DE102012013776A1

DE102012013776A1 - Solar drive has membrane that separates volumes from each other, where volumes are alternatively filled with gaseous energy source and other volumes are filled with working fluid

Info

Publication number: DE102012013776A1
Application number: DE201210013776
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2014-01-16

Abstract

The solar drive has a casing (3) and a cover (4a), where a membrane (5a) is placed in a volume (1), bounded by an arbitrarily shaped bottom (2a). The membrane separates the volumes (6a,7a) from each other, where the volumes are alternatively filled with a gaseous energy source. Other volumes are filled with a working fluid (8), and stay in connection with another membrane (10) or with an arrangement by a channel (9). The gaseous energy source stays in connection with controllable valves (18a), a throttling device (15), a volume element (16) and a pressure evaluator (17).

Description

Mit der Zielstellung die als bekannt anzunehmenden Nachteile derzeitiger Verbrennungskraftmaschinen zu beseitigen, Resourcen ökonomischer zu nutzen und die Belastungen für die Umwelt zu reduzieren, wurden die in den nachfolgend angeführten Schriften aufgezeigten Techniken verbessert und eine neue Möglichkeit der mechanischen Energiegewinnung aus thermischer Energie entwickelt.With the aim of eliminating the known disadvantages of current internal combustion engines, to use resources more economically and to reduce the burden on the environment, the techniques indicated in the following publications have been improved and developed a new way of mechanical energy production from thermal energy.

In der Patentschrift DE 31 37 937 C2 wird eine Niedertemperatur-Wärmekraft-Maschine beschrieben, die als Energiequelle solar erzeugten Dampf, unter Verwendung gesteuerter Ventile, Permanentmagnete und einer Federtechnik, mittels eines Membrankolbens entspannt und über ein Gestänge die Antriebskraft für den Betrieb einer Kolbenpumpe erzeugt. Aufwendig ist hierbei der komplexe mechanische Aufbau. Die bei der Kondensation des entspannten Dampfes frei werdende Energie wird im Fortlauf des Prozesses nicht weiter genutzt und geht folglich verloren.In the patent DE 31 37 937 C2 describes a low-temperature thermal power machine that relaxes as an energy source solar generated steam, using controlled valves, permanent magnets and a spring technology, by means of a diaphragm piston and via a linkage generates the driving force for the operation of a piston pump. Elaborate here is the complex mechanical structure. The released in the condensation of the expanded steam energy is not used in the continuation of the process and is therefore lost.

Bekannt und beschrieben ist in der Schrift DE 43 04 688 A1 weiterhin eine Niedertemperatur-Wärmekraftmaschine, auch als Niedertemperaturmotor (NTM) bezeichnet, bei dem ein flüssiges Gas, in einem Verdampfer, durch Wärmezufuhr, verdampft wird, in einer Entspannungsmaschine, unter hohem Druck, entspannt und wieder verflüssigt wird. Nachteilig an derartigen Einrichtungen ist, dass ungeachtet des hohen technischen Aufwands, Probleme der Dichtigkeit in solchen Bereichen bestehen, an denen Komponenten zwangsweise das geschlossene System, zur Herstellung äußerer Verbindungen, verlassen müssen.Known and described is in Scripture DE 43 04 688 A1 Furthermore, a low-temperature heat engine, also referred to as a low-temperature engine (NTM), in which a liquid gas, in an evaporator, is evaporated by heat, in a relaxation machine, under high pressure, relaxed and reliquefied. A disadvantage of such devices is that, despite the high technical complexity, there are problems of tightness in those areas where components must forcibly leave the closed system for the production of external connections.

Es ist weiterhin ein Energiewandler bekannt, beschrieben in der Schrift DE 20 2007 013 232 U1 , der stellvertretend für alle Anwendungen der Funktionsprinzipien eines Stirling-Motors angeführt werden soll. Hierbei werden zwei mit einer Membran verschlossene Arbeitskammern, die jeweils mit einer An- und Abtriebseinheit verbunden sind, mittels eines Regenerators und eines Rohrsystems miteinander verbunden. Besondere Anforderungen werden hierbei an die verwendeten Materialien bezüglich ihrer thermischen Eigenschaften gestellt. Die dargestellte Anordnung vereinigt die Vor- und Nachteile der bekannten Stirling-Technik.Furthermore, an energy converter is known, described in the document DE 20 2007 013 232 U1 , which is to be cited as representative of all applications of the operating principles of a Stirling engine. Here are two sealed with a membrane working chambers, which are each connected to a drive and output unit, connected to each other by means of a regenerator and a pipe system. Particular requirements are placed on the materials used in terms of their thermal properties. The arrangement shown combines the advantages and disadvantages of the known Stirling technique.

Aufgabe der erfindungsgemäßen Lösung eines Solarantriebs soll es folglich sein, die Nachteile der bereits bekannten Lösungen zu beseitigen oder diese in ihrer Wirkung abzuschwächen, den mechanischen Aufbau derartiger Anordnungen zu vereinfachen und resultierend daraus die Entstehungskosten für solche Maschinen zu senken. Weiterhin sollen die geometrischen Abmessungen derart variabel gestaltet werden können, dass eine weitestgehende Integration einer solchen Anordnung in einen derzeit gebräuchlichen Solarthermiekollektor ermöglicht wird, um eine möglichst hohe Nutzung der zugeführten Energie zu realisieren.The object of the solution according to the invention of a solar drive, it should therefore be to eliminate the disadvantages of the already known solutions or mitigate their effect, to simplify the mechanical structure of such arrangements and, as a result, to reduce the cost of such machines. Furthermore, the geometric dimensions should be made variable so that a very extensive integration of such an arrangement in a currently used solar thermal collector is made possible to realize the highest possible use of the supplied energy.

In der Abbildung von 1 ist der Aufbau eines erfindungsgemäßen Solarantriebs, in beispielhafter Weise, dargestellt.In the picture of 1 is the structure of a solar drive according to the invention, shown in an exemplary manner.

Ein Volumen 1, mit beliebiger Form, wird durch einen Boden 2a, eine Hülle 3a und durch einen Deckel 4a begrenzt. Im Inneren des Volumens 1 ist eine Membran 5a angeordnet, die die Volumina 6a und 7a voneinander abgrenzt. Das Volumen 7a wird ausgefüllt mit einer Arbeitsflüssigkeit 8, die auch über den Kanal 9 die Membrane 10 ausfüllt. Bestandtei der Membrane 5 ist weiterhin ein Schlauch 11, der an einen Verbindungsstutzen 12, im Boden 2a befindlich, angeschlossen ist. Über einen Verbindungsstutzen 13a, im Deckel 4a, ist ein Verzweigungsstück 14a angeordnet, das einerseits mit einer Drosseleinrichtung 15, einem Volumenelement 16 und mit einer Druckauswertung 17 und andererseits mit einem steuerbaren Ventil 18a, das ebenfalls über die Verbindung 19a an die Druckauswertung 17 angeschlossen ist, verbunden ist. Das steuerbare Ventil 18a ist weiterhin über eine Verbindung 20 an einen Wärmetauscher 21 angeshlossen, dem, über die Anschlüsse 22 und 23, ein energietragendes Medium zu bzw. abgeführt wird, andererseits über die Verbindung 24a mit einem Kondensator 25 verbunden ist, der einmal über die Verbindung 26 mit dem Verbindungsstutzen 12 als auch mit dem Wärmetauscher 21 verbunden ist. An dem Kondensator 25 befinden sich weiterhin die Anschlüsse 27 und 28 für eine Weiternutzung der gewonnenen Restwärme.A volume 1 , of any shape, gets through a floor 2a , a case 3a and through a lid 4a limited. Inside the volume 1 is a membrane 5a arranged the volumes 6a and 7a separated from each other. The volume 7a is filled with a working fluid 8th that also crosses the canal 9 the membrane 10 fills. Component of the membrane 5 is still a hose 11 , which connects to a connection 12 , in the ground 2a located, connected. Via a connecting piece 13a , in the lid 4a , is a branch piece 14a arranged, on the one hand with a throttle device 15 , a volume element 16 and with a print evaluation 17 and on the other hand with a controllable valve 18a that too via the connection 19a to the print evaluation 17 connected is connected. The controllable valve 18a is still on a connection 20 to a heat exchanger 21 connected, that, over the connections 22 and 23 , An energy-carrying medium is added or removed, on the other hand via the connection 24a with a capacitor 25 connected, once over the connection 26 with the connection piece 12 as well as with the heat exchanger 21 connected is. On the condenser 25 are still the connections 27 and 28 for a continued use of the residual heat.

Die von einer Wärmequelle bereitgestellte Energie gelangt über den Anschluss 22 in den Wärmetauscher 21, verdampft dort einen geeigneten Energieträger und verlässt den Wärmetauscher 21 wieder über den Anschluss 23. Über die Verbindung 20 wird der generierte gasförmige Energieträger über ein steuerbares Ventil 18a und über das Verzweigungsstück 14a sowie über den Verbindungsstutzen 13a in das Volumen 6a geleitet. Die damit verbundene Vergrößerung des Volumens 6a bewirkt eine Druckerhöhung im Volumen 7a, die über die Arbeitsflüssigkeit 8 und den Kanal 9 in die Membrane 10 geleitet wird und hier eine Ausdehnung der Membrane 10 zur Folge hat. Dieser Prozess läuft solange ab, bis die über die Drosseleinrichtung 15 und dem Volumenelement 16 ebenfalls mit dem Verzweigungsstück 14a verbundene Druckauswertung 17 einen Zustand detektiert, der zur Umschaltung des steuerbaren Ventils 18a über die Verbindung 19a führt. Der im Volumen 6a befindliche gasförmige Energieträger kühlt einerseits ab und kondensiert bzw. wird über den geschalteten Weg, bestehend aus Verbindungsstutzen 13a, Verzweigungsstück 14a, dem steuerbaren Ventil 18a und der Verbindung 24a in den Kondensator 25 gesaugt, in dem durch vorangegangene Vorgänge bereits ein Unterdruck vorhanden ist. Dem gasförmigen Energieträger wird hier weitere Energie entzogen und über die Anschlüsse 27 und 28 einer sich hier anschließenden Nutzung zugeführt. Die Kondensation des gasförmigen Energieträgers hat eine Druckminderung, verbunden mit einer Reduzierung des Volumens 6a zur Folge. Diese Volumenreduzierung wird über die Arbeitsflüssigkeit 8 und über den Kanal 9 an die Membrane 10 weitergeleitet und dessen Ausdehnung verringert. Wird durch die Druckauswertung 17 ein Schwellenwert detektiert, erfolgt eine erneute Umschaltung des steuerbaren Ventils 18a über die Verbindung 19a, wodurch es zur erneuten Einleitung des gasförmigen Energieträgers in das Volumen 6a und den damit bereits dargestellten Abläufen kommt. Während des Arbeitstaktes erfolgt die Rückführung des Kondensats über die Verbindung 26 in den Energieträgerkreislauf.The energy provided by a heat source passes over the terminal 22 in the heat exchanger 21 , evaporates there a suitable energy source and leaves the heat exchanger 21 again over the connection 23 , About the connection 20 The generated gaseous energy source is via a controllable valve 18a and about the branch piece 14a as well as over the connecting piece 13a in the volume 6a directed. The associated increase in volume 6a causes an increase in pressure in the volume 7a that have the working fluid 8th and the channel 9 into the membrane 10 is passed and here an expansion of the membrane 10 entails. This process continues until the throttle device 15 and the volume element 16 also with the branch piece 14a connected print evaluation 17 detects a condition that is responsible for switching the controllable valve 18a about the connection 19a leads. The one in volume 6a located gaseous energy carrier cools on the one hand and condenses or is via the switched path, consisting of connecting pieces 13a , Branch piece 14a , the controllable valve 18a and the connection 24a in the condenser 25 sucked, in which by previous processes already a negative pressure is present. The gaseous energy source is deprived of further energy and the connections 27 and 28 fed to a subsequent use here. The condensation of the gaseous energy carrier has a pressure reduction, combined with a reduction of the volume 6a result. This volume reduction is via the working fluid 8th and over the channel 9 to the membrane 10 forwarded and reduced its extent. Is through the print evaluation 17 detects a threshold, there is a renewed switching of the controllable valve 18a about the connection 19a , whereby it for re-introduction of the gaseous energy source in the volume 6a and the processes already shown it comes. During the working cycle, the return of the condensate takes place via the connection 26 into the energy carrier cycle.

2 zeigt beispielhaft die erfindungsgemäße Anordnung eines Solarantriebs gemäß der Abbildung in 1, mit dem wesentlichen Unterschied, dass an Stelle der Membrane 10 eine analoge Anordnung nochmals angeordnet ist und das der Kanal 9 in Form eines flüssigkeitsangetriebenen Lineargenerators, bestehend aus dem Stator 29, dem Anker 30 und den Führungselementen 31 gebildet wird. Elemente wie Wärmetauscher 21, Kondensator 25 und Druckauswertung 17 werden von den Elementen beider Maschinenteile, jeweils gekennzeichnet durch die Buchstaben a und b, genutzt. Zum Zeitpunkt des Startens des Solarantriebs wurde bereits durch den Wärmetauscher 21 eine entsprechende Menge eines Energieträgers verdampft und durch die Verbindung 20 den steuerbaren Ventilen 18a und 18b zugeführt. Die Druckauswertung 17, in Ruhestellung, schaltet über die Verbindung 19a das steuerbare Ventil 18a passiv und über die Verbindung 19b das steuerbare Ventil 18b aktiv. Über das steuerbare Ventil 18a, das Verzweigungsstück 14a und den Verbindungsstutzen 13a wird der gasförmige Energieträger in das Volumen 6a geleitet und es kommt zu einer Ausdehnung der Membrane 5a, wodurch die diese umgebende Arbeitsflüssigkeit 8 aus dem Volumen 7a über den Kanal 9 in das Volumen 7b verdrängt wird. Aufgrund der Aktivschaltung des steuerbaren Ventils 18b mittels der Verbindung 19b werden die sich im Volumen 6b der Membrane 5b befindlichen Reste des gasförmigen Energieträgers über den Verbindungsstutzen 13b und das Verzweigungsstück 14b und über die Verbindung 24b in den Kondensator 25 geleitet, in dem durch die Kondensation des gasförmigen Energieträgers ein den Prozess unterstützenden Unterdruck erzeugt wird. Die bei der Kondensation frei gesetzte Energie des Energieträgers wird durch die Anschlüsse 27 und 28 einer weiteren Nutzung zugeführt. Über eine Kondensatpumpe 32 wird dem Wärmetauscher 21 das anfallende Kondensat zur erneuten Verdampfung zugeführt. Wird mittels der Druckauswertung 17 ein für die Auslenkung der Membrane 5a festgelegter Druckwert erreicht, erfolgt eine Umschaltung des steuerbaren Ventils 18a über die Verbindung 19a in den aktiven Zustand und des steuerbaren Ventils 18b über die Verbindung 19b in den passiven Zustand. Hierdurch wird der gasförmige Energieträger in das Volumen 6b der Membrane 5b geleitet, wodurch eine Krafteinwirkung auf die Membrane 5a und das durch diese umschlossene Volumen 6a derart ausgeübt wird, dass es, verstärkt durch den im Kondensator 25 vorherrschenden Unterdruck, über die Verbindung 24a in selbigen geleitet wird, dort kondensiert und die bereits oben beschriebenen Schritte weiter durchläuft. Mittels der vorab beschriebenen Abläufe wird folglich die Arbeitsflüssigkeit 8 im Wechsel durch den Kanal 9, zwischen den Volumina 7a und 7b hin und her geleitet. Durch eine geeignete Gestaltung des Ankers 30, beispielhaft in kolbenähnlicher Form, wird dieser mit der strömenden Arbeitsflüssigkeit 8 ebenfalls gleichfrequent oszillierend bewegt und mittels elektromagnetischer Induktion im Stator 29 eine Spannung erzeugt. Mittels der Führungselemente 31, beispielhaft als federnde Elemente ausgebildet, wird der Anker 30 stabil in seiner Lage geführt. An Statt des Ankers 30 sind auch andere Elemente, beispielhaft ein magnetisch angetriebenes Getriebe, möglich. 2 shows an example of the inventive arrangement of a solar drive according to the figure in 1 , with the main difference being that in place of the membrane 10 an analog arrangement is again arranged and that is the channel 9 in the form of a liquid driven linear generator consisting of the stator 29 , the anchor 30 and the guide elements 31 is formed. Elements such as heat exchangers 21 , Capacitor 25 and print evaluation 17 are used by the elements of both machine parts, each marked by the letters a and b. At the time of starting the solar drive was already through the heat exchanger 21 a corresponding amount of an energy carrier evaporates and through the compound 20 the controllable valves 18a and 18b fed. The print evaluation 17 , at rest, switches over the connection 19a the controllable valve 18a passive and over the connection 19b the controllable valve 18b active. About the controllable valve 18a , the branch piece 14a and the connecting piece 13a becomes the gaseous energy carrier in the volume 6a passed and it comes to an expansion of the membrane 5a , causing the surrounding working fluid 8th out of the volume 7a over the canal 9 in the volume 7b is displaced. Due to the active switching of the controllable valve 18b by means of the connection 19b will be in volume 6b the membrane 5b located residues of the gaseous energy carrier via the connecting piece 13b and the branch piece 14b and about the connection 24b in the condenser 25 passed, in which by the condensation of the gaseous energy carrier, a process-supporting negative pressure is generated. The energy released during the condensation energy of the energy carrier is through the connections 27 and 28 fed to another use. Via a condensate pump 32 becomes the heat exchanger 21 fed the resulting condensate for re-evaporation. Is by means of the pressure evaluation 17 one for the deflection of the membrane 5a set pressure value, there is a switchover of the controllable valve 18a about the connection 19a in the active state and the controllable valve 18b about the connection 19b in the passive state. As a result, the gaseous energy source in the volume 6b the membrane 5b passed, causing a force on the membrane 5a and the volume enclosed by them 6a is exercised in such a way that it, reinforced by that in the capacitor 25 prevailing negative pressure, over the connection 24a is conducted in the same, there condenses and continues through the steps already described above. By means of the processes described above, consequently, the working fluid 8th alternating through the channel 9 , between the volumes 7a and 7b passed back and forth. By a suitable design of the anchor 30 , exemplified in piston-like shape, this is with the flowing working fluid 8th also oscillated in the same frequency and by means of electromagnetic induction in the stator 29 creates a voltage. By means of the guide elements 31 formed by way of example as resilient elements, the anchor 30 stably guided in its position. Instead of the anchor 30 Other elements, such as a magnetically driven gear, are possible.

In der 3 wird beispielhaft eine Erweiterung der Anordnung eines erfindungsgemäßen Solarantriebs gemäß 2 dargestellt. In Abweichung zur 2 ist ersichtlich, dass lediglich die Anzahl der verwendeten Membranen 5a und 5b, einschließlich der erforderlichen Verbindungsstutzen, anzahlmäßig vergrößert wurden. Die Funktionalität und auch die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnung eines Solarantriebes ist hierdurch nicht betroffen. Demzufolge gelten auch hierfür die entsprechenden Ausführungen zur 2. Durch den Einsatz zusätzliche Schaltelemente 32a und 32b können die vorhandenen Volumina 6a und 6b, entsprechend des Angebotes an gasförmigem Energieträger, jeweils zu- oder abgeschaltet werden.In the 3 is an example of an extension of the arrangement of a solar drive according to the invention according to 2 shown. In deviation to 2 It can be seen that only the number of membranes used 5a and 5b , including the required connecting pieces, have been increased in number. The functionality and the operation of the inventive arrangement of a solar drive is not affected thereby. Consequently, the corresponding explanations apply to this 2 , By using additional switching elements 32a and 32b can the existing volumes 6a and 6b , according to the supply of gaseous energy carrier, respectively switched on or off.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Volumenvolume
2a2a: Bodenground
2b2 B: Bodenground
33: Hülleshell
4a4a: Deckelcover
4b4b: Deckelcover
5a5a: Membranemembrane
5b5b: Membranemembrane
6a6a: Volumenvolume
6b6b: Volumenvolume
7a7a: Volumenvolume
7b7b: Volumenvolume
8 8th: Arbeitsflüssigkeitworking fluid
99: Kanalchannel
1010: Membranemembrane
1111: Schlauchtube
1212: Verbindungsstutzenconnecting pieces
13°13 °: Verbindungsstutzenconnecting pieces
13b13b: Verbindungsstutzenconnecting pieces
14a14a: Verzweigungsstückjunction box
14b14b: Verzweigungsstückjunction box
1515: Drosseleinrichtungthrottling device
1616: Volumenelementvoxel
1717: Druckauswertungpressure analysis
18a18a: Steuerbares VentilControllable valve
18b18b: Steuerbares VentilControllable valve
19a19a: Verbindungconnection
19b19b: Verbindungconnection
2020: Verbindungconnection
2121: Wärmetauscherheat exchangers
2222: Anschlussconnection
2323: Anschlussconnection
24a24a: Verbindungconnection
24b24b: Verbindungconnection
2525: Kondensatorcapacitor
2626: Verbindungconnection
2727: Anschlussconnection
2828: Anschlussconnection
2929: Statorstator
3030: Ankeranchor
3131: Führungselementguide element
3232: Kondensatpumpecondensate pump
33a33a: Schaltelementswitching element
33b33b: Schaltelementswitching element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3137937 C2 [0002]
DE 4304688 A1 [0003]
DE 202007013232 U1 [0004]

Claims

Solar drive, characterized by being in one volume 1 , bounded by an arbitrarily shaped bottom 2a and or 2 B , a case 3 and a lid 4a and or 4b , at least one membrane 5a and or 5b which is the volumes 6a and or 6b and 7a and or 7b separates from each other, the volume 6a and or 6b is filled alternately with a gaseous energy source and that the volume 7a and or 7b with a working fluid 8th is filled, which also has a channel 9 either with a membrane 10 and / or at least communicating with a second such arrangement.

Claim according to item 1, characterized in that the gaseous energy carrier with controllable valves 18a and or 18b , a throttle device 15 and / or a volume element 16 and a print evaluation 17 communicates.

Claim according to the points 1 and 2, characterized in that the controllable valve 18a and or 18b and / or the throttle device 15 and / or the volume element 16 and / or the pressure evaluation 17 within and / or outside the volume 1 are arranged and that the controllable valve 18a and or 18b with mechanically changing components of the volume 1 and / or electrically and / or magnetically actuated.

Claim according to the points 1 to 3, characterized in that in particular the volumes 1 . 6a and or 6b . 7a and or 7b as well as through the membrane 10 enclosed volumes have no dependent forms depending on each other.

Claim according to the points 1, characterized to 4 that the membrane 5a and or 5b in case of condensation with a hose 11 connected is.

Claim according to the points 1 to 5, characterized in that the controlled valve 18a and or 18b with a capacitor 25 connected, in turn, connections 27 and 28 owns to other systems.

Claim according to the points 1 to 6, characterized in that the membranes 5a and or 5b are not arranged or arranged in one plane.

Claim according to the items 1 to 7, characterized in that a channel 9 Also divided into a series and / or parallel arrangement of sections of the channel 9 , is arranged.

Claim according to the points 1 to 8, characterized in that the arrangements according to the 1 to 3 can be combined with each other in any form.