundär-Zylinder können auch miteinander verbunden werden, um größere Drücke und Volumen zu erzielen. The sizes of the individual cylinders and pistons to one another are variable and depend on the required volume and pressure. The individual secondary cylinders can also be connected to one another in order to achieve greater pressures and volumes.

[0011] Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung weiter erläutert. [0012] Die Fig. zeigt eine schematische Darstellung der Anlage. The invention is explained further with reference to the accompanying drawing. [0012] The figure shows a schematic representation of the system.

[0013] Die Antriebseinheit, deren Anzahl je nach Leistungsanforderung variabel sein kann, besteht aus acht Hochdruckspeichern 1 a,b,c,d,e,f,g,h, mit Wärme und Kälte leitenden Registern mit Zuleitungen 23, die wechselseitig aufgewärmt und abgekühlt werden. Die Hochdruckspeicher 1 a,b,c,d befinden sich mit der Zylinderkammer 4 des Verdichters 2i im geschlossenen Kreislauf, ebenso die Hochdruckspeicher 1 e,f,g,h mit der Zylinderkammer 4 des Verdichters 21. The drive unit, the number of which can be variable depending on the performance requirement, consists of eight high-pressure accumulators 1 a, b, c, d, e, f, g, h, with heat and cold conductive registers with supply lines 23, which are alternately warmed up and be cooled down. The high-pressure accumulators 1 a, b, c, d are in a closed circuit with the cylinder chamber 4 of the compressor 2i, as are the high-pressure accumulators 1 e, f, g, h with the cylinder chamber 4 of the compressor 21.

[0014] Das Gas in den Hochdruckspeichern 1a, 1c, 1f, 1h, wird durch Sonnenenergie, IndustrieAbwärme und sonstige Wärmeerzeuger erwärmt, was zu Druckanstieg führt. In den Hochdruckspeichern 1b, 1d, 1e, 1g, wird durch geringere Umgebungstemperatur, Kühlwasser, Windeinfluss, Industriekühlung abgekühlt, was Druckabfall bewirkt. The gas in the high-pressure accumulators 1a, 1c, 1f, 1h is heated by solar energy, industrial waste heat and other heat generators, which leads to an increase in pressure. In the high-pressure storage tanks 1b, 1d, 1e, 1g, the lower ambient temperature, cooling water, the influence of wind, and industrial cooling are used to cool down, which causes a pressure drop.

[0015] Nach Beendigung eines Zyklus wird die Temperatur in den Speichern von warm auf kalt After the end of a cycle, the temperature in the store is from warm to cold

und umgekehrt gewechselt. Der entstehende Druckunterschied wird für den Antrieb von Kolben in den Verdichtern verwendet. and vice versa changed. The resulting pressure difference is used to drive pistons in the compressors.

[0016] Die Zylinderkammern 4 der Verdichter 2i und 2l können auch mit einer flexiblen dehnbaren Blase ausgestattet sein (Zieharmonikaeffekt), um ein Eindringen von Flüssigkeit in den Gaskreislauf zu verhindern. The cylinder chambers 4 of the compressors 2i and 2l can also be equipped with a flexible, expandable bladder (accordion effect) in order to prevent liquid from penetrating into the gas circuit.

[0017] Primärkreislauf: [0017] Primary circuit:

[0018] Das Ventil 14 des Hochdruckspeichers la und das Ventil 18 des Hochdruckspeichers 1e werden gleichzeitig geöffnet und das unter höherem Druck stehende Gas des Speichers 1a strömt durch die Leitung 24h in die vordere Zylinderkammer 4 des Verdichters 2i. The valve 14 of the high pressure accumulator la and the valve 18 of the high pressure accumulator 1e are opened simultaneously and the higher pressure gas of the accumulator 1a flows through the line 24h into the front cylinder chamber 4 of the compressor 2i.

[0019] Durch den Gasdruck auf den darin befindlichen Kolben wird dieser bewegt und die Flüssigkeit hinter dem Kolben aus der Zylinderkammer 3, die verdrängt wird, strömt durch die Leitung 22 in die nächste Zylinderkammer 3 des Verdichters 2j, wodurch wieder der Kolben bewegt wird und in weiterer Folge durch Weiterleiten auch die übrigen Kolben der Verdichter 2k und 2l bewegt werden. In der letzten Kammer 4 des Verdichters 2l befindet sich keine Flüssigkeit, sondern Gas wie beim ersten Verdichter 2i. Dieses Gas wird durch die Leitung 24 und das geöffnete Ventil 18 in den Hochdruckspeicher 1e gedrückt. By the gas pressure on the piston located therein this is moved and the liquid behind the piston from the cylinder chamber 3, which is displaced, flows through the line 22 into the next cylinder chamber 3 of the compressor 2j, whereby the piston is moved again and subsequently the remaining pistons of the compressors 2k and 2l are also moved by forwarding. In the last chamber 4 of the compressor 2l there is no liquid, but gas as in the first compressor 2i. This gas is pressed through the line 24 and the open valve 18 into the high-pressure accumulator 1e.

[0020] Nachdem der Kolben die Endstelle erreicht hat, werden die Ventile 14 und 18 geschlossen und die Ventile 19 und 15 der Hochdruckspeicher 1f und 1b werden geöffnet. Der aufgeheizte Speicher 1f, der jetzt unter höherem Druck wie der Speicher 1b steht, befördert das Gas über die Leitung 24 in die Zylinderkammer 4 des Verdichters 2l und der Vorgang der Kolbenbewegungen in den einzelnen Verdichtern beginnt von Neuem in die Gegenrichtung. After the piston has reached the end point, the valves 14 and 18 are closed and the valves 19 and 15 of the high pressure accumulator 1f and 1b are opened. The heated storage 1f, which is now under higher pressure than the storage 1b, conveys the gas via the line 24 into the cylinder chamber 4 of the compressor 2l and the process of piston movements in the individual compressors begins again in the opposite direction.

[0021] Dieser Vorgang wird solange wiederholt bis ein Druckausgleich hergestellt ist und keine Kolbenbewegung mehr stattfindet. This process is repeated until pressure equalization is established and the piston no longer moves.

[0022] Die Ventile 19 und 15 werden geschlossen und die Ventile 16 und 20 des aufgeheizten Speichers 1c und des gekühlten Speichers 19g werden geöffnet. Der Vorgang beginnt von Neuem in die eine Richtung. Nach Schließen der Ventile 16 und 20 und Öffnen der Ventile 21 und 17 von den Speichern 1h und 1d beginnt der Vorgang in die Gegenrichtung. Zwischenzeitlich wird das Gas in den Hochdruckspeichern 1e, 1b, aufgeheizt und in den Hochdruckspeichern 1f, 1a, abgekühlt. Ein neuer Vorgang kann beginnen. The valves 19 and 15 are closed and the valves 16 and 20 of the heated memory 1c and the cooled memory 19g are opened. The process begins anew in one direction. After closing the valves 16 and 20 and opening the valves 21 and 17 of the stores 1h and 1d, the process begins in the opposite direction. In the meantime, the gas is heated in the high-pressure accumulators 1e, 1b and cooled in the high-pressure accumulators 1f, 1a. A new process can begin.

[0023] Sekundärkreislauf: [0023] Secondary circuit:

[0024] Durch die Kolbenbewegung wird durch einzelne Ansaugleitungen 8,10, die auch gemeinsam für mehrere Verdichter vorhanden sein können, in den Zylindern 5,7, Atemluft angesaugt und entweder sofort zu den Verbrauchern 11 zugeführt oder in weitere Zylinder 100 geleitet, um höhere Drücke oder Volumen zu erzielen. Ansaug- und Druckleitungen sind mit Rückschlagventilen ausgestattet. Die Verdichter sind auch als Kolben-Wasserpumpe verwendbar. Uber die Leitung 9,12 wird Wasser in die Zylinder 6,60 angesaugt und über die Druckleitung 13 zu den Verbrauchern geleitet. As a result of the piston movement, breathing air is sucked in through individual suction lines 8, 10, which can also be present jointly for several compressors, in the cylinders 5, 7 and either immediately supplied to the consumers 11 or passed into further cylinders 100 for higher levels To achieve pressures or volume. Suction and pressure lines are equipped with check valves. The compressors can also be used as piston water pumps. Via the line 9, 12 water is sucked into the cylinders 6, 60 and passed through the pressure line 13 to the consumers.

[0025] Die komprimierte Atemluft kann zum Antrieb von Stromgeneratoren oder pressluftbetriebenen Werkzeugen, Turbinen, Kühlen durch Entspannen der Luft, Erwärmen durch Pressung, Speichern der Luft und überall dort, wo Pressluft erforderlich ist, herangezogen werden. The compressed breathing air can be used to drive power generators or tools operated by compressed air, turbines, cooling by relaxing the air, heating by pressing, storing the air and wherever compressed air is required.

[0026] Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel wie folgt beschrieben werden: [0026] In summary, an embodiment can be described as follows:

[0027] Eine Hochdruck-Gas-Antriebseinheit besteht aus acht Hochdruckspeichern 1a-h mit eingebauten Registern, in denen sich Gas mit hohem Druck im Ausgangszustand befindet. A high-pressure gas drive unit consists of eight high-pressure accumulators 1a-h with built-in registers in which there is gas at high pressure in the initial state.

[0028] Bei vier Hochdruckspeichern wird über Register Wärme zugeführt, was zur Druckerhöhung führt, die anderen vier Speicher werden gekühlt. Der entsprechende Druckunterschied des Gases wird dazu verwendet, die Kolben in vier Verdichtern 2i-I, die in Serie mit Leitungen 22 verbunden sind, zu bewegen. With four high-pressure accumulators, heat is supplied via registers, which leads to an increase in pressure, the other four accumulators are cooled. The corresponding pressure difference of the gas is used to move the pistons in four compressors 2i-I, which are connected in series with lines 22.

[0029] Dazu wird in der ersten und letzten Zylinderkammer 4 der Verdichter 2i, 21 Gas verwen-To this end, the compressor 2i, 21 gas is used in the first and last cylinder chamber 4.

det und in der Folge Flüssigkeit. Durch Öffnen und Schließen von Ventilen 14-21 der Hochdruckspeicher, die jeweils unter Druck stehen, wird eine Kolbenbewegung durch Gas- und Flüssigkeits-Druck in beiden Richtungen hergestellt. Durch angebaute Zylinder 5,7 an den Verdichtern 2i-| werden die darin befindlichen Kolben bewegt, welche Atemluft ansaugen und damit pressluftbetriebene technische Vorrichtungen versorgen und in Betrieb nehmen. Durch Pressen und Entspannen der Luft kann Wärme und Kühlung hergestellt werden. Die Verdichter können auch als Wasser Kolbenpumpe 21 verwendet werden. det and subsequently liquid. By opening and closing valves 14-21 of the high-pressure accumulators, which are each under pressure, a piston movement is produced in both directions by gas and liquid pressure. With cylinders 5,7 attached to the compressors 2i- | the pistons located in it are moved, which suck in breathing air and thus supply and operate technical devices operated by compressed air. By pressing and releasing the air, heat and cooling can be produced. The compressors can also be used as a water piston pump 21.

BEZUGSZEICHENLISTE: REFERENCE CHARACTERISTICS LIST:

LEGENDE LEGEND

1 Druckspeicher mit Warm-Kalt Registerabcdefgh 2 Verdichter ij] k 1 1 pressure accumulator with hot-cold register abcdefgh 2 compressors ij] k 1

3 Primär Zylinder mit Kolben und Flüssigkeitsfüllung 3 primary cylinders with piston and liquid filling

4 Primär Zylinder mit Kolben und Gasfüllung 4 primary cylinders with pistons and gas filling

5 Sekundär Zylinder mit Luft geringerer Druck 6 Sekundär Zylinder mit Wasser geringerer Druck 60 Sekundär Zylinder mit Wasser höherer Druck 7 Sekundär Zylinder mit Luft höherer Druck 5 Secondary cylinder with air, lower pressure 6 Secondary cylinder with water, lower pressure 60 Secondary cylinder with water, higher pressure 7 Secondary cylinder with air, higher pressure

8 Luft Ansaugöffnung 8 Air intake opening

9 Wasser Ansaugöffnung 9 Water intake opening

10 Luft Ansaugleitung Sekundär 10 Secondary air intake line

100 Luft Verbindungsleitung Sekundär 100 air connection line secondary

11 Luft Druckleitung Sekundär 11 Secondary air pressure line

12 Wasser Ansaugleitung Sekundär 12 Secondary water suction line

13 Wasser Druckleitung Sekundär 13 Secondary water pressure pipe

14-21 Wechselseitige Absperrventile 14-21 Alternating shut-off valves

22 Verdichter Verbindungsleitung Primär 22 Compressor connection line primary

23 Warm-Kalt Register Anspeiseleitung 23 Warm-cold register feed line

24 Gasgefüllte Verbindungsleitung 24 Gas-filled connection line

25 Sekundär Zylinder 25 secondary cylinders

Claims (6)

PatentansprücheClaims 1. Hochdruck-Gas-Antriebseinheit, mit der auf Basis von Temperatur- und Druckunterschieden in Hochdruckwärmetauschern (1a-h) über Verdichter (2i-I) eine Kompression von Gas erfolgt, das zum Antrieb von pressluftabhängigen Geräten sowie zur Wärme- und Kälteerzeugung dient, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verdichter (2i-2l) durch Leitungen in Serie verbunden sind und der Antrieb der Kolben in den Zylindern (3) durch Flüssigkeit, welche von den Verdichtern (2i) und (2l) ausgeht, erfolgt. 1. High-pressure gas drive unit, with which, on the basis of temperature and pressure differences in high-pressure heat exchangers (1a-h), gas is compressed via compressors (2i-I), which is used to drive compressed air-dependent devices and to generate heat and cold , characterized in that several compressors (2i-2l) are connected in series by lines and the pistons in the cylinders (3) are driven by liquid coming from the compressors (2i) and (2l). 2. Hochdruck-Gas-Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb im ersten Verdichter (2i) und im letzten Verdichter (21) der Serie der Kolben im Zylinder (4) in der Vorwärtsbewegung durch Gas und in der Rückwärtsbewegung durch Flüssigkeit (3) erfolgt. 2. High-pressure gas drive unit according to claim 1, characterized in that the drive in the first compressor (2i) and in the last compressor (21) of the series of pistons in the cylinder (4) in the forward movement by gas and in the backward movement by liquid (3) takes place. 3. Hochdruck-Gas-Antriebseinheit nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Hochdruckwärmetauscher (1a-d) mit dem Zylinder (4) des Verdichters (2i) und die Hochdruckwärmetauscher (1e-h) mit dem Zylinder (4) des Verdichters (2l) im geschlossenen Gaskreislauf befinden. 3. High pressure gas drive unit according to claim 1 and 2, characterized in that the high pressure heat exchanger (1a-d) with the cylinder (4) of the compressor (2i) and the high pressure heat exchanger (1e-h) with the cylinder (4) of the compressor (2l) are in the closed gas circuit. 4. Hochdruck-Gas-Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (2l) zur Wassergewinnung als Kolbenpumpe im Sekundärkreislauf Anwendung findet. 4. High-pressure gas drive unit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the compressor (2l) is used as a piston pump in the secondary circuit for obtaining water. 5. Verfahren zum Betreiben einer Hochdruck-Gas- Antriebseinheit, mit der auf Basis von Temperatur- und Druckunterschieden in Hochdruckwärmetauschern (1a-h) über Verdichter (2i-I) Gas komprimiert wird, das zum Antrieb von pressluftabhängigen Geräten sowie zur Wärme und Kälteerzeugung genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere durch Leitungen in Serie verbundene Verdichter (2i-2l) verwendet und die Kolben in den Zylindern (3) durch Flüssigkeit, welche von den Verdichtern (2i) und (2l) ausgeht, angetrieben werden. 5. Method for operating a high-pressure gas drive unit with which gas is compressed on the basis of temperature and pressure differences in high-pressure heat exchangers (1a-h) via compressors (2i-I), which is used to drive compressed air-dependent devices and to generate heat and cold is used, characterized in that several compressors (2i-2l) connected in series by lines are used and the pistons in the cylinders (3) are driven by the liquid coming from the compressors (2i) and (2l). 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Verdichter (2i) und im letzten Verdichter (2l) der Serie der Kolben im Zylinder (4) in der Vorwärtsbewegung durch Gas angetrieben und in der Rückwärtsbewegung durch Flüssigkeit (3) angetrieben wird. 6. The method according to claim 5, characterized in that in the first compressor (2i) and in the last compressor (2l) of the series of pistons in the cylinder (4) is driven in the forward movement by gas and in the backward movement by liquid (3) . Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
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