DE102007013056A1 - Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr - Google Patents

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Abstract

Eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr weist einen Behälter (11) mit einer darin eingeschlossenen Arbeitsflüssigkeit (12) in einem Zustand, in dem sie darin strömen kann, ein Heizelement (13) zum Heizen und Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit (12) im Behälter (11) und ein Kühlelement (14) zum Kühlen und Verflüssigen des Dampfes der durch das Heizelement (13) geheizten und verdampften Arbeitsflüssigkeit (12) auf. Die durch die Dampfvolumenänderung bewirkte Verschiebung der Arbeitsflüssigkeit (12) wird als mechanische Energie ausgegeben, indem sie in mechanische Energie umgewandelt wird. Eine Druckregelflüssigkeit (18) ist in einem mit dem Behälter (11) in Verbindung stehenden Druckregelbehälter (16) eingeschlossen. Eine Druckregeleinheit (19) regelt den Innendruck (Pt) des Druckregelbehälters (16). Eine Steuereinheit (21) steuert die Druckregeleinheit (19) in einer solchen Weise, dass der Innendruck (Pt) in dem Fall verringert wird, wenn er höher als der Sättigungsdampfdruck (Ps1) der Arbeitsflüssigkeit (12) bei der Temperatur (T1) eines Heizabschnitts (11a) des Behälters zum Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit (12) ist, während der Innendruck (Pt) in dem Fall erhöht wird, wenn er niedriger als der Sättigungsdampfdruck (Ps1) ist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr zum Ausgeben mechanischer Energie durch Umwandeln der Verschiebung einer Arbeitsflüssigkeit, die durch die Volumenänderung ihres Dampfes verursacht wird, in mechanische Energie.
  • 2. Beschreibung anderer Bauformen
  • Eine der durch die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 205-330910 offenbarten herkömmlichen Kraftmaschinen mit externer Wärmezufuhr ist so ausgebildet, dass eine Arbeitsflüssigkeit in einem Behälter eingeschlossen ist und ein Teil der Arbeitsflüssigkeit in einem Heizabschnitt erwärmt und verdampft wird, während der Dampf der verdampften Arbeitsflüssigkeit verflüssigt wird, indem er in einem Kühlabschnitt gekühlt wird, wodurch mechanische Energie durch Umwandeln der Verschiebung der Arbeitsflüssigkeit, die durch die Volumenänderung ihres Dampfes verursacht wird, ausgegeben wird.
  • Bei dieser herkömmlichen Technik enthält die Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr einen Drucksensor zum Erfassen des Innendrucks des Behälters, einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des Heizabschnitts des Behälters zum Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit, ein Ventil zum Ausgeben der Arbeitsflüssigkeit aus dem Behälter in die Umgebung und eine Steuereinheit zum Steuern der Ein/Aus-Betätigung des Ventils.
  • Falls der Innendruck des Behälters den Sättigungsdampfdruck der Arbeitsflüssigkeit bei der Temperatur des Heizabschnitts übersteigt, wird ein Teil der Arbeitsflüssigkeit im Behälter in die Umgebung ausgegeben und das Volumen der Arbeitsflüssigkeit wird dadurch reduziert, um den Innendruck des Behälters so zu steuern, dass er den Sättigungsdampfdruck der Arbeitsflüssigkeit nicht übersteigt.
  • Als Ergebnis wird verhindert, dass der Innendruck des Behälters den Sättigungsdampfdruck der Arbeitsflüssigkeit übersteigt und ein Teil des Dampfes kondensiert und verflüssigt wird, wodurch eine Reduzierung der Ausgangsleistung und des Wirkungsgrades der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr unterdrückt wird (siehe die später beschriebene 3C).
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Durch die Erfinder ausgeführte Experimente zeigen, dass die Ausgangsleistung und der Wirkungsgrad der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr in dem Fall am höchsten sind, wenn der Spitzenwert des Innendrucks des Behälters niedriger als der Sättigungsdampfdruck der Arbeitsflüssigkeit und so nahe wie möglich zu diesem ist (siehe beschriebene 3B).
  • Bei dieser herkömmlichen Technik kann jedoch das Volumen der Arbeitsflüssigkeit nicht erhöht werden, wenn es einmal reduziert ist. Wenn der Sättigungsdampfdruck der Arbeitsflüssigkeit mit dem Temperaturanstieg des Heizabschnitts ansteigt, wird jedoch der Spitzenwert des Innendrucks des Behälters übermäßig unter den Sättigungsdampfdruck der Arbeitsflüssigkeit reduziert, was zu dem Problem führt, dass die Ausgangsleistung und der Wirkungsgrad der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr reduziert werden.
  • Ein weiteres Problem der herkömmlichen Technik besteht darin, dass eine Änderung der Temperatur des Heizabschnitts oder des Kühlabschnitts des Behälters zum Verflüssigen des Dampfes in der Arbeitsflüssigkeit die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit verändert und deshalb das Volumen der Arbeitsflüssigkeit wegen der thermischen Expansion und Kontraktion einer Veränderung unterliegt. Diese Volumenänderung der Arbeitsflüssigkeit verringert die Ausgangsleistung und den Wirkungsgrad der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr (siehe die später beschriebene 51.
  • In Anbetracht dieser Situation ist es die Aufgabe dieser Erfindung, die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr zu unterdrücken, welche sonst durch die Änderung des Spitzenwerts des Innendrucks eines Behälters, die Änderung des Sättigungsdampf drucks der Arbeitsflüssigkeit und die Volumenänderung der Arbeitsflüssigkeit verursacht werden könnte.
  • Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, ist gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, mit einem Behälter (11) mit einer darin eingeschlossenen Arbeitsflüssigkeit (12), die darin strömen kann; einem Heizer (13) zum Heizen und Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit (12) im Behälter (11); und einem Kühler (14) zum Kühlen und Verflüssigen des durch den Heizer (13) geheizten und verdampften Dampfes der Arbeitsflüssigkeit (12), wobei die durch die Dampfvolumenänderung verursachte Verschiebung der Arbeitsflüssigkeit (12) in mechanische Energie umgewandelt wird, wobei die Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr weiter aufweist: einen Druckregelbehälter (16), in dem eine Druckregelflüssigkeit (18) eingeschlossen ist und der mit dem Behälter (11) in Verbindung steht; eine Druckregeleinrichtung (19) zum Regeln des Innendrucks (Pt) des Druckregelbehälters (16); und eine Steuereinrichtung (21) zum Steuern der Druckregeleinrichtung (19) in einer solchen Weise, dass der Innendruck (Pt) reduziert wird, falls er höher als der Sättigungsdampfdruck (Ps1) der Arbeitsflüssigkeit (12) bei der Temperatur (T1) des Heizabschnitts (11a) des Behälters zum Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit (12) ist, und der Innendruck (Pt) erhöht wird, falls er niedriger als der Sättigungsdampfdruck (Ps1) ist.
  • In diesem Aspekt steuert die Steuereinrichtung (21) die Druckregeleinrichtung (19) in einer solchen Weise, dass der Innendruck (Pt) des Druckregelbehälters (16) reduziert wird, falls er höher als der Sättigungsdampfdruck (Ps1) der Arbeitsflüssigkeit (12) bei der Temperatur (T1) des Heizabschnitts (11a) ist, während der Innendruck (Pt) erhöht wird, falls er niedriger als der Sättigungsdampfdruck (Ps1) ist. Als Ergebnis kann der Spitzenwert (Pt1) des Innendrucks (Pt) des Druckregelbehälters (16) dem Sättigungsdampfdruck (Ps1) der Arbeitsflüssigkeit (12) bei der Temperatur (T1) des Heizabschnitts (11a) angenähert werden.
  • Auch kann der Innendruck (Pc) des Behälters (11) in Anbetracht der Tatsache, dass der Behälter (11) mit dem Druckregelbehälter (16) in Verbindung steht, dem Innendruck (Pt) des Druckregelbehälters (16) folgen.
  • Folglich kann der Spitzenwert (Pc1) des Innendrucks (Pc) des Behälters (11) dem Sättigungsdampfdruck (Ps1) der Arbeitsflüssigkeit (12) bei der Temperatur (T1) des Heizabschnitts (11a) angenähert werden. Als Ergebnis kann der Betriebszustand der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr etwa im idealen Zustand gehalten werden, und deshalb kann die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr verhindert werden, welche sonst durch die Änderung im Sättigungsdampfdruck (Ps1) oder im Spitzenwert (Pc1) des Innendrucks (Pc) des Behälters (11) verursacht werden könnte.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, mit einem Behälter (11) mit einer darin eingeschlossenen Arbeitsflüssigkeit (12), die darin strömen kann; einem Heizer (13) zum Heizen und Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit (12) im Behälter (11); und einem Kühler (14) zum Kühlen und Verflüssigen des durch den Heizer (13) geheizten und verdampften Dampfes der Arbeitsflüssigkeit (12), wobei die durch die Volumenänderung des Dampfes verursachte Verschiebung der Arbeitsflüssigkeit (12) in mechanische Energie umgewandelt wird, wobei die Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr weiter aufweist: einen Druckregelbehälter (16), in dem eine Druckregelflüssigkeit (18) eingeschlossen ist und der mit dem Behälter (11) in Verbindung steht; eine in der Verbindungseinheit (17) zwischen dem Druckregelbehälter (16) und dem Behälter (11) angeordnete Drosseleinrichtung (30); eine Druckregeleinrichtung (19, 32, 46, 55) zum Regeln des Innendrucks (Pt) des Druckregelbehälters (16); und eine Steuereinrichtung (21) zum Steuern der Druckregeleinrichtung (19, 32, 46, 55) in einer solchen Weise, dass der Innendruck (Pt) des Druckregelbehälters (16) reduziert wird, falls er höher als ein Sollwert (Pc0) ist, und der Innendruck (Pt) erhöht wird, falls er niedriger als der Sollwert (Pc0) ist.
  • In diesem Aspekt der Erfindung verhindert die Anordnung der Drosseleinrichtung (30) in der Verbindungseinheit (17) zwischen dem Druckregelbehälter (16) und dem Behälter (11) eine Veränderung des Innendrucks (Pt) des Druckregelbehälters (16) mit der periodischen Änderung im Innendruck (Pc) des Behälters (11), wodurch es möglich gemacht wird, den Innendruck (Pt) des Druckregelbehälters (16) auf einem Niveau im Wesentlichen gleich dem Mittelwert (Pca) des Innendrucks (Pc) des Behälters (11) einzurichten.
  • Auch steuert die Steuereinrichtung (21) die Druckregeleinrichtung (19, 32, 46, 55) in einer solchen Weise, dass der Innendruck (Pt) des Druckregelbehälters (16) reduziert wird, falls er höher als ein Sollwert (Pc0) ist, und der Innendruck (Pt) des Druckregelbehälters (16) erhöht wird, falls er niedriger als der Sollwert (Pc0) ist. Deshalb kann der Innendruck (Pt) des Druckregelbehälters (16) dem Sollwert (Pc0) angenähert werden.
  • Dann folgt der Mittelwert (Pca) des Innendrucks (Pc) des Behälters (11) dem Innendruck (Pt) des Druckregelbehälters (16) und deshalb kann der Mittelwert (Pca) des Innendrucks (Pc) des Behälters (11) dem Sollwert (Pc0) angenähert werden. Als Ergebnis kann die Verringerung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr verhindert werden, welche sonst durch die Änderung im Sättigungsdampfdruck (Ps1) oder die Änderung im Spitzenwert (Pc1) des Innendrucks (Pc) des Behälters (11) verursacht werden könnte.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, bei welcher die Steuereinrichtung (21) als einen Sollwert (Pc0) den Zwischenwert zwischen dem Sättigungsdampfdruck (Ps1) der Arbeitsflüssigkeit (12) bei der Temperatur (T1) des Heizabschnitts (11a) des Behälters zum Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit (12) und dem Sättigungsdampfdruck (Ps2) der Arbeitsflüssigkeit (12) bei der Temperatur (T2) des Kühlabschnitts (11b) des Behälters zum Verflüssigen des Dampfes der Arbeitsflüssigkeit (12) einstellt.
  • Als Ergebnis kann der Sollwert (Pc0) als ein Wert nahe dem idealen Mittelwert (Pci) eingestellt werden (siehe die später beschriebene 3(a)) und deshalb kann der Betriebszustand der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr immer dem idealen Zustand angenähert werden. So kann die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr, welche sonst durch die Änderung im Sättigungsdampfdruck (Ps1) oder die Änderung im Spitzenwert (Pc1) des Innendrucks (Pc) des Behälters (11) verursacht werden könnte, weiter verhindert werden.
  • Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, bei welcher die Druckregeleinrichtung aus einem Kolbenmechanismus (19) aufgebaut sein kann, der so ausgebildet ist, dass er sich im Druckregelbehälter (16) hin und her bewegt.
  • Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, bei welcher in dem Druckregelbehälter (16) zusammen mit der Druckregelflüssigkeit (18) ein Gas (100) eingeschlossen ist.
  • In Anbetracht der Tatsache, dass die Kompressibilität eines Gases bekanntermaßen höher als jene einer Flüssigkeit ist, kann das Änderungsmaß des Innendrucks (Pt) des Druckregelbehälters (16) bezüglich des Verschiebungsmaßes des Kolbenmechanismus (19) mehr unterdrückt werden als in dem Fall, wenn nur die Druckregelflüssigkeit (18) im Druckregelbehälter (16) eingefüllt ist. Als Ergebnis kann die Feineinstellung des Innendrucks (Pt) des Druckregelbehälters (16) erleichtert werden.
  • Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, bei welcher die Druckregeleinrichtung aus einem Pumpenmechanismus (32) zum Ansaugen der Druckregelflüssigkeit (18) aus dem Druckregelbehälter (16) einerseits und Ausgeben der Druckregelflüssigkeit (18) zum Druckregelbehälter (16) andererseits aufgebaut sein kann.
  • Gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, bei welcher die Druckregeleinrichtung aus einer Heizeinrichtung (46, 55) zum Heizen und Verdampfen der Druckregelflüssigkeit (18) aufgebaut sein kann.
  • In diesem Fall kann der Innendruck (Pt) des Druckregelbehälters (16) direkt durch einen Drucksensor oder dergleichen erfasst werden oder der Innendruck (Pt) des Druckregelbehälters (16) kann basierend auf der durch einen Temperatursensor oder dergleichen erfassten Temperatur der Heizeinrichtung (46, 55) und der Dampfdruckkurve der Druckregelflüssigkeit (18) berechnet werden.
  • Gemäß einem achten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, bei welcher der Druckregelbehälter (16) und die Heizeinrichtung (46, 55) so ausgebildet sind, dass sie wenigstens einen Teil der Druckregelflüssigkeit (18) in einem Siedezustand halten.
  • In diesem Fall kann der Innendruck (Pt) des Druckregelbehälters (16) auf dem gleichen Niveau wie der Sättigungsdampfdruck der Druckregelflüssigkeit (18) gehalten werden und deshalb kann der Innendruck (Pt) des Druckregelbehälters (16) durch Einstellen der Temperatur der Druckregelflüssigkeit (18) definitiv auf das gewünschte Niveau geregelt werden.
  • Gemäß einem neunten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, bei welcher die Heizeinrichtung (46) aus einem elektrischen Heizer (46a), der an der Außenfläche des Druckregelbehälters (16) angeordnet ist, und einer Temperatursteuerung (47) zum Steuern der Temperatur des elektrischen Heizers (46a) aufgebaut sein kann.
  • Gemäß einem zehnten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, bei welcher die Steuereinrichtung (21) den Innendruck (Pt) basierend auf wenigstens der dem elektrischen Heizer (46a) eingegebenen Leistungsaufnahme (Q3), der Temperatur des durch den elektrischen Heizer (46a) noch zu heizenden Druckregelbehälters (16) sowie der Dampfdruckkurve der Druckregelflüssigkeit (18) berechnet.
  • In diesem Fall kann der Innendruck (Pt) des Druckregelbehälters (16) ohne Verwenden eines Drucksensors oder Temperatursensors berechnet werden. Deshalb muss weder der Drucksensor in den Druckregelbehälter (16) eingebaut werden noch muss der Temperatursensor an einem durch den elektrischen Heizer (46a) auf hohe Temperaturen geheizten Teil angeordnet werden.
  • Als Ergebnis können der Nachteil der aus der Drucksensoreinheit austretenden Druckregelflüssigkeit (18) im Druckregelbehälter (16) und der Nachteil einer Beschädigung des Temperatursensors durch die hohe Temperatur des elektrischen Heizers (46) vermieden werden.
  • Gemäß einem elften Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, bei welcher die Heizeinrichtung (55) aus einem Druckregelheizer (53) zum Heizen der Druckregelflüssigkeit (18) mit einem Hochtemperaturgas als Wärmequelle und einer Strömungsratenregeleinrichtung (54) zum Regeln der Strömungsrate (mg) des Hochtemperaturgases unter der Steuerung der Steuereinrichtung (21) aufgebaut sein kann.
  • Gemäß einem zwölften Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, bei welcher die Steuereinrichtung (21) den Innendruck (Pt) basierend auf wenigstens der Temperatur (Tgi) des Hochtemperaturgases vor dem Heizen des Druckregelbehälters (16), der Temperatur (Tgo) des Hochtemperaturgases nach dem Heizen des Druckregelbehälters (16), der Strömungsrate (mg), der Temperatur (T2) des Kühlabschnitts (11b) des Behälters zum Verflüssigen des Dampfes der Arbeitsflüssigkeit (12) und der Dampfdruckkurve der Druckregelflüssigkeit (18) berechnen kann.
  • Gemäß einem dreizehnten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, mit einem Behälter (11) mit einer eingeschlossenen Arbeitsflüssigkeit (12), die darin strömen kann; einem Heizer (13) zum Heizen und Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit (12) im Behälter (11); und einem Kühler (14) zum Kühlen und Verflüssigen des Dampfes der durch den Heizer (13) geheizten und verdampften Arbeitsflüssigkeit (12), wobei die durch die Volumenänderung des Dampfes verursachte Verschiebung der Arbeitsflüssigkeit (121 durch Umwandeln in mechanische Energie ausgegeben wird, wobei die Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr weiter aufweist: einen Druckregelbehälter (16), in dem eine Druckregelflüssigkeit (18) eingeschlossen ist und der mit dem Behälter (11) in Verbindung steht; eine Heizeinrichtung (53) zum Heizen und Verdampfen der Druckregelflüssigkeit (18); und eine in der Verbindungseinheit (17) zwischen dem Druckregelbehälter (16) und dem Behälter (11) angeordnete Drosseleinrichtung (30), wobei der Druckregelbehälter (16) und die Heizeinrichtung (46, 55) so ausgebildet sind, dass sie wenigstens einen Teil der Druckregelflüssigkeit 118) in einem Siedezustand halten; und wobei der Druckregelbehälter (16) so ausgebildet ist, dass er einen Wärmewiderstand besitzt, mit dem die Temperatur (Th) des Hochtemperaturteils (48) des Druckregelbehälters (16) zum Verdampfen der Druckregelflüssigkeit (18) einen Zwischenwert zwischen der Temperatur (T1) des Heizabschnitts (11a) des Behälters zum Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit (12) und des Kühlabschnitts des Behälters zum Verflüssigen des Dampfes der Arbeitsflüssigkeit (12) annimmt.
  • In diesem Fall kann, da die Drosseleinrichtung (30) in der Verbindungseinheit (17) zwischen dem Druckregelbehälter (16) und dem Behälter (11) angeordnet ist, der Innendruck (Pt) des Druckregelbehälters (16) auf ein Niveau im Wesentlichen gleich dem Mittelwert (Pca) des Innendrucks (Pc) des Behälters (11) eingestellt werden.
  • Auch kann der Innendruck (Pt) des Druckregelbehälters (16) in Anbetracht der Tatsache, dass wenigstens ein Teil der Druckregelflüssigkeit (18) in einem Siedezustand gehalten wird, auf dem gleichen Niveau wie der Sättigungsdampfdruck der Druckregelflüssigkeit (18) gehalten werden. Durch Steuern der Temperatur der Druckregelflüssigkeit (18) kann deshalb der Innendruck (Pt) des Druckregelbehälters (16) definitiv auf das gewünschte Niveau geregelt werden.
  • Ferner kann, da die Temperatur (Th) des Hochtemperaturabschnitt (48) einen Zwischenwert zwischen der Temperatur (T1) des Heizabschnitts (11a) und der Temperatur (T2) des Kühlabschnitts (11b) annimmt, die Temperatur der Druckregelflüssigkeit (18) auf einen Zwischenwert zwischen der Temperatur (T1) des Heizabschnitts (11a) und der Temperatur (T2) des Kühlabschnitts (11b) eingestellt werden.
  • Als Ergebnis kann der Innendruck (Pt) des Druckregelbehälters (16) auf einem Wert zwischen dem Sättigungsdampfdruck (Ps1) der Arbeitsflüssigkeit (12) bei der Temperatur (T1) des Heizabschnitts (11a) und dem Sättigungsdampfdruck (Ps2) der Arbeitsflüssigkeit (12) bei der Temperatur (T2) des Kühlabschnitts (11b) gehalten werden. Mit anderen Worten kann der Innendruck (Pt) des Druckregelbehälters (16) immer etwa auf dem idealen Mittelwert (Pci) sein.
  • Dann folgt der Mittelwert (Pca) des Innendrucks (Pc) des Behälters (11) dem Innendruck (Pt) des Druckregelbehälters (16) und deshalb kann der Mittelwert (Pca) des Innendrucks (Pc) des Behälters (11) immer dem idealen Mittelwert (Pci) angenähert werden.
  • Als Ergebnis kann der Betriebszustand der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr immer dem idealen Zustand mit einem einfachen Aufbau angenähert werden. Deshalb kann, während der Kostenanstieg unterdrückt wird, die Reduzierung im Leistungsvermögen (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr, welche sonst durch die Änderung im Sättigungsdampfdruck (Ps1) oder die Änderung im Spitzenwert (Pc1) des Innendrucks (Pc) des Behälters (11) verursacht werden könnte, verhindert werden.
  • Gemäß einem vierzehnten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, bei welcher die Wärmequelle der Heizeinrichtung (53) ein Hochtemperaturgas sein kann.
  • Gemäß einem fünfzehnten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, bei welcher der energetische Wirkungsgrad verbessert werden kann, indem das Hochtemperaturgas als weitere Wärmequelle des Heizabschnitts (11a) des Behälters zum Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit (12) benutzt wird.
  • Gemäß einem sechzehnten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, bei welcher der energetische Wirkungsgrad weiter verbessert werden kann, indem die Heizeinrichtung (56) stromab des Heizabschnitts (11a) im Hochtemperaturgasstrom angeordnet wird.
  • Gemäß einem siebzehnten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, ferner mit einer Wärmeleiteinrichtung (61) zum Leiten der Wärme des Heizabschnitts (11a) zur Heizeinrichtung (56).
  • Gemäß einem achtzehnten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, bei welcher der Druckregelbehälter (16) einen Volumenregelmechanismus (70, 72, 73) zum Erhöhen des Volumens des Druckregelbehälters (16) beim Verdampfen der Druckregelflüssigkeit (18) enthält.
  • In diesem Fall erhöht die Expansion des Volumens des Dampfes (50) der verdampften Druckregelflüssigkeit (18) das Volumen des Druckregelbehälters (16) und kann deshalb die Volumenexpansion des Dampfes (50) aufnehmen. Als Ergebnis kann der zum Verdampfen der Druckregelflüssigkeit (16) erforderliche Raum im Druckregelbehälter (16) gesichert werden und deshalb wird die Verdampfung der Druckregelflüssigkeit (18) nicht durch die Volumenausdehnung des Dampfes (50) verhindert.
  • Weiter kann die Absorption der Volumenausdehnung des Dampfes (50) das Einströmen/Ausströmen der Druckregelflüssigkeit (18) oder der Arbeitsflüssigkeit (12) zwischen dem Druckregelbehälter (16) und dem Behälter (11) unterdrücken. Als Ergebnis kann eine übermäßige Veränderung des Innendrucks (Pt) des Druckregelbehälters (16), welche sonst durch das Einströmen/Ausströmen der Druckregelflüssigkeit (18) verursacht werden könnte, unterdrückt werden, wodurch es möglich gemacht wird, zu verhindern, dass der Betrieb der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr durch eine große Änderung im Innendruck (Pt) des Druckregelbehälters (161 instabil wird.
  • Gemäß einem neunzehnten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, bei welcher der Volumenregelmechanismus aus einem massenartigen elastischen Element (70) aufgebaut ist, das im Druckregelbehälter (16) angeordnet ist und so ausgebildet ist, dass sein Volumen beim Verdampfen der Druckregelflüssigkeit (18) komprimiert und verringert werden kann.
  • Gemäß einem zwanzigsten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, bei welcher eine Trennplatte (72a) zum Trennen des Innenraums des Druckregelbehälters (16) in einen ersten Raum, in dem die Druckregelflüssigkeit (18) eingeschlossen ist, und einen zweiten Raum, in dem ein Gas (72b) eingeschlossen ist, verschiebbar im Druckregelbehälter (16) angeordnet ist, sodass die Verdampfung der Druckregelflüssigkeit (18) die Trennplatte (72a) zum zweiten Raum drückt und das Gas (72b) komprimiert, und der Volumenregelmechanismus (72) kann aus der Trennplatte (72a) und dem Gas (72b) aufgebaut sein.
  • Gemäß einem einundzwanzigsten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, bei welcher eine Trennplatte (72a) zum Trennen des Innenraums des Druckregelbehälters (16) in einen ersten Raum mit der eingeschlossenen Druckregelflüssigkeit (18) und einen mit einem elastischen Element (74) versehenen zweiten Raum verschiebbar im Druckregelbehälter (16) angeordnet ist, sodass die Verdampfung der Druckregelflüssigkeit (18) die Trennplatte (72a) zum zweiten Raum drückt und das elastische Element (74) komprimiert, und der Volumenregelmechanismus (73) kann aus der Trennplatte (72a) und dem elastischen Element (74) aufgebaut sein.
  • Gemäß einem zweiundzwanzigsten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, bei welcher der Druckregelbehälter (16) einen Temperaturregelmechanismus (75) zum Reduzieren der Temperatur der Druckregelflüssigkeit (18) beim Verdampfen der Druckregelflüssigkeit (18) enthält.
  • In diesem Fall reduziert die Volumenausdehnung des Dampfes (50) der Druckregelflüssigkeit (18) bei seiner Verdampfung die Temperatur der Druckregelflüssigkeit (18) und bewirkt die Wärmekontraktion der Druckregelflüssigkeit (18). Als Ergebnis kann die Volumenausdehnung des Dampfes (50) absorbiert werden.
  • Gemäß einem dreiundzwanzigsten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, mit einem Behälter (11) mit einer eingeschlossenen Arbeitsflüssigkeit (12), die darin strömen kann; einem Behälter (13) zum Heizen und Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit (12) im Behälter (11); und einem Kühler (14) zum Kühlen und Verflüssigen des durch den Heizer (13) geheizten und verdampften Dampfes der Arbeitsflüssigkeit (12), wobei die durch die Volumenänderung des Dampfes verursachte Verschiebung der Arbeitsflüssigkeit (12) durch Umwandeln in mechanische Energie ausgegeben wird, wobei die Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr weiter aufweist: mehrere Druckregelbehälter (37, 38), in denen die Druckregelflüssigkeit (18) eingeschlossen ist und die mit dem Behälter (11) in Verbindung stehen; eine Druckeinrichtung (41, 42) zum Ausüben unterschiedlicher Drücke auf den Innenraum der mehreren Druckregelbehälter (37, 38); mehrere Ein/Aus-Ventile (43, 44) zum Öffnen/Schließen der Verbindungseinheit (39, 40) zwischen den mehreren Druckregelbehältern (37, 38) und dem Behälter (11); und eine Steuereinrichtung zum Steuern der mehreren Ein/Aus-Ventile (43, 44) in einer solchen Weise, dass in dem Fall, wenn der Mittelwert (Pca) des Innendrucks (Pc) des Behälters (11) niedriger als ein Sollwert (Pc0) ist, nur die Verbindungseinheit des Druckregelbehälters aus den mehreren Druckregelbehältern (37, 38), dessen Innendruck (Pt) höher und am nächsten zum Sollwert (Pc0) ist, geöffnet wird, während in dem Fall, wenn der Mittelwert (Pca) höher als der Sollwert (Pc0) ist, dagegen nur die Verbindungseinheit des Druckregelbehälters aus den mehreren Druckregelbehältern (37, 381, dessen Innendruck (Pt) niedriger als und am nächsten zum Sollwert (Pc0) ist, geöffnet wird.
  • Als Ergebnis kann der Mittelwert (Pca) des Innendrucks (Pc) des Behälters (11) auf den Sollwert (Pc0) angenähert werden und deshalb kann die Reduzierung im Leistungsvermögen (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr, welche sonst durch die Änderung im Sättigungsdampfdruck (Ps1) oder die Änderung im Spitzenwert (Pc1) des Innendrucks (Pc) des Behälters (11) verursacht werden könnte, verhindert werden.
  • Gemäß einem vierundzwanzigsten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, bei welcher die Druckregelflüssigkeit (18) die gleiche wie die Arbeitsflüssigkeit (12) sein kann.
  • Gemäß einem fünfundzwanzigsten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, mit einem Behälter (11) mit einer darin eingeschlossenen Arbeitsflüssigkeit (12), die darin strömen kann; einem Heizer (13) zum Heizen und Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit (12) im Behälter (11); und einem Kühler (14) zum Kühlen und Verflüssigen des durch den Heizer (13) geheizten und verdampften Dampfes der Arbeitsflüssigkeit (12), wobei die durch die Dampfvolumenänderung verursachte Verschiebung der Arbeitsflüssigkeit (12) in mechanische Energie umgewandelt wird, wobei die Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr ferner aufweist: einen Expansions- und Kontraktionsabschnitt (78), der am Behälter (11) ausgebildet ist und sein Volumen durch Erweiterung und Kontraktion erhöhen und verringern kann; einen Erweiterungs- und Kontraktionsantriebsmechanismus (79) zum Ausdehnen und Zusammenziehen des Expansions- und Kontraktions abschnitts (78); und eine Steuereinrichtung (21) zum Steuern des Erweiterungs- und Kontraktionsantriebsmechanismus (79) in einer solchen Weise, dass der Expansions- und Kontraktionsabschnitt (78) in dem Fall erweitert wird, wenn der Mittelwert (Pca) des Innendrucks (Pc) des Behälters (11) größer als ein Sollwert (Pc0) ist, und der Expansions- und Kontraktionsabschnitt (78) in dem Fall zusammengezogen wird, wenn der Mittelwert (Pca) kleiner als der Sollwert (Pc0) ist.
  • In diesem Fall wird der Expansions- und Kontraktionsabschnitt (78), falls der Mittelwert (Pca) des Innendrucks (Pc) des Behälters (11) größer als der Sollwert (Pc0) ist, zusammengezogen und deshalb steigt der Innendruck (Pc) des Behälters (11). Falls der Mittelwert (Pca) dagegen kleiner als der Sollwert (Pc0) ist, erweitert sich der Expansions- und Kontraktionsabschnitt (78) und deshalb wird der Innendruck (Pc) des Behälters (11) kleiner.
  • Als Ergebnis kann der Mittelwert (Pca) des Innendrucks (Pc) des Behälters (11) auf den Sollwert (Pc0) angenähert werden und deshalb kann die Reduzierung im Leistungsvermögen (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr, welche sonst durch die Änderung im Sättigungsdampfdruck (Ps1) oder die Änderung im Spitzenwert (Pc1) des Innendrucks (Pc) des Behälters (11) verursacht werden könnte, verhindert werden.
  • Gemäß einem sechsundzwanzigsten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, mit einem Behälter (11) mit einer eingeschlossenen Arbeitsflüssigkeit (12), die darin strömen kann; einem Heizer (13) zum Heizen und Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit (12) im Behälter (111; und einem Kühler (14) zum Kühlen und Verflüssigen des Dampfes der durch den Heizer (13) geheizten und verdampften Arbeitsflüssigkeit (12), wobei die durch die Dampfvolumenänderung verursachte Verschiebung der Arbeitsflüssigkeit (12) durch Umwandeln in die mechanische Energie ausgegeben wird, wobei die Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr weiter aufweist: eine Temperatursteuereinrichtung (80) zum Steuern der Temperatur der Arbeitsflüssigkeit (121; und eine Steuereinrichtung (21) zum Steuern der Temperatursteuereinrichtung (80) in einer solchen Weise, dass in dem Fall, wenn der Innendruck (Pc) des Behälters (11) höher als der Sättigungsdampfdruck (Ps1) der Arbeitsflüssigkeit (12) bei der Temperatur (T1) des Heiz abschnitts (11a) des Behälters zum Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit (12) ist, die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit (12) verringert wird, während in dem Fall, wenn der Innendruck (Pc) niedriger als der Sättigungsdampfdruck (Ps1) ist, die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit (12) erhöht wird.
  • Falls der Spitzenwert (Pc1) des Innendrucks (Pc) des Behälters (11) höher als der Sättigungsdampfdruck (Ps1) der Arbeitsflüssigkeit (121 bei der Temperatur (T1) des Heizabschnitts (11a) ist, sinkt die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit (12) und deshalb wird der Innendruck (Pc) des Behälters (11) durch die Wärmekontraktion der Arbeitsflüssigkeit (12) verringert. Als Ergebnis sinkt auch der Spitzenwert (Pc1) des Innendrucks (Pc) des Behälters (11).
  • Falls der Spitzenwert (Pc1) dagegen niedriger als der Sättigungsdampfdruck (Ps1) ist, steigt die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit (12) und deshalb wird der Innendruck (Pc) des Behälters (11) geringer. Als Ergebnis dehnt sich die Arbeitsflüssigkeit (12) thermisch aus und der Innendruck (Pc) des Behälters (11) steigt. Daher steigt auch der Spitzenwert (Pc1) des Innendrucks (Pc) des Behälters (11).
  • Als Ergebnis kann der Spitzenwert (Pc1) des Innendrucks (Pc) des Behälters (11) dem Sättigungsdampfdruck (Ps1) der Arbeitsflüssigkeit (12) bei der Temperatur (T1) des Heizabschnitts (11a) angenähert werden und deshalb kann die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr, welche sonst durch die Änderung im Sättigungsdampfdruck (Ps1) oder die Änderung im Spitzenwert (Pc1) des Innendrucks (Pc) des Behälters (11) verursacht werden könnte, verhindert werden.
  • Gemäß einem siebenundzwanzigsten Aspekt dieser Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, mit einem Behälter (11) mit einer eingeschlossenen Arbeitsflüssigkeit (12), die darin strömen kann; einem Heizer (13) zum Heizen und Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit (12) im Behälter (11); und einem Kühler (14) zum Kühlen und Verflüssigen des Dampfes der durch den Heizer (13) geheizten und verdampften Arbeitsflüssigkeit (12), wobei die durch die Dampfvolumenänderung verursachte Verschiebung der Arbeitsflüssigkeit (12) durch Umwandeln in mechanische Energie ausgegeben wird, wobei die Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr ferner aufweist: einen Volumenregelmechanismus (85) zum Erhöhen des Volumens des Behälters (11) mit dem Temperaturanstieg (T2) des Kühlabschnitts (11b) des Behälters zum Verflüssigen des Dampfes der Arbeitsflüssigkeit 112) und Verringern seines Volumens mit dem Abfall der Temperatur (T2) des Kühlabschnitts (11b).
  • In diesem Fall wird mit dem Anstieg der Temperatur (T2) des Kühlabschnitts (11b) die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit (12) höher und dies gilt auch für das Volumen der Arbeitsflüssigkeit (12) durch thermische Expansion. Das Volumen des Behälters (11) insgesamt wird jedoch durch den Volumenregelmechanismus (85) vergrößert.
  • Beim Abfall der Temperatur (T2) des Kühlabschnitts (11b) dagegen sinkt die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit (12) und gleiches gilt auch für das Volumen der Arbeitsflüssigkeit (12) durch thermische Kontraktion. Nichtsdestotrotz wird das Volumen des Behälters (11) insgesamt durch den Volumenregelmechanismus (85) verkleinert.
  • Als Ergebnis kann die optimale Beziehung zwischen dem Volumen der Arbeitsflüssigkeit (12) und dem Volumen des Behälters (11) beibehalten werden und deshalb wird die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr, welche sonst durch die Volumenänderung der Arbeitsflüssigkeit (12) verursacht werden könnte, unterdrückt.
  • Gemäß einem achtundzwanzigsten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, mit einer ersten Trennplatte (86), die zum Verschieben im Behälter ausgebildet ist, zum Trennen des Innenraums des Behälters (11) in einen ersten Raum (92) mit einer eingeschlossenen Arbeitsflüssigkeit (12) und einen zweiten Raum (93) mit einem eingeschlossenen ersten Gas (89); einer zweiten Trennplatte (87), die der ersten Trennplatte (86) gegenüber angeordnet ist und zum Verschieben im Behälter (11) ausgebildet ist, zum Trennen des Innenraums des Behälters (11) in einen ersten Raum (92) und einen dritten Raum (94) mit einem eingeschlossenen zweiten Gas (90); einem Verbindungselement (88) zum Verbinden der ersten Trennplatte (86) und der zweiten Trennplatte (87); und einem Wärmeleit element (91) zum thermischen Verbinden des ersten Gases (89) und des Kühlabschnitts (11b), wobei das Volumen des ersten Raums (92) durch die Verschiebung der ersten Trennplatte (86) und der zweiten Trennplatte (87) zum dritten Raum (94) erhöht wird, während das Volumen des ersten Raums (92) durch das Verschieben der ersten Trennplatte (86) und der zweite Trennplatte (87) zum zweiten Raum (93) verkleinert wird; und wobei der Volumenregelmechanismus (85) aus der ersten Trennplatte (86), der zweiten Trennplatte (87), dem Verbindungselement (88), dem ersten Gas (89), dem zweiten Gas (90) und dem Wärmeleitelement (91) aufgebaut ist.
  • In diesem Fall ist der Volumenregelmechanismus (85) vereinfacht und deshalb wird der Kostenanstieg unterdrückt, während gleichzeitig die Reduzierung im Leistungsvermögen (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr, welche sonst durch die Volumenänderung der Arbeitsflüssigkeit (12) verursacht werden könnte, unterdrückt wird.
  • Gemäß einem neunundzwanzigsten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, bei welcher der Volumenregelmechanismus (85) so ausgebildet ist, dass die vom zweiten Gas (90) auf die zweite Trennplatte (87) ausgeübte Kraft (F3) größer als der Maximalwert (Fmax) der von der Arbeitsflüssigkeit (12) auf die zweite Trennplatte (87) ausgeübten Kraft ist.
  • In diesem Fall wird die Eigenschwingung der Arbeitsflüssigkeit (12), welche sonst durch die Bewegung der ersten Trennplatte (86) und der zweiten Trennplatte (87) aufgrund der periodischen Veränderung des Innendrucks (Pc) des Behälters (11) behindert werden könnte, vermieden.
  • Gemäß einem dreißigsten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, mit einem Behälter (11), in dem eine erste Arbeitsflüssigkeit (96) in einem Zustand, in dem sie darin strömen kann, und eine zweite Arbeitsflüssigkeit (97) mit einem kleineren linearen Ausdehnungskoeffizienten und unlöslich in der ersten Arbeitsflüssigkeit (96) eingeschlossen sind; einem Heizer (13) zum Heizen und Verdampfen der zweiten Arbeitsflüssigkeit (97) im Behälter (11); und einem Kühler (14) zum Kühlen und Verflüssigen des Dampfes der durch den Heizer (13) geheizten und verdampften zweiten Arbeitsflüssigkeit (97), wobei die durch die Dampfvolumenänderung verursachte Verschiebung der ersten Arbeitsflüssigkeit (96) durch Umwandeln in mechanische Energie ausgegeben wird.
  • In diesem Fall kann anders als in dem Fall, wenn nur die erste Arbeitsflüssigkeit (96) im Behälter (11) eingeschlossen ist, die Volumenänderung der Arbeitsflüssigkeit, die sonst durch die Änderung der Temperatur (T2) des Kühlabschnitts (11b) verursacht werden könnte, unterdrückt werden (siehe die später beschriebene 381.
  • Ohne Verändern der Konstruktion der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr kann deshalb die Volumenänderung der Arbeitsflüssigkeit durch die Temperaturänderung der Arbeitsflüssigkeit unterdrückt werden. Daher kann die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr, welche sonst durch die Volumenänderung der Arbeitsflüssigkeit verursacht werden könnte, unterdrückt werden, während gleichzeitig der Kostenanstieg unterdrückt wird.
  • Gemäß einem einunddreißigsten Aspekt der Erfindung ist eine Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr vorgesehen, bei welcher das Gas (100) zusammen mit der Druckregelflüssigkeit (18) im Druckregelbehälter (16, 37, 38) eingeschlossen ist.
  • Die in Klammern hinter jede oben beschriebene Einrichtung eingefügten Bezugsziffern geben jeweils die Entsprechung mit den speziellen Einrichtungen an, die in den folgenden Ausführungsbeispielen beschrieben sind.
  • Die vorliegende Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Aufbaus eines Krafterzeugungssystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 2 ist eine Darstellung zum Erläutern der Betriebskennlinien einer Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • 3A ist ein pV-Diagramm des Idealzustandes der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • 3B ist ein pV-Diagramm der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, in welchem der Spitzenwert des Innendrucks des Behälters niedriger als der Sättigungsdampfdruck ist.
  • 3C ist ein pV-Diagramm der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, in welchem der Spitzenwert des Innendrucks des Behälters höher als der Sättigungsdampfdruck ist.
  • 4A ist eine Darstellung zum Erläutern des durch die herkömmliche Dampfmaschine aufgeworfenen Problems, in welcher das Volumen der Arbeitsflüssigkeit 12 verringert wird.
  • 4B ist eine Darstellung zum Erläutern des durch die herkömmliche Dampfmaschine aufgeworfenen Problems, in welcher das Volumen der Arbeitsflüssigkeit 12 erhöht wird.
  • 5 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen dem Volumen der Arbeitsflüssigkeit und dem Wirkungsgrad der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr.
  • 6 ist ein schematisches Blockschaltbild des Steuerbetriebs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in der Erfindung.
  • 7 ist ein Diagramm der Dampfdruckkurve der Arbeitsflüssigkeit.
  • 8 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus eines Krafterzeugungssystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 9 ist ein schematisches Blockschaltbild des Steuerbetriebs gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 10 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus eines Krafterzeugungssystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 11 ist ein schematisches Blockschaltbild des Steuerbetriebs gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 12 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus eines Krafterzeugungssystems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 13 ist ein schematisches Blockschaltbild des Steuerbetriebs gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 14 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus eines Krafterzeugungssystems gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 15 ist ein Diagramm des Temperaturgradienten des Druckregelbehälters gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 16 ist ein schematisches Blockschaltbild des Steuerbetriebs gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 17 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus eines Krafterzeugungssystems gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 18 ist ein schematisches Blockschaltbild des Steuerbetriebs gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 19 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus eines Krafterzeugungssystems gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 20 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus eines Krafterzeugungssystems gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 21 ist ein schematisches Blockschaltbild des Steuerbetriebs gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 22 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus eines Krafterzeugungssystems gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 23 ist eine Modelldarstellung des Wärmewiderstandes des Druckregelbehälters gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 24 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus eines Krafterzeugungssystems gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 25 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus eines Krafterzeugungssystems gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 26 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Druckregelbehälters gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 27 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Druckregelbehälters gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 28 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Druckregelbehälters gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 29 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Druckregelbehälters gemäß einem fünfzehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 30 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Verbindungsrohrabschnitts gemäß einem sechzehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 31 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Verbindungsrohrabschnitts gemäß einem siebzehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 32 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus eines Krafterzeugungssystems gemäß einem achtzehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 33 ist ein schematisches Blockschaltbild des Steuerbetriebs gemäß dem achtzehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 34 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus eines Krafterzeugungssystems gemäß einem neunzehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 35 ist ein schematisches Blockschaltbild des Steuerbetriebs gemäß dem neunzehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 36 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus eines Krafterzeugungssystems gemäß einem zwanzigsten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 37 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus eines Krafterzeugungssystems gemäß einem einundzwanzigsten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 38 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen der Temperatur des Kühlabschnitts und dem Volumen der Arbeitsflüssigkeit gemäß dem einundzwanzigsten Ausführungsbeispiel im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen 1 und 2.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • (Erstes Ausführungsbeispiel)
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun Bezug nehmend auf 1 bis 7 erläutert. 1 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus eines Krafterzeugungssystems mit einer Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 1D gemäß der Erfindung und einem Kraftgenerator 1.
  • Wie in 1 dargestellt, enthält die Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein bewegbares Element 2 mit einem darin eingebetteten Permanentmagneten, welches bewegbare Element 2 durch Schwingungen verschoben wird, um dadurch den Kraftgenerator 1 zum Erzeugen einer elektromotorischen Kraft anzutreiben. Die Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 weist einen Behälter 11, in dem eine Arbeitsflüssigkeit (Wasser in diesem Ausführungsbeispiel) in einem zum Strömen geeigneten Zustand eingeschlossen ist, einen Heizer 13 zum Heizen und Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit 12 im Behälter 11 und einen Kühler 14 zum Kühlen des Dampfes der durch den Heizer 13 geheizten und verdampften Arbeitsflüssigkeit 12 auf.
  • Der Heizer 13 gemäß diesem Ausführungsbeispiel, der dem Wärmeaustausch mit einem Hochtemperaturgas (zum Beispiel Abgas eines Kraftfahrzeugs) dient, kann aus einem elektrischen Heizer aufgebaut sein. Das Kühlwasser wird im Kühler 14 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zirkuliert. Obwohl nicht dargestellt, ist ein Kühler zum Abstrahlen der durch das Kühlwasser vom Dampf der Arbeitsflüssigkeit 12 empfangenen Wärme im Kühlwasserumlaufkreis angeordnet.
  • Der Heizabschnitt 11a des Behälters 11, der in Kontakt mit dem Heizer 13 ist, und der Kühlabschnitt 11b des Behälters 11, der in Kontakt mit dem Kühler 14 ist, sind vorzugsweise aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind der Heizabschnitt 11a und der Kühlabschnitt 11b aus Kupfer oder Aluminium gebildet.
  • Der Zwischenabschnitt 11c zwischen dem Heizabschnitt 11a und dem Kühlabschnitt 11b des Behälters 11 ist dagegen aus Edelstahl mit einem hohen Wärmeisolationsvermögen gebildet. Der Abschnitt des Behälters 11 näher zum Kraftgenerator 1 als der Kühlabschnitt 11b ist ebenfalls aus Edelstahl mit hohem Wärmeisolationsvermögen gebildet.
  • Der Behälter 11 ist ein rohrförmiges Druckgefäß im Wesentlichen in der Form eines U mit einem ersten und einem zweiten geraden Abschnitt 11e, 11f mit einem an der untersten Position angeordneten gebogenen Abschnitt 11d. Der Heizer 13 und der Kühler 14 sind mit dem Erstgenannten oberhalb des Letztgenannten im ersten geraden Abschnitt 11e angeordnet, der an einem horizontalen Ende (rechte Seite der Figur) des Behälters 11 neben dem gebogenen Abschnitt 11b angeordnet ist.
  • Obwohl nicht dargestellt, ist ein Gas mit einem vorbestimmten Volumen am oberen Ende des ersten geraden Abschnitts 11e eingeschlossen, um den Raum zum Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit 12 zu sichern. Dieses Gas kann entweder Luft oder ein reiner Dampf der Arbeitsflüssigkeit 12 sein.
  • Ein Kolben 15, der unter dem Druck der Arbeitsflüssigkeit verschoben werden kann, ist verschiebbar in einem Zylinderabschnitt 15a am oberen Ende des zweiten geraden Abschnitts 11f des Behälters 11 angeordnet, der am anderen horizontalen Ende (linke Seite der Zeichnung) neben dem gebogenen Abschnitt 11d des Behälters 11 ausgebildet ist.
  • Der Kolben 15 ist mit der Welle 2a des bewegbaren Elements 2 verbunden und eine Feder 3, die eine elastische Einrichtung zum Erzeugen der Elastizität zum Drücken des bewegbaren Elements 2 gegen den Kolben 15 bildet, ist auf der anderen Seite des bewegbaren Elements 2 entfernt vom Kolben 15 angeordnet.
  • Der gebogene Abschnitt 11d des Behälters 11 steht durch ein Verbindungsrohr 17 mit einem Druckregelbehälter 16 zum Regeln des Innendrucks des Behälters 11 (nachfolgend manchmal als der Behälterinnendruck bezeichnet) in Verbindung. Das Verbindungsrohr 17 entspricht der Verbindungseinheit gemäß der Erfindung.
  • Der Druckregelbehälter 16 ist mit einer Druckregelflüssigkeit 18 und einem Gas 100 gefüllt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Druckregelbehälter 16 oberhalb des gebogenen Abschnitts 11d angeordnet und die Druckregelflüssigkeit 18 ist Wasser wie die Arbeitsflüssigkeit 12.
  • Das Gas 100 ist vorzugsweise etwas in der Druckregelflüssigkeit 18 löslich. In diesem Beispiel wird in Wasser etwas lösliches Helium als Gas 100 benutzt. Der Druckregelbehälter 16 kann alternativ nur mit der Druckregelflüssigkeit 18 gefüllt sein.
  • Der Druckregelbehälter 16 und das Verbindungsrohr 17 sind vorzugsweise aus einem Material mit einem hohen Wärmeisolationsvermögen gebildet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird Wasser als die Druckregelflüssigkeit 18 verwendet und deshalb sind der Druckregelbehälter 16 und das Verbindungsrohr 17 aus Edelstahl gemacht.
  • Ein Kolbenmechanismus 19, der eine Druckregeleinrichtung zum Regeln des Innendrucks Pt des Druckregelbehälters 16 (nachfolgend manchmal als der Regelbehälterinnendruck bezeichnet) dient, ist aus einem Druckregelkolben 19a und einem elektrisch betätigten Stellantrieb 19b aufgebaut.
  • Der Druckregelkolben 19a ist am oberen Ende im Druckregelbehälter 16 angeordnet und ausgebildet, um sich durch den elektrisch betätigten Stellantrieb 19b außerhalb des Druckregelbehälters 16 vertikal hin und her zu bewegen.
  • Als nächstes wird kurz eine elektronische Steuereinheit gemäß diesem Ausführungsbeispiel erläutert. Die Steuereinheit 21 ist aus einem wohlbekannten Mikrocomputer mit einer CPU, einem ROM, einem RAM, usw. und Peripherieschaltungen aufgebaut und entspricht der Steuereinrichtung gemäß der Erfindung.
  • Um den Kolbenmechanismus 19 zu steuern, werden der Steuereinheit 21 Messsignale von einem Heizabschnittstemperatursensor 22 zum Erfassen der Temperatur T1 des Heizabschnitts 11a (nachfolgend manchmal als die Heizabschnittstemperatur bezeichnet) und einem Regelbehälterinnendrucksensor 23 zum Erfassen des Regelbehälterinnendrucks Pt zugeführt. Die Steuereinheit 21 steuert den Antrieb des elektrisch betriebenen Stellantriebs 19b basierend auf den Messsignalen von den Sensoren 22, 23.
  • Es wird nun die Funktionsweise in dem oben beschriebenen Aufbau Bezug nehmend auf 2 erläutert. Bei Aktivierung des Heizers 13 und des Kühlers 14 wird die Arbeitsflüssigkeit (Wasser) 12 im Heizabschnitt 11a durch den Heizer 13 geheizt und verdampft und der Hochtemperatur-Hochdruck-Dampf der Arbeitsflüssigkeit 12 wird im Heizabschnitt 11a gesammelt, wodurch der Flüssigkeitspegel der Arbeitsflüssigkeit 12 im ersten geraden Abschnitt 11e nach unten gedrückt wird. Dann wird die im Behälter 11 eingeschlossene Arbeitsflüssigkeit 12 vom ersten geraden Abschnitt 11e zum zweiten geraden Abschnitt 11f verschoben und drückt den Kolben 15 auf der Seite des Kraftgenerators 1 nach oben.
  • Wenn der Flüssigkeitspegel der Arbeitsflüssigkeit 12 im ersten geraden Abschnitt 11e des Behälters 11 einmal zum Kühlabschnitt 11b fällt und der Dampf von der Arbeitsflüssigkeit 12 in den Kühlabschnitt 11b gelangt, wird der spezielle Dampf durch den Kühler 14 gekühlt und verflüssigt. Daher geht die Kraft zum Niederdrücken des Flüssigkeitspegels der Arbeitsflüssigkeit 12 im ersten geraden Abschnitt 11e verloren und der Flüssigkeitspegel des ersten geraden Abschnitts 11e steigt. Als Ergebnis bewegt sich der Kolben 15 auf der Seite des Kraftgenerators 1, der durch die Expansion des Dampfes der Arbeitsflüssigkeit 12 nach oben gedrückt worden ist, nach unten.
  • Dieser Vorgang wird wiederholt ausgeführt, bis der Betrieb des Heizers 13 und des Kühlers 14 endet. Bei dem Prozess wird die Arbeitsflüssigkeit 12 im Behälter periodisch verschoben (so genannte Eigenschwingung), um dadurch das bewegbare Element 2 des Kraftgenerators 1 vertikal zu bewegen.
  • Der Erfinder erlangte durch Experimente und Analyse die unten beschriebene Kenntnis über die Beziehung zwischen dem Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc und dem Leistungsvermögen (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10.
  • 3A ist ein pV-Diagramm in einem Zustand der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10. In diesem pV-Diagramm stellt die Abszisse das Volumen des durch den Behälter 11 und den Kolben 15 definierten Raums (nachfolgend als das Kolbenvolumen bezeichnet) dar. Dieses Kolbenvolumen ändert sich mit der Hubbewegung des Kolbens 15. Die Abszisse des in den später beschriebenen 3B, 3C gezeigten pV-Diagramms ist ähnlich.
  • 3A ist ein pV-Diagramm eines Zustands, in dem der Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc niedriger als und am nächsten zum Sättigungsdampfdruck Ps1 der Arbeitsflüssigkeit 12 bei der Heizabschnittstemperatur T1 ist. Dies ist ein Idealzustand, in dem die je Periode durch die Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr ausgeführte Arbeit am größten ist und deshalb das Leistungsvermögen (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Verbrennung 10 erhöht ist.
  • 3B zeigt ein pV-Diagramm, bei dem der Spitzenwert Pc1 extrem niedriger als der Sättigungsdampfdruck Ps1 ist. Unter dieser Bedingung ist die je Periode ausgeführte Arbeit so klein, dass das Leistungsvermögen (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 reduziert ist.
  • 3C zeigt ein pV-Diagramm in dem Fall, wenn der Spitzenwert Pc1 größer als der Sättigungsdampfdruck Ps1 ist. Insbesondere existiert beim Anstieg der Heizabschnittstemperatur T1 der Hochtemperaturdampf im Heizer 12 selbst in dem Fall, wenn der Kolben 15 am unteren Totpunkt (höchster Punkt in 1) positioniert ist und das Kolbenvolumen maximal ist.
  • Im Betrieb bewegt sich der Kolben 15 vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt (niedrigster Punkt in 1) und mit der Verringerung des Kolbenvolumens wird der Dampf der Arbeitsflüssigkeit 12 komprimiert. So steigt der Behälterinnendruck Pc und die in den Heizabschnitt 11a gelangende Arbeitsflüssigkeit 12 wird geheizt und verdampft, sodass der Behälterinnendruck Pc weiter ansteigt. Als Ergebnis übersteigt der Spitzenwert Pc1 den Sättigungsdampfdruck Ps1.
  • Wie oben beschrieben, ist der Spitzenwert Pc1, solange er größer als der Sättigungsdampfdruck Ps1 ist, höher als der Sättigungsdampfdruck Ps1. Deshalb wird ein Teil des Dampfes der Arbeitsflüssigkeit 12 kondensiert und verflüssigt. Als Ergebnis wird die negative Arbeit zum Bewegen des Kolbens 15 nach unten ausgeführt, wodurch das Leistungsvermögen (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 verringert wird.
  • Um das Leistungsvermögen (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 am effektivsten zu verbessern, muss der Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc einerseits niedriger als der Sättigungsdampfdruck Ps1 der Arbeitsflüssigkeit 12 bei der Heizabschnittstemperatur T1 ge halten werden und muss andererseits so nahe wie möglich zum Sättigungsdampfdruck Ps1 gehalten werden.
  • Bekanntermaßen ändert sich jedoch mit der Änderung der Heizabschnittstemperatur T1 der Sättigungsdampfdruck Ps1 der Arbeitsflüssigkeit 12 (siehe die später beschriebene 7). Ebenso ändert sich der Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc aufgrund der Änderung der Heizabschnittstemperatur T1 und der Temperatur T2 des Kühlabschnitts 11b (nachfolgend als die Kühlabschnittstemperatur bezeichnet) und dem Austritt der Arbeitsflüssigkeit 12 aus dem Behälter 11.
  • Insbesondere wird, wenn die Heizabschnittstemperatur T1 und die Kühlabschnittstemperatur T2 einmal verringert sind und die Temperatur der Flüssigphasen-Arbeitsflüssigkeit 12 aufgrund des Temperaturabfalls des eine Wärmequelle des Heizers 13 bereitstellenden Hochtemperaturgases oder des Temperaturabfalls des im Kühler 14 zirkulierenden Kühlwassers fällt, die Flüssigphasen-Arbeitsflüssigkeit 12 thermisch kontrahiert und das Volumen der Flüssigphasen-Arbeitsflüssigkeit 12 wird vermindert. Auch reduziert der allmähliche Austritt der Arbeitsflüssigkeit 12 aus dem Behälter 11 ebenfalls das Volumen der Flüssigphasen-Arbeitsflüssigkeit 12.
  • Mit der Volumenverringerung der Flüssigphasen-Arbeitsflüssigkeit 12, wie in 4A dargestellt, kann die Flüssigphasen-Arbeitsflüssigkeit 12 selbst in dem Fall, wenn der Kolben 15 am oberen Totpunkt (niedrigster Punkt in 11 positioniert und das Kolbenvolumen minimal ist, nicht ausreichend in den Heizabschnitt 11a gelangen.
  • Als Ergebnis wird die Verdampfung der Arbeitsflüssigkeit 12 im Heizabschnitt 11a unterdrückt und der Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc wird verringert.
  • Mit dem Anstieg der Heizabschnittstemperatur T1 und der Kühlabschnittstemperatur T2 wird dagegen die Flüssigphasen-Arbeitsflüssigkeit 12 thermisch ausgedehnt und ihr Volumen wird vergrößert. Mit dem Anstieg des Volumens der Flüssigphasen-Arbeitsflüssigkeit 12, wie in 4B dargestellt, kann der Dampf der Arbeitsflüssigkeit 12 selbst in dem Fall, wenn der Kolben 15 am unteren Totpunkt (höchster Punkt in 1) positioniert und das Kolbenvolumen maximal ist, nicht ausreichend in den Kühlabschnitt 11b gelangen.
  • Als Ergebnis wird die Verflüssigung des Dampfes der Arbeitsflüssigkeit 12 im Kühlabschnitt 11b unterdrückt und der Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc wird höher.
  • 5 ist ein Diagram der Beziehung zwischen dem Volumen der Arbeitsflüssigkeit 12 und dem Wirkungsgrad der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10. Obwohl nicht dargestellt, gilt eine ähnliche Beziehung wie 5 auch zwischen dem Volumen der Arbeitsflüssigkeit 12 und der Ausgangsleistung der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10.
  • Wie aus 5 ersichtlich, ist das Leistungsvermögen (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 in dem Fall am höchsten, wenn das Volumen der Arbeitsflüssigkeit 12 einen vorbestimmten Wert V1 annimmt. Unter dieser Bedingung ist das pV-Diagramm in der in 3A gezeigten Form.
  • Falls das Volumen der Arbeitsflüssigkeit 12 V2 beträgt, was kleiner als das vorbestimmte Volumen V1 ist, nimmt das pV-Diagramm dagegen die Form wie in 3B gezeigt an und das Leistungsvermögen (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 ist verringert. Falls Das Volumen der Arbeitsflüssigkeit 12 V3 beträgt, was größer als das vorbestimmte Volumen V1 ist, nimmt das pV-Diagramm die Form wie in 3C dargestellt an und das Leistungsvermögen (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 ist verringert.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird deshalb der Behälterinnendruck Pc mit der Veränderung der Heizabschnittstemperatur T1 so eingestellt, dass der Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc niedriger als und so nahe wie möglich zum Sättigungsdampfdruck Ps1 der Arbeitsflüssigkeit 12 bei der Heizabschnittstemperatur T1 während des Betriebs der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 ist. Auf diese Weise wird die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10, welche sonst durch die Veränderung im Sättigungsdampfdruck Ps1 oder die Veränderung im Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc verursacht werden könnte, unterdrückt.
  • 6 ist ein schematisches Blockschaltbild des Steuerbetriebs gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Zuerst wird basierend auf der Heizabschnittstemperatur T1 und der in 7 dargestellten Dampfdruckkurve der Arbeitsflüssigkeit 12 der Sättigungsdampfdruck Ps1 der Arbeitsflüssigkeit 12 bei der Heizabschnittstemperatur T1 berechnet.
  • Falls der Spitzenwert Pt1 des Regelbehälterinnendrucks Pt niedriger als der Sättigungsdampfdruck Ps1 ist, drückt der elektrisch betriebene Stellantrieb 19b den Druckregelkolben 19a heraus und reduziert das Volumen des Druckregelbehälters 16. Als Ergebnis wird die Druckregelflüssigkeit 18 komprimiert und der Regelbehälterinnendruck Pt steigt an, genauso wie der Spitzenwert Pt1 des Regelbehälterinnendrucks Pt.
  • Falls der Spitzenwert Pt1 des Regelbehälterinnendrucks Pt höher als der Sättigungsdampfdruck Ps1 ist, zieht dagegen der elektrisch betriebene Stellantrieb 19b den Druckregelkolben 19a nach innen und vergrößert das Volumen des Druckregelbehälters 16. Als Ergebnis wird die Druckregelflüssigkeit 18 ausgedehnt und der Regelbehälterinnendruck Pt fällt, genauso wie der Spitzenwert Pt1.
  • In Anbetracht der Tatsache, dass der Behälter 11 mit dem Druckregelbehälter 16 durch das Verbindungsrohr 17 in Verbindung steht, folgt der Behälterinnendruck Pc dem Regelbehälterinnendruck Pt. Als Ergebnis kann der Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc dem Sättigungsdampfdruck Ps1 der Arbeitsflüssigkeit 12 angenähert werden.
  • Folglich kann der Betriebszustand der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 immer dem Idealzustand angenähert werden und deshalb wird die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10, welche sonst durch die Veränderung im Sättigungsdampfdruck Ps1 oder die Veränderung im Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc verursacht werden könnte, verhindert.
  • Bekanntermaßen ist die Kompressibilität einer Flüssigkeit geringer als jene eines Gases. Falls der Druckregelbehälter 18 allein mit der Druckregelflüssigkeit 18 gefüllt ist,. steigt deshalb das Änderungsmaß des Regelbehälterinnendrucks Pt im Vergleich zum Verschiebungsmaß des Druckregelkolbens 19a übermäßig an, wodurch es schwierig wird, den Regelbehälterinnendruck Pt fein einzustellen.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Gas 100 von höherer Kompressibilität als die Druckregelflüssigkeit 18 mit der Druckregelflüssigkeit im Druckregelbehälter 16 eingeschlossen. Deshalb kann das Änderungsmaß des Regelbehälterinnendrucks Pt relativ zum Verschiebungsmaß des Druckregelkolbens 19a gedrückt werden. Als Ergebnis wird die Feineinstellung des Regelbehälterinnendrucks Pt erleichtert.
  • Obwohl dieses Ausführungsbeispiel Wasser als Druckregelflüssigkeit 18 im Druckregelbehälter 16 wie für die Arbeitsflüssigkeit 12 verwendet, kann alternativ auch eine Flüssigkeit wie beispielsweise ein flüssiges Metall von niedrigerer Kompressibilität als die Arbeitsflüssigkeit 12 als Druckregelflüssigkeit 18 verwendet werden.
  • In diesem Fall besteht der Nachteil, dass die Feineinstellung des Regelbehälterinnendrucks Pt schwieriger ist als in dem Fall, wenn die gleiche Flüssigkeit wie die Arbeitsflüssigkeit 12 als Druckregelflüssigkeit 18 verwendet wird. Da das Verschiebungsmaß des Druckregelkolbens 19a jedoch reduziert werden kann, kann die Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 vorteilhafterweise weniger voluminös gemacht werden.
  • Falls ein flüssiges Metall als Druckregelflüssigkeit 18 benutzt wird, macht es die Tatsache, dass die Dichte des flüssigen Metalls größer als jene der Arbeitsflüssigkeit (Wasser) 12 ist, wünschenswert, den Druckregelbehälter 16 unter dem gebogenen Abschnitt 12d anzuordnen, um dadurch ein Vermischen der Druckregelflüssigkeit 18 mit der Arbeitsflüssigkeit 12 zu verhindern.
  • (Zweites Ausführungsbeispiel)
  • Gemäß dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10, welche sonst durch die Änderung im Sättigungsdampfdruck Ps1 oder die Änderung im Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc verursacht werden könnte, durch Reduzieren des Spitzenwerts Pc1 des Behälterinnendrucks Pc unter den, aber so nahe wie möglich zu dem Sättigungsdampfdruck Ps1 verhindert. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird dagegen die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10, welche sonst durch die Änderung im Sättigungsdampfdruck Ps1 oder die Änderung im Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc verursacht werden könnte, durch Annähern des Mittelwerts Pca des Behälterinnendrucks Pc an den Sollwert Pc0 verhindert.
  • Der Mittelwert Pca des Behälterinnendrucks Pc ist definiert als ein Wert, den man während der Eigenschwingung der Arbeitsflüssigkeit 12 für eine Periode erhält, und der Sollwert Pc0 ist ein Wert nahe dem Mittelwert Pci des Behälterinnendrucks Pc im zum höchsten Leistungsvermögen (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 gehörenden Idealzustand (nachfolgend als der ideale Mittelwert bezeichnet, siehe 3A).
  • 8 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus des Krafterzeugungssystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Verbindungsrohr 17 mit einer Drossel 30 zum Unterdrücken der Ausbreitung des Behälterinnendrucks Pc im Druckregelbehälter 16 ausgebildet. Diese Drossel 30 verringert den Durchmesser des Strömungsgrades des Verbindungsrohrs 17. Als Ergebnis wird die Veränderung des Regelbehälterinnendrucks Pt, die der periodischen Änderung des Behälterinnendrucks Pc folgt, unterdrückt und deshalb wird der Regelbehälterinnendruck Pt im Wesentlichen auf dem gleichen Niveau wie der Mittelwert Pca des Behälterinnendrucks Pc eingerichtet.
  • Auch wird der Steuereinheit 21 ein Messsignal von einem Kühlabschnittstemperatursensor 31 zum Erfassen der Temperatur T2 des Kühlabschnitts 11b (nachfolgend als die Kühlabschnittstemperatur bezeichnet) zugeführt, um den Sollwert Pc0 einzustellen.
  • 9 ist ein schematisches Blockschaltbild des Steuerbetriebs des Behälterinnendrucks Pc gemäß diesem Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Sättigungsdampfdruck P2 der Arbeitsflüssigkeit 12 bei der Kühlabschnittstemperatur T2 basierend auf der Kühlabschnittstemperatur T2 und der in 7 dargestellten Dampfdruckkurve der Arbeitsflüssigkeit 12 berechnet. Der Sättigungsdampfdruck Ps2 der Arbeitsflüssigkeit 12 bei der Kühlabschnittstemperatur T2 ist gleich dem Minimalwert Pc2 (3A bis 3C) während einer Periode des Behälterinnendrucks Pc.
  • Als nächstes wird der Sollwert Pc0 basierend auf dem Sättigungsdampfdruck Ps1 der Arbeitsflüssigkeit 12 bei der Heizabschnittstemperatur T1 und dem Sättigungsdampfdruck Ps2 der Arbeitsflüssigkeit 12 bei der Kühlabschnittstemperatur T2 berechnet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der Sollwert Pc0 auf den Zwischenwert zwischen dem Sättigungsdampfdruck Ps1 der Arbeitsflüssigkeit 12 bei der Heizabschnittstemperatur T1 und dem Sättigungsdampfdruck Ps2 der Arbeitsflüssigkeit 12 bei der Kühlabschnittstemperatur T2 oder insbesondere auf einen ungefähren Mittelwert davon eingestellt.
  • Falls der Regelbehälterinnendruck Pt niedriger als der Sollwert Pc0 ist, drückt der elektrisch betriebene Stellantrieb 19b den Druckregelkolben 19a heraus und verringert das Volumen des Druckregelbehälters 16. Als Ergebnis wird die Druckregelffüssigkeit 18 komprimiert und der Regelbehälterinnendruck Pt wird größer.
  • Falls der Regelbehälterinnendruck Pt höher als der Sollwert Pc0 ist, wird dagegen der Druckregelkolben 19a hineingezogen, um dadurch das Volumen des Druckregelbehälters 16 zu reduzieren. Als Ergebnis wird die Druckregelflüssigkeit 18 ausgedehnt und der Regelbehälterinnendruck Pt wird verringert.
  • Dann folgt der Mittelwert Pca des Behälterinnendrucks Pc dem Regelbehälterinnendruck Pt und der Mittelwert Pca des Behälterinnendrucks Pc erreicht den Sollwert Pc0. Mit anderen Worten erreicht der Mittelwert Pca des Behälterinnendrucks Pc den idealen Mittelwert Pci.
  • Als Ergebnis kann der Betriebszustand der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 immer dem Idealzustand angenähert werden und deshalb wird die Reduzierung im Leistungsvermögen (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10, welche sonst durch die Veränderung im Sättigungsdampfdruck Ps1 oder die Veränderung im Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc verursacht werden könnte, verhindert.
  • Im oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird der Spitzenwert Pt1 des Regelbehälterinnendrucks Pt erfasst. In Anbetracht der Tatsache, dass der Regelbehälterinnendruck Pt den Spitzenwert Pt1 für eine sehr kurze Zeit annimmt, ist jedoch die Messdauer des Regelbehälterinnendrucksensors 23 zum Erfassen des Regelbehälterinnendrucks Pt sehr kurz.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird im Gegensatz dazu der Regelbehälterinnendruck Pt auf einem Druck im Wesentlichen gleich dem Mittelwert Pta des Behälterinnendrucks Pc eingerichtet, ohne sich dem Behälterinnendruck Pc folgend zu verändern. Als Ergebnis kann die Messdauer des Regelbehälterinnendrucksensors 23 zum Erfassen des Regelbehälterinnendrucks Pt gegenüber dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel verlängert werden.
  • Als Ergebnis kann der Regelbehälterinnendruck Pt einfacher als im ersten Ausführungsbeispiel erfasst werden und deshalb kann das Leistungsvermögen (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 einfacher als im ersten Ausführungsbeispiel verbessert werden.
  • (Drittes Ausführungsbeispiel)
  • Im oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel wird der Regelbehälterinnendruck Pt dem Sollwert Pc0 durch Erhöhen und Verringern des Volumens des Druckregelbehälters 16 angenähert. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird dagegen, wie in 10 dargestellt, der Regelbehälterinnendruck Pt dem Sollwert Pc0 durch Erhöhen und Verringern des Volumens der Druckregelflüssigkeit 18 im Druckregelbehälter 16 angenähert.
  • 10 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus des Krafterzeugungssystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel besteht die Druckregeleinrichtung anders als im zweiten Ausführungsbeispiel anstelle des Kolbenmechanismus 19 aus einem Pumpenmechanismus 32. Der Pumpenmechanismus 32 weist eine Pumpe 23a, ein Ansaugrohr 33, ein Ausgaberohr 34, ein Ansaug-Ein/Aus-Ventil 35 und ein Ausgabe-Ein/Aus-Ventil 36 auf.
  • Die Pumpe 23a zum Ansaugen der Druckregelflüssigkeit 18 im Druckregelbehälter 16 und Speichern darin, während gleichzeitig die intern gespeicherte Druckregelflüssigkeit 18 zum Druckregelbehälter 16 ausgegeben wird, ist mit dem Druckregelbehälter 16 durch das Ansaugrohr 33 und das Ausgaberohr 34 verbunden.
  • Das Ansaug-Ein/Aus-Ventil 35 ist im Ansaugrohr 33 angeordnet, und wenn es offen ist, wird die Druckregelflüssigkeit im Druckregelbehälter 16 durch die Pumpe 32a angesaugt und darin gespeichert.
  • Das Ausgaberohr 34 enthält das Ausgabe-Ein/Aus-Ventil 36 und wenn es offen ist, wird die in der Pumpe 32a gespeicherte Druckregelflüssigkeit 18 in den Druckregelbehälter 16 ausgegeben. Der Betrieb der Ein/Aus-Ventile 35, 36 wird durch die Steuereinheit 21 gesteuert.
  • 11 ist ein schematisches Blockschaltbild des Betriebs zum Steuern des Behälterinnendrucks Pc gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird in dem Fall, wenn der Regelbehälterinnendruck Pt niedriger als der Sollwert Pc0 ist, das Ansaug-Ein/Aus-Ventil 35 geschlossen, während das Ausgabe-Ein/Aus-Ventil 36 geöffnet wird, um dadurch das Volumen der Druckregelflüssigkeit 18 zu erhöhen. Als Ergebnis wird der Regelbehälterinnendruck Pt erhöht.
  • Falls der Regeldruckbehälterinnendruck Pt höher als der Sollwert Pc0 ist, öffnet dagegen das Ansaug-Ein/Aus-Ventil 35 und das Ausgabe-Ein/Aus-Ventil 36 wird geschlossen, um das Volumen der Druckregelflüssigkeit 18 im Druckregelbehälter 16 zu verringern. Als Ergebnis wird der Regelbehälterinnendruck Pt vermindert.
  • Dann erreicht wie im zweiten Ausführungsbeispiel der Mittelwert Pca des Behälterinnendrucks Pc den Sollwert Pc0. Als Ergebnis kann der Betriebszustand der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr immer dem Idealzustand angenähert werden und deshalb wird die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10, welche sonst durch die Veränderung im Sättigungsdampfdruck Ps1 oder die Veränderung im Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc verursacht werden könnte, verhindert.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird wie im zweiten Ausführungsbeispiel die Reduzierung im Leistungsvermögen (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10, welche sonst durch die Veränderung im Sättigungsdampfdruck Ps1 oder die Veränderung im Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc verursacht werden könnte, durch Annähern des Mittelwerts Pca des Behälterinnendrucks Pc an den Sollwert Pc0 verhindert. Nichtsdestotrotz kann wie im oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel die Reduzierung im Leistungsvermögen (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10, welche sonst durch die Veränderung im Sättigungsdampfdruck Ps1 oder die Veränderung im Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc verursacht werden könnte, auch durch Reduzieren des Spitzenwerts Pc1 des Behälterinnendrucks Pc unter den Sättigungsdampfdruck Ps1 und Annähern desselben so nahe wie möglich zum Sättigungsdampfdruck Ps1 verhindert werden.
  • (Viertes Ausführungsbeispiel)
  • Im oben beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel wird der Behälterinnendruck Pc unter Verwendung eines einzelnen Druckregelbehälters 16 geregelt. Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel wird im Gegensatz dazu, wie in 12 dargestellt, der Behälterinnendruck Pc unter Verwendung von zwei Druckregelbehältern 37, 38 geregelt.
  • 12 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus des Krafterzeugungssystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Druckregelbehälter 37, 38 jeweils durch Verbindungsrohre 39, 40 anstelle des Druckregelbehälters 16 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel angeordnet.
  • Die zwei Druckregelbehälter 37, 38 sind jeweils mit einer Pumpe 41, 42 zum Ausüben unterschiedlicher Drücke auf den Innenraum des jeweiligen Druckregelbehälters 37, 38 verbunden, und Ein/Aus-Ventile 43, 44 sind in dem jeweiligen Verbindungsrohr 39, 40 angeordnet. Der Ein/Aus-Betrieb der Ein/Aus-Ventile 43, 44 wird durch die Steuereinheit 21 unabhängig voneinander gesteuert.
  • Auch gemäß diesem Ausführungsbeispiel fehlt der Behälterinnendrucksensor 23 zum Erfassen des Regelbehälterinnendrucks Pt und als Alternative wird das Messsignal vom Behälterinnendrucksensor 45 zum Erfassen des Behälterinnendrucks Pc der Steuereinheit 21 eingegeben.
  • Der Innendruck des Druckregelbehälters 37 wird insbesondere auf einem Niveau höher als der Sollwert Pe0 durch die Pumpe 41 gehalten, während der Innendruck des anderen Druckregelbehälters 38 durch die Pumpe 42 auf einem Niveau niedriger als der Sollwert Pc0 gehalten wird.
  • 13 ist ein schematisches Blockschaltbild des Betriebs zum Steuern des Behälterinnendrucks Pc gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird in dem Fall, wenn der Mittelwert Pca des Behälterinnendrucks Pc niedriger als der Sollwert Pc0 ist, das Ein/Aus-Ventil 43 des Druckregelbehälters 37 geöffnet, während das Ein/Aus-Ventil 44 des anderen Druckregelbehälters 38 geschlossen wird. Als Ergebnis wird der Behälterinnendruck Pc erhöht.
  • Falls der Mittelwert Pca des Behälterinnendrucks Pc höher als der Sollwert Pc0 ist, wird dagegen das Ein/Aus-Ventil 43 des Druckregelbehälters 37 geschlossen, während das Ein/Aus-Ventil 44 des anderen Druckregelbehälters 38 geöffnet wird. Als Ergebnis wird der Behälterinnendruck Pc verringert.
  • Dann erreicht wie im dritten Ausführungsbeispiel der Mittelwert Pca des Behälterinnendrucks Pc den Sollwert Pc0. Als Ergebnis kann der Betriebszustand der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 immer dem Idealzustand angenähert werden und deshalb wir die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10, welche sonst durch die Veränderung im Sättigungsdampfdruck Ps1 oder die Veränderung im Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc verursacht werden könnte, verhindert.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden die zwei Druckregelbehälter 37, 38 durch verschiedene Pumpen 41, 42 auf unterschiedlichen Drücken gehalten, und sie können alternativ auch durch eine einzige Pumpe auf unterschiedlichen Drücken gehalten werden.
  • Auch können gemäß diesem Ausführungsbeispiel drei oder mehr anstelle von zwei Druckregelbehältern 37, 38, die auf unterschiedlichen Drücken gehalten werden, verwendet werden.
  • In einem solchen Fall enthält jeder der drei oder mehr Druckregelbehälter ein Ein/Aus-Ventil, sodass in dem Fall, wenn der Mittelwert Pca des Behälterinnendrucks Pc niedriger als der Sollwert Pc0 ist, nur das Ein/Aus-Ventil jenes der drei Druckregelbehälter, dessen Innendruck niedriger als und am nächsten zum Sollwert Pc0 ist, geöffnet wird, während in dem Fall, wenn der Mittelwert Pca des Behälterinnendrucks Pc niedriger als der Sollwert Pc0 ist, nur das Ein/Aus-Ventil jenes der drei Druckregelbehälter, dessen Innendruck höher als und am nächsten zum Sollwert Pc0 ist, geöffnet wird.
  • (Fünftes Ausführungsbeispiel)
  • Gemäß dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel wird der Regelbehälterinnendruck Pt dem Sollwert Pc0 durch Erhöhen und Vermindern des Volumens des Druckregelbehälters 16 angenähert, und gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird der Regelbehälterinnendruck Pt dem Sollwert Pc0 durch Erhöhen und Vermindern des Volumens der Druckregelflüssigkeit 18 im Druckregelbehälter 16 angenähert. Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel wird andererseits, wie in 14 dargestellt, der Regelbehälterinnendruck Pt dem Sollwert Pc0 durch Verdampfen der Druckregelflüssigkeit 18 im Druckregelbehälter 16 angenähert.
  • 14 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus des Krafterzeugungssystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Druckregeleinrichtung anders als im zweiten Ausführungsbeispiel aus einer Heiz einrichtung 46 zum Heizen und Verdampfen der Druckregelflüssigkeit 18 anstelle des Benutzens des Kolbenmechanismus 19.
  • Diese Heizeinrichtung 46 weist ein nahe der Außenfläche des Abschnitts des Druckregelbehälters 16 entfernt vom Verbindungsrohr 17 angeordnetes elektrisches Heizelement 46a (am oberen Ende in 11) und eine Temperatursteuerung 47 zum Regeln der Temperatur des elektrischen Heizelements 46a auf.
  • Die vom elektrischen Heizelement 46a der Druckregelflüssigkeit 18 zugeführte Wärmemenge Q1 wird durch die die Temperatursteuerung 47 steuernde Steuerung 21 geregelt.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Druckregelbehälter 16 allein mit der Druckregelflüssigkeit 18 gefüllt. Wie im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel kann jedoch auch ein Gas 100 im Druckregelbehälter 16 eingeschlossen sein.
  • 15 ist ein Diagramm des Temperaturgradienten des durch das elektrische Heizelement 46a geheizten Druckregelbehälters 16. Wie in 2 dargestellt, hat der Druckregelbehälter 16 eine solche Konstruktion zur Wärmeleitung, dass ein Hochtemperaturabschnitt 48 entfernt vom Verbindungsrohr 17 einen vernachlässigbar kleinen Temperaturgradienten besitzt, während der Niedertemperaturabschnitt 49 nahe dem Verbindungsrohr 17 einen Temperaturgradienten besitzt, bei dem die Temperatur entfernt vom Hochtemperaturabschnitt 48 fortlaufend niedriger wird. In 12 ist die Temperatur Th jene des Hochtemperaturabschnitts 48 (nachfolgend als die Hochtemperaturabschnittstemperatur bezeichnet).
  • Die Temperatur Tc ist jene des Niedertemperaturabschnitts auf der Seite des Verbindungsrohrs 17 (nachfolgend als die Niedertemperaturabschnittstemperatur bezeichnet) und im Wesentlichen gleich der Kühlabschnittstemperatur T2 (genauer etwas höher als die Kühlabschnittstemperatur T2). Deshalb ist die Kühlabschnittstemperatur T2 nicht höher als der Siedepunkt der Druckregelflüssigkeit 18.
  • Die Druckregelflüssigkeit 18 im Hochtemperaturabschnitt wird durch das elektrische Heizelement 46a geheizt und verdampft, sodass der Dampf 50 von hoher Tempera tur und hohem Druck im Hochtemperaturabschnitt 48 gespeichert wird und den Flüssigkeitspegel der Druckregelflüssigkeit 18 im Hochtemperaturabschnitt 48 nach unten drückt.
  • Im Niedertemperaturabschnitt 49 dagegen wird die Temperatur mit größerem Abstand vom Hochtemperaturabschnitt 48 fortlaufend niedriger und deshalb wird der Flüssigkeitspegel der Druckregelflüssigkeit 18 im Hochtemperaturabschnitt 48 gehalten, ohne zum Niedertemperaturabschnitt 49 heruntergedrückt zu werden. Als Ergebnis wird die Druckregelflüssigkeit 18 in Kontakt zum Hochtemperaturabschnitt 48 gehalten und deshalb wird der Druckregelbehälter 16 im Siedezustand gehalten. Daher kann der Regelbehälterinnendruck Pt immer auf dem gleichen Niveau wie der Sättigungsdampfdruck der Druckregelflüssigkeit 18 bei der Hochtemperaturabschnittstemperatur Th gehalten werden.
  • 13 ist ein schematisches Blockschaltbild des Betriebs des Steuerns des Behälterinnendrucks Pc gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erhöht in dem Fall, wenn der Regelbehälterinnendruck Pt niedriger als der Sollwert Pc0 ist, die Temperatursteuerung 47 die Temperatur des elektrischen Heizelements 46a, um dadurch die Hochtemperaturabschnittstemperatur Th des Druckregelbehälters 16 zu erhöhen. Als Ergebnis steigt der Sättigungsdampfdruck der Druckregelflüssigkeit 18 und gleiches gilt für den Regelbehälterinnendruck Pt.
  • Falls dagegen der Regelbehälterinnendruck Pt höher als der Sollwert Pc0 ist, verringert die Temperatursteuerung 47 die Temperatur des elektrischen Heizelements 46a, um dadurch die Hochtemperaturabschnittstemperatur Th des Druckregelbehälters 16 zu verringern. Als Ergebnis sinkt der Sättigungsdampfdruck der Druckregelflüssigkeit 18 und gleiches gilt für den Regelbehälterinnendruck Pt.
  • Dann erreicht wie im zweiten und dritten Ausführungsbeispiel der Mittelwert Pca des Behälterinnendrucks Pc den Sollwert Pc0. Als Ergebnis kann der Betriebszustand der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 immer dem Idealzustand angenähert werden und deshalb wird die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10, welche sonst durch die Veränderung im Sättigungsdampfdruck Ps1 oder die Veränderung im Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc verursacht werden könnte, verhindert.
  • In diesem Ausführungsbeispiel kann der Dampf 50 im Hochtemperaturabschnitt 48 entweder der reine Dampf der Druckregelflüssigkeit 18 oder ein Gemisch des Dampfes der Druckregelflüssigkeit 18 und des Dampfes eines weiteren Gases (beispielsweise Luft) sein.
  • (Sechstes Ausführungsbeispiel)
  • Anders als im fünften Ausführungsbeispiel, bei dem der Regelbehälterinnendruck Pt durch den Regelbehälterinnendrucksensor 23 erfasst wird, ist das sechste Ausführungsbeispiel derart, dass der Regelbehälterinnendrucksensor 23 weggelassen ist und der Regelbehälterinnendruck Pt basierend auf der Hochtemperaturabschnittstemperatur Th berechnet wird.
  • 17 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus des Krafterzeugungssystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Messsignal vom Hochtemperaturabschnittstemperatursensor 51 zum Erfassen der Hochtemperaturabschnittstemperatur Th der Steuereinheit 21 eingegeben, um den Regelbehälterinnendruck Pt zu berechnen.
  • 18 ist ein schematisches Blockschaltbild des Betriebs zum Steuern des Behälterinnendrucks Pc gemäß diesem Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Sättigungsdampfdruck der Druckregelflüssigkeit 18 bei der Hochtemperaturabschnittstemperatur Th basierend auf der Hochtemperaturabschnittstemperatur Th und der Dampfdruckkurve der Druckregelflüssigkeit 18 (7) berechnet. Der Regelbehälterinnendruck Pt kann so berechnet werden, dass er gleich dem Sättigungsdampfdruck der Druckregelflüssigkeit 18 bei der Hochtemperaturabschnittstemperatur Th ist, wie im obigen fünften Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann der Hochtemperaturabschnittstemperatursensor 51 außerhalb des Druckregelbehälters 16 angeordnet werden, und anders als im oben beschriebenen fünften Ausführungsbeispiel muss der Regelbehälterinnendrucksensor 23 nicht in den Druckregelbehälter 16 eingesetzt sein. Deshalb wird der Nachteil einer aus dem Druckregelbehälter 16 austretenden Druckregelflüssigkeit 18 durch den Regelbehälterinnendrucksensor 23 vermieden.
  • Der Dampf 50 im Hochtemperaturabschnitt 48 kann entweder der reine Dampf der Druckregelflüssigkeit 18 oder ein Gemisch des Dampfes der Druckregelflüssigkeit 18 und eines weiteren Gases (beispielsweise Luft) sein. Auch kann wie im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ein Gas 100 im Druckregelbehälter 16 eingeschlossen sein.
  • (Siebtes Ausführungsbeispiel)
  • Im oben beschriebenen sechsten Ausführungsbeispiel wird die Hochtemperaturabschnittstemperatur Th direkt durch den Hochtemperaturabschnittstemperatursensor 51 erfasst. Gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel ist dagegen der Hochtemperaturabschnittstemperatursensor 51 weggelassen und die Hochtemperaturabschnittstemperatur Th wird basierend auf der dem elektrischen Heizelement 46a eingegebenen elektrischen Energie Q2 berechnet.
  • 19 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus des Krafterzeugungssystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das Messsignal von einem elektrischen Energiesensor 52 zum Erfassen der dem elektrischen Heizelement 46a eingegebenen elektrischen Energie Q2 der Steuereinheit 21 eingegeben, um den Regelbehälterinnendruck Pt zu berechnen.
  • Bekanntermaßen wird die Hochtemperaturabschnittstemperatur Th durch die folgende Gleichung (1) berechnet: Th = Q1/(m·Cp) – T0 (1)wobei Q1 die vom elektrischen Heizelement 46a der Druckregelflüssigkeit 18 zugeführte Wärmemenge (kJ) ist, m die Masse (kg) des Druckregelbehälters 16 ist, Cp die spezifische Wärme (kJ/kg·K) des Druckregelbehälters 16 ist und die T0 die Temperatur (K) des noch durch das elektrische Heizelement 46a zu heizenden Druckregelbehälters 16 ist.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die vom elektrischen Heizelement 46a der Druckregelflüssigkeit 18 zugeführte Wärmemenge Q1 im Wesentlichen gleich der dem elektrischen Heizelement 46a eingegebenen elektrischen Energie Q2, und die Temperatur T0 des noch durch das elektrische Heizelement 46a zu heizenden Druckregelbehälters 16 ist im Wesentlichen gleich der Kühlabschnittstemperatur T2. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird deshalb die Hochtemperaturabschnittstemperatur Th in Gleichung (1) mittels der dem elektrischen Heizelement 46a eingegebenen elektrischen Energie Q2 anstelle der der Druckregelflüssigkeit 18 vom elektrischen Heizelement 46a zugeführten Wärmemenge Q1 und auch unter Verwendung der Kühlabschnittstemperatur T2 anstelle der Temperatur T0 des noch durch das elektrische Heizelement 46a zu heizenden Druckregelbehälters 16 berechnet.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann der elektrische Energiesensor 52 in einem Abstand vom Hochtemperaturabschnitt 48 positioniert werden, und anders als im oben beschriebenen siebten Ausführungsbeispiel muss der Hochtemperaturabschnittstemperatursensor 51 nicht im Hochtemperaturabschnitt 48 angeordnet sein. Aus diesem Grund kann der Nachteil einer Beschädigung des Sensors durch die Wärme des Hochtemperaturabschnitts 48 vermieden werden.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Hochtemperaturabschnittstemperatur Th durch Gleichung (1) berechnet. Nichtsdestotrotz kann die Hochtemperaturabschnittstemperatur Th alternativ auch durch Korrigieren von Gleichung (1) mit einem geeigneten Koeffizienten berechnet werden.
  • Auch wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Kühlabschnittstemperatur T2 anstelle der Temperatur T0 des noch durch das elektrische Heizelement 46a zu heizenden Druckregelbehälters 16 benutzt. Nichtsdestotrotz muss die Kühlabschnittstemperatur T2 nicht notwendigerweise benutzt werden. Zum Beispiel kann die Temperatur T0 des noch durch das elektrische Heizelement 46a zu heizenden Druckregelbehälters 16 auch durch die Temperatur eines Abschnitts des Behälters 11 außer dem Heizabschnitt 11a und dem Kühlabschnitt 11b, die Temperatur der Umgebung in der Nähe des Druckregelbehälters 16 oder eine Temperatur nahe der Temperatur T0 des noch durch das elektrische Heizelement 46a zu heizenden Druckregelbehälters 16 ersetzt werden.
  • Der Dampf 50 im Hochtemperaturabschnitt 48 kann entweder der reine Dampf der Druckregelflüssigkeit 18 oder ein Gemisch des Dampfes der Druckregelflüssigkeit 18 und eines weiteren Gases (beispielsweise Luft) sein. Auch kann wie in den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispielen ein Gas 100 im Druckregelbehälter 16 eingeschlossen sein.
  • (Achtes Ausführungsbeispiel)
  • Im oben beschriebenen siebten Ausführungsbeispiel wird die Druckregelflüssigkeit 18 im Druckregelbehälter 16 durch das elektrische Heizelement 46a verdampft. Gemäß dem achten Ausführungsbeispiel wird dagegen, wie in 20 dargestellt, die Druckregelflüssigkeit 18 im Druckregelbehälter 16 mit einem Hochtemperaturgas als Wärmequelle verdampft.
  • 20 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus des Krafterzeugungssystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird anders als im siebten Ausführungsbeispiel eine Heizeinrichtung 55 mit einem Druckregelheizelement 53 und einem Regelventil 54d anstelle der Heizeinrichtung 46 mit dem elektrischen Heizelement 46a und dem elektrischen Energiesensor 52 verwendet. Übrigens entspricht das Regelventil 54 der Strömungsratenregeleinrichtung gemäß der Erfindung.
  • Das Druckregelheizelement 53 zum Heizen des Druckregelbehälters 16 durch Wärmeaustausch mit dem Hochtemperaturgas ist am Ende (oberes Ende in 20) des Druckregelbehälters 16 entfernt vom Verbindungsrohr 17 angeordnet. Der Teil des Druckregelbehälters 16, der mit dem Druckregelheizelement 53 in Kontakt ist, ist deshalb vorzugsweise auch aus einem Material von hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das Druckregelheizelement 53 durch das Hochtemperaturgas nach dem Heizen des Heizelements 13 geheizt. Insbesondere ist das Heizelement 13 stromauf des Hochtemperaturgasrohrs 56 eingebaut und das Druckregelheizelement 53 stromab davon. Das Hochtemperaturgasrohr 56 enthält ein vom Zwischenteil zwischen dem Heizelement 13 und dem Druckregelheizelement 53 abzweigendes Bypassrohr 57.
  • Ein Regelventil 54 zum Regeln des Verhältnisses der Strömungsrate zwischen dem im Druckregelbehälter 53 strömenden Hochtemperaturgas und dem im Bypassrohr 57 strömenden Hochtemperaturgas ist am Trennungspunkt des vom Hochtemperaturgasrohr 56 abzweigenden Bypassrohrs 57 angeordnet. Der Öffnungsgrad des Regelventils 54 wird durch die Steuereinheit 21 gesteuert.
  • Auch gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden der Steuereinheit 21 zum Berechnen des Regelbehälterinnendrucks Pt die Messsignale von einem Strömungsratensensor 58 zum Erfassen der Hochtemperaturgasströmungsrate (Massenströmungsrate) mg im Druckregelheizelement 53, einem Vorheizgastemperatursensor 59 zum Erfassen der Hochtemperaturgastemperatur Tgi vor dem Heizen des Druckregelbehälters 16 und einem Nachheizgastemperatursensor 60 zum Erfassen der Hochtemperaturgastemperatur Tgo nach dem Heizen des Druckregelbehälters 16 zugeführt.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Wärmemenge des Hochtemperaturgases, die nach einem teilweisen Verbrauch als Wärmequelle des Heizelements 13 verbleibt, als eine Wärmequelle des Druckregelheizelements 53 benutzt. Die vom Hochtemperaturgas dem Druckregelbehälter 16 zugeführte Wärmemenge Q3 entspricht deshalb der vom elektrischen Heizelement 46a der Druckregelflüssigkeit 18 zugeführten Wärmemenge Q1 im oben beschriebenen siebten Ausführungsbeispiel.
  • Bekanntermaßen wird die vom Hochtemperaturgas dem Druckregelbehälter 16 zugeführte Wärmemenge Q3 durch Gleichung (2) berechnet, und die Hochtemperaturabschnittstemperatur Th durch Gleichung (3): Q3 = mg·C9p·(Tgi – Tgo) (2) Th = Q3/(m – Cp) – T0 (3)wobei Cgp die spezifische Wärme (kJ/kg·K) des Hochtemperaturgases ist. Auch wird wie im oben beschriebenen siebten Ausführungsbeispiel die Hochtemperaturabschnittstemperatur Th unter Verwendung der Kühlabschnittstemperatur T2 anstelle der Temperatur T0 des noch durch das elektrische Heizelement 46a zu heizenden Druckregelbehälters 16 berechnet.
  • 21 ist ein schematisches Blockschaltbild des Steuerbetriebs des Behälterinnendrucks Pc gemäß diesem Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Regelbehälterinnendruck Pt durch Berechnen des Sättigungsdampfdrucks der Druckregelflüssigkeit 18 bei der Hochtemperaturabschnittstemperatur Th basierend auf der Hochtemperaturabschnittstemperatur Th des Druckregelbehälters 16, die durch Gleichungen (2), (3) berechnet wurde, und der in 7 dargestellten Dampfdruckkurve der Arbeitsflüssigkeit 12 berechnet.
  • Falls der Regelbehälterinnendruck Pt niedriger als der Sollwert Pc0 ist, wird der Öffnungsgrad des Regelventils 54 erhöht, um dadurch die Strömungsrate mg des Hochtemperaturgases in Druckregelheizelement 53 zu erhöhen. Als Ergebnis steigt die Hochtemperaturabschnittstemperatur Th des Druckregelbehälters 16 und gleiches gilt auch für den Regelbehälterinnendruck Pt.
  • Falls der Regelbehälterinnendruck Pt höher als der Sollwert Pc0 ist, wird dagegen der Öffnungsgrad des Regelventils 54 verringert, um dadurch die Strömungsrate mg des Hochtemperaturgases im Druckregelheizelement 53 zu verringern. Als Ergebnis sinkt die Hochtemperaturabschnittstemperatur Th des Druckregelbehälters 16 und gleiches gilt für den Regelbehälterinnendruck Pt.
  • Dann erreicht der Mittelwert Pca des Behälterinnendrucks Pc wie in den fünften bis siebten Ausführungsbeispielen den Sollwert Pc0. Als Ergebnis kann der Betriebszustand der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 immer dem Idealzustand angenähert werden, und deshalb wird die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10, welche sonst durch die Änderung im Sättigungsdampfdruck Ps1 oder die Änderung im Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc verursacht werden könnte, verhindert.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Restwärmemenge des die Heizquelle des Heizelements 13 bildenden Hochtemperaturgases als Heizquelle zum Verdampfen der Druckregelflüssigkeit 18 im Druckregelbehälter 16 verwendet werden. Als Ergebnis kann die Abwärme effektiv genutzt werden und deshalb kann der energetische Wirkungsgrad der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 insgesamt verbessert werden.
  • Auch können die vom Hochtemperaturgas dem Druckregelbehälter 16 zugeführte Wärmemenge Q3 und die Hochtemperaturabschnittstemperatur Th, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel durch die Gleichungen (2), (3) berechnet wird, alternativ aus dem Hochtemperaturgas durch Korrigieren der Gleichungen (2), (3) mittels eines geeigneten Koeffizienten berechnet werden.
  • Ebenso kann die Hochtemperaturabschnittstemperatur Th, obwohl sie gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus der Strömungsrate, der Temperatur, usw. des Hochtemperaturgases berechnet wird, alternativ direkt durch den Hochtemperaturabschnittstemperatursensor 51 wie im oben beschriebenen sechsten Ausführungsbeispiel erfasst werden.
  • Auch kann der Regelbehälterinnendruck Pt, obwohl gemäß diesem Ausführungsbeispiel basierend auf der Hochtemperaturabschnittstemperatur Th berechnet, alternativ wie im oben beschriebenen fünften Ausführungsbeispiel durch den Regelbehälterinnendrucksensor 23 direkt erfasst werden.
  • Ebenso wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Kühlabschnittstemperatur T2 anstelle der Temperatur T0 des noch durch das elektrische Heizelement 46a zu heizenden Druckregelbehälters 16 verwendet. Die Kühlabschnittstemperatur T2 muss jedoch nicht unbedingt verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Temperatur nahe der Temperatur T0 des noch durch das elektrische Heizelement 46a zu heizenden Druckregelbehälters 16 einschließlich der Temperatur eines Abschnitts des Behälters 11 außer dem Heizabschnitt 11a oder der Umgebungstemperatur in der Nähe des Druckregelbehälters 16 anstelle der Temperatur T0 des noch durch das elektrische Heizelement 46a zu heizenden Druckregelbehälters 16 verwendet werden.
  • Übrigens kann der Dampf 50 im Hochtemperaturabschnitt 48 entweder der reine Dampf der Druckregelflüssigkeit 18 oder ein Gemisch des Dampfes der Druckregelflüssigkeit 18 und eines weiteren Gases (beispielsweise Luft) sein. Ebenso kann wie in den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen ein Gas 100 im Druckregelbehälter 16 eingeschlossen sein.
  • (Neuntes Ausführungsbeispiel)
  • In den zweiten bis achten Ausführungsbeispielen wird der Regelbehälterinnendruck Pt dem idealen Mittelwert Pci (3A) durch Verwenden verschiedener Sensoren oder die Steuereinheit 21 angenähert. Gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel wird dagegen der Regelbehälterinnendruck Pt dem idealen Mittelwert Pci ohne Verwendung der Sensoren oder der Steuereinheit 21 angenähert.
  • 22 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus des Krafterzeugungssystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind im Vergleich zum oben beschriebenen achten Ausführungsbeispiel die Steuereinheit 21, der Heizabschnittstemperatursensor 22, der Kühlabschnittstemperatursensor 31, das Regelventil 54, das Bypassrohr 57, der Strömungsratensensor 58, der Vorheizgastemperatursensor 59 und der Nachheizgastemperatursensor 60 weggelassen.
  • 23 zeigt ein Modell des Wärmewiderstandes im Druckregelbehälter 16 gemäß diesem Ausführungsbeispiel. In 23 bezeichnet das Bezugszeichen Tgi eine Hochtemperaturgastemperatur vor dem Heizen des Druckregelbehälters 16, wie im achten Ausführungsbeispiel beschrieben, das Zeichen Th die im fünften Ausführungsbeispiel beschriebene Hochtemperaturabschnittstemperatur, das Zeichen Tc die im fünften Ausführungsbeispiel beschriebene Niedertemperaturabschnittstemperatur, das Bezugszeichen Rgi den Wärmewiderstand zwischen dem Hochtemperaturgas vor dem Heizen des Druckregelbehälters 16 und dem Hochtemperaturabschnitt 48 des Druckregelbehälters 16 und das Bezugszeichen Rh den Wärmewiderstand zwischen dem Hochtemperaturabschnitt 48 und dem unteren Ende des Niedertemperaturabschnitts 49 des Druckregelbehälters 16 (dem Auslass des Druckregelbehälters 16).
  • Wie aus 23 ersichtlich, hat der Druckregelbehälter 16 eine Konstruktion mit einem solchen Wärmewiderstand, dass, wenn er einmal durch das Hochtemperaturgas erwärmt ist, die Hochtemperaturabschnittstemperatur Th immer niedriger als die Hochtemperaturgastemperatur Tgi vor dem Heizen des Druckregelbehälters 16 und höher als die Niedertemperaturabschnittstemperatur Tc ist (Tc < Th < Tgi).
  • Weiter ist, wie im siebten Ausführungsbeispiel beschrieben, das Druckregelheizelement 53 stromab des Heizelements 13 im Hochtemperaturgasstrom angeordnet, und deshalb ist die Hochtemperaturabschnittstemperatur Th immer niedriger als die Heizabschnittstemperatur T1. Auch ist, wie im fünften Ausführungsbeispiel beschrieben, die Niedertemperaturabschnittstemperatur Tc etwas höher als die Kühlabschnittstemperatur T2 und deshalb ist die Hochtemperaturabschnittstemperatur Th immer niedriger als die Heizabschnittstemperatur T1 und höher als die Kühlabschnittstemperatur T2 (T2 < Th < T1).
  • Es sei angenommen, dass die ideale Temperatur Ti jene der Druckregelflüssigkeit 18 in dem Fall ist, wenn der Sättigungsdampfdruck der Druckregelflüssigkeit 18 gleich dem idealen Mittelwert Pci ist. Durch Einstellen des Wärmewiderstandes Rgi und des Wärmewiderstandes Rh in einer solchen Weise, dass die Hochtemperaturabschnittstemperatur Th im Wesentlichen gleich der idealen Temperatur Ti ist, wird der Regelbehälterinnendruck Pt immer im Wesentlichen gleich dem idealen Mittelwert Pci.
  • Dann erreicht der Mittelwert Pca des Behälterinnendrucks Pc wie in den oben beschriebenen zweiten bis achten Ausführungsbeispielen den idealen Mittelwert Pci. Als Ergebnis kann der Betriebszustand der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 immer dem idealen Zustand angenähert werden, und deshalb wird die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10, welche sonst durch die Änderung im Sättigungsdampfdruck Ps1 oder die Änderung im Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc verursacht werden könnte, verhindert.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann der Behälterinnendruck Pc dem idealen Mittelwert Pci ohne Verwenden der Steuereinheit 21 und der verschiedenen Sensoren angenähert werden, und deshalb kann der Aufbau der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 vereinfacht werden, was in niedrigeren Kosten davon resultiert.
  • Übrigens ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Druckregelheizelement 53 im Hochtemperaturgasstrom stromab des Heizelements 13 positioniert. Nichtsdestotrotz ist die Erfindung nicht unbedingt auf diese Anordnung beschränkt, und sofern der Druckregelbehälter 16 so aufgebaut ist, dass er den oben beschriebenen Wärmewiderstand besitzt, kann das Druckregelheizelement 53 im Hochtemperaturgasstrom auch stromauf des Heizelements 13 positioniert werden.
  • Auch kann der Dampf 50 im Hochtemperaturabschnitt 48 entweder der reine Dampf der Druckregelflüssigkeit 18 oder ein Gemisch des Dampfes der Druckregelflüssigkeit 18 und eines weiteren Gases (beispielsweise Luft) sein. Ferner kann wie in den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispielen ein Gas 100 im Druckregelbehälter 16 eingeschlossen sein.
  • (Zehntes Ausführungsbeispiel)
  • Gemäß dem oben beschriebenen neunten Ausführungsbeispiel wird der Druckregelbehälter 16 durch das Hochtemperaturgas erwärmt. Im zehnten Ausführungsbeispiel wird jedoch, wie in 24 dargestellt, der Druckregelbehälter 16 durch eine Wärmeleitung vom Heizelement 13 erwärmt.
  • 24 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus des Krafterzeugungssystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Der Druckregelbehälter 16 gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat einen Aufbau mit einem ähnlichen Wärmewiderstand wie jener des neunten Ausführungsbeispiels. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist auch ein Hochtemperaturwärmeleitungselement 61 angeordnet, um die Wärme des Heizelements 13 zum Druckregelbehälter 53 zu übertragen. Als Ergebnis hat das Druckregelheizelement 53 die gleiche Wärmequelle wie das Heizelement 13.
  • Auch mit dem oben beschriebenen Aufbau kann ein ähnlicher Effekt wie im neunten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
  • Übrigens kann der Dampf 50 im Hochtemperaturabschnitt 48 entweder der reine Dampf der Druckregelflüssigkeit 18 oder ein Gemisch des Dampfes der Druckregelflüssigkeit 18 und eines weiteren Gases (beispielsweise Luft) sein. Ebenso kann wie in den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen ein Gas 100 im Druckregelbehälter 16 eingeschlossen sein.
  • (Elftes Ausführungsbeispiel)
  • Anders als im zehnten Ausführungsbeispiel, bei dem die Niedertemperaturabschnittstemperatur Tc etwas höher als die Kühlabschnittstemperatur T2 ist, ist das elfte Ausführungsbeispiel derart, dass, wie in 25 dargestellt, die Niedertemperaturabschnittstemperatur Tc näher der Kühlabschnittstemperatur T2 angenähert ist.
  • 25 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus des Krafterzeugungssystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Druckregelkühlelement 62 am Ende des Druckregelbehälters 16 näher zum Verbindungsrohr 17 (unteres Ende in 20) angeordnet. Auch ist ein Niedertemperaturwärmeleitungselement 63 angeordnet, um Wärme vom Druckregelkühlelement 62 zum Kühlabschnitt 11b zu übertragen.
  • Als Ergebnis wird der Auslass des Druckregelbehälters 16 (unteres Ende des Niedertemperaturabschnitts 49) durch das im Kühlelement 14 zirkulierende Kühlwasser gekühlt. Daher ist der Abschnitt des Druckregelbehälters 16, der mit dem Druckregelkühlelement 62 in Kontakt ist, vorzugsweise aus einem Material von hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der Auslass des Druckregelbehälters 16 (unteres Ende des Niedertemperaturabschnitts 49) auf eine Temperatur beinahe gleich der Temperatur der Kühlabschnittstemperatur T2 gekühlt und deshalb kann die Niedertemperaturabschnittstemperatur Tc definitiv auf einem Niveau nicht höher als der Siedepunkt der Druckregelflüssigkeit 18 gehalten werden.
  • In Anbetracht der Tatsache, dass der Flüssigkeitspegel der Druckregelflüssigkeit 18 sicher im Hochtemperaturabschnitt 48 positioniert werden kann, kann die Druckregelflüssigkeit 18 sicher in Kontakt mit dem Hochtemperaturabschnitt 48 gehalten werden, wodurch es möglich gemacht wird, den Druckregelbehälter 16 sicher im Siedezustand zu halten. Als Ergebnis kann der Regelbehälterinnerdruck Pt sicher auf einem Niveau gleich dem Sättigungsdampfdruck der Druckregelflüssigkeit 18 bei der Hochtemperaturabschnittstemperatur Th gehalten werden.
  • Übrigens kann der Dampf im Hochtemperaturabschnitt 48 entweder der reine Dampf der Druckregelflüssigkeit 18 oder ein Gemisch des Dampfes der Druckregelflüssigkeit 18 und eines weiteren Gases (beispielsweise Luft) sein. Auch kann wie in den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen ein Gas 100 im Druckregelbehälter 16 eingeschlossen sein.
  • (Zwölftes Ausführungsbeispiel)
  • In den oben beschriebenen fünften bis elften Ausführungsbeispielen wird der Behälterinnendruck Pc durch Verdampfen der Druckregelflüssigkeit 18 im Druckregelbehälter 16 gesteuert. Gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel wird dagegen, wie in 26 gezeigt, das Volumen des Druckregelbehälters 16 beim Verdampfen der Druckregelflüssigkeit 18 durch einen Volumenregelmechanismus 70 vergrößert.
  • 26 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Druckregelbehälters 16 gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Druckregelbehälter 16 als der Druckregelbehälter 16 der fünften bis elften Ausführungsbeispiele anwendbar. Das den Volumenregelmechanismus bildende elastische Element 70 ist auf der Seite des Niedertemperaturabschnitts 49 (untere Seite in 26) im Druckregelbehälter 16 angeordnet. Das elastische Element 70 besteht aus einem hohlen kugelförmigen Element 70a aus einem elastischen Material wie beispielsweise Gummi sowie einem in dem hohlen kugelförmigen Element eingeschlossenen Gas (beispielsweise Luft oder Helium) 70b von hoher Kompressibilität. Das elastische Element 70 kann auch als eine Kugel gebildet sein, die mit einem elastischen Material wie beispielsweise Gummi gefüllt ist.
  • Ein Maschenelement 71 zum Verhindern einer Verschiebung des elastischen Elements 70 zum Hochtemperaturabschnitt 48 ist fest an der Innenwand des Druckregelbehälters 16 oberhalb des elastischen Elements 70 im Druckregelbehälter 16 angebracht.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das elastische Element 70 durch die Volumenausdehnung des Dampfes 50 beim Verdampfen der Druckregelflüssigkeit 18 im Druckregelbehälter 16 komprimiert und deshalb kann die Volumenausdehnung des Dampfes 50 absorbiert werden. Als Ergebnis kann ein zum Verdampfen der Druckregelflüssigkeit 18 erforderlicher Raum im Druckregelbehälter 16 gesichert werden, und deshalb wird die Verdampfung der Druckregelflüssigkeit 18 durch die Volumenausdehnung des Dampfes 50 nicht verhindert.
  • Ferner wird, da die Volumenausdehnung des Dampfes 50 in das elastische Element 70 absorbiert wird, das Einströmen/Ausströmen der Druckregelflüssigkeit 18 oder der Arbeitsflüssigkeit 12 zwischen dem Druckregelbehälter 16 und dem Behälter 11 unterdrückt. Als Ergebnis kann die große Änderung im Regelbehälterinnendruck Pt durch das Einströmen/Ausströmen der Druckregelflüssigkeit 18 unterdrückt werden und deshalb wird verhindert, dass der Betrieb der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 durch die große Veränderung im Regelbehälterinnendruck Pt instabil wird.
  • Auch verhindert gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Anordnung des Maschenelements 71 zum Verhindern der Verschiebung des elastischen Elements 70 zum Hochtemperaturabschnitt 48, dass der das elastische Element 70 bildende Gummi oder dergleichen durch die Wärme des Hochtemperaturabschnitts 48 geschmolzen wird.
  • (Dreizehntes Ausführungsbeispiel)
  • Gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel besteht der Volumenregelmechanismus aus dem elastischen Element 70. Im dreizehnten Ausführungsbeispiel besteht dagegen der Volumenregelmechanismus 72, wie in 27 dargestellt, aus einer Trennplatte 72a, die im Druckregelbehälter 16 angeordnet ist, und einem durch die Trennplatte 72a komprimierten Gas 72b.
  • 27 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Druckregelbehälters 16 gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind im Vergleich zum zwölften Ausführungsbeispiel das elastische Element 70 und das Maschenelement 71 weggelassen. In diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch die Trennplatte 72a verschiebbar an der Innenwand des Druckregelbehälters 16 darin angeordnet. Diese Trennplatte 72a trennt den Innenraum des Druckregelbehälters 16 in einen Raum mit der Druckregelflüssigkeit 18 und einen Raum mit einem eingeschlossenen Gas 73 von hoher Kompressibilität (beispielsweise Luft oder Helium).
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Trennplatte 72a durch die Druckregelflüssigkeit 18 beim Verdampfen und bei der Volumenausdehnung der Druckregelflüssigkeit 18 im Druckregelbehälter 16 gedrückt, sodass die Trennplatte 72a das Gas 72b komprimiert und deshalb kann die Volumenausdehnung des Dampfes 50 absorbiert werden.
  • Als Ergebnis können die Wirkungen ähnlich jenen des oben beschriebenen zwölften Ausführungsbeispiels erzeugt werden.
  • (Vierzehntes Ausführungsbeispiel)
  • Gemäß dem oben beschriebenen dreizehnten Ausführungsbeispiel besteht der Volumenregelmechanismus 72 aus der im Druckregelbehälter 16 angeordneten Trennplatte 72a und dem durch die Trennplatte 72a komprimierten Gas 72b. Im vierzehnten Ausführungsbeispiel besteht dagegen der Volumenregelmechanismus 73, wie in 28 dargestellt, aus der im Druckregelbehälter 16 angeordneten Trennplatte 72a und einem durch die Trennplatte 72a komprimierten elastischen Element 74.
  • 28 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Druckregelbehälters 16 gemäß diesem Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel ist das elastische Element 74 in dem Teil des durch die Trennplatte 72a getrennten Innenraums des Druckregelbehälters 16 angeordnet, der von dem die Druckregelflüssigkeit 18 enthaltenden Raum entfernt ist, d.h. in dem Raum mit dem eingeschlossen Gas 72b im dreizehnten Ausführungsbeispiel.
  • Die Druckregelflüssigkeit 18 drückt bei ihrer Verdampfung und Volumenausdehnung im Druckregelbehälter 16 auf die Trennplatte 72a, die ihrerseits das elastische Element 74 komprimiert, und deshalb wird die Volumenausdehnung des Dampfes 50 absorbiert.
  • Als Ergebnis werden die Wirkungen ähnlich jenen des dreizehnten Ausführungsbeispiels erzeugt.
  • (Fünfzehntes Ausführungsbeispiel)
  • In den zwölften bis vierzehnten Ausführungsbeispielen wird die Volumenausdehnung des Dampfes 50 aufgrund der Verdampfung durch den Volumenregelmechanismus absorbiert. Gemäß dem fünfzehnten Ausführungsbeispiel wird dagegen, wie in 29 dargestellt, die Temperatur der Druckregelflüssigkeit 18 beim Verdampfen der Druckregelflüssigkeit 18 durch einen Temperaturregelmechanismus reduziert.
  • 29 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Druckregelbehälters 16 gemäß diesem Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel sind anders als im zwölften Ausführungsbeispiel das elastische Element 70 und das Maschenelement 71 weggelassen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch eine den Temperaturregelmechanismus bildende Temperatursteuerung 75 auf der Seite des Niedertemperaturabschnitts 49 (untere Seite in 29) im Druckregelbehälter 16 angeordnet.
  • Die Temperatursteuerung 75 enthält eine Heizereinheit 75a zum Heizen und thermischen Ausdehnen der Druckregelflüssigkeit 18 und eine Kühlereinheit 75b zum Kühlen und thermischen Zusammenziehen der Druckregelflüssigkeit 18. Der Ein/Aus-Steuerbetrieb der Heizereinheit 75a und der Kühlereinheit 75b der Temperatursteuerung 75 wird durch die Steuereinheit 21 basierend auf dem durch den Regelbehälterinnendrucksensor 23 erfassten Regelbehälterinnendruck Pt durchgeführt.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird bei der Verdampfung und der Volumenausdehnung der Druckregelflüssigkeit 18 im Druckregelbehälter 16 die Kühlereinheit 75b aktiviert und sie kühlt die Druckregelflüssigkeit 18. Als Ergebnis wird die Druckregelflüssigkeit 18 thermisch zusammengezogen, und deshalb wird die Volumenausdehnung des Dampfes 50 bei der Verdampfung absorbiert.
  • Bei der Volumenverringerung des Dampfes 50 durch die Verflüssigung im Druckregelbehälter 16 wird dagegen die Heizereinheit 75a aktiviert und sie heizt die Druckregelflüssigkeit 18. Als Ergebnis wird die Druckregelflüssigkeit 18 thermisch ausgedehnt, um dadurch die Volumenverringerung des Dampfes 50 bei der Verflüssigung zu absorbieren.
  • So werden ähnliche Wirkungen wie jene der zwölften bis vierzehnten Ausführungsbeispiele erzeugt.
  • (Sechzehntes Ausführungsbeispiel)
  • In den oben beschriebenen zweiten, dritten und fünften bis fünfzehnten Ausführungsbeispielen ist die Drossel 30 mit einem kleineren Strömungspfaddurchmesser im Verbindungsrohr 17 ausgebildet. Gemäß dem sechzehnten Ausführungsbeispiel ist dagegen, wie in 30 dargestellt, die Drossel 30 weggelassen und ein Maschenelement 76 ist im Verbindungsrohr 17 angeordnet.
  • 30 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Verbindungsrohrs 17 gemäß diesem Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Maschenelement 76 aus Metall gebildet. Dieses Maschenelement 76 kann den Strömungspfadwiderstand im Verbindungsrohr 17 vergrößern und deshalb wird wie in dem Fall, in dem die Drossel 30 ausgebildet ist, die Ausbreitung des Behälterinnendrucks Pc in den Druckregelbehälter 16 unterdrückt.
  • (Siebzehntes Ausführungsbeispiel)
  • Im sechzehnten Ausführungsbeispiel ist das Maschenelement 76 im Verbindungsrohr 17 angeordnet. Gemäß dem siebzehnten Ausführungsbeispiel ist dagegen, wie in 31 dargestellt, das Maschenelement 76 weggelassen und ist eine Blende 77 angeordnet.
  • 31 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Verbindungsrohrs 17 gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Die Blende 77 kann den Strömungspfadwiderstand im Verbindungsrohr 17 vergrößern und deshalb werden ähnliche Wirkungen wie jene des sechzehnten Ausführungsbeispiels erzeugt.
  • (Achtzehntes Ausführungsbeispiel)
  • In den oben beschriebenen zweiten, dritten und fünften bis siebzehnten Aus führungsbeispielen verhindern die Anordnung des Druckregelbehälters 16 und das Regeln des Regelbehälterinnendrucks Pt die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10, welche sonst durch die Veränderung im Sättigungsdampfdruck Ps1 oder die Veränderung im Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc verursacht werden könnte. Gemäß dem achtzehnten Ausführungsbeispiel ist dagegen, wie in 32 dargestellt, der Druckregelbehälter 16 weggelassen und durch Regeln des Volumens des Behälters 11 wird die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 durch die Veränderung im Sättigungsdampfdruck Ps1 oder die Veränderung im Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc verhindert.
  • 32 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus des Krafterzeugungssystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind im Vergleich zum oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel der Druckregelbehälter 16, das Verbindungsrohr 17 und der Kolbenmechanismus 19 weggelassen.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein balgartiger Expansions- und Kontraktionsabschnitt, der horizontal verlängerbar ist, im gebogenen Abschnitt 11d des Behälters 11 ausgebildet. Ein elektrischer Stellantrieb 79 zum Ausdehnen und Zusammenziehen des Expansions- und Kontraktionsabschnitts 78 ist mit dem Behälter 11 verbunden. Der elektrische Stellantrieb 79 entspricht dem Erweiterungs- und Kontraktionsantriebsmechanismus gemäß dieser Erfindung.
  • Der elektrische Stellantrieb 79 wird durch die Steuereinheit 21 basierend auf der durch den Heizabschnittstemperatursensor 22 erfassten Heizabschnittstemperatur T1, der durch den Kühlabschnittstemperatursensor 31 erfassten Kühlabschnittstemperatur T2 und dem durch den Behälterinnendrucksensor 45 erfassten Behälterinnendruck Pc gesteuert.
  • 33 ist ein schematisches Blockschaltbild des Betriebs zum Steuern des Behälterinnendrucks Pc gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird, falls der Mittelwert Pca des Behälterinnendrucks Pc niedriger als der Sollwert Pc0 ist, der Behälterinnendruck Pc durch Steuern des elektrischen Stell antriebs 79 in einer solchen Weise, dass der Expansions- und Kontraktionsabschnitt 78 schrumpft, erhöht.
  • Falls der Mittelwert Pca des Behälterinnendrucks Pc höher als der Sollwert Pc0 ist, wird dagegen der Behälterinnendruck Pc durch Steuern des elektrischen Stellantriebs 79 in einer solchen Weise, dass der Expansions- und Kontraktionsabschnitt 78 erweitert wird, verkleinert.
  • Als Ergebnis erreicht der Mittelwert Pca des Behälterinnendrucks Pc den Sollwert Pc0. Daher kann der Betriebszustand der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 immer dem Idealzustand angenähert werden und deshalb wird die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10, welche sonst durch die Veränderung im Sättigungsdampfdruck Ps1 oder die Veränderung im Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc verursacht werden könnte, verhindert.
  • Gemäß dieser Erfindung wird der Mittelwert Pca des Behälterinnendrucks Pc dem Sollwert Pc0 angenähert. Nichtsdestotrotz kann der Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc alternativ auch dem Sättigungsdampfdruck Ps1 angenähert werden.
  • (Neunzehntes Ausführungsbeispiel)
  • Im oben beschriebenen achtzehnten Ausführungsbeispiel wird die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10, welche sonst durch die Veränderung im Sättigungsdampfdruck Ps1 oder die Veränderung im Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc verursacht werden könnte, durch Regeln des Volumens des Behälters 11 verhindert. Gemäß dem neunzehnten Ausführungsbeispiel wird dagegen, wie in 34 dargestellt, die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10, welche sonst durch die Veränderung im Sättigungsdampfdruck Ps1 oder die Veränderung im Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc verursacht werden könnte, durch Regeln der Temperatur der Arbeitsflüssigkeit 12 verhindert.
  • 34 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus des Krafterzeugungssystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind anders als im achtzehnten Ausführungsbeispiel der Expansions- und Kontraktionsabschnitt 78, der elektrische Stellantrieb 79 und der Kühlabschnittstemperatursensor 31 weggelassen. Auch ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Temperatursteuerung 80 zum Halten einer konstanten Temperatur der Arbeitsflüssigkeit 12 an einem anderen Abschnitt als dem Heizabschnitt 11a und dem Kühlabschnitt 11b des Behälters 11 angeordnet.
  • Die Temperatursteuerung 80 enthält eine Heizelementeinheit 80a zum Heizen der Arbeitsflüssigkeit 12 und eine Kühlelementeinheit 80b zum Kühlen der Arbeitsflüssigkeit 12. Der Ein/Aus-Steuerbetrieb der Heizelementeinheit 80a und der Kühlelementeinheit 80b der Temperatursteuerung 80 wird durch die Steuereinheit 21 basierend auf der durch den Heizabschnittstemperatursensor 22 erfassten Heizabschnittstemperatur T1 und dem durch den Behälterinnendrucksensor 45 erfassten Behälterinnendruck Pc durchgeführt.
  • 35 ist ein schematisches Blockschaltbild des Betriebs zum Steuern des Behälterinnendrucks Pc gemäß diesem Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Sättigungsdampfdruck Ps1 der Arbeitsflüssigkeit 12 bei der Heizabschnittstemperatur T1 basierend auf der Heizabschnittstemperatur T1 und der in 7 dargestellten Dampfdruckkurve der Arbeitsflüssigkeit 12 berechnet.
  • Falls der Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc höher als der Sättigungsdampfdruck Ps1 ist, wird die Kühlelementeinheit 80b betrieben, um die Arbeitsflüssigkeit 12 zu kühlen. Als Ergebnis wird die Arbeitsflüssigkeit 12 thermisch kontrahiert, sodass der Behälterinnendruck Pc sinkt, und gleiches gilt für den Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc.
  • Falls der Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc dagegen niedriger als der Sättigungsdampfdruck Ps1 ist, wird die Heizelementeinheit 80a betrieben, um die Arbeitsflüssigkeit 12 zu heizen. Als Ergebnis wird die Arbeitsflüssigkeit 12 thermisch ausgedehnt, sodass der Behälterinnendruck Pc größer wird, und gleiches gilt für den Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc.
  • Als Ergebnis erreicht der Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc den Sättigungsdampfdruck Ps1 der Arbeitsflüssigkeit 12 bei der Heizabschnittstemperatur T1 . Folglich kann der Betriebszustand der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 immer dem Idealzustand angenähert werden und deshalb wird die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10, welche sonst durch die Veränderung im Sättigungsdampfdruck Ps1 oder die Veränderung im Spitzenwert Pc1 des Behälterinnendrucks Pc verursacht werden könnte, verhindert.
  • (Zwanzigstes Ausführungsbeispiel)
  • In jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele wird der Betriebszustand der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 immer durch Regeln des Behälterinnendrucks Pc dem Idealzustand angenähert. Gemäß dem zwanzigsten Ausführungsbeispiel wird dagegen die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10, welche sonst durch die Volumenänderung der Arbeitsflüssigkeit 12 verursacht werden könnte, durch Regeln des Volumens des Behälters 11 in Abhängigkeit von der Temperaturänderung der Arbeitsflüssigkeit 12 unterdrückt (5).
  • 36 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus des Krafterzeugungssystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel sind anders als im neunzehnten Ausführungsbeispiel die Temperatursteuerung 80, die Steuereinheit 21, der Heizabschnittstemperatursensor 22 und der Behälterinnendrucksensor 45 weggelassen.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist dagegen der Innenraum des gebogenen Abschnitts 11d des Behälters 11 in einen Strömungsraum 81, in dem die Arbeitsflüssigkeit 12 durch Eigenschwingung strömt, und einen Behältervolumenregelraum 82 zum Regeln des Volumens des Behälters 11 aufgeteilt.
  • Insbesondere ist der Strömungsraum 81 auf der Seite des Innern des gebogenen Abschnitts 11d näher zum ersten und zweiten geraden Abschnitt 11e, 11f (obere Seite in 34) als eine horizontal verlaufende Trennwand 83 ausgebildet. Der Behältervolumenregelraum 82 ist dagegen auf der Seite des Innern des gebogenen Abschnitts 11d entfernter vom ersten und zweiten geraden Abschnitt 11e, 11f (untere Seite in 34) als die Trennwand 83 gebildet. Ein Verbindungsabschnitt 84 zum Einrichtung einer Verbindung zwischen dem Strömungsraum 81 und dem Behältervolumenregelraum 82 ist am Mittelteil der Trennwand 83 ausgebildet.
  • Durch Regeln des Volumens des Behältervolumenregelraums 82 kann deshalb das Volumen des Behälters 11 in seiner Gesamtheit geregelt werden. Der Volumenregelmechanismus 85 zum Regeln des Volumens des Behältervolumenregelraums 82 besteht aus einer ersten und einer zweiten Trennplatte 86, 87, einem Verbindungsabschnitt 88, einem ersten und einem zweiten Gas 89, 90 und einem Wärmeleitabschnitt 91.
  • Die erste Trennplatte 86 und die zweite Trennplatte 87 sind horizontal in zueinander abgewandter Beziehung im Behältervolumenregelraum 82 angeordnet und miteinander durch den Verbindungsabschnitt 88 verbunden. Die Außenumfangsenden der ersten und der zweiten Trennplatte 86, 87 können gemeinsam mit der Innenwand und der Trennwand 83 des Behälters 11 gleiten, und der Behältervolumenregelraum 82 ist durch die erste und die zweite Trennplatte 86, 87 in drei Räume geteilt.
  • Insbesondere ist der Behältervolumenregelraum 82 in einen ersten Raum 92 zwischen der ersten Trennplatte 86 und der zweiten Trennplatte 87, einen zweiten Raum 93 auf der anderen Seite der ersten Trennplatte 86 entfernt vom ersten Raum 92 und einen dritten Raum 94 auf der anderen Seite der zweiten Trennplatte 87 entfernt vom ersten Raum 92 aufgeteilt.
  • Die Wandfläche 95 des Behälters 11, die dem Behältervolumenraum 82 zugewandt ist und die in der Richtung (horizontale Richtung in 34) in rechten Winkeln zur ersten und zweiten Trennplatte 86, 87 verläuft, ist so gestuft, dass ihre Seite des dritten Raums 94 niedriger als ihre Seite des zweiten Raums 93 ist. Als Ergebnis sind die Schnittflächen des Behältervolumenregelraums 82 in einer Ebene parallel zur ersten und zweiten Trennplatte 86, 87 derart, dass die Schnittfläche A3 auf der Seite des dritten Raums 94 größer als die Schnittfläche A2 auf der Seite des zweiten Raums 93 ist.
  • Als Ergebnis wird das Volumen des ersten Raums 92 bei der horizontalen Gleitbewegung der ersten und der zweiten Trennplatte 86, 87 zum dritten Raum 94 vergrößert, um dadurch das Volumen des Behälters 11 insgesamt zu vergrößern. Die horizontale Gleitbewegung der ersten und der zweiten Trennplatte 86, 87 zum zweiten Raum 93 verkleinert dagegen das Volumen des ersten Raums 92, um dadurch das Volumen des Behälters 11 insgesamt zu verkleinern.
  • In Anbetracht der Tatsache, dass der Raum 92 mit dem Strömungsraum 81 durch den Verbindungsabschnitt 84 in Verbindung steht, ist der erste Raum 92 mit der Arbeitsflüssigkeit 12 gefüllt. Der zweite Raum 93 ist dagegen mit einem ersten Gas (beispielsweise Luft oder Helium) 89 von hoher Kompressibilität gefüllt und der dritte Raum 94 mit einem zweiten Gas (beispielsweise Luft oder Helium) 90 von hoher Kompressibilität.
  • Die Temperatur des ersten Gases 89 im zweiten Raum 93 folgt der Kühlabschnittstemperatur T2 durch den Wärmeleitabschnitt 91. Mit steigender Kühlabschnittstemperatur T2 steigt deshalb auch die Temperatur des ersten Gases 89 und es dehnt sich thermisch aus. Dann drückt das erste Gas 89 auf die erste Trennplatte 86 und deshalb gleitet die erste und die zweite Trennplatte 86, 87 horizontal zum dritten Raum 94, sodass das zweite Gas 90 durch die zweite Trennplatte 87 komprimiert wird. Als Ergebnis wird das Volumen des Behälters 11 insgesamt vergrößert.
  • Im Gegensatz dazu wird bei einem Abfall der Kühlabschnittstemperatur T2 auch die Temperatur des ersten Gases 89 niedriger und es zieht sich thermisch zusammen. Dann drückt das zweite Gas 90 auf die zweite Trennplatte 87 und deshalb gleiten die erste und die zweite Trennplatte 86, 87 horizontal zum zweiten Raum 93, sodass das erste Gas 89 durch die erste Trennplatte 86 komprimiert wird. Als Ergebnis wird das Volumen des Behälters 11 insgesamt verkleinert.
  • Wie in 4A, 4B und 5 dargestellt, reduziert die Volumenänderung der Arbeitsflüssigkeit 12 das Leistungsvermögen (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10.
  • Deswegen wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Volumen des Behälters 11 in Abhängigkeit von der Volumenänderung der Arbeitsflüssigkeit 12 durch die Veränderung der Kühlabschnittstemperatur T2 geregelt. Insbesondere wird bei einem Anstieg der Kühlabschnittstemperatur T2 die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit 12 erhöht, um dadurch das Volumen der Arbeitsflüssigkeit 12 durch thermische Expansion zu vergrößern, wobei das Volumen des Behälters 11 insgesamt durch den Volumenregelmechanimus 85 vergrößert wird.
  • Bei einem Abfall der Kühlabschnittstemperatur T2 dagegen wird die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit 12 gesenkt, um dadurch das Volumen der Arbeitsflüssigkeit 12 durch thermische Kontraktion zu verkleinern, wobei das Volumen des Behälters 11 insgesamt durch den Volumenregelmechanismus 85 verkleinert wird.
  • Als Ergebnis wird die optimale Beziehung zwischen dem Volumen der Arbeitsflüssigkeit 12 und dem Volumen des Behälters 11 beibehalten und deshalb wird die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10, welche sonst durch die Volumenänderung der Arbeitsflüssigkeit 12 verursacht werden könnte, verhindert.
  • Die Kraft F3, mit welcher das zweite Gas 90 auf die zweite Trennplatte 87 drückt, wird durch die folgende Gleichung (4) ausgedrückt, und der Maximalwert Fmax der Kraft, mit welcher der Behälterinnendruck Pc auf die zweite Trennplatte 87 ausgeübt wird, durch die folgende Gleichung (5): F3 = A3·P3 (4) Fmax = ΔA·Pmax (5)wobei P3 der durch das zweite Gas 90 auf die zweite Trennplatte 87 ausgeübte Druck ist, ΔA der Unterschied zwischen der Querschnittsfläche A3 des dritten Raums 94 und der Querschnittsfläche A2 des zweiten Raums 93 ist (ΔA = A3 – A2) und Pmax der Maximalwert des Behälterinnendrucks Pc in einer Periode ist.
  • Falls die durch das zweite Gas 90 auf die zweite Trennplatte 87 ausgeübte Kraft F3 kleiner oder im Wesentlichen gleich dem Maximalwert Fmax der durch den Behälterinnendruck Pc auf die zweite Trennplatte 87 ausgeübten Kraft ist, dann bewegt die periodische Änderung im Behälterinnendruck Pc die erste und die zweite Trennplatte 86, 87 und ändert dadurch den Behälterinnendruck Pc stark. Als Ergebnis wird die Eigenschwingung der Arbeitsflüssigkeit 12 behindert.
  • Deswegen sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel der durch das zweite Gas 90 auf die Trennplatte 87 ausgeübte Druck P3, die Querschnittsfläche A3 des dritten Raums 94 und die Querschnittsfläche A2 des zweiten Raums 93 in einer solchen Weise eingestellt, dass die durch das zweite Gas 90 auf die zweite Trennplatte 87 ausgeübte Kraft F3 größer als der Maximalwert Fmax der durch den Behälterinnendruck Pc auf die zweite Trennplatte 87 ausgeübten Kraft ist (F3 > Fmax).
  • Auf diese Weise wird verhindert, dass die periodische Änderung des Behälterinnendrucks Pc die erste und die zweite Trennplatte 86, 87 bewegt und daher die Eigenschwingung der Arbeitsflüssigkeit 12 behindert.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10, welche sonst durch die Volumenänderung der Arbeitsflüssigkeit 12 verursacht werden könnte, ohne die Steuereinheit 21 und die verschiedenen Sensoren verhindert, und deshalb kann der Aufbau der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 vereinfacht werden, um die Kosten zu reduzieren.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das zweite Gas 90 im dritten Raum 94 eingeschlossen. Alternativ kann ein dem elastischen Element 74 des vierzehnten Ausführungsbeispiels (28) ähnliches elastisches Element im dritten Raum 94 angeordnet werden, wobei das elastische Element durch die zweite Trennplatte 87 durch die thermische Expansion des ersten Gases 89 im zweiten Raum 93 komprimiert wird.
  • (Einundzwanzigstes Ausführungsbeispiel)
  • Im oben beschriebenen zwanzigsten Ausführungsbeispiel wird die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer. Wärmezufuhr 10, welche sonst durch die Volumenänderung der Arbeitsflüssigkeit 12 verursacht werden könnte, durch Regeln des Volumens des Behälters 11 in Abhängigkeit von der Temperaturänderung der Arbeitsflüssigkeit 12 verhindert. Gemäß dem einundzanzigsten Ausführungsbeispiel wird dagegen die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10, welche sonst durch die Volumenänderung der Arbeitsflüssigkeit 12 verursacht werden könnte, durch Unterdrücken der Volumenänderung der Arbeitsflüssigkeit 12 verhindert.
  • 37 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus des Krafterzeugungssystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Im Vergleich zum oben beschriebenen neunzehnten Ausführungsbeispiel sind der Behältervolumenregelraum 82, die erste und die zweite Trennplatte 86, 87, die den Volumenregelmechanismus 85 bilden, die Verbindungseinheit 88, das erste und das zweite Gas 89, 90 sowie der Wärmeleitabschnitt 91 weggelassen.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind dagegen eine erste Arbeitsflüssigkeit 96 und eine zweite Arbeitsflüssigkeit 97 von kleinerem linearen Ausdehnungskoeffizienten als die erste Arbeitsflüssigkeit 96 und in der ersten Arbeitsflüssigkeit 96 unlöslich in einem Zustand im ersten Behälter 11 eingeschlossen, dass sie darin strömen können. In diesem Beispiel wird Wasser als die erste Arbeitsflüssigkeit 96 benutzt und Quecksilber als die zweite Arbeitsflüssigkeit 97.
  • Insbesondere ist die zweite Arbeitsflüssigkeit 97 in etwa dem gleichen Volumen wie der Heizabschnitt 11a im Heizabschnitt 11a des Behälters 11 eingeschlossen, wobei die erste Arbeitsflüssigkeit 96 nicht im Heizabschnitt 11a des Behälters 11 eingeschlossen ist.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird Wasser als die erste Arbeitsflüssigkeit 96 benutzt. Auch ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Heizabschnitt 11a am oberen Ende des ersten geraden Abschnitts 11e angeordnet und deshalb wird eine Flüssigkeit von kleinerer Dichte als die erste Arbeitsflüssigkeit 96 als die zweite Arbeitsflüssigkeit 97 verwendet.
  • 38 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen der Kühlabschnittstemperatur T2 und dem Volumen der Arbeitsflüssigkeit im Vergleich zwischen diesem Ausführungsbeispiel und einem ersten und einem zweiten Vergleichsbeispiel. In diesem Diagramm stellt das erste Vergleichsbeispiel einen Fall dar, bei dem die Arbeitsflüssigkeit nur die erste Arbeitsflüssigkeit 96 enthält, und das zweite Vergleichsbeispiel einen Fall, bei dem die Arbeitsflüssigkeit nur die zweite Arbeitsflüssigkeit 97 enthält.
  • Wie in 38 dargestellt, kann gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Volumenänderung der Arbeitsflüssigkeit, welche sonst durch die Veränderung der Kühlabschnittstemperatur T2 verursacht werden könnte, stärker als im ersten Vergleichsbeispiel durch Einschließen der zweiten Arbeitsflüssigkeit 97, die sich von der ersten Arbeitsflüssigkeit 96 unterscheidet, im Heizabschnitt 11a unterdrückt werden.
  • Als Ergebnis kann die Volumenänderung der Arbeitsflüssigkeit 12, welche sonst durch die Temperaturänderung der Arbeitsflüssigkeit 12 verursacht werden könnte, unterdrückt werden und deshalb wird die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10, welche sonst durch die Volumenänderung der Arbeitsflüssigkeit 12 verursacht werden könnte, verhindert.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist anders als im zwanzigsten Ausführungsbeispiel der Volumenregelmechanismus 85 nicht erforderlich. Deshalb kann die Konstruktion der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10 für eine weitere Kostenreduzierung weiter vereinfacht werden.
  • Falls die Arbeitsflüssigkeit nur die zweite Arbeitsflüssigkeit 97 enthält, wie im zweiten Vergleichsbeispiel, kann die Volumenänderung des Fluids den Behälter 11, welche sonst durch die Veränderung der Kühlabschnittstemperatur T2 verursacht werden könnte, mehr unterdrückt werden und deshalb wird die Reduzierung des Leistungsvermögens (Ausgangsleistung und Wirkungsgrad) der Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr 10, welche sonst durch die Volumenänderung der Arbeitsflüssigkeit 12 verursacht werden könnte, verhindert.
  • (Weitere Ausführungsbeispiele)
  • Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen einen Fall dar, bei dem die Erfindung als eine Antriebsquelle eines Krafterzeugungssystems verwendet wird. Die Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr gemäß dieser Erfindung kann jedoch auch als eine Antriebsquelle für ein anderes System als das Krafterzeugungssystem verwendet werden.
  • Während die Erfindung unter Bezug auf spezielle Ausführungsbeispiele zu Veranschaulichungszwecken beschrieben worden ist, sollte es offensichtlich sein, dass zahlreiche Modifikationen daran durch den Fachmann ausgeführt werden können, ohne das Grundkonzept und den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (30)

  1. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr, mit einem Behälter, in dem eine Arbeitsflüssigkeit in einer Weise eingeschlossen ist, dass sie darin strömen kann; einem Heizelement zum Heizen und Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit im Behälter; und einem Kühlelement zum Kühlen und Verflüssigen des Dampfes der durch das Heizelement geheizten und verdampften Arbeitsflüssigkeit, wobei die durch die Volumenänderung des Dampfes bewirkte Verschiebung der Arbeitsflüssigkeit durch Umwandeln in mechanische Energie ausgegeben wird, wobei die Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr weiter aufweist: einen Druckregelbehälter, in dem eine Druckregelflüssigkeit eingeschlossen ist und der mit dem Behälter in Verbindung steht; eine Druckregeleinrichtung zum Regeln des Innendrucks (Pt) des Druckregelbehälters; und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Druckregeleinrichtung in einer solchen Weise, dass der Innendruck (Pt) reduziert wird, falls der Innendruck (Pt) höher als der Sättigungsdampfdruck (Ps1) der Arbeitsflüssigkeit bei der Temperatur (T1) des Heizabschnitts des Behälters zum Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit ist, und der Innendruck (Pt) erhöht wird, falls der Innendruck (Pt) niedriger als der Sättigungsdampfdruck (Ps1) ist.
  2. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr, mit einem Behälter, in dem eine Arbeitsflüssigkeit in einer Weise eingeschlossen ist, dass sie darin strömen kann; einem Heizelement zum Heizen und Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit im Behälter; und einem Kühlelement zum Kühlen und Verflüssigen des Dampfes der durch das Heizelement geheizten und verdampften Arbeitsflüssigkeit, wobei die durch die Volumenänderung des Dampfes bewirkte Verschiebung der Arbeitsflüssigkeit durch Umwandeln in mechanische Energie ausgegeben wird, wobei die Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr weiter aufweist: einen Druckregelbehälter, in dem eine Druckregelflüssigkeit eingeschlossen ist und der mit dem Behälter in Verbindung steht; eine Drosseleinrichtung, die in einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Druckregelbehälter und dem Behälter angeordnet ist; eine Druckregeleinrichtung zum Regeln des Innendrucks (Pt) des Druckregelbehälters; und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Druckregeleinrichtung in einer solchen Weise, dass der Innendruck (Pt) des Druckregelbehälters reduziert wird, falls er höher als ein Sollwert (Pc0) ist, und der Innendruck (Pt) erhöht wird, falls er niedriger als der Sollwert (Pc0) ist.
  3. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr nach Anspruch 2, bei welcher die Steuereinrichtung den Sollwert (Pc0) als einen Zwischenwert zwischen dem Sättigungsdampfdruck (Ps1) der Arbeitsflüssigkeit bei der Temperatur (T1) des Heizabschnitts des Behälters zum Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit und dem Sättigungsdampfdruck (Ps2) der Arbeitsflüssigkeit bei der Temperatur (T2) des Kühlabschnitts des Behälters zum Verflüssigen des Dampfes der Arbeitsflüssigkeit einstellt.
  4. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr nach Anspruch 1, bei welcher die Druckregeleinrichtung einen Kolbenmechanismus enthält, der so ausgebildet ist, dass er sich im Druckregelbehälter hin und her bewegt.
  5. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr nach Anspruch 4, bei welchem ein Gas zusammen mit der Druckregelflüssigkeit im Druckregelbehälter eingeschlossen ist.
  6. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr nach Anspruch 1, bei welcher die Druckregeleinrichtung einen Pumpenmechanismus zum Ansaugen der Druckregelflüssigkeit aus dem Druckregelbehälter einerseits und Ausgeben der Druckregelflüssigkeit zum Druckregelbehälter andererseits enthält.
  7. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr nach Anspruch 2, bei welcher die Druckregeleinrichtung eine Heizeinrichtung zum Heizen und Verdampfen der Druckregelflüssigkeit enthält.
  8. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr nach Anspruch 7, bei welcher der Druckregelbehälter und die Heizeinrichtung so ausgebildet sind, dass sie wenigstens einen Teil der Druckregelflüssigkeit in einem Siedezustand halten.
  9. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr nach Anspruch 7, bei welcher die Heizeinrichtung ein elektrisches Heizelement, das an der Außenfläche des Druckregelbehälters angeordnet ist, und eine Temperatursteuerung zum Steuern der Temperatur des elektrischen Heizelements enthält.
  10. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr nach Anspruch 9, bei welcher die Steuereinrichtung den Innendruck (Pt) basierend auf wenigstens der dem elektrischen Heizelement eingegebenen elektrischen Energie (Q3), der Temperatur des noch durch das elektrische Heizelement zu heizenden Druckregelbehälters und der Dampfdruckkurve der Druckregelflüssigkeit berechnet.
  11. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr nach Anspruch 7, bei welcher die Heizeinrichtung ein Druckregelheizelement zum Heizen der Druckregelflüssigkeit mit einem Hochtemperaturgas als Wärmequelle und eine Strömungsratenregeleinrichtung zum Regeln der Strömungsrate (mg) des Hochtemperaturgases unter der Steuerung der Steuereinrichtung enthält.
  12. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr nach Anspruch 11, bei welcher die Steuereinrichtung den Innendruck (Pt) basierend auf wenigstens der Temperatur (Tgi) des Hochtemperaturgases vor dem Heizen des Druckregelbehälters, der Temperatur (Tgo) des Hochtemperaturgases nach dem Heizen des Druckregelbehälters, der Strömungsrate (mg), der Temperatur (T2) eines Kühlabschnitts des Behälters zum Verflüssigen des Dampfes der Arbeitsflüssigkeit sowie der Dampfdruckkurve der Druckregelflüssigkeit berechnet.
  13. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr, mit einem Behälter, in dem eine Arbeitsflüssigkeit in einer Weise eingeschlossen ist, dass sie darin strömen kann; einem Heizelement zum Heizen und Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit im Behälter; und einem Kühlelement zum Kühlen und Verflüssigen des Dampfes der durch das Heizelement geheizten und verdampften Arbeitsflüssigkeit, wobei die durch die Volumenänderung des Dampfes bewirkte Verschiebung der Arbeitsflüssigkeit durch Umwandeln in mechanische Energie ausgegeben wird, wobei die Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr weiter aufweist: einen Druckregelbehälter, in dem eine Druckregelflüssigkeit eingeschlossen ist und der mit dem Behälter in Verbindung steht; eine Heizeinrichtung zum Heizen und Verdampfen der Druckregelflüssigkeit; und eine Drosseleinrichtung, die im Verbindungsabschnitt zwischen dem Druckregelbehälter und dem Behälter angeordnet ist, wobei der Druckregelbehälter und die Heizeinrichtung so ausgebildet sind, dass sie wenigstens einen Teil der Druckregelflüssigkeit in einem Siedezustand halten; und wobei der Druckregelbehälter so ausgebildet ist, dass der einen solchen Wärmewiderstand besitzt, dass die Temperatur (Th) des Hochtemperaturabschnitts des Druckregelbehälters zum Verdampfen der Druckregelflüssigkeit einen Zwischenwert zwischen der Temperatur (T1) des Heizabschnitts des Behälters zum Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit und der Temperatur (T2) des Kühlabschnitts des Behälters zum Verflüssigen des Dampfes der Arbeitsflüssigkeit annimmt.
  14. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr nach Anspruch 13, bei welcher die Wärmequelle der Heizeinrichtung ein Hochtemperaturgas ist.
  15. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr nach Anspruch 14, bei welcher das Hochtemperaturgas auch als Wärmequelle des Heizabschnitts des Behälters zum Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit benutzt wird.
  16. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr nach Anspruch 15, bei welcher die Heizeinrichtung stromab des Heizabschnitts im Hochtemperaturgasstrom angeordnet ist.
  17. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr nach Anspruch 13, ferner mit einer Wärmeleiteinrichtung zum Leiten der Wärme des Heizabschnitts zur Heizeinrichtung.
  18. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr nach Anspruch 7, bei welcher der Druckregelbehälter mit einem Volumenregelmechanismus zum Erhöhen des Volumens des Druckregelbehälters beim Verdampfen der Druckregelflüssigkeit versehen ist.
  19. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr nach Anspruch 18, bei welcher der Volumenregelmechanismus ein massenartiges elastisches Element enthält, das im Druckregelbehälter angeordnet ist und so ausgebildet ist, dass es beim Verdampfen der Druckregelflüssigkeit komprimiert und im Volumen reduziert wird.
  20. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr nach Anspruch 18, bei welcher eine Trennplatte zum Trennen des Innenraums des Druckregelbehälters in einen ersten Raum, in dem die Druckregelflüssigkeit eingeschlossen ist, und einen zweiten Raum, in dem ein Gas eingeschlossen ist, verschiebbar im Druckregelbehälter angeordnet ist; die Trennplatte beim Verdampfen der Druckregelflüssigkeit gegen den zweiten Raum gedrückt wird, um dadurch das Gas zu komprimieren; und der Volumenregelmechanismus die Trennplatte und das Gas enthält.
  21. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr nach Anspruch 18, bei welcher eine Trennplatte zum Trennen des Innenraums des Druckregelbehälters in einen ersten Raum, in dem die Druckregelflüssigkeit eingeschlossen ist, und einen zweiten Raum, der mit einem elastischen Element versehen ist, verschiebbar im Druckregelbehälter angeordnet ist; die Trennplatte beim Verdampfen der Druckregelflüssigkeit gegen den zweiten Raum gedrückt wird, um dadurch das elastische Element zu komprimieren; und der Volumenregelmechanismus die Trennplatte und das elastische Element enthält.
  22. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr nach Anspruch 7, bei welcher der Druckregelbehälter mit einem Temperaturregelmechanismus zum Verringern der Temperatur der Druckregelflüssigkeit beim Verdampfen der Druckregelflüssigkeit versehen ist.
  23. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr, mit einem Behälter, in dem eine Arbeitsflüssigkeit in einer Weise eingeschlossen ist, dass sie darin strömen kann; einem Heizelement zum Heizen und Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit im Behälter; und einem Kühlelement zum Kühlen und Verflüssigen des Dampfes der durch das Heizelement geheizten und verdampften Arbeitsflüssigkeit, wobei die durch die Volumenänderung des Dampfes bewirkte Verschiebung der Arbeitsflüssigkeit durch Umwandeln in mechanische Energie ausgegeben wird, wobei die Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr weiter aufweist: mehrere Druckregelbehälter, in denen eine Druckregelflüssigkeit eingeschlossen ist und die mit dem Behälter in Verbindung stehen; eine Druckeinrichtung zum Ausüben unterschiedlicher Drücke auf das Innere der mehreren Druckregelbehälter; mehrere Ein/Aus-Ventile zum Öffnen/Schließen von Verbindungsabschnitten zwischen den mehreren Druckregelbehältern und dem Behälter; und eine Steuereinrichtung zum Steuern der mehreren Ein/Aus-Ventile in einer solchen Weise, dass in dem Fall, wenn der Mittelwert (Pca) des Innendrucks (Pc) des Behälters niedriger als ein Sollwert (Pc0) ist, nur der Verbindungsabschnitt jenes der mehreren Druckregelbehälter, dessen Innendruck (Pt) höher als und am nächsten zum Sollwert (Pc0) ist, geöffnet wird, während in dem Fall, wenn der Mittelwert (Pca) höher als der Sollwert (Pc0) ist, dagegen nur der Verbindungsabschnitt jenes der mehreren Druckregelbehälter, dessen Innendruck (Pt) niedriger als und am nächsten zum Sollwert (Pc0) ist, geöffnet wird.
  24. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr nach Anspruch 1, bei welcher die Druckregelflüssigkeit die gleiche Flüssigkeit wie die Arbeitsflüssigkeit ist.
  25. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr, mit einem Behälter, in dem eine Arbeitsflüssigkeit in einer Weise eingeschlossen ist, dass sie darin strömen kann; einem Heizelement zum Heizen und Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit im Behälter; und einem Kühlelement zum Kühlen und Verflüssigen des Dampfes der durch das Heizelement geheizten und verdampften Arbeitsflüssigkeit, wobei die durch die Volumenänderung des Dampfes bewirkte Verschiebung der Arbeitsflüssigkeit durch Umwandeln in mechanische Energie ausgegeben wird, wobei die Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr weiter aufweist: einen Expansions- und Kontraktionsabschnitt, der am Behälter ausgebildet ist und das Volumen durch Erweitern und Zusammenziehen vergrößern und verkleinern kann; einen Erweiterungs- und Kontraktionsantriebsmechanismus zum Ausdehnen und Zusammenziehen des Expansions- und Kontraktionsabschnitts; und eine Steuereinrichtung zum Steuern des Erweiterungs- und Kontraktionsantriebsmechanismus in einer solchen Weise, dass der Expansions- und Kontraktionsabschnitt in dem Fall erweitert wird, wenn der Mittelwert (Pca) des Innendrucks (Pc) des Behälters größer als ein Sollwert (Pc0) ist, während der Expansions- und Kontraktionsabschnitt in dem Fall zusammengezogen wird, wenn der Mittelwert (Pca) kleiner als der Sollwert (Pc0) ist.
  26. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr, mit einem Behälter, in dem eine Arbeitsflüssigkeit in einer Weise eingeschlossen ist, dass sie darin strömen kann; einem Heizelement zum Heizen und Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit im Behälter; und einem Kühlelement zum Kühlen und Verflüssigen des Dampfes der durch das Heizelement geheizten und verdampften Arbeitsflüssigkeit, wobei die durch die Volumenänderung des Dampfes bewirkte Verschiebung der Arbeitsflüssigkeit durch Umwandeln in mechanische Energie ausgegeben wird, wobei die Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr weiter aufweist: eine Temperatursteuereinrichtung zum Steuern der Temperatur der Arbeitsflüssigkeit; und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Temperatursteuereinrichtung in einer solchen Weise, dass in dem Fall, wenn der Innendruck (Pc) des Behälters höher als der Sättigungsdampfdruck (Ps1) der Arbeitsflüssigkeit bei der Temperatur (T1) des Heizabschnitts des Behälters zum Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit ist, die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit verringert wird, während in dem Fall, wenn der Innendruck (Pc) niedriger als der Sättigungsdampfdruck (Ps1) ist, die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit erhöht wird.
  27. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr, mit einem Behälter, in dem eine Arbeitsflüssigkeit in einer Weise eingeschlossen ist, dass sie darin strömen kann; einem Heizelement zum Heizen und Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit im Behälter; und einem Kühlelement zum Kühlen und Verflüssigen des Dampfes der durch das Heizelement geheizten und verdampften Arbeitsflüssigkeit, wobei die durch die Volumenänderung des Dampfes bewirkte Verschiebung der Arbeitsflüssigkeit durch Umwandeln in mechanische Energie ausgegeben wird, wobei die Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr weiter aufweist: einen Volumenregelmechanismus zum Vergrößern des Volumens des Behälters bei einem Anstieg der Temperatur (T2) des Kühlabschnitts des Behälters zum Verflüssigen des Dampfes der Arbeitsflüssigkeit und Verkleinern seines Volumens mit dem Abfall der Temperatur (T2) des Kühlabschnitts.
  28. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr nach Anspruch 27, mit einer ersten Trennplatte, die sich im Behälter bewegen kann, zum Trennen des Innenraums des Behälters in einen ersten Raum mit einer eingeschlossenen Arbeitsflüssigkeit und einen zweiten Raum mit einem eingeschlossenen ersten Gas; einer zweiten Trennplatte, die abgewandt zur ersten Trennplatte angeordnet ist und sich im Behälter bewegen kann, zum Trennen des Innenraums des Behälters in dem ersten Raum und einen dritten Raum mit einem einge schlossenen zweiten Gas; einen Verbindungsabschnitt zum Verbinden der ersten und der zweiten Trennplatte; und ein Wärmeleitelement zum thermischen Verbinden des ersten Gases und des Kühlabschnitts, wobei das Volumen des ersten Raums durch das Verschieben der ersten und der zweiten Trennplatte zum dritten Raum vergrößert wird und das Volumen des ersten Raums durch das Verschieben der ersten und der zweiten Trennplatte zum zweiten Raum verkleinert wird; und wobei der Volumenregelmechanismus die erste Trennplatte, die zweite Trennplatte, den Verbindungsabschnitt, das erste Gas, das zweite Gas und das Wärmeleitelement enthält.
  29. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr nach Anspruch 28, bei welcher der Volumenregelmechanismus so ausgebildet ist, dass die durch das zweite Gas auf die zweite Trennplatte ausgeübte Kraft (F3) größer als der Maximalwert (Fmax) der durch die Arbeitsflüssigkeit auf die zweite Trennplatte ausgeübten Kraft ist.
  30. Kraftmaschine mit externer Wärmezufuhr, mit einem Behälter, in dem eine erste Arbeitsflüssigkeit und eine zweite Arbeitsflüssigkeit von kleinerem linearen Ausdehnungskoeffizienten als die erste Arbeitsflüssigkeit und in dieser unlöslich in einem Zustand, in dem sie darin strömen kann, eingeschlossen ist; einem Heizelement zum Heizen und Verdampfen der zweiten Arbeitsflüssigkeit im Behälter; und einem Kühlelement zum Kühlen und Verflüssigen des Dampfes der durch das Heizelement geheizten und verdampften zweiten Arbeitsflüssigkeit, wobei die durch die Dampfvolumenänderung verursachte Verschiebung der ersten Arbeitsflüssigkeit durch Umwandeln in mechanische Energie ausgegeben wird.
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