DE102007049522A1 - Thermo-Hydraulisches Verfahren zur Druckerhöhung diverser Arbeitsfluids und deren Anwendung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein thermohydraulisches Druckerhöhungsverfahren und dessen Anwendung. Eine derartige technische Lösung wird in erster Linie im Bereich der Energiewirtschaft, im Maschinenbau und im chemischen Anlagenbau benötigt. In einer Hydraulikanlage übernimmt die Druckerhöhung nach dem Stand der Technik eine Hydraulikpumpe, welche von einem Motor angetrieben wird, der nachteilig hochwertige Energien wie Strom, Diesel oder Benzin benötigt. Einige Arbeitsfluids verändern in der Nähe und oberhalb des kritischen Punktes mit steigender Temperatur sehr stark ihre Dichte und gehen bei weiterer Energiezufuhr ohne Dichtesprünge bei Temperaturen weit unter 100°C in den gasförmigen Zustand über und vergrößern bei hohem Druck ihr Volumen um das Mehrfache. Lässt sich der stoffspezifische Systemdruck und die Systemtemperatur an einem Hydraulikprozess anpassen, so lässt sich Abwärme zur Volumenänderungsarbeit nutzen. Aufgabe ist, mittels Abwärme in einem thermischen Prozess Volumenänderungsarbeit zu erzielen, diese auf einen Hydraulikprozess zu übertragen, um dann beispielsweise Pressen oder Generatoren in stationären industriellen Anlagen anzutreiben.

Description

• Die Erfindung betrifft ein thermohydraulisches Druckerhöhungsverfahren und dessen Anwendung. Eine derartige technische Lösung wird in erster Linie im Bereich der Energiewirtschaft und im chemischen Anlagenbau benötigt.
• Die Druckerhöhung in einer Hydraulikanlage übernimmt nach dem Stand der Technik eine Hydraulikpumpe, welche wiederum von einem Motor angetrieben wird. Hierfür werden hochwertige Energien wie Strom, Diesel oder Benzin benötigt. Hydraulische Anlagenkomponenten sind marktgängig, finden überall in der Technik Anwendung und stehen auf einem hohen Entwicklungsniveau. Nachteilig wären die hochwertigen Antriebsenergien zu nennen. Flüssige Arbeitsfluids verändern in der Nähe und oberhalb des kritischen Punktes mit steigender Temperatur stark ihre Dichte und gehen bei weiterer Energiezufuhr ohne Dichtesprünge in den gasförmigen Zustand über. Lässt sich der stoffspezifische Systemdruck an den Hydraulikdruck anpassen, entsteht die Option, Abwärme zur Volumenänderungsarbeit zu nutzen
• Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, mittels Abwärme die Volumenänderungsarbeit so zu nutzen, das damit ein Hydraulikprozess betrieben werden kann, der dann die verschiedensten Aufgaben übernimmt, der beispielsweise Pressen oder Generatoren antreibt.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß im Wesentlichen durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bis 4 gelöst. Danach wird in einem Druckbehälter (2) das flüssige Arbeitsfluid (1) mittels Wärmeübertrager (3) anfangs isochor beheizt, so dass Druck und Temperatur steigen. Der Druckbehälter (2) steht in direkter Verbindung mit einem Doppelzylinder (5), bei dem die zweite Seite mit Hydrauliköl (9) gefüllt ist. Beim Start steht der Kolben (10) oben (große Dichte). Das Druckventil (8) öffnet erst dann, wenn der Innendruck über dem Hydraulikdruck ansteigt. Dann strömt Hydrauliköl in den Hochdruckbehälter (11) und kann zur Arbeit (12) genutzt werden. Nach dem das Druckventil (8) geöffnet hat, erfolgt die weitere Erwärmung des Arbeitsfluids isobar (oberer Hydraulikdruck), bis der untere Umkehrpunkt im Doppelzylinder (5) erreicht ist (kleine Dichte). Mit dem Abkühlen verkleinert sich das Volumen wieder, der Druck sinkt und der Niederdruck des Hydrauliksystems (13) schiebt den Kolben wieder zurück in die obere Ausgangsstellung. Da die Erwärmung bzw. Kühlung des Arbeitsfluids stetig steigend bzw. fallend erfolgt, lässt sich ein Großteil der Wärme regenerieren. 2 und 3 zeigen eine Anwendung, wie beispielsweise 12 Thermohydraulikzylinder zusammengeschaltet sind. Dabei werden in einem Zyklus 5 Thermohydraulikzylinder zur Regeneration verbunden, einer wird erhitzt und einer gekühlt. Mit dem nächsten Zyklus wechselt mittels Regelung die Anschlussbelegung, so dass pro Zyklus ein kompletter Hub angesaugt und gedrückt werden kann.

1

Arbeitsfluids

2

Druckbehälter Arbeitsfluid

3

Wärmeübertrager

4

Abwärme

5

Doppelzylinder

6

Hydrauliköl

7

Saugventil

8

Druckventil

9

Hydraulikölsystem

10

Kolben

11

Hydrauliköl-Hochdruck-Behälter

12

Hydraulikmotor mit Generator

13

Hydrauliköl-Niederdruck-Behälter

Claims (4)

1. Verfahren zur thermohydraulischen Druckerhöhung und dessen Anwendung für diverse Arbeitsfluids, dadurch gekennzeichnet, dass ein passendes, mit dem Hydraulikprozess abgestimmtes flüssiges Arbeitsfluid (1) in einem Druckbehälter (2) von einem integrierten Wärmeübertrager (3) mittels Abwärme (4) und direktverbundenem Doppelzylinder (5) anfangs bis zum erreichen des Hydraulikarbeitsdruckes isochor erwärmt wird, dass im unteren Teil des Doppelzylinders (5) sich Hydrauliköl (6) mit einem Saug-(7) und Druckventil (8) befindet, die vom Differenzdruck im Hydraulikölsystem (10) gesteuert werden, dass im Doppelzylinder ein Kolben (9) Arbeitsfluid und Hydrauliköl trennt, dass nach dem erreichen des Hydraulikarbeitsdruckes das Öl aus dem Doppelzylinder (5) gedrückt wird und die Erwärmung bis zum unteren Anschlag isobar erfolgt, dass mit der Abkühlphase der Kolben (10) durch Volumenverkleinerung und Niederdruck des Hydrauliksystems wieder in die Ausgangslage verschoben wird, wo der Prozess von neuem beginnt, dass Wärmeübertrager (3) und Doppelzylinder (5) senkrecht angeordnet sind, um eine optimale Temperaturschichtung bei der Massenverschiebung zu erzielen, dass die Baugruppe Wärmeübertrager (3) und Doppelzylinder (5) komplett isoliert wird.
2. Verfahren zur thermohydraulischen Druckerhöhung und dessen Anwendung für diverse Arbeitsfluids, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Verbesserung der Effizienz mehrstufig mit Regeneration 2 hydraulisches und 3 thermisches Schaltschema ausgeführt wird.
3. Verfahren zur thermohydraulischen Druckerhöhung und dessen Anwendung für diverse Arbeitsfluids, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auch ohne Kolben (10), also ohne Medientrennung nutzbar ist, wenn das Arbeitsfluid auch im Hydraulikkreislauf strömt bei entsprechenden Komponenten.
4. Verfahren zur thermohydraulischen Druckerhöhung und dessen Anwendung für diverse Arbeitsfluids, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren als Heat Hydraulic Cycle, Abkürzung HHC-Verfahren, bezeichnet wird.