Aufgrund
der begrenzten Verfügbarkeit
fossiler Brennstoffe sowie der CO2- und Schadstoffemissions-Problematik
gibt es eine Reihe von Bestrebungen, andere Energieträger einzusetzen.
Neben der gesellschaftlich wenig akzeptablen Kernenergie und diversen
biogene Rohstoffen mit statisch ausgeglichenem CO2-Haushalt bietet
sich die Nutzung von praktisch unbegrenzt zur Verfügung stehenden
Energiedarbietungen der Sonne in Form von Wärme und Strahlung sowie der
Erde in Form von Wärme,
Wind und Wasser an.by virtue of
the limited availability
fossil fuels as well as the CO2 and pollutant emissions problem
There are a number of efforts to use other energy sources.
In addition to the socially unacceptable nuclear energy and various
biogenic raw materials with statically balanced CO2 budget
the use of virtually unlimited available
Energy performances of the sun in the form of heat and radiation and the
Earth in the form of heat,
Wind and water on.
Die
Umsetzung dieser alternativen Energien in nutzbare Anwendungen machen
Fortschritte, sie sind in der Regel aber noch sehr kostenintensiv,
sodass ihre Nutzbarmachung weitestgehend durch entsprechende staatliche
Subventionen gefördert
werden müssen.
Auch lassen sich die Energien entweder nicht immer kontinuierlich
entnehmen oder sie sind nicht immer in geforderter Dichte vorhanden
oder sie sind lokal nicht verfügbar,
sodass neben dem ökonomischen
Aspekt die Frage der Speicherung der Energie und ihrer anschließender Bereitstellung
eine zentrale Bedeutung für
ihre effiziente Nutzung darstellt.The
Turning these alternative energies into usable applications
Progress, but they are usually very costly,
so that their utilization largely by appropriate state
Subsidies
Need to become.
Also, the energies are either not always continuous
or they are not always available in the required density
or they are not available locally,
so next to the economic
Aspect the question of storage of energy and its subsequent deployment
a central meaning for
their efficient use.
Der
im Patentanspruch beschriebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde,
umweltschonende und praktisch unbegrenzt zur Verfügung stehende
Energieformen für
den Einsatz in ausgereiften und kostengünstigen, stationären wie
mobilen Anwendungen effizient zur Verfügung zu stellen.Of the
The invention described in the claim is based on the problem
Environmentally friendly and virtually unlimited available
Energy forms for
Use in mature and inexpensive, stationary like
to provide mobile applications efficiently.
Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass verschiede Energieformen gespeichert und funktionsgeführt zur
Verfügung
gestellt werden, wobei ein Teil der Energiespeicherung und Energieübertragung
in der Regel über
inerte Medien erfolgt.The
particular advantages of the invention are
that various forms of energy stored and functioned for
disposal
being part of energy storage and energy transfer
usually over
inert media.
Darüber hinaus
können
sehr einfache und kostengünstige
Ausführungen
noch dort eingesetzt werden, wo die Nutzbarmachung einer Energiedarbietung
aufgrund ihrer geringen Dichte mit konventionellen Methoden wirtschaftlich
nicht sinnvoll erscheint.Furthermore
can
very simple and inexpensive
versions
still be used where the utilization of an energy performance
economical due to their low density with conventional methods
does not seem sensible.
Als
inertes Medium kann zum Beispiel Druckluft als Energieträger dienen.When
inert medium can be used for example compressed air as an energy source.
Es
gibt bereits Versuche, Motoren für
den Einsatz in Fahrzeugen mit Pressluft zu betreiben. Ein solcher
Motor ist teilweise aufgebaut wie ein konventioneller Verbrennungsmotor
und funktioniert mechanisch vergleichbar (www.mdi.lu). Eingesetzt
mit herkömmlicher
Fahrzeugtechnik bietet er allerdings aufgrund des geringen Energieinhaltes
von Druckluft nur sehr begrenzte Reichweite. Die bei der Herstellung
der Druckluft anfallende und weit überwiegende Wärmeenergie
wird hier nicht genutzt; vielmehr muss sie mechanisch durch Verdichten
angesaugter Luft unter Verbrauch von Energie aus der Druckluft erzeugt
werden.It
are already trying to engines for
to operate in vehicles with compressed air. Such a
Engine is partly constructed like a conventional combustion engine
and works mechanically comparable (www.mdi.lu). used
with conventional
However, he offers vehicle technology due to the low energy content
of compressed air only very limited range. The in the production
the compressed air accumulating and far predominant heat energy
is not used here; rather, it must be done mechanically by compacting
sucked air generated by consuming energy from the compressed air
become.
Batterien
und der Wasserstoff in Brennstoffzellen als Energiespender für den Elektroantrieb
basieren in ihrer Erzeugung weitgehend auf fossilen Rohstoffen.
Vorausgesetzt, dass durch sie Energie effizient bereitgestellt werden
kann, ist ihr Einsatz trotzdem wünschenswert,
da sie keine schädlichen
Emissionen am Fahrzeug selbst verursachen.batteries
and the hydrogen in fuel cells as an energy source for the electric drive
Their production is largely based on fossil fuels.
Provided that they provide energy efficiently
can its use be desirable anyway
because they are not harmful
Cause emissions to the vehicle itself.
Die
Chancen des Elektromobils, weite Verbreitung zu finden, werden weiter
durch die Tatsache reduziert, dass die Batterien eine geringe Energiedichte sowie
eine zu lange Aufladezeit als sehr praktischen Nachteil in der Mobilität haben.
Dabei würde
gerade ein Elektroantrieb sowohl in technischer wie auch in ökologischer
Hinsicht die Anforderungen an eine nachhaltige Antriebstechnik sehr
gut erfüllen,
wenn der notwendige Strom effizienter und schneller bereitgestellt
werden könnte.The
Opportunities of the electric vehicle to find widespread, will continue
reduced by the fact that the batteries have a low energy density as well
have a too long recharge time as a very practical disadvantage in mobility.
It would
just an electric drive in both technical and ecological
Regards the requirements for a sustainable drive technology very much
fulfill well,
when the necessary power is provided more efficiently and faster
could be.
Für mobile
Anwendungen bestehen die mit der Erfindung erzielten Vorteile insbesondere
darin, dass mit Hilfe der im Patentanspruch aufgeführten Merkmale
die bei der Herstellung der Druckluft erzeugte Wärme gespeichert und zusammen
mit der expandierenden Luft funktionsgeführt über eine Vorrichtung in mechanische
und dann in elektrische Energie effizient überführt werden kann.For mobile
Applications consist of the advantages achieved by the invention in particular
in that with the help of the features listed in the claim
The heat generated in the production of compressed air is stored and put together
with the expanding air functionally guided through a device in mechanical
and then efficiently converted into electrical energy.
Die
Kombination aus druckluftgetriebenem Antrieb und Wärmespeicher
bewirken eine Erhöhung
des Wirkungsgrad des Gesamtsystems. Mit Hilfe der Umkehrung des
Prozesses oder eines integrierten Schwungrades sowie einer Rekuperations-Bremsvorrichtung
könnte
zudem die aufgrund der Fahrdynamik potentiell vernichtete Energie
wieder nutzbar gemacht werden. Über
entsprechend ausgerüstete
Tankstellen ließen
sich Druckbehälter,
latente Wärmespeicher
und Schwungradspeicher sehr schnell extern wieder aufladen. Grundsätzlich kann
die Bereitstellung der gespeicherten Energieformen, die im dynamischen
Energiespeicher Anwendung finden, über regenerative Energiequellen
zentral erfolgen.The combination of compressed air driven drive and heat storage cause an increase in the efficiency of the entire system. With the help of the reversal of the process or an integrated flywheel as well as a recuperation braking device, the energy potentially destroyed due to the driving dynamics could also be made usable again. About appropriately equipped gas stations let themselves Pressure vessel, latent heat storage and flywheel storage recharge very quickly externally. In principle, the provision of the stored forms of energy, which are used in the dynamic energy store, can take place centrally via regenerative energy sources.
Eine
vorteilhafte Ausgestaltung des neuen dynamischen Energiespeichers,
wie er zum Beispiel in einer mobilen Anwendung eingesetzt werden
kann, ist schematisch in Zeichnung 1 dargestellt. Grundsätzlich ist hier
vorgesehen, dass periodisch eine definierte Menge an Druckluft gemessen über Detektoren
und koordiniert gesteuert über
Ventile über
eine Vorrichtung mechanische Arbeit leistet und so einen Generator
zur Stromerzeugung antreibt.A
advantageous embodiment of the new dynamic energy storage,
as used in a mobile application, for example
can, is shown schematically in drawing 1. Basically here
provided that periodically a defined amount of compressed air measured via detectors
and coordinated over
Valves over
a device does mechanical work and so a generator
to generate electricity.
Diese
Ausführung
weist eine Druckluftaufbereitungseinheit mit einem Druckbehälter (1)
auf, der über eine
externe Quelle über
eine Zuleitung (5) oder intern durch einen Verdichter (14)
mit Luft befüllt
werden kann. Vor den Behälter
kann zur Reinigung und Trocknung der Luft eine Gasreinigungsvorrichtung
(3) geschaltet werden. Wird die Luft über einen Verdichter komprimiert,
kann die hierbei frei werdende Wärme
an einen thermochemischen Speicher (4) abgeführt und
dort gespeichert werden. Für
den hier angesprochenen Temperaturbereich von in der Regel unter
300°C sind
eine Reihe von Wärmespeichern
bekannt, die sich hier integrieren ließen. Ein solcher Speicher lässt sich
beispielsweise auch sehr leicht in die Ummantelung eines wärmeproduzierenden
Bauteils wie die Pumpen-/Verdichteranordnung (14) oder
ein angetriebener Generator (23) integrieren.This embodiment comprises a compressed air treatment unit with a pressure vessel ( 1 ) via an external source via a supply line ( 5 ) or internally by a compressor ( 14 ) can be filled with air. In front of the container for cleaning and drying the air, a gas cleaning device ( 3 ). If the air is compressed via a compressor, the heat released in this process can be transferred to a thermochemical 4 ) are removed and stored there. For the temperature range of usually below 300 ° C, a number of heat accumulators are known, which could be integrated here. For example, such a reservoir can also be very easily inserted into the jacket of a heat-producing component such as the pump / compressor arrangement (US Pat. 14 ) or a powered generator ( 23 ) integrate.
Aus
dem Behälter
(1) kann über
eine Zuleitung (6) und gesteuert mit Hilfe einer Ventilvorrichtung
(2) unter Druck stehende Luft in einen Raum eines Maschinenteils
(7) eingeleitet werden. Dort expandiert die Luft und würde sich
dadurch deutlich abkühlen;
daher ist vorgesehen, dass sie bei Eintritt in den volumenvariablen Maschinenteil
eine Wärmevorrichtung
(9) durchströmt.
Diese soll für
einen effektiven Wärmeübergang
auf die Luft eine oberflächenvergrößernde und
wärmeleitfähige Füllung aufweisen.
Sie kann also beispielsweise aus einem Kupferdrahtgeflecht bestehen,
aus gestapelten Kupfersieben oder einfach einer losen Schüttung aus kleinen
Kugeln. Seine Wärme
kann ihr über
den Wärmespeicher
(4) zugeführt
werden. Gegebenenfalls können
auch die Abwärme
des angetriebenen Elektrogenerators (23) direkt mittels
einer Wärmeleitung
(13) oder andere Quellen genutzt werden. Die maximale Ausdehnung
dieser Vorrichtung (9) ist gegeben durch den Raum des Maschinenteils
(7) in seiner komprimierten Form.From the container ( 1 ) can be connected via a supply line ( 6 ) and controlled by means of a valve device ( 2 ) pressurized air into a room of a machine part ( 7 ) be initiated. There, the air expands and would cool down considerably; Therefore, it is envisaged that when entering the volume-variable machine part a heat device ( 9 ) flows through. This should have an oberflächenvergrößernde and thermally conductive filling for effective heat transfer to the air. So it can for example consist of a copper wire mesh, stacked copper screens or simply a loose bed of small balls. Its heat can be reached via the heat storage ( 4 ). If necessary, the waste heat of the driven electric generator ( 23 ) directly by means of a heat conduction ( 13 ) or other sources. The maximum extent of this device ( 9 ) is given by the space of the machine part ( 7 ) in its compressed form.
Denn
dieser Maschinenteil (7) soll einen Raum aufweisen, der
in einer bestimmten Vorzugsrichtung expandierbar und komprimierbar
ist, wie er zum Beispiel bei einer Kolben-/Zylinderanordnung besteht.
Er kann aber auch als Faltenbalg ausgeführt sein mit dem Vorteil der
einfachen Bauweise, des geringen Gewichts, der geringen zur Verformung
aufzuwendenden Kräfte
und der fehlenden Reibung bei der Expansion sowie der vollständigen Gasdichtheit.
Aufgrund der geringen Arbeitstemperaturen und der. moderaten Kräfte, die
zur Überwindung
von Drehmomenten beispielsweise zum Drehen einer Generatorwelle
aufgewendet werden müssen, kann
ein Faltenbalg unter dem Aspekt der Formstabilität über eine große Einsatzbreite
verwendet werden, wenn er aus entsprechenden Materialien gefertigt
ist. Ein solcher Faltenbalg kann auf einer Seite über eine Bodenplatte
gasdicht mit dem Gehäuse
verbunden sein, wobei diese Bodenplatte Aufnahmen für die Zu-
(6) und Ableitung (8) der Luft aufweisen kann,
sowie für
die Erwärmungsvorrichtung
(9) und gegebenenfalls für einen Detektor zur Bestimmung
des Zustandes der Luft.Because this machine part ( 7 ) should have a space which is expandable and compressible in a certain preferred direction, as it consists for example in a piston / cylinder arrangement. But it can also be designed as a bellows with the advantage of simple construction, the low weight, the low expended for deformation forces and the lack of friction in the expansion and complete gas tightness. Due to the low working temperatures and the. moderate forces, which must be used to overcome torques, for example, for rotating a generator shaft, a bellows can be used under the aspect of dimensional stability over a wide range of use, if it is made of appropriate materials. Such a bellows may be connected on one side via a bottom plate gas-tight with the housing, said bottom plate receptacles for the Zu- ( 6 ) and derivation ( 8th ) of the air, and for the heating device ( 9 ) and optionally for a detector for determining the state of the air.
Der
Expansionszustand des Gases und somit des volumenvariablen Maschinenteils
kann durch verschiedene Parameter oder Kombinationen von Parametern
bestimmt werden. Die Expansion hängt
ab von der Gasmenge, dem Gasdruck oder der Temperatur im Innenraum
oder auch von der Zeit, in der Gas ein- oder ausgeströmt ist.
Es können
somit verschiedene Detektoren zur Ermittlung des Expansionszustandes
zum Einsatz kommen.Of the
Expansion state of the gas and thus of the variable volume machine part
can be due to different parameters or combinations of parameters
be determined. The expansion hangs
from the gas quantity, the gas pressure or the temperature in the interior
or the time when gas has flowed in or out.
It can
thus different detectors to determine the state of expansion
be used.
In
der Ausführung,
welche schematisch in Zeichnung 1 dargestellt ist, wird ein Detektor
(12) vorgesehen, der die Ausdehnung des Faltenbalgs bestimmt.
Sobald er an einer Stelle den Expansionszustand des Faltenbalgs
in seiner komprimierten Form misst, gibt er ein elektrisches Signal
an das Steuerungsinstrument, welches daraufhin das Ventil (2)
zur Einleitung der Luft öffnet.
Hierdurch strömt
Luft in den Faltenbalg, in welchem sie erwärmt wird und wo sie sich ausdehnt.
Der Faltenbalg expandiert und der Detektor gibt bei einem bestimmten
Expansionsgrad das Signal an das Steuerungsinstrument, welches über die
Schließung
des Ventils (2) die Luftzufuhr blockiert. Der Faltenbalg
kann sich aufgrund der Erwärmung
aber auch der Trägheit
der Bewegung noch etwas weiter ausdehnen, bis er maximal expandiert
ist, um dann während
der Ableitung der Luft wider in seinen Ausgangszustand zurückzukehren.In the embodiment, which is shown schematically in drawing 1, a detector ( 12 ), which determines the expansion of the bellows. As soon as he measures the expansion state of the bellows in its compressed form at one point, he gives an electrical signal to the control instrument, which then the valve ( 2 ) opens to the introduction of the air. As a result, air flows into the bellows, in which it is heated and where it expands. The bellows expands and the detector, at a certain degree of expansion, sends the signal to the control instrument, which indicates the closing of the valve ( 2 ) blocks the air supply. The bellows can expand due to the heating but also the inertia of the movement a little further until it is maximally expanded, and then return to its initial state during the discharge of the air.
Der
Mechanismus zur Ableitung der expandierten Luft aus dem Faltenbalg
kann über
verschiedene Mechanismen erfolgen. So kann eine Pumpe eingesetzt
werden, die auch ohne Last kontinuierlich arbeiten und zum Beispiel
in Ventilatorfunktion Luft zu einer angetriebenen Maschine zwecks
Kühlung
ableiten kann. Die Zuleitung (15) zur Pumpe (14)
kann über
eine Ventilvorrichtung (17) geregelt werden, das über das
Steuerungsinstrument geöffnet
und geschlossen werden kann. Bevor der Faltenbalg maximal expandiert
ist, kann so bereits die Zufuhr von Luft aus der Umgebung geschlossen
werden, sodass die Pumpe die in einem Vorratsraum (16)
befindliche Luft evakuiert. Es kann also bereits ein Unterdruck
anliegen, wenn das Steuerungsinstrument vom Detektor das Signal
zum Öffnen
der Gasableitung (8) aus dem Faltenbalg bekommt. Hierdurch kann
die Ableitung der expandierten Luft beschleunigt werden. Es lässt sich
eine zeitlich unsymmetrische Auf- und Abbewegung des Faltenbalgs
realisieren, mit langsamer Expansion und schneller Kompression.The mechanism for discharging the expanded air from the bellows can be done by various mechanisms. Thus, a pump can be used which operate continuously even without load and, for example, in the fan function air can be diverted to a driven machine for the purpose of cooling. The supply line ( 15 ) to the pump ( 14 ) can be connected via a valve device ( 17 ), which can be opened and closed via the control instrument. Before the bellows is maximally expanded, it is already possible to close the supply of air from the environment, so that the pump in a storage space ( 16 ) evacuated air. It may thus already be a negative pressure, when the control instrument from the detector, the signal for opening the gas discharge ( 8th ) gets out of the bellows. As a result, the discharge of the expanded air can be accelerated. It can be a temporally asymmetrical up and down movement of the bellows realize, with slow expansion and rapid compression.
Ist
der Faltenbalg maximal komprimiert und somit in seinem Ausgangszustand,
kann die Ableitung (8) wieder geschlossen und die Zuleitungen
(15) zur Pumpe und (6) zu dem Faltenbalg wieder
geöffnet
werden.If the bellows is maximally compressed and thus in its initial state, the derivative ( 8th ) closed again and the supply lines ( 15 ) to the pump and ( 6 ) are opened again to the bellows.
Die
kontinuierliche Widerholung dieses Vorgangs ergibt eine periodische
Auf- und Ab- Bewegung
des Faltenbalgs. Die Nutzbarmachung dieser periodischen Bewegung
kann wiederum auf erschiedene Weise erfolgen.The
continuous repetition of this process gives a periodic
Up and down movement
the bellows. The utilization of this periodic movement
again can be done in different ways.
Zur
Formstabilisierung kann der Faltenbalg mit einer Verkleidung versehen
sein, und so die Vorzugsrichtung seiner Expansion bestimmen oder
unterstützen.to
Shape stabilization, the bellows can be provided with a fairing
be, and so determine the preferred direction of its expansion or
support.
Während der
Faltenbalg wie beschrieben auf einer Seite im Gehäuse integriert
ist, kann er auf der anderen Seite über ein Verbindungselement
(11) mit der Antriebseite (20) eines Freilaufs
(19) verbunden sein. Die mit der Expansion des Faltenbalgs
einhergehende Auf-Bewegung bewirkt, dass An- und Abtriebseite des Freilaufs
die gleiche Drehrichtung aufweisen. Die mit der Gasableitung einhergehende
Komprimierung und somit Ab-Bwegung des Faltenbalgs bewirkt eine
Umkehr der Drehrichtung der Antriebseite (20), während der Drehsinn
auf der Abtriebseite (21) des Freilaufs erhalten bleibt.
Für die
Gleichmäßigkeit
der Drehbewegung kann sich der Einsatz eines Schwungrades (18)
als vorteilhaft erweisen, welches sich dann zusammen mit dem Feilauf
eine Welle (29) mit dem angetriebenen Generator (23)
teilen kann, wenn nicht eine Getriebeeinheit zwischengeschaltet
ist.While the bellows is integrated on one side in the housing as described, it can on the other side via a connecting element ( 11 ) with the drive side ( 20 ) of a freewheel ( 19 ). The associated with the expansion of the bellows on-movement causes the input and output side of the freewheel have the same direction of rotation. The compression associated with the gas discharge and thus Ab-Bwegung the bellows causes a reversal of the direction of rotation of the drive side ( 20 ), while the rotation on the output side ( 21 ) of the freewheel is maintained. For the uniformity of the rotational movement, the use of a flywheel ( 18 ) prove to be advantageous, which then together with the Feilauf a wave ( 29 ) with the driven generator ( 23 ), unless a transmission unit is interposed.
Eine
schematische Darstellung des grundsätzlichen Arbeitsvorgangs einer
solchen Ausführung
eines dynamischen Energiespeichers ist in Zeichnung 3 widergegeben.A
schematic representation of the basic operation of a
such execution
a dynamic energy storage is shown in drawing 3.
Zur
Optimierung der pro Expansionsschritt eingesetzten Luftmenge in
Abhängigkeit
der abgenommenen Strommenge am Generator kann ein elektronisches
Bauteil (30) mit Hilfe geeigneter Detektoren den Gesamtwärmegehalt
des Wärmespeichers
(4) und die Gesamtmenge des Gases im Gasspeicher (1)
ermitteln und das zur optimalen Ausnutzung beider Speicher resultierende
Verhältnis
aus beiden Energieformen unter Berücksichtigung vorwählbarer
oder aktueller Energieabnahmen bestimmen und die Information an
das Steuerungsinstrument weitergeben. Dieses kann dann die Zustände des
Gaszuleitungsventil (2) und der Wärmeabgabevorrichtung (9)
entsprechend so steuern, dass eine Luftmenge während ihrer Expansion soviel
Wärme erhält, dass
die resultierende mechanische und dann elektrische Arbeit der Entnahme
an Strom entspricht.In order to optimize the amount of air used per expansion step in dependence on the amount of electricity taken off the generator, an electronic component ( 30 ) using suitable detectors, the total heat content of the heat storage ( 4 ) and the total amount of gas in the gas storage ( 1 ) and determine the ratio of the two forms of energy resulting from the optimal utilization of both memories, taking into account preselectable or current energy decreases, and pass the information on to the control instrument. This can then change the states of the gas supply valve ( 2 ) and the heat dissipation device ( 9 ) control so that an amount of air during its expansion receives so much heat that the resulting mechanical and then electrical work corresponds to the removal of electricity.
Je
nach Einsatz lässt
sich eine solche Ausführung über einen
weiten Bereich modifizieren.ever
after use leaves
such an execution over a
modify wide range.
Die
Pumpenanordnung zur Ableitung der Luft beinhaltet einen apparativen
Aufwand, der nicht für
alle Anwendungen nötig
erscheint. Will man den Freilauf beibehalten, bietet sich eine Führungsvorrichtung
an, über
welche die Ausdehnungsrichtung des Faltenbalgs unterstützt wird.
Sie kann beispielsweise als Verkleidung des Faltenbalgs ausgeführt sein.
Während
die Expansion des Faltenbalgs über
die Druckausdehnung des Gases erfolgt, bedarf es einer zusätzlichen,
wenngleich sehr geringen Kraft, um das Gas wieder aus dem Faltenbalg
auszuleiten. Bei geöffnetem
Ventil (17) der Auslassleitung (8) genügt ein einfacher
Rückholmechanismus
in Form einer mechanischen Feder (25) oder einer Gasfeder
(24), die vorher während
der Expansion gespannt wurde. Auch der Einsatz von Elektromagneten
ist denkbar. Alle Vorrichtungen für die Austreibung des Gases
benötigen
Energie und so ist die Wahl abhängig
von der Ausführung
und bauliche Größe des dynamischen
Energiespeichers.The pump arrangement for discharging the air involves an expenditure on equipment which does not appear necessary for all applications. If you want to maintain the freewheel, offers a guide device, via which the expansion direction of the bellows is supported. It can for example be designed as a lining of the bellows. While the expansion of the bellows takes place via the pressure expansion of the gas, it requires an additional, albeit very small, force to discharge the gas out of the bellows again. When the valve is open ( 17 ) of the outlet line ( 8th ) satisfies a simple return mechanism in the form of a mechanical spring ( 25 ) or a gas spring ( 24 ), which was previously tensioned during the expansion. The use of electromagnets is conceivable. All devices for expelling the gas require energy and so the choice depends on the design and physical size of the dynamic energy storage.
Wenn
auf den Freilauf und die Pumpenanordnung zur Ableitung der Luft
verzichtet werden soll, kann die Linearbewegung des volumenvariablen
Maschinenteils (7) auch, wie in Zeichnung 2 schematisch
dargestellt, über
einen Kurbelantrieb in eine Drehbewegung umgesetzt werden. Um eine
leichte und möglichst
reibungsfreie Anordnung zu erreichen, ist das Verbindungselement
(11) als Schienenträger
ausgeführt,
welches über
eine Schiene (57) verfügt,
auf welcher ein Rollensystem (59) aus beispielsweise drei
miteinander verbundenen Rollen laufen kann. Zur Stabilisierung der
Horizontalbewegung auf der Schiene und zur besseren Aufnahme der
durch die Expansion des Faltenbalgs verursachten Vertikalkräfte rollen
zwei der Rollen auf der Schienenunterseite. Die auf der Schienenoberseite
laufenden Rolle kann direkt oder über ein Getriebe mit der Welle
eines Schwungrades (18) in einer bestimmten Entfernung
zu seiner Drehachse zu einem Kurbeltrieb (60) drehbar verbunden
sein.If it is necessary to dispense with the freewheel and the pump arrangement for discharging the air, the linear movement of the volume-variable machine part ( 7 ) Also, as shown schematically in drawing 2, are converted via a crank drive in a rotary motion. In order to achieve an easy and friction-free as possible arrangement, the connecting element ( 11 ) designed as a rail carrier, which over a rail ( 57 ), on which a roller system ( 59 ) can run from, for example, three interconnected roles. To stabilize the horizontal movement on the rail and to better absorb the vertical forces caused by the expansion of the bellows, two of the rollers roll on the underside of the rail. The roller running on the top of the rail can be directly or via a gearbox with the shaft of a flywheel ( 18 ) at a certain distance to its axis of rotation to a crank mechanism ( 60 ) are rotatably connected.
Sobald
der Faltenbalg vertikal expandiert, laufen die Rollen horizontal
auf der Schiene. Hierdurch wird das Rollensystem schräg nach oben
gedrückt,
sodass sich das Schwungrad in Bewegung setzt. Somit wird die Auf-
und Abbewegung des Faltenbalgs in eine Drehbewegung umgesetzt. Diese
Anordnung bedarf zwar wie alle Kurbeltriebe einer Initiierung der
Drehbewegung, ist jedoch bautechnisch leicht ausführbar und
bewirkt geringe Verluste bei der Energieübertragung.As soon as
the bellows expands vertically, the rollers run horizontally
on the rails. As a result, the roller system is inclined upwards
pressed
so that the flywheel starts to move. Thus, the
And moved off the bellows in a rotational movement. These
Although arrangement requires like all crank mechanisms an initiation of
Rotary movement, but is structurally easy to carry out and
causes low losses in energy transfer.
In
Zeichnung 4 ist schematisch eine weitere Ausführung mit Kurbelantrieb dargestellt,
wobei in diesem Fall das Verbindungselement (11) über ein
Schienensystem (58) verfügt, welches ovalförmig ausgeführt ist
und die Welle eines Zahnrades (61) aufnehmen kann; dieses
Zahnrad greift mit seinen Zähnen
in die Zähne
eines größeren, feststehenden
Zahnrades (62) ein. Das kleine Zahnrad (61) ist
fest oder über
ein Getriebe mit der Welle des Schwungrades (18) verbunden.
Die Achse des großen
Zahnrades (62) kann als Hülse ausgeführt sein und in einem Gesamtsystem
(63) die Lagerung der Welle eines Schwungrades (29)
aufnehmen. Bei Expansion des volumenvariablen Maschinenteils (7)
rollt die Welle des kleinen Zahnrades entlang der Unterseite des
oberen Abschnittes des Schienensystems horizontal in eine Richtung,
während
gleichzeitig das kleine Zahnrad (61) am großen Zahnrad
(62) hoch läuft.
Bei der Komprimierung des volumenvariablem Maschinenteils (7)
rollt die Welle des kleinen Zahnrades entlang der oberen Seite des
unteren Abschnittes des Schienensystems (58) horizontal
in die andere Richtung, während
das kleine Zahnrad am großen
Zahnrad hinabrollt. Auf diese Weise wird die mit der Welle des kleinen
Zahnrades direkt oder über
ein Getriebe verbundene Welle eines Schwungrades (18) gedreht.In drawing 4, a further embodiment is shown schematically with a crank drive, in which case the connecting element ( 11 ) via a rail system ( 58 ), which is oval-shaped and the shaft of a gear ( 61 ) can record; this gear engages with its teeth in the teeth of a larger, fixed gear ( 62 ) one. The small gear ( 61 ) is fixed or via a transmission with the shaft of the flywheel ( 18 ) connected. The axis of the big gear ( 62 ) can be designed as a sleeve and in an overall system ( 63 ) the bearing of the shaft of a flywheel ( 29 ) take up. For expansion of the variable volume machine part ( 7 ) the shaft of the small gear rolls along the underside of the upper portion of the rail system horizontally in one direction, while at the same time the small gear ( 61 ) on the large gear ( 62 ) is running high. When compressing the variable-volume machine part ( 7 ) rolls the shaft of the small gear along the upper side of the lower portion of the rail system ( 58 ) horizontally in the other direction while the small gear rolls down on the large gear. In this way, the shaft of the flywheel connected to the shaft of the small gear directly or via a transmission ( 18 ) turned.
Im
Falle, dass z.B. Temperaturen zum Einsatz kommen sollen, die mit
dem Material eines Faltenbalgs unverträglich sind, kann als volumenvariabler
Maschinenteil auch eine konventionelle Hub- oder Drehkolben-Zylinder-Anordnung eingesetzt
werden. Hierbei sind dann Zu- (6) und Ableitung (8)
des Gases und, wenn eingesetzt, ebenso die Vorrichtung (9)
zur Erwärmung
des Gases in den Boden eines Zylinders integriert, während der
Kolben (40) mit einer Seite in den Zylinder hineinragt
und mit der anderen Seite mit dem Verbindungselement (11),
verbunden ist.In the event that eg temperatures are to be used, which are incompatible with the material of a bellows, as a variable-volume machine part, a conventional lifting or rotary cylinder arrangement can be used. In this case, 6 ) and derivation ( 8th ) of the gas and, if used, also the device ( 9 ) integrated into the bottom of a cylinder for heating the gas while the piston ( 40 ) projects with one side into the cylinder and with the other side with the connecting element ( 11 ), connected is.
Es
lassen sich natürlich
auch andere Kurbelsysteme in Kurbelwellen-/Pleuelanordnung einsetzen.It
of course you can
also use other crank systems in crankshaft / connecting rod assembly.
Die
Zeichnung 4 stellt ebenfalls schematisch einen Vorgang dar, bei
dem der angetriebene Generator als Motor betrieben wird, der Luft
in dem volumenvariable Maschinenteil (7) verdichtet und
in den Behälter
(1) pumpt.The drawing 4 also schematically illustrates a process in which the driven generator is operated as a motor, the air in the variable volume machine part ( 7 ) and into the container ( 1 ) pumps.
In
einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann mit einem Schwungrad
ein weiterer Energiespeicher eingeführt werden. Diese bekannte
Technologie (BINE, projektinfo, 11/03, Kinetische Speicherung von
Elektrizität)
kann derart in den erfindungsmäßigen dynamischen
Energiespeicher integriert werden, dass der Freilauf abtriebseitig
als Schwungrad (18) ausgeführt ist (Zeichnung 5). Wie
bei einem modernen Schwungradspeicher kann es verbunden sein mit
dem beweglichen Teil eines Elektrogenerators (26), welches
je nach Ausführung ein
Stator oder ein Rotor sein kann. Zur Verringerung der Reibung kann
das System über
Magnetlager (28) gelagert sein und im geschlossenen Gehäuse (10)
in Vakuum drehen.In a further advantageous embodiment, a further energy store can be introduced with a flywheel. This known technology (BINE, project info, 11/03, kinetic storage of electricity) can be integrated into the inventive dynamic energy storage such that the freewheel on the output side as a flywheel ( 18 ) is executed (drawing 5). As with a modern flywheel storage, it can be connected to the moving part of an electric generator ( 26 ), which may be a stator or a rotor depending on the design. To reduce friction, the system can be used with magnetic bearings ( 28 ) and in the closed housing ( 10 ) in a vacuum.
Der
neue Energiespeicher kann auch mit einem hochdrehenden, modernen
Schwungradspeicher mit eigenem Elektrogenerator kombiniert sein.
Im Falle, dass das Schwungrad des Schwungradspeichers und das über Druckluft
angetriebene Schwungrad (18) mit unterschiedlicher Umlaufgeschwindigkeit
drehen, können beide
Komponenten dynamisch über
ein wie auch immer geartetes Getriebe miteinander verbunden sein.The new energy storage can also be combined with a high-revving, modern flywheel storage with its own electric generator. In the case that the flywheel flywheel flywheel and the flywheel ( 18 ) rotate at different rotational speeds, both components can be dynamically connected via a gear of whatever kind.
Aber
auch ein mit einem integrierten Lineargenerator ausgeführter dynamischer
Energiespeicher lässt sich
mit einem Schwungradspeicher kombinieren, wobei diese dann ausschließlich elektrisch
verbunden sind.But
also a dynamic one executed with an integrated linear generator
Energy storage can be
combine with a flywheel storage, which then only electrically
are connected.
Es
ist nämlich
auch denkbar, bei dem dynamischen Energiespeicher ganz auf eine
Drehbewegung zu verzichten und den Strom über einen Lineargenerator zu
erzeugen.It
is that
also conceivable, with the dynamic energy storage all in one
To dispense with rotary motion and the current through a linear generator
produce.
Der
Einsatz von Lineargeneratoren verschiedenen Typs, welche über Freikolbenmotoren
mittels Verbrennungsgase oder Dampf betrieben werden, ist ebenso
bekannt wie der Betrieb mittels Stirling-motor (www.stelzer-motor.de;
Loekozentrum, Langenbruck, Lineargenerator zu Stirling-Energie-Modul:
www.owkozentrum.ch/prolekte/energienutzung/1997-02_generator_stirling.html);
R. Kochendörfer,
P. Treffinger, M. Gräf,
M. Nedele, Auf dem Weg zum emissionsfreien Fahrzeug:
http:///www.dir.de/fk/Publikationen/emissionsfreiesFahrzeug_Kochend%C3%B6rfer
2003. pdf; www.powerblock.ch; Lion Powerblock: www.otac.de;).The use of linear generators of various types, which via free-piston engines by Ver combustion gas or steam is known, as well as the operation by Stirling engine (www.stelzer-motor.de; Loeko center, Langenbruck, linear generator to Stirling energy module:
www.owkozentrum.ch/prolekte/energienutzung/1997-02_generator_stirling.html); R. Kochendörfer, P. Treffinger, M. Gräf, M. Nedele, On the way to the emission-free vehicle:
http: ///www.dir.de/fk/Publikationen/emissionsfreiesFahrzeug_Kochend%C3%B6rfer 2003. pdf; www.powerblock.ch; Lion Powerblock: www.otac.de;).
Die
durch die Anordnung vorgegebene vorteilhafte Ausführung des
dynamischen Energiespeichers ermöglicht
einen gesteuerten Betrieb mittels Druckluft über eine reibungsfreie, gasdichte
Anordnung mit sehr einfachem Aufbau und moderaten Betriebsdrücken und
Temperaturen unter Nutzung der durch den Generator während des
Betriebs produzierten Wärme.The
by the arrangement predetermined advantageous embodiment of
dynamic energy storage enabled
a controlled operation by means of compressed air via a frictionless, gas-tight
Arrangement with very simple construction and moderate operating pressures and
Temperatures using the generator during the
Company produced heat.
Wie
in der Zeichnung 6 schematisch dargestellt, kann der Induktor eines
Lineargenerators im Gehäuse
(10) integriert sein und einen als Verbindungselement (11)
ausgeführten
Anker aufweisen. Die Gehäuseummantelung
kann einen Wärmespeicher
(4) aufnehmen, der mit einer im volumenvariablen Maschinenteil
(7) angebrachten Erwärmungsvorrichtung
(9) wärmeleitend
in Verbindung steht. Während
das Verbindungselement (11) auf einer Seite mit dem volumenvariablen
Maschinenteil (7) verbunden ist, mündet es auf seiner anderen Seite
in einen Rückholmechanismus,
der beispielsweise als Gasfeder (24) ausgeführt sein
kann. Das Bauteil ist zusammen mit dem volumenvariablen Maschinenteil
derart in einem Führungsmechanismus über eine
Lagerung (28) gelagert, dass sich das Verbindungselement
nur linear entlang der Expansions- und Komprimierungssachse des
volumenvariablen Maschinenteils bewegen kann. Über den Abschnitt des Verbindungselementes;
der als Anker (26) des Lineargenerators ausgeführt ist,
steht er mit einem Induktor (27), der sich zwischen volumenvariablem
Maschinenteil und Rückholmechanismus
befindet, berührungsfrei
in Wechselwirkung.As shown schematically in the drawing 6, the inductor of a linear generator in the housing ( 10 ) and one as a connecting element ( 11 ) executed anchor. The housing casing can be a heat storage ( 4 ), which is equipped with a volume-variable machine part ( 7 ) mounted heating device ( 9 ) is thermally conductive in connection. While the connecting element ( 11 ) on one side with the volume-variable machine part ( 7 ), it ends on its other side in a return mechanism, for example, as a gas spring ( 24 ) can be executed. The component is together with the variable volume machine part in such a way in a guide mechanism via a storage ( 28 ), that the connecting element can move only linearly along the expansion and compression axis of the variable volume machine part. Over the section of the connecting element; as anchor ( 26 ) of the linear generator, it stands with an inductor ( 27 ), which is located between volume-variable machine part and return mechanism, non-contact in interaction.
Wie
in Zeichnung 7 schematisch dargestellt, lässt sich ein Lineargenerator
auch vollständig
in einem volumenvariablen Maschinenteil (7) integrieren.As shown schematically in FIG. 7, a linear generator can also be completely accommodated in a volume-variable machine part (FIG. 7 ) integrate.
In
dem Fall ist vorgesehen, dass der Induktor in dem volumenvariablen
Maschinenteil angebracht ist, während
das als Anker ausgeführte
Verbindungselement (11) auf einer Seite in einen Kolben
(40) mündet, wenn
der volumenvariable Maschinenteil als Kolben-/Zylinderanordnung
ausgeführt
ist. Ist er als Faltenbalg ausgeführt, kann dieser in seiner
Wandung über
einen Abschnitt verfügen,
der nicht ausdehnbar ist und in den der Induktor integriert ist,
und er kann über
einen anderen Abschnitt verfügen,
der expandierbar und komprimierbar ist. Der Faltenbalg hat an diesem
Ende seinen Deckel, an dem das Verbindungselement innerhalb des Faltenbalgs
und an dem ein richtungsgeführter
Rückholmechanismus,
der beispielsweise über
eine Gasfeder (24) verfügen
kann, außerhalb
befestigt ist.In that case, it is provided that the inductor is mounted in the volume-variable machine part, while the anchor element ( 11 ) on one side into a piston ( 40 ) opens when the variable-volume machine part is designed as a piston / cylinder assembly. If it is designed as a bellows, this may have in its wall a portion which is not expandable and in which the inductor is integrated, and it may have another portion which is expandable and compressible. The bellows has at this end its lid, on which the connecting element within the bellows and on a directional guided return mechanism, for example via a gas spring ( 24 ), is fastened outside.
Der
Arbeitsablauf kann so erfolgen, dass durch gesteuerte Einleitung
von Druckluft lediglich ein kleiner Expansionsweg zurückgelegt
wird. Nach Schließen
der Gaszuleitung (6) mittels Ventil (2) und gleichzeitigem Öffnen von
Gasableitung (8) mittels Ventil (17) erfolgt die
durch die Feder bewirkte Gasaustreibung aus dem Faltenbalg, wodurch
dessen Komprimierung und somit Rückbewegung
des Ankers bewirkt wird. Diese Hin- und Herbewegung kann in rascher
Abfolge erfolgen, wobei die Frequenz einer solchen Schwingbewegung
des Läufers über das
Steuerungsinstrument vorgewählt
und gesteuert kann. Die durch den Generator produzierte Wärme kann
an einen Wärmespeicher
(4) abgeführt
und mit Hilfe der Erwärmungsvorrichtung
(9) zur Erwärmung
des expandierenden Gases genutzt werden. Die Betriebstemperatur
des Systems lässt
sich durch die geeignete Wahl des Wärmespeichers in Bereichen einstellen.The workflow can be carried out so that only a small expansion path is covered by controlled introduction of compressed air. After closing the gas supply line ( 6 ) by means of valve ( 2 ) and simultaneous opening of gas discharge ( 8th ) by means of valve ( 17 ) caused by the spring gas expulsion from the bellows, whereby its compression and thus return movement of the armature is effected. This reciprocation can be done in rapid succession, wherein the frequency of such a swinging movement of the rotor can be preselected and controlled via the control instrument. The heat produced by the generator can be transferred to a heat storage ( 4 ) and with the aid of the heating device ( 9 ) are used to heat the expanding gas. The operating temperature of the system can be adjusted by the appropriate choice of heat storage in areas.
Die
Expansion und Komprimierung des volumenvariablen Maschinenteils
werden bei den meisten Anwendungen, speziell, wenn die Linearbewegung
in eine Drehbewegung umgeformt wird, mit langsamerer Geschwindigkeit
und längeren
Wegen ausfallen. In diesem Fall oder auch, um die Leistung zu erhöhen bietet
sich, mehrere dieser funktionalen Einheiten zusammen zu schalten.
Eine solche vorteilhafte Ausgestaltung des neuen dynamischen Energiespeichers
ist in Teilen schematisch in Zeichnung 8 dargestellt.The
Expansion and compression of the variable volume machine part
are used in most applications, especially when the linear motion
is transformed into a rotary motion, at a slower speed
and longer
Because of fail. In this case, or even to increase the performance offers
to interconnect several of these functional units.
Such an advantageous embodiment of the new dynamic energy storage
is shown in parts schematically in Figure 8.
Hierbei
werden zwei volumenvariable Maschinenteile (7) so mit einander
gekoppelt, dass die Expansion eines Maschineteils die Komprimierung
des anderen Maschinenteils und damit die Hinaustreibung des Gases
bewirken kann. Sollten z.B. Faltenbalge als volumenvariable Maschinenteile
verwendet werden, können
diese mit jeweils einem Freilauf verbunden sein, welche die gleiche
Welle antreiben. Die Faltenbalge können zwischen den Freiläufen angeordnet
sein, wobei ein Faltenbalg linksseitig und der andere rechtsseitig
mit den Antriebseiten (20) ihrer zugehörigen Freiläufe verbunden sind. Hierdurch
wird erreicht, dass, wenn die Antriebseite (20) des einen
Freilaufs ihr Drehmoment auf die Abtriebseite (21) überträgt, die
An- und Abtriebseiten des anderen Freilaufs entkoppelt werden: Wird
nun Gas in den einen Faltenbalg eingeleitet, drehen An- (20) und
Abtriebseite (21) des mit diesem Faltenbalg verbundenen
Freilaufs unter Kraftschluss in eine Richtung und können so
eine Welle antreiben. Da die An- und Abtriebseiten des anderen Freilaufs
entkoppelt sind, kann der zugehörige
Faltenbalg unter Umkehrung der Drehrichtung der Antriebseite komprimiert
werden.Here, two volume-variable machine parts ( 7 ) coupled with each other so that the expansion of one machine part can cause the compression of the other machine part and thus the outward expulsion of the gas. If, for example, bellows are used as volume-variable machine parts, they can each be connected to a freewheel which drives the same shaft. The bellows can be arranged between the freewheels, one bellows on the left side and the other on the right side with the drive sides ( 20 ) are associated with their associated freewheels. This ensures that when the drive side ( 20 ) of the one freewheel its torque on the output side ( 21 ) transmits, the input and output sides decoupled from the other freewheel: Now, if gas is introduced into the one bellows, turn on 20 ) and driven side ( 21 ) connected to this bellows freewheel under frictional connection in one direction and can thus drive a shaft. Since the input and output sides of the other freewheel are decoupled, the associated bellows can be compressed by reversing the direction of rotation of the drive side.
Der
neue dynamischen Energiespeicher lässt sich in weiteren, auch
nicht mobilen Anwendungen einsetzen, bei denen ein Gas unter Druck
gesetzt wird und eine Maschine antreiben kann. Hierbei spielt neben der
Möglichkeit
des Einsatzes von Druckluft besonders die Druckerzeugung durch Wärme ein
wichtige Rolle. Er kann überall
dort eingesetzt werden, wo Energie in Form von Strom aber auch in
Form von Wärme
benötigt wird.Of the
new dynamic energy storage can be in more, too
not use mobile applications where a gas under pressure
is set and can drive a machine. This plays beside the
possibility
the use of compressed air especially the pressure generation by heat
important role. He can everywhere
be used where energy in the form of electricity but also in
Form of heat
is needed.
Für stationäre Anwendungen
bestehen die mit der Erfindung erzielten Vorteile insbesondere darin, dass
mit Hilfe der im Patentanspruch aufgeführten Merkmale ein Gas auf
ganz verschiedene Weise unter Druck gesetzt und dann sehr effizient
zur Erzeugung von mechanischer und elektrischer Arbeit eingesetzt
werden kann, wobei je nach Ausführung
auch zusätzlich
eine Wärmenutzung
mit Hilfe einer Wärmekraftkopplung realisiert
werden kann.For stationary applications
consist of the advantages achieved by the invention, in particular that
with the help of the features listed in the claim a gas
very different way pressurized and then very efficient
used for the production of mechanical and electrical work
can be, depending on the design
also in addition
a heat use
realized by means of a thermal power coupling
can be.
Für den stationären Einsatz
können
oben beschriebenen Ausführungen
ebenfalls zum Einsatz kommen. Da in der Regel das Gas vor oder während der
Expansion erwärmt
wird, bietet sich die Nutzung der Wärme an, wobei hier verschiedene
Ausführungen
wiederum je nach Einsatz ausgewählt
werden können.For stationary use
can
described above
also be used. As a rule, the gas before or during the
Expansion heated
becomes, offers itself the use of the heat, whereby here different
versions
again selected depending on the application
can be.
Die
Ausnutzung der Sonnenstrahlung zur direkten Stromerzeugung ist derzeit
aufgrund der geringen Sonneneinstrahlung in unseren Breiten, vor
allem aber aufgrund der geringen Wirkungsgrade und der hohen Investitionskosten
der Fotovoltaikanlagen nur schwer wirtschaftlich zu rechtfertigen.
Neben der aufwendigen Montage sind hier insbesondere die Kosten
für die
Wechselrichter zu nennen, die für
eine Einspeisung ins Netz notwendig sind.The
Exploitation of solar radiation for direct power generation is currently
due to the low level of sunlight in our latitudes, before
but all due to the low efficiencies and the high investment costs
the photovoltaic systems difficult to justify economically.
In addition to the elaborate installation are in particular the cost
for the
To call inverters for
a feed into the grid are necessary.
Die
Stromerzeugung mit Hilfe von solarthermischen Anlagen, wie etwa
durch Solarturmkraftwerke mit nachgeschalteter Dampfturbine hat
einen besseren Wirkungsgrad und benötigt keine Wechselrichter;
allerdings erfordern die aufwendigen Kollektoren intensive Sonneneinstrahlung,
sodass vorwiegend Standorte in Afrika mit aufwendigen Stromnetzen,
die bis nach Deutschland reichen, diskutiert werden. Unter diesen
Aspekten lassen sich nur große
Kraftwerke mit entsprechend hohen Investitionskosten realisieren. http://www.tud.uni-essen.de/xarb/imig/sonnewindwasser/reg-energie.html
http://www.solarserver.de/solarmagazin/anlageapril2004.html; http://www.kfw-entwicklungsbank.de/DE/Fachinformationen/Erneuerbar40/Solartherm16/Solartherm.jsp;
http://www.iset.uni-kassel.de/abt/w3-w/projekte/Pot_Strom_Nordafrika.pdf)The
Electricity generation with the help of solar thermal systems, such as
by solar tower power plants with downstream steam turbine has
better efficiency and requires no inverter;
However, the elaborate panels require intense sunlight,
so mainly locations in Africa with complex power grids,
which reach as far as Germany. Under these
Aspects can only be great
Realize power plants with correspondingly high investment costs. http://www.tud.uni-essen.de/xarb/imig/sonnewindwasser/reg-energie.html
http://www.solarserver.de/solarmagazin/anlageapril2004.html; http://www.kfw-entwicklungsbank.de/DE/Fachinformationen/Erneuerbar40/Solartherm16/Solartherm.jsp;
http://www.iset.uni-kassel.de/abt/w3-w/projekte/Pot_Strom_Nordafrika.pdf)
Aufgrund
seiner je nach Ausführung
sehr einfachen, robusten und somit leicht zu wartenden Bauteilen bietet
der neue dynamische Energiespeicher den Vorteil, auch in sich entwickelnden
Ländern
einsetzbar zu sein, in denen noch nicht vollständig ausgebildete Infrastruktur
eine dezentrale Energieversorgung wünschenswert erscheinen lassen.
Er ist einfach zu montieren, benötigt
keine Wechselrichter und kann bei hinreichender Baugröße wegen
relative geringen Investitionskosten auch bei geringen Energiedichten
Strom dem Netz zu wirtschaftlich vertretbaren Kosten zur Verfügung stellen.
Daher kann er auch bei geringer durchschnittlicher Sonneneinstrahlung
besonders zur dezentralen Stromerzeugung eingesetzt werden.by virtue of
depending on the version
very simple, robust and therefore easy to maintain components
the new dynamic energy storage the advantage, even in developing
countries
to be used in which not yet fully developed infrastructure
make a decentralized energy supply desirable.
He is easy to assemble, needed
no inverters and can with sufficient size because of
Relatively low investment costs even at low energy densities
Provide electricity to the grid at an economically reasonable cost.
Therefore, it can also with low average solar radiation
especially for decentralized power generation.
Eine
solche vorteilhafte Ausgestaltung des neuen dynamischen Energiespeichers
ist in Teilen schematisch im oberen Teil von Zeichnung 9 dargestellt.
Für diese
Anwendung ist der Gasbehälter
derart ausgeführt,
dass er aus sehr wärmeleitfähigem Material
besteht und in seinem Innenraum über
eine wärmeleitfähige und
oberflächenvergrößernde Füllung (32)
verfügt,
wie sie bereits für
die Erwärmungsvorrichtung
(9) beschrieben wurde. Grundsätzlich wäre auch eine Rohrbündelanordnung
möglich.
Der solchermaßen
als Gaskollektor (31) ausgeführte Behälter verfügt wiederum funktional über zwei
ventilgesteuerte (2, 33) Gasleitungen (6, 5).Such an advantageous embodiment of the new dynamic energy storage is shown in parts schematically in the upper part of drawing 9. For this application, the gas container is designed such that it consists of very thermally conductive material and in its interior via a thermally conductive and oberflächenvergrößernde filling ( 32 ), as already described for the heating device ( 9 ) has been described. In principle, a tube bundle arrangement would also be possible. The so-called gas collector ( 31 ) has in turn functionally two valve-controlled ( 2 . 33 ) Gas pipes ( 6 . 5 ).
Zum
besseren Wärmeübergang
der von der Sonne stammenden thermischen Strahlung kann die Tiefe
des dem Gas zur Verfügung
stehenden Raumes relative klein und die dem Wärmedargebot ausgesetzte und
aus Höhe
und Breite bestehende Fläche
relativ groß ausgeführt sein.
Die wärmeleitfähigen Wandungen können eine
feste oder auch flexible und biegsam Verformungen zulassen. Sie
können
auch aus verschiedenen Materialien aufgebaut sein, beispielsweise
zur Erlangung der guten Wärmeleitfähigkeit
aus einer Metallfolie, die für
die Festigkeit und Formgebung mit Kunststoff beschichtet oder in
Harz eingegossen sein kann und zur besseren Strahlungsabsorption
eine raue, schwarze Oberfläche
aufweisen kann. Grundsätzlich
sind aber auch Ausführungen
aus Glas denkbar, sodass auch die Integration des Kollektors in
ein Fenster oder in transparente Fassadenbauteile denkbar ist. Diese
Kollektoren können
zu größeren Einheiten
modular verbunden werden, wobei eine solche Einheit dann nur eine
ventilgesteuerte Zu- bzw Ableitung benötigen würde. Integriert in Fassadenelemente
und in optisch gefälliger
Ausgestaltung können
solche Kollektoren im Hausbau eingesetzt werden, wo sie gleichzeitig
elektrischen Strom produzieren und die Fassade vor Aufheizung bewahren können. Die
zugeführte
Luft könnte
entsprechend dem Stand der Technik über Erdwärmetauscher gekühlt werden.
In der der Wärmequelle
zugewandten Wandung des Kollektors kann ein Wärmespeicher (4) beispielsweise
in Röhren
integriert sein. Er lässt
sich so auslegen, dass sich ein solches Fassadenelement ab einer
bestimmten Temperatur nicht weiter erwärmt, da die zugeführte Wärme gespeichert
wird. Während
der Nacht kann dann seine Wärme
wieder abgegeben und zur Stromerzeugung genutzt werden.For better heat transfer of the thermal radiation originating from the sun, the depth of the space available to the gas can be made relatively small and the area exposed to the heat supply and consisting of height and width relatively large. The thermally conductive walls can allow a firm or flexible and flexible deformations. They can also be constructed of different materials, for example, to obtain the good thermal conductivity of a metal foil, which may be coated with plastic for strength and shaping or cast in resin and may have a rough, black surface for better radiation absorption. In principle, however, versions made of glass are conceivable, so that the integration of the collector in a window or in trans Parent facade components is conceivable. These collectors can be modularly connected to larger units, such a unit would then require only a valve-controlled inlet and outlet. Integrated in façade elements and in a visually pleasing design, such collectors can be used in building construction, where they can simultaneously produce electricity and protect the façade from heating up. The supplied air could be cooled according to the prior art via geothermal heat exchangers. In the heat source facing wall of the collector, a heat storage ( 4 ) be integrated for example in tubes. It can be interpreted in such a way that such a façade element no longer heats up from a certain temperature, since the supplied heat is stored. During the night, then its heat can be given off again and used to generate electricity.
In
Kombination mit einem solchen Wärmespeicher
oder auch einem Stromspeicher, wie einem Schwungrad oder einer Batterie
könnte
diese Anordnung eines Kollektors auch zum Betreiben von Inselanlagen,
wie zum Beispiel einem Sendemast, eingesetzt werden.In
Combination with such a heat storage
or a power storage such as a flywheel or a battery
could
this arrangement of a collector also for operating island installations,
such as a radio mast, are used.
Die
Funktionsprinzipien einer solchen vorteilhaften Ausführung basieren
auf dem funktionsgeführten periodischen
Auf- und Abbau des Gasdrucks in einem Kollektor (31). Ein
in einem solchen Behälter
befindliches Gas (z.B. Luft) wird Wärme ausgesetzt und es findet
eine Druckerhöhung
statt, da beide Gasleitungen (5, 6) verschlossen
sind. Es ist auch denkbar, dass sich im Kollektor ein flüssiges Medium
befindet, welches über
die eingestrahlte Wärme
teilweise verdampft und so ein Druck aufgebaut wird. Bei einem entsprechend der
Anwendung gewünschten
und mittels einer Sensorvorrichtung ermittelten Arbeitsdruck kann
die Vorrichtung (2) der Gasleitung (6) mittels
eines Steuerungsinstrumentes angesteuert und geöffnet werden. Daraufhin kann
das Gas in den volumenvariablen Maschinenteil (7) einströmen und
ihn so expandieren. Der Zustand maximaler Expansion wird vom Detektor
erfasst und per Signal an das Steuerinstrument weitergegeben, dass
daraufhin das Ventil (2) schließt und das Ventil (17)
zur Gasableitung öffnet. Über einen
der oben beschriebenen Mechanismen wird das Gas unter Komprimierung
des volumenvariablen Maschinenteil (7) aus diesem herausgetrieben.
Auch der Zustand der maximalen Komprimierung kann von einem Detektor
festgestellt werden und ein Signal an das Steuerungsinstrument gegeben
werden. Dieses schließt
das Ventil (17) und öffnet
das Ventil (33), sodass kalte Luft in den Behälter eingepumpt
werden kann. Ein Detektor kann die Gasmenge beispielsweise über die
Pumpendauer oder die Durchflussrate erfassen und an das Steuerungsinstrument
weiterleiten, das daraufhin über
ein Signal das Ventil (33) schließt. Sobald der Detektor den
gewünschten
Druck im Kollektor festgestellt hat, gibt er ein Signal an das Steuerungsinstrument,
das daraufhin das Ventil (2) öffnet, sodass wieder Gas in
das volumenvariable Maschinenteil strömen kann.The operating principles of such an advantageous embodiment are based on the function-related periodic assembly and disassembly of the gas pressure in a collector ( 31 ). A gas in such a container (eg air) is exposed to heat and there is an increase in pressure, since both gas lines ( 5 . 6 ) are closed. It is also conceivable that there is a liquid medium in the collector, which partially evaporated by the radiated heat and so a pressure is built up. In a desired according to the application desired and determined by a sensor device working pressure, the device ( 2 ) of the gas line ( 6 ) are controlled and opened by means of a control instrument. Then the gas in the volume-variable machine part ( 7 ) and so expand it. The state of maximum expansion is detected by the detector and passed on by signal to the control instrument, that then the valve ( 2 ) closes and the valve ( 17 ) opens for gas discharge. By one of the mechanisms described above, the gas is compressed while compressing the volume-variable machine part ( 7 ) driven out of this. Also, the state of maximum compression can be detected by a detector and given a signal to the control instrument. This closes the valve ( 17 ) and opens the valve ( 33 ), so that cold air can be pumped into the container. A detector can detect the gas quantity, for example via the pump duration or the flow rate, and forward it to the control instrument, which then uses a signal to open the valve ( 33 ) closes. Once the detector has detected the desired pressure in the collector, it sends a signal to the control instrument, which then sends the valve ( 2 ) opens, so that again gas can flow into the volume-variable machine part.
Über den
bereits beschriebenen Mechanismus, in den nun auch eine Vorrichtung
(33) zum Öffnen
und Schließen
der Gaseinlassleitung (5) eingebunden ist, öffnet sich
diese Zuleitung bevor die Gasleitung (6) schließt, sodass
kaltes Gas in den Kollektor eingesogen oder über eine Pumpenvorrichtung
(14) eingepumpt werden kann; Detektor-gesteuert werden
beide Ventilvorrichtungen mittels des Steuerungsinstruments geschlossen.
Der Zyklus kann unter kontinuierlicher Erwärmung des Gases von neuem beginnen.
Für die
Umwandlung in Arbeit können
dabei die bereits beschriebenen Mechanismen eingesetzt werden. Zur
Erhöhung der
Arbeitsleistung können
auch mehrere Gasvorratsbehälter
zusammengeschaltet sein. Bei geringen Temperaturunterschieden von
kalter Luft und warmem Kollektorinneren ist vorgesehen, dass das
Volumen der Kollektorfüllung
relativ groß zum
Volumen des eingeströmten
Gases ist, um einen effektiven Wärmeübergang
zu gewährleisten.
Ebenso sollte das Volumen dieses Gases im Kollektor relativ groß zum Volumen
des ihm zur Verfügung
stehenden Raumes im volumenvariablen Maschinenteil sein, um einen
hinreichend großen
Druckunterschied zur Betreibung des maschinenvariablen Maschinenteils
sicher zu stellen.About the mechanism already described, in which now also a device ( 33 ) for opening and closing the gas inlet line ( 5 ), this supply line opens before the gas line ( 6 ) so that cold gas is drawn into the collector or via a pump device ( 14 ) can be pumped; Detector-controlled both valve devices are closed by means of the control instrument. The cycle can begin anew with continuous warming of the gas. For conversion into work, the mechanisms already described can be used. To increase the work performance and several gas storage tanks can be interconnected. At low temperature differences of cold air and warm collector interior is provided that the volume of the collector filling is relatively large to the volume of the gas flow, to ensure effective heat transfer. Likewise, the volume of this gas in the collector should be relatively large to the volume of space available to him in the variable volume machine part to ensure a sufficiently large pressure difference for the operation of the machine-variable machine part.
Sollte
keine Pumpe zur Befüllung
des Kollektors eingesetzt werden, kann der maschinenvariable Maschinenteil
auch diese Funktion übernehmen.
In diesem Fall kann nach Schließen
des Ventils (17) sowohl Ventil (2) als auch Ventil
(33) geöffnet
werden. Da bei der ersten Expansion ein Schwungrad durch das volumenvariable
Maschinenteil (7) angetrieben wurde, kann dieses einen
Teil seiner überschüssigen Energie
an das Maschinenteil zurückübertragen,
sodass es seine Expansion und Kompression beibehalten kann, auch
ohne, dass Luft unter Druck zugeführt wird. Mit Öffnen der
Ventile (2) und (33) kann ohne großen Widerstand
und somit ohne großen
Energieaufwand Luft strömen,
sodass diese durch die Expansion des Maschinenteils (7) aus
der Umgebung in den Kollektor eingesaugt werden kann. Nach mindestens
einer solchen Expansion kann das Ventil (2) wieder geschlossen
und das Ventil (17) zur Ableitung des Gases wieder geöffnet werden.
Das Ventil (33) wird zeitgleich mit Ventil (2)
nur geschlossen, wenn bereits genug kaltes Gas wieder im Kollektor eingesaugt
wurde, andernfalls kann es noch für einen weiteren Saugdurchgang
geöffnet
bleiben.If no pump is used to fill the collector, the machine-variable machine part can also take over this function. In this case, after closing the valve ( 17 ) both valve ( 2 ) as well as valve ( 33 ). Since during the first expansion, a flywheel through the volume-variable machine part ( 7 ), this can transfer some of its excess energy back to the machine part so that it can maintain its expansion and compression, even without supplying air under pressure. By opening the valves ( 2 ) and ( 33 ) can flow without great resistance and thus without much energy consumption air, so that they by the expansion of the machine part ( 7 ) can be sucked from the environment into the collector. After at least one such expansion, the valve ( 2 ) closed again and the valve ( 17 ) are opened again for the discharge of the gas. The valve ( 33 ) is simultaneously with valve ( 2 ) only closed when enough cold gas has been sucked back into the collector, otherwise it can remain open for another suction passage.
Dieser
Mechanismus zur Ansaugung von kühler
Frischluft kann auch eingesetzt werden, wenn, wie in Zeichnung 9
schematisch dargestellt, zwei volumenvariable Maschinenteile miteinander
gekoppelt sind.This
Mechanism for intake of cooler
Fresh air can also be used if, as in drawing 9
shown schematically, two volume-variable machine parts with each other
are coupled.
Bei
sehr geringer Sonneneinstrahlung, wie zum Beispiel im Winter, wird
die zur Verfügung
stehende Wärme
oft nicht ausreichen, um einen Betrieb des dynamischen Energiespeichers
zur Stromerzeugung zuzulassen. In diesem Fall kann die aufgewärmte Luft
aber immer noch über
eine als Wärmetauscher
(39) ausgeführte
Leitung in einem Wärmepool
(41) zur Erwärmung
zum Beispiel von Brauchwasser eingesetzt werden.With very low solar radiation, such as in winter, the available heat is often not sufficient to allow operation of the dynamic energy storage for power generation. In this case, however, the warmed-up air can still be used as a heat exchanger ( 39 ) carried out in a heat pool ( 41 ) are used for heating, for example, of process water.
Um
aber dennoch die Stromerzeugung aufrecht zu erhalten, kann zusätzlich die
Heizwärme
genutzt werden. Der dynamische Energiespeicher lässt sich also auch als Blockheizkraftwerk
vorteilhaft einsetzen, wobei dann entweder das Brenngas direkt oder
inertes Medium über
einen Sekundärkreislauf
eingesetzt werden kann.Around
but still maintain the power generation, can additionally
heating
be used. The dynamic energy storage can also be used as a combined heat and power plant
advantageous to use, in which case either the fuel gas directly or
inert medium over
a secondary circuit
can be used.
Blockheizkraftwerke
sind ein Beispiel integrierter Nutzung von Strom und Wärme, die
auch in dem Stand der Technik entsprechenden Ausführungen
bereits einen guten Wirkungsgrad aufweisen können.cogeneration
are an example of integrated use of electricity and heat that
also in the prior art corresponding embodiments
already have a good efficiency.
Bei
Blockheizkraftwerken wird ein Motor betrieben, der einen Generator
antreibt. Die Wärme
des heißen
Abgases wird über
einen Wärmetauscher
dem Brauchwasser zugeführt,
und über
diese Wärmekraftkopplung
lassen sich sehr hohe Wirkungsgrade erzielen. Nachteilig sind oft
die schädlichen
Emissionen und der hohe Verschleiß. Außerdem kann wirtschaftlich
nur Strom produziert werden, wenn die Wärme genutzt werden kann.at
Combined heat and power plants, a motor is operated, which is a generator
drives. The heat
of the hot
Exhaust gas is over
a heat exchanger
supplied to the service water,
and over
this thermal power coupling
can achieve very high efficiencies. Disadvantages are often
the harmful ones
Emissions and high wear. Besides, it can be economical
only electricity can be produced if the heat can be used.
Ebenso
erfordern die BHKW einen entsprechend ihren weitaus höheren Investitionskosten
den entsprechenden Leistungsbedarf. Nur bei Einsatz von subventionierten
erneuerbaren primären
Energieträgern können auch
kleinere Anlagen unter langfristigem Aspekt durchaus lohnenswert
sein. Ein weiterer Nachteil ist die Tatsache, dass BHKWs nicht in
bestehende Heizsysteme integriert werden können, sodass ihnen nur bei Neu-
oder Ersatzinvestitionen als Alternative Rechnung getragen werden
kann.As well
require the CHP one according to their much higher investment costs
the corresponding power requirement. Only when using subsidized
renewable primary
Energy sources can also
smaller investments under long-term aspect quite worthwhile
be. Another disadvantage is the fact that CHPs are not in
existing heating systems can be integrated so that they can only be
or replacement investment as an alternative
can.
Besonders
mit Stirling-Motoren ausgestattete und mit regenerativen Brennstoffen
befeuerte Blockheizkraftwerke erfüllen Kriterien nach umweltschonender
Strom- und Wärmegewinnung
schon recht gut. Hier gibt es interessante Entwicklungen, da bei
kontrollierter Emission viele verschiedene Brennstoffe eingesetzt werden
können;
allerdings lassen sie sich mit Stirlingmotoren betriebene Anlagen
nicht so gut regulieren.Especially
equipped with Stirling engines and with renewable fuels
fired cogeneration plants meet criteria for more environmentally friendly
Electricity and heat production
pretty good. There are interesting developments here
controlled emission many different fuels are used
can;
however, they can be operated with Stirling engines systems
do not regulate so well.
Die
Wirkungsweise der Wärmekraftkopplung
des neuen dynamischen Energiespeichers funktioniert im Vergleich
zu konventionellen Blockheizkraftwerken umgekehrt, indem die Wärme produziert
und zu Heizzwecken wie auch zur Umwandlung in mechanische Energie
benutzt wird. Somit lassen sich Baumodule des dynamischen Energiespeichers
vorteilhaft in ein bestehendes Heizsystem integrieren. Auch lässt sich
die Menge an Wärme- und Stromproduktion
sehr gut regulieren, da die Wärme
gezielt erzeugt werden kann und nicht als Betriebswärme eines
Motors anfällt.
Gegenüber
einem BHKW mit Stirling- oder Dampfmotor, die vergleichbar aufgebaut
sind, besitzt der neue dynamische Energiespeicher einen einfacheren
Aufbau und benötigt
keine Kühlung;
auch lässt
er sich konstruktionsbedingt besser regeln.The
Mode of action of thermal power coupling
of the new dynamic energy storage works in comparison
vice versa to conventional combined heat and power plants, producing heat
and for heating purposes as well as for conversion to mechanical energy
is used. Thus, building modules of the dynamic energy storage can be
advantageous to integrate into an existing heating system. Also can be
the amount of heat and electricity production
regulate very well, because the heat
can be generated specifically and not as operating heat of a
Motors accumulates.
Across from
a CHP with Stirling or steam engine, which has a comparable structure
are the new dynamic energy storage has a simpler
Construction and needed
no cooling;
also lets
he structurally better regulate.
Eine
solche vorteilhafte Ausgestaltung des neuen dynamischen Energiespeichers
mit Wärme-Kraftkopplung
ist in Teilen schematisch in Zeichnung 10 dargestellt.A
Such advantageous embodiment of the new dynamic energy storage
with heat-power coupling
is shown in parts schematically in drawing 10.
Ein
Gas wird in einer Gasaufbereitungsvorrichtung mit Hilfe eines Brenners
thermisch erzeugt und die sehr heißen Gase können nun direkt über eine
Turbine (53) geführt
oder, wie hier dargestellt, in einen als Kolben-/Zylinderanordnung ausgeführten volumenvariablen
Maschinenteil (7) geleitet werden, wo ein Teil der Wärmeenergie
erst in mechanische und dann in elektrische Energie umgewandelt
wird. Es ist aber auch möglich,
das Gas in der Kammer über
einen Wärmetauscher
(34), der mit einem Wärmespeicher
verbunden sein kann, etwas herunterzukühlen, bevor es zur Umwandlung
in mechanische Energie weitergeleitet wird. Ebenso kann das Brenngas
zur Erwärmung
eines Mediums eingesetzt werden, das somit unter Druck gebracht
dann in einem Sekundärkreislauf
in einen volumenvariablen Maschinenteil (7) gesteuert eingeleitet
werden kann.A gas is thermally generated in a gas treatment device by means of a burner and the very hot gases can now be directly passed through a turbine ( 53 ) or, as shown here, in a volume-variable machine part designed as a piston / cylinder arrangement ( 7 ), where part of the heat energy is converted first into mechanical and then into electrical energy. But it is also possible, the gas in the chamber via a heat exchanger ( 34 ), which may be connected to a heat store, to cool down somewhat before being passed on to mechanical energy conversion. Likewise, the fuel gas can be used for heating a medium, which is thus brought under pressure then in a secondary circuit in a variable volume machine part ( 7 ) can be initiated controlled.
In
dieser vorteilhaften Ausführung
ist das Verbindungselement (11) auf der einen Seite linear
verschiebbar im Gehäuse
gelagert (28) und als eine Zahnschienen-/Zahnradanordnung
(44) mit der Welle der Antriebseite eines Freilaufs (19)
ausgeführt.
Wird das Verbindungselement (11) und mit ihm die Zahnschiene
in eine Richtung linear verschoben, so greifen die Zähne des
Zahnrads in die der Zahnschiene, womit das Zahnrad in Drehbewegung
versetzt wird; da es sich zusammen mit dem Freilauf (19),
dem Schwungrad (18) und dem angetriebenen Aggregat (23)
eine gemeinsame Welle (29) teilt, werden diese Bauteile
mit angetrieben, wenn sich das Verbindungselement in die eine Richtung
bewegt, während
bei Bewegung in die Gegenrichtung lediglich die Antriebseite (20)
des Freilaufs ebenfalls ihre Drehrichtung ändert, während die anderen Bauteile ihre
Drehrichtung beibehalten. Zur besseren Einstellung des Drehmomentes
kann die Welle des Zahnrades auch über eine Getriebeübersetzung
mit der Welle (29) verbunden sein.In this advantageous embodiment, the connecting element ( 11 ) mounted on the one hand linearly displaceable in the housing ( 28 ) and as a toothed rack / gear arrangement ( 44 ) with the shaft of the drive side of a freewheel ( 19 ). Is the connecting element ( 11 ) And with him the toothed rail linearly displaced in one direction, the teeth of the gear engage in the toothed rail, whereby the gear is rotated in rotation; since it is together with the freewheel ( 19 ), the flywheel ( 18 ) and the driven unit ( 23 ) a common wave ( 29 ), these components are driven with, when the connecting element moves in one direction, while when moving in the opposite direction, only the drive side ( 20 ) of the freewheel also changes its direction of rotation, while the other components maintain their direction of rotation. To better adjust the torque, the shaft of the gear also via a gear ratio with the shaft ( 29 ).
Auf
seiner anderen Seite ist das Verbindungselement (11) mit
dem Kolben (40) des als Kolben-/Zylinderanordnung ausgeführten volumenvariablen
Maschinenteils (7) verbunden, der gasdicht über selbst
schmierende Kolbenringe oder über
Spaltdichtung zum Zylinder abschließt. Der Rückholmechanismus kann in diesem
Fall auf einer mechanischen Feder (25) basieren, die bei
Expansion zusammengedrückt
wird und bei Öffnen
der Ventilvorrichtung (17) zur Leitung (8) wieder
in ihren Ursprungszustand zurückkehren
kann und dabei den Kolben in den Zylinder drückt.On its other side is the connecting element ( 11 ) with the piston ( 40 ) of the volume-variable machine part designed as a piston / cylinder arrangement ( 7 ), which closes gas-tight over self-lubricating piston rings or gap seal to the cylinder. The return mechanism can in this case be mounted on a mechanical spring ( 25 ) which is compressed upon expansion and when the valve device is opened ( 17 ) to the line ( 8th ) can return to its original state while pushing the piston into the cylinder.
Das
Abgas kann über
einen in die Gasauslassleitung (8) integrierten Gaswäscher (35)
oder ein Katalysator abgeleitet werden. Durch Nachschalten von Wärmetauschern,
welche nach verschiedenen Funktionsprinzipien, entweder abgasführend (43)
oder medienführend
(42) arbeiten können,
lässt sich
die im Abgas enthaltene Restwärme
weiter nutzen. Hierbei kann das Gas durch seine forcierte Strömung sehr
weit heruntergekühlt
kann, was zu einer guten Ausbeute der aufgewendeten Energie beiträgt.The exhaust gas can be injected into the gas outlet line ( 8th ) integrated scrubber ( 35 ) or a catalyst. By downstream of heat exchangers, which according to various operating principles, either exhaust gas leading ( 43 ) or media leading ( 42 ) can continue to use the residual heat contained in the exhaust gas. In this case, the gas can be cooled down very far by its forced flow, which contributes to a good yield of the energy used.
Wie
hier ebenfalls dargestellt, können
die Ventilvorrichtungen (2, 17) für die mit
dem volumenvariablen Maschinenteil verbundenen Gasleitungen (6)
und (8) in einer Vorrichtung integriert werden. Diese bauliche Vereinfachung
kann in manchen Fällen
vorteilhaft sein. Wenn zum Beispiel das Verbindungselement (11),
wie im Falle des Lineargenerators gezeigt, in schnelle Bewegung
gebracht werden soll, kann eine schnell rotierende oder pulsierende
Vorrichtung zum raschen und abwechselnden Wechsel von Öffnen und
Schließen
der beiden Leitungen herangezogen werden.As also shown here, the valve devices ( 2 . 17 ) for the gas lines connected to the volume-variable machine part ( 6 ) and ( 8th ) are integrated in a device. This structural simplification can be advantageous in some cases. For example, if the connector ( 11 ), as shown in the case of the linear generator to be brought into rapid motion, a fast rotating or pulsating device for rapid and alternating change of opening and closing of the two lines can be used.
Der
Behälter
kann auch, wie im unteren Teil von Zeichnung 9 dargestellt, als
Wärmekollektor
mit wärmeisolierenden
Wandungen, aber gegebenenfalls mit einer wärmeleitfähiger Füllung und mit einer leicht
verdampfbaren Flüssigkeit
gefüllt
sein, auf welche Wärme
zum Beispiel über
einen Wärmetauscher
(34) übertragen
wird; die verdampfte Gasphase kann dann über Leitung (6) auf
einen volumenvariablen Maschinenteil (7) oder eine Turbine
(53) geleitet werden. Das Gas kann entweder durch die Abkühlung bei
der Expansion bereits kondensieren oder aber in einer Kondensierungseinheit
(54) kondensiert und dann über die Leitung (8)
in den Behälter
zurückgeführt werden.The container may also, as shown in the lower part of drawing 9, be filled as a heat collector with heat-insulating walls, but optionally with a thermally conductive filling and with an easily evaporable liquid, on which heat, for example via a heat exchanger ( 34 ) is transmitted; the vaporized gas phase can then via line ( 6 ) on a variable volume machine part ( 7 ) or a turbine ( 53 ). The gas can either condense by the cooling during the expansion or in a condensing unit ( 54 ) and then over the line ( 8th ) are returned to the container.
Besonders
vorteilhaft ist auch die Kombination zweier unterschiedlicher Gasaufbereitungsvorrichtungen
in einem dynamischen Energiespeicher, wie sie in Zeichnung 9 schematisch
dargestellt ist. Auf diese Weise lassen sich die unterschiedlichen
Wärmequellen
optimal ausnutzen. So kann die Sonnenwärme vornehmlich im Sommer und
die Heizenergie vornehmlich im Winter dadurch optimal zur Stromerzeugung
herangezogen werden, indem das Energieumwandlungsmodul einerseits
mit einem Gaskollektor zusammengeschaltet ist und andererseits mit
einem Behälter,
der wie ein Gaskollektor ausgeführt
sein kann, aber über
wärmeisolierende
Wandungen verfügt
und der mit einen Wärmetauscher
(34) ausgestattet ist, der warmes Medium aus einer Heizung
führt.Also particularly advantageous is the combination of two different gas treatment devices in a dynamic energy storage, as shown schematically in drawing 9. In this way, the different heat sources can be optimally utilized. Thus, the heat of the sun, especially in summer and the heating energy primarily in winter optimally used for power generation by the energy conversion module is interconnected on the one hand with a gas collector and on the other hand with a container that can be designed as a gas collector, but has heat-insulating walls and the with a heat exchanger ( 34 ), which carries warm medium from a heater.
Hiermit
ließe
sich Energie über
die gesamte Jahreszeit dem dynamischen Speicher zuführen, die
zur Erzeugung von elektrischem Strom wie auch der Erwärmung eines
Wasserreservoirs genutzt werden kann.Herewith
could
energy over
to supply the entire season to the dynamic store that
for the generation of electric power as well as the heating of a
Water reservoir can be used.
Auch
die Nutzung der Erdwärme
lässt sich
mit dem dynamischen Energiespeicher vorteilhaft gegenüber den
bestehenden Techniken anwenden. Im wesentlichen gibt es in der Geothermie
das hydrothermale Verfahren, welches die Wärme aus wasserführenden
Erdschichten (Aquifere) im Temperaturbereich bis zu maximal 170°C und Tiefen
je nach Standort bis zu 4km zur Beheizung nutzt. Das entnommene
Wasser wird an anderer Stelle wieder über eine weitere Bohrung zurückgeführt.Also
the use of geothermal energy
let yourself
with the dynamic energy storage advantageous over the
apply existing techniques. Essentially, there is geothermal energy
the hydrothermal process, which removes the heat from water
Earth layers (aquifers) in the temperature range up to a maximum of 170 ° C and depths
depending on the location up to 4km for heating uses. The removed
Water is returned to another location through another hole.
Die
zweite Technik wird Hot-Dry-Rock Verfahren genannt und basiert auf
dem Verpressen von kaltem Wasser in heißen, trockenen und porösen Gesteinsschichten
in bis zu 5km Tiefe. Der über
eine zweite Bohrung an die Oberfläche tretende Wasserdampf kann
bis zu 200°C
aufweisen und kann über
eine Dampfturbine auch zur Stromerzeugung herangezogen werden.The
second technique is called hot-dry-rock method and is based on
the pressing of cold water in hot, dry and porous rock layers
in up to 5km depth. The over
a second hole to the surface passing water vapor can
up to 200 ° C
can and can over
a steam turbine can also be used to generate electricity.
Die
Erdwärme
steht immer zur Verfügung,
und würde
selbst bei extremer Ausbeutung nicht verknappen, sodass sie ein
idealer Energieträger
sowohl für
die zentrale wie auch für
eine dezentrale Versorgung darstellt (A. Bitschi, K. Fröhlich, W.
R. Gehrer, Energie aus der Tiefe, Buletin SEV/VSE 9/04).The
geothermal
is always available
and would
even with extreme exploitation, do not go down the drain so they can
ideal energy source
as well as
the central as well as for
represents a decentralized supply (A. Bitschi, K. Fröhlich, W.
R. Gehrer, Energy from the Deep, Buletin SEV / VSE 9/04).
Die
derzeitigen Methoden sind allerdings aufgrund der Bohrungen sehr
kostenintensiv. Es müssen zwei
Bohrungen für
die Produktion getätigt
werden. Zusätzlich
fallen auch oft Fehlbohrungen an, da an die Bodenbeschaffenheit
bestimmte Voraussetzungen gestellt werden. So müssen Schichten in der nutzbaren
Tiefe vorhanden sein, welche für
das erste Verfahren wasserführend
oder welche für
das zweite Verfahren porös sind
oder über
Sprengungen porös
zu machen sind. Auch sind nur Pseudokreisführungen möglich, da immer in der heißen Dampfphase
aus dem Produktionsbohrloch Verunreinigungen aus dem Gestein mitgeschleppt werden,
die, wenn sie nicht, vorher abgetrennt werden, entweder schädliche Auswirkungen
auf die Turbine haben, oder bei Anwendung nach dem ORC- oder Kalina-Prozess
einen Sekundärkreislauf
benötigen.However, the current methods are very costly due to the drilling. There must be two holes for the production. In addition, often bad holes occur because certain conditions are placed on the soil conditions. So have layers in the usable depth be present, which are water-conducting for the first method or which are porous for the second method or to make porous via blasting. Also, only pseudo-circulations are possible because impurities from the production well are always dragged out of the production well in the hot vapor phase which, if not separated beforehand, either have deleterious effects on the turbine or, when applied to the ORC or Kalina. Process need a secondary circuit.
Für den dynamischen
Energiespeicher genügt
eine Bohrung und es werden außer
einer erhöhten Temperatur
keine weiteren Anforderungen an den Boden gestellt, sodass die Erdwärme weitgehend
unabhängig
von geologischen Gegebenheiten genutzt werden kann. Zudem können sowohl
die Bohrkosten als auch der apparativer Aufwand deutlich gesenkt
werden, sodass auch dezentrale Strom- und Wärmeversorgung über Geothermie
wirtschaftlich sinnvoll wird.For the dynamic
Energy storage is sufficient
a hole and it will be out of
an elevated temperature
no further demands placed on the ground, so that the geothermal heat largely
independently
can be used by geological conditions. In addition, both
The drilling costs and the expenditure on equipment significantly reduced
so that also decentralized electricity and heat supply via geothermal energy
makes economic sense.
Dies
wird insbesondere dadurch erreicht, dass in dem dynamischen Energiespeicher
kaltes Medium in einem Rohr in warme Bodenschichten geleitet und
dort über
einen in das Rohr integrierten Wärmekollektor, der
seine Wärme
aus der Bodenschicht entnimmt, aufgewärmt wird. Das erwärmte Medium
wird anschließend über einen
anderen Sektor desselben Rohres wieder nach oben geleitet, wo es
entweder auf eine Turbine oder in einen volumenvariablen Maschinenteil
(7) zur Leistung mechanischer Arbeit geleitet werden kann.
Dieses Medium kann Luft sein; da aber auch geschlossene Kreisführung realisierbar
ist, kann es auch ein anderes Gas oder eine leicht verdampfbare
Flüssigkeit
sein. Immer verläuft
das kalte Medium in einem isoliertes Rohr mit kleinerem Querschnitt,
das in ein Rohr mit größerem Querschnitt
eingeschoben ist und an dessen einem Ende, welches sich in warmen
Erdschichten befindet, eine Vorrichtung zur gesteuerten Durchleitung
des Mediums in ein äußeres Segment
des größeren Rohres
angebracht ist. Dieses Segment befindet sich zwischen der äußeren Seite
des kleineren Rohres und der Innenseite des größeren Rohres; es weist nur
eine kleine Dicke auf und kann über
die ganze oder über
einen bestimmten Abschnitt mit oberflächenvergrößernder und wärmeleitfähiger Füllung (32)
versehen sein. Auch das Rohr mit größerem Querschnitt kann über einen
Großteil seiner
Länge wärmeisoliert
sein; in jedem Fall weist es an dem endständigen Abschnitt, an welchem
das Medium aus dem dünneren
Rohr austauscht, eine wärmeleitfähige Oberfläche auf,
sodass dort Wärmerezeptorfunktion
vorliegt.This is achieved, in particular, by passing cold medium in a tube into warm soil layers in the dynamic energy store where it is warmed up via a heat collector integrated into the tube, which extracts its heat from the soil layer. The heated medium is then redirected upwards via another sector of the same tube, where it can either be transferred to a turbine or into a volume-variable machine part ( 7 ) can be directed to the performance of mechanical work. This medium can be air; but since closed circuit guide can be realized, it can also be another gas or an easily evaporable liquid. The cold medium always runs in an insulated tube of smaller cross-section, which is inserted into a tube of larger cross section and at one end, which is located in warm layers of earth, a device for the controlled passage of the medium into an outer segment of the larger tube is. This segment is located between the outer side of the smaller tube and the inside of the larger tube; it has only a small thickness and can over the whole or over a certain section with surface-enlarging and heat-conductive filling ( 32 ) be provided. Also, the tube with a larger cross-section can be thermally insulated over much of its length; in any case, at the terminal portion where the medium is exchanged from the thinner tube, it has a thermally conductive surface so that there is heat receptor function.
Die
Auslegung der optimalen Länge
des Rohres mit dieser Wärmetauschereigenschaft
hängt ab
von dem Volumen des Wärmerezeptors,
der aufzunehmenden Wärme
und der Menge des Mediums. Die ganze Vorrichtung ist modular zusammensetzbar,
wobei lediglich der endständige
Abschnitt einige funktionale Merkmale aufweist.The
Designing the optimal length
of the pipe with this heat exchanger feature
depends
from the volume of the heat receptor,
the heat to be absorbed
and the amount of medium. The whole device is modular,
only the terminal one
Section has some functional features.
Eine
solche vorteilhafte Ausgestaltung des neuen dynamischen Energiespeichers
ist in Teilen schematisch in den Zeichnungen 11 und 12 dargestellt.Such an advantageous embodiment of the new dynamic energy storage is in parts schematically in the drawings 11 and 12 shown.
Die
als eine Erdwärmesonde
(46) ausgeführte
Gasaufbereitungsvorrichtung kann über ein Rohrsystem verfügen, welches über einen
definierten Abschnitt aus einem Rohr (47) besteht, welches
ein Rohr (48) mit kleinerem Querschnitt in sich derart
aufnimmt, dass zwischen der Außenwand
des dünneren
Rohres (48) und Innenseite des dickeren Rohres (47)
ein kleiner Zwischenraum besteht. Dieser Zwischenraum ist gasdurchlässig und
kann mit einer oberflächenvergrößernden
und wärmeleitfähigen Füllung (32)
ganz oder teilweise versehen sein. Zusätzlich können Abstandshalter vorgesehen
sein, die gewährleisten,
dass das innere Rohr genau mittig im äußeren Rohr verläuft.The as a geothermal probe ( 46 ) executed gas processing device may have a pipe system, which over a defined section of a pipe ( 47 ), which is a pipe ( 48 ) with a smaller cross-section such that between the outer wall of the thinner tube ( 48 ) and inside of the thicker tube ( 47 ) there is a small gap. This space is gas-permeable and can be filled with a surface-enlarging and heat-conductive filling ( 32 ) be provided in whole or in part. In addition, spacers can be provided which ensure that the inner tube runs exactly in the center of the outer tube.
Das
innenliegende Rohr (48) besitzt eine wärmeisolierte Wandung (50)
und ragt an einem Ende aus dem dickeren Rohr hinaus, wo es in die
Medienleitung (5) mündet.
Bei geschlossener Kreisführung
ist diese mit der Ableitung (8) direkt oder indirekt verbunden.
An einer bestimmten Stelle nahe seinem anderen Ende befindet sich
eine Nut oder eine ringförmige
Ausbuchtung (52), jeweils über den gesamte Querschnitt.
Hierdurch lässt
sich entweder ein Ventil (33) oder eine Pumpe-/Verdichteranordnung
(14) genau positionieren und fixieren. Da Ventil oder Pumpe
gegebenenfalls in mehreren Kilometern Tiefe arbeiten, sollen sie
derart konstruiert sein, dass sie zur Erstinstallation aber dann
auch zu Wartungszwecken entnommen werden können.The inner tube ( 48 ) has a heat-insulated wall ( 50 ) and protrudes at one end out of the thicker tube where it enters the media line ( 5 ) opens. When the circuit is closed this is with the derivative ( 8th ) directly or indirectly connected. At a certain point near its other end is a groove or an annular bulge ( 52 ), in each case over the entire cross section. This allows either a valve ( 33 ) or a pump / compressor arrangement ( 14 ) exactly position and fix. Since the valve or pump may work at several kilometers depth, they should be designed so that they can be removed for initial installation but then also for maintenance purposes.
Hierzu
befindet sich an einer Stelle am Pumpengehäuse (66) eine Vorrichtung
(64) mit expandierbarer und komprimierbarer äußerer Hülle, welche
auf ihrer Innenseite mediendicht am Gehäuse (66) anschließt und welche
einen kreisförmigen
Außenradius
aufweist, der in seinen äußeren Abmessungen
im komprimierten Zustand etwas kleiner ist als der Innendurchmesser
der Ausbuchtung (52) von Rohr (48), oder etwas
kleiner als der Innendurchmesser des Rohres, wenn eine Nut vorgesehen
sein sollte. Dieses ringförmige
Bauteil kann elektromagnetisch, hydraulisch oder auch pneumatisch
etwas aufgeweitet werden, sodass es hierdurch an die Innenseite
des Rohres (48) gepresst wird. Da diese Vorrichtung (64)
mit einem flexiblen und wärmebeständigen Material
etwa in Faltenbalgstruktur verkleidet sein kann, lässt sich
so das Rohr mit dem Verdichter (14) mediendicht verschließen, sodass
ein Medium nur noch durch die Kanäle im Gehäuse (66) über die
Verdichterturbine (67) oder den Verdichterkolben fließen kann.For this purpose is located at a point on the pump housing ( 66 ) a device ( 64 ) with expandable and compressible outer shell, which on its inside media-tight on the housing ( 66 ) and which has a circular outer radius which is slightly smaller in its outer dimensions in the compressed state than the inner diameter of the bulge ( 52 ) of pipe ( 48 ), or slightly smaller than the inner diameter of the pipe, if a groove should be provided. This annular component can be slightly expanded electromagnetically, hydraulically or pneumatically, so that it thereby to the inside of the tube ( 48 ) is pressed. Because this device ( 64 ) with a flexible and heat resistant material can be clad in a bellows structure, for example, the pipe can be lined with the compressor ( 14 ) media-tight, so that a medium only through the channels in the housing ( 66 ) via the compressor turbine ( 67 ) or the compressor piston can flow.
Das äußere Rohr
(47) ist an dem Ende verschlossen, an welchem es in die
warme Erdschicht (70) hineinragt und hat in diesem Bereich
eine Wärmrezeptorfunktion.
Dieses Rohrende hat einen definierten Abstand zum Ende des inneren
Rohres und ist beginnend in diesem Bereich mit einer wärmeleitfähigen Wandung versehen,
deren Gesamtlänge
entlang des Rohres abhängig
von der Temperatur und der Gasmenge, die aufzuwärmen ist, variieren kann. Es
ist vorgesehen, dass der übrige
Teil der Wandung des Rohres (47) wärmeisoliert ist. An seinem
anderen Ende mündet
das Rohr (47) über
die Leitung (6) entweder in einer Turbine (53) oder über eine
Ventilvorrichtung (2) in einen volumenvariablen Maschinenteil
(7).The outer tube ( 47 ) is closed at the end, where it is in the warm earth layer ( 70 ) and has a heat receptor function in this area. This pipe end has a defined distance to the end of the inner pipe and is provided starting in this area with a thermally conductive wall, the total length along the pipe can vary depending on the temperature and the amount of gas to be heated. It is envisaged that the remaining part of the wall of the pipe ( 47 ) is thermally insulated. At its other end, the pipe ( 47 ) over the line ( 6 ) either in a turbine ( 53 ) or via a valve device ( 2 ) in a variable volume machine part ( 7 ).
Das
heiße
Gas kann auch zur Erwärmung
eines Sekundärkreislaufes
genutzt werden und seine Wärme über einen
Wärmetauscher
beispielsweise auf eine leicht verdampfbare Flüssigkeit übertragen kann, sodass diese
verdampft. Das verdampfte Gas kann dann auf eine Turbine geleitet
werden, wie dies in Zeichnung 12 schematisch dargestellt ist.The
name is
Gas can also be used for heating
a secondary circuit
be used and its heat over a
heat exchangers
For example, can transfer to an easily evaporable liquid, so this
evaporated. The vaporized gas can then be directed to a turbine
be, as shown schematically in drawing 12.
Eine
solchermaßen
ausgeführte
Erdsonde (46) wird so in die Erde eingebracht, dass das
Ende des Rohres (47) mit Wärmetauscherfunktion in der
erdwarmen Schicht (66) liegt, während sich die Vorrichtungen zur
Zuleitung des kalten Mediums und die Ableitungen des heißen Gases
an der Eroberfläche
befinden können.Such a ground probe ( 46 ) is inserted into the soil in such a way that the end of the tube ( 47 ) with heat exchanger function in the earth-warm layer ( 66 ), while the devices for supplying the cold medium and the discharges of the hot gas may be located on the surface.
Nachdem
die Erdsonde mit oder nach der Bohrung in der Erde positioniert
ist, kann der Verdichter (14) an seiner Versorgungsleitung
(65) hinabgelassen werden und mittels der Ausbuchtung (52)
genau positioniert und fixiert werden. In der Zeichnung 11 ist dargestellt,
wie der verdichtende Bauteil (67) und das Abdichtungsbauteil
(64) des Verdichters die Ausbuchtung (52) passieren
können,
während
das Gehäuse
(66) von ihm zurückgehalten
wird. Nachdem das Abdichtungsbauteil elektromagnetisch ausgefahren
ist, sitzt der Verdichter im Rohr (48) fest. Wird nun ein
Medium durch das Rohr (48) über den Verdichter (14)
in das Rohr (47) gepumpt, wird es in der Wärmerezeptoreinheit
aufgewärmt
und gegen den Verdichter einen Druck aufbauen, wodurch der Verdichter
weiter gasdicht angepresst wird. Es ist nämlich vorgesehen, dass die
Unterseite des Abdichtungsbauteils (64) so ausgeführt ist,
dass sie durch gegenströmendes
Gas weiter aufgeweitet wird. Da zudem der Verdichter von unten noch
gegen die Ausbuchtung (52) gedrückt wird, sitzt er auch ohne
weiteren elektromagnetischen Aufwand fest. Wird kein kühles Medium
mehr nachgeliefert und die Verdichterfunktion gestoppt, entspannt
sich der Druck und das Abdichtungsbauteil kann elektromagnetisch
eingefahren werden, sodass der Verdichter wieder entnommen werden
kann.After the ground probe is positioned with or after drilling in the ground, the compressor ( 14 ) on its supply line ( 65 ) and by means of the bulge ( 52 ) are precisely positioned and fixed. In the drawing 11 is shown how the compacting component ( 67 ) and the sealing component ( 64 ) of the compressor the bulge ( 52 ) while the housing ( 66 ) is held back by him. After the sealing component has been electromagnetically extended, the compressor sits in the pipe ( 48 ) firmly. Now is a medium through the pipe ( 48 ) over the compressor ( 14 ) in the pipe ( 47 ) is pumped, it is warmed up in the heat receptor unit and build up a pressure against the compressor, whereby the compressor is further gas-tight pressed. Namely, it is provided that the underside of the sealing component ( 64 ) is designed so that it is further expanded by countercurrent gas. In addition, since the compressor from below still against the bulge ( 52 ) is pressed, he sits firmly without further electromagnetic effort. If no more cool medium is supplied and the compressor function is stopped, the pressure is released and the sealing component can be retracted electromagnetically so that the compressor can be removed again.
Entsprechendes
gilt für
den Fall, dass anstelle der Ausbuchtung eine Einbuchtung, also eine
Nut, eingesetzt wird, in die dann das Abdichtungsbauteil hineinragt.
Das Ventil (33) kann ebenso über eine solche elektromagnetische,
hydraulische oder pneumatische Vorrichtung (64) verfügen, sodass
die Pumpe-/Verdichterfunktion auch an der Erdoberfläche installiert
sein kann und das Medium gesteuert über Ventil (33) aus
dem Rohr (48) in das Rohr (47) eingeleitet werden
kann.The same applies to the case that instead of the bulge, a recess, so a groove is used, in which then protrudes the sealing member. The valve ( 33 ) may also be provided by such an electromagnetic, hydraulic or pneumatic device ( 64 ), so that the pump / compressor function can also be installed on the earth's surface and the medium is controlled via valve ( 33 ) out of the pipe ( 48 ) in the pipe ( 47 ) can be initiated.
Das
kalte Medium kann entweder als Flüssigkeit oder als Gas über das
innere Rohr (48) der Erdsonde zugeführt werden. Diese Zuführung kann
in Abhängigkeit
von der äußeren Lufttemperatur
zum Beispiel im Sommer noch über
einen Erdwärmetauscher
(71) gekühlt
oder zum Beispiel im Winter auch über eine direkte Leitung (72)
erfolgen. Nachdem das Medium über
einen Verdichter (14) in den Wärmekollektorabschnitt des äußeren Rohres
(47) in der warmen Erdumgebung (50) eingeleitet
wurde, erfolgt die Wärmeaufnahme
und gegebenenfalls Verdampfung. Das nunmehr aufgewärmte und
unter Druck stehende Gas kann direkt durch das Rohr (47)
strömen
und auf eine Turbine oder periodisch mittels Ventilvorrichtung in
eine Anordnung aus mindestens einem volumenvariablen Maschinenteil
geleitet werden. Es kann auch über
einen Wärmetauscher
zur Wärmezuführung für einen
Sekundärkreislauf verwendet
werden, wobei auch eine Kombination denkbar ist. Das über diese
Vorrichtungen entspannte und abgekühlte Medium kann entweder weiter über einen
Wärmetauscher
(42) gekühlt
oder über
eine Kondensationsvorrichtung (55) kondensiert und dann
erneut dem Kreislauf zugeführt
werden.The cold medium can be either as a liquid or as a gas via the inner tube ( 48 ) are fed to the ground probe. Depending on the external air temperature, for example, this feed may still have a ground heat exchanger in the summer ( 71 ) cooled or, for example, in winter via a direct line ( 72 ) respectively. After the medium has passed through a compressor ( 14 ) in the heat collector portion of the outer tube ( 47 ) in the warm earth environment ( 50 ) was initiated, the heat absorption and optionally evaporation takes place. The now warmed and pressurized gas can directly through the pipe ( 47 ) and routed to a turbine or periodically by means of a valve device into an array of at least one variable volume engine part. It can also be used via a heat exchanger for supplying heat for a secondary circuit, wherein a combination is conceivable. The medium which has been expanded and cooled by means of these devices can either continue to be passed through a heat exchanger ( 42 ) cooled or via a condensation device ( 55 ) are condensed and then recycled again.
Grundsätzlich lässt sich
eine solche Anordnung des dynamischen Energiespeichers auch in anderen Anwendungen
einsetzen, bei denen Ort der Wärmequelle
und Ort der Strom- oder Wärmeentnahme
weit von einander entfernt liegen.Basically you can
Such an arrangement of the dynamic energy storage in other applications
use where place of heat source
and place of electricity or heat extraction
are far from each other.
Für Hot-Dry-Rock-Verfahren
gibt es bereits Überlegungen,
einen Lineargenerator in das Produktionsbohrrohr zu integrieren.
Auch diese Arbeitsweise ließe
sich in die Gasaufbereitungsvorrichtung des dynamischen Energiespeichers
integrieren. In diesem Fall würde
ein Abschnitt des inneren Rohres als Stator mit Wicklungen ausgeführt sein,
in welchem ein Kolben als frei beweglicher Läufer berührungsfrei nach oben und unten
gleiten kann. Die Leitungsfunktionen von kaltem und warmen Medium
würden
dann vertauscht, sodass über
den äußeren Zwischenraum
kaltes Medium über
eine Ventilvorrichtung (33) eingepumpt wird. Diese ist an
der Stelle vorgesehen, an der die Isolierung (49) des äußeren Rohres
(47) endet.For hot-dry-rock processes, there are already considerations, a linear generator in the production to integrate the drill pipe. This method of operation could also be integrated into the gas conditioning device of the dynamic energy store. In this case, a portion of the inner tube would be designed as a stator with windings, in which a piston can slide as a freely movable rotor without contact up and down. The conduction functions of cold and warm medium would then be reversed, so that over the outer space cold medium via a valve device ( 33 ) is pumped. This is provided at the point where the insulation ( 49 ) of the outer tube ( 47 ) ends.
Der
dynamische Energiespeicher ist in allen Anwendungen einsetzbar,
in denen Strom benötigt
wird; er bietet aufgrund seines hohen Maßes an Integration verschiedener
Energieformen eine effiziente Vorrichtung zur Energiebereitstellung
in Form von Strom und Wärme,
basiert dabei auf strukturell einfachen und somit kostengünstigen
und wartungsarmen Bauteilen und verbindet vorteilhaft teilweise
bekannte mit neuen Mechanismen. Tabelle
der nummerierten schematisch dargestellten Bauteile The dynamic energy storage can be used in all applications where electricity is needed; It offers due to its high degree of integration of different forms of energy an efficient device for energy supply in the form of electricity and heat, based on structurally simple and thus inexpensive and low-maintenance components and combines advantageous partially known with new mechanisms. Table of numbered schematically illustrated components
