Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Gewinnung
von mechanischer Energie aus der Temperaturdifferenz zwischen einer Wärmequelle
und einer Wärmesenke.The
The invention relates to an apparatus and a method for obtaining
of mechanical energy from the temperature difference between a heat source
and a heat sink.
Zur
Gewinnung mechanischer Energie unter Ausnutzung einer Temperaturdifferenz
zwischen einer Wärmequelle und einer Wärmesenke
ist insbesondere der Stirling-Motor bekannt, welcher bei Zuführung
von Wärme an ein Ende eines am anderen Ende kühleren
Zylinders eine linear oszillierende Bewegung eines Kolbens in dem
Zylinder in Gang setzt.to
Obtaining mechanical energy using a temperature difference
between a heat source and a heat sink
In particular, the Stirling engine is known, which in feed
from heat to one end of one at the other end cooler
Cylinder a linear oscillating movement of a piston in the
Cylinder starts.
In
der US 6240729 B1 ist
eine Vorrichtung zur Umsetzung von Wärmeenergie in mechanische Energie
bekannt, bei welcher ein Fluidkreislauf wenigstens drei durch Fluidleitungen
verbundene Kammern und Rückschlagventile enthält.
Die Kammern sind auf einem drehbaren Rahmen so montiert, dass eine
Kammer in eine als Wärmequelle dienende Flüssigkeit
eintaucht. In der eintauchenden Kammer wird eine in dem Fluidkreislauf
zirkulierende Arbeitsflüssigkeit teilweise verdampft, wodurch
Arbeitsflüssigkeit in dem Kreislauf verschoben und der
Schwerpunkt so verlagert wird, dass der Rahmen in eine undirektionale
Drehung versetzt wird.In the US 6240729 B1 a device for converting thermal energy into mechanical energy is known in which a fluid circuit contains at least three chambers and check valves connected by fluid lines. The chambers are mounted on a rotatable frame so that a chamber is immersed in a liquid serving as a heat source. In the submerged chamber, a working fluid circulating in the fluid circuit is partially vaporized, thereby displacing working fluid in the circuit and displacing the center of gravity so as to place the frame in an unidirectional rotation.
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte
Vorrichtung und ein Verfahren zur Gewinnung mechanischer Energie
aus der Temperaturdifferenz zwischen einer Wärmequelle
und einer Wärmesenke anzugeben.Of the
present invention is based on the object, an advantageous
Device and method for obtaining mechanical energy
from the temperature difference between a heat source
and a heat sink.
Erfindungsgemäße
Lösungen sind in den unabhängigen Ansprüchen
beschrieben. Die abhängigen Ansprüche enthalten
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.invention
Solutions are in the independent claims
described. The dependent claims contain
advantageous embodiments and modifications of the invention.
Bei
der Erfindung durchläuft ein Arbeitsfluid, vorzugsweise
ein Gas, insbesondere Luft, einen Strömungspfad in einer
vorgegebenen Strömungsrichtung. Der Transport des Arbeitsfluids
wird durch Ausnutzen des Temperaturunterschieds zwischen der auf
höherer Temperatur befindlichen Wärmequelle und
der auf niedrigerer Temperatur befindlichen Wärmesenke
bewerkstelligt. In dem Strömungspfad sind hierfür
aufeinanderfolgend wenigstens ein erster Fluidbehälter
und diesem in Strömungsrichtung stromabwärts folgend
ein zweiter Fluidbehälter angeordnet. Die Volumina der
Fluidbehälter sind durch Ventileinrichtungen entlang des
Strömungspfads abgeschlossen. Die Ventileinrichtungen können
für Druckgefälle des Arbeitsfluids in Richtung
der vorgegebenen Strömungsrichtung des Strömungspfads zwischen
unmittelbar aufeinander folgenden Fluidbehältern geöffnet
werden. Der Druck des Arbeitsfluids in den Fluidbehältern
wird durch zyklisch alternierende Einwirkung der Wärmequelle
oder der Wärmesenke zyklisch variiert, wofür insbesondere
Antriebseinrichtungen vorgesehen sein können. Ein Zyklus
umfasse vorteilhafterweise wenigstens zwei Teilzyklen, wobei beispielsweise
in einem ersten Teilzyklus der Druck des Arbeitsfluids in einem
ersten Fluidbehälter durch Einwirkung der Wärmequelle
erhöht und der Druck des Arbeitsfluids in einem zweiten
Fluidbehälter unter Einwirkung der Wärmesenke
verringert und in einem zweiten Teilzyklus desselben Zyklus der Druck
des Arbeitsfluids in dem ersten Fluidbehälter unter Einwirkung
der Wärmesenke verringert und in dem zweiten Fluidbehälter
unter Einwirkung der Wärmequelle erhöht wird,
wobei die Erhöhung oder Verringerung des Drucks des Arbeitsfluids
im Vergleich zu dem Druck im jeweils anderen Teilzyklus zu verstehen
ist. Erhöhung und Verringerung des Drucks können
auch umgekehrt auf die Teilzyklen verteilt sein. Einwirkung der
Wärmequelle bedeutet einen Wärmefluss aus der
Wärmequelle, Einwirkung der Wärmesenke einen Wärmefluss
zu der Wärmesenke. In jedem Zyklus tritt dabei wenigstens
einmal ein Druckgefälle in der vorgegebenen Strömungsrichtung
des Strömungspfads auf, welches durch die in der vorgegebenen
Strömungsrichtung öffenbaren Ventileinrichtungen
abgebaut oder zumindest verringert wird, wobei Arbeitsfluid in der
vorgegebenen Strömungsrichtung, d. h. im Strömungspfad
stromabwärts transportiert wird.at
the invention passes through a working fluid, preferably
a gas, in particular air, a flow path in one
predetermined flow direction. The transport of the working fluid
is made by taking advantage of the temperature difference between the
Higher temperature located heat source and
the lower temperature heat sink
accomplished. In the flow path are for this
successively at least one first fluid container
and downstream of it in the flow direction
a second fluid container arranged. The volumes of
Fluid containers are provided by valve means along the
Flow path completed. The valve devices can
for pressure gradient of the working fluid in the direction
the predetermined flow direction of the flow path between
opened directly consecutive fluid containers
become. The pressure of the working fluid in the fluid containers
is caused by cyclically alternating action of the heat source
or the heat sink varies cyclically, for which in particular
Drive devices can be provided. One cycle
advantageously comprise at least two sub-cycles, for example
in a first subcycle, the pressure of the working fluid in one
first fluid container by the action of the heat source
increases and the pressure of the working fluid in a second
Fluid container under the action of the heat sink
decreases and in a second part cycle of the same cycle the pressure
of the working fluid in the first fluid container under action
reduces the heat sink and in the second fluid container
is increased under the action of the heat source,
wherein increasing or decreasing the pressure of the working fluid
compared to the pressure in the other sub-cycle
is. Can increase and decrease the pressure
also be distributed inversely to the subcycles. Action of the
Heat source means a heat flow from the
Heat source, action of the heat sink a heat flow
to the heat sink. At least in every cycle
once a pressure gradient in the specified flow direction
the flow path, which by the in the given
Flow direction openable valve devices
degraded or at least reduced, with working fluid in the
predetermined flow direction, d. H. in the flow path
is transported downstream.
Vorteilhafterweise
wird der Druck des Arbeitsfluids dabei entlang des Strömungspfads
erhöht. Vorzugsweise wird das Arbeitsfluid am Ausgang des letzten
Fluidbehälters einem Druckvorratsbehälter zugeführt,
aus welchem es für verschiedene Arbeitszwecke entnehmbar
ist. Als Arbeitsfluid kann vorteilhafterweise Luft, erforderlichenfalls
nach vorhergehender Filterung und/oder Reinigung eingesetzt werden.
Insbesondere kann das Arbeitsfluid Motoren, z. B. Pressluftmotoren
antreiben, welche bei Kopplung mit Generatoren elektrische Leistung
erzeugen oder anderweitig als Antriebe dienen können. Komprimierte
Luft kann auch für vielerlei an sich bekannte Arten für
Pressluftanwendungen, auch in Pressluftwerkzeugen benutzt werden.advantageously,
The pressure of the working fluid is thereby along the flow path
elevated. Preferably, the working fluid at the exit of the last
Fluid container fed to a pressure reservoir,
from which it can be removed for various purposes
is. As a working fluid can advantageously air, if necessary
be used after prior filtering and / or cleaning.
In particular, the working fluid motors, for. B. pneumatic motors
drive, which when coupled with generators electrical power
generate or otherwise serve as drives. compressed
Air can also be used for many types known per se
Compressed air applications, can also be used in pneumatic tools.
In
anderer Ausführung kann die Erfindung mit der Wirkung der
Erzeugung einer Druckdifferenz des Arbeitsfluids zwischen Eingang
und Ausgang auch dazu eingesetzt werden, am Eingangsanschluss bzw.
der mit diesem verbundenen Fluidquelle einen Unterdruck gegenüber
dem Umgebungsdruck zu erzeugen.In
another embodiment, the invention with the effect of
Generation of a pressure difference of the working fluid between inlet
and output also be used at the input terminal or
the associated with this fluid source a negative pressure
to generate the ambient pressure.
Für
die Einwirkung der Wärmequelle zur Erhöhung des
Drucks bzw. der Wärmesenke zur Verringerung des Drucks
ist vorzugsweise bei im wesentlichen konstantem Behältervolumen
in den Fluidbehältern ein Verdrängerfluid, vorzugsweise
ein Gas eingesetzt, welches bei Einwirkung der Wärmequelle aus dieser
Wärme aufnimmt und bei Einwirkung der Wärmesenke
an diese Wärme abgibt.For the action of the heat source to increase the pressure or the heat sink to reduce the pressure, a displacement fluid, preferably a gas is preferably used at substantially constant container volume in the fluid containers, which absorbs when exposed to the heat source from this heat and the action of the Heat sink gives off to this heat.
In
erster vorteilhafter Ausführung kann das Verdrängerfluid
durch das Arbeitsfluid selbst gegeben sein, welches bei Wärmeaufnahme
einen Druckanstieg erfährt und sich in Strömungsrichtung des
Strömungspfads zum stromabwärts benachbarten Fluidbhälter
in diesen ausdehnt bzw. bei Wärmeabgabe eine Druckverminderung
erfährt und aus dem stromaufwärts benachbarten
Fluidbehälter Arbeitsfluid durch die zwischen diesen angeordnete Ventileinrichtung
nachströmen lässt.In
first advantageous embodiment, the displacement fluid
be given by the working fluid itself, which in heat absorption
undergoes a pressure increase and in the flow direction of the
Flow path to the downstream adjacent Fluidbhälter
in these expands or at heat release a pressure reduction
learns and from the upstream adjacent
Fluid container working fluid through the arranged between these valve means
can flow.
In
anderer vorteilhafter Ausführung enthalten die Fluidbehälter
in einem durch eine verlagerbare Trennwand, insbesondere eine flexible
Membran abgetrennten Teilvolumen ein von dem Arbeitsfluid getrenntes
Verdrängerfluid, welches bei Wärmeaufnahme aus
der Wärmequelle Druck und Volumen erhöht und für
das in dem übrigen Teilvolumen des als konstant angenommenen
gesamten Behältervolumens befindliche Arbeitsfluid das
Volumen verringert und den Druck erhöht und das Arbeitsfluid
zumindest zum Teil in den stromabwärts benachbarten Fluidbehälter verdrängt.
In entsprechender Weise werden bei Abgabe von Wärme aus
dem Verdrängerfluid an die Wärmesenke Druck und
Volumen des abgetrennten Verdrängerfluids verringert und
dadurch für das Arbeitsfluid das Volumen erhöht
und der Druck verringert, so dass Arbeitsfluid über Ventileinrichtungen von
einem stromaufwärts benachbarten Fluidbehälter
nachströmen kann.In
Other advantageous embodiments include the fluid container
in a by a movable partition, in particular a flexible
Membrane separated partial volume of a separate from the working fluid
Displacement fluid, which on absorption of heat
the heat source increases pressure and volume and for
that in the remaining subvolume of the assumed constant
the entire container volume working fluid located
Reduces volume and increases the pressure and working fluid
at least partially displaced in the downstream adjacent fluid container.
In a similar manner, when heat is released
the positive displacement fluid to the heat sink pressure and
Reduces the volume of separated displacement fluid and
thereby increasing the volume of the working fluid
and the pressure is reduced so that working fluid via valve means of
an upstream adjacent fluid container
can flow.
Vorteilhafterweise
sind mehr als zwei Fluidbehälter jeweils unter Zwischenschaltung
von Ventileinrichtungen entlang des Strömungspfads vorgesehen,
so dass zwischen einem ersten Fluidbehälter am Eingang
des Strömungspfads und deinem letzten Fluidbehälter
am Ausgang des Strömungspfads wenigstens ein, vorzugsweise
mehrere Zwischen-Fluidbehälter im Verlauf des Strömungspfads
angeordnet sind. Dabei folgen vorteilhafterweise Fluidbehälter mit
Einwirkung der Wärmequelle einerseits und Fluidbehälter
mit Einwirkung der Wärmesenke andererseits, jeweils innerhalb
eines Teilzyklus, alternierend aufeinander, wobei vorzugsweise jeweils
jeder zweite Fluidbehälter unter der Einwirkung der Wärmequelle
und die jeweils anderen unter der Einwirkung der Wärmesenke
stehen und sich die Einwirkung von Wärmequelle bzw. Wärmesenke
im nächsten Teilzyklus umkehrt. Insbesondere bei stark
ungleichmäßiger Wärmeübertragung
von der Wärmesenke und der Wärmequelle zu dem
Verdrängerfluid bzw. Arbeitsfluid und/oder bei gleichmäßiger
Drehbewegung der Behälter können auch mehr als
zwei Teilzyklen vorgesehen sein.advantageously,
are more than two fluid containers each with interposition
provided by valve means along the flow path,
so that between a first fluid container at the entrance
the flow path and your last fluid container
at the exit of the flow path at least one, preferably
a plurality of intermediate fluid containers in the course of the flow path
are arranged. Advantageously, fluid containers follow
Influence of the heat source on the one hand and fluid container
with the action of the heat sink on the other hand, respectively within
a subcycle alternately, preferably each
every second fluid container under the action of the heat source
and the others under the action of the heat sink
stand and the action of heat source or heat sink
reverses in the next part cycle. Especially with strong
uneven heat transfer
from the heat sink and the heat source to the
Displacement fluid or working fluid and / or at more uniform
Rotary movement of the containers can also be more than
be provided two sub-cycles.
Die
im Verlauf des Strömungspfads unmittelbar aufeinander folgenden
Behälter sind thermisch gegeneinander isoliert. Auch ein
Wärmeübergang durch die Ventileinrichtungen sei,
mit Ausnahme eines gewünschten Stroms von Arbeitsfluid
in Richtung eines Druckgefälles, vernachlässigbar
gering.The
in the course of the flow path immediately consecutive
Containers are thermally insulated from each other. Also a
Heat transfer through the valve devices,
with the exception of a desired flow of working fluid
in the direction of a pressure gradient, negligible
low.
Die
Fluidbehälter sind vorteilhafterweise durch Segmente, welche
getrennte Winkelbereiche um eine Drehachse einnehmen, von wenigstens
einem, vorzugsweise mehreren drehbaren Körpern, insbesondere
Walzenkörpern, gebildet. Ohne Beschränkung der
Allgemeinheit sei nachfolgend die Ausführung der drehbaren
Körper als Walzenkörper als bevorzugt angenommen,
wobei grundsätzlich, soweit nicht durch besondere Umstände
ausgeschlossen, die Ausführungen auch auf andere Formen
drehbarer Körper anwendbar sein sollen. Die Walzenkörper
sind nachfolgend auch als walzenförmige Körper
bezeichnet.The
Fluid containers are advantageously by segments, which
occupy separate angular ranges about an axis of rotation, of at least
one, preferably a plurality of rotatable bodies, in particular
Roll bodies, formed. Without limitation of
Generality is below the execution of the rotatable
Body as roll body as preferred,
being basically, unless by special circumstances
excluded, the versions also on other forms
rotatable body should be applicable. The roll body
are below as a cylindrical body
designated.
In
bevorzugter Ausführungsform enthält ein Walzenkörper
genau zwei Fluidbehälter. Die Walzenkörper sind
um eine Drehachse drehbar, die mit der Walzenachse zusammenfällt,
wobei die Drehung zwischen zwei Drehendstellungen oszillierend oder in
eine Drehrichtung zyklisch fortgesetzt erfolgen kann. Bei der zwischen
zwei Drehendstellungen oszillierenden Drehung sind die beiden Drehendstellungen
vorteilhafterweise um wenigstens 120°, vorzugsweise wenigstens
150°, insbesondere annähernd 180° gegeneinander
um die Drehachse versetzt. Die Drehung erfolgt vorteilhafterweise
in einem zeitlich kürzeren Abschnitt eines Teilzyklus und
die drehbaren Körper verweilen über einen zeitlich
längeren Abschnitt eines Teilzyklus in einer Verweilstellung
mit möglichst maximalem Wärmekontakt zu der Wärmequelle
bzw. -senke. Insbesondere bei mehr als zwei Behältern,
insbesondere vier Fluidbehälter je drehbarem Walzenkörper
und in eine Richtung zyklisch fortgesetzter Drehung kann auch eine
gleichmäßig kontinuierliche Drehung von Vorteil
sein, bei welcher eine Beschleunigung und Abbremsung der drehbaren Walzenkörper
minimiert ist.In
preferred embodiment includes a roller body
exactly two fluid containers. The roll bodies are
rotatable about an axis of rotation which coincides with the roller axis,
wherein the rotation oscillates between two rotational end positions or in
a direction of rotation can be cyclically continued. At the between
two rotary end positions oscillating rotation are the two rotational end positions
advantageously at least 120 °, preferably at least
150 °, in particular approximately 180 ° to each other
offset around the axis of rotation. The rotation is advantageously carried out
in a temporally shorter section of a subcycle and
the rotatable bodies linger over a temporal
longer section of a subcycle in a dwell position
with maximum possible thermal contact with the heat source
or sink. Especially with more than two containers,
in particular four fluid containers per rotatable roller body
and in a direction of cyclically continued rotation may also be a
even continuous rotation of advantage
be, in which an acceleration and deceleration of the rotatable roller body
is minimized.
Vorteilhafterweise
sind mehrere drehbare Körper in vorzugsweise synchroner
Drehung gekoppelt und über Fluidleitungen, insbesondere
mit Ventileinrichtungen, untereinander verbunden.advantageously,
are several rotatable bodies in preferably synchronous
Rotation coupled and fluid lines, in particular
with valve devices, interconnected.
In
erster vorteilhafter Ausführung können mehrere
drehbare, insbesondere walzenförmige Körper koaxial
zueinander in Richtung ihrer gemeinsamen Drehachse nacheinander
angeordnet und vorzugsweise in fester gegenseitiger Position gegenüber
einer gemeinsamen Welle auf dieser befestigt sein. Die Ventileinrichtungen
zwischen den einzelnen Fluidbehältern können dabei
in erster vorteilhafter Ausführung in einer gemeinsamen
Hohlwelle angeordnet sein. In anderer vorteilhafter Ausführung
können die Ventileinrichtungen am äußeren
Umfang der drehbaren Körper angeordnet sein. In wieder
anderer Ausführung können die Ventileinrichtungen
axial gegen die Gruppe der drehbaren Körper und gegen Wärmequelle
und/oder Wärmesenke versetzt angeordnet sein.In a first advantageous embodiment, a plurality of rotatable, in particular cylindrical bodies can be arranged successively coaxially with each other in the direction of their common axis of rotation and preferably fixed in a fixed mutual position relative to a common shaft on this. The valve means between the individual fluid containers can be arranged in a first advantageous embodiment in a common hollow shaft. In another advantageous embodiment, the valve means may be arranged on the outer circumference of the rotatable bodies. In yet another embodiment, the valve means axially ge conditions the group of rotatable bodies and offset against heat source and / or heat sink to be arranged.
In
anderer vorteilhafter Ausführung können mehrere
drehbare, insbesondere walzenförmige Körper mit
jeweils mehreren Behältern quer zu ihren jeweiligen Drehachsen,
insbesondere mit parallel ausgerichteten Drehachsen, relativ zueinander
versetzt angeordnet sein und insbesondere eine ebene oder eine ringförmige
Gruppe bilden. Fluidleitungen mit Ventileinrichtungen, welche die
mehreren drehbaren Körper bzw. die in diesen enthaltenen
Fluidbehälter verbinden, sind dabei vorteilhafterweise
axial gegen die Fluidbehälter und die Wärmequelle
und Wärmesenke versetzt.In
another advantageous embodiment may have several
rotatable, in particular cylindrical body with
a plurality of containers transversely to their respective axes of rotation,
in particular with parallel aligned axes of rotation, relative to each other
be arranged offset and in particular a flat or an annular
Form a group. Fluid lines with valve devices which the
several rotatable body or contained therein
Connect fluid container, are doing advantageously
axially against the fluid container and the heat source
and heat sink offset.
Bei
einer Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Behältern können
diese sowohl in serieller Anordnung einen einzigen durchgehenden
Pfad, in anderer Ausführung aber auch mehrere parallele
Pfade oder eine verzweigte Pfadstruktur bilden. Insbesondere kann
auch vorgesehen sein, Fluidleitungen und Ventilanordnungen an Eingängen
und Ausgängen der mehreren Behälter veränderlich
zu gestalten, so dass zwischen einem einzigen Strömungspfad
oder mehreren parallelen Strömungspfaden oder einer verzweigten
Pfadstruktur flexibel umgeschaltet werden kann. Insbesondere ist
dadurch mit einer Vorrichtung die Erzeugung unterschiedlicher Ausgangsdrücke
und/oder eine Anpassung an die Entnahmerate vorteilhaft möglich.at
a device with a plurality of containers can
this in a serial arrangement a single continuous
Path, in other execution but also several parallel ones
Form paths or a branched path structure. In particular, can
also be provided, fluid lines and valve assemblies at inputs
and outputs of the plurality of containers
shape so that between a single flow path
or multiple parallel flow paths or a branched one
Path structure can be switched flexibly. In particular
thereby with a device generating different output pressures
and / or an adaptation to the withdrawal rate advantageously possible.
Zwischen
in einem Strömungspfad aufeinander folgenden Behältern
können Zwischenspeicherbehälter für das
Arbeitsfluid eingefügt sein.Between
in a flow path of successive containers
Can cache for the
Be inserted working fluid.
Die
Wärmequelle ist vorteilhafterweise durch eine Kammer, welche
die Fluidbehälter bzw. die diese enthaltenden drehbaren,
insbesondere walzenförmigen Körper umgibt und
vorzugsweise der Form der Fluidbehälter angepasst ist,
mit einem flüssigen oder gasförmigen Medium als
Wärmeträger gebildet. In besonderer Ausführung,
insbesondere zur Ausnutzung von Sonnenstrahlung, kann die Wärmequelle auch
einen Strahlungsabsorber enthalten.The
Heat source is advantageously through a chamber, which
the fluid containers or the rotatable, containing them
especially cylindrical body surrounds and
is preferably adapted to the shape of the fluid container,
with a liquid or gaseous medium as
Formed heat transfer medium. In special execution,
especially for the utilization of solar radiation, the heat source can also
contain a radiation absorber.
Die
Wärmesenke kann vorteilhafterweise ein gasförmiges
oder flüssiges Medium als Wärmeträger enthalten,
welches analog zu der Wärmequelle in einer die Fluidbehälter
umgebenden Kammer enthalten sein kann.The
Heat sink can advantageously be a gaseous
or contain liquid medium as heat carrier,
which analogous to the heat source in a fluid container
surrounding chamber may be included.
Flüssige
und/oder gasförmige Medien als Wärmeträger
von Wärmequelle und/oder Wärmesenke können
relativ zu dem Fluidbehälter gefördert, z. B.
durch eine die Fluidbehälter umgebende Kammer hindurchgepumpt
werden, so dass abgekühltes Medium der Wärmequelle
abgeführt und durch wärmeres ersetzt bzw. erwärmtes
Medium der Wärmesenke abgeführt und durch kälteres
ersetzt werden. Der Strom des oder der Wärmeträger
kann vorteilhafterweise als Antriebsleistung für die Antriebseinrichtungen
oder als Teil einer solchen Antriebsleistung genutzt werden.liquid
and / or gaseous media as a heat transfer medium
from heat source and / or heat sink can
promoted relative to the fluid container, for. B.
pumped through a chamber surrounding the fluid container
so that cooled medium is the heat source
dissipated and replaced by warmer or heated
Medium of the heat sink dissipated and by colder
be replaced. The flow of the or the heat transfer medium
can advantageously as a drive power for the drive means
or used as part of such drive power.
In
besonders vorteilhafter Ausführung ist von den beiden Wärmeträgern
von Wärmequelle bzw. Wärmesenke einer flüssig
und einer gasförmig, wobei vorzugsweise der flüssige
Wärmeträger durch Wasser und der gasförmige
Wärmeträger durch Luft und/oder Wasserdampf gebildet
ist.In
Particularly advantageous embodiment is of the two heat carriers
from heat source or heat sink of a liquid
and a gaseous, preferably the liquid
Heat carrier through water and gaseous
Heat carrier formed by air and / or water vapor
is.
In
besonders vorteilhafter Ausführung können im wesentlichen
ohne Beeinträchtigung des in aufeinander folgenden Zyklen
erfolgenden Transports des Arbeitsgases Druckdifferenzen, welche beim
Wechsel zwischen aufeinander folgenden Teilzyklen bestehen, ausgenutzt
werden, um die Antriebsenergie oder einen Teil derselben beim Wechsel zwischen
den Teilzyklen zu gewinnen. Dabei kann auch eine mechanische Zwischenspeicherung
von Antriebsenergie, insbesondere in einem oder mehreren gesonderten
Fluidbehältern vorgesehen sein.In
particularly advantageous embodiment can substantially
without affecting the successive cycles
subsequent transport of the working gas pressure differences, which in
Change between successive sub-cycles exist, exploited
be to drive energy or part of it when switching between
to win the subcycles. This can also be a mechanical buffering
of drive energy, in particular in one or more separate
Be provided fluid containers.
Die
Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei
zeigt:The
The invention is based on preferred embodiments
illustrated in detail with reference to the figures. there
shows:
1 eine
erste vorteilhafte Ausführung in Schrägansicht, 1 a first advantageous embodiment in an oblique view,
2 eine
Variante zu 1 in geschnittener Ansicht, 2 a variant too 1 in a cutaway view,
3 die
Anordnung nach 2 in einem zweiten Teilzyklus, 3 the arrangement after 2 in a second subcycle,
4 ein
Schnittbild zu 2 mit Blick in Achsrichtung, 4 a sectional view too 2 with view in the axial direction,
5 eine
Ausführung mit Behältermembranen in Schrägansicht, 5 an embodiment with container membranes in an oblique view,
6 eine
Ausführung mit drei Behältern je Walzenkörper, 6 a version with three containers per roller body,
7 eine
Anordnung mit mehreren Strömungspfaden und außen
liegenden Ventilen, 7 an arrangement with several flow paths and external valves,
8 Details
eines Koppelrings aus 7, 8th Details of a coupling ring 7 .
9 eine
Anordnung mit von den Wärmeträgern axial getrennter
Ventileinrichtung, 9 an arrangement with axially separate from the heat transfer valve device,
10 ein
Beispiel für einen Bi-Metallantrieb, 10 an example of a bi-metal drive,
11 eine
Ausführung mit ringförmiger Anordnung von Behältern, 11 a version with an annular An order of containers,
12 eine
Ausführung für die Ausnutzung von Strahlungswärme, 12 an embodiment for the utilization of radiant heat,
13 ein
Beispiel für eine Ventilanordnung zu 12, 13 an example of a valve assembly to 12 .
14 eine
Form der Gewinnung von Antriebsenergie für die Vorrichtung. 14 a form of recovery of drive energy for the device.
1 zeigt
in Schrägdarstellung eine Vorrichtung zur Gewinnung von
mechanischer Energie in Form eines verdichteten Arbeitsfluids AF,
welches aus einer Fluidquelle FQ einem Strömungspfad über ein
Eingangsventil VE zugeführt und über ein Ausgangsventil
VA an eine Fluidsenke FS abgeführt wird. Bei Verwendung
von Luft als Arbeitsfluid AF kann die Fluidquelle FQ insbesondere
die Umgebungsluft sein, welche dem Strömungspfad gegebenenfalls nach
Filterung und/oder Reinigung zugeführt wird. Die Fluidsenke
kann eine irgendwie geartete Arbeitseinrichtung sein, welche durch
das Fluid betreibbar ist. Im Falle der Verwendung eines Gases oder
insbesondere Luft als Fluid kann die Fluidsenke FS insbesondere
einen Druckgasspeicher enthalten, welcher durch die Vorrichtung
mit Arbeitsfluid und erhöhtem Druck aufgeladen wird und
aus welchem das unter erhöhtem Druck stehende Arbeitsfluid
für mechanische Arbeitsleistung entnehmbar ist. 1 shows an oblique view of a device for obtaining mechanical energy in the form of a compressed working fluid AF, which is supplied from a fluid source FQ a flow path via an input valve VE and discharged via an output valve VA to a fluid sink FS. When using air as working fluid AF, the fluid source FQ can be, in particular, the ambient air which is supplied to the flow path, optionally after filtering and / or cleaning. The fluid sink may be any type of working device that is operable by the fluid. In the case of using a gas or in particular air as fluid, the fluid sink FS may in particular contain a compressed gas storage, which is charged by the device with working fluid and increased pressure and from which the working fluid under elevated pressure for mechanical work can be removed.
Die
Vorrichtung nach 1 enthält zwei walzenförmige
Körper WA1 und WA2, welche auf einer gemeinsamen Welle
WE angeordnet und mit dieser synchron um eine Drehachse DA drehbar
sind. Die Drehung kann entweder alternierend in entgegen gesetzte
Richtungen oder fortgesetzt in gleicher Drehrichtung erfolgen. Ein
Doppelpfeil auf der linken Seite der Abbildung symbolisiert die
alternierende Drehung der beiden Walzenkörper WA1, WA2.
Die Richtung der Drehachse DA sei als Axialrichtung AR bezeichnet.The device after 1 contains two cylindrical bodies WA1 and WA2, which are arranged on a common shaft WE and are rotatable with this synchronously about a rotation axis DA. The rotation can either be done alternately in opposite directions or continued in the same direction of rotation. A double arrow on the left side of the figure symbolizes the alternating rotation of the two roller bodies WA1, WA2. The direction of the axis of rotation DA should be referred to as the axial direction AR.
Jeder
der beiden Walzenkörper WA1, WA2 ist durch eine wärmeisolierende
interne Trennwand BI in zwei Behälter unterteilt, wobei
die Trennwände BI, welche die Behälter eines Walzenkörpers
voneinander trennen, für beide Walzenkörper in
gleicher Drehstellung bezüglich der Drehachse DA bzw. der Welle
WE ausgerichtet sind.Everyone
the two roller body WA1, WA2 is characterized by a heat insulating
internal partition BI divided into two containers, wherein
the partitions BI, which are the container of a roll body
separate from each other, for both roll body in
the same rotational position with respect to the axis of rotation DA or the shaft
WE are aligned.
Der
erste Walzenkörper WA1 enthält einen ersten Behälter
B1 und einen zweiten Behälter B2, welche über
eine Fluidleitung FL mit einem Ventil V12 untereinander verbunden
sind. Der zweite Walzenkörper WA2 enthält einen
dritten Behälter B3 und einen vierten Behälter
B4, welche über eine Fluidleitung FL mit einem Ventil V34
verbunden sind. Der zweite Behälter B2 im ersten Walzenkörper
WA1 und der dritte Behälter B3 im zweiten Walzenkörper
WA2 sind über eine Fluidleitung mit einem Ventil V23 miteinander
verbunden. Der erste Behälter B1 ist weiters über
eine Fluidleitung FL und ein Eingangsventil VE mit einer Eingangsleitung
EL verbunden, über welche dem Strömungspfad Arbeitsfluid
AF zuführbar ist. Der vierte Behälter B4, welcher
in dem skizzierten Beispiel der letzte Behälter im Verlauf
des Strömungspfads sei, ist über eine Fluidleitung
mit einem Ausgangsventil VA mit einer zu der Fluidsenke FS führenden
Ausgangsleitung AL verbunden. Der Strömungspfad für
das Arbeitsfluid ist damit gegeben durch die Eingangsleitung EL,
das Eingangsventil VE, den ersten Behälter B1, das Ventil
V12, den zweiten Behälter B2, das Ventil V23, den dritten
Behälter B3, das Ventil V34, den vierten Behälter
B4, das Ausgangsventil VA und die Ausgangsleitung AL sowie mehrere
nicht im einzelnen bezeichnete Fluidleitungen FL. Die Anordnung
der Fluidleitungen FL und der Ventile VE ist schematisch zu verstehen
und soll lediglich den prinzipiellen Aufbau veranschaulichen. Im
Realfall sind die Ventile und die Fluidleitungen vorzugsweise an
anderer Stelle angeordnet, was an verschiedenen Beispielen noch
veranschaulicht wird. Die Walzenkörper sind in einer in 1 der Übersichtlichkeit
halber nicht mit eingezeichneten Einrichtung angeordnet, welche ein
kaltes Umgebungsvolumen mit einem auf einer niedrigeren Temperatur
TL befindlichen Wärmeträgermedium WL und ein zweites
Teilvolumen mit einem auf einer höheren Temperatur TH befindlichen
Wärmeträgermedium WH enthält. Die Wärmeträgermedien
sind nachfolgend auch einfach als Wärmeträger
bezeichnet. Insbesondere für den auf der höheren
Temperatur TH befindlichen Wärmeträger ist vorteilhafterweise
das Volumen um die Walzenkörper deren Form mit geringer
Volumendifferenz angepaßt. Das Umgebungsvolumen mit dem
kälteren Wärmeträger WL kann gleichfalls
an die Walzenform angepasst oder auch größer oder
auch ganz offen sein. Vorzugsweise ist einer der Wärmeträger
flüssig und der andere gasförmig. Beispielsweise
kann der auf höherer Temperatur TH befindliche warme Wärmeträger
WH durch Wasserdampf oder Heißluft und der kältere Wärmeträger
WL auf der Temperatur TL durch Kühlwasser gebildet sein.
Bei der Verwendung eines gasförmigen und eines flüssigen
Wärmeträgers ist eine besonders einfache Trennung
der beiden Umgebungsvolumina durch die Oberfläche des flüssigen Wärmeträgers
gegeben und eine vorteilhafte thermische Abdichtung der beiden Umgebungsvolumina kann
auf einfache Weise durch eine Abdichtung an der Oberfläche
des flüssigen Wärmeträgers erfolgen, welche
auch schwimmend auf dem flüssigen Wärmeträger
aufliegen kann.The first roller body WA1 contains a first container B1 and a second container B2, which are connected to one another via a fluid line FL with a valve V12. The second roller body WA2 contains a third container B3 and a fourth container B4, which are connected via a fluid line FL to a valve V34. The second container B2 in the first roll body WA1 and the third container B3 in the second roll body WA2 are connected to each other via a fluid line with a valve V23. The first container B1 is further connected via a fluid line FL and an input valve VE with an input line EL, via which the working fluid AF can be supplied to the flow path. The fourth container B4, which in the sketched example is the last container in the course of the flow path, is connected via a fluid line to an outlet valve VA with an outlet line AL leading to the fluid sink FS. The flow path for the working fluid is given by the input line EL, the input valve VE, the first container B1, the valve V12, the second container B2, the valve V23, the third container B3, the valve V34, the fourth container B4, the Output valve VA and the output line AL and a plurality of not individually designated fluid lines FL. The arrangement of the fluid lines FL and the valves VE is to be understood schematically and is intended to illustrate only the basic structure. In the real case, the valves and the fluid lines are preferably arranged elsewhere, which is illustrated by different examples. The roller bodies are in an in 1 arranged for the sake of clarity not with marked means containing a cold ambient volume with a located at a lower temperature TL heat transfer medium WL and a second partial volume with a located at a higher temperature TH heat transfer medium WH. The heat transfer media are hereinafter also referred to simply as heat transfer. In particular, for the heat carrier located at the higher temperature TH, the volume around the roller bodies is advantageously adapted to their shape with a small volume difference. The ambient volume with the colder heat carrier WL can also be adapted to the roll shape or be larger or even completely open. Preferably, one of the heat transfer medium is liquid and the other is gaseous. For example, the heat carrier WH at a higher temperature TH may be formed by water vapor or hot air and the colder heat carrier WL may be formed at the temperature TL by cooling water. When using a gaseous and a liquid heat carrier, a particularly simple separation of the two ambient volumes through the surface of the liquid heat carrier is given and an advantageous thermal sealing of the two ambient volumes can be done in a simple manner by a seal on the surface of the liquid heat carrier, which also floating can rest on the liquid heat carrier.
Die
Trennwände BI innerhalb der walzenförmigen Körper
gehen vorteilhafterweise durch die Drehachse DA und unterteilen
die walzenförmigen Körper in gleiche Teilvolumina
als Behälter B1 bis B4. Die in axialer Richtung AR aufeinander
folgenden walzenförmigen Körper können
auch unterschiedliche Abmessungen in axialer Richtung oder in bezüglich
der Drehachse radialer Richtung aufweisen. Vorzugsweise sind aber
alle Behältervolumina gleich groß. Die den Umgebungsvolumina
zuweisenden Behälterwände der walzenförmigen
Körper sind vorteilhafterweise gut wärmeleitend,
um einen guten Wärmetransport zwischen den Wärmeträgermedien und
dem in den Behältern B1 bis B4 befindli chen Arbeitsfluid
AF zu gewährleisten. Die walzenförmigen Körper
können in Axialrichtung AR, wie dargestellt getrennt oder
auch unmittelbar aneinander anschließend sein. Eine Wärmeisolierung
in axialer Richtung ist nicht erforderlich, da die in axialer Richtung
jeweils zueinander fluchtend angeordneten Behälter immer von
dem jeweils gleichen Wärmeträgermedium umgeben
sind, d. h. in der skizzierten Stellung sind die Behälter
B1 und B3 in Wärmekontakt mit dem kalten Wärmeträger
WL und die Behälter B2 und B4 sind in Wärmekontakt
mit dem warmen Wärmeträgermedium WH.The dividing walls BI within the cylindrical bodies advantageously pass through the axis of rotation DA and subdivide the cylindrical bodies into equal partial volumes as containers B1 to B4. The successive in the axial direction AR cylindrical bodies may also have different dimensions in the axial direction or in the radial direction with respect to the axis of rotation. Preferably, however, all container volumes are the same size. The container volumes of the cylindrical bodies which are assigned to the environmental volumes are advantageously highly thermally conductive in order to ensure good heat transfer between the heat transfer media and the working fluid AF contained in the containers B1 to B4. The roller-shaped bodies can be separated in the axial direction AR, as shown, or also directly adjoining one another. A thermal insulation in the axial direction is not required because the arranged in the axial direction in each case aligned to one another containers are always surrounded by the same heat transfer medium, ie in the outlined position, the container B1 and B3 in thermal contact with the cold heat carrier WL and the container B2 and B4 are in thermal contact with the warm heat transfer medium WH.
Im
Betrieb der Vorrichtung sind die walzenförmigen Körper
der Vorrichtung nach 1 vorteilhafterweise während
kurzer Bewegungsphasen zwischen zwei um 180° gegeneinander
versetzten Dreh-Endstellungen gedreht und verweilen über
einen gegenüber der Drehbewegung längeren Zeitabschnitt
in jeweils einer der beiden Endstellungen.In operation of the device, the cylindrical bodies of the device are after 1 advantageously rotated during short movement phases between two mutually offset by 180 ° rotational end positions and linger over a longer relative to the rotational movement period in each one of the two end positions.
Die
Ventile VE, V12, V23, V34 und VA haben jeweils eine vorgegebene
Durchlaßrichtung und sperren in der anderen Richtung. Dies
kann zum einen dadurch gegeben sein, dass die Ventile als Rückschlagventile
ausgeführt sind und Druckgefälle nur in der für
den Strömungspfad vorgesehenen Strömungsrichtung
von der Eingangsleitung EL zu der Ausgangsleitung AL durch Öffnen
der Ventile ausgleichen, hingegen Druckgefälle entgegen
dieser Strömungsrichtung durch Sperren der Ventile aufrecht
erhalten. Die Ventile können einzeln oder alle auch als
steuerbare Ventile ausgeführt sein, wobei die Steuerung
durch nicht gezeigte Steuermittel, beispielsweise mechanisch, elektrisch
oder magnetisch erfolgen kann und das Öffnen der Ventile
dabei zeitlich in Abhängigkeit von Drehbewegung und Drehstellung
so erfolgt, dass Druckgefälle in Strömungsrichtung
des Strömungspfads ausgeglichen und Druckgefälle
entgegen der Strömungsrichtung des Strömungspfads
aufrecht erhalten werden.The
Valves VE, V12, V23, V34 and VA each have a preset value
Forward direction and lock in the other direction. This
can be given by the fact that the valves as check valves
are executed and pressure gradient only in the for
the flow path provided flow direction
from the input line EL to the output line AL by opening
Balancing the valves, on the other hand pressure gradient opposite
this flow direction by locking the valves upright
receive. The valves can be individually or all as well
be executed controllable valves, the controller
by control means not shown, for example mechanically, electrically
or magnetically and opening the valves
in time depending on rotational movement and rotational position
This is done so that pressure gradient in the flow direction
of the flow path balanced and pressure gradient
against the flow direction of the flow path
be maintained.
Bei
der Erfindung wird ausgenutzt, dass sich ein Fluid bei Erwärmung
ausdehnt und bei Abkühlung zusammen zieht bzw. bei konstantem
Volumen sich der Druck des Fluids bei Erwärmung erhöht
und bei Abkühlung verringert. Eine Erwärmung des
Fluids erfolgt durch Einwirkung einer Wärmequelle, welche durch
den auf der höheren Temperatur TH befindlichen Wärmeträger
WH gegeben ist, eine Abkühlung des Fluids erfolgt durch
Einwirkung einer Wärmesenke, welche durch den auf der niedrigeren
Temperatur TL befindlichen Wärmeträger WL gegeben
ist. Bei der in 1 skizzierten Anordnung ist
das Arbeitsfluid AF zugleich das eine Veränderung von Temperatur,
Druck und Volumen erfahrende Verdrängerfluid, auf welches
die Wärmeträger von Wärmequelle bzw. Wärmesenke über
die gut wärmeleitenden Behälterwände
einwirken. In anderer Ausführung kann auch ein separates
Verdrängerfluid vorgesehen sein, auf welches Wärmesenke
und Wärmequelle einwirken und welches bei Temperaturänderung
eine entsprechende Volumenänderung und/oder Druckänderung erfährt
und diese auf das im Strömungspfad befindliche Arbeitsfluid überträgt.The invention makes use of the fact that a fluid expands when heated and contracts on cooling or, at a constant volume, the pressure of the fluid increases when heated and decreases on cooling. A heating of the fluid is effected by the action of a heat source, which is given by the heat carrier located at the higher temperature TH WH, a cooling of the fluid is effected by the action of a heat sink, which is given by the located at the lower temperature TL heat transfer medium WL. At the in 1 sketched arrangement, the working fluid AF is at the same time a change of temperature, pressure and volume experienced positive displacement fluid, which act on the heat transfer of heat source or heat sink on the well-heat-conducting container walls. In another embodiment, a separate displacement fluid may be provided, which act on the heat sink and heat source and which undergoes a corresponding change in volume and / or pressure change in temperature change and this transfers to the working fluid located in the flow path.
In
der in 1 skizzierten Stellung der Vorrichtung mit den
Behältern B1 und B3 unter Einwirkung der Wärmesenke,
welche durch den auf der niedrigeren Temperatur befindlichen kalten
Wärmeträger WL gebildet ist, und den Behältern
B2 und B4 unter Einwirkung der Wärmequelle, welche durch den
auf höherer Temperatur TH befindlichen warmen Wärmeträger
WH gebildet ist, nimmt das Arbeitsfluid AF in den Behältern
B1 und B3 während der Verweilzeit in dieser Stellung eine
niedrigere Temperatur, insbesondere im wesentlichen die Temperatur
TL der Wärmesenke in den Behältern B2 und B4 eine
höhere Temperatur, insbesondere im wesentlichen die Temperatur
TH der Wärmequelle ein. Die Temperatur des Arbeitsfluids
kann grundsätzlich auch zwischen oberen und unteren Temperaturwerten
liegen, welche von den Temperaturen von Wärmequelle und Wärmesenke
stärker abweichen, wodurch die Zykluszeit verkürzt
werden kann. Die Verdichtung des Arbeitsfluids je Arbeitszyklus
ist aber effektiver bei größerer Temperaturvariation
des Arbeitsfluids. Vorteilhafterweise sind die höchste
TAmax und die tiefste TAmin Temperatur des Arbeitsfluids (bzw. eines Verdrängerfuids)
um maximal 20%, insbesondere höchstens 10% der Temperaturdifferenz
von Wärmequelle und Wärmesenke von diesen verschieden, (TAmin-TL) ≤ (TH-TL)
0,2 (bzw. 0,1), (TH-TAmax) ≤ (TH-TL) 0,2 (bzw. 0,1).In the in 1 outlined position of the device with the containers B1 and B3 under the action of the heat sink, which is formed by the lower temperature located cold heat carrier WL, and the containers B2 and B4 under the action of the heat source, which is located at the higher temperature TH warm heat carrier WH is formed, takes the working fluid AF in the containers B1 and B3 during the residence time in this position, a lower temperature, in particular substantially the temperature TL of the heat sink in the containers B2 and B4 a higher temperature, in particular substantially the temperature TH of the heat source one. In principle, the temperature of the working fluid may also be between upper and lower temperature values, which deviate more strongly from the temperatures of the heat source and the heat sink, as a result of which the cycle time can be shortened. However, the compression of the working fluid per duty cycle is more effective with greater temperature variation of the working fluid. Advantageously, the highest TAmax and the lowest TAmin temperature of the working fluid (or a Verdrängerfuids) by a maximum of 20%, in particular at most 10% of the temperature difference of heat source and heat sink of these different, (TAmin-TL) ≤ (TH-TL) 0, 2 (or 0.1), (TH-TAmax) ≤ (TH-TL) 0.2 (or 0.1).
Eine äquivalente
Anordnung, anhand derer die Abfolge von Arbeitszyklen in zwei Teilzyklen
noch näher veranschaulicht ist, ist in 2 und 3 als Schnittdarstellung
mit einer durch die Drehachse DA verlaufenden vertikalen Schnittebene
dargestellt. Angedeutet sind dabei auch eine Volumenbegrenzung durch
eine Kammer KL des Umgebungsvolumens mit dem kälteren Wärmeträger
WL und eine Volumenbegrenzung durch eine Kammer KH für
das wärmere Umgebungsvolumen mit dem wärmeren
Wärmeträger WH.An equivalent arrangement illustrating the sequence of duty cycles in two subcycles is shown in FIG 2 and 3 shown as a sectional view with a running through the axis of rotation DA vertical cutting plane. Also indicated here are a volume limitation by a chamber KL of the surrounding volume with the colder heat carrier WL and a volume limitation by a chamber KH for the warmer ambient volume with the warmer heat carrier WH.
Die
Behälter seien bei der in 2 und 3 skizzierten
Vorrichtung auf einer Hohlwelle WV angeordnet, innerhalb welcher
die Ventile untergebracht sind. Die im Strömungspfad aufeinander
folgenden Behälter und die Ventile sind in 2 und 3 mit
denselben Bezeichnungen versehen wie die Behälter und Ventile
in 1. 2. zeigt die Drehstellung der
Vorrichtung in der zu 1 äquivalenten Stellung. 3 zeigt
eine um 180° gegen die Drehachse DA gedrehte Stellung der
Behälter samt Ventilen in der Hohlwelle WV. Soweit es sich
bei den Ventilen um steuerbare Ventile handelt, können
diese innerhalb der Hohlwelle bequem mechanisch mit in Richtung
der Drehachse verlaufenden Schiebern oder Zugmitteln oder elektrisch,
jeweils vorteilhafterweise durch seitlich gegen die walzenförmigen
Körper und die Umgebungsvolumina versetzten Steuereinrichtungen
betätigt werden.The containers are at the in 2 and 3 sketched device arranged on a hollow shaft WV, within which the valves are housed. The folks in the flow path container and the valves are in 2 and 3 provided with the same names as the tanks and valves in 1 , 2 , shows the rotational position of the device in the 1 equivalent position. 3 shows a rotated by 180 ° against the axis of rotation DA position of the container, including valves in the hollow shaft WV. Insofar as the valves are controllable valves, they may conveniently be actuated mechanically within the hollow shaft with slides or traction means running in the direction of the axis of rotation or electrically, in each case advantageously by control devices offset laterally against the cylindrical bodies and the environmental volumes.
Als
Arbeitsfluid und, soweit getrennt vorhanden, Verdrängerfluid
sei im folgenden ein Gas, insbesondere Luft verstanden. Synonym
zu Arbeitsfluid ist daher im folgenden auch der Begriff Arbeitsgas
gebraucht. Es sei angenommen, dass die maximale Temperatur des Arbeitsfluids
TAmax ungefähr gleich TH, die minimale Temperatur TAmin
ungefähr gleich TL ist. Die Erläuterungen gelten
in analoger Weise für TAmax, TAmin anstelle von TH, TL,
wenn erstere stärker verschieden sind von letzteren.When
Working fluid and, if present separately, positive displacement fluid
in the following a gas, in particular air understood. synonym
to working fluid is therefore also the term working gas in the following
second hand. It is assumed that the maximum temperature of the working fluid
TAmax approximately equal to TH, the minimum temperature TAmin
is about equal to TL. The explanations apply
analogously for TAmax, TAmin instead of TH, TL,
if the former are more different from the latter.
In
der in 1 und 2 dargestellten Drehposition
der Vorrichtung, welche in einem ersten von zwei Teilzyklen eines
Arbeitszyklus der Vorrichtung eingenommen und für eine
Verweilzeit beibehalten wird, befindet sich das gasförmige
Arbeitsfluid AF in den Behältern B1 und B3 gegen Ende der
Verweilzeit im wesentlichen auf der niedrigeren Temperatur TL und
das Arbeitsgas in den Behältern B2 und B4 im wesentlichen
auf der höheren Temperatur TH entsprechend den Temperaturen
der die Behälter jeweils umgebenden unterschiedlichen Wärmeträger WL
bzw. WH. Bei der Abkühlung des Arbeitsgases im Behälter
B1 und der damit verbundenen Verringerung von Druck und/oder Volumen
des Arbeitsgases strömt über das Eingangsventil
VE Arbeitsgas aus der Fluidquelle FQ nach, so dass sich in dem Behälter
B1 das Fluid auf der Temperatur TL und einem Druck P1L befindet.
Der Druck P1L im wesentlichen ist gleich dem Druck PQ des Arbeitsgases
in der Fluidquelle FQ, welches bei der durch Abkühlung
im Behälter B1 eintretenden Druckverringerung über
das Eingangsventil VE nachströmt. Sofern das Eingangsventil
VE ein gesteuertes Ventil ist, wird dieses vorzugsweise erst gegen
Ende des Teilzyklus, bei welchem sich der Behälter B1 im
kalten Wärmeträger WL befindet, geöffnet,
um ein Rückströmen von Arbeitsgas aus dem Behälter
B1 zur Fluidquelle zuverlässig zu vermeiden. Die Gasmenge
des Arbeitsgases im Behälter B1 beim Druck P1L (=PQ) und
der Temperatur TL sei mit M1L bezeichnet.In the in 1 and 2 shown rotational position of the device, which is taken in a first of two part cycles of a working cycle of the device and maintained for a residence time, the gaseous working fluid AF is in the containers B1 and B3 towards the end of the residence time substantially at the lower temperature TL and the working gas in the containers B2 and B4 substantially at the higher temperature TH corresponding to the temperatures of the containers respectively surrounding different heat carrier WL and WH. During the cooling of the working gas in the container B1 and the associated reduction of pressure and / or volume of the working gas flows via the input valve VE working gas from the fluid source FQ, so that in the container B1, the fluid at the temperature TL and a pressure P1L located. The pressure P1L is substantially equal to the pressure PQ of the working gas in the fluid source FQ, which flows on the inlet valve VE at the pressure reduction occurring in the container B1 by cooling. If the input valve VE is a controlled valve, this is preferably only at the end of the subcycle, in which the container B1 is in the cold heat carrier WL, opened to reliably prevent backflow of working gas from the container B1 to the fluid source. The gas amount of the working gas in the container B1 at the pressure P1L (= PQ) and the temperature TL is denoted by M1L.
Im
Behälter B3 stellt sich bei der Abkühlung des
Arbeitsgases ein Druck P3L ein, wobei beim Absinken des Drucks P31
in dem Behälter B3 unter den Druck P2H im Behälter
B2 Arbeitsfluid aus dem Behälter B2 über das Ventil
V23 in den Behälter B3 überströmt, bis
die Gasdrucke in den Behältern wieder im wesentlichen angeglichen
sind. Ein Strom von Arbeitsfluid in Gegenrichtung von dem Behälter
B3 zum Behälter B2 ist durch das Ventil V23 verhindert. Die
Gasmenge im Behälter B3 am Ende der Verweilzeit des ersten
Teilzyklus sei mit M3L bezeichnet.in the
Container B3 rises during the cooling of the
Working gas a pressure P3L, wherein when the pressure drops P31
in the container B3 under the pressure P2H in the container
B2 working fluid from the container B2 via the valve
V23 is poured into tank B3 until
the gas pressures in the containers are again substantially equalized
are. A stream of working fluid in the opposite direction from the container
B3 to the tank B2 is prevented by the valve V23. The
Gas volume in tank B3 at the end of the dwell time of the first
Subcycle is called M3L.
In
dem Behälter B2, welcher unter der Einwirkung der Wärmequelle
mit der Temperatur TH steht, nimmt das Arbeitsgas gegen Ende der
Verweilzeit in dieser Position im wesentlichen die Temperatur TH
des Wärmeträgers WH an. Der Behälter
B2 war im zweiten Teilzyklus des vorangegangenen Arbeitszyklus an
der Position des Behälters B1 und enthielt beim Einnehmen
der in 2 skizzierten Position anfänglich damit
eine Gasmenge gleich M1L mit der Temperatur TL und dem Druck P1L.In the container B2, which is under the action of the heat source with the temperature TH, the working gas at the end of the residence time in this position substantially assumes the temperature TH of the heat carrier WH. The container B2 was in the second part cycle of the previous cycle at the position of the container B1 and contained when ingested in 2 initially sketched a gas quantity equal to M1L with the temperature TL and the pressure P1L.
Durch
Erwärmen des Arbeitsgases im Behälter B2 während
des Verweilzeit in der in 2 skizzierten
Position unter Einwirkung der Wärmequelle auf den Behälter
B2 bzw. das in diesem befindliche Arbeitsgas nimmt das Arbeitsgas
im wesentlichen die höhere Temperatur TH an, wobei bei
Erwärmung und Abkühlung jeweils das Behältervolumen
als konstant angenommen sei. Durch die Erwärmung des Arbeitsgases
im Behälter B2 erhöht sich der Druck des Arbeitsgases
im Behälter B2. Ein dabei entstehendes Druckgefälle
entgegen der Strömungsrichtung vom Behälter B2
zum Behälter B1 wird durch das in dieser Richtung sperrende
Ventil V12 aufrecht erhalten. Ein Druckgefälle in Strömungsrichtung
zwischen dem Behälter B2 und dem stromabwärts
angeordneten Behälter B3 wird durch das Ventil V23 ausgeglichen, wobei
Arbeitsfluid von dem Behälter B2 über das Ventil
V23 in den Behälter B3 überströmt, bis
das Druckgefälle von B2 nach B3 im wesentlichen ausgeglichen
ist. Das aus dem Behälter B2 in den Behälter B3 überströmende
Arbeitsfluid wird in dem Behälter B3 zugleich wieder auf
die niedrigere Temperatur abgekühlt. Das Ventil V23 kann
gegen Ende der Verweilzeit der skizzierten Position geöffnet
werden, ist aber vorzugsweise über den überwiegenden
oder insbesondere weitgehend vollständigen Zeitabschnitt der
Verweildauer der Vorrichtung in der skizzierten Position geöffnet.
Gegen Ende der Verweilzeit der Vorrichtung in der in 2 skizzierten
Position stellt sich damit in dem Behälter B2 eine Fluidmenge
M2H auf der Temperatur TH und im Behälter B3 eine Fluidmenge
M3L auf der Temperatur TL ein, wobei die Drücke P2H im
Behälter B2 und P31 im Behälter B3 durch das Ventil
V23 ausgeglichen sind. Aufgrund der unterschiedlichen Temperaturen
TH und TL ist die Gasmenge M2H im Behälter B2 geringer
als im Behälter B3. Der Fluiddruck P2H=P3L in den Behältern
B2 und B3 ist höher als in dem Behälter B1.By heating the working gas in the container B2 during the residence in the in 2 sketched position under the action of the heat source on the container B2 and the working gas located in this working gas takes substantially the higher temperature TH, wherein upon heating and cooling, respectively, the container volume was assumed to be constant. By heating the working gas in the container B2, the pressure of the working gas in the container B2 increases. A resulting pressure gradient opposite to the flow direction from the container B2 to the container B1 is maintained by the valve V12 blocking in this direction. A pressure gradient in the flow direction between the container B2 and the downstream container B3 is compensated by the valve V23, wherein working fluid flows from the container B2 via the valve V23 into the container B3 until the pressure gradient from B2 to B3 is substantially balanced. The working fluid flowing from the container B2 into the container B3 is simultaneously cooled again in the container B3 to the lower temperature. The valve V23 can be opened toward the end of the residence time of the position outlined, but is preferably opened over the predominant or, in particular, substantially complete period of the residence time of the device in the position outlined. Towards the end of the residence time of the device in the in 2 sketched position thus sets in the container B2 a fluid quantity M2H at the temperature TH and in the container B3 a fluid quantity M3L at the temperature TL, the pressures P2H in the container B2 and P31 in the container B3 being compensated by the valve V23. Due to the different temperatures TH and TL, the amount of gas M2H in the container B2 is lower than in the container B3. The fluid pressure P2H = P3L in the tanks B2 and B3 is higher than in the tank B1.
Die
Erwärmung des Arbeitsfluids AF im Behälter B4
in der 2 skizzierten Position bewirkt für die
Gasmenge in diesem Behälter, der im zweiten Teilzyklus
des vorangegangenen Arbeitszyklus unter der Einwirkung der Wärmesenke
mit dem kälteren Wärmeträger WL stand
und deshalb zu Beginn des Teilzyklus mit der in 2 skizzierten
Position die Fluidmenge M3L enthält eine Erhöhung
von Druck und Temperatur des Arbeitsgases, wobei der sich dabei
einstellende höhere Druck P4H im Behälter B4 über
das Ausgangsventil VA an den Enddruck PS in einem als Fluidsenke
FS angenommenen Gasdruckbehälter DB angleicht und auf diesen
begrenzt ist. Beim Ansteigen des Fluiddrucks P4H im Behälter
B4 über den Ausgangsdruck PS in der Fluidsenke FS strömt
daher Fluid aus dem Behälter B4 in Richtung des stromabwärts
gerichteten Druckgefälles über das Ausgangsventil
VA in die Fluidsenke. Ein Druckgefälle zwischen dem Druck
P4H im Behälter B4 und dem entgegen der Strömungsrichtung,
d. h. stromaufwärts des Strömungspfads angeordneten
Behäl ter B3 mit dem Fluiddruck P3L bleibt wegen der sperrenden
Wirkung des Ventils V34 aufrecht erhalten.The heating of the working fluid AF in Be container B4 in the 2 sketched position causes for the amount of gas in this container, which was in the second part cycle of the previous cycle under the action of the heat sink with the colder heat carrier WL and therefore at the beginning of the subcycle with in 2 sketched position, the amount of fluid M3L contains an increase in pressure and temperature of the working gas, the adjusting thereby adjusting higher pressure P4H in the container B4 via the output valve VA to the final pressure PS in a presumed as a fluid sink FS gas pressure tank DB and is limited to this. As the fluid pressure P4H in the reservoir B4 rises above the outlet pressure PS in the fluid sink FS, fluid therefore flows from the reservoir B4 in the direction of the downstream pressure gradient via the outlet valve VA into the fluid sink. A pressure difference between the pressure P4H in the container B4 and the opposite to the flow direction, ie arranged upstream of the flow path Behäl ter B3 with the fluid pressure P3L remains maintained because of the blocking action of the valve V34.
Am
Ende des durch die Position nach 2 repräsentierten
ersten Teilzyklus eines Arbeitszyklus der Vorrichtung werden die
Behälter B1 bis B4 mit der Hohlwelle WV und den Ventilen
um die Drehachse DA in eine in 3 skizzierte
Position gedreht, in welcher sich während der Verweildauer
eines zweiten Teilzyklus eines Arbeitszyklus der erste Behälter B1
und der dritte Behälter B3 unter Einwirkung der Wärmequelle
mit dem Wärmeträger WH und der zweite Behälter
B2 und der vierte Behälter B4 unter der Einwirkung der
Wärmesenke mit dem kälteren Wärmeträger
WL befinden. Durch Erwärmung des Arbeitsfluids im Behälter
B1 auf die Temperatur TH steigt im Behälter B1 der Druck
des Arbeitsfluids von zuvor P1L auf einen höheren Wert
P1H, wobei ein dabei entstehendes Druckgefälle stromaufwärts
gegen den Druck PQ der Fluidquelle FQ aufgrund der sperrenden Wirkung
des Ventils VE erhalten bleibt. Gleichzeitig steigt im Behälter
B3 mit der Erwärmung des Arbeitsfluids auf die Temperatur
TH in diesem Behälter der Druck von zuvor P3L auf einen
höheren Wert P3H.At the end of the position 2 Represented first part cycle of a working cycle of the device, the container B1 to B4 with the hollow shaft WV and the valves about the axis of rotation DA in a in 3 rotated position in which, during the residence time of a second part cycle of a working cycle of the first container B1 and the third container B3 under the action of the heat source with the heat carrier WH and the second container B2 and the fourth container B4 under the action of the heat sink with the colder Heat carrier WL are located. By heating the working fluid in the container B1 to the temperature TH increases in the container B1, the pressure of the working fluid from P1L previously to a higher value P1H, wherein a resulting pressure gradient is maintained upstream against the pressure PQ of the fluid source FQ due to the blocking effect of the valve VE , At the same time, in the container B3, with the heating of the working fluid to the temperature TH in this container, the pressure of previously P3L rises to a higher value P3H.
Im
Behälter B2 sinkt bei Abkühlung des Arbeitsfluids
auf die Temperatur TL der Druck in diesem Behälter von
zuvor P2H (=P3L) auf einen niedrigeren Wert P2L und im Behälter
B4 sinkt bei Abkühlung des Arbeitsfluids der Druck in diesem
Behälter von zuvor P4H auf einen niedrigeren Wert P4L.
Ein bei der Temperaturveränderung auftretendes Druckgefälle
zwischen dem Behälter B3 und dem Behälter B2 stromaufwärts
der vorgegebenen Strömungsrichtung des Strömungspfads
bleibt durch die sperrende Wirkung des Ventils V23 aufrecht erhalten.
Ebenso aufrecht erhalten bleibt ein Druckgefälle zwischen
dem Ausgangsdruck PS des Druckbehälters der Fluidsenke und
dem stromaufwärts angeordneten Behälter B4 aufgrund
der sperrenden Wirkung des Ventils VA.in the
Container B2 drops on cooling of the working fluid
to the temperature TL the pressure in this tank of
previously P2H (= P3L) to a lower value P2L and in the container
B4 drops as the working fluid cools, the pressure in this
Container from previously P4H to a lower value P4L.
A pressure gradient occurring during the temperature change
between the container B3 and the container B2 upstream
the predetermined flow direction of the flow path
is maintained by the blocking effect of valve V23.
Also maintains a pressure gradient between
the outlet pressure PS of the pressure vessel of the fluid sink and
the upstream container B4 due
the blocking effect of the valve VA.
Der
zwischen dem im Behälter B1 bei der Erwärmung
des Arbeitsfluids ansteigenden Druck P1H und dem im Behälter
B2 durch Abkühlung des Arbeitsfluids absinkenden Druck
P2L findet über das Ventil V12 ein Ausgleich eines Druckgefälles
von B1 nach B2 statt, so dass am Ende des zweiten Teilzyklus eines
Arbeitszyklus die Drücke P1H und P2L in den Behältern
B1 bzw. B2 im wesentlichen gleich sind. In entsprechender Weise
findet zwischen dem Behälter B3 und dem Behälter
B4 ein Ausgleich des im Behälter B3 ansteigenden Drucks
P3H und des im Behälter B4 sinkenden Drucks P4L über
das Ventil V34 statt, so dass am Ende des zweiten Teilzyklus P3H=P4L
gilt. Es findet somit dem in 3 skizzierten
zweiten Teilzyklus eines Arbeitszyklus ein Überströmen
von Arbeitsfluid von dem Behälter B1 in den Behälter
B2 und von dem Behälter B3 in den Behälter B4,
jeweils in vorgegebener Strömungsrichtung des Strömungspfads
statt, so dass sich in den Behältern B1 bis B4 die zu diesen
jeweils eingezeichneten Fluidmengen M1H, M2L, M3H, M4L einstellen,
wobei wegen der ausgeglichenen Drücke zwischen B1 und B2
bzw. zwischen B3 und B4 und der unterschiedlichen Temperaturen der
druckausgeglichenen Behälter die Mengenrelationen M1H<M2L und M3H<M4L ergeben.The pressure P1H rising in the container B1 during the heating of the working fluid and the pressure P2L sinking in the container B2 due to cooling of the working fluid is compensated by the valve V12 for a pressure gradient from B1 to B2, so that at the end of the second partial cycle of one working cycle the pressures P1H and P2L in the containers B1 and B2 are substantially equal. Correspondingly, between the container B3 and the container B4, a balance of the pressure P3H rising in the container B3 and the pressure P4L sinking in the container B4 takes place via the valve V34, so that P3H = P4L at the end of the second partial cycle. It thus finds the in 3 sketched second part cycle of a working cycle an overflow of working fluid from the container B1 into the container B2 and from the container B3 into the container B4, respectively in a predetermined flow direction of the flow path instead, so that in the containers B1 to B4 to each of these drawn fluid quantities M1H, M2L, M3H, M4L, and because of the balanced pressures between B1 and B2 or between B3 and B4 and the different temperatures of the pressure-balanced containers, the quantities M1H <M2L and M3H <M4L.
Nach
der Verweilzeit der Vorrichtung in der 3 skizzierten
Position des zweiten Teilzyklus eines Arbeitszyklus beginnt ein
neuer Arbeitszyklus, wobei die Vorrichtung in einem zeitlich kurzen
Bewegungsabschnitt des ersten Teilzyklus des neuen Arbeitszyklus
in die in 2 skizzierte Position gedreht wird
und für eine Verweilzeit über einen gegenüber dem
Bewegungsabschnitt zeitlich längeren Zeitabschnitt des
ersten Teilzyklus in dieser Position verweilen. Dabei stellen sich
gegen Ende der Verweildauer die bereits zu 2 beschriebenen
Temperatur-, Druck- und Mengenverhältnisse des Arbeitsfluids
in den verschiedenen Behältern ein wobei während
des ersten Teilzyklus des neuen Arbeitszyklus Arbeitsfluid aus der
Fluidquelle in den Behälter B1, von dem Behälter
B2 in den Behälter B3 und vom Behälter B4 in die
Fluidsenke überströmt.After the residence time of the device in the 3 sketched position of the second part cycle of a work cycle begins a new work cycle, wherein the device in a time-short movement section of the first part cycle of the new work cycle in the in 2 sketched position is rotated and dwell for a dwell over a longer time relative to the movement portion of the first part cycle in this position. At the end of the stay they are already increasing 2 described during the first part cycle of the new working cycle working fluid flows from the fluid source into the container B1, from the container B2 into the container B3 and from the container B4 in the fluid sink described temperature, pressure and quantitative ratios of the working fluid in the various containers.
Die
Zuordnung der 2 zu einem ersten Teilzyklus
und der 3 zu einem zweiten Teilzyklus ist
wegen der zyklischen Arbeitsweise willkürlich und kann
auch umgekehrt sein. Die Dauer eines Arbeitszyklus bzw. der Teilzyklen
kann unabhängig von den Temperaturwerten fest oder durch
temperaturunabhängige Parameter vorgegeben werden, z. B.
als Zeitwert in einer Steuereinrichtung. Ein Wechsel zwischen zwei
aufeinander folgenden Teilzyklen kann auch von Temperaturwerten
oder Temperaturdifferenzen, Druckwerten oder Druckdifferenzen abhängig
sein, wofür z. B. Temperatur und/oder Drucksensoren in
der Vorrichtung angeordnet sein können.The assignment of 2 to a first subcycle and the 3 to a second subcycle is arbitrary because of the cyclic operation and may be the other way around. The duration of a working cycle or the sub-cycles can be specified independently of the temperature values fixed or by temperature-independent parameters, eg. B. as a time value in a control device. A change between two successive partial cycles can also be dependent on temperature values or temperature differences, pressure values or pressure differences, for which, for. B. temperature and / or pressure sensors can be arranged in the device.
4 zeigt
mit Blickrichtung in axialer Richtung der Drehachse DA einen Schnitt
durch eine Anordnung nach 3 mit Behältern
B1 und B2 sowie den die Behälter untereinander und mit
der Fluidquelle bzw. dem nachfolgenden Behälter verbindenden Ventilen
VE bzw. V23 innerhalb der Hohlwelle WV. 4 shows with a view in the axial direction of the axis of rotation DA a section through an arrangement 3 with containers B1 and B2 as well as the valves VE and V23 connecting the containers with each other and with the fluid source or the following container within the hollow shaft WV.
Angedeutet
ist zusätzlich eine Begrenzung KH eines den Walzenkörper
WA1 umgebende und diesem durch eine Wölbung angepaßte
Begrenzung KH eines Umgebungsvolumens für einen warmen Wärmeträger
WH und eine weitere Begrenzung KL, welche in analoger Weise den
Walzenkörper WA1 unten umgibt und gleichfalls diesem durch
halbkreisförmige Wölbung in der Form angepaßt
ist und ein Umgebungsvolumen für einen kalten Wärmeträger WL
begrenzt. Die Umgebungsvolumina für den warmen Wärmeträger
WH und den kalten Wärmeträger WL sind durch Isolierungskörper
KI voneinander getrennt, wobei diese Isolierungskörper
bei einem flüssigen kalten Wärmeträger
WL und einem gasförmigen warmen Wärmeträger
WH vorteilhafterweise auch als Schwimmkörper ausgeführt
sein könnten. Die Isolierkörper KI zwischen den beiden
Umgebungsvolumina bewirken vorteilhafterweise, dass kein direkter
Wärmeübergang zwischen den beiden Wärmeträgern
WH und WL und insbesondere auch keine Kondensation eines beispielsweise
durch Wasserdampf gebildeten warmen Wärmeträgers
WH an der Oberfläche eines durch Wasser gebildeten kalten Wärmeträgers
WL erfolgen kann.implied
In addition, there is a boundary KH of the roll body
WA1 surrounding and adapted by a vault
Limitation KH of an ambient volume for a warm heat transfer medium
WH and a further limitation KL, which in an analogous way the
Roller body WA1 surrounds below and also this through
Semicircular curvature adapted in the form
is and an ambient volume for a cold heat carrier WL
limited. The ambient volumes for the warm heat carrier
WH and the cold heat carrier WL are through insulation bodies
KI separated, these isolation body
with a liquid cold heat carrier
WL and a gaseous warm heat carrier
WH advantageously also designed as a floating body
could be. The insulator KI between the two
Ambient volumes effect advantageously that no direct
Heat transfer between the two heat carriers
WH and WL and in particular no condensation of an example
steam formed by warm heat carrier
WH on the surface of a cold heat carrier formed by water
WL can be done.
5 zeigt
in zu 1 analoger Ansicht mit gleicher Bezeichnung der
Ventile eine Vorrichtung, bei welcher in zwei Walzenkörpern
WT1, WT2 wiederum Arbeitsgasvolumina BA1, BA2, BA3 und BA4 in der
zu den Behältern B1 bis B4 in 1 geschilderten
Art unter Einfügen von Fluidleitungen mit Ventilen zu einem
Strömungspfad für ein Arbeitsfluid AF zwischen
einer Fluidquelle FQ und einer Fluidsenke FS zusammengefügt
sind. Die Arbeitsfluid-Volumina BA1, BA2 bzw. BA3, BA4 der walzenförmigen
Körper sind durch Trennwände BI voneinander getrennt. 5 indicates in 1 Analogous view with the same name of the valves, a device in which in two roll bodies WT1, WT2 turn working gas volumes BA1, BA2, BA3 and BA4 in the to the containers B1 to B4 in 1 with the introduction of fluid lines with valves to a flow path for a working fluid AF between a fluid source FQ and a fluid sink FS are joined together. The working fluid volumes BA1, BA2 and BA3, BA4 of the cylindrical bodies are separated by partitions BI.
Im
Unterschied zu der Anordnung nach 1 sind bei
der Anordnung nach 5 die durch die Trennwände
BI gebildeten Halbräume der walzenförmigen Körper
WT1, WT2 nicht vollständig von dem Arbeitsgas AF eingenommen,
sondern durch flexible Membranen ME1, ME2, ME3 und ME4 unterteilt.
Die Volumina der durch die Trennwände BI in den Walzenkörpern
gebildeten Halbräume seien als gleich groß und
als im wesentlichen temperaturunabhängig angenommen. Die
Membran ME1 trennt in einem ersten Halbraum des Walzenkörpers
WT1 dessen Halbraum-Volumen in ein Teilvolumen BA1 für das
Arbeitsfluid und ein Teilvolumen BV1 für ein Verdrängerfluid,
wobei die beiden Teilvolumina BA1 und BV1 variabel, in der Summe
aber konstant seien. In entsprechender Weise teilt die Membran ME2
den weiteren Halbraum des ersten Walzenkörpers in ein Teilvolumen
BA2 für das Arbeitsfluid und ein Teilvolumen BV2 für
ein Verdrängerfluid. Der zweite Walzenkörper WT2
sei als gleich zum Walzenkörper WT1 aufgebaut angenommen,
wobei eine Membran ME3 eine Unterteilung eines ersten Halbraumes
in ein Teilvolumen BA3 für das Arbeitsfluid und ein Teilvolumen BV3
für ein Verdrängerfluid und eine Membran ME4 eine
Unterteilung des zweiten Halbraums in ein Teilvolumen BA4 für
das Arbeitsfluid und ein Teilvolumen BV4 für ein Verdrängerfluid
unterteilt, wobei Arbeitsfluid und Verdrängerfluid in den
aneinander grenzenden Teilvolumina jeweils durch die Membranen voneinander
getrennt sind.Unlike the arrangement after 1 are in the arrangement after 5 the half-spaces of the cylindrical bodies WT1, WT2 formed by the dividing walls BI are not completely occupied by the working gas AF but divided by flexible membranes ME1, ME2, ME3 and ME4. The volumes of the half-spaces formed by the dividing walls BI in the roll bodies are assumed to be the same size and substantially independent of temperature. The membrane ME1 separates in a first half-space of the roll body WT1 whose half-space volume into a partial volume BA1 for the working fluid and a partial volume BV1 for a displacement fluid, wherein the two sub-volumes BA1 and BV1 are variable, but in the sum constant. In a corresponding manner, the membrane ME2 divides the further half space of the first roll body into a partial volume BA2 for the working fluid and a partial volume BV2 for a positive displacement fluid. The second roll body WT2 is assumed to be constructed as equal to the roll body WT1, wherein a membrane ME3 divides a first half-space into a partial volume BA3 for the working fluid and a partial volume BV3 for a displacement fluid and a membrane ME4 divides the second half-space into a partial volume BA4 subdivides the working fluid and a partial volume BV4 for a positive displacement fluid, wherein working fluid and positive displacement fluid in the adjacent partial volumes are separated from each other by the membranes.
Die
Wärmequelle mit der Temperatur TH und die Wärmesenke
mit der Temperatur TL wirken auf das Verdrängerfluid in
den jeweiligen Teilvolumina BV1, BV2, BV3, BV4 ein und bewirken
bei Erwärmung des Verdrängerfluids einen Anstieg
von Druck und Volumen, bei Abkühlen des Verdrängerfluids eine
Verringerung von Druck und Volumen des Verdrängerfluids.
Durch die Flexibilität der Membranen ME1 bis ME4 übertragen
sich die Fluiddrücke des Verdrängerfluids in den
von dem Verdrängerfluid eingenommenen Teilvolumina jeweils
auf das Arbeitsfluid in den über die Membranen jeweils
angrenzenden Teilvolumina BA1 bis BA4 des Arbeitsfluids.The
Heat source with the temperature TH and the heat sink
with the temperature TL act on the displacer in
the respective sub-volumes BV1, BV2, BV3, BV4 and cause
upon heating of the displacement fluid an increase
of pressure and volume, upon cooling of the displacement one
Reduction of pressure and volume of the displacement fluid.
Transmitted by the flexibility of the membranes ME1 to ME4
the fluid pressures of the displacement fluid in the
partial volumes occupied by the displacer fluid, respectively
on the working fluid in the over the membranes respectively
adjacent sub-volumes BA1 to BA4 of the working fluid.
In
dem Beispiel nach 5 haben sowohl die Teilvolumina
BV1 bis BV4 des Verdrängerfluids als auch die Teilvolumina
BA1 bis BA4 des Arbeitsfluids Kontakt zu den Wärmeträgern
WH bzw. WL von Wärmequelle bzw. Wärmesenke. Wesentlich
ist insbesondere der Wärmekontakt zwischen Teilvolumina BV1
bis BV4 des Verdrängerfluids zu Wärmequelle bzw.
Wärmesenke. Der Wärmekontakt von Wärmequelle
bzw. Wärmesenke mit den Teilvolumina des Arbeitsfluids
sei demgegenüber nachrangig.In the example below 5 Both the partial volumes BV1 to BV4 of the displacement fluid and the partial volumes BA1 to BA4 of the working fluid are in contact with the heat carriers WH and WL of the heat source and the heat sink, respectively. In particular, the thermal contact between partial volumes BV1 to BV4 of the displacement fluid to heat source or heat sink is essential. The thermal contact of the heat source or heat sink with the partial volumes of the working fluid is, on the other hand, subordinate.
Eine
Vorrichtung mit Unterteilung von Räumen konstanten Volumens
in Teilvolumina für Arbeitsfluid und Verdrängerfluid
mittels verschiebbarer Trennflächen, insbesondere flexibler
Membranen ist insbesondere von Vorteil, wenn das Verdrängerfluid zwischen
dem Zustand bei der Temperatur TL und dem Zustand bei der Temperatur
TH eine wesentlich größere Änderung von
Volumen und/oder Druck zeigt als das Arbeitsfluid. Dies kann insbesondere der
Fall sein, wenn das Verdrängerfluid so gewählt ist,
dass zwischen den Temperaturen TL und TH nicht nur eine Ausdehnung
des Fluids in einem Aggregatzustand erfolgt, sondern wenn das Verdrängerfluid
zugleich zwischen den beiden Zuständen bei Erwärmung
verdampft bzw. bei Abkühlung in die flüssige Phase
kondensiert. Da die Druckverhältnisse in den einzelnen
Teilvolumina unterschiedlich sind, insbesondere der Druck entlang
des Strömungspfads zunimmt, können in den einzelnen
Teilvolumina BV1 bis BV4 für das Verdrängerfluid
unterschiedliche Mengen von Verdrängerfluid und/oder unterschiedliche
Verdrängerfluide oder Mischungen vorgesehen sein.A device with subdivision of spaces of constant volume into partial volumes for working fluid and displacing fluid by means of displaceable parting surfaces, in particular flexible membranes is particularly advantageous if the displacing fluid between the state at the temperature TL and the state at the temperature TH a much larger change of volume and / or pressure indicates as the working fluid. This may in particular be the case if the displacement fluid is selected so that between the temperatures TL and TH not only an expansion of the fluid takes place in an aggregate state, but if the displacement fluid simultaneously evaporates between the two states when heated or when cooled in the liquid phase condenses. Since the pressure conditions in the individual sub-volumes are different, in particular the pressure along the flow path increases, different amounts can be present in the individual sub-volumes BV1 to BV4 for the displacing fluid Be provided amounts of displacement fluid and / or different displacement fluids or mixtures.
Die
Wirkungsweise der Vorrichtung nach 5 ist äquivalent
zu der Wirkungsweise der 1 mit dem wesentlichen Unterschied,
dass das Verdrängerfluid nicht weiter transportiert wird
und in den einzelnen Teilvolumina bleibt.The operation of the device after 5 is equivalent to the mode of action of 1 with the essential difference that the displacement fluid is not transported further and remains in the individual sub-volumes.
In 6 ist
in zu 4 analoger Ansicht eine Ausführungsform
skizziert, bei welcher ein rotationssymmetrischer Walzenkörper
WKD um die Drehachse DA in drei Segmente unterteilt ist, deren Volumina konstant
und vorzugsweise untereinander gleich seien. Die Segmente sind in
zu 5 entsprechender Weise mittels flexibler Membranen
ME61, ME62 und ME63 in Teilvolumina A61, A62, A63 für ein
Arbeitsfluid und G61, G62, G63 für ein Verdrängerfluid
unterteilt. Das Arbeitsfluid-Teilvolumen A61 eines ersten Segments
K61 sei über ein Ventil V612 mit dem Arbeitsfluid-Teilvolumen
A62 des Segments K62 verbunden, wobei die Verbindung unidirektional
von dem Arbeitsfluid-Teilvolumen A61 zum Arbeitsfluid-Teilvolumen
A62 gerichtet ist und das Ventil in Gegenrichtung sperrt. Das Arbeitsfluid-Teilvolumen
A62 sei über ein Ventil V623 mit dem Arbeitsfluid-Teilvolumen
A63 des Segments K63 verbunden, wobei wiederum das Ventil V623 eine
Strömung von Arbeitsfluid nur aus dem Teilvolumen A62 in das
Teilvolumen A63 zuläßt. Arbeitsfluid kann aus
einer Fluidquelle oder aus einem im Verlauf eines Strömungspfads
vor dem Teilvolumen A61 liegenden Arbeitsfluid-Teilvolumen in das
Teilvolumen A61 über ein Ventil VDE einströmen.
Ein Fluidstrom in entgegen gesetzter Richtung ist durch das Ventil
VDE blockiert. Aus dem Arbeitsfluid-Teilvolumen A63 kann Arbeitsfluid über
ein Ventil VDA zu einer Ausgangsleitung oder einem im Strömungspfad
nachfolgenden Arbeitsfluid-Teilvolumen strömen. Das Ventil
VDE blockiert einen Strom von Arbeitsfluid in entgegen gesetzter
Richtung in das Teilvolumen A63 hinein.In 6 is in too 4 an analogous view sketched an embodiment in which a rotationally symmetrical roll body WKD is divided about the axis of rotation DA into three segments whose volumes are constant and preferably equal to each other. The segments are in too 5 corresponding manner divided by means of flexible membranes ME61, ME62 and ME63 in partial volumes A61, A62, A63 for a working fluid and G61, G62, G63 for a Verdrängerfluid. The working fluid partial volume A61 of a first segment K61 is connected via a valve V612 to the working fluid partial volume A62 of the segment K62, wherein the connection is unidirectionally directed from the working fluid partial volume A61 to the working fluid partial volume A62 and blocks the valve in the opposite direction. The working fluid partial volume A62 is connected via a valve V623 to the working fluid partial volume A63 of the segment K63, wherein again the valve V623 permits a flow of working fluid only from the partial volume A62 into the partial volume A63. Working fluid can flow from a fluid source or from a working fluid partial volume lying in the course of a flow path in front of the partial volume A61 into the partial volume A61 via a valve VDE. A fluid flow in the opposite direction is blocked by the valve VDE. From the working fluid partial volume A63, working fluid can flow via a valve VDA to an outlet line or a working fluid partial volume following in the flow path. The valve VDE blocks a flow of working fluid in the opposite direction into the sub-volume A63.
In
der in 6 skizzierten Vorrichtung sei als Wärmesenke
mit der Temperatur TH eine Flüssigkeit, beispielsweise
warmes oder heißes Wasser angenommen. Als Wärmesenke
sei ein gasförmiges Medium, insbesondere Umgebungsluft
mit der niedrigeren Temperatur TL angenommen. Das Verdrängerfluid-Teilvolumen
G62 steht über die Wand des Segments K62 in gutem Wärmekontakt
mit dem flüssigen warmen Wärmeträger
der Wärmequelle, so dass sich das Verdrängerfluid
in dem Teilvolumen G62 ausdehnt und entsprechend das Teilvolumen
A62 für das Arbeitsfluid einschränkt. Dabei wird
Arbeitsfluid aus dem Teilvolumen A62 über das Ventil V623
in das Arbeitsfluid-Teilvolumen A63 verdrängt. Ein Verdrängen
von Arbeitsfluid aus dem Teilvolumen A62 in das, bezogen auf die
vorgegebene Strömungsrichtung eines Strömungspfads
durch alle Arbeitsfluid-Teilvolumina, stromaufwärts gelegene
Teilvolumen A61 ist durch das Ventil V612 verhindert.In the in 6 sketched device is assumed as a heat sink with the temperature TH a liquid, such as warm or hot water. As a heat sink, a gaseous medium, in particular ambient air with the lower temperature TL is assumed. The displacement fluid partial volume G62 is in good thermal contact with the liquid warm heat carrier of the heat source via the wall of the segment K62, so that the displacement fluid in the partial volume G62 expands and correspondingly restricts the partial volume A62 for the working fluid. In this case, working fluid from the partial volume A62 is displaced via the valve V623 into the working fluid partial volume A63. A displacement of working fluid from the sub-volume A62 in the, relative to the predetermined flow direction of a flow path through all working fluid sub-volumes, upstream partial volume A61 is prevented by the valve V612.
Der
walzenförmige Körper WKD werde schrittweise in
120°-Schritten im Uhrzeigersinn entsprechend drei Teilzyklen
eines Arbeitszyklus in einer Drehrichtung fortschreitend bewegt.
Das Segment K61, welche im vorangegangenen Teilzyklus unter der
Einwirkung der Wärmequelle stand, steht nunmehr in der
in 6 skizzierten Position in Wärmekontakt
mit der Wärmesenke, wobei sich Druck und Volumen des Verdrängerfluids
in dem Teilvolumen G61 gegenüber dem Zustand des Verdrängerfluids
in dem Teilvolumen G62 verringern. Hierbei strömt Arbeitsfluid über
das Ventil VDE in das sich vergrößernde Teilvolumen
A61 nach.The cylindrical body WKD is progressively moved incrementally in 120 ° steps in a clockwise direction corresponding to three subcycles of a working cycle in one direction of rotation. The segment K61, which was under the action of the heat source in the previous subcycle, is now in the 6 sketched position in thermal contact with the heat sink, wherein the pressure and volume of the displacement fluid in the partial volume G61 decrease relative to the state of the displacement fluid in the partial volume G62. In this case, working fluid flows via the valve VDE into the increasing partial volume A61.
Die
Vorrichtung mit mehr als zwei Segmenten in gegenseitigem Winkelversatz
um die Drehachse ist insbesondere von Vorteil, wenn der Wärmeausgleich
zwischen dem Verdrängerfluid und der Wärmequelle
wesentlich intensiver ist als der Wärmeaustausch zwischen
dem Verdrängerfluid und der Wärmesenke, so dass
sich wie durch den Verlauf der Membranen angedeutet, das Verdrängerfluid
unter der Einwirkung der Wärmequelle sich zwar schnell auf
annähernd die Temperatur TH der Wärmequelle erwärmt,
für die Abkühlung auf die Temperatur TL unter
Einwirkung der Wärmesenke aber längere Zeit benötigt.
In der skizzierten Anordnung steht das Verdrängerfluid
für einen Teilzyklus innerhalb eines dreiteiligen Arbeitszyklus
unter der Einwirkung der Wärmequelle, aber über
zwei Teilzyklen eines Arbeitszyklus unter der Einwirkung der Wärmesenke.The
Device with more than two segments in mutual angular offset
around the axis of rotation is particularly advantageous if the heat balance
between the displacer fluid and the heat source
is much more intense than the heat exchange between
the displacer fluid and the heat sink, so that
as indicated by the course of the membranes, the displacement fluid
while under the action of the heat source, although quickly on
approximately heats the temperature TH of the heat source,
for cooling to the temperature TL below
However, the heat sink requires a longer period of time.
In the sketched arrangement is the positive displacement fluid
for a subcycle within a three-part work cycle
under the action of the heat source, but over
two sub-cycles of a work cycle under the action of the heat sink.
Durch
den unterschiedlichen Verlauf der Membranen ME61 und ME63 sei angedeutet,
dass sich das Verdrängerfluid während eines Teilzyklus
in der Position des Segments K61 lediglich auf eine Zwischentemperatur
abkühlt und dabei auch lediglich einen mittleren Druck
erreicht und erst in einem weiteren Teilzyklus entsprechend der
Position des Segments K63 sich weiter abkühlt und ein nochmals
nennenswert verringertes Teilvolumen G63 mit entsprechend niedrigerem
Druck einnimmt und ein besonders großes Teilvolumen A63
für das Arbeitsfluid ermöglicht.By
the different course of membranes ME61 and ME63 is indicated,
that the displacer fluid during a subcycle
in the position of the segment K61 only to an intermediate temperature
cools and thereby only a medium pressure
achieved and only in a further subcycle according to the
Position of segment K63 continues to cool and one more time
significantly reduced partial volume G63 with correspondingly lower
Pressure takes and a particularly large partial volume A63
for the working fluid.
Bei
Weiterdrehen des Walzenkörpers WKD im Uhrzeigersinn um
120° entsprechend dem Übergang in einen nächsten
Teilzyklus erfolgt durch Erhöhen von Temperatur, Druck
und Volumen des Verdrängerfluids aus dem kleinen Teil volumen
G63 in ein großes Teilvolumen entsprechend G63 nach 6 eine
starke Reduzierung des zuvor großen Teilvolumens A63 des
Arbeitsfluids in ein kleines Teilvolumen entsprechend A62 nach 6 und
damit verbunden ein effektives Verdrängen von Arbeitsfluid
in die Strömungsrichtung des Strömungspfads.Upon further rotation of the roller body WKD clockwise by 120 ° corresponding to the transition to a next part cycle is done by increasing the temperature, pressure and volume of the displacement of the small part volume G63 in a large part volume according to G63 6 a strong reduction of the previously large partial volume A63 of the working fluid into a small partial volume according to A62 6 and associated therewith effective displacement of working fluid in the flow direction of the flow path.
Anstelle
der Verbindung von Segmenten, Behältern oder Teilvolumina
des Arbeitsfluids innerhalb eines walzenförmigen Körpers
untereinander kann auch vorgesehen sein, dass mehrere parallele Strömungspfade
gebildet sind und Behälter überwiegend oder ausschließlich
in axialer Richtung verbunden sind. Beispielsweise könnte
bei der Anordnung nach 1 oder 2, 3 vorgesehen
sein, dass ein erster Strömungspfad über ein erstes
Einlaßventil zum ersten Behälter B1 und über
ein unidirektionales Ventil zum Behälter B4 und von dort
zu einem ersten Ausgangsventil und ein zweiter Strömungspfad
von einem zweiten Einlaßventil zum Behälter B2
und über ein weiteres undirektionales Ventil zum Behälter
B3 und von dort zu einem weiteren Ausgangsventil führt. In
entsprechender Weise könnte bei einer Anordnung nach 6 vorgesehen
sein, dass mehrere Walzenkörper hintereinander angeordnet
sind und dass Arbeitsfluid-Teilvolumina in um 120° um die
Drehachse gegeneinander versetzten Segmenten von in axialer Richtung
aufeinander folgenden Walzenkörpern über unidirektionale
Ventile untereinander verbunden sind.Instead of the connection of segments, containers or partial volumes of the working fluid within a cylindrical body with each other can also be provided that a plurality of parallel flow paths are formed and containers are mainly or exclusively connected in the axial direction. For example, in the arrangement according to 1 or 2 . 3 be provided that a first flow path via a first inlet valve to the first container B1 and via a unidirectional valve to the container B4 and from there to a first output valve and a second flow path from a second inlet valve to the container B2 and via another unidirectional valve to the container B3 and from there to another output valve leads. In a similar manner, in an arrangement according to 6 be provided that a plurality of roller bodies are arranged one behind the other and that working fluid sub-volumes in 120 ° about the axis of rotation offset from each other segments of axially successive roller bodies via unidirectional valves are interconnected.
Eine
Unterteilung in z. B. drei Segmente um die Drehachse DA innerhalb
eines Walzenkörpers kann in gleicher Weise sinnvoll sein,
wenn der Wärmeübergang zwischen dem Verdrängerfluid
und einem wärmeren Wärmeträger langsamer
vonstatten geht als zwischen dem Verdrängerfluid und einem kälteren
Wärmeträger, wobei dann der wärmere Wärmeträger
als Wärmequelle über einen längeren Zeitraum,
insbesondere mehr Teilzyklen auf das Verdrängerfluid einwirkt
als die Wärmesenke mit dem kälteren Wärmeträger.
Die Wirkungsweise der Anordnung nach 6 ist selbstverständlich,
mit Ausnahme des Übergangs flüssig-gasförmig
völlig äquivalent in dem Fall, dass die einzelnen
Segmente nicht in Teilvolumina für Arbeitsfluid und Verdrängerfluid
unterteilt sind, sondern die Kammern jeweils vollständig
mit dem Arbeitsfluid gefüllt sind.A subdivision into z. B. three segments about the axis of rotation DA within a roller body may be useful in the same way, if the heat transfer between the displacement fluid and a warmer heat transfer is slower than between the positive displacement fluid and a colder heat transfer medium, in which case the warmer heat transfer medium as a heat source over a longer Period, in particular more sub-cycles acts on the displacement fluid than the heat sink with the colder heat transfer medium. The operation of the arrangement according to 6 is of course, with the exception of the transition liquid-gaseous completely equivalent in the case that the individual segments are not divided into partial volumes for working fluid and positive displacement fluid, but the chambers are each completely filled with the working fluid.
7 zeigt
eine weitere Anordnung mit mehreren walzenförmigen Körpern
KQ1, KQ2 und angedeutet KQ3, welche gemeinsam um eine Drehachse DA
in einer Drehrichtung DR drehbar sind und wiederum Umgebungsvolumina
mit einem warmen Wärmeträger WH bzw. einem kalten
Wärmeträger WL durchlaufen. Die walzenförmigen
Körper sind in diesem Fall in sich in vier um jeweils 90° gegeneinander versetzt
ausgerichtete Kammern unterteilt, welche durch wärmeisolierende
Trennwände BI voneinander abgeteilt sind. Die Kammern des
ersten walzenförmigen Körpers KQ1 sind als Behälter
B11, B21, B31 und B41, die des zweiten walzenförmigen Körpers KQ2
als Behälter B12, B22, B32 und B42 bezeichnet. Die Behälter
dieser und gegebenenfalls in axialer Richtung weiterer folgender
Walzenkörper seien in vier parallelen Strömungspfaden
angeordnet, wobei ein erster Strömungspfad die Behälter
B11, B12,... und ein zweiter Strömungspfad die Behälter
B21, B22,... und ein dritter Strömungspfad die Behälter B31,
B32,... und ein vierter Strömungspfad die Behälter
B41, B42, ... enthalte. Jedem Strömungspfad ist ein dem
zugehörigen Behälter des ersten walzenförmigen
Körpers zugeordnetes Eingangsventil VE11 bzw. VE21 bzw.
VE31 bzw. VE41 zugeordnet, über welche Arbeitsfluid von
einer Fluidquelle in die Behälter des ersten Walzenkörpers
eingeleitet werden kann. Eine Weiterleitung von Arbeitsfluid zwischen
in Achsrichtung aufeinander folgenden Walzenkörpern bzw.
den jeweils den einzelnen Strömungspfaden zugeordneten
Behältern erfolgt über weitere Ventile. Eine Verschiebung
von Arbeitsfluid zwischen zwei Behältern ein und desselben
Walzenkörpers erfolgt dabei nicht. 7 shows a further arrangement with a plurality of cylindrical bodies KQ1, KQ2 and KQ3 indicated, which are rotatable together about a rotational axis DA in a rotational direction DR and turn through environmental volumes with a warm heat carrier WH and a cold heat carrier WL. The cylindrical bodies are in this case divided into four mutually offset by 90 ° to each other aligned chambers, which are partitioned from each other by heat-insulating partitions BI. The chambers of the first cylindrical body KQ1 are referred to as containers B11, B21, B31 and B41, and those of the second cylindrical body KQ2 as containers B12, B22, B32 and B42. The containers of these and possibly further in the axial direction following roll body are arranged in four parallel flow paths, wherein a first flow path, the container B11, B12, ... and a second flow path, the container B21, B22, ... and a third flow path, the container B31, B32, ... and a fourth flow path containing the containers B41, B42, .... Associated with each flow path is an inlet valve VE11 or VE21 or VE31 or VE41 associated with the associated container of the first cylindrical body, via which working fluid can be introduced from a fluid source into the container of the first roller body. A forwarding of working fluid between successive roll bodies in the axial direction and the respective individual flow paths associated containers via other valves. A shift of working fluid between two containers one and the same roller body does not take place.
Für
die Weiterleitung von Arbeitsfluid zwischen aufeinander folgenden
Behältern ein und desselben Strömungspfads können
in einfachster Ausführung Rückschlagventile eingesetzt
sein. 7 zeigt in Verbindung mit 8 eine besonders
vorteilhafte Anordnung unter Verwendung von schaltbaren Ventilen
und von Koppelringen zwischen in axialer Richtung AR aufeinander
folgenden Walzenkörpern. Eingezeichnet sind ein erster
Zwischenring KR12 zwischen erstem Walzenkörper KQ1 und
zweitem Walzenkörper KQ2 sowie ein zweiter Zwischenring KR2
zwischen zweitem Walzenkörper KQ2 und angedeutetem dritten
Walzenkörper KQ3. Die Ventile zwischen den in axialer Richtung
aufeinander folgenden Walzenkörpern können insbesondere
mit diesen Zwischenringen verbunden und/oder in diese integriert
sein.For the forwarding of working fluid between successive containers one and the same flow path can be used in the simplest design check valves. 7 shows in conjunction with 8th a particularly advantageous arrangement using switchable valves and coupling rings between in the axial direction AR successive roll bodies. Shown are a first intermediate ring KR12 between the first roller body KQ1 and the second roller body KQ2 and a second intermediate ring KR2 between the second roller body KQ2 and the indicated third roller body KQ3. The valves between the rolling bodies following one another in the axial direction can in particular be connected to and / or integrated into these intermediate rings.
Die
zu einem Strömungspfad gehörigen Behälter
sind in aufeinander folgenden Walzenkörpern vorteilhafterweise
um 180° gegeneinander versetzt angeordnet, wie in 7 eingetragen.The belonging to a flow path container are advantageously arranged in successive roll bodies offset by 180 ° from each other, as in 7 entered.
In 8 ist
am Beispiel des Zwischenrings KR12 zwischen dem walzenförmigen
Körper KQ1 und dem in axialer Richtung folgenden Walzenkörper KQ2
ein vorteilhafter Aufbau einer Ventilanordnung mit einem solchen
Zwischenring skizziert.In 8th is sketched an example of the intermediate ring KR12 between the cylindrical body KQ1 and the following in the axial direction roll body KQ2 an advantageous construction of a valve assembly with such an intermediate ring.
Der
Zwischenring enthält einen Ringkanal RK, an welchen eine
Mehrzahl von Ventilen mit einem einseitigen Ventilanschluss angeschlossen
ist. Die jeweils anderen Anschlüsse der einzelnen Ventile
sind mit einzelnen Behältern des ersten walzenförmigen
Körpers KQ1 oder des zweiten walzenförmigen Körpers
KQ2 verbunden. Die Ventile sind als schaltbare Ventile ausgeführt,
welche in einem Ruhezustand geschlossen sind und durch eine gezielte Betätigung
geöffnet werden. Gemäß der Skizze nach 8 ist
eine solche Betätigung in Form einer mechanischen Betätigung
mittels Anschlagkörpern AE bzw. AA vor gesehen. Es seien
jeweils schaltbare Ventile als Ventile zwischen den einzelnen Behältern des
walzenförmigen Körpers KQ1 zu dem Ringkanal RK
des Zwischenrings KR12 und weitere schaltbare Ventile als Ventilverbindungen
zwischen dem Ringkanal RK und einzelnen Behältern des walzenförmigen
Körpers KQ2 vorgesehen.The intermediate ring contains an annular channel RK, to which a plurality of valves with a one-sided valve connection is connected. The respective other connections of the individual valves are connected to individual containers of the first cylindrical body KQ1 or of the second cylindrical body KQ2. The valves are designed as switchable valves, which are closed in an idle state and are opened by a targeted operation. According to the sketch after 8th is such an operation in the form of a mechanical actuation by means of stop members AE and AA seen before. There are each switchable valves as valves between the individual containers the roller-shaped body KQ1 to the annular channel RK of the intermediate ring KR12 and further switchable valves are provided as valve connections between the annular channel RK and individual containers of the cylindrical body KQ2.
Der
erste Strömungspfad verlaufe über ein erstes Einlaßventil
VE11, den Behälter B11, ein Ventil VA11, den Ringkanal
RK, ein Ventil VE12, den Behälter B12, ein Schaltventil
VA12 usw. in axialer Richtung fortschreitend. Entsprechend verlaufe
der zweite Strömungspfad über ein Einlaßventil
VE21, den Behälter B21, ein Ventil VA21, den Ringkanal
RK, ein Ventil VE22, den Behälter B22, ein Schaltventil
VA22 usw., der dritte Strömungspfad über ein Einlaßventil VE31,
den Behälter B31, ein Ventil VA31, den Ringkanal RK, ein
Ventil VE32, den Behälter B32, ein Ventil VA32 usw. und
der vierte Strömungspfad über ein Einlaßventil
VE41, den Behälter B41, ein Ventil VA41, den Ringkanal
RK, ein Ventil VE42, den Behälter B42, ein Ventil VA42
usw.Of the
first flow path passes through a first inlet valve
VE11, the container B11, a valve VA11, the annular channel
RK, a valve VE12, the container B12, a switching valve
VA12 etc. progressing in the axial direction. Run accordingly
the second flow path via an inlet valve
VE21, the container B21, a valve VA21, the annular channel
RK, a valve VE22, the container B22, a switching valve
VA22 etc., the third flow path via an inlet valve VE31,
the container B31, a valve VA31, the annular channel RK, a
Valve VE32, the tank B32, a valve VA32 etc. and
the fourth flow path via an inlet valve
VE41, the container B41, a valve VA41, the annular channel
RK, a valve VE42, the container B42, a valve VA42
etc.
Die
Drehung der drehfest miteinander und mit den Zwischenringen verbundenen
Walzenkörper kann in aufeinander folgenden Teilzyklen schrittweise um
jeweils 90° oder auch kontinuierlich erfolgen. Durch die
90°-Unterteilung der Walzenkörper in vier Behälter
ergibt sich auch bei kontinuierlicher Weiterdrehung ein in der Regel
hinreichender Zeitabschnitt zum Wärmeaustausch des Arbeitsfluids
in den einzelnen Behältern mit der Wärmequelle
bzw. der Wärmesenke. Die Betätigung der Ventile
kann bei kontinuierlicher Drehung der Walzenkörpergruppe
um die Drehachse auf kurze Abschnitte beim Durchschreiten von Schaltpositionen,
wie beispielsweise in 8 dargestellt, begrenzt sein.
Insbesondere bei schrittweiser Weiterdrehung der Walzenkörperanordnung um
die Drehachse um jeweils 90° können die jeweils betroffenen
Ventile auch über die Verweilzeit in einer Position hinweg
geöffnet bleiben, wofür die 8 in gleicher
Weise erläuternd dient. Schließlich können die
Ventile bei anderer Ausführung der mechanischen Betätigung,
bei magnetischer und/oder elektrischer Betätigung der Ventile,
eventuell unter Verwendung einer elektrischen Steuereinrichtung
und/oder elektromagnetischer Betätigungsmittel auch unabhängig
von der kontinuierlichen oder schrittweisen Drehung länger
oder kürzer geöffnet werden.The rotation of the rotatably connected to each other and with the intermediate rings roller body can be carried out in successive sub-cycles stepwise by 90 ° or continuously. Due to the 90 ° division of the roll body into four containers, a generally sufficient period of time for the heat exchange of the working fluid in the individual containers with the heat source or the heat sink results even with continuous further rotation. The actuation of the valves can with continuous rotation of the roll body group about the axis of rotation to short sections when passing through switching positions, such as in 8th shown to be limited. In particular, with gradual further rotation of the roller body assembly about the axis of rotation by 90 ° each affected valves remain open over the residence time in a position away, for which the 8th in the same way explanatory serves. Finally, in other embodiments of the mechanical actuation, in the case of magnetic and / or electrical actuation of the valves, possibly using an electric control device and / or electromagnetic actuation means, the valves may also be opened longer or shorter independently of the continuous or incremental rotation.
Die
Positionen der einzelnen Ventile in 7 und 8 ist
primär zur Veranschaulichung der vorgeschlagenen Funktionsweise
einer solchen Anordnung gewählt, ohne dass hierin eine
Bindung an eine solche Anordnung verstanden werden soll. Insbesondere
können die Ventile analog zu 2 auch innerhalb
einer Hohlwelle angeordnet sein.The positions of each valve in 7 and 8th is primarily chosen to illustrate the proposed operation of such an arrangement, without it being understood that a binding to such an arrangement. In particular, the valves can be analogous to 2 also be arranged within a hollow shaft.
Die
von den einzelnen Behältern B11, B21, B31, B41 des Walzenkörpers
KQ1 in der vorgegebenen Strömungsrichtung der Strömungspfade
zu dem Ringkanal führenden Ventile VA11, VA21, VA31 und VA41
sind gegenüber den vom Ringkanal RK des Zwischenkörpers
KR12 zu den einzelnen Behältern B12, B22, B32, B42 des
in axialer Richtung folgenden Walzenkörpers KQ2 führenden
Ventilen VE12, VE22, VE32, VE42 sowohl in axialer Richtung als auch
in Umfangsrichtung um ein geringes Maß versetzt eingezeichnet,
was aber primär der Veranschaulichung der Funktionsweise
dient. Die in 8 eingetragenen mechanischen,
fest angeordneten Schaltanschläge AE und AA sind dementsprechend senkrecht
zur Zeichenebene der 8 gegeneinander versetzt angeordnet.
Der Schaltanschlag AA betätigt ausschließlich
die Ventile VA11, VA21, VA31 und VA41, wogegen der Schaltanschlag
AE ausschließlich die Ventile VE12, VE22, VE32 und VE42 betätigt.The valves VA11, VA21, VA31 and VA41 leading from the individual containers B11, B21, B31, B41 of the roller body KQ1 in the predetermined flow direction of the flow paths to the annular channel are opposite to those from the annular channel RK of the intermediate body KR12 to the individual containers B12, B22, B32, B42 of the following in the axial direction roller body KQ2 leading valves VE12, VE22, VE32, VE42 offset both axially and circumferentially offset by a small amount, but this serves primarily to illustrate the operation. In the 8th Registered mechanical, fixed switching stops AE and AA are accordingly perpendicular to the plane of the 8th arranged offset from one another. The switching stop AA actuates exclusively the valves VA11, VA21, VA31 and VA41, whereas the switching stop AE actuates exclusively the valves VE12, VE22, VE32 and VE42.
In 8 sind
in der von dem Ringkanal umgebenen Fläche noch die Bezeichnungen
der senkrecht zur Zeichenebene vor bzw. hinter dem Zwischenring KR12
liegenden Behälter eingetragen. An den nicht mit dem Ringkanal
verbundenen Anschlussleitungen der einzelnen Ventile sind gleichfalls
die diesen Leitungsabschnitten zugeordneten Behälterbezeichnungen
angebracht.In 8th are in the area surrounded by the annular channel still registered the names of the perpendicular to the drawing plane before or behind the intermediate ring KR12 container. At the not connected to the annular channel connection lines of the individual valves also associated with this line sections container designations are attached.
In
der in 8 skizzierten Drehposition des Zwischenrings KR12,
dessen Drehrichtung gemeinsam mit den Walzenkörpern im
Uhrzeigersinn erfolge, ist das Arbeitsfluid in den Behältern
B11 und B32 durch Einwirkung des warmen Wärmeträgers
WH der Wärmequelle erwärmt, insbesondere annähernd
auf die Temperatur TH des Wärmeträgers WH. Das
Arbeitsgas in den Behältern B31 und B12 ist durch Einwirkung
des kalten Wärmeträgers WL der Wärmesenke
abgekühlt, insbesondere im wesentlichen auf die niedrigere
Temperatur TL des kalten Wärmeträgers WL. Durch
gleichzeitiges Öffnen der Ventile VA11 am Anschlag AA und
VE12 am Anschlag AE kann erwärmtes Arbeitsfluid aus dem
Behälter B11 über den Ringkanal in den Behälter
B12 überströmen. Alle übrigen Behälter
sind von dem Ringkanal getrennt und daher gegenüber einem
solchen Fluidstrom abgetrennt.In the in 8th sketched rotational position of the intermediate ring KR12, the direction of rotation is carried out together with the roller bodies in the clockwise direction, the working fluid in the containers B11 and B32 is heated by the action of the warm heat transfer WH of the heat source, in particular approximately to the temperature TH of the heat carrier WH. The working gas in the containers B31 and B12 is cooled by the action of the cold heat carrier WL of the heat sink, in particular substantially to the lower temperature TL of the cold heat carrier WL. By simultaneously opening the valves VA11 at the stop AA and VE12 at the stop AE heated working fluid from the container B11 via the annular channel in the container B12 overflow. All other containers are separated from the annular channel and therefore separated from such fluid flow.
Beim
Weiterdrehen der Anordnung werden die Ventile VE12 und VA11 wieder
geschlossen. Während der Weiterdrehung der Anordnung um
90° passiert das Ventil VA31 den Anschlag AE und das Ventil
VE22 den Anschlag AA, ohne dass diese Ventile dabei betätigt
werden. Bei Erreichen um einer gegenüber der 8 um
90° versetzten Drehstellung des Zwischenrings KR12 mit
den Walzenkörpern sind dann die Ventile VA41 am Anschlag
AA und VE42 am Anschlag AE betätigt und geöffnet
und Arbeitsfluid strömt aus dem erwärmten Behälter
B41 über das Ventil VA41, den Ringkanal und das Ventil VE42
zu dem abgekühlten Behälter B42. In jedem der
den um 90° versetzten Drehstellungen entsprechenden Teilzyklus
wird so Fluid in jeweils einem der vier parallelen Strömungspfade
stromabwärts transportiert.Upon further rotation of the arrangement, the valves VE12 and VA11 are closed again. During the further rotation of the arrangement by 90 °, the valve VA31 passes the stop AE and the valve VE22 the stop AA, without these valves being actuated. When reaching one opposite the 8th 90 ° offset rotational position of the intermediate ring KR12 with the roller bodies are then the valves VA41 at stop AA and VE42 on the stop AE operated and opened and working fluid flows from the heated container B41 via the valve VA41, the annular channel and the valve VE42 to the cooled container B42. In each of the 90 ° offset rotational positions correspond Thus, fluid is transported downstream in each of the four parallel flow paths.
Anstelle
des Ringkanals, welcher ein im Verhältnis zu den Behältervolumina
kleines Volumen haben sollte, kann auch vorgesehen sein, dass unter Verzicht
auf den Ringkanal die im jeweiligen Strömungspfad stromabwärts
gelegenen Ausgänge der Behälter des ersten walzenförmigen
Körpers in dem Zwischenring über lediglich ein
Ventil mit dem stromaufwärts gelegenen Eingang des demselben
Strömungspfad zugehörigen Behälters im
zweiten walzenförmigen Körper KQ2 verbunden ist.Instead of
the annular channel, which in relation to the container volumes
should have small volume, can also be provided that under waiver
on the annular channel downstream in the respective flow path
located outputs of the container of the first cylindrical
Body in the intermediate ring about only one
Valve with the upstream entrance of the same
Flow path associated container in
second cylindrical body KQ2 is connected.
In 9 ist
eine Vorrichtung skizziert, bei welcher mehrere walzenförmige
Körper auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Die
walzenförmigen Körper seien beispielsweise aufgebaut
wie in der Vorrichtung nach 1 mit jeweils
zwei Behältern B1 und B2, B3 und B4, B5 und B6 usw. je
walzenförmigem Körper und jeweils einer wärmeisolierenden Trennwand
BI zwischen den beiden Behältern eines walzenförmigen
Körpers. Eine Trennschicht, Trennfläche oder dergleichen
zwischen einem kalten Wärmeträger WL in einem
unteren Bereich der walzenförmigen Körper und
einem warmen Wärmeträger WH in einem oberen Bereich
der walzenförmigen Körper ist mit KI bezeichnet.
Der obere Bereich der walzenförmigen Körper ist
jeweils durch eine Hülle KH1 bzw. KH2 bzw. KH3 überdeckt,
welche die Außenwände der walzenförmigen
Körper im Bereich des warmen Wärmeträgers
WH mit geringem Abstand umgeben. Der warme Wärmeträger
WH wird beispielsweise als heißer Dampf vorgegeben und über
Zuleitungen DL in den Raum MR um die einzelnen Hüllen KH1,
KH2, KH3 eingeführt. Die Wärmeübertragung
von dem heißen Wärmeträger WH zu den Behältern
der walzenförmigen Körper erfolgt über den
Volumenspalt zwischen den Hüllen und den walzenförmigen
Körpern, wofür dieser Spalt mit einem Gas oder
einer Flüssigkeit, vorteilhafterweise mit guter Wärmeleitfähigkeit
gefüllt sein kann. Bei Dampf als heißem Wärmeträger
WH kann vorteilhafterweise eine Kondensatablaufleitung KO für
aus der Dampfphase kondensierte Flüssigkeit an einer tiefen
Stelle des Raums MR vorgesehen sein. Die Hüllen KH1, KH2,
KH3 schirmen die walzenförmigen Körper gegen den
heißen Wärmeträger WH ab. Insbesondere kann
der Raum MR dadurch hermetisch dicht gegen die Umgebung und/oder
den kalten Wärmeträger abgedichtet ausgeführt
sein, was insbesondere von Vorteil ist, wenn der heiße
Wärmeträger, z. B. wegen Kontamination mit problematischen,
z. B. radioaktiven Bestandteilen in einem geschlossenen System geführt
werden muss. Die walzenförmigen Körper sind in
einer Zwischenstellung zwischen zwei Endstellungen oder Verweilstellungen
je Teilzyklus eines zweiteiligen Arbeitszyklus gezeichnet.In 9 a device is sketched in which a plurality of cylindrical bodies are arranged on a common shaft. The cylindrical bodies are for example constructed as in the device according to 1 each with two containers B1 and B2, B3 and B4, B5 and B6, etc. per cylindrical body and in each case a heat-insulating partition BI between the two containers of a cylindrical body. A separating layer, separating surface or the like between a cold heat carrier WL in a lower portion of the cylindrical bodies and a warm heat carrier WH in an upper portion of the cylindrical bodies is denoted by KI. The upper region of the cylindrical bodies is covered in each case by a shell KH1 or KH2 or KH3, which surround the outer walls of the cylindrical bodies in the region of the warm heat carrier WH at a small distance. The warm heat transfer medium WH is predetermined, for example, as hot steam and introduced via supply lines DL into the space MR around the individual casings KH1, KH2, KH3. The heat transfer from the hot heat carrier WH to the containers of the cylindrical bodies takes place via the volume gap between the casings and the cylindrical bodies, for which purpose this gap can be filled with a gas or a liquid, advantageously with good thermal conductivity. In the case of steam as a hot heat carrier WH, it is advantageously possible to provide a condensate drain line KO for vapor condensed liquid at a low point in the space MR. The sheaths KH1, KH2, KH3 shield the cylindrical bodies against the hot heat carrier WH. In particular, the space MR can thereby be hermetically sealed against the environment and / or the cold heat carrier executed, which is particularly advantageous if the hot heat carrier, for. B. because of contamination with problematic, z. B. radioactive ingredients in a closed system must be performed. The cylindrical bodies are drawn in an intermediate position between two end positions or dwell positions per subcycle of a two-part work cycle.
Bei
der in 9 skizzierten Anordnung sind im Bereich der walzenförmigen
Körper bzw. der Wärmeträger WL und WH
keine Ventile angeordnet. Die Ventile zur Steuerung des Stroms von
Arbeitsfluid in einem oder mehreren Strömungspfaden sind
in axialer Richtung von den walzenförmigen Körpern
und den Wärmeträgern beabstandet angeordnet, was durch
ein Ventilgruppengehäuse VG repräsentiert sei.
Die Welle LW enthält Fluidleitungen von bzw. zu den einzelnen
Behältern der walzenförmigen Körper und
der Strömungspfad des Arbeitsfluids führt zwischen
entlang des Strömungspfads aufeinander folgenden Behältern
von einem Behälter durch eine Leitung der Welle LW zum
Ventilgehäuse und über dort befindliche Ventile
zurück zum im Strömungspfad stromabwärts
nächsten Behälter. Die Ventilanordnung in dem
Ventilgehäuse VG ist dadurch keinerlei Beschränkungen
durch Art und Temperatur der Wärmeträger oder
durch den Aufbau der walzenförmigen Körper bzw.
der Behälter unterworfen. Beispielsweise ist Arbeitsfluid
von dem Ventilanordnungsgehäuse VG über die in
die Welle LW integrierte Leitung L1E dem ersten Behälter
B1 zugeführt und von diesem über die Leitung L1A
in der Welle zum Gehäuse VG zurück geleitet. Nach
Durchlaufen der entsprechenden Ventile in der Ventilanordnung im
Gehäuse VG fließt das Arbeitsfluid über
die Leitung L2E zum Behälter B2 und von diesem über
die Leitung L2A zurück zur Ventilanordnung im Gehäuse
VG, von dort über die Leitung L3E zum Behälter
B3 und über die Leitung L3A von diesem zurück
zur Ventilanordnung im Gehäuse VG usw. Von der Ventilanordnung
im Gehäuse VG führt eine Ausgangsleitung AL zu
einem Fluid-Druckspeicher DBI. Der für die Aufnahme der mehreren
Leitungen erforderliche Durchmesser der Welle LW ist wenig kritisch,
da das Gesamtvolumen der Behälter B1, B2,... wegen der
quadratischen Relation primär vom Außendurchmesser
der walzenförmigen Körper bestimmt ist und der
Durchmesser der Welle LW demgegenüber nachrangig ist. Die
Welle LW kann innerhalb eines die walzenförmigen Körper enthaltenden
Raumes MR noch eine gesonderte Ummantelung BW aufweisen.At the in 9 sketched arrangement no valves are arranged in the area of the cylindrical body or the heat carrier WL and WH. The valves for controlling the flow of working fluid in one or more flow paths are arranged in the axial direction spaced from the cylindrical bodies and the heat carriers, which is represented by a valve group housing VG. The shaft LW contains fluid conduits to and from the individual containers of the cylindrical bodies, and the working fluid passageway passes between containers along a flow path from a reservoir through a conduit of the shaft LW to the valve housing and via valves thereafter back to downstream in the flow path Container. The valve arrangement in the valve housing VG is thereby not subject to any restrictions by the type and temperature of the heat transfer medium or by the structure of the cylindrical bodies or the containers. For example, working fluid is supplied from the valve assembly housing VG via the line L1E integrated into the shaft LW to the first reservoir B1, and from there back to the housing VG via the line L1A in the shaft. After passing through the corresponding valves in the valve assembly in the housing VG, the working fluid flows via the line L2E to the container B2 and from there via the line L2A back to the valve assembly in the housing VG, from there via the line L3E to the container B3 and via the line L3A of this back to the valve assembly in the housing VG, etc. From the valve assembly in the housing VG performs an output line AL to a fluid pressure accumulator DBI. The required for receiving the multiple lines diameter of the shaft LW is not very critical, since the total volume of the container B1, B2, ... is primarily determined by the outer diameter of the cylindrical body because of the quadratic relation and the diameter of the shaft LW contrast is subordinate. The shaft LW may still have a separate sheath BW within a space MR containing the cylindrical body.
Der
Antrieb für die Drehung der walzenförmigen Körper
kann auf verschiedene Weise bereit gestellt werden. Es kann hierfür
beispielsweise ein eigener elektromechanischer und als solcher leicht
steuerbarer Antrieb vorgesehen sein. In anderer Ausführung
kann ein Antrieb der Gruppe der walzenförmigen Körper
aus dem unter höherem Druck stehenden Fluid im Fluid-Druckspeicher über
einen Pressluftantrieb oder einen ähnlichen Antrieb abgezweigt
werden.Of the
Drive for the rotation of the cylindrical bodies
can be provided in different ways. It can do this
for example, a separate electromechanical and as such easily
be provided controllable drive. In another version
can be a propulsion of the group of cylindrical bodies
from the under higher pressure fluid in the fluid pressure accumulator over
a compressed air drive or a similar drive branched off
become.
In
anderer bevorzugter Ausführung kann die Antriebsenergie
oder ein Teil derselben unter Verwendung von einem oder vorzugsweise
zwei mit dem ersten Behälter in Verbindung stehenden Antriebs-Speicherbehältern
und zusätzlichen Ventilen erfolgen, wie anhand von 14 beispielhaft
erläutert.In another preferred embodiment, the drive power or a portion thereof may be using one or, preferably, two drive storage tanks and additional valves associated with the first tank be done as based on 14 exemplified.
14 zeigt
in zu 2 und 3 analoger Darstellung eine
erste Stufe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit zwei Behältern B1 und B2, wobei in der zu 2 und 3 beschriebenen
Weise der erste Behälter B1 über ein Eingangsventil
VE mit einer Fluidquelle FQ und über eine Ventilanordnung V12
mit dem zweiten Behälter B2 verbunden ist, welcher wiederum über
eine Ventilanordnung V23 mit einem in 14 nicht
dargestellten dritten Behälter verbunden ist usw. 14 indicates in 2 and 3 analogous representation of a first stage of a device according to the invention with two containers B1 and B2, wherein in the 2 and 3 described manner, the first container B1 via an input valve VE with a fluid source FQ and a valve assembly V12 is connected to the second container B2, which in turn via a valve assembly V23 with a in 14 not shown third container is connected, etc.
Bei
der in 14 in vier Schritten A, B, C,
D eines Zyklus dargestellten Vorrichtung steht der erste Behälter
B1 zusätzlich über eine Ventilanordnung VSH mit
einem nachfolgend als Antriebs-Überdruck-Fluidspeicher
SAH und über eine weitere Ventilanordnung VSL mit einem
Antriebs-Unterdruck-Fluidspeicher SAL in Verbindung. Die Druckdifferenz des
Fluids zwischen SAH und SAL kann ausgenutzt werden, um einen pneumatischen
Antrieb M anzutreiben, welcher eine Drehung der walzenförmigen Körper
um die Drehachse DA zu bewirken oder zumindest in Verbindung mit
einem anderen Antrieb zu unterstützen. Im Unterschied zu
der Kennzeichnung in 2. und 3 sind Pfeile
nur an solchen Ventilen eingezeichnet, welche in dem betreffenden Schritt
geöffnet sind. Die anderen, nicht mit Pfeilen gekennzeichneten
Ventile sind vollständig oder zumindest in Richtung eines
Druckgefälles als Rückschlagventile geschlossen.At the in 14 in four steps A, B, C, D of a device shown cycle, the first container B1 in addition via a valve assembly VSH with a subsequently as a drive overpressure fluid reservoir SAH and a further valve assembly VSL with a drive-negative pressure fluid reservoir SAL in combination , The pressure difference of the fluid between SAH and SAL can be exploited to drive a pneumatic drive M which causes rotation of the cylindrical bodies around the axis of rotation DA or at least in conjunction with another drive. Unlike the mark in 2 , and 3 arrows are drawn only on those valves which are open in the step in question. The other, not marked with arrows valves are closed completely or at least in the direction of a pressure gradient as check valves.
Schritt
A nach 14 entspricht der Situation
nach 3. Der Behälter B1 befindet sich unter Einwirkung
der Wärmequelle, d. h. auf der warmen Seite, der Behälter
B2 befindet sich unter der Einwirkung der Wärmesenke, d.
h. auf der kalten Seite. Das Ventil V12 ist geöffnet, um
Arbeitsfluid vom Behälter B1 in den Behälter B2 überströmen
zu lassen. Das Eingangsventil VE sperrt. Die Ventilanordnungen VSL
und VSH sind geschlossen, so dass die Fluidspeicher SAH und SAL
von dem Behältervolumen des ersten Behälters B1
abgetrennt sind. Am Ende des der Situation nach Schritt A entsprechenden
Teilzyklus wird in die Situation nach Schritt B von 14 gewechselt,
wobei das Ventil VSH zwischen erstem Behälter B1 und Antriebs-Überdruck-Fluidspeicher SAH
geöffnet wird. Aufgrund des in Schritt A im Behälter
B1 bestehenden Drucks P1H fließt Arbeitsfluid über
das Ventil VSH in den Fluidspeicher SAH, wodurch sich der Fluiddruck
im Behälter B1 auf P1LB und die Fluidmenge im Behälter
B1 von M1H im Schritt A auf M1LB verringern. Das Ventil V12 ist durch
eine entsprechende Ansteuerung oder bei Ausführung als
Rückschlagventil aufgrund des Druckgefälles vom
Behälter B2 zum Behälter B1 geschlossen, so dass
Fluiddruck P2L und Fluidmenge M2L im Behälter B2 im Schritt
B nach 14 unverändert bleiben.
Das Eingangsventil VE ist unverändert geschlossen, ebenso
das Ventil VSL. Da beim Schritt B kein Temperaturausgleich stattfinden
muss, kann dieser Schritt zeitlich kurz sein.Step A after 14 corresponds to the situation 3 , The container B1 is under the action of the heat source, ie on the warm side, the container B2 is under the action of the heat sink, ie on the cold side. The valve V12 is opened to allow working fluid to flow from the container B1 into the container B2. The inlet valve VE locks. The valve assemblies VSL and VSH are closed, so that the fluid reservoirs SAH and SAL are separated from the reservoir volume of the first reservoir B1. At the end of the partial cycle corresponding to the situation after step A, the situation after step B of FIG 14 changed, the valve VSH between the first container B1 and drive overpressure fluid reservoir SAH is opened. Due to the pressure P1H existing in the tank B1 in step A, working fluid flows into the fluid reservoir SAH via the valve VSH, whereby the fluid pressure in the tank B1 decreases to P1LB and the fluid amount in the tank B1 decreases from M1H in step A to M1LB. The valve V12 is closed by a corresponding control or when executed as a check valve due to the pressure gradient from the container B2 to the container B1, so that fluid pressure P2L and fluid amount M2L in the container B2 in step B after 14 remain unchanged. The input valve VE is closed unchanged, as well as the valve VSL. Since no temperature compensation must take place in step B, this step can be short in time.
Beim Übergang
von Schritt B zu Schritt C nach 14 wird
das Ventil VSH geschlossen und die Anordnung um die Drehachse um
180° gedreht, so dass der Behälter B1 nunmehr
unter der Einwirkung der kälteren Wärmesenke und
der Behälter B2 unter der Einwirkung der wärmeren
Wärmequelle steht. Im Behälter B2 wird durch Einwirkung
der Wärmequelle der Fluiddruck auf P2H erhöht
und Arbeitsfluid strömt über das Ventil V23 in
den nicht mit eingezeichneten dritten Behälter, wobei sich
die Fluidmenge im Behälter B2 auf M2H verringert.In the transition from step B to step C after 14 the valve VSH is closed and the assembly rotated by 180 ° about the axis of rotation, so that the container B1 is now under the action of the colder heat sink and the container B2 under the action of the warmer heat source. In the tank B2, the fluid pressure is increased to P2H by the action of the heat source, and working fluid flows through the valve V23 into the third tank not drawn with the amount of fluid in the tank B2 decreasing to M2H.
Im
Behälter B1 kühlt das Arbeitsfluid unter der Einwirkung
der kälteren Wärmesenke ab, so dass sich der Druck
verringert. Das Ventil VSL zwischen erstem Behälter B1
und dem Antriebs-Unterdruck-Fluidspeicher SAL wird geöffnet
und aus dem Fluidspeicher SAL strömt Arbeitsfluid in den
ersten Behälter B1, wodurch sich dort der Druck P1LC und die
Fluidmenge M1LC einstellt. Durch Überströmen von
Arbeitsfluid aus dem Fluidspeicher SAL in den Behälter
B1 verringert sich der Druck in dem Fluidspeicher SAL.in the
Container B1 cools the working fluid under the action
the colder heat sink, so that the pressure
reduced. The valve VSL between the first container B1
and the drive negative pressure fluid storage SAL is opened
and from the fluid reservoir SAL working fluid flows into the
first container B1, whereby there the pressure P1LC and the
Fluid quantity M1LC sets. By overflow of
Working fluid from the fluid reservoir SAL in the container
B1, the pressure in the fluid reservoir SAL decreases.
Vorteilhafterweise
kann in einem nicht dargestellten Zwischenschritt zwischen Schritt
B und Schritt C, nämlich nach Schließen des Ventils
VSH und vor Öffnen des Ventils VSL, der Behälter
B1 durch kurzzeitiges Öffnen des Ventils VE entlüftet,
d. h. auf Druck der Fluidquelle FQ, im Regelfall Umgebungsdruck
gebracht werden, wodurch die Fluidmenge im Behälter B1
weiter verringert und im Schritt C, in welchem das Ventil VE wieder
geschlossen ist, ein stärkerer Unterdruck erzeugt wird.advantageously,
can in an intermediate step, not shown, between step
B and step C, namely after closing the valve
VSH and before opening the valve VSL, the container
B1 deflated by briefly opening the valve VE,
d. H. on pressure of the fluid source FQ, usually ambient pressure
be brought, whereby the amount of fluid in the container B1
further reduced and in step C, in which the valve VE again
is closed, a stronger negative pressure is generated.
Schließlich
wird beim Übergang vom Schritt C nach Schritt D das Ventil
VSL geschlossen, wodurch der verringerte Druck im Fluidspeicher
SAL erhalten bleibt und das Eingangsventil VE wird geöffnet,
so dass Arbeitsfluid aus der Fluidquelle FQ nachfließt
und sich im ersten Behälter B1 ein Druck P1L und eine Fluidmenge
M1L einstellt, was der Situation nach 2 entspricht.
Die zyklische Arbeitsweise der Vorrichtung setzt sich danach mit
einem neuen Schritt A zyklisch fort.Finally, in the transition from step C to step D, the valve VSL is closed, whereby the reduced pressure in the fluid reservoir SAL is maintained and the input valve VE is opened, so that working fluid flows from the fluid source FQ and in the first container B1 a pressure P1L and a Fluid quantity M1L sets what the situation 2 equivalent. The cyclic operation of the device then continues cyclically with a new step A.
Eine
Antriebsleistung oder ein Teil derselben kann auch dadurch gewonnen
werden, dass unter Bezugnahme auf die 2 und 3 ein
beim Wechsel von einem Teilzyklus in den nächsten Teilzyklus
vorübergehend entstehendes Druckgefälle entgegen
der Strömungsrichtung zwischen zwei Behältern,
welche während der Verweilzeit in Strömungsrichtung
druckausgeglichen werden, als Antriebsleistung ausgenutzt wird.
Beispielsweise kann beim Wechsel von der Behälterposition
nach 3 in die Behälterposition nach 2 ein
anfänglich eventuell noch gegebenes Druckgefälle
von dem noch warmen Behälter B3 zu dem noch kalten Behälter
B2 über eine zusätzliche Leitung mit einem schaltbaren
Ventil ausgenutzt werden, um beim Überströmen
vom Behälter B3 zum Behälter B2 in einem Fluidantrieb
eine Antriebsleistung zu erbringen, welche auch, beispielsweise
in Form einer Feder, als mechanische Energie gespeichert werden
kann. Durch die nachfolgende Temperaturangleichung des Behälters
B2 an den warmen Wärmeträger WH und des Behälters
B3 an den kalten Wärmeträger WL ergibt sich unabhängig
von dem beschriebenen Rückstrom wieder derselbe Zustand
am Ende der Verweilzeit wie ohne einen solchen Rückstrom.A drive power or a part thereof can also be obtained by referring to the 2 and 3 a pressure gradient which temporarily develops during the change from one partial cycle to the next partial cycle counter to the direction of flow between two containers, which are pressure compensated during the residence time in the flow direction, is utilized as drive power. For example, at Change from the container position to 3 in the container position 2 an initially possibly still given pressure gradient from the still warm container B3 are exploited to the still cold container B2 via an additional line with a switchable valve to provide a drive power when overflow from the container B3 to B2 container in a fluid drive, which also, for example in the form of a spring, can be stored as mechanical energy. Due to the subsequent temperature equalization of the container B2 to the warm heat carrier WH and the container B3 to the cold heat carrier WL arises regardless of the described back flow again the same state at the end of the residence time as without such a return flow.
In
wieder anderer Ausführung kann die Antriebsleistung zur
Drehung der walzenförmigen Körper mittels einer
Bimetallanordnung erfolgen, wofür in 10 ein
Beispiel skizziert ist. Ein mit der gemeinsamen Welle WE der walzenförmigen
Körper drehfest verbundenes Zahnrad ZA befindet sich in Eingriff
mit einem Zahnbogen eines zumindest über einen Teil seines
Umfangs mit einer Zahnstruktur versehenen Zahnrads ZB. Mit diesem
drehfest verbunden ist eine Steuerscheibe ST, welche zwei Anschläge
A1 und A2 für einen Steuerbolzen SB besitzt. Ein Arbeits-Bimetallstreifen
AB steht mit einem Behälter BM oder einem den Behälter
umgebenden Wärmemedium oder einem innerhalb des Behälters
befindlichen Arbeitsfluid oder Verdrängerfluid in Wärmekontakt.
Der Bimetallstreifen ist in einer von zwei Endlagen der Steuerscheibe
ST bzw. des mit dieser drehfest verbundenen Zahnrads ZB dargestellt.
Ein freies Ende des Bimetallstreifens AB ist mit einer Zahnstange
ZS gekoppelt, welche ihrerseits in Eingriff steht mit einem Zahnrad
ZR, welches relativ zu dem Zahnrad ZB mit der Steuerscheibe ST um
die Drehachse AZ verdrehbar ist und mit der Steuerscheibe über
eine Spiralfeder SF gekoppelt ist. Bei einer Änderung der auf
den Bi-Metallstreifen AB einwirkenden Temperatur streckt sich dieser
aus der gezeichneten gekrümmten Form in eine weniger gekrümmte
Form und verschiebt hierbei die Zahnstange nach rechts und verdreht
unter Spannen der Spiralfeder SF das Zahnrad ZR relativ zu der Steuerscheibe
und dem Zahnrad ZB. Steuerscheibe ST und Zahnrad ZB werden mittels
eines Steuerbolzens fest gehalten, solange das von der Feder auf
die Steuerscheibe ausgeübte Moment kleiner ist als das
Losreißmoment des unter einer Anpresskraft in eine Aussparung
der Steuerscheibe eingreifenden Steuerbolzens SB. Wird das Losreißmoment
des federgehaltenen Steuerbolzens SB überschritten, rückt
der Steuerbolzen aus der Einsparung aus und unter Entspannen der zuvor
gespannten Spiralfeder wird das Zahnrad ZB gedreht und dreht seinerseits
das Zahnrad ZA auf der Welle WE.In yet another embodiment, the drive power for rotating the cylindrical body by means of a bimetallic arrangement, for which in 10 an example is sketched. A gear ZA rotationally fixedly connected to the common shaft WE of the cylindrical body is engaged with a dental arch of a gear ZB provided with a tooth structure over at least part of its circumference. Connected to this non-rotatably is a control disk ST, which has two stops A1 and A2 for a control pin SB. A working bimetallic strip AB is in thermal contact with a container BM or a heat medium surrounding the container or a working fluid or displacing fluid within the container. The bimetallic strip is shown in one of two end positions of the control disk ST and the gear rotatably connected thereto ZB. A free end of the bimetal strip AB is coupled to a rack ZS, which in turn is in engagement with a gear ZR, which is rotatable relative to the gear ZB with the control disc ST about the axis of rotation AZ and is coupled to the control disc via a coil spring SF. When a change in the temperature acting on the bi-metal strip AB temperature extends from the drawn curved shape in a less curved shape and this shifts the rack to the right and rotated under tensioning the coil spring SF the gear ZR relative to the control disc and the gear ZB , Control disk ST and gear ZB are held firmly by means of a control pin as long as the moment exerted by the spring on the control disk torque is smaller than the Losreißmoment of engaging under a contact force in a recess of the control disk control pin SB. If the Losreißmoment the spring-held control pin SB exceeded, the control pin moves out of the savings and relaxing the previously biased coil spring, the gear ZB is rotated and in turn rotates the gear ZA on the shaft WE.
Der
Steuerbolzen kann über eine Doppelhebelanordnung mit Hebeln
SH1 und SH2 über ein weiteres Bi-Metallelement SB angetrieben
sein. Über eine Ein stellschraube SS kann der Anpressdruck
einer den Bolzen in einer verriegelten Stellung haltenden Feder
FE verändert werden, um das Losreißmoment des
Steuerbolzens präzise einstellen zu können.Of the
Control bolt can via a double lever assembly with levers
SH1 and SH2 are driven via another bi-metal element SB
be. About a set screw SS, the contact pressure
a spring holding the bolt in a locked position
FE be changed to the breakaway torque of the
Precise adjustment of the control pin.
11 zeigt
eine Anordnung, bei welcher mehrere walzenförmige Körper
mit jeweils zwei Behältern BA, BB mit parallelen Walzenachsen
seitlich gegeneinander versetzt um einen Innenraum HR gruppiert
sind und relativ zu diesem zwei unterschiedliche Drehstellungen
einnehmen können. Die mehreren walzenförmigen
Körper WP sind synchron um ihre jeweiligen Drehachsen drehbar
und in Öffnungen einer Wand WW eingepaßt. Die
Oberflächen der Walzenkörper WP können
in den Öffnungen der Wand WW gegen diese abgedichtet sein
und so einen Innenraum HR gegen einen Außenraum KR abdichten.
Beispielsweise kann der Innenraum HR durch Zuführen eines
heißen Mediums auf höherer Temperatur liegen als
der die Anordnung umgebende Außenraum KR auf einer niedrigeren
Temperatur. Die in 11 dem Betrachter zuweisende
Seite des Raums HR kann gleichfalls abgeschlossen oder vorzugsweise
aus der Zeichenebene der 11 heraus fortgeführt
sein. Öffnungen der in den walzenförmigen Körper
WP gebildeten Behälter BA, BB sind vorteilhafterweise auf
der dem Betrachter in 11 abgewandten Seite in einen
Steuerraum SR fortgeführt und dort über geeignete
Ventilanordnungen zum Zwecke einer Kaskadierung der einzelnen Behälter in
einem oder mehreren Strömungspfaden in einer der beschriebenen
oder anhand der 13 noch erläuterten
Weise verbunden. Die Behälter sind vorteilhafterweise synchron
um ihre jeweilige Mittellängsachsen drehbar und aus der
skizzierten Stellung in um 180° gedrehte Lagen verlagerbar,
wonach dann die Behälter BB dem Innenraum HR zugewandt
und die Behälter BA dem Außenraum KR zugewandt
sind und durch die jeweiligen Wärmeträger Temperaturveränderungen
des Arbeitsfluids in den Behältern bewirkt werden. 11 shows an arrangement in which a plurality of cylindrical bodies, each with two containers BA, BB with parallel roll axes laterally offset from each other around an interior HR are grouped and can occupy relative to this two different rotational positions. The plurality of cylindrical bodies WP are rotatable in synchronism about their respective axes of rotation and fitted in openings of a wall WW. The surfaces of the roll body WP can be sealed in the openings of the wall WW against this and thus seal an inner space HR against an outer space KR. By way of example, the interior HR may be at a higher temperature than the outside space KR surrounding the arrangement at a lower temperature by supplying a hot medium. In the 11 The viewer assigning side of the room HR can also be completed or preferably from the plane of the 11 be continued out. Openings of the containers BA, BB formed in the cylindrical body WP are advantageously on the viewer in 11 side away in a control chamber SR continued and there via suitable valve arrangements for the purpose of cascading the individual containers in one or more flow paths in one of the described or based on the 13 still explained way connected. The containers are advantageously synchronously rotatable about their respective central longitudinal axes and displaced from the outlined position in 180 ° rotated layers, after which the container BB facing the interior HR and the container BA are the outer space KR and through the respective heat transfer temperature changes of the working fluid in the containers are effected.
12 zeigt
eine Vorrichtung zur Ausnutzung von Strahlungsenergie, insbesondere
Sonnenstrahlung zur Gewinnung von mechanischer Leistung nach dem
beschriebenen Prinzip. Die Anordnung enthält innerhalb
eines zumindest der Strahlung SO zugewandten Seite durchsichtiges
Gehäuse, innerhalb dessen mehrere walzenförmige
Körper WS mit parallelen, seitlich beabstandeten Walzenachsen
angeordnet sind. Die der Strahlung SU zugewandte Seite der walzenförmigen
Körper erwärmt sich durch die einfallende Strahlung
SO. Die Strahlung SO bildet in diesem Fall die Wärmequelle.
Die Wärmesenke ist gebildet durch ein Fluid, welches auf
der der Seite der Strahlung SO abgewandten Seite der walzenförmigen
Körper diese umströmt und welches beispielsweise über
einen Eingangsanschluss KE zugeführt und über
einen Ausgangsanschluss KA abgeführt ist. Das als Wärmesenke
dienende Fluid kann beispielsweise Wasser sein. In einem Gehäuse
VK an einem axialen Ende der walzenförmigen Körper
WS kann vorteilhafterweise eine Ventilanordnung untergebracht sein.
Eine Antriebseinrichtung kann vorteilhafterweise in einem weiteren
Gehäuse GG am axial entgegen gesetzten Ende der Walzenkörper
WS angeordnet sein. Mittels der Antriebseinrichtung im Gehäuse
GG werden die walzenförmigen Körper zwischen zwei
um 180° versetzten Lagen um ihre jeweiligen Walzenachsen
synchron gedreht, wobei die Drehung vorteilhafterweise diskontinuierlich
in Schritten zu jeweils 180° entsprechend zwei Teilzyklen
eines Arbeitszyklus erfolgt. Die Drehung kann wiederum alternierend
in entgegen gesetzte Richtungen oder gleichsinnig in einer Richtung
fortgesetzt erfolgen. 12 shows a device for the utilization of radiant energy, in particular solar radiation for obtaining mechanical power according to the described principle. The arrangement contains, within a side facing at least the radiation SO, a transparent housing within which a plurality of roller-shaped bodies WS with parallel, laterally spaced roller axes are arranged. The side of the cylindrical body facing the radiation SU is heated by the incident radiation SO. The radiation SO forms the heat source in this case. The heat sink is formed by a fluid which on the side facing away from the radiation SO side of the roll Migen body flows around them and which is supplied for example via an input terminal KE and discharged through an output terminal KA. The serving as a heat sink fluid may for example be water. In a housing VK at one axial end of the cylindrical body WS can advantageously be housed a valve assembly. A drive device can advantageously be arranged in a further housing GG at the axially opposite end of the roller body WS. By means of the drive means in the housing GG, the cylindrical bodies are synchronously rotated about their respective roll axes between two staggered positions of 180 °, the rotation advantageously being discontinuous in steps of 180 ° corresponding to two partial cycles of one cycle. The rotation can in turn be carried out alternately in opposite directions or in the same direction in one direction.
13 zeigt
eine vorteilhafte Ankopplung der walzenförmigen Körper
bzw. der in diesen in der bereits mehrfach beschriebenen Weise ausgebildeten
Behältern BSA, BSB. In der in 13 skizzierten Position
sind die Behälter BSA der Strahlung SO zugewandt. Die Behälter
BSB der walzenförmigen Körper WS sind der Strahlung
SO abgewandt in Kontakt mit einem kalten Wärmeträger
WL einer Wärmesenke. Die walzenförmigen Körper
können über Zwischendichtungen ZD gegeneinander
und über Randdichtungen RD gegen eine Gehäuserandfläche
abgedichtet sein, um den oberen Halbraum, über welchen
die Strahlung SO einfällt, von dem unteren Halbraum mit
dem kalten Wärmeträger WL zuverlässig
zu trennen. Zur Verbesserung der Abdichtung kann über eine Öffnung
DE an den Randdichtungen zusätzlich ein Überdruck
bzw. Unterdruck bei Erzeugen eines Unterdrucks im ersten Behälter
erzeugt werden. 13 shows an advantageous coupling of the cylindrical body or formed in these in the already multiply described manner containers BSA, BSB. In the in 13 sketched position, the container BSA facing the radiation SO. The containers BSB of the cylindrical bodies WS are facing away from the radiation SO in contact with a cold heat carrier WL of a heat sink. The roller-shaped bodies can be sealed against one another via intermediate seals ZD and against a housing edge surface via edge seals RD in order to reliably separate the upper half space, via which the radiation SO is incident, from the lower half space with the cold heat carrier WL. To improve the seal, an overpressure or underpressure can be additionally generated in the first container via an opening DE at the edge seals.
Die
walzenförmigen Körper WS sind im skizzierten Beispiel
in axialer Richtung mit Flanschen BF in das Gehäuse VK
fortgesetzt. Zwischen den Flanschen h und den walzenförmigen
Behältern kann eine die Wellen SW der walzenförmigen
Körper umgebenden Fluiddichtung und/oder eine thermische Isolation
gegeben sein. Die walzenförmigen Körper weisen
diametral gegenüber liegende Öffnungen OS in jeweils
beiden Behältern BSA, BSB auf und sind in dem axial in
dem Gehäuse VK liegenden Bereich durch Führungsrohre
RF oder kreiszylindrische Aussparungen in einem Führungskörper
umgeben. In diesen Führungsrohren sind an diametral gegenüber liegenden
Positionen Verbindungsleitungen VL angeschlossen, welche Teile des
Strömungspfads für das Arbeitsfluid in den Behältern
BSA, BSB bilden. Die Öffnungen OS kommen in der skizzierten
Position und in einer gegenüber dieser um 180° gedrehten Position
jeweils mit den Verbindungsleitungen zur Deckung, so dass je nach
Druckgefälle Arbeitsfluid in einen Behälter einströmen
oder ausströmen kann. Wird am Ende eines Teilzyklus die
Gruppe der Walzenkörper WS synchron über die in
dem Gehäuse GG untergebrachte Antriebseinrichtung um die
jeweiligen Walzenachsen der Walzenkörper gedreht, so werden
die Öffnungen OS gegen die als feststehend anzusehenden
Verbindungsleitungen verdreht und über Gleitdichtungen
GD gegen die Innenwände der Führungsrohre abgedichtet.
In solchen Zwischenpositionen während der Drehung der Walzenkörper
WS sind die Behälter BSA, BSB verschlossen und erst bei
Erreichen der nächsten, gegen über der Position in 13 um
180° gedrehten Endstellung sind die Strömungswege
zwischen Behältern von seitlich unmittelbar benachbarten
Walzenkörpern WS wieder offen. Die Verbindungsleitungen
sind so angeordnet, dass jeweils die Öffnung eines der
einfallenden Strahlung SO zugewandten Behälters über
eine Verbindungsleitung mit der Öffnung eines der Strahlung SO
abgewandten Behälters des benachbarten Walzenkörpers
verbunden ist. In die Verbindungsleitungen können Kondensatabscheider
KA eingefügt sein. Bei der bevorzugten Verwendung von Luft
als Arbeitsfluid kann Umgebungsluft über ein Filter FI
und einen Kondensatabscheider KA über eine Verbindungsleitung
VL dem ersten walzenförmigen Körper zugeführt
sein und verdichtete Luft am Ausgang des letzten walzenförmigen
Körpers einem Druckluftbehälter DB zugeleitet
sein.The cylindrical bodies WS are continued in the example shown in the axial direction with flanges BF in the housing VK. Between the flanges h and the cylindrical containers, a fluid seal surrounding the shafts SW of the cylindrical bodies and / or a thermal insulation may be provided. The roller-shaped bodies have diametrically opposite openings OS in each of the two containers BSA, BSB and are surrounded in the region lying axially in the housing VK by guide tubes RF or circular-cylindrical recesses in a guide body. In these guide tubes connecting lines VL are connected at diametrically opposite positions, which form parts of the flow path for the working fluid in the containers BSA, BSB. The openings OS come in the sketched position and in a relation to this rotated by 180 ° position respectively with the connecting lines to cover so that depending on the pressure gradient working fluid can flow into a container or can flow out. If, at the end of a subcycle, the group of roller bodies WS is rotated synchronously about the respective roller axes of the roller bodies via the drive means housed in the housing GG, the openings OS are rotated against the connecting lines to be considered fixed and sealed against the inner walls of the guide tubes via sliding seals GD. In such intermediate positions during the rotation of the roll body WS, the containers BSA, BSB are closed and only when they reach the next, opposite to the position in 13 rotated by 180 ° end position, the flow paths between containers of laterally immediately adjacent roller bodies WS are open again. The connecting lines are arranged so that in each case the opening of one of the incident radiation SO facing container is connected via a connecting line with the opening of the radiation SO remote from the container of the adjacent roll body. Condensate separators KA can be inserted in the connecting lines. In the preferred use of air as the working fluid ambient air via a filter FI and a condensate KA via a connecting line VL can be supplied to the first cylindrical body and compressed air at the output of the last cylindrical body to be fed to a compressed air tank DB.
In
anderer Ausführung kann bei der Anordnung nach 12 und 13 auch
vorgesehen sein, Wärmequelle und Wärmesenke zu
vertauschen und über die Anschlüsse KE, KA der 12 ein
warmes Fluid strömen zu lassen und Wärmestrahlung
in die Umgebung abzugeben, insbesondere bei Nacht. Vorteilhafterweise
kann ein und dieselbe Anordnung tagsüber bei Sonnenstrahlung
nach der zu 12 und 13 beschriebenen
Art betrieben und die Funktionsweise nachts umgekehrt ein.In another embodiment, the arrangement according to 12 and 13 Also be provided to exchange the heat source and heat sink and the connections KE, KA the 12 to flow a warm fluid and to give heat radiation into the environment, especially at night. Advantageously, one and the same arrangement during the day under solar radiation after 12 and 13 operated type described and the operation at night reversed.
Die
in 13 skizzierte Anordnung und Ankopplung von Verbindungsleitungen
und Öffnungen in Wandungen der Behälter oder mit
diesen gedrehter Auskopplungsstutzen ist auch auf andere Anordnungen,
insbesondere auch Anordnungen der in anderen Beispielen skizzierten
Art, übertragbar. Dabei bilden die in einer Position mit
den Verbindungsleitungen sich überdeckenden Öffnungen
OS in den Anschlussbereichen der Behälter, welche in anderen Drehstellungen
gegen die Wand der Führungsrohre abgedichtet sind, die
Ventileinrichtungen im Sinne der erfindungsgemäßen
Vorrichtungen. Gesonderte Maß nahmen zur unidirektionalen
Steuerungen erübrigen sich, da allein durch die Temperatur-
und Druckverhältnisse immer ein Strom von Arbeitsfluid
in eine Strömungsrichtung festgelegt ist.In the 13 sketched arrangement and coupling of connecting lines and openings in walls of the container or with this twisted Auskopplungsstutzen is also applicable to other arrangements, in particular arrangements of the kind outlined in other examples, transferable. In this case, the openings OS which overlap in a position with the connecting lines form in the connection areas of the containers, which are sealed in other rotational positions against the wall of the guide tubes, the valve devices in the sense of the devices according to the invention. Separate measure taken to unidirectional controls unnecessary, since only by the temperature and pressure conditions, a stream of working fluid is always set in a flow direction.
Die
als Druckdifferenz in den Fluidspeichern SAH, SAL gespeicherte Energie
kann einem pneumatischen Antrieb zugeführt werden, welcher
die Drehung der Anordnung um die Drehachse DA bewirkt oder unterstützt.
Es kann auch der Antrieb 11 nur zwischen jeweils einen
der Fluidspeicher SAH, SAL und Umgebungsdruck geschaltet sein, wobei dann
vorteilhafterweise jeder der Fluidspeicher für je eine
von zwei Drehungen innerhalb eines vollständigen Zyklus
genutzt ist. Es kann auch nur einer der beiden Fluidspeicher, SAH
oder SAL vorgesehen sein. Entsprechende Anordnungen können
auch zu nachfolgenden Stufen des Strömungspfads vorgesehen
sei.The as pressure difference in the fluid reservoirs SAH, SAL stored energy can be supplied to a pneumatic drive, which causes or supports the rotation of the assembly about the axis of rotation DA. It can also be the drive 11 be connected only between each one of the fluid reservoir SAH, SAL and ambient pressure, in which case advantageously each of the fluid reservoir is used for each one of two rotations within a complete cycle. It can also be provided only one of the two fluid storage, SAH or SAL. Corresponding arrangements can also be provided for subsequent stages of the flow path.
Die
vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie
die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als
auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung
ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt,
sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei
Weise abwandelbar.The
above and those specified in the claims and
the features that can be seen in the illustrations are both individual and
also advantageously feasible in various combinations. The invention
is not limited to the described embodiments,
but in the context of expert knowledge in many ways
Way changeable.
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-
- US 6240729
B1 [0003] - US 6240729 B1 [0003]