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Die
Erfindung betrifft eine Entspannungsvorrichtung zur Energieumwandlung.
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Es
sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt, um die Energie
eines Fluidstroms in mechanische Rotationsenergie umzuwandeln, die entweder
als mechanische Antriebsenergie oder mit Hilfe eines Generators
zur weiteren Umwandlung in elektrische Energie genutzt werden kann.
Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise als Turbinen oder Entspannungsaggregate,
sog. Expander, bekannt. Technische Anwendung finden solche Vorrichtungen z.
B. in Windkraftanlagen, bei denen Windenergie mit großen
propellerartigen Drehflügeln in mechanische Rotationsenergie
umgewandelt wird. Nach einem ähnlichen Prinzip arbeiten
auch bekannte Wasserkraftwerke, wobei technische Ausführung
und Anordnung der Propeller den unterschiedlichen Eigenschaften
von Flüssigkeiten sowie den technischen Rahmenbedingungen
angepasst sind.
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Weitere
Ausführungsformen von Vorrichtungen zur Umwandlung von
Strömungsenergie in mechanische Rotationsenergie sind bekannt
aus Wärme-Kraft-Maschinen, in denen zunächst in
einem Verdampfer durch Einbringen von Wärme Dampf mit hohem
Druck erzeugt wird, der anschließend in einer Turbine oder
einem anderen Entspannungsaggregat entspannt wird. Abhängig
von den Einsatzbedingungen, wie beispielsweise Temperatur, Druck,
Art des Dampfes, Dampfmenge und/oder Leistung, sind die für
die Entspannung verwendeten Turbinen oder Entspannungsaggregate
unterschiedlich ausgeführt. Bekannte Ausführungsformen
sind beispielsweise Axial- und Radialturbinen, die mit einer unterschiedlichen
Anzahl von Entspannungsstufen ausgestattet sein können,
sowie als Entspannungsmaschinen verwendete Dampfmotoren oder Schraubenexpander,
in denen der unter erhöhtem Druck stehende Dampf beim Durchgang
in einem sich allmählich vergrößernden
Volumen entspannt wird.
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Aus
der
DE 10 2004
014 652 A1 ist beispielsweise ein Niederdruck-Entspannungsaggregat
bekannt, welches vorzugsweise in Form eines Drehkolbengebläses,
auch Wälzkolbengebläse oder Rootsgebläse
genannt, ausgeführt ist und in dem Niederdruckdampf von
weniger als 10 bar mit einem gutem Wirkungsgrad entspannt werden
kann.
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Diese
bekannten Vorrichtungen sind auf spezifische Rahmenbedingungen und
Verfahrensparameter ausgelegt, was dazu führt, dass derartige
Vorrichtungen bei veränderten Betriebsbedingungen technische
Nachteile aufweisen können. Die in den herkömmlichen
Wärme-Kraft-Maschinen verwendeten Turbinen sind beispielsweise
auf große Ausgangsdrücke und Druckgefälle
ausgelegt, da der erreichte Umwandlungswirkungsgrad von dem wirksamen
Temperaturgefälle sowie von dem realisierten Druckverhältnis
der Entspannung abhängt. Die Auslegung der Turbinen für
den Einsatz bei sehr hohen Temperaturen und sehr hohen Drücken
führt dazu, dass derartige Turbinen zum einen sehr teuer
sind und zum anderen empfindlich gegen Flüssigkeitstropfen,
die bei der Entspannung auftreten können. Bei anderen Arbeitsmitteln
als Wasserdampf, wie beispielsweise organischen Lösemitteln,
welche geringere Siedetemperaturen aufweisen, können deshalb
weniger aufwendig ausgelegte Entspannungsturbinen verwendet werden,
wobei jedoch auch hier Ausgangstemperaturen von circa 200°C und
Drücke in der Größenordnung von 20 bar üblich sind.
Bei noch geringeren Temperaturen und Drücken können
Schraubenexpander oder Wälzkolbengebläse als Entspannungsaggregate
eingesetzt werden. Diese können abhängig von der
Anpassung der Auslegung in Bezug auf die auftretenden Drücke
und Druckverhältnisse mit ähnlichem Wirkungsgrad
wie Turbinen arbeiten, wobei sie jedoch weniger anfällig gegenüber
Flüssigkeitströpfchen sind und daher einfacher
zu betreiben sind.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Entspannungsvorrichtung
sowie ein hierfür geeignetes Verfahren zur Energieumwandlung zur
Verfügung zu stellen, welche einen einfachen und kompakten
Aufbau bei einem gleichzeitig hohen Wirkungsgrad zur Verfügung
stellt.
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Die
Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Entspannungsvorrichtung zur Energieumwandlung
weist ein ein Gehäuseinnenraum aufweisendes Gehäuse
auf. In dem Gehäuse ist ein Einlasskanal angeordnet, wobei
der Einlasskanal eine in den Gehäuseinnenraum mündende
Einlassöffnung aufweist. Ferner ist in dem Gehäuse
ein Auslasskanal angeordnet, wobei der Auslasskanal mit einer in
den Gehäuseinnenraum mündenden Auslassöffnung
verbunden ist. Des Weiteren ist in dem Gehäuseinnenraum
ein Läufer drehbar angeordnet, wobei der Läufer
in Längsrichtung verlaufende Stege aufweist, die Öffnungen
begrenzen. Erfindungsgemäß ist zwischen einer
Gehäuseinnenraumwand des Gehäuses und dem Läufer
ein Spalt ausgebildet, wobei sich der Spalt von der Einlassöffnung
zur der Auslassöffnung hin verjüngt.
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Mit
der erfindungsgemäßen Entspannungsvorrichtung
ist es möglich, die Entspannung eines Fluidstroms in einer
Vorrichtung bei relativ niedrigen Temperaturen, insbesondere Temperaturen
bis zu 120°C, und relativ niedrigen Drücken, insbesondere Drücken
bis zu 5 bar, vorzunehmen, bei der die Energie des Fluidstroms auf
einfache Art und Weise in mechanische Rotationsenergie umgewandelt
werden kann, wobei die Rotationsenergie beispielsweise wiederum
in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Die erfindungsgemäße Entspannungsvorrichtung
zeichnet sich dabei durch einem kompakten Aufbau, aus wenigen, einfach
aufgebauten Baugruppen aus, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden
können. Zudem werden mit der erfindungsgemäßen
Entspannungsvorrichtung eine hohe Leistungsdichte und eine hohe
technische Zuverlässigkeit erzielt. Ferner ist die erfindungsgemäße
Entspannungsvorrichtung sehr resistent gegenüber Flüssigkeitströpfchen
und kann daher einfach betrieben werden.
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Das
Gehäuse der erfindungsgemäßen Entspannungsvorrichtung
ist vorzugsweise schneckenförmig ausgebildet. Über
den Einlasskanal und die Einlassöffnung strömt
ein erhitzter Fluidstrom in Form von beispielsweise Flüssigkeit,
Gas oder Dampf in den Gehäuseinnenraum des Gehäuses
ein. Der Einlasskanal und die Einlassöffnung sind dabei vorzugsweise
schlitzförmig ausgeformt und erstrecken sich vorzugsweise über
die gesamte Länge des Gehäuseinnenraumes. Ein
Teil des Gehäuseinnenraumes hat vorzugsweise eine zylinderförmige
Form, in welcher ein Läufer drehbar angeordnet ist. Der Läufer
weist vorzugsweise die Form eines Hohlzylinders auf, er kann aber
auch beliebig andere Formen aufweisen. Der Läufer weist
in Längsrichtung verlaufende, in einem bestimmten Abstand
zueinander angeordnete Stege auf, wobei zwischen jeweils zwei Stegen
eine Öffnung ausgebildet ist, in welche der Fluidstrom
einströmen und um die Rotationsachse des Läufers
transportiert werden kann. Zwischen der der Gehäuserauminnenwand
und dem Läufer ist ein Spalt ausgebildet, der sich von
der Einlassöffnung zu einer in dem Gehäuseinnenraum
befindlichen Auslassöffnung hin verjüngt. Vorzugsweise
ist im Bereich der Auslassöffnung der Spalt zwischen der
Gehäuserauminnenwand und des Läufers minimal.
Bei besonderen Ausgestaltungen kann es vorteilhaft sein, wenn der
Spalt möglichst breit ist, so dass sich darin eine Wirbelströmung
ausbilden kann.
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Nach
dem Einströmen des Fluidstroms in den Gehäuseinnenraum
wird der Fluidstrom in eine an der Gehäuseinnenraumwand
anliegende Strömung umgelenkt, strömt entlang
des Spaltes und staut sich vor dem Läufer. Der Fluidstrom
wird von den Öffnungen des Läufers aufgenommen,
wobei durch die ungleichmäßige Druckbeschlagung
der über den Umfang des Läufers angeordneten Öffnungen
eine Kraftwirkung resultiert, die die Trommel in eine Rotationsbewegung
versetzt. In den Öffnungen, welche vorzugsweise radial
nach innen durch eine weitere Gehäuserauminnenwand begrenzt
werden, wird der Fluidstrom bis zu der Auslassöffnung transportiert.
Sobald eine Öffnung zumindest teilweise die Auslassöffnung überlagert,
kann der in dieser Öffnung befindliche Fluidstrom aus der Öffnung
in die Auslassöffnung und über einen an die Auslassöffnung
anschließenden Auslasskanal aus dem Gehäuseinnenraum
und dem Gehäuse ausströmen.
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Die
dabei erzeugte Rotationsenergie kann beispielsweise als mechanische
Antriebsenergie oder mit Hilfe eines Generators, welcher beispielsweise über
eine Welle mit dem Läufer verbunden ist, zur weiteren Umwandlung
in elektrische Energie genutzt werden.
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Vorzugsweise
weist das Gehäuse einen Ansatz auf, wobei sich der Ansatz
radial innerhalb des Läufers erstreckt und eine in den
Gehäuseinnenraum mündende Auslassöffnung
aufweist. Der Ansatz ist dabei vorzugsweise zylinderförmig
und weist eine geschlossene Umfangsfläche auf, die lediglich
durch die Auslassöffnung unterbrochen ist. Der Ansatz ist ein
Teil des Gehäuses und erstreckt sich vorzugsweise über
die gesamte Länge des Läufers, so dass der Läufer
nach innen radial durch die Umfangsfläche des Ansatzes
begrenzt wird. Dadurch, dass die Auslassöffnung radial
innen vom Läufer angeordnet ist, wird erreicht, dass der
aus der Einlassöffnung austretende Fluidstrom von radial
außen in die Öffnungen des Läufers einströmt,
in den Öffnungen durch die Rotationsbewegung des Läufers
in Strömungsrichtung zu der Auslassöffnung transportiert
wird und von der Öffnung nach radial innen zur Auslassöffnung strömt.
Dadurch ist es möglich, einen besonders hohen Wirkungsgrad
der Entspannungsvorrichtung zu erzielen.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Auslassöffnung
in Strömungsrichtung relativ zur Einlassöffnung
in einem Winkel ≥ 200°, insbesondere einem Winkel ≥ 270°,
besonders bevorzugt einem Winkel ≥ 290° angeordnet.
Nach Austritt aus der Einlassöffnung strömt der
Fluidstrom zunächst entlang der Gehäuseinnenraumwand
und wird dann von den Öffnungen des rotierenden Läufers
aufgenommen. Durch die Rotationsbewegung des Läufers wird
der in den Öffnungen befindliche Fluidstrom um die Rotationsachse
des Läufers transportiert, so dass der Fluidstrom von der
Einlassöffnung bis zur Auslassöffnung um einen
Winkel von ≥ 200°, insbesondere einem Winkel ≥ 270°,
besonders bevorzugt einem Winkel ≥ 290°, transportiert
wird. Durch den daraus resultierenden relativ langen Strömungsweg,
den der Fluidstrom im Gehäuseinnenraum von der Einlassöffnung
bis zur Auslassöffnung zurücklegt, kann der erwärmte
Fluidstrom besonders effizient entspannen, so dass dem Fluidstrom
viel Energie entzogen werden kann, die vom Läufer wiederum
in nutzbare Rotationsenergie umgesetzt werden kann. Dadurch kann
mit der Entspannungsvorrichtung eine sehr hohe Leistung erzielt
werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform nimmt die Querschnittsfläche
der Stege von radial außen nach radial innen des Läufers
hin ab. Dadurch nimmt die Querschnittsfläche der Öffnungen
von radial außen nach radial innen zu, wodurch sich der
Fluidstrom in den Öffnungen entsprechend der Querschnittszunahme
besser ausdehnen und damit entspannen kann. Dies wiederum führt
zu einer besonders hohen Leistungsabgabe der Energie des Fluidstroms
an den Läufer, wodurch die Höhe der erzeugbaren
Rotationsenergie zunimmt.
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Dadurch,
dass die Stege des Läufers vorzugsweise um eine Längsachse
schwenkbar sind, ist das Volumen der Öffnungen veränderbar.
Durch das veränderbare Volumen wird die Kraftwirkung des
Fluidstroms in den Öffnungen erhöht, wodurch die
erzeugte Rotationsenergie gesteigert werden kann, was wiederum zu
einem besonders hohen erreichbaren Wirkungsgrad der Entspannungsvorrichtung führt.
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Vorzugsweise
sind in dem verjüngenden Spalt zwischen der Gehäuserauminnenwand
und dem Läufer Strömungsleitbleche, beispielsweise
parallel zur Gehäuserauminnenwand, angeordnet. Die Strömungsleitbleche
ragen insbesondere im Bereich der Einlassöffnung in den
einströmenden Fluidstrom hinein und versetzen dem Fluidstrom
einen Drall, wodurch der Wirkungsgrad des Läufers und damit
die Höhe der erzeugten Rotationsenergie gesteigert wird.
Die Entspannungsverhältnisse werden dadurch eines Radialexpanders
nachgebildet. Dabei wird der durch die Einlassöffnung einströmende,
an der Gehäuserauminnenwand anliegende Fluidstrom durch die
parallel zur Gehäuserauminnenwand angebrachten Strömungsleitbleche
radial nach innen umgelenkt und strömt so in die Öffnungen
des Läufers. Durch die Umlenkung des Fluidstroms wird auf
den Läufer ein zusätzlicher Impuls übertragen,
der die Rotationsbewegung des Läufers steigert.
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Eine
weiter bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Stege
Stömungsumlenkelemente, insbesondere Umlenkbleche oder
Umlenklamellen, aufweisen. Die Umlenkelemente können auf
der Umfangsfläche des Läufers im Bereich der Stege
parallel zur Drehachse des Läufers angeordnet sein. Insbesondere
durch eine Kombination der an der Gehäuserauminnenwand
fest angebrachten Strömungsleitbleche mit den auf der Umfangsfläche
des Läufers angeordneten Umlenkelementen werden die Funktionsbauteile „Leitrad” und „Laufrad"
in Form walzenförmiger Umlenkgeometrien in Form von „Leit-
und Drehtrommeln" mit linearen, über den Umfang verteilten
Umlenkelementen realisiert, wodurch eine kompakte Auslegung möglich
wird, die bei optimierter Auslegung und Abstimmung der Elemente
eine hohe Leistungsdichte bewirkt. Der Abstand der auf dem Läufer
bzw. auf den Stegen des Läufers aufgebrachten Umlenkelemente
zueinander wird vorzugsweise auf die Breite der mit den Strömungsleitblechen
gebildeten Einlasskanäle abgestimmt. Die Entspannungsvorrichtung
wirkt in dieser Anordnung wie eine Gleichdruckturbine, in der die
Druckenergie in einem Leitrad zunächst in Strömungsenergie
umgewandelt wird, die anschließend auf die Umlenkelemente
eines Laufrades einwirkt. Dadurch entsteht eine besonders hohe rotatorische
Antriebskraft.
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Die
Geometrien der Strömungsleitbleche und der Umlenkelemente
sind an die Randbedingungen und Parameter anpassbar, um einen möglichst effizienten
Umwandlungswirkungsgrad zu erzielen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist der Einlasskanal tangential,
in einem bestimmten Abstand zu dem Läufer angeordnet. Der
Fluidstrom strömt vorzugsweise in einer hohen Geschwindigkeit von
dem Einlasskanal durch die Einlassöffnung in den Gehäuseinnenraum.
Der Einlasskanal und die Einlassöffnung erstrecken sich
dabei bevorzugt über die gesamte Länge des Gehäuseinnenraumes. Durch
das tangentiale Einströmen wird der Fluidstrom in eine
an der Gehäusinnenraumwand anliegende Strömung
umgelenkt und staut sich vor dem Läufer. Durch das Aufstauen
des Fluidstroms vor dem Eintreten in die Öffnungen des
Läufers wird die Druckwirkung des Fluidstroms erhöht,
wodurch besonders viel Energie von dem Fluidstrom an den Läufer
abgegeben wird.
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Zum
Verschließen des Gehäuseinnenraumes weist das
Gehäuse ferner vorzugsweise Abdeckungen, beispielsweise
in Form von Deckeln, auf. Jeweils eine Abdeckung kann an einer der
beiden Stirnseiten des Gehäuses angeordnet sein. Eine erste
Abdeckung ist vorzugsweise mit der Gehäusewand und dem
Ansatz des Gehäuses verbunden, wobei diese erste Abdeckung
zudem vorzugsweise mit dem im Gehäuse angeordneten Auslasskanal verbunden
ist, über welchen der Fluidstrom wieder aus dem Gehäuse
austreten kann. Eine zweite Abdeckung ist vorzugsweise an der der
ersten Abdeckung gegenüberliegenden Seite des Gehäuses
angeordnet. Diese zweite Abdeckung wird von einer abgedichteten
Wellendurchführung durchstoßen, mit der die Rotationsenergie
des Läufers aus dem Gehäuseinnenraum nach außen
auf eine Welle geleitet wird. Vorzugsweise schließt sich
direkt an die Welle ein Generator an, so dass das Gehäuse
des Generators direkt mit der zweiten Abdeckung verbunden sein kann.
Der Generator kann jedoch auch über ein Getriebe mit der
Welle angetrieben werden. Die Abdeckungen werden mit Hilfe von Dichtungen,
z. B. O-Ring-Dichtungen, die in ringförmige Dichtfugen eingelegt
werden, mit dem Gehäuse der Entspannungsvorrichtung verbunden,
so dass das Gehäuse gegen austretendes Fluid abgedichtet
ist.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Energieumwandlung, bei
dem ein Fluidstrom eine Entspannungsvorrichtung durchströmt,
wobei der Fluidstrom von der Einlassöffnung im Gehäuseinnenraum
von radial außen in die Öffnungen des Läufers strömt,
wobei der Läufer durch den einströmenden Fluidstrom
in eine Rotationsbewegung versetzt wird und der Fluidstrom in den Öffnungen
zu der Auslassöffnung transportiert wird, wobei der Fluidstrom
von der Öffnung nach radial innen zur Auslassöffnung strömt.
Die Entspannungsvorrichtung kann wie vorstehend beschrieben aus-
und weitergebildet sein.
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Nachfolgend
wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen
anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische perspektivische Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen
Entspannungsvorrichtung,
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2 eine
schematische Schnittansicht eines Teils eines Gehäuses
der Entspannungsvorrichtung aus 1,
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3 eine
schematische perspektivische Ansicht eines Läufers der
Entspannungsvorrichtung aus 1 und
-
4 eine
schematische perspektivische Ansicht der Entspannungsvorrichtung
aus 1.
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Die
in 1 dargestellte Entspannungsvorrichtung zur Energieumwandlung
weist einen einen Gehäuseinnenraum 10 aufweisendes
Gehäuse 12 auf, wobei in dem Gehäuse 12 ein
Einlasskanal 14 mit einer in den Gehäuseinnenraum 10 mündenden Einlassöffnung 16 und
ein Auslasskanal mit einer in dem Gehäuseinnenraum 10 mündenden
Auslassöffnung 18 angeordnet ist. Der Einlasskanal 16 bzw.
die Einlassöffnung 18 können schlitzförmig
ausgeformt sein und erstrecken sich dabei vorzugsweise über
die gesamte Länge des Gehäuseinnenraumes 10.
Ferner ist in dem Gehäuseinnenraum 10 ein Läufer 20 drehbar
angeordnet, welcher in Längsrichtung verlaufende, in einem
bestimmten Abstand zueinander angeordnete Stege 22 aufweist.
Zwischen jeweils zwei benachbarten Stegen 22 weist der
Läufer 20 eine Öffnung 24 auf,
welche sich über die gesamte Länge des Läufers 20 erstreckt.
Ein weiterer Teil des Gehäuses 12 besteht aus
einem Ansatz 26, welcher radial innen vom Läufer 20 angeordnet
ist, so dass der Läufer 20 in den Gehäuseinnenraum 10 zwischen
der Gehäuserauminnenwand 28 und dem Ansatz 26 angeordnet
ist. An der Außenumfangsfläche des Ansatzes 26 ist
die Auslassöffnung 18 vorgesehen. Zum Abdichten
des Gehäuseinnenraumes 10 sind an seinen beiden
Stirnseiten Abdeckungen 30, 32 vorgesehen, die
an das Gehäuse 12 angeflanscht werden können,
wobei zwischen den Abdeckungen 30, 32 und dem
Gehäuse Dichtungen 34 zum Abdichten vorgesehen
sind. Die erste Abdeckung 30 ist mit dem Ansatz 26 des Gehäuses 12 und
mit dem Auslasskanal verbunden, wobei durch eine in der Abdeckung 30 vorgesehenen Öffnung 36 der
Fluidstrom aus dem Auslasskanal in die Umgebung ausströmen kann.
Die zweite Abdeckung 32 weist eine Öffnung 38 für
eine Wellendurchführung 40 auf, an welche ein Generator 42 über
eine Welle verbunden werden kann. Dadurch ist das Gehäuse 12 derart
nach außen abgedichtet, dass kein Fluid in die Umgebung austreten
kann.
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In 2 ist
ein Teil des Gehäuses 12 in einer Schnittansicht
dargestellt, wobei das Gehäuse 12 eine schneckenförmige
Form aufweist. Der Einlasskanal 14 ist tangential, in einem
bestimmten Abstand zu dem Teil des Gehäuseinnenraumes 10 angeordnet,
in dem der Läufer vorgesehen ist.
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3 zeigt
einen Läufer 20, welcher die Form eines Hohlzylinders
aufweist. Entlang des Längsprofils des Läufers 20 sind
Stege 22 angeordnet, deren Querschnittsfläche
sich von radial außen nach radial innen verringert, so
dass die Stege beispielsweise die Form eines Keils aufweisen. Dadurch vergrößert
sich das Volumen der Öffnungen 24 von radial außen
nach radial innen, so dass das in den Öffnungen 24 befindliche
Fluid besser entspannen kann und dadurch mehr von der im Fluid enthaltenen Energie
genutzt werden kann.
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4 zeigt
die Entspannungsvorrichtung in einem zusammengebauten Zustand. Zwischen
der Gehäuserauminnenwand 28 des Gehäuses 12 und dem
Läufer 20 ist ein Spalt 44 ausgebildet,
wobei sich der Spalt 44 von der Einlassöffnung 16 zu
der Auslassöffnung 18 hin verjüngt. Im
Bereich der Auslassöffnung 18 ist der Spalt 44 möglichst
minimal. Nach radial innen ist der Läufer 22 durch
den zum Gehäuse 12 gehörenden Ansatz 26,
welcher fest angeordnet ist, begrenzt, wobei zwischen dem Läufer 20 und
dem Ansatz 26 nur ein derart geringer Spalt ausgebildet
sein sollte, so dass sich der Läufer 20 gerade
frei drehen kann.
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Die
erfindungsgemäße Entspannungsvorrichtung ist vorzugsweise
mit einem Verdampfer verbunden, in dem durch Einbringen von externer
Wärme eine Flüssigkeit zur Herstellung von Treibdampf verdampft
wird, wobei die externe Wärme aus unterschiedlichen Wärmequellen,
gebildet aus Abwärme, Solarwärme, Erdwärme,
Bioenergie oder eine Kombination der genannten Wärmequellen,
gebildet wird. Der in dem Verdampfer durch Verdampfen eines flüssigen
Arbeitsmittels erzeugte dampfförmige Fluidstrom wird über
den Einlasskanal 14 in den Gehäuseinnenraum 10 tangential
zum Läufer 20 eingeleitet. Der tangential einströmende
Fluidstrom wird an der Gehäuserauminnenwand 28 umgelenkt,
strömt entlang des Spaltes 44, staut sich vor
dem Läufer 20 und wird in die Öffnungen 24 des
Läufers 20 geleitet. Aufgrund der unterschiedlichen
Strömungsverhältnisse in den über den
Umfang der Läufers 20 verteilten Öffnungen 24 wird
der Läufer 20 ungleichmäßig
mit Druck beaufschlagt, so dass eine resultierende Kraft auftritt,
die den Läufer 20 in Rotation versetzt. Die ungleichmäßige
Druckverteilung über den Umfang des Läufers 20 wird
vorwiegend durch das Ausströmen des Fluidstroms, sobald
eine Öffnung 24 die Auslassöffnung 18 auf
der Umfangsfläche des zum Gehäuse 12 gehörenden
Ansatzes 28 erreicht, hervorgerufen. Der Fluidstrom strömt
dann aus der Öffnung 24 in die Auslassöffnung 18.
Der aus der Auslassöffnung 18 austretende Fluidstrom
gelangt in den mit der ersten Abdeckung 30 verbundenen
Auslasskanal und strömt durch die in der Abdeckung 30 eingebrachte Öffnung 36 nach
außen.
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Die
durch den in die Öffnungen 24 einströmenden
Fluidstrom erzeugte Rotationsbewegung des Läufers 20 wird über
die fluiddichte Wellendurchführung 40 in der zweiten
Abdeckung 32 an eine Abtriebswelle außerhalb des
Gehäuses 12 übertragen. Diese Abtriebswelle
ist mit dem Generator 42 verbunden, der die an der Welle
erzeugte Abtriebsenergie weiter in elektrischen Strom umwandelt.
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In
Abhängigkeit von den Randbedingungen der Entspannung, insbesondere
der auftretenden Temperaturen und Drücke, können
die wesentlichen Baugruppen der Entspannungsvorrichtung aus unterschiedlichen
Materialien, wie beispielsweise thermoplastische oder duroplastische
Kunststoffe, faserverstärkte Kunststoffe, Keramik oder
Metall, hergestellt werden. Besonders bevorzugt ist die Verwendung
von Kunststoffmaterialien, da aufgrund der vergleichsweise einfachen
Bauteilgeometrien eine Herstellung der Komponenten kostengünstig
als Serienbauteile realisiert werden kann. Bei höheren
thermischen und mechanischen Anforderungen ist es jedoch auch möglich,
die Komponenten aus metallischen Werkstoffen, wie beispielsweise
Aluminium oder Stahl, herzustellen, wobei die einfachen Geometrien
eine kostengünstige Herstellung sicherstellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004014652
A1 [0004]