DE102010005232A1 - An arrangement for converting thermal energy into motive energy - Google Patents

An arrangement for converting thermal energy into motive energy

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DE102010005232A1
DE102010005232A1 DE201010005232 DE102010005232A DE102010005232A1 DE 102010005232 A1 DE102010005232 A1 DE 102010005232A1 DE 201010005232 DE201010005232 DE 201010005232 DE 102010005232 A DE102010005232 A DE 102010005232A DE 102010005232 A1 DE102010005232 A1 DE 102010005232A1
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Abstract

Eine Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie umfasst mindestens zwei Druckbehälter (1, 2), die jeweils mindestens eine obere Einspritzoffnung (3, 4) für ein warmes und/oder kaltes Fluid (29) aufweisen, und jeweils eine mit einem Arbeitskreislauf (6) gekoppelte Flussigkolbenpumpe (11) innerhalb der Druckbehälter (1, 2). An arrangement for converting thermal energy into motive energy comprises at least two pressure vessels (1, 2) each having at least one upper Einspritzoffnung (3, 4) for a hot and / or cold fluid (29), and one each (with a duty cycle 6) coupled Flussigkolbenpumpe (11) within the pressure vessel (1, 2). Der Arbeitskreislauf (6) steht über eine Trennungseinrichtung (34) mit der Flüssigkolbenpumpe (11) in Stromungsverbindung, damit sowohl eine thermische als auch eine stoffliche Trennung gegeben ist. The working circuit (6) is connected via a separating means (34) with the liquid piston pump (11) in Stromungsverbindung so that both a thermal and a material separation is given.

Description

  • [0001]
    Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie mit mindestens zwei Druckbehaltern, die jeweils mindestens eine obere Einspritzoffnung für ein warmes und/oder kaltes Fluid aufweisen, und mit jeweils einer mit einem Arbeitskreislauf gekoppelten Flüssigkolbenpumpe innerhalb der Druckbehalter. The invention relates to an arrangement for converting thermal energy into motive energy with at least two pressure vessels, each having at least one upper Einspritzoffnung for a hot and / or cold fluid, and each with a coupled with a working circuit liquid piston pump inside the pressure vessel.
  • [0002]
    Die The DE 197 19 190 A1 DE 197 19 190 A1 offenbart eine Anordnung zum Umwandeln von thermischer in elektrische Energie, die aus einem Arbeitskreislauf mit einem Arbeitsfluid zum Antrieb einer Stromungsmaschine und aus einer Vielzahl von abwechselnd von einem kalten und warmen Medium durchstromten Warmetauschern besteht. discloses an arrangement for converting thermal energy into electrical energy, which consists of a work cycle with a working fluid to drive a turbomachine and a plurality of alternating durchstromten of a hot and cold heat exchangers medium. In den Wärmetauschern ist jeweils ein sich in Abhängigkeit von der Temperatur des Mediums ausdehnendes und zusammenziehendes Ausdehnungselement angeordnet, dessen temperaturbedingte Ausdehnungen und Kontraktionen über einen Puffer-Speicher dem Arbeitskreislauf zugeführt werden. In the heat exchangers are each a is arranged in dependence on the temperature of the medium expanding and astringent expansion element, the temperature-induced expansions and contractions via a buffer memory the working circuit to be supplied. Zur Speicherung einer Kraft ist jedem Wärmetauscher ein als Feder ausgebildeter Puffer-Speicher zugeordnet, wobei jede Feder mit dem Kolben eines Druckzylinders verbunden ist, dessen Arbeitsraum jeweils über steuerbare Ventile über Saug- und Druckleitungen mit einem Arbeits-Ölkreislauf verbunden ist, der eine Turbine mit einem Generator antreibt. For storing a force each heat exchanger is associated with a designed as a spring buffer memory, wherein each spring is connected to the piston of a pressure cylinder whose working chamber is connected via controllable valves on the suction and pressure lines to a working oil circuit of a turbine with drives a generator.
  • [0003]
    Im Weiteren ist aus der, Furthermore is from, WO 00/53898 WO 00/53898 ein Gasausdehnungselement für eine Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie, insbesondere für einen Warmwassermotor, bestehend aus einem mit einem Gas oder Gasgemisch gefüllten geschlossenen Druckbehälter, der über einen verschiebbaren Kolben mit der Anordnung wirksam verbunden ist, bekannt. a gas expansion element for an arrangement for converting thermal energy into motive energy, in particular for a hot water motor, consisting of a container filled with a gas or gas mixture closed pressure container, which is effectively connected via a displaceable piston with the arrangement known. Der Druckbehälter weist eine obere Einspritzöffnung für Heiß- und Kaltwasser und eine untere Wasserablauföffnung auf. The pressure vessel has an upper injection opening for hot and cold water and a lower water outlet opening. Der Warmwassermotor umfasst jeweils Zweiergruppen von Druckbehaltern mit zugeordneten Flussigkolbenpumpen, die einen Arbeitskreislauf einer Wasserturbine beaufschlagen. The hot water engine comprises in each case pairs of pressure vessels with associated Flussigkolbenpumpen that pressurize a working cycle of a water turbine. Wahrend eines ersten Kreisprozesses ist in dem ersten Druckbehalter ein warmes, expandierendes Gas oder Gasgemisch vorhanden und der zweite Druckbehalter enthält ein kaltes, kontraktierendes Gas oder Gasgemisch. During a first cycle process is present in the first pressure vessel a hot, expanding gas or gas mixture and the second pressure vessel containing a cold, kontraktierendes gas or gas mixture. Bei einem folgenden zweiten Kreisprozess wird das Gas oder Gasgemisch des ersten Druckbehälters durch Einspritzen von kaltem Wasser abgekuhlt und das Gas oder Gasgemisch des zweiten Druckbehalters durch Einspritzen von Heißwasser erwarmt, damit sich die Gasvolumina entsprechend ändern. In a subsequent second cycle process the gas or gas mixture of the first pressure vessel is cooled by injection of cold water and the gas or gas mixture of the second pressure vessel by injecting hot water warmed, so that the gas volumes change accordingly. Somit wird beispielsweise das gesamte noch Heißwasser enthaltende Gasgemisch in dem ersten Druckbehälter mit kaltem Wasser ausgespult, bis die Temperatur in diesem Druckbehalter auf eine Ausgangshohe zuruckgefuhrt ist. Thus, the entire gas mixture or hot water containing, for example, be wound into the first pressure vessel with cold water until the temperature is zuruckgefuhrt in this pressure vessel to a High output. Hierbei geht die noch vorhandene Wärmeenergie verloren. Here, the remaining heat energy is lost.
  • [0004]
    Des Weiteren offenbart die Furthermore reveals the DE 102 09 998 A1 DE 102 09 998 A1 ein Gasausdehnungselement für eine Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie, bestehend aus einem mit einem Gasgemisch gefüllten geschlossenen Druckbehälter, der über einen Flüssigkolben mit der Anordnung wirksam verbunden ist und jeweils eine obere Einspritzöffnung für Warmwasser sowie für Kaltwasser und eine untere mit einem Arbeitskreislauf verbundene Wasserablauföffnung aufweist. a gas expansion element for an arrangement for converting thermal associated energy into motive energy, consisting of a container filled with a gas mixture closed pressure container, which is effectively connected via a liquid piston with the arrangement, and each have an upper injection opening for hot water and for cold water and a lower with a duty cycle having water drain opening. Der Flüssigkolben ist innerhalb des Druckbehälters vorgesehen und auf der druckbeaufschlagten Oberfläche des Flüssigkolbens schwimmt eine von dem Gas oder Gasgemisch beaufschlagte druckbeständige Trennschicht. The liquid piston is provided within the pressure vessel and pressurized on the surface of the liquid piston floats an applied from the gas or gas mixture pressure-resistant separating layer. Ein solches Gasausdehnungselement ist auch aus der Such a gas expansion element is also known from US 3 608 311 A1 US 3,608,311 A1 bekannt Hierbei steht der Flussigkolben über jeweils eine Öffnung mit einem Vorlauf und einem Rücklauf eines Arbeitskreislaufes sowie mit den Einspritzoffnungen für Warm- und Kaltwasser in Verbindung. Here, the known Flussigkolben via a respective opening with a flow and a return flow of a working circuit and with the Einspritzoffnungen for hot and cold water is in communication. Diese Gasausdehnungselemente sind insofern nachteilig, als das bei der Zufuhr von Warmwasser expandierende Gas den Flussigkolben nur unzureichend beaufschlagt und eine verhaltnismäßig große Wärmemenge des gespritzten Warmwassers in den Flüssigkolben eingetragen wird und damit nicht mehr zur Expansion des Gases zur Verfügung steht, weshalb die Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie einen relativ geringen Wirkungsgrad aufweist. This gas expansion elements are disadvantageous in that as the expanding in the supply of hot water gas insufficiently pressurizes the Flussigkolben and a verhaltnismäßig large amount of heat of the injected hot water is introduced into the liquid piston and thus no longer available for expansion of the gas available, which is why the arrangement for converting in motor power has a relatively low efficiency of thermal.
  • [0005]
    Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen gegenüber dem Stand der Technik erhohten Wirkungsgrad aufweist. It is an object of the invention to provide an arrangement of the type mentioned, which has a relative to the prior art, elevated efficiency.
  • [0006]
    Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Arbeitskreislauf über eine Trennungseinrichtung mit der Flussigkolbenpumpe in Stromungsverbindung steht, damit sowohl eine thermische als auch eine stoffliche Trennung gegeben ist. According to the invention the object is achieved in that the working circuit is connected via a separating means with the Flussigkolbenpumpe in Stromungsverbindung so that both thermal is also given a material separation.
  • [0007]
    Aufgrund dieser Maßnahme ist es möglich, für den Arbeitskreislauf und die Flüssigkolbenpumpe jeweils das optimale Medium zu wahlen. Due to this, it is possible for the working circuit and the liquid piston pump each a perfect place to choose. Im Arbeitkreislauf befindet sich ein Motor, der insbesondere zum Antrieb eines Generators über ein Getriebe geeignet ist und dessen wesentliche Eigenschaft ist, die hydraulische Energie der Flüssigkolbenpumpe in mechanische Arbeit umzusetzen. In the working circuit is a motor which is particularly suitable for driving a generator via a gearbox, and whose essential characteristic is to convert the hydraulic energy of the liquid piston pump into mechanical work. Mit der stofflichen Trennung und der Auswahl auch unterschiedlicher Fluide geht die Erhohung des Wirkungsgrades der gesamten Anordnung einher, wobei der Wirkungsgrad noch dadurch gesteigert wird, dass durch die Trennungseinrichtung eine thermische Trennung realisiert ist. With the material separation and selection of different fluids and the increase in the efficiency of the entire arrangement is associated, wherein the efficiency is enhanced in that by the separation device is implemented a thermal separation. Die Trennungseinrichtung kann beliebig ausgestaltet sein, wobei lediglich die Übertragung der Bewegung der Flussigkolben der Flüssigkolbenpumpe auf den entsprechend zirkulierenden Arbeitkreislauf realisiert sein muss. The separation device can be configured as desired, with only the transmission of the movement of the Flussigkolben the liquid piston pump must be implemented in the corresponding circulating working circuit. Die Trennvorrichtung kann beispielsweise auch durch eine impermeable Schwingungsmembran realisiert sein. The separation device can be realized for example, by an impermeable membrane vibration. Selbstverständlich kann die gesamte Anordnung mit einem oder mehreren, so genannten ORC-Arbeitsmedien gefüllt sein, die an Temperatur- und Druckeigenschaften des Organic-Rankine-Cycle-Kreisprozesses angepasst sind. Of course, the entire assembly may be filled with one or more so-called ORC working fluids, which are adapted to the temperature and pressure characteristics of the Organic Rankine Cycle-cycle. Solche Arbeitsmedien sind dem Fachmann hinreichend bekannt und werden fortlaufend durch neue Entwicklungen bereichert. Such working fluids are well known in the art and are continually enriched by new developments.
  • [0008]
    Vorzugsweise ist die Trennungseinrichtung als ein jedem Druckbehälter auslassseitig nachgeschalteter Doppelkolbenzylinder ausgebildet. Preferably, the separation device is constructed as a pressure container any outlet side downstream double piston cylinder. Über die Kolbenstange sind die Fluide getrennt und das Fluid auf der Seite der Flüssigkolbenpumpe ist zu dem Arbeitskreislauf beabstandet, womit eine wesentliche thermische Trennung einhergeht. Via the piston rod, the fluids are separated and the fluid on the side of the liquid piston pump is spaced apart from the working circuit, whereby a substantial thermal separation accompanied. Die Warmeübertragung über die Zylinderwand bleibt vorliegend unberucksichtigt, da sie verhaltnismaßig gering ist und nach kurzer Zeit einen stabilen Zustand einnimmt. The heat transfer through the cylinder wall is present unberucksichtigt as it is verhaltnismaßig low and after a short time assumes a stable condition. Die Warmeübertragung an die Umgebung kann durch eine einfache Isolierung des Zylinders minimiert werden. The heat transfer to the environment can be minimized by a simple isolation of the cylinder. Durch die beiden abgedichtet im Doppelkolbenzylinder gefuhrten Kolben ist eine stoffliche Trennung der verwendeten Fluide mit einfachen Mitteln bewerkstelligt. Through the two sealed in a double piston-cylinder piston gefuhrten is a material separation of the fluids used accomplished by simple means. Beispielsweise kann im Bereich der Druckbehalter und damit der Flussigkolbenpumpe Wasser und im Arbeitskreislauf Ol verwendet werden. For example, oil can be used in the field of pressure vessels and thus the Flussigkolbenpumpe water and in the working circuit.
  • [0009]
    Zweckmaßigerweise ist zwischen dem Druckbehalter und dem Doppelkolbenzylinder ein Ventil angeordnet. Expediently, a valve is arranged between the pressure vessel and the double piston cylinder. Das Ventil stellt sicher, dass sich im geöffneten Zustand ein Druck des Flussigkolbens in den Doppelkolbenzylinder fortpflanzt und den Kolben bewegt, um eine Strömung im Arbeitskreislauf zu erzeugen. The valve ensures that propagates a pressure of the Flussigkolbens in the double piston cylinder in the open condition and the piston moves to create a flow in the working circuit. Bei einem geschlossenen Ventil ist die Duckubertragung aus dem Arbeitskreislauf auf den Flüssigkolben verhindert, was beispielsweise bei Wartungsarbeiten erforderlich sein kann. In a closed valve which prevents Duckubertragung is from the working circuit to the liquid piston, which may be necessary for example during maintenance work.
  • [0010]
    In Ausgestaltung weist der Doppelkolbenzylinder einen Ablass für Leckage auf. In an embodiment of the double piston cylinder has a drain for leakage. Eine geringe Undichtigkeit der Kolben bzw. Kolbenringe an einer Innenwand des Doppelkolbenzylinders mit einem entsprechenden Übertritt von Fluid in den Bereich der die beiden Kolben verbindenden Kolbenstange ist nicht komplett zu verhindern. A small leak in the piston or piston rings on an inner wall of the double piston cylinder with a corresponding passage of fluid into the region of the two piston connecting rod is not completely prevented. Diese Leckage wird durch einen entsprechenden Ablass aus dem Doppelkolbenzylinder abgeleitet und wirkt sich nicht storend auf den Betrieb des Doppelkolbenzylinders aus. This leakage is derived by a respective drain from the twin piston and cylinder and does not affect distracting to the operation of the dual piston cylinder made.
  • [0011]
    Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei einer Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie mit mindestens zwei Druckbehältern, die jeweils mindestens eine obere Einspritzöffnung für ein warmes und/oder kaltes Fluid aufweisen, und mit jeweils einer mit einem Arbeitskreislauf gekoppelten Flüssigkolbenpumpe innerhalb der Druckbehalter alternativ dadurch gelöst, dass die Flüssigkolbenpumpe mit einem doppelt wirkenden Kolben in einem ersten Zylinder zusammenwirkt, der über eine Kolbenstange mit einem doppelt wirkenden Kolben in einem zweiten Zylinder verbunden ist. Which the object underlying the invention is alternatively in an arrangement for converting thermal energy into motive energy with at least two pressure vessels, each having at least one upper injection opening for a hot and / or cold fluid, and each with a coupled with a working circuit liquid piston pump inside the pressure vessel achieved in that the liquid piston pump cooperates with a double-acting piston in a first cylinder, which is connected via a piston rod with a double-acting piston in a second cylinder.
  • [0012]
    Über diese Kolben-Zylinder-Anordung wird Energie der Flüssigkolbenpumpe, die nicht zum Antrieb des Arbeitkreislaufes dient, für weitere Funktionen, beispielsweise zum Pumpen von Fluiden, innerhalb der Anordnung genutzt, womit eine Erhohung des Wirkungsgrades der Anordnung einhergeht. This piston-cylinder arrangement is energy of the liquid piston pump, which is not used for driving the working cycle, used for other functions, for example, for pumping fluids, within the arrangement, with which an increase in the efficiency of the arrangement is associated. Die Kolben-Zylinder-Anordung reduziert die Energie, die der Anordnung von außen zugeführt werden muss und fangt im Wesentlichen Druckspitzen innerhalb der Anordnung ab, die bei der Einspeisung von Warmwasser in den die Druckbehalter und die Flussigkolbenpumpen beaufschlagenden Dampfkreislauf entstehen. The piston-cylinder arrangement reduces the energy that must be supplied to the arrangement from the outside and begin from substantially pressure spikes within the assembly in which the pressure vessel and the Flussigkolbenpumpen acting steam circuit arise in the supply of hot water.
  • [0013]
    Selbstverstandlich ist es für den Fachmann möglich, samtliche oder einzelne Kolben, die im Zusammenhang mit der Erfindung verwendet werden, durch eintsprechende Membranen zu ersetzen. Selbstverstandlich it is possible for the skilled worker cluster, stop all or individual pistons which are used in the context of the invention to replace one speaking membranes.
  • [0014]
    Nach einer Weiterbildung ist der erste Zylinder auf der einen Seite des Kolbens über eine Druckluftleitung mit einem Windkessel und auf der anderen Seite mit der Flüssigkolbenpumpe und mindestens einem Vorratsbehalter für das Fluid verbunden. According to a development of the first cylinder on one side of the piston via a compressed air line to a surge tank on the other side with the liquid piston pump and at least one supply container for the fluid is connected. In dem ersten Zylinder wird die Druckluft, die für die gesamte Ventilsteuerung und zur Erhohung des Ladedrucks der Anordnung benötigt wird, erzeugt, indem eine Druckubertragung durch das nicht zum Betrieb des Arbeitskreislaufes genutzte Fluid erfolgt. In the first cylinder, the compressed air that is needed for the entire valve control and the increase in the boost pressure of the arrangement is produced by a Druckubertragung is performed by the unused for operation of the working fluid cycle.
  • [0015]
    Bevorzugt ist der zweite Zylinder auf der einen Seite des Kolbens mit der Heizeinrichtung für das Fluid verbunden und auf der anderen Seite durch ein Druckgas, insbesondere Inertgas, beaufschlagt. Preferably, the second cylinder on one side of the piston is connected to the heater for the fluid and on the other side by a pressure gas, in particular inert gas, pressurized. Die Seite des Kolbens im zweiten Zylinder, die mit Druckgas beaufschlagt ist, korrespondiert zu der Seite des Kolbens im ersten Zylinder, die mit Druckluft beaufschlagt ist. The side of the piston in the second cylinder which is pressurized gas, corresponds to the side of the piston in the first cylinder, which is supplied with compressed air. Demzufolge entsprechen die Seiten der Kolben, die mit Fluid beaufschlagt sind, einander. Accordingly, corresponding to the sides of the piston, which are acted upon with fluid today.
  • [0016]
    Vorteilhafterweise ist der Arbeitskreislauf mit einer Arbeitsflüssigkeit gefüllt, die insbesondere eine hohere Viskositat als das Fluid aufweist. Advantageously, the working circuit is filled with a working fluid, which in particular has a higher viscosity than the fluid. Die relativ hohe Viskositat des Fluids im Arbeitskreislauf wirkt sich günstig auf den Antrieb eines dort vorhandenen Motors aus. The relatively high viscosity of the fluid in the working circuit has a favorable effect on the drive of a motor present therein. Vorzugsweise ist in den Arbeitskreislauf ein mit einem Generator verbundener, Hydraulikmotor eingesetzt. Preferably, in the working circuit of a service associated with a generator hydraulic motor is used. Der Hydraulikmotor ist insbesondere als ein Zahnradmotor ausgebildet und wird durch die Stromung des Arbeitskreislaufes in Rotation versetzt, um den Generator anzutreiben. The hydraulic motor is designed in particular as a gear motor and is rotated by the brindling of the working circuit in rotation to drive the generator.
  • [0017]
    Bevorzugt ist das Fluid Wasser oder eine Pentan, Toluol oder Silikonöl enthaltende organische Substanz. the fluid is water or a pentane, toluene or silicone oil is preferred containing organic substance. Solche organischen Substanzen finden im Kraftwerksbetrieb im so genannten Organic Rankine Cycle (ORC) Verwendung und haben den Vorteil, dass sie bei Umgebungsdruck bereits bei verhaltnismaßig geringen Temperaturen verdampfen. Such organic substances found in power plant operation in the so-called Organic Rankine Cycle (ORC) using and have that they evaporate at ambient pressure even at low temperatures verhaltnismaßig the advantage. Zweckmaßigerweise ist die Arbeitsflüssigkeit Ol. Expediently the working liquid oil.
  • [0018]
    Zur weitergehenden Steigerung der Leistung der Anordnung ist nach einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens zwischen jeweils zwei Druckbehaltern eine Kurzschlussrohrleitung mit mindestens einem steuerbaren Ventil zum Druckausgleich zwischen den Druckbehaltern nach dem Verrichten der Arbeit des Gases vorgesehen. To further increase the performance of the arrangement according to an advantageous development of the invention between two pressure vessels, a bypass pipe is provided with at least one controllable valve for equalizing the pressure between the pressure vessels according to do the work of the gas. Am Ende der Arbeitsphase herrscht zwischen den beiden Druckbehältern eine Druckdifferenz, die durch das warme Gas des einen Druckbehalters und das kalte Gas des anderen Druckbehälters bedingt ist. At the end of the working phase acts between the two pressure vessels a pressure difference, which is caused by the warm gas of a pressure vessel and the cold gas of the other pressure vessel. Mit dem Druckausgleich findet eine Warmestromung statt, wodurch die noch vorhandene Wärmeenergie in dem einen Druckbehalter zur Erwarmung des Gases des anderen Druckbehalters bis zu einer Ausgleichtemperatur ausgenutzt wird. With the surge a Warmestromung takes place, so that the remaining thermal energy is in the exploited a pressure vessel for warming the gas of the other pressure vessel to a compensation temperature. Gleichzeitig steigt die Gasmenge in dem Druckbehalter mit dem expandierenden Gas, womit eine Steigerung der Druckdifferenz zwischen den beiden Druckbehältern und damit eine Leistungserhöhung einhergeht. At the same time the amount of gas increases in the pressure vessel with the expanding gas, thus increasing the pressure difference between the two pressure vessels and this is accompanied by an increase in power.
  • [0019]
    Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. It is understood that the features mentioned above and below are usable still to be explained features can not only in the respectively specified combination but also in other combinations. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert. The scope of the invention is defined only by the claims.
  • [0020]
    Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausfuhrungsbeispieles unter Bezugnahme auf die zugehorige Zeichnung naher erlautert. The invention will be explained in greater detail below on the basis of a Ausfuhrungsbeispieles with reference to the drawing zugehorige. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemaßen Anordnung. The sole figure of the drawing shows a schematic representation of the inventive arrangement.
  • [0021]
    Die Anordnung umfasst zwei Druckbehälter The arrangement comprises two pressure vessels 1 1 , . 2 2 , die jeweils eine obere Einspritzöffnung Which each have an upper injection opening 3 3 für warmes Wasser sowie eine obere Einspritzoffnung for hot water and an upper Einspritzoffnung 4 4 für kaltes Wasser und an ihren unteren Enden einen Anschlussstutzen for cold water and at their lower ends a connecting piece 5 5 zur Verbindung mit einem Arbeitskreislauf for connection to a working circuit 6 6 aufweisen. respectively. Die Einspritzöffnung The injection port 4 4 für warmes Wasser steht über eine Leitung stands for hot water via a line 7 7 mit einer Heizeinrichtung with a heating device 8 8th und die Einspritzöffnung and the injection port 4 4 für kaltes Wasser steht über eine Leitung stands for cold water via a line 9 9 mit einer Kuhleinrichtung with a cooling device 10 10 in Verbindung. in connection.
  • [0022]
    In jedem Druckbehalter In each pressure vessel 1 1 , . 2 2 ist eine Flussigkolbenpumpe is a Flussigkolbenpumpe 11 11 ausgebildet, wozu jeder Druckbehalter formed, to which each pressure vessel 1 1 , . 2 2 eine mit einer Bohrung one with a bore 12 12 versehene horizontale Wandung provided horizontal wall 13 13 aufweist. having. Oberhalb der Wandung Above the wall 13 13 ist das inerte Gas und unterhalb der Wandung is the inert gas and below the wall 13 13 die Flüssigkolbenpumpe the liquid piston pump 11 11 vorhanden. available. In die Bohrung Into the bore 12 12 der Wandung the wall 13 13 ist ein Schwimmerventil eingesetzt, das in den Bereich der Flüssigkolbenpumpe is used, a float valve, which in the area of ​​the liquid piston pump 11 11 ragt, um deren Fullstand zu begrenzen. projects to limit the fuel level.
  • [0023]
    Der Anschlussstutzen The spud 5 5 jedes Druckbehalters each pressure vessel 1 1 , . 2 2 ist zum einen unter Zwischenschaltung eines Ventils is the one with the interposition of a valve 14 14 und eines nachgeordneten Doppelkolbenzylinders and a downstream double piston cylinder 15 15 mit dem Arbeitskreislauf with the working circuit 6 6 und zum anderen unter Zwischenschaltung von Ruckschlagventilen and on the other with the interposition of non-return valves 16 16 mit einem doppelt wirkenden Kolben with a double-acting piston 17 17 in einem ersten Zylinder in a first cylinder 18 18 verbunden, der über eine Kolbenstange connected, via a piston rod 19 19 mit einem doppelt wirkenden Kolben with a double-acting piston 20 20 in einem zweiten Zylinder in a second cylinder 21 21 verbunden ist. connected is.
  • [0024]
    Der erste Zylinder The first cylinder 18 18 ist auf der Seite des Kolbens is on the side of the piston 17 17 , die mit dem Anschlussstutzen That the connecting pieces 5 5 gekoppelt ist, über ein Rückschlagventil is coupled, via a check valve 22 22 mit einem ersten Vorratsbehalter with a first storage vessel 23 23 für ein Fluid a fluid 29 29 , das vorliegend als Wasser ausgebildet ist, verbunden, der über eine Druckgasleitung Which is embodied here as water, connected, via a compressed gas line 24 24 mit einem Gasbehalter with a gas holder 25 25 für ein Inertgas for an inert gas 26 26 in Verbindung steht. communicates. Der erste Vorratsbehalter The first storage vessel 23 23 ist mit einem ebenfalls mit dem Inertgas is a also with the inert gas 26 26 beaufschlagten zweiten Vorratsbehälter applied second reservoir 27 27 für das Fluid for the fluid 29 29 gekoppelt, der über Rohrleitungen coupled, which via pipes 28 28 zum einen mit dem Anschlussstutzen on the one hand to the connection piece 5 5 und zum anderen mit der Kühleinrichtung and on the other with the cooling device 10 10 in Verbindung steht, um den Ladedruck zu erhohen. communicates to increase the boost pressure. Im Weiteren ist der erste Zylinder Furthermore, the first cylinder 18 18 auf der dem Anschlussstutzen on the connection piece 5 5 gegenüberliegenden Seite des Kolbens opposite side of the piston 17 17 zur Erzeugung von Druckluft für die Pneumatikbauteile der Anordnung über eine Druckluftleitung for the generation of compressed air for the pneumatic components of the assembly through a pressure air conduit 30 30 mit einem Windkessel with a Windkessel 31 31 verbunden, wobei die Druckluftleitung , said compressed air line 30 30 einen Einlass an inlet 32 32 für die Zufuhr von Luft aus der Umgebung aufweist. has for the supply of air from the environment. Der zweite Zylinder The second cylinder 21 21 ist auf der dem ersten Zylinder is on the first cylinder 18 18 zugewandten Seite des Kolbens facing side of the piston 20 20 ventilgesteuert über Fluidleitungen valve controlled by fluid lines 33 33 mit der Heizeinrichtung with the heater 8 8th gekoppelt und auf der gegenuberliegenden Seite des Kolbens coupled to and on the opposite side of the piston 20 20 mit dem Inertgas with the inert gas 26 26 beaufschlagt, wozu der zweite Zylinder applied, to which the second cylinder 21 21 über die Druckgasleitung via the pressure gas line 24 24 sowohl mit dem Gasbehälter with both the gas container 25 25 als auch mit den Vorratsbehältern as well as the storage containers 23 23 , . 27 27 in Verbindung steht. communicates.
  • [0025]
    Die die Druckbehälter The pressure vessel 1 1 , . 2 2 mit dem Arbeitskreislauf with the working circuit 6 6 koppelnden Doppelkolbenzylinder coupling double piston cylinder 15 15 sind Bestandteile einer Trennungseinrichtung are components of a separation device 34 34 , die sowohl eine thermische als auch eine stoffliche Trennung der Medien des Arbeitskreislaufes Having both a thermal and a material separation of the media of the working circuit 6 6 und der Flussigkolbenpumpe and Flussigkolbenpumpe 11 11 bewirkt und dennoch die von der Flüssigkolbenpumpe causes and yet the liquid piston pump from the 11 11 geleistete Arbeit auf den Arbeitskreislauf work done on the working circuit 6 6 überträgt, der mit in einem Tank transmits, to the with in a tank 35 35 bevorratetem Ol befullt ist. bevorratetem oil is befullt. In den Arbeitskreislauf In the working circuit 6 6 ist ein Hydraulikmotor is a hydraulic motor 36 36 eingesetzt. used.
  • [0026]
    Zu Beginn des Betriebs der Anordnung findet zunachst ventilgesteuert über eine Kurzschlussrohrleitung place at the start of operation of the arrangement at first valve controlled by a bypass pipe 38 38 ein Druckausgleich zwischen den Druckbehaltern a pressure equalization between the pressure vessels 1 1 und and 2 2 statt. instead of. Das Einspritzen von warmem Fluid The injection of hot fluid 29 29 in den Druckbehalter in the pressure vessel 2 2 bewirkt ein Expandieren des in diesem Druckbehalter causes an expansion of the pressure vessel in this 2 2 vorhandenen Inertgases existing inert gas 26 26 , durch das der verschiebbare Kolben der Flussigkolbenpumpe Through which the movable piston of the Flussigkolbenpumpe 11 11 verlagert wird. is displaced. Ein Druck, dessen Verwertung im Arbeitskreislauf A pressure whose exploitation in the working circuit 6 6 technisch nicht sinnvoll ist, wird zum Antrieb der Kolben technically does not make sense, is to drive the piston 17 17 , . 20 20 in dem ersten Zylinder in the first cylinder 17 17 und dem zweiten Zylinder and the second cylinder 20 20 genutzt, um zum einen Druckluft zu erzeugen und zum anderen das erwarmte Fluid used to generate the one hand compressed air and on the other hand the fluid erwarmte 29 29 gegen die Wirkung des Inertgases against the action of the inert gas 26 26 zu entspannen. to relax. Mit dem Druckanstieg in dem Druckbehälter With the rise in pressure in the pressure vessel 2 2 wird der Doppelkolbenzylinder is of the double piston-cylinder 15 15 zur Displazierung seines Doppelkolbens Displazierung to his double piston 39 39 ebenfalls mit Druck beaufschlagt. also pressurized. Durch den Hub des Doppelkolbens By the stroke of the double piston 39 39 wird das Ol im Arbeitskreislauf is the oil in the working circuit 6 6 zum Antrieb des Hydraulikmotors for driving the hydraulic motor 36 36 in Bewegung gesetzt, um rotatorische Arbeit zu verrichten. set in motion in order to perform rotational work. Nach dem Druckanstieg und dem nach der Kolbendisplazierung der Flussigkolbenpumpe After the pressure increase and the after Kolbendisplazierung the Flussigkolbenpumpe 11 11 des Druckbehalters the pressure vessel 2 2 entsprechenden Druckabfall in diesem Druckbehalter corresponding pressure drop in this pressure vessel 2 2 fallt Fluid falls fluid 29 29 aus, das über die Bohrung from the through bore 12 12 in die Flussigkolbenpumpe in the Flussigkolbenpumpe 11 11 geleitet wird. is passed.
  • [0027]
    Gleichzeitig wird in der Kuhleinrichtung At the same time in the cooling device 10 10 aufbereitetes kaltes Fluid recycled cold fluid 29 29 über die entsprechende Einspritzoffnung the appropriate Einspritzoffnung 4 4 in den Druckbehalter in the pressure vessel 1 1 gespritzt, das ebenfalls über die injected, which is also on the 12 12 in die Flussigkolbenpumpe in the Flussigkolbenpumpe 11 11 geleitet wird. is passed. Beim Einsprühen des kalten Fluides When spraying the cold fluid 29 29 in diesen Druckbehalter in these pressure vessels 1 1 kontraktiert das Inertgas contracted, the inert gas 26 26 und verrichtet ebenfalls über den verschiebbaren Kolben der entsprechenden Flussigkolbenpumpe and also performed on the movable piston of the corresponding Flussigkolbenpumpe 11 11 Arbeit, indem der entsprechende Doppelkolbenzylinder Work by the corresponding double piston cylinder 15 15 ebenfalls mit Druck beaufschlagt und durch den Hub des Doppelkolbens also pressurized and by the stroke of the double piston 39 39 wird das Öl im Arbeitskreislauf the oil in the working circuit 6 6 zum Antrieb des Hydraulikmotors for driving the hydraulic motor 36 36 in Bewegung gesetzt. set in motion. Nach der Ubertragung der nutzbaren Expansions- bzw. Kontraktionsarbeit des Inertgases After the transfer of the usable expansion and contraction of work of inert gas 29 29 erfolgt wiederum ein Druckausgleich zwischen den Druckbehältern is again a pressure compensation between the pressure vessels 1 1 , . 2 2 . ,
  • Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • 1 1
    Druckbehälter pressure vessel
    2 2
    Druckbehälter pressure vessel
    3 3
    Einspritzoffnung Einspritzoffnung
    4 4
    Einspritzoffnung Einspritzoffnung
    5 5
    Anschlussstutzen spigot
    6 6
    Arbeitskreislauf Working circuit
    7 7
    Leitung management
    8 8th
    Heizeinrichtung heater
    9 9
    Leitung management
    10 10
    Kuhleinrichtung cooling device
    11 11
    Flussigkolbenpumpe Flussigkolbenpumpe
    12 12
    Bohrung drilling
    13 13
    Wandung wall
    14 14
    Ventil Valve
    15 15
    Doppelkolbenzylinder Double piston cylinders
    16 16
    Ruckschlagventil Check valve
    17 17
    Kolben piston
    18 18
    erster Zylinder the first cylinder
    19 19
    Kolbenstange piston rod
    20 20
    Kolben piston
    21 21
    zweiter Zylinder the second cylinder
    22 22
    Rückschlagventil check valve
    23 23
    erster Vorratsbehälter the first reservoir
    24 24
    Druckgasleitung Pressure gas line
    25 25
    Gasbehälter gas tank
    26 26
    Inertgas inert gas
    27 27
    zweiter Vorratsbehalter second storage vessel
    28 28
    Rohrleitungen piping
    29 29
    Fluid fluid
    30 30
    Druckluftleitung Compressed air line
    31 31
    Windkessel Air collectors
    32 32
    Einlass inlet
    33 33
    Fluidleitungen fluid lines
    34 34
    Trennungseinrichtung separating means
    35 35
    Tank tank
    36 36
    Zahnradpumpe gear pump
    37 37
    38 38
    Kurzschlussrohrleitung Bypass pipe
    39 39
    Doppelkolben double piston
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
  • [0028]
    Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. This list of references cited by the applicant is generated automatically and is included solely to inform the reader. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. The list is not part of the German patent or utility model application. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen. The DPMA is not liable for any errors or omissions.
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Claims (12)

  1. Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie mit mindestens zwei Druckbehältern ( An arrangement for converting thermal (energy into motive energy with at least two pressure vessels 1 1 , . 2 2 ), die jeweils mindestens eine obere Einspritzoffnung ( ) Which (in each case at least one upper Einspritzoffnung 3 3 , . 4 4 ) für ein warmes und/oder kaltes Fluid ( ) (For a hot and / or cold fluid 29 29 ) aufweisen, und mit jeweils einer mit einem Arbeitskreislauf ( ), And (each one with a working circuit 6 6 ) gekoppelten Flussigkolbenpumpe ( ) Flussigkolbenpumpe coupled ( 11 11 ) innerhalb der Druckbehälter ( ) (Within the pressure vessel 1 1 , . 2 2 ), dadurch gekennzeichnet , dass der Arbeitskreislauf ( ), Characterized in that the working circuit ( 6 6 ) über eine Trennungseinrichtung ( ) (About a separation means 34 34 ) mit der Flüssigkolbenpumpe ( ) (With the liquid piston pump 11 11 ) in Stromungsverbindung steht, damit sowohl eine thermische als auch eine stoffliche Trennung gegeben ist. ) Is in Stromungsverbindung so that both a thermal and a material separation is given.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennungseinrichtung ( Arrangement according to claim 1, characterized in that the separation means ( 34 34 ) als ein jedem Druckbehalter ( ) (As a pressure vessel each 1 1 , . 2 2 ) auslassseitig nachgeschalteter Doppelkolbenzylinder ( ) On the outlet side downstream double piston cylinder ( 15 15 ) ausgebildet ist. ) is trained.
  3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Druckbehalter ( Arrangement according to claim 2, characterized in that (between the pressure vessel 1 1 , . 2 2 ) und dem Doppelkolbenzylinder ( ) And the double piston cylinder ( 15 15 ) ein Ventil ( ) A valve ( 14 14 ) angeordnet ist. ) Is arranged.
  4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelkolbenzylinder ( Arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the double piston cylinder ( 15 15 ) einen Ablass für Leckage aufweist. ) Has a drain for leakage.
  5. Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkolbenpumpe ( Arrangement according to the preamble of claim 1, characterized in that the liquid piston pump ( 11 11 ) mit einem doppelt wirkenden Kolben ( ) (With a double-acting piston 17 17 ) in einem ersten Zylinder ( ) (In a first cylinder 18 18 ) zusammenwirkt, der über eine Kolbenstange ( ) Cooperates, which (via a piston rod 19 19 ) mit einem doppelt wirkenden Kolben ( ) (With a double-acting piston 20 20 ) in einem zweiten Zylinder ( ) (In a second cylinder 21 21 ) verbunden ist. ) connected is.
  6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zylinder ( Arrangement according to claim 5, characterized in that the first cylinder ( 18 18 ) auf der einen Seite des Kolbens ( ) (On one side of the piston 17 17 ) über eine Druckluftleitung ( ) (Via a pressure air conduit 30 30 ) mit einem Windkessel ( ) (With a Windkessel 31 31 ) und auf der anderen Seite mit der Flussigkolbenpumpe ( (), And on the other side with the Flussigkolbenpumpe 11 11 ) und mindestens einem Vorratsbehälter ( ) And at least one reservoir ( 23 23 , . 27 27 ) für das Fluid ( ) (For the fluid 29 29 ) verbunden ist. ) connected is.
  7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zylinder ( Arrangement according to claim 5, characterized in that the second cylinder ( 21 21 ) auf der einen Seite des Kolbens ( ) (On one side of the piston 20 20 ) mit einer Heizeinrichtung ( ) (With a heating device 8 8th ) für das Fluid ( ) (For the fluid 29 29 ) verbunden und auf der anderen Seite durch ein Druckgas, insbesondere Inertgas ( ) And (on the other side by a pressure gas, in particular inert gas 15 15 ), beaufschlagt ist. ), Is acted upon.
  8. Anordnung nach einem der Anspruche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskreislauf ( Arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the working circuit ( 6 6 ) mit einer Arbeitsflüssigkeit gefullt ist, die insbesondere eine hohere Viskosität als das Fluid ( ) Is filled with a working fluid (in particular a higher viscosity than the fluid 29 29 ) aufweist. ) having.
  9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Arbeitskreislauf ( Arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that (in the working circuit 6 6 ) ein mit einem Generator verbundener Hydraulikmotor ( ) Connected to a generator, a hydraulic motor ( 36 36 ) eingesetzt ist. ) Is inserted.
  10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ( Arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the fluid ( 29 29 ) Wasser oder eine Pentan, Toluol oder Silikonöl enthaltende organische Substanz ist. is) water or a pentane, toluene or silicone oil-containing organic substance.
  11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsflussigkeit Öl ist. Arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the Arbeitsflussigkeit is oil.
  12. Anordnung nach einem der Anspruche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Druckbehaltern ( Arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that (between the two pressure vessels 1 1 , . 2 2 ) eine Kurzschlussrohrleitung ( ) Is a bypass pipe ( 38 38 ) mit mindestens einem steuerbaren Ventil zum Druckausgleich zwischen den Druckbehältern ( ) With at least one controllable valve (for pressure equalization between the pressure vessels 1 1 , . 2 2 ) nach dem Verrichten der Arbeit des Fluids ( ) (According to the perform the work of the fluid 29 29 ) vorgesehen ist. ) is provided.
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