DE102007026699B3

DE102007026699B3 - Anlage zur Erzeugung von Doppelkolbenverschiebungen für Energieerzeugungssysteme

Info

Publication number: DE102007026699B3
Application number: DE200710026699
Authority: DE
Inventors: Eberhard Weber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2027-06-02
Also published as: DE112008002159A5; WO2008145118A3; WO2008145118A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage (1) zur Erzeugung von Doppelkolbenverschiebungen für Energieerzeugungssysteme, umfassend - zwei dicht verschlossene Behälter (6, 7) mit darin befindlicher Flüssigkeit (59, 60), - zwei den Behältern (6, 7) zugeordnete Heizungen (16, 19), - zwei über eine Kolbenstange (46) miteinander verbundene Kolbensysteme mit einem Doppelkolben, wobei jeweils ein Zylinder (30, 36) mit jeweils einer Leitung (48, 49) mit dem ersten Behälter (6) und mit jeweils einer anderen Leitung (50, 51) mit dem zweiten Behälter (7) über Ventile (33, 39, 34, 40) verbunden ist, - ein an der Kolbenstange (46) mechanisch befestigtes Element (37), das mit einem Energieerzeugungssystem (47, 5) in Verbindung steht, - ein Sensorschrankensystem (52) mit zwei Sensorschranken (31, 38), denen das doppelkolbenverschiebbare mechanische Element (37) zugeordnet ist, - zwei Wärmepumpen (25, 26), die den beiden Behältern (6, 7) zugeordnet sind und in ihrem Pumpenkreislauf jeweils eine Einrichtung (54, 56) zur Wärmeentnahme und eine Einrichtung (53, 55) zur Wärmezufuhr innerhalb der Behälter (6, 7) aufweisen, - eine Energieversorgungseinheit (2) aus regenerativer Energie, die mit einem zur Anlagenenergieversorgung vorgesehenen Wechselrichter (57) in Verbindung steht, und -eine Steuereinheit (58), die mit den Schaltkontakten (a1, b1; c1, d1) und den Ventilen (33, 39; 34, 40) sowie mit Drucksensoren und Temperatursensoren (9, 10) sowie dem Sensorschrankensystem (52) in ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Erzeugung von Doppelkolbenverschiebungen für Energieerzeugungssysteme.
Die derzeit bekannten Energieträger, z. B. Öl, Gas und Wasserstoff beinhalten zurzeit gravierende Nachteile. Selbst die zukunftsträchtige Brennstoffzelle be nötigt kostenaufwendigen Wasserstoff, deren angeschlossene Verbraucher für einen permanenten Nachschub sorgen müssen.
Herkömmliche Stromerzeugungsanlagen sind neben Fotovoltaik-Anlagen auch Windanlagen sowie BHKW-Block-Heiz-Kraft-Wärme-Kopplungen.
Die Fotovoltaik-Anlagen haben die Vorteile, dass sie schadstofffrei Strom erzeugen und eine unbegrenzte Energiequelle darstellen, deren Wartungsaufwand sehr gering ist.
Sie besitzen aber auch die Nachteile, dass sie einen hohen Material- und Kostenaufwand aufweisen, wobei zurzeit auch keine effiziente Energiespeicherung möglich ist. Das Energieangebot ist nur unter Nutzung der Stromeinspeisung ins öffentliche Netz verwertbar, wobei es Verteilungsprobleme gibt.
Die Windanlagen haben die Vorteile, dass sie unabhängig von Sonneneinstrahlung sind, einen geringen Wartungsaufwand aufweisen und somit als Zusatzenergie bestens geeignet sind.
Sie besitzen demgegenüber die Nachteile, dass keine permanente Stromversorgung möglich ist, wobei die Windanlagen ortsabhängig sind und auch ein bestimmter Wartungsaufwand notwendig ist.
Des Weiteren haben herkömmliche BHKW-Block-Heiz-Kraft-Wärme-Kopplungen die Vorteile, dass bei ihnen die Abwärme eines Verbrennungsmotors zur Heizung verwendet werden kann, wobei der Motor über einen Koppelungsmechanismus den zugehörigen Stromgenerator betreibt. Dabei ist auch eine Stromeinspeisung in das öffentliche Stromnetz gegeben. Ein Problem besteht aber darin, dass im Sommerbetrieb die Abwärme des Verbrennungsmotors eine effiziente Stromeinspreisung verhindert. Ein Einsatz von Verbrennungsprodukten, verbunden mit einem Ausstoß von Schadstoffen, ist möglich. Auch ist keine Speicherung von Energie möglich.
In bekannter Weise kann eine direkte Zuführung von Druckluft auf einen frei beweglichen Magnetkolben innerhalb eines Linearstromerzeugungsgenerators mittels Dampfdruck erfolgen. Die dabei entstehende Abwärme, die als Verlust bezeichnet werden kann, ist besonders bei relativ hohen Umgebungstemperaturen von Nachteil.
Auch herkömmliche Wärmepumpen sind als Energiequellen einsetzbar, die als Vorteil einen hohen Wirkungsgrad aufweisen, wobei sich die elektrische Energie zur thermischen Energie im Verhältnis 1:4 verhält.
Probleme bestehen darin, dass zur Erreichung einer hohen Wirksamkeit ein gehobenes Temperaturniveau gegeben sein muss, wobei der Anschluss an das öffentliche Stromnetz, bedingt durch hohe unkalkulierbare Strompreise, oftmals bedenklich ist.
Ein Energieumformer zur wahlweisen Umformung von Wärmeenergie in mechanische Energie und umgekehrt ist in der Druckschrift DE 43 07 526 C2 beschrieben, wobei der Energieumformer eine einen Entspanner und einen Verdichter aufweisenden Kolbenmaschine enthält,
wobei das Verdichtervolumen und das Entspannervolumen über eine erste Leitung mit einem darin angeordneten ersten Wärmetauscher verbunden sind, welcher ein in der Leitung befindliches Arbeitsgas mit einem Wärmeträger koppelt,
wobei das Verdichtervolumen und das Entspannervolumen über eine zweite Leitung mit einem darin angeordneten zweiten Wärmetauscher verbunden sind, welcher ein in der Leitung befindliches Arbeitsgas mit einem Kühlmittel koppelt,
wobei in der ersten und zweiten Leitung steuerbare Ventile angeordnet sind.
Die Kolbenmaschine weist einen Positionsgeber zur Erfassung der Kolbenstellung auf. In der ersten und zweiten Leitung vor und nach dem ersten und zweiten Wärmetauscher sind Temperatursensoren und Drucksensoren zur Erfassung der Temperatur und des Drucks des Arbeitsgases vorgesehen sind. Die elektrischen Signale des Positionsgebers und der Temperatursensoren sind einem elektronischen Rechners zugeführt. Der Rechner ermittelt in Abhängigkeit von den Signalen des Positionsgebers und der Temperatursensoren die Parameter des optimalen Arbeitsprozesses des Energieumformers nach einem vorgegebenen Programm und steuert die Ventile im Sinne eines optimalen Arbeitsprozesses an.
Ein Problem besteht darin, dass das im Zylinderraum befindliche Prozessgas im jeweils nachfolgenden Arbeitsgang wieder abgekühlt werden muss. Der Energieumformer unterliegt damit einem relativ hohen energetischen Aufwand durch die erforderliche Heizung und der notwendigen Kühlung bei dem Betrieb der zwei Pumpen.
Eine Wärmekraftmaschine oder Wärmekraftpumpe in Bezug auf Heißluftmaschinen ist in der Druckschrift DE 21 48 842 A1 beschrieben, wobei wenigstens ein Zylinderpaar vorgesehen ist, das aus einem Hauptzylinder und einem Hilfszylinder besteht, denen jeweils ein Kolben zugeordnet ist und die durch Leitungen derart miteinander verbunden sind, dass das Gas in einem einen Gaserhitzer und einen Gaskühler aufweisenden System zirkuliert. Der Hauptzylinder jedes Zylinderpaares hat ein größeres Hubvolumen als ihm zugeordnete Hilfszylinder. Während einer Arbeitsphase steht eine obere Hilfszylinderkammer des Hilfszylinders über den Gaserhitzer mit einer oberen Hauptzylinderkammer des Hauptzylinders und gleichzeitig eine untere Hauptzylinderkammer des Hauptzylinders über den Gaskühler mit einer unteren Hilfszylinderkammer des Hilfszylinders in Verbindung. Während einer Wärme austauschphase des Hauptzylinders steht unmittelbar nach der Arbeitsphase die obere Kammer im Hauptzylinder über eine erste Seite eines Wärmeaustauschers mit der unteren Kammer im Hauptzylinder und gleichzeitig die untere Kammer im Hauptzylinder über eine zweite Seite des Wärmeaustauschers mit der oberen Hilfszylinderkammer im Hilfszylinder in Verbindung.
Ein Problem besteht darin, dass der Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschine relativ niedrig ist, was im Verhältnis des Wärmeaustauschers zum Gas, das erwärmt und gekühlt wird, liegt, weil die notwendige Erhitzung und Abkühlung in den Wärmeaustauschern mittels zugeführter Energie mit einem Gaserhitzer und einem Gaskühler realisiert werden, wobei die absorbierte Wärme mittels einer Wasserkühlung kompensiert wird, was eine energetisch wirkungsgradverringerte Wärmekraftmaschine ergibt. Dabei tritt insgesamt ein großer Wärmeverlust durch die vorgesehene Kompensierung der Wärme ein.
Ein doppelschleifiges wärmegetriebenes Zweikreis-Wärmepumpensystem ist in der Druckschrift US 3 988 901 beschrieben, das umfasst
eine Expansions-/Kompressionseinheit mit einer Kammer und einer darin linear beweglichen Kolbengruppe, die in der Kammer mit einer linearen Bewegung gleitend geführt ist, wobei die Kammer in eine erste Zylinderkammer und in eine zweite Zylinderkammer eingeteilt ist, in denen sich jeweils die zugeordneten frei beweglichen und miteinander verbundenen Kolben bewegen, eine mit einem Arbeitsmedium versehene Rankine-Kreis-Schleife, die mit der Expansions-/Kompressionseinheit operativ gekoppelt ist,
eine mit einem Arbeitsmedium versehene Gas-Kompressions-Wärmepumpenschleife, die mit der Expansions-/Kompressionseinheit operativ gekoppelt ist, die durch das Arbeitsmedium getrieben wird, und
eine Steuereinheit zur selektiven Eingabe des Arbeitsmediums in die erste Zylinderkammer mit einem ersten Druck und zur selektiven Eingabe des Ar beitsmediums in die zweite Zylinderkammer mit einem zweiten Druck, um die Kolbengruppe zu bewegen, und zur selektiven Einstellung des Zeitintervalls der Eingabe des Arbeitsmediums in die erste Zylinderkammer derart, dass mittels des Arbeitsmediums die ganze Bewegungsenergie in die Kolbengruppe auf das Arbeitsmedium in der zweiten Zylinderkammer zur Kompression übertragen wird.
Ein Problem besteht darin, dass zwei unabhängige Energiequellen und zwei Pumpensysteme erforderlich sind, wobei die inhaltliche erforderliche Abkühlung des Arbeitsmediums der jeweils gegenüberliegenden Zylinderkammer zur Druckdifferenzierung der Zylinderkammern eine zusätzliche Energiequelle erforderlich macht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur Erzeugung von Doppelkolbenverschiebungen für Energieerzeugungssysteme anzugeben, die derart geeignet ausgebildet ist, dass durch den Einsatz von regenerativer Energie mit einem hohen Wirkungsgrad Doppelkolbenverschiebungen erreicht werden, die für eine umweltschonende Energieerzeugung verwendet werden können.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Anlage zur Erzeugung von Doppelkolbenverschiebungen für Energieerzeugungssysteme umfasst

– zwei dicht verschlossene Behälter mit darin befindlicher Flüssigkeit,
– zwei den Behältern zugeordnete Heizungen,
– zwei über eine Kolbenstange miteinander verbundene Kolbensysteme mit jeweils einem Kolben – einem Doppelkolben – in einem zugehörigen Zylinder, wobei ein Zylinder mit jeweils einer Leitung mit dem ersten Behälter und mit jeweils einer anderen Leitung mit dem zweiten Behälter verbunden ist und jeweils ein Kolbensystem an den beiden Leitungen ein Einlassventil und ein Auslassventil hat,
– ein an der Kolbenstange mechanisch befestigtes Element, das mit einem Energieerzeugungssystem in Verbindung steht und von der Kolbenstange verschiebbar ist,
– ein Sensorschrankensystem mit zwei Sensorschranken, denen das doppelkolbenverschiebbare mechanische Element zugeordnet ist,
– zwei Wärmepumpen, die den beiden Behältern zugeordnet sind und in ihrem Pumpenkreislauf jeweils eine Einrichtung zur Wärmeentnahme und eine Einrichtung zur Wärmezufuhr aufweisen, die den Behältern zugeordnet sind, wobei in dem ersten Behälter eine erste Einrichtung zur Wärmezufuhr der ersten Wärmepumpe und eine zweite Einrichtung zur Wärmeentnahme der zweiten Wärmepumpe sowie in dem zweiten Behälter eine erste Einrichtung zur Wärmeentnahme der ersten Wärmepumpe und eine zweite Einrichtung zur Wärmezufuhr der zweiten Wärmepumpe vorhanden sind,
– eine Energieversorgungseinheit aus regenerativer Energie, die mit einem zur Anlagenenergieversorgung vorgesehenen Wechselrichter in Verbindung steht, der an die Heizungen und an die Wärmepumpen über Schaltkontakte a1, b1; c1, d1 angeschlossen ist und diese ansteuernd betreibt, und
– eine Steuereinheit, die mit den Schaltkontakten a1, b1; c1, d1 und den Ventilen sowie mit Drucksensoren und Temperatursensoren in/an den Behältern sowie dem Sensorschrankensystem in signaltechnischer und energieversorgungstechnischer Verbindung steht.

Das Energieerzeugungssystem kann mindestens eine Hochdruckluftpumpe und einen über eine Hochdruckleitung angeschlossenen Hochdruck-Luftspeicher sowie einen nachgeordneten Energieerzeuger aufweisen, wobei die Hochdruckluftpumpe zur Erzeugung von Hochdruckluft vorgesehen ist, die vom Hochdruck-Luftspeicher aus gerichtet dem Energieerzeuger zur Stromerzeugung zugeführt wird.
Das Energieerzeugungssystem kann andererseits auch durch die Ausbildung des verschiebbaren, an der Kolbenstange des Doppelkolbens mechanisch befestigten Elements als mindestens ein Permanentmagnet und mindestens eines das Doppelkolbensystem und das Element umgebenden Spulensystems zu einem Linearstromerzeugungsgenerator ausgebildet sein.
Die Heizungen können als Induktionsheizungen ausgebildet sein.
Die Einrichtungen zur Wärmeentnahme und die Einrichtungen zur Wärmezufuhr können Rohrschlangen darstellen, die in den Behältern verlegt sind.
Das Sensorschrankensystem kann als Lichtschrankensystem mit Lichtschranken ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Anlage kann im Wesentlichen aus zwei gegenüberliegenden, separaten Zylindern bestehen, deren linear miteinander verbundene Kolben – einem Doppelkolben – mittels Dampfdruck über jeweils zugehörige geöffnete und geschlossene Einlass-/Auslassventile translatorisch bewegbar ist, wobei ein Doppelkolbenrichtungswechsel sowie dessen Kolbenweg des Doppelkolbens mittels der Sensorschranken festgelegt sind, wobei die Sensorschranken, verbunden mit der elektronischen Steuereinheit über eine darin befindliche elektrische Ventil-Steuerungsanordnung, eine Öffnung oder Schließung der Ventile auslöst.
Die Ventile können elektrisch ansteuerbare Magnetventile sein.
Über die zwei abwechselnd elektrisch betriebenen Wärmepumpen, die mit den beiden Flüssigkeit enthaltenden Behältern verbunden sind, wird ein Temperaturgefälle erzeugt, wobei die beiden Behälter jeweils durch die zugeordnete Heizung gemeinsam mit einer wahlweise aktiven gesteuert eingeschalteten Wärmepumpe auf ein unterschiedliches Temperaturniveau transformiert werden.
Zwischen den Behältern, dem angeschlossenen Doppelkolbensystem und den Wärmepumpen kann somit ein energetischer Kreislauf vorgegeben sein.
Die reduzierte, um den Betrag der abgegebenen mechanischen Leistung abgeführte Wärmeenergie kann mittels der beiden Wärmepumpen im Wechsel wieder verwendbar sein.
Im auf Niedrigtemperatur befindlichen ersten Behälter führt der aufgenommene Flüssigkeitsdampf zu einer Auffüllung des ersten Behälters, in deren Folge ein Stillstand der Kolben in den Zylindern entsteht oder die zum Wechsel der Wärmepumpenrichtung führt.
An/In den Flüssigkeitsbehältern können Temperaturensensoren und/oder Drucksensoren angebracht sein, deren Temperatur- und/oder Druckwerte ausgewertet werden und entsprechende elektronische Regelvorgänge in der Steuereinheit auslösen.
Es ist immer nur eine der Wärmepumpen eingeschaltet und kann damit betriebsaktiv sein.
Die Kolbenstange zwischen den Kolben kann mechanisch mit einer oder mehrerer Hochdruckluftpumpen verbunden sein, wobei die Kolben durch ihre gemeinsame translatorischen Bewegung den erforderlichen hohen Luftdruck für einen Hochdruck-Luftspeicher, der mit mindestens einer Hochdruckluftpumpe in Verbindung steht, liefert.
Der Hochdruck-Luftspeicher ist mit einem Drucksensor versehen, wobei bei einer Abströmung der Hochdruckluft, die durch Einsatz eines oder mehrerer Energieerzeugungssysteme gegeben ist, sich der Hochdruck im Hochdruck-Luftspeicher reduziert, wobei der Drucksensor ein Einschalten der Anlage signalisiert, um den Hochdruck-Luftspeicher mit Druckluft nachzufüllen und um den ursprünglichen Hochdruck zu erreichen.
Zur Stromversorgung können ein oder mehrere Fotovoltaik-Paneele und/oder Windstromgeneratoren, welche über deren zugeordneten Wechselrichter mit einer aufladbaren Batterie verbunden sind, vorgesehen sein.
In der Steuereinheit können mehrere Relais und mindestens zwei Register verschaltet und den eingebundenen Temperatursensoren und Drucksensoren Schmitt-Trigger nachgeschaltet sein, die über Transistoren und über Gatter-Elementen

– mit einem ersten Relais A und einem zweiten Relais B zur Ansteuerung der Heizungen,
– mit einem dritten Relais G zum Einschalten der Wärmepumpen,
– mit einem vierten Relais C zur Einschaltung der ersten Wärmepumpe,
– mit einem fünften Relais D zur Einschaltung der zweiten Wärmepumpe,
– mit einem sechsten Relais F zur Schaltung der Ventile und zur Auslösung der Doppelkolbenverschiebung und
– mit einem siebten Relais E zur Ein- und Abschaltung der Anlage in schaltungstechnischer Verbindung stehen,

Die Eingänge der den Temperatursensoren zugeordneten Schmitt-Trigger können mit einer geringen Kapazität bestückt sein, wenn die Hysterese der Schmitt-Trigger zur Umschaltung des dritten Relais nicht ausreichend sind.
Alle wechselnden Druck führenden Zylinder und Speicher können mit Drucksensoren ausgestattet sein, die im Havariefall ein siebtes Relais E über einen Kontakt e abschalten.
Die erfindungsgemäße Anlage besteht im Wesentlichen aus zwei gegenüberliegenden, separaten Zylindern, deren linear miteinander verbundene Kolben – einem Doppelkolben – mittels Dampfdruck über jeweils zugehörige geöffnete und geschlossene Einlass-/Auslassventile translatorisch bewegt werden. Der Doppelkolbenrichtungswechsel sowie dessen Kolbenweg werden mittels Lichtschranken oder Schalter festgelegt, wobei die Lichtschranken, verbunden mit der elektronischen Steuereinheit, über eine elektrische Ventil-Steuerungsanordnung eine Öffnung oder Schließung der entsprechenden Ventile bewirken. Die Ventile können elektrisch ansteuerbare Magnetventile sein.
Über die zwei abwechselnd elektrisch betriebenen Wärmepumpen, die mit den beiden Flüssigkeit enthaltenden Flüssigkeitsbehältern verbunden sind, wird ein Temperaturgefälle erzeugt. Die beiden Behälter werden jeweils durch eine gegebene effiziente Heizung gemeinsam mit einer wahlweise aktiven gesteuer ten, eingeschalteten Wärmepumpe auf ein unterschiedliches Temperaturniveau transformiert.
Zur Erzeugung einer hohen Wärme-Kraft-Leistung der erfindungsgemäßen Anlage ist es zweckmäßig, einen hohen Unterschied der Dampftemperaturen im Innern der Zylinder zu gewährleisten. Dabei wird immer im Wechsel einer der Kolben zum betriebsaktiven Antriebskolben eingeschaltet. Der anliegende hohe Dampfdruck im jeweiligen aktiven Antriebskolben erzeugt im gegenüberliegenden passiven Zylinder eine Kompression des Dampfes im dampfgefüllten Zylinderraum, wobei die Kompression eine Temperaturerhöhung im auf Niedrigtemperatur befindlichen ersten Behälter bewirken kann.
Gleichzeitig wird mittels der aktiven zweiten Wärmepumpe durch die zweite Einrichtung zur Wärmeentnahme dem auf Niedrigtemperatur befindlichen Behälter Wärme entzogen.
Hierbei wird ein energetischer Kreislauf vorgegeben.
Die reduzierte, annähernd um den Betrag der abgegebenen mechanischen Leistung, abgeführte Wärmeenergie, die in herkömmlicher Weise verlustreich verloren geht, wird mittels der beiden Wärmepumpen im Wechsel in der erfindungsgemäßen Anlage wieder verwendet.
Im auf Niedrigtemperatur befindlichen ersten Behälter führt der aufgenommene Dampf zu einer Auffüllung des ersten Behälters, in deren Folge ein Stillstand der Kolben in den Zylindern entsteht oder die zur Abwechselung der Wärmepumpenrichtung führt.
Mittels der an/in den Behältern angebrachten Temperaturensensoren und/oder Drucksensoren werden Temperatur und/oder Druckwerte ausgewertet und entsprechende elektronische Regelvorgänge in der Steuereinheit ausgelöst. Ist der Temperaturunterschied zwischen den beiden Behältern zu gering, wird ein Betriebswechsel der Wärmepumpen ausgelöst, wobei wahlweise die Heizungen zugeschaltet werden.
Demzufolge ist nur eine der Wärmepumpen immer eingeschaltet und damit betriebsaktiv.
Die Kolbenstange zwischen den Kolben kann mechanisch mit einer oder mehrerer Hochdruckluftpumpen verbunden sein, wobei die Kolben durch ihre gemeinsame translatorischen Bewegung den erforderlichen hohen Luftdruck für einen Hochdruck-Luftspeicher, der mit mindestens einer Hochdruckluftpumpe in Verbindung steht, liefern. Aufgrund der Komprimierungsfähigkeit von Luft ist mit der Luft ein nahezu ideales Speichermedium gegeben, welches sich vielfältig einsetzen lässt und zu Energieerzeugern geleitet werden.
Mit dem Energieträger Luftdruck können vielfältige Maschinen betrieben, u. a. auch Stromgeneratoren. Bei Abströmung der Hochduckluft, die durch Einsatz einer oder mehrerer Energieerzeugungs-Maschinen gegeben ist, reduziert sich der Hochdruck im Hochdruck-Luftspeicher, dessen Drucksensor ein Einschalten der erfindungsgemäßen Anlage signalisiert, um den Hochdruck-Luftspeicher mit Druckluft nachzufüllen und um den ursprünglichen Hochdruck zu erreichen.
Als Flüssigkeit in den beiden Behältern kann Wasser, Alkohol und andere Flüssigkeiten mit niedrigem Siedepunkt eingesetzt werden.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mittels mehrerer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anlage zur Erzeugung von Doppelkolbenverschiebungen für Energieerzeugungssysteme mit mechanischen Elementen und deren Verbindungen sowie die zugehörige regenerative Energieversorgungseinheit unter Verwendung von Wasser als Flüssigkeit in den Behältern und
2 eine schematische Darstellung einer Steuereinheit der erfindungsgemäßen Anlage zur Erzeugung wasserdampfunterstützten Doppelkolbenverschiebungen für Energieerzeugungssysteme.
In 1 ist eine Anlage 1 zur Erzeugung von wasserdampfunterstützten Doppelkolbenverschiebungen für druckluftbetriebene Energieerzeugungssysteme dargestellt, die umfasst

– zwei dicht verschlossene Wasserbehälter 6,7 mit darin befindlichem Wasser 59, 60,
– zwei den beiden Wasserbehältern 6, 7 zugeordnete Heizungen 16, 19,
– zwei über eine Kolbenstange 46 miteinander verbundene Kolbensysteme 61, 62 mit jeweils einem Kolben 29, 35 in einem zugehörigen Zylinder 30, 36, wobei ein Zylinder 30, 36 mit jeweils einer Leitung 48, 49 mit dem ersten Wasserbehälter 6 und mit jeweils einer anderen Leitung 50, 51 mit dem zweiten Wasserbehälter 7 verbunden ist und jeweils ein Kolbensystem 61, 62 an den beiden Leitungen 48, 49; 50, 51 ein Einlassventil 33, 39 und ein Auslassventil 34, 40 hat,
– ein an der Kolbenstange 46 mechanisch befestigtes Element 37, das mit einem Energiegewinnungssystem 47, 5 in Verbindung steht und von der Kobenstange 46 verschiebbar ist,
– ein Sensorschrankensystem 52 aus zwei Sensorschranken 31, 38, denen das doppelkolbenverschiebbare Element 37 zugeordnet ist,
– zwei Wärmepumpen 25, 26, die den beiden Wasserbehältern 6, 7 zugeordnet sind und in ihrem Pumpenkreislauf 63, 64 jeweils eine Einrichtung 54, 56 zur Wärmeentnahme und eine Einrichtung 53, 55 zur Wärmezufuhr aufweisen, die den Wasserbehältern 6, 7 zugeordnet sind, wobei in dem ersten Wasserbehälter 6 eine erste Einrichtung 53 zur Wärmezufuhr der ersten Wärmepumpe 25 und eine zweite Einrichtung 56 zur Wärmeentnahme der zweiten Wärmepumpe 26 sowie in dem zweiten Wasserbehälter 7 eine erste Einrichtung 54 zur Wärmeentnahme der ersten Wärmepumpe 25 und eine zweite Einrichtung 55 zur Wärmezufuhr der zweiten Wärmepumpe 26 vorhanden sind,
– eine Energieversorgungseinheit 2 aus regenerativer Energie, die mit einem zur Anlagenenergieversorgung vorgesehenen Wechselrichter 57 in Verbindung steht, der an die Heizungen 16, 19 und an die Wärmepumpen 25, 26 über Schaltkontakte a1, b1; c1, d1 angeschlossen ist und diese ansteuernd betreibt, und
– eine Steuereinheit 58, die mit den Schaltkontakten a1, b1; c1, d1 und den Ventilen 33, 39; 34, 40 sowie mit einem Drucksensor 8 am Hochdruck-Luftspeicher 5 und Temperatursensoren 9, 10 an den Wasserbehältern 6, 7 in signaltechnischer und energietechnischer Verbindung steht.

Das Energieerzeugungssystem kann mindestens eine Hochdruckluftpumpe 47 und einen über eine Hochdruckleitung 67 angeschlossenen Hochdruck-Luftspeicher 5 sowie einen nachgeordneten Energieerzeuger (nicht eingezeichnet) aufweisen, wobei die Hochdruckluftpumpe 47 zur Erzeugung von Hochdruckluft vorgesehen ist, die vom Hochdruck-Luftspeicher 5 aus gerichtet dem Energieerzeuger zur Stromerzeugung zugeführt wird.
Das Energieerzeugungssystem kann andererseits auch durch die Ausbildung des verschiebbaren, mechanisch an der Kolbenstange 46 befestigten Elements 37 als Permanentmagnet und eines das Doppelkolbensystem und das Element 37 angeordneten Spulensystems zu einem Linearstromerzeugungsgenerator ausgebildet sein.
Die beiden Heizungen 16, 19 sind als Induktionsheizungen ausgebildet.
Die Einrichtungen 54, 56 zur Wärmeentnahme und die Einrichtungen 53, 55 zur Wärmezufuhr können Rohrschlangen darstellen, die in den Wasserbehältern 6, 7 verlegt sind.
Das Sensorschrankensystem 52; 31, 38 ist als Lichtschrankensystem mit Lichtschranken ausgebildet.
Die Anlage 1 besteht im Wesentlichen aus zwei gegenüberliegenden, seperaten Zylindern 30, 36, deren linear miteinander verbundene Kolben 29, 35 – einem Doppelkolben – mittels Dampfdruck über jeweils zugehörige geöffnete und geschlossene Einlass-/Auslassventile 33, 39; 34, 40 translatorisch bewegbar ist, wobei ein Doppelkolbenrichtungswechsel sowie dessen Kolbenweg des Doppelkolbens 29, 35 mittels der Lichtschranken 31, 38 festgelegt sind, wobei die Lichtschranken 31, 38, verbunden mit der elektronischen Steuereinheit 58 über eine darin befindliche elektrische Ventil-Steuerungsanordnung 65, eine Öffnung oder Schließung der Ventile 33, 34, 39, 40 auslöst.
Die Ventile 33, 34, 39, 40 sind elektrisch ansteuerbare Magnetventile.
Über die zwei abwechselnd elektrisch betriebenen Wärmepumpen 25, 26, die mit den beiden Wasser 59, 60 enthaltenden Wasserbehältern 6, 7 verbunden sind, wird ein Temperaturgefälle erzeugt, wobei die beiden Wasserbehälter 6, 7 jeweils durch die zugeordnete Heizung 16, 17 gemeinsam mit einer wahlweise aktiven gesteuert eingeschalteten Wärmepumpe 25 oder 26 auf ein unterschiedliches Temperaturniveau transformiert werden.
Zwischen den Wasserbehältern 6, 7, dem angeschlossenen Doppelkolbensystem und den Wärmepumpen 25, 26 ist somit ein energetischer Kreislauf vorgegeben.
Die reduzierte, um den Betrag der abgegebenen mechanischen Leistung abgeführte Wärmeenergie ist mittels der beiden Wärmepumpen 25, 26 im Wechsel wieder verwendbar.
Im auf Niedrigtemperatur befindlichen ersten Wasserbehälter (6) führt der aufgenommene Wasserdampf zu einer Auffüllung des ersten Wasserbehälters (6, in deren Folge ein Stillstand der Kolben 29, 35 in den Zylindern 30, 36 entsteht oder die zum Wechsel der Wärmepumpenrichtung führt.
An/In den Wasserbehältern 6, 7 sind die Temperaturensensoren 9, 10 und/oder wahlweise Drucksensoren angebracht, deren Temperatur- und/oder Druckwerte ausgewertet werden und entsprechende elektronische Regelvorgänge in der Steuereinheit 58 auslösen.
Nur eine der Wärmepumpen 25, 26 ist immer eingeschaltet und damit betriebsaktiv.
Die Kolbenstange 46 zwischen den Kolben 29, 35 ist mechanisch mit einer Hochdruckluftpumpe 47 verbunden, wobei die Kolben 29, 35 – der Doppelkolben – durch ihre gemeinsame translatorischen Bewegung den erforderlichen hohen Luftdruck für einen Hochdruck-Luftspeicher 5, der mit mindestens einer Hochdruckluftpumpe 47 in Verbindung steht, liefern.
Der Hochdruck-Luftspeicher 5 ist mit einem Drucksensor 8 versehen, wobei bei einer Abströmung der Hochduckluft, die durch Einsatz eines oder mehrerer Energieerzeugungssystems gegeben ist, sich der Hochdruck im Hochdruck-Luftspeicher 5 reduziert, wobei der Drucksensor 8 ein Einschalten der Anlage 1 signalisiert, um den Hochdruck-Luftspeicher 5 mit Druckluft nachzufüllen und um den ursprünglichen Hochdruck zu erreichen.
Zur Stromversorgung können ein oder mehrere Fotovoltaik-Paneele 2 und/oder Windstromgeneratoren 3, welche über deren zugeordneten Wechselrichter 57 mit einer aufladbaren Batterie 4 verbunden sind, vorgesehen sein.
In der Steuereinheit 58 sind mehrere Relais und mindestens zwei Register verschaltet und den eingebundenen Temperatursensoren 9, 10 und Drucksensoren 8 Schmitt-Trigger 20, 18, 68 nachgeschaltet, die über Transistoren und über Gatter-Elementen

– mit einem ersten Relais A 41 und einem zweiten Relais B 42 zur Ansteuerung der Heizungen 16, 17,
– mit einem dritten Relais G 22 zum Einschalten der Wärmepumpen über den Kontakt g2,
– mit einem vierten Relais C 14 zur Einschaltung der ersten Wärmepumpe 25,
– mit einem fünften Relais D 15 zur Einschaltung der zweiten Wärmepumpe 26,
– mit einem sechsten Relais F 28 zur Schaltung der Ventile 33, 34, 39, 40 und zur Auslösung der Doppelkolbenverschiebung und
– mit einem siebten Relais E 66 zur Ein- und Abschaltung der Anlage 1 in schaltungstechnischer Verbindung stehen,

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Die Eingänge der den Temperatursensoren 9, 10 nachgeordneten Schmitt-Trigger 18 und 20 können mit einer geringen Kapazität bestückt sein, wenn die Hysterese der Schmitt-Trigger 18, 20 zur Umschaltung des dritten Relais G 22 nicht ausreichend sind.
Alle wechselnden Druck führenden Zylinder 30, 36 und Speicher 5 sind vorzugsweise mit Drucksensoren ausgestattet, die im Havariefall ein siebtes Relais E 66 über einen Kontakt e abschalten.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anlage 1 an einem Ausführungsbeispiel unter Erzeugung von Druckluft anhand der 1 und 2 näher erläutert.
Die Stromversorgung der erfindungsgemäßen Anlage 1 erfolgt mittels einer regenerativen Energieversorgungseinheit, wahlweise aufweisend ein oder mehrere Fotovoltaik-Paneele 2 und/oder Windstromgeneratoren 3, welche gemeinsam mit einer aufladbaren Batterie 4 verbunden sind, über deren zugeordneten Wechselrichter 57 die elektrische Anlagenenergieversorgung geschaltet wird.
Der Drucksensor 8 des Hochdruck-Luftspeichers 5 wertet den Spannungswert U zum Einschalten der Anlage 1 aus, wobei der Spannungswert U eine Funktion des Drucks p mit U = f(p) im Hochdruck-Luftspeicher 5 ist.
Liegt der Spannungswert U des Drucksensors 8 unterhalb eines vorgegebenen Solldruckes U_Soll des Hochdruck-Luftspeichers 5, erfolgt eine Einschaltung der Anlage 1 mit Hilfe des siebenten Relais E 66 und des ersten Relais A 41 sowie des zweiten Relais B 42 und deren Schaltkontakte a1 und b1, welche die erste Induktionsheizung 16 und die zweite Induktionsheizung 19 zur Aufheizung des ersten Wasserbehälters 6 und/oder des zweiten Wasserbehälters 7 einschalten.
Der zweite Wasserbehälter 7 mit dem Wasser 60 beinhaltet gegenüber dem ersten Wasserbehälter 6 mit dem Wasser 59 einen geringeren Wasserstand, d. h. im zweiten Wasserbehälter 7 wird der eingestellte Spannungswert bzw. Temperaturwert, gemessen am zweiten Temperatursensor 10, von max. 90 Grad Celsius zuerst erreicht. Bei Überschreitung der ersten Ansprechschwelle des ersten Schmitt-Triggers 18 entsteht am Ausgang der logische Ausgangspegel „Low", der über den nachfolgenden ersten Transistor 17 eine Abschaltung der zweiten Induktionsheizung 19 bewirkt.
Dieser Ausgang „Low" des ersten Schmitt-Triggers 18 setzt das erste Register 24 in Vorbereitung zum Einschalten der ersten Wärmepumpe 25. Mit der Abschaltung der zweiten Induktionsheizung 19 erfolgt die Schließung des Kontaktes b2, wobei der Setzimpuls des ersten Registers 24 bereits vorher anlag. Durch Schließung einer der Kontakte a2 oder b2 in der Steuereinheit 58 sind die Ausgänge des ersten Registers 24 fest vorgegeben. Die Auswertung der Inhalte der Wasserbehälter 6, 7 ist hiermit abgeschlossen und ist für weitere Betrachtungen nicht mehr relevant. Erst nach Unterbrechung des Kontaktes e beginnt ein neuer Anlauf.
Sind beide Ausgänge der Schmitt-Trigger 18 und 20 auf „Low" geschaltet, wird die erste Wärmepumpe 25 abgeschaltet.
Im Folgenden wird der Beginn der Zuschaltung der ersten aktiven Wärmepumpe 25 erläutert.
Durch die noch eingeschaltete erste Induktionsheizung 16 erreicht der Spannungswert des ersten Temperatursensors 9 die zweite Ansprechschwelle des zweiten Schmitt-Triggers 20, dessen Ausgang ein „Low" erhält. Sollte die Hysterese der Schmitt-Trigger 18 oder 20 zur Umschaltung des dritten Relais G 22 nicht ausreichend sein, so sind dessen Eingänge mit einer geringen Kapazität zu bestücken.
Durch die kurzzeitigen „Low"-Signale am OR-Gatter 13 mit nachfolgendem zweiten Transistor 21 wird das dritte Relais G 22 abgeschaltet. Eine sichere Abschaltung des dritten Relais G 22 wird mit der Schließung des Kontaktes g3 erreicht.
Mit der Abschaltung des dritten Relais G 22 erfolgen die Öffnung des Kontaktes g1 sowie die Schließung des Kontaktes g2, wobei die erste Wärmepumpe 25 aktiv wird.
Über den Kontakt g1 werden die Heizungen 16, 17 durch das dritte Relais G22 abgeschaltet und zugleich über den Kontakt g2 die Wärmepumpen 25, 26 zugeschaltet.
Signalisiert der Ausgang des Differenzverstärkers 27 den erreichten minimalen Temperaturunterschied der Temperatursensoren 9 und 10, wird das sechste Relais F 28 aktiv und bewirkt mit der Schließung des Kontaktes f den Beginn der Doppelkolbenverschiebung.
Sind beide Ausgänge der Schmitt-Trigger 18, 20 bedingt durch Ansteigen des Temperaturwertes des Sensors 10 auf „Low" geschaltet, d. h. es erfolgt bei einer Überschreitung der zweiten Temperaturschwelle am ersten Schmitt- Trigger 18 über einen Kolbenstillstand ein Wechsel der Wärmepumpen und ein zweiter Anlauf beginnt.
Das den beiden Schmitt-Triggern 18, 20 nachgeschaltete NOR-Gatter 43 mit seinen „High"-Ausgang und den bereits vorher gesetzten Ausgang „High" (erster Anlauf) am ersten Register 24 bewirkt einen Temperaturrichtungswechsel der Wärmepumpe.
Bei Erreichen eines minimalen Temperaturunterschiedes, was durch Abkühlung und Aufheizung der Wasserbehälter 6 und 7 mittels einer Wärmepumpe geschieht, erfolgt die Zuschaltung der Kolbensteuerung.
Die damit aktive erste Wärmepumpe 25 gewährleistet die erforderliche Temperaturdifferenz zur Aufrechterhaltung einer translatorischen Bewegung der miteinander zu einem Doppelkolben verbundenen Kolben 29, 35.
Der unvermeidbare Dampfaustritt aus den Zylindern 30, 35 führt zur Auffüllung des auf Niedrigtemperatur befindlichen zweiten Wasserbehälters 7, der bedingt durch die gegebene Kompression innerhalb des zweiten Wasserbehälters 7 eine Temperaturerhöhung erhält. Diese Temperaturerhöhung bewirkt über den ersten Schmitt-Trigger 18 und dem nachgeschalteten NOR-Gatter 43 ein Rücksetzen des ersten Registers 24, wobei die zweite Wärmepumpe 26 mittels des fünften Relais D 15 über einen Schaltkontakt d1 eingeschaltet und damit aktiviert wird.
Entsprechend der entstehenden reduzierten Temperaturdifferenz erfolgt über dem Differenzverstärker 27 mit anschließend geschaltetem viertem Schmitt-Trigger 44, einem dritten Transistor 45 und dem sechsten Relais F 28 über den zugehörigen Kontakt f eine Abschaltung der Magnetventile 33, 34, 39, 40 zum Stillstand der Kolben 29, 35.
Aufgrund der erhöhten Temperatur im zweiten Wasserbehälter 7 wird der Ausgang des ersten Schmitt-Triggers 18 auf „Low" geschaltet, wobei durch Wick setzen des bereits vorher schon gesetzten ersten Registers 24 ein Aktivierungsrichtungswechsel der Wärmepumpen von 25 auf 26 eintritt.
Die Doppelkolbenverschiebung wird wieder eingeschaltet, wenn bei Erreichen der Spannungswerte der Temperatursensoren 9, 10 bei der vorgegebenen Temperaturdifferenz über den Differenzverstärker 27 und über das sechste Relais F 28 einschließlich des Kontaktes f die Ventil-Steuerungsanordnung 65 eingeschaltet wird.
Durch die aktuelle Lage des ersten Kolbens 29 am zugehörigen ersten Zylinder 30 wird über das Lichtschrankensignal der ersten Lichtschranke 31 das zweite Register 32 so gesetzt, dass die Magnetventile 33 und 34 geöffnet werden.
Der anliegende Dampfdruck verschiebt den ersten Kolben 29 und den mit ihm mechanisch verbundenen zweiten Kolben 35, der den Dampf aus dem ersten Zylinder 30 über das geöffnete zweite Auslassmagnetventil 34 in den auf Niedrigtemperatur befindlichen zweiten Wasserbehälter 7 drückt. Das mechanisch mit der Kolbenstange 46 verbundenes Element 37 in Form einer Querstange, welche senkrecht zur Kolbenstange 46 gerichtet ist, hat sich in Richtung der zweiten Lichtschranke 38 verschoben, deren Signal eine Verschiebungsrichtungsumkehr des Doppelkolbens durch Rücksetzen des zweiten Registers 32 einleitet.
Infolgedessen öffnen sich die Magnetventile 39 und 40 und drücken bei einer Antriebsverschiebung des Doppelkolbens 35, 29 den verbrauchten Dampf aus dem ersten Zylinder 30 in den auf Niedrigtemperatur befindlichen zweiten Wasserbehälter 7.
Diese Richtungsumkehr der Verschiebung der Kolben 29, 35 wiederholt sich so oft, bis der kondensierte ausgedrückte Dampf in Form von heißem Wasser den auf Niedrigtemperatur befindlichen zweiten Wasserbehälter 7 auffüllt, d. h., es tritt eine Volumenreduzierung, verbunden mit einer Druck- und Temperaturerhöhung, durch Kompression ein.
Gleichzeitig wird durch den aktiven Betrieb der ersten Wärmepumpe 25 über deren zugehörigen ersten Einrichtung 54 zur Wärmeentnahme dem auf Niedrigtemperatur befindlichen zweiten Wasserbehälter 7 Wärmeenergie entzogen. Das Ansteigen des Spannungswertes des zweiten Temperatursensors 10 bewirkt über den ersten Schmitt-Trigger 18 ein Rücksetzen des ersten Registers 24, wobei dann die zweite Wärmepumpe 26 aktiv wird.
Der teilweise entleerte erste Wasserbehälter 6 wird über einen erneuten Doppelkolbenstillstand unter dem Betriebsaktivierungswechsel der Wärmepumpen 25, 26 vom passiven in den aktiv geschalteten Zustand zum Wärmelieferanten für den unter Dampfantrieb gesetzten zweiten Wasserbehälter 7, in deren Folge ein neuer Zyklus beginnt.
Weiterhin können alle wechselnden Druck führenden Zylinder und Speicher 30, 36, 5 mit Drucksensoren (nicht alle eingezeichnet) ausgestattet sein, die im Havariefall das siebte Relais E 66 über den Kontakt e abschalten.
Dieses mit der Flüssigkeit – Wasser – betriebene Anlage 1 kann auch mit Alkohol oder einer anderen Flüssigkeit 59, 60 mit niedrigem Siedepunkt betrieben werden.
Die erfindungsgemäße Anlage 1 zur Erzeugung von Doppelkolbenverschiebungen für Energieerzeugungssysteme hat folgende weitere Vorteile:
Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage besteht in der Anwendung von Sonnen- u. Windenergie sowie anderer regenerativer Energie unter Vermeidung einer Entstehung von jeglichen Schadstoffen, die insbesondere Ozonkiller darstellen.

1: Anlage
2: Fotovoltaik-Paneele
3: Windstromgenerator
4: Batterie
5: Hochdruck-Luftspeicher
6: erster Behälter
7: zweiter Behälter
8: Drucksensor
9: erster Temperatursensor
10: zweiter Temperatursensor
11: erster Widerstand
12: erste Diode
13: OR-Gatter
14: viertes Relais C
15: fünftes Relais D
16: erste Heizung
17: erster Transistor
18: erster Schmitt-Trigger
19: zweite Heizung
20: zweiter Schmitt-Trigger
21: zweiter Transistor
22: drittes Relais G
23: dritter Schmitt-Trigger
24: erstes Register
25: erste Wärmepumpe
26: zweite Wärmepumpe
27: Differenzverstärker
28: sechstes Relais F
29: erster Kolben
30: erster Zylinder
31: erste Sensorschranke
32: zweites Register
33: erstes Einlassventil
34: zweites Auslassventil
35: zweiter Kolben
36: Zylinder
37: Element
38: zweite Sensorschranke
39: zweites Einlassventil
40: erstes Auslassventil
41: erstes Relais A
42: zweites Relais B
43: NOR-Gatter
44: vierter Schmitt-Trigger
45: dritter Transistor
46: Kolbenstange
47: Hochdruckluftpumpe
48: erste Eingangsleitung
49: zweite Eingangsleitung
50: erste Ausgangsleitung
51: zweite Ausgangsleitung
52: Sensorschrankensystem
53: erste Einrichtung zur Wärmezufuhr
54: erste Einrichtung zur Wärmeentnahme
55: zweite Einrichtung zur Wärmezufuhr
56: zweite Einrichtung zur Wärmeentnahme
57: Wechselrichter
58: Steuereinheit
59: Flüssigkeit
60: Flüssigkeit
61: erstes Kolbensystem
62: zweites Kolbensystem
63: erster Pumpenkreislauf
64: zweiter Pumpenkreislauf
65: Ventil-Steuerungsanordnung
66: siebentes Relais E
67: Hochdruckleitung
68: fünfter Schmitt-Trigger
a1: Schalterkontakt
b1: Schalterkontakt
c1: Schalterkontakt
d1: Schalterkontakt
a2: Kontakt
b2: Kontakt
e: Kontakt
f: Kontakt
g1: Kontakt
g2: Kontakt
g3: Kontakt

Claims

Anlage (1) zur Erzeugung von Doppelkolbenverschiebungen für Energieerzeugungssysteme, umfassend – zwei dicht verschlossene Behälter (6, 7) mit darin befindlicher Flüssigkeit (59, 60), – zwei den Behältern (6, 7) zugeordnete Heizungen (16, 19), – zwei über eine Kolbenstange (46) miteinander verbundene Kolbensysteme mit jeweils einem Kolben (29, 25) – einem Doppelkolben – in einem zugehörigen Zylinder (30, 36), wobei ein Zylinder (30, 36) mit jeweils einer Leitung (48, 49) mit dem ersten Behälter (6) und mit jeweils einer anderen Leitung (50, 51) mit dem zweiten Behälter (7) verbunden ist und jeweils ein Kolbensystem an den beiden Leitungen (48, 49; 50, 51) ein Einlassventil (33, 39) und ein Auslassventil (34, 40) hat, – ein an der Kolbenstange (46) mechanisch befestigtes Element (37), das mit einem Energieerzeugungssystem (47, 5) in Verbindung steht und von der Kolbenstange (46) verschiebbar ist, – ein Sensorschrankensystem (52) mit zwei Sensorschranken (31, 38), denen das doppelkolbenverschiebbare mechanische Element (37) zugeordnet ist, – zwei Wärmepumpen (25, 26), die den beiden Behältern (6, 7) zugeordnet sind und in ihrem Pumpenkreislauf jeweils eine Einrichtung (54, 56) zur Wärmeentnahme und eine Einrichtung (53, 55) zur Wärmezufuhr aufweisen, die den Behältern (6, 7) zugeordnet sind, wobei in dem ersten Behälter (6) eine erste Einrichtung (53) zur Wärmezufuhr der ersten Wärmepumpe (25) und eine zweite Einrichtung (53) zur Wärmeentnahme der zweiten Wärmepumpe (26) sowie in dem zweiten Behälter (6) eine erste Einrichtung (54) zur Wärmeentnahme der ersten Wärme pumpe (25) und eine zweite Einrichtung (55) zur Wärmezufuhr der zweiten Wärmepumpe (26) vorhanden sind, – eine Energieversorgungseinheit (2) aus regenerativer Energie, die mit einem zur Anlagenenergieversorgung vorgesehenen Wechselrichter (57) in Verbindung steht, der an die Heizungen (16, 19) und an die Wärmepumpen (25, 26) über Schaltkontakte (a1, b1; c1, d1) angeschlossen ist und diese ansteuernd betreibt, und – eine Steuereinheit (58), die mit den Schaltkontakten (a1, b1; c1, d1) und den Ventilen (33, 39; 34, 40) sowie mit Drucksensoren und Temperatursensoren (9, 10) in/an den Behältern (6, 7) sowie dem Sensorschrankensystem (52) in signaltechnischer und energieversorgungstechnischer Verbindung steht.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieerzeugungssystem mindestens eine Hochdruckluftpumpe (47) und einen über eine Hochdruckleitung (67) angeschlossenen Hochdruck-Luftspeicher (5) sowie einen nachgeordneten Energieerzeuger aufweist, wobei die Hochdruckluftpumpe (47) zur Erzeugung von Hochdruckluft vorgesehen ist, die vom Hochdruck-Luftspeicher (5) aus gerichtet dem Energieerzeuger zur Stromerzeugung zugeführt wird.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieerzeugungssystem durch die Ausbildung des verschiebbaren, an der Kolbenstange (46) des Doppelkolbens (29, 35) mechanisch befestigten Elements (37) als mindestens ein Permanentmagnet und mindestens eines das Doppelkolbensystem und das Element (37) umgeben den Spulensystems zu einem Linearstromerzeugungsgenerator ausgebildet ist.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizungen (16, 19) als Induktionsheizungen ausgebildet sind.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (54, 56) zur Wärmeentnahme und die Einrichtungen (53, 55) zur Wärmezufuhr Rohrschlangen darstellen, die in den Behältern (6, 7) verlegt sind.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorschrankensystem (52; 31, 38) als Lichtschrankensystem mit Lichtschranken ausgebildet ist.
Anlage nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie im Wesentlichen aus zwei gegenüberliegenden, separaten Zylindern (30, 36) besteht, deren linear miteinander verbundene Kolben (29, 35) – einem Doppelkolben – mittels Dampfdruck über jeweils zugehörige geöffnete und geschlossene Einlass-/Auslassventile (33, 39; 34, 40) translatorisch bewegbar ist, wobei ein Doppelkolbenrichtungswechsel sowie dessen Kolbenweg des Doppelkolbens (29, 35) mittels der Sensorschranken (31, 38) festgelegt sind, wobei die Sensorschranken (31, 38), verbunden mit der elektronischen Steuereinheit (58) über eine dann befindliche elektrische Ventil-Steuerungsanordnung (65), eine Öffnung oder Schließung der Ventile (33, 34, 39, 40) auslöst.
Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (33, 34, 39, 40) elektrisch ansteuerbare Magnetventile sind.
Anlage nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass über die zwei abwechselnd elektrisch betriebenen Wärmepumpen (25, 26), die mit den beiden Flüssigkeit (59, 60) enthaltenden Behältern (6, 7) verbunden sind, ein Temperaturgefälle erzeugt wird, wobei die beiden Behälter (6, 7) jeweils durch die zugeordnete Heizung (16, 17) gemeinsam mit einer wahlweise aktiven gesteuert eingeschalteten Wärmepumpe (25, 26) auf ein unterschiedliches Temperaturniveau transformiert werden.
Anlage nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Behältern (6, 7), dem angeschlossenen Doppelkolbensystem und den Wärmepumpen (25, 26) ein energetischer Kreislauf vorgegeben ist.
Anlage nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die reduzierte, um den Betrag der abgegebenen mechanischen Leistung abgeführte Wärmeenergie mittels der beiden Wärmepumpen (25, 26) im Wechsel wieder verwendbar ist.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im auf Niedrigtemperatur befindlichen ersten Behälter (6) der aufgenommene Flüssigkeitsdampf zu einer Auffüllung des ersten Behälters (6) führt, in deren Folge ein Stillstand der Kolben (29, 35) in den Zylindern (30, 36) entsteht oder die zum Wechsel der Wärmepumpenrichtung führt.
Anlage nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass an/in den Behältern (6, 7) Temperaturensensoren (9, 10) und/oder Drucksensoren angebracht sind, deren Temperatur- und/oder Druckwerte ausgewertet werden und entsprechende elektronische Regelvorgänge in der Steuereinheit (58) auslösen.
Anlage nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine der Wärmepumpen (25, 26) immer eingeschaltet und damit betriebsaktiv ist.
Anlage nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (46) zwischen den Kolben (29, 35) mechanisch mit einer oder mehrerer Hochdruckluftpumpen (47) verbunden ist, wobei die Kolben (29, 35) durch ihre gemeinsame translatorischen Bewegung den erforderlichen hohen Luftdruck für einen Hochdruck-Luftspeicher (5), der mit mindestens einer Hochdruckluftpumpe (47) in Verbindung steht, liefert.
Anlage nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruck-Luftspeicher (5) mit einem Drucksensor (8) versehen ist, wobei bei einer Abströmung der Hochduckluft, die durch Einsatz eines oder mehrerer Energieerzeugungssystems gegeben ist, sich der Hochdruck im Hochdruck-Luftspeicher (5) reduziert, wobei der Drucksensor (8) ein Einschalten der Anlage (1) signalisiert, um den Hochdruck-Luftspeicher (5) mit Druckluft nachzufüllen und um den ursprünglichen Hochdruck zu erreichen.
Anlage nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stromversorgung ein oder mehrere Fotovoltaik-Paneele (2) und/oder Windstromgeneratoren (3), welche über deren zugeordneten Wechselrichter (57) mit einer aufladbaren Batterie (4) verbunden sind, vorgesehen sind.
Anlage nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit (58) mehrere Relais und mindestens zwei Register verschaltet sind und den eingebundenen Temperatursensoren (9, 10) und Drucksensoren (8) Schmitt-Trigger (20, 18; 68) nachgeschaltet sind, die über Transistoren und über Gatter-Elementen – mit einem ersten Relais (A 41) und einem zweiten Relais (B 42) zur Ansteuerung der Heizungen (16, 17), – mit einem dritten Relais (G 22) zum Einschalten der Wärmepumpen (25, 26), – mit einem vierten Relais (C 14) zur Einschaltung der ersten Wärmepumpe (25), – mit einem fünften Relais (D 15) zur Einschaltung der zweiten Wärmepumpe (26), – mit einem sechsten Relais (F 28) zur Schaltung der Ventile (33, 34, 39, 40) und zur Auslösung der Doppelkolbenverschiebung, – mit einem siebten Relais (E 66) zur Ein- und Abschaltung der Anlage (1), wobei das erste Register (24) zur Ansteuerung der beiden Wärmepumpen (25,26) sowie das zweite Register (32) zur Ansteuerung der Ventile (33, 39; 34, 40) und des Sensorschrankensystems (52) für die Doppelkolbenverschiebung vorgesehen sind.
Anlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingänge der den Temperatursensoren (9, 10) nachgeschalteten Schmitt-Trigger (20, 18) mit einer geringen Kapazität bestückt sind, wenn die Hysterese der Schmitt-Trigger (18, 20) zur Umschaltung des dritten Relais (G 22) nicht ausreichend sind.
Anlage nach mindestens einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass alle wechselnden Druck führenden Zylinder (30, 36) und Speicher (5) mit Drucksensoren ausgestattet sind, die im Havariefall ein siebtes Relais (E 66) über einen Kontakt (e) abschalten.