DE102014119552A1 - Pressure fluctuation generator - Google Patents

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DE102014119552A1
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Oliver Berberig
Wolfgang Drahm
Robert Lalla
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Endress and Hauser Flowtec AG
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Endress and Hauser Flowtec AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/08—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for recovering energy derived from swinging, rolling, pitching or like movements, e.g. from the vibrations of a machine

Abstract

Ein Druckschwankungsgenerator (1), umfasst: einen geschlossenen Arbeitsbehälter (100) mit einer flexiblen Arbeitsbehälterwand (102), mit einem veränderlichen gasgefüllten Arbeitsvolumen (110), wobei die flexible Arbeitsbehälterwand (102) dazu eingerichtet ist unter Beaufschlagung mit einem schwankenden Druck ausgelenkt zu werden; einen elektrodynamischen Wandler (140), welcher mit der flexiblen Arbeitsbehälterwand (102) mechanisch gekoppelt ist, um von dieser angetrieben zu werden um mechanische in elektrische Leistung zu wandeln; und einen geschlossenen Ausgleichsbehälter (200) mit einer flexiblen Ausgleichsbehälterwand (202), mit einem veränderlichen, gasgefüllten Ausgleichsvolumen (210), wobei die flexible Ausgleichsbehälterwand (202) durch Druckschwankungen ausgelenkbar ist; wobei das Arbeitsvolumen (110) durch die flexible Arbeitsbehälterwand (102) von dem Ausgleichsvolumen (210) getrennt ist, wobei die flexible Arbeitsbehälterwand (102) durch Druckunterschiede zwischen dem Arbeitsvolumen (110) und dem Ausgleichsvolumen (210) auslenkbar ist; wobei sich zwischen dem Ausgleichsbehälter (200) und dem Arbeitsbehälter (100) mindestens eine Ausgleichsleitung (130) erstreckt, zum Ermöglichen eines Gasflusses zwischen dem Arbeitsvolumen (110) und dem Ausgleichsvolumen (210).A pressure fluctuation generator (1) comprising: a closed working vessel (100) having a flexible working vessel wall (102) with a variable gas filled working volume (110), the flexible working vessel wall (102) being adapted to be deflected under a fluctuating pressure ; an electrodynamic transducer (140) mechanically coupled to the flexible working vessel wall (102) for being driven thereby to convert mechanical to electrical power; and a closed surge tank (200) having a flexible surge tank wall (202) with a variable, gas-filled surge volume (210), said flexible surge tank wall (202) being deflectable by pressure fluctuations; the working volume (110) being separated from the compensating volume (210) by the flexible working vessel wall (102), the flexible working vessel wall (102) being deflectable by pressure differences between the working volume (110) and the compensating volume (210); wherein at least one equalization line (130) extends between the surge tank (200) and the work tank (100) for permitting gas flow between the working volume (110) and the balance volume (210).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckschwankungsgenerator zum Wandeln von Druckschwankungen in elektrische Energie, insbesondere zur Energiegewinnung aus der Umgebung, dem sogenannten Energy Harvesting.The present invention relates to a pressure fluctuation generator for converting pressure fluctuations into electrical energy, in particular for energy production from the environment, the so-called energy harvesting.

Es sind bereits Druckschwankungsgeneratoren bekannt. M. Deterre et al. offenbaren in SMART MATERIALS AND STRUCTURES, Ausgabe 21 2012 unter dem Titel "Active piezoelectric energy extraction method for pressure energy harvesting" eine Methode zum Energieernten, die insbesondere in implantierbaren medizinischen Systemen zum Einsatz kommen soll. Es handelt sich dabei um eine piezoelektrische Membran, die an den Blutkreislauf angeschlossen die Druckschwankungen durch den Herzschlag zur Erzeugung von elektrischem Strom nutzt. Schutzrechtsveröffentlichungen von Deterre et al. sind EP 2520333 A1 , und US 2012283807 A1 , in denen ein Druckschwankungsgenerator offenbart wird, der auf einer kapazitiven Wandlung der Druckschwankungen in elektrischen Strom basiert, und der als kompakte Kapsel implantierbar sein soll.Pressure fluctuation generators are already known. M. Deterre et al. reveal in SMART MATERIALS AND STRUCTURES, Issue 21 2012 under the title "Active piezoelectric energy extraction method for pressure energy harvesting" a method for energy harvesting, which is to be used in particular in implantable medical systems. It is a piezoelectric membrane connected to the bloodstream that uses pressure fluctuations through the heartbeat to generate electrical current. Property rights publications by Deterre et al. are EP 2520333 A1 , and US 2012283807 A1 in which a pressure fluctuation generator is disclosed, which is based on a capacitive conversion of the pressure fluctuations in electrical current, and which should be implantable as a compact capsule.

Guoliang Ye und Kenichi Soga stellen im JOURNAL OF ENERGY ENGINEERING, Ausgabe 7 vom März 2012 unter dem Titel "Energy Harvesting from Water Distribution Systems" unter anderem einen Druckschwankungsgenerator vor, der die in Wasserverteilsystemen auftretenden Druckschwankungen zur Energieerzeugung nutzen soll. Dieser Generator umfasst einen vertikal angebrachten kleinen Kolben, der sich mit einem statischen Druck in der Rohrleitung von 3.6 bar im Gleichgewicht befindet. Nun kommt es aufgrund von unregelmäßigen Druckschwankungen in der Größenordnung von +/–0.1 bar zu Auslenkungen dieses Kolbens in der Größenordnung von 0.1 m, die bei einer mittleren Schwankungsfrequenz von ca. 0.1 Hz zu einer mittleren theoretischen mechanischen Ausgangsleistung von 3.4 mW führen soll, mit der ein elektrischer Wandler des Generators anzutreiben ist. Es wird nicht näher darauf eingegangen, wie der Kolben dauerhaft zu dichten ist, ganz abgesehen von den Reibungsverlusten, die beispielsweise durch eine O-Ring-Dichtung entstehen. Abschließend schlagen die Autoren vor, die Bewegung aufgrund ihrer niedrigen Frequenz elektromagnetisch in Strom umzuwandeln, vorzugsweise mittels eines zwischengeschalteten Getriebes, dass die langsame Bewegung vergrößert und gleichzeitig beschleunigt (was natürlich mit weiteren mechanischen Verlusten behaftet ist). Erwähnenswert ist auch die Aussage in der Veröffentlichung „So far, no commercial device exists to directly harvest energy from water pressure fluctuation“. Guoliang Ye and Kenichi Soga exhibit in JOURNAL OF ENERGY ENGINEERING, issue 7 of March 2012 under the title "Energy Harvesting from Water Distribution Systems", among other things, a pressure fluctuation generator to use the occurring in water distribution systems pressure fluctuations for energy production. This generator includes a vertically mounted small piston that is in equilibrium with a static pressure in the pipeline of 3.6 bar. Now, due to irregular pressure fluctuations of the order of +/- 0.1 bar, deflections of this piston in the order of magnitude of 0.1 m occur, which with a mean fluctuation frequency of approximately 0.1 Hz should lead to a mean theoretical mechanical output power of 3.4 mW an electrical converter of the generator is to be driven. It is not discussed in detail how the piston is to seal permanently, quite apart from the friction losses, for example, caused by an O-ring seal. Finally, the authors propose to electromagnetically convert the movement into electricity because of its low frequency, preferably by means of an intermediate gear that increases and simultaneously accelerates the slow movement (which, of course, involves further mechanical losses). Also worth mentioning is the statement in the publication "So far, no commercial device exists to directly harvest energy from water pressure fluctuation".

Cunefare et al. offenbaren unter dem Titel "Energy harvesting from hydraulic pressure fluctuations" in SMART MATERIALS AND STRUCTURES, Ausgabe 22, 2013 , einen Druckschwankungsgenerator, welcher einen piezoelektrischen Stapelaktor aufweist, der über eine flexible Membran an eine Rohrleitung eines hydraulischen Systems angekoppelt wird. Der Stapelaktor mit den Abmessungen 6.8 × 6.8 × 30 mm sitzt auf einer 76 μm dicken Aluminiummembran mit einem Durchmesser von 12 mm, die statischen Drücken von ca. 20 bzw. 35 bar ausgesetzt wird. Die dynamischen Druckschwankungen betragen bis zu +/–0.5 bar bei Frequenzen von bis zu 450 Hz. Bei den maximalen Werten konnten im Versuch bis zu 1.2 mW an Leistung erzeugt werden. Aus diesen Ergebnissen lässt sich ableiten, dass die mittels Piezostapelaktor realisierte mechanisch-elektrische Wandlung der sehr starken Druckschwankungen bei enorm hohen Schwankungsfrequenzen äußerst ineffizient zu sein scheint. Cunefare et al. entitled "Energy Harvesting from Hydraulic Pressure Fluctuations" in SMART MATERIALS AND STRUCTURES, Issue 22, 2013 , a pressure fluctuation generator having a piezoelectric stack actuator which is coupled via a flexible membrane to a pipeline of a hydraulic system. The 6.8 × 6.8 × 30 mm stack actuator sits on a 76 μm aluminum diaphragm with a diameter of 12 mm, which is subjected to static pressures of approx. 20 or 35 bar. The dynamic pressure fluctuations are up to +/- 0.5 bar at frequencies of up to 450 Hz. At the maximum values could be generated in the experiment up to 1.2 mW of power. From these results, it can be deduced that the mechanical-electrical conversion realized by means of the piezo stack actuator seems to be extremely inefficient for the very high pressure fluctuations at enormously high fluctuation frequencies.

Den vorgenannten Druckschwankungsgeneratoren ist gemeinsam, dass sie den Leistungsbedarf eines Zweileitergerätes der industriellen Prozessmesstechnik von dauerhaft mind. 15 mW, besser 20 mW mit Hilfe der Druckschwankungen in einem Wasserverteilnetz zu decken, nicht erfüllen.The abovementioned pressure fluctuation generators have in common that they do not meet the power requirement of a two-line device of the industrial process measuring technology of permanently at least 15 mW, better 20 mW with the help of pressure fluctuations in a water distribution network.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Druckschwankungsgenerator mit einer höheren Leistung bereitzustellen, insbesondere einen Druckschwankungsgenerator, welcher eine elektrische Leistung von mindestens 15 mW bereitstellt.It is therefore the object of the present invention to provide a pressure fluctuation generator with a higher power, in particular a pressure fluctuation generator, which provides an electric power of at least 15 mW.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Druckschwankungsgenerator gemäß Anspruch 1.The object is achieved by the pressure fluctuation generator according to claim 1.

Der erfindungsgemäße Druckschwankungsgenerator umfasst
einen gasdicht geschlossenen Arbeitsbehälter mit mindestens einer flexiblen Arbeitsbehälterwand, wobei der Arbeitsbehälter ein veränderliches Arbeitsvolumen umschließt, welches mit einem Gas gefüllt ist, wobei die flexible Arbeitsbehälterwand dazu eingerichtet ist unter Beaufschlagung mit einem schwankenden Druck ausgelenkt zu werden;
einen Wandler, insbesondere elektrodynamischen Wandler, welcher mit der flexiblen Arbeitsbehälterwand mechanisch gekoppelt ist, um durch Auslenkungen der Arbeitsbehälterwand angetrieben zu werden mechanische Leistung in elektrische Leistung zu wandeln; und
einen gasdicht geschlossenen Ausgleichsbehälter welcher mindestens eine flexible Ausgleichsbehälterwand aufweist, wobei der Ausgleichsbehälter ein veränderliches Ausgleichsvolumen umschließt welches mit einem Gas gefüllt ist, wobei die flexible Ausgleichsbehälterwand mit einem Medium beaufschlagbar ist, um durch Druckschwankungen des Mediums ausgelenkt zu werden;
wobei das Arbeitsvolumen durch die flexible Arbeitsbehälterwand von dem Ausgleichsvolumen getrennt ist, wobei die flexible Arbeitsbehälterwand durch Druckunterschiede zwischen dem Arbeitsvolumen und dem Ausgleichsvolumen auslenkbar ist;
wobei sich zwischen dem Ausgleichsbehälter und dem Arbeitsbehälter mindestens eine Ausgleichsleitung erstreckt, zum Ermöglichen eines Gasflusses zwischen dem Arbeitsvolumen und dem Ausgleichsvolumen.The pressure fluctuation generator according to the invention comprises
a gas tight closed working container having at least one flexible working container wall, the working container enclosing a variable working volume filled with a gas, the flexible working container wall being adapted to be deflected under the application of a fluctuating pressure;
a transducer, in particular an electrodynamic transducer, which is mechanically coupled to the flexible working vessel wall to be driven by deflections of the working vessel wall to convert mechanical power into electrical power; and
a gas-tight closed expansion tank which has at least one flexible expansion tank wall, wherein the expansion tank encloses a variable expansion volume which is filled with a gas, wherein the flexible expansion tank wall is acted upon by a medium to be deflected by pressure fluctuations of the medium;
wherein the working volume is separated from the compensating volume by the flexible working container wall, the flexible working container wall being deflectable by pressure differences between the working volume and the compensating volume;
wherein between the surge tank and the working container extends at least one compensation line, for allowing a gas flow between the working volume and the compensating volume.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Druckschwankungsgenerator mindestens ein Ventil zum Sperren der Ausgleichsleitung.In one development of the invention, the pressure fluctuation generator comprises at least one valve for blocking the equalization line.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Wandler ein von der Arbeitsbehälterwand angetriebenes, bewegliches Wandlerelement auf, welches einen Arbeitsbereich zwischen einer ersten Extremposition und einer zweiten Extremposition aufweist, wobei das mindestens eine Ventil eine Steuerung aufweist, die bewirkt dass das Ventil geöffnet wird, wenn das bewegliche Element eine der Extrempositionen erreicht.In a further development of the invention, the transducer has a moving transducer element driven by the working vessel wall, which has a working region between a first extreme position and a second extreme position, wherein the at least one valve has a control which causes the valve to be opened when the valve is opened movable element reaches one of the extreme positions.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Steuerung einen Ventilstößel, gegen den das bewegliche Wandlerelement stößt, wenn es eine der Extrempositionen erreicht, wodurch das Ventil geöffnet wird.In a further development of the invention, the controller comprises a valve tappet, against which the movable transducer element abuts when it reaches one of the extreme positions, whereby the valve is opened.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Druckschwankungsgenerator einen Positionssensor zum Ermitteln der Position des beweglichen Wandlerelements oder einer damit gekoppelten Position, wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, das Ventil in Abhängigkeit von der ermittelten Position zu öffnen bzw. zu schließen.In one development of the invention, the pressure fluctuation generator comprises a position sensor for determining the position of the movable transducer element or a position coupled thereto, wherein the control is set up to open or close the valve in dependence on the determined position.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Druckschwankungsgenerator ein elastisches Element auf, welches mit dem beweglichen Wandlerelement mechanisch gekoppelt ist, wobei das elastische Element eine Gleichgewichtslage des beweglichen Wandlerelements definiert, welche Gleichgewichtslage das bewegliche Wandlerelement einnimmt, wenn ein Gasaustausch zwischen dem Arbeitsvolumen und dem Ausgleichsvolumen erfolgt und ein Druckgleichgewicht zwischen dem Arbeitsvolumen und dem Ausgleichsvolumen erreicht ist.In one development of the invention, the pressure fluctuation generator has an elastic element which is mechanically coupled to the movable transducer element, wherein the elastic element defines an equilibrium position of the movable transducer element, which equilibrium position occupies the movable transducer element, when a gas exchange between the working volume and the compensating volume and a pressure balance between the working volume and the compensating volume is reached.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Druckschwankungsgenerator ein Element auf, welches mit der flexiblen Arbeitsbehälterwand mechanisch gekoppelt ist, wobei das Element unter Ausnutzung eines Hebeleffekts die Auslenkung um ein Vielfaches vergrößert und wiederum mit dem Wandler mechanisch gekoppelt ist, sodass sich die vergrößerte Auslenkung auf das Wandlerelement überträgt.In one embodiment of the invention, the pressure fluctuation generator on an element which is mechanically coupled to the flexible working container wall, the element increases the deflection by utilizing a lever effect, the deflection by a multiple and in turn mechanically coupled to the transducer, so that the increased deflection on the Transducer element transmits.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Druckschwankungsgenerator eine Drossel welche in der Ausgleichsleitung angeordnet ist, um einen kontinuierlichen, gedrosselten Druckausgleich über die Ausgleichsleitung zu ermöglichen.In a development of the invention, the pressure fluctuation generator comprises a throttle which is arranged in the equalization line in order to enable a continuous, throttled pressure equalization via the equalization line.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Arbeitsvolumen in der Gleichgewichtslage des beweglichen Wandlerelements einen Wert VG auf, wobei der Druckschwankungsgenerator bei einer mittleren Druckschwankungsfrequenz fs und einer mittleren Druckschwankungsamplitude dp einzusetzen ist, die Drossel eine Druckausgleichsrate Q aufweist, für die gilt: Q < dp·VG·fs/c1, wobei c1 eine Konstante ist für die gilt c1 > 5, insbesondere c1 > 20, und bevorzugt c1 > 40,
und wobei für die Druckausgleichsrate Q weiterhin gilt: Q > dp·VG·fs/c2, wobei c2 eine Konstante ist für die gilt c2 < 1000, insbesondere c2 < 400, und bevorzugt c2 < 200. In one development of the invention, the working volume in the equilibrium position of the movable transducer element has a value VG, wherein the pressure fluctuation generator is to be used at a mean pressure fluctuation frequency fs and a mean pressure fluctuation amplitude dp, the throttle has a pressure compensation rate Q, for which: Q <dp · VG · fs / c1, where c1 is a constant for which c1> 5, in particular c1> 20, and preferably c1> 40,
and wherein for the pressure equalization rate Q continues to apply: Q> dp · VG · fs / c2, where c2 is a constant for which c2 <1000, in particular c2 <400, and preferably c2 <200.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Drossel eine Druckausgleichsrate Q von nicht mehr als 1 mbar l /sec insbesondere nicht mehr als 0,1 mbar l/sec auf.In a further development of the invention, the throttle has a pressure compensation rate Q of not more than 1 mbar l / sec, in particular not more than 0.1 mbar l / sec.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Drossel eine Druckausgleichsrate Q von nicht weniger als 0,001 mbar l /sec insbesondere nicht weniger als 0,01 mbar l/sec auf.In a further development of the invention, the throttle has a pressure compensation rate Q of not less than 0.001 mbar l / sec, in particular not less than 0.01 mbar l / sec.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die flexible Arbeitsbehälterwand einen Balg, insbesondere einen metallischen Faltenbalg.In a development of the invention, the flexible working container wall comprises a bellows, in particular a metallic bellows.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die flexible Ausgleichsbehälterwand einen Balg, insbesondere einen metallischen Faltenbalg.In a further development of the invention, the flexible expansion tank wall comprises a bellows, in particular a metallic bellows.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die flexible Arbeitsbehälterwand eine Membran, insbesondere eine korrugierte metallische Membran.In a development of the invention, the flexible working container wall comprises a membrane, in particular a corrugated metallic membrane.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Ausgleichsvolumen im Druckgleichgewicht mit dem Arbeitsvolumen einen Wert auf, der bei Standardbedingungen mindestens das Doppelte, insbesondere mindestens das Vierfache des Arbeitsvolumens beträgt.In a development of the invention, the equalization volume in the pressure equilibrium with the working volume has a value which, under standard conditions, is at least twice, in particular at least four times, the working volume.

Die Erfindung wird nun anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert:The invention will now be explained with reference to the embodiments illustrated in the figures:

Es zeigt:It shows:

1: Einen schematischen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckschwankungsgenerators; und 1 : A schematic longitudinal section through a first embodiment of a pressure fluctuation generator according to the invention; and

2: Einen schematischen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckschwankungsgenerators. 2 : A schematic longitudinal section through a second embodiment of a pressure fluctuation generator according to the invention.

Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckschwankungsgenerators 1 umfasst einen zylindrischen Arbeitsbehälter 100, der einen ersten Faltenbalg 102 als flexible Arbeitsbehälterwand aufweist und ein Arbeitsvolumen 110 umschließt. Der Arbeitsbehälter 100 ist in einem abschnittsweise zylindrischen Ausgleichsbehälter 200 angeordnet, wobei der Ausgleichsbehälter einen zweiten Faltenbalg 202 als flexible Ausgleichsbehälterwand und einen starren, zylindrischen Ausgleichsbehälterabschnitt 204 aufweist, in dem der Arbeitsbehälter 100 angeordnet ist. Der Ausgleichsbehälter 200 umschließt ein Ausgleichsvolumen 210, welches ein Vielfaches des Arbeitsvolumens 110 beträgt. Der Ausgleichsbehälter 200 umfasst weiterhin eine starre Stirnplatte 204, die druckdicht mit der flexiblen Ausgleichsbehälterwand 202 verbunden ist, und von letzterer getragen wird, so dass Stirnplatte 204 eine erste Oberfläche aufweist, welche dem Ausgleichsvolumen 210 zugewandt ist. Sowohl der Arbeitsbehälter 100 als auch der Ausgleichsbehälter 200 sind mit einem trockenen Gas 212 gefüllt, z.B. Stickstoff.This in 1 illustrated embodiment of a pressure fluctuation generator according to the invention 1 includes a cylindrical working container 100 , the first bellows 102 as a flexible working container wall and a working volume 110 encloses. The work container 100 is in a partially cylindrical expansion tank 200 arranged, wherein the expansion tank a second bellows 202 as a flexible surge tank wall and a rigid, cylindrical surge tank section 204 in which the working container 100 is arranged. The expansion tank 200 encloses a compensation volume 210 , which is a multiple of the workload 110 is. The expansion tank 200 further includes a rigid face plate 204 , the pressure-tight with the flexible expansion tank wall 202 is connected, and is carried by the latter, so that face plate 204 has a first surface which the compensating volume 210 is facing. Both the work container 100 as well as the expansion tank 200 are with a dry gas 212 filled, eg nitrogen.

Der hier gezeigte Druckschwankungsgenerator umfasst weiterhin ein starres Gehäuse 300, mit einer Gehäusekammer 310 in seinem Innern, die über einen Prozessanschluss 320 an ein Wasserleitungsnetz anschließbar ist. Zumindest der flexible Abschnitt des Ausgleichsbehälters 200 ist in der Gehäusekammer 310 angeordnet um über den Anschluss 320 mit einem Mediendruck, insbesondere von Wasser 312 beaufschlagt zu werden.The pressure fluctuation generator shown here further comprises a rigid housing 300 , with a housing chamber 310 in its interior, which has a process connection 320 can be connected to a water supply network. At least the flexible section of the expansion tank 200 is in the housing chamber 310 arranged around over the connection 320 with a media pressure, in particular of water 312 to be charged.

Der Arbeitsbehälter 100 umfasst weiterhin eine starre Stirnplatte 104, die druckdicht mit der flexiblen Arbeitsbehälterwand 102 verbunden ist, und von letzterer getragen wird, so dass Stirnplatte 104 eine erste Oberfläche aufweist, welche dem Arbeitsvolumen 110 zugewandt ist. Unter Vernachlässigung von elastischen Rückstellkräften des ersten Faltenbalgs 102 und der Gewichtskraft der Stirnplatte und der von ihr gehaltenen Komponenten wird die Stirnplatte 104 in Reaktion auf Druckänderungen im Ausgleichsbehälter so weit in axialer Richtung verschoben, bis im Arbeitsvolumen 110 und im Ausgleichsvolumen 210 der gleiche Druck herrscht.The work container 100 further includes a rigid face plate 104 , the pressure-tight with the flexible container wall 102 is connected, and is carried by the latter, so that face plate 104 having a first surface which corresponds to the working volume 110 is facing. Neglecting elastic restoring forces of the first bellows 102 and the weight of the face plate and the components held by it becomes the face plate 104 shifted so far in the axial direction in response to pressure changes in the expansion tank until in the working volume 110 and in the equalization volume 210 the same pressure prevails.

Der Druckschwankungsgenerator 1 wird über den Anschluss 320 direkt an ein Wasserleitungsnetz angeschlossen. Vorzugsweise wird er mit dem Anschluss 320 vertikal nach unten zeigend angeschlossen, um ein Ansammeln von Partikeln und Rückständen in der Behälterkammer 310 um den zweiten Faltenbalg 202 herum zu vermeiden. Das im Ausgleichsbehälter 200 eingeschlossene Gas steht mit einem Systemdruck im Wasserleitungsnetz (pstat + pfluct) im Kräftegleichgewicht, und wg. der geringen Federkraft eines solchen Balgs näherungsweise auch im Druckgleichgewicht. Der Ausgleichsbehälter wird dabei vorwiegend durch einen statischen Wasserdruck pstat komprimiert, dem Druckschwankungen pfluct mit geringerer Amplitude überlagert sind. Der statische Wasserdruck pstat kann sich um deutlich größere Werte ändern als die Amplituden der Druckschwankungen pfluct, die mit dem Druckschwankungsgenerator verwertet werden sollen. So kann der statische Druck beispielsweise Werte zwischen 3 und 8 bar einnehmen, also um 5 bar variieren, wobei die überlagernden Druckschwankungen eine Frequenz von beispielsweise etwa 0,1 Hz bis 1 Hz und eine Amplitude in der Größenordnung von pfluct = 0,1 bar aufweisen.The pressure fluctuation generator 1 will be over the connection 320 directly connected to a water supply network. Preferably, it will connect to the port 320 connected vertically pointing down to collect particles and debris in the container chamber 310 around the second bellows 202 to avoid around. The in the expansion tank 200 trapped gas is in equilibrium with a system pressure in the water network (p stat + p fluct ), and wg. the low spring force of such a bellows approximately in the pressure equilibrium. The expansion tank is mainly by a static water pressure p stat compressed, the pressure fluctuations p fluct are superimposed with lower amplitude. The static water pressure p stat can change by significantly greater values than the amplitudes of the pressure fluctuations p fluct , which are to be utilized with the pressure fluctuation generator . Thus, the static pressure, for example, take values between 3 and 8 bar, ie vary by 5 bar, the superimposed pressure fluctuations a frequency of, for example, about 0.1 Hz to 1 Hz and an amplitude in the order of p fluct = 0.1 bar exhibit.

Der Druckschwankungsgenerator 1 weist einen elektrodynamischen Wandler 140 auf, wobei die Stirnplatte 104 eine Basis für bewegliche Komponenten des Wandlers 140 bildet. Die beweglichen Komponenten umfassen Permanentmagneten 142, insbesondere Neodym-Hochleistungsmagneten, welche von einem in axialer Richtung verlaufenden Träger 144 gehalten werden, wobei der Träger 144 seinerseits an der Stirnplatte 104 befestigt ist und über ein Linearlager 148 geführt wird. Der Wandler 140 umfasst weiterhin eine ortsfeste Tauchspule 146, welche innerhalb des Arbeitsbehälters 200 liegt, wobei die Tauchspule 146 eine Spulenachse aufweist, die parallel zur Bewegungsrichtung der Stirnplatte 104 bzw. der Permanentmagneten 142 verläuft.The pressure fluctuation generator 1 has an electrodynamic transducer 140 on, with the face plate 104 a base for moving components of the transducer 140 forms. The moving components include permanent magnets 142 , in particular neodymium high-performance magnets, which extend from an axially extending support 144 be held, the carrier 144 in turn, on the face plate 104 is attached and via a linear bearing 148 to be led. The converter 140 further includes a stationary immersion coil 146 which are inside the working container 200 lies, with the plunger coil 146 a coil axis which is parallel to the direction of movement of the face plate 104 or the permanent magnet 142 runs.

Der vom statischen Druck und der im Arbeitsvolumen 110 eingeschlossenen Gasmenge abhängige Arbeitspunkt des Arbeitsbehälters 100 ist idealerweise so einzustellen, dass sich die Permanentmagneten 142 bei den auszuwertenden Druckschwankungen von etwa 0,1 bar in einem von der Tauchspule 146 umgebenen Bereich bewegen, und zwar mit ausreichend großer Amplitude. D.h., die Druckschwankungen von 0,1 bar müssen einen hinreichenden Volumenhub bewirken.The static pressure and the working volume 110 enclosed gas quantity dependent working point of the working container 100 is ideally set so that the permanent magnets 142 at the evaluated pressure fluctuations of about 0.1 bar in one of the plunger coil 146 move around the area, with a sufficiently large amplitude. That is, the pressure fluctuations of 0.1 bar must cause a sufficient volume stroke.

Da jedoch, wie oben erwähnt, der statische Druck erheblich größere Änderungen aufweist als die Druckschwankungen ist der Arbeitspunkt immer wieder durch Anpassen der im Arbeitsvolumen 110 eingeschlossenen Gasmenge nachzuregeln, um die Permanetmagneten 142 im Bereich der Tauchspule zu halten.However, since, as mentioned above, the static pressure considerably larger changes than the pressure fluctuations, the operating point is again and again by adjusting the working volume 110 adjust the amount of gas enclosed to the permanent magnets 142 to keep in the range of the plunger coil.

Hierzu weist der Arbeitsbehälter 100 zwei Ventile 130 auf, die Öffnungen in der Stirnplatte 104 positionsabhängig freigeben oder verschließen. Aufgrund der rotationssymmetrischen Darstellung in 1 ist nur eines der Ventile zu sehen. Das andere Ventil, das sich unterhalb der Rotationsachse gegenüber dem dargestellten Ventil 130 befindet, öffnet in entgegen gesetzter Richtung, d.h. beim maximaler Auslenkung der Stirnplatte nach rechts. Bei den Ventilen 130 handelt es sich um zwangsgesteuerte Ventile, d.h. sie sind so konstruiert und positioniert, dass sie innerhalb des Arbeitsbereichs von Federn gegen Ventilsitze in der Stirnplatte 104 elastisch vorgespannt sind, wobei die Ventile Ventilstößel 132 aufweisen, welche bei Erreichen jeweils einer maximal zulässigen Auslenkung der Stirnplatte 104 gegen einen zugehörigen Anschlag stoßen, wodurch jeweils ein Ventil geöffnet wird, um einen Gasaustausch zwischen dem Arbeitsvolumen 110 und dem Ausgleichvolumen 210 bis zum Druckausgleich zu ermöglichen.For this purpose, the work container 100 two valves 130 on, the openings in the face plate 104 Release or close in a position-dependent manner. Due to the rotationally symmetrical representation in 1 only one of the valves is visible. The other valve located below the axis of rotation opposite the valve shown 130 is open in the opposite direction, ie at the maximum deflection of the face plate to the right. At the valves 130 they are positively controlled valves, ie they are designed and positioned to be within the working range of springs against valve seats in the face plate 104 are resiliently biased, the valves are valve tappets 132 which, upon reaching a maximum allowable deflection of the face plate 104 abut against an associated abutment, whereby a valve is opened in each case to a gas exchange between the working volume 110 and the equalization volume 210 to allow for pressure equalization.

Steigt nun der statische Druck pstat in der Wasserrohrleitung an, dann wird das Ausgleichsvolumen 210 und das darin eingeschlossene Gas 212 komprimiert, bis Druckgleichgewicht mit der Wasserrohrleitung herrscht. Dadurch erhöht sich auch der Druck auf das direkt angeschlossene Arbeitsvolumen 110, das ebenfalls komprimiert wird. Nun ist die Größe des Arbeitsvolumens so ausgelegt, dass die Stirnplatte 104 bei einer Druckschwankung von ±0.1 bar gerade einen maximalen Hub von beispielsweise ±10 mm vollführt. Ändert sich der Druck also stärker als das angegebene Intervall, dann kommt die Stirnplatte 104 und einer der Ventilstößel einseitig in Anschlag, so dass jeweils eines der Ventile 130 zum Druckausgleich geöffnet wird. Was dazu führt, dass die Stirnplatte 104 und die von ihr getragenen Wandlerkomponenten bei erneut fallendem Druck im Ausgleichsbehälter sich wieder in Richtung des korrigierten Arbeitspunktes zurückbewegen können. Damit kann der Wandler dann wieder Druckschwankungen pfluct um den Gleichgewichtsdruck auswerten. Bleibt der statische Druck konstant, was meistens der Fall ist, dann sind beide Ventile 130 geschlossen, wodurch im Arbeitsvolumen konstanter mittlerer Druck pstat herrscht. Somit ergibt sich aufgrund der Druckschwankungen im Ausgleichsvolumen 210 von ca. ±0.1 bar eine Druckdifferenz zwischen Ausgleichsvolumen 210 und Arbeitsvolumen 110, zu deren Ausgleich die Stirnplatte 104 hin- und her bewegt wird. Diese Bewegung wird mit dem Wandler 140 ausgewertet.If the static pressure p stat in the water pipeline increases, then the compensation volume becomes 210 and the gas trapped inside 212 compressed until pressure equilibrium with the water pipe prevails. This also increases the pressure on the directly connected working volume 110 which is also compressed. Now the size of the working volume is designed so that the face plate 104 at a pressure fluctuation of ± 0.1 bar just a maximum stroke of, for example, ± 10 mm performs. If the pressure changes more than the specified interval, then the front plate comes 104 and one of the valve lifters on one side into abutment, so that in each case one of the valves 130 is opened for pressure equalization. Which causes the face plate 104 and the converter components carried by it can again move back in the direction of the corrected operating point when the pressure in the expansion tank drops again. Thus, the transducer can then again evaluate pressure fluctuations p fluct by the equilibrium pressure. If the static pressure remains constant, which is usually the case, then both valves are 130 closed, whereby in the working volume constant average pressure p stat prevails. Thus results due to the pressure fluctuations in the compensation volume 210 of approx. ± 0.1 bar a pressure difference between equalizing volume 210 and work volume 110 , to compensate for the face plate 104 is moved back and forth. This movement is done with the converter 140 evaluated.

Für die Auslegung des Arbeitsvolumens 110 und des Ausgleichsvolumens 210 wird davon ausgegangen, dass molekularer Stickstoff als ideales Gas betrachtet werden kann. Des Weiteren wird davon ausgegangen, dass aufgrund der relativ langsamen Druckänderungen isotherme Zustandsänderungen auftreten. Damit ergeben sich folgende Zusammenhänge, die für die Auslegung des Druckschwankungsgenerators von Bedeutung sind. Im Folgenden wird die Bewegung der Stirnplatte 104, und die damit einhergehende Stauchung bzw. Dehnung der durch einen Faltenbalg gebildeten flexiblen Arbeitsbehälterwand als Kolbenauslenkung bezeichnet.

Figure DE102014119552A1_0002
For the design of the workload 110 and the compensation volume 210 It is believed that molecular nitrogen can be considered as an ideal gas. Furthermore, it is assumed that due to the relatively slow pressure changes, isothermal state changes occur. This results in the following relationships, which are important for the design of the pressure fluctuation generator. The following is the movement of the face plate 104 , and the concomitant compression or expansion of the flexible working container wall formed by a bellows referred to as piston deflection.
Figure DE102014119552A1_0002

Unter Vorgabe einer bestimmten Kolbenauslenkung, z.B. 20 mm, und der Verwendung eines bestimmten Faltenbalgs, z.B. mit effektivem Durchmesser von 55 mm, ergibt sich daraus ein Ausgangswert V1 des Arbeitsvolumens. Bei einem Druck p1 = 5 bar und p2 = 5.2 bar berechnet sich V1 zu 1.24 Liter.Given a specific piston deflection, eg 20 mm, and the use of a specific bellows, eg with an effective diameter of 55 mm, this results in an initial value V 1 of the working volume. At a pressure p 1 = 5 bar and p 2 = 5.2 bar, V 1 is calculated to be 1.24 liters.

Unter der Voraussetzung, dass das gesamte Druckschwankungsgenerator -Volumen von Anfang an unter einem Vordruck von 3 bar steht, entsprechend dem niedrigsten zu erwartenden statischen Druck im Wasserverteilnetz, lässt sich damit dann die Größe des Ausgleichsvolumens berechnen, dass erforderlich ist, um statische Drücke bis max. 8 bar kompensieren zu können. Bei einem Totvolumen von 0.5 Liter zwischen Ausgleichs- und Arbeitsvolumen, das außerhalb des Faltenbalgs liegt, ergibt sich ein Ausgleichsvolumen von 8.07 Liter bei pstat = 3 bar, was einen entsprechend großen Faltenbalg als flexible Ausgleichsbehälterwand 202 erforderlich macht.Assuming that the total pressure fluctuation generator volume is below a pre-pressure of 3 bar from the beginning, corresponding to the lowest expected static pressure in the water distribution network, then it can then calculate the amount of equalization volume required to maintain static pressures up to max , 8 bar to compensate. With a dead volume of 0.5 liters between balancing and working volume, which is outside the bellows, results in a compensation volume of 8.07 liters at p stat = 3 bar, which is a correspondingly large bellows as a flexible reservoir wall 202 required.

Aus den vorausgegangenen Erläuterungen geht hervor, dass für die Gesamtgröße des Druckschwankungsgenerators das Arbeitsvolumen maßgeblich ist. Je kleiner das Arbeitsvolumen, desto kleiner das Ausgleichsvolumen, desto kleiner der gesamte Druckschwankungsgenerator.From the previous explanations, it is clear that the volume of work is decisive for the overall size of the pressure fluctuation generator. The smaller the working volume, the smaller the compensating volume, the smaller the entire pressure fluctuation generator.

2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Druckschwankungsgenerators, welcher gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel ein stark reduziertes Arbeitsvolumen aufweist. Es ist ein rotationssymmetrischer Druckschwankungsgenerator 2 dargestellt, welcher einen Arbeitsbehälter 400 aufweist, der ein Arbeitsvolumen 410 umschließt. Er unterscheidet sich von der vorherigen Variante dadurch, dass anstelle eines Faltenbalges eine große stirnseitige gewellte Ringmembran 402, welche in der Mitte eine biegesteife Membranplatte 404 trägt, als flexible Arbeitsbehälterwand vorgesehen ist. Die biegesteife Membranplatte 404 bildet gewissermaßen einen Arbeitskolben. Dabei ist die Membran so ausgelegt, dass sie einen Hub von nur ±1 mm vollführt. Um die Wellmembran sicher vor Druckschlägen zu schützen sind zu beiden Seiten konturangepasste Scheiben 403 angebracht, die als Membranbett dienen, an denen die Membran 402 bei Erreichen des maximalen Hubs anliegt. 2 shows a second embodiment of a pressure fluctuation generator, which compared to the first embodiment has a greatly reduced working volume. It is a rotationally symmetric pressure fluctuation generator 2 shown, which is a work container 400 that has a working volume 410 encloses. It differs from the previous variant in that instead of a bellows a large end-side corrugated annular membrane 402 , which in the middle of a rigid diaphragm plate 404 carries, is provided as a flexible working container wall. The rigid membrane plate 404 forms a kind of working piston. The membrane is designed so that it performs a stroke of only ± 1 mm. In order to protect the corrugated membrane from pressure surges on both sides contour-adjusted discs 403 attached, which serve as a membrane bed, where the membrane 402 when reaching the maximum stroke.

Die Membran 402, 404 trennt den Arbeitsbehälter 400 vom Ausgleichsbehälter 500 welcher wiederum einen Faltenbalg 502 als flexible Ausgleichsbehälterwand aufweist, und ein Ausgleichsvolumen 510 einschließt. Die Membran 402, 404 ist demnach einer Druckdifferenz zwischen dem Druck in dem Ausgleichsvolumen 510 und in dem Arbeitsvolumen 410 ausgesetzt und versucht, diese durch Ausweichbewegungen auszugleichen.The membrane 402 . 404 separates the work container 400 from the expansion tank 500 which in turn is a bellows 502 as a flexible surge tank wall, and a compensation volume 510 includes. The membrane 402 . 404 is therefore a pressure difference between the pressure in the compensation volume 510 and in the volume of work 410 exposed and tries to compensate for this by evasive movements.

Der Druckschwankungsgenerator umfasst zudem ein Gehäuse 600 mit einer Gehäusekammer 610 in seinem Innern, in welchem der Ausgleichsbehälter 500 angeordnet und über einen Anschluss 620 mit einem Medium, insbesondere Wasser in einem Leitungsnetz beaufschlagbar ist.The pressure fluctuation generator also includes a housing 600 with a housing chamber 610 in its interior, in which the surge tank 500 arranged and via a connection 620 with a medium, in particular water in a pipeline network can be acted upon.

Durch den auf +/–1 mm begrenzten Hub der Membran ergibt sich ein relativ kleines ΔV, und damit gemäß Gleichung 4 ein kleines Ausgangsvolumen V1 für das Arbeitsvolumen 410. Bei einem Membranaußendurchmesser von 200 mm und dem genannten max. Hub berechnet sich V1 bezogen auf 5 bar pstat zu 0.73 Liter. Damit lässt sich damit das Ausgleichsvolumen 510 auf 5.24 Liter reduzieren (zuzüglich einem Totvolumen von ebenfalls 0.5 Liter).The limited to +/- 1 mm stroke of the membrane results in a relatively small ΔV, and thus according to equation 4, a small initial volume V 1 for the working volume 410 , At a Diaphragm outer diameter of 200 mm and said max. Stroke is calculated V 1 relative to 5 bar p stat to 0.73 liters. This allows the compensation volume 510 reduce to 5.24 liters (plus a dead volume of 0.5 liters).

Der Druckschwankungsgenerator 2 umfasst wie zuvor einen elektrodynamischen Wandler 440 mit einem Permanentmagneten 442 und einer Tauchspule 446, in welcher der Permanentmagnet 442 durch Druckschwankungen bewegt wird. Um trotz des geringen Hubs auf eine vergleichbare mechanische und elektrische Leistung zu kommen ist an der Membranplatte 404 eine Welle 444 befestigt, die auf einen Stellwegvergrößerungsmechanismus 448 (hier nur als Kasten dargestellt) einwirkt. Damit soll der Hub um ca. den Faktor 10 vergrößert werden, sodass der vom Stellwegvergrößerungsmechanismus 448 ausgelenkte Permanentmagnet 442 wieder ungefähr einen Hub von +/–10 mm aufweist, wie bei der vorigen Variante.The pressure fluctuation generator 2 includes as before an electrodynamic transducer 440 with a permanent magnet 442 and a plunger coil 446 , in which the permanent magnet 442 is moved by pressure fluctuations. In spite of the small stroke to come to a comparable mechanical and electrical power is on the membrane plate 404 a wave 444 attached, which is on a Stellwegvergrößerungsmechanismus 448 (shown here only as a box) acts. This should increase the stroke by about a factor of 10, so that of the Stellwegvergrößerungsmechanismus 448 deflected permanent magnet 442 again approximately a stroke of +/- 10 mm, as in the previous variant.

Der Druckschwankungsgenerator 2 umfasst zwangsgesteuerte Ventile 430, welche bei Erreichen der Grenzen eines Arbeitsbereichs des Permanentmagneten 442 geöffnet werden, um einen Druckausgleich durch Gasaustausch zwischen dem Arbeitsbehälter und dem Ausgleichbehälter über die Verbindungsleitungen 432 zu ermöglichen. Hierzu kann beispielsweise der Permanentmagnet 446 gegen Ventilstößel stoßen, wenn er die Grenzen seines Arbeitsbereichs erreicht, und damit die mit Federn vorgespannten Ventile 430 aus den Ventilsitzen drückt.The pressure fluctuation generator 2 includes positively controlled valves 430 which when reaching the limits of a working range of the permanent magnet 442 be opened to a pressure equalization by gas exchange between the working container and the expansion tank via the connecting lines 432 to enable. For this purpose, for example, the permanent magnet 446 push against the valve lifter when it reaches the limits of its working range, and thus the spring-biased valves 430 pushes out of the valve seats.

In einer nicht näher dargestellten Ausführungsform ist ein gedrosseltes Leck zwischen dem Arbeitsvolumen und dem Ausgleichsvolumen vorgesehen dessen Zeitkonstante beispielsweise das 10fache der charakteristischen Periodendauer der auszuwertenden Druckschwankungen beträgt. Damit befinden sich die beiden Volumina langfristig immer im Druckgleichgewicht, wobei der Druckausgleich über das gedrosselte Leck zu langsam ist, um die schnelleren Druckschwankungen auszugleichen, welche mit dem elektrodynamischen Wandler ausgewertet werden sollen.In a non-illustrated embodiment, a throttled leak between the working volume and the compensating volume is provided whose time constant is, for example, 10 times the characteristic period of the pressure fluctuations to be evaluated. Thus, the two volumes are always in the long term in the pressure equilibrium, the pressure compensation over the throttled leak is too slow to compensate for the faster pressure fluctuations, which are to be evaluated with the electrodynamic converter.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2520333 A1 [0002] EP 2520333 A1 [0002]
  • US 2012283807 A1 [0002] US 2012283807 A1 [0002]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • M. Deterre et al. offenbaren in SMART MATERIALS AND STRUCTURES, Ausgabe 21 2012 [0002] M. Deterre et al. reveal in SMART MATERIALS AND STRUCTURES, Issue 21, 2012 [0002]
  • Guoliang Ye und Kenichi Soga stellen im JOURNAL OF ENERGY ENGINEERING, Ausgabe 7 vom März 2012 [0003] Guoliang Ye and Kenichi Soga exhibit in JOURNAL OF ENERGY ENGINEERING, issue 7 of March 2012 [0003]
  • Cunefare et al. offenbaren unter dem Titel "Energy harvesting from hydraulic pressure fluctuations" in SMART MATERIALS AND STRUCTURES, Ausgabe 22, 2013 [0004] Cunefare et al. entitled "Energy Harvesting from Hydraulic Pressure Fluctuations" in SMART MATERIALS AND STRUCTURES, Issue 22, 2013 [0004]

Claims (14)

Druckschwankungsgenerator (1), umfassend: einen gasdicht geschlossenen Arbeitsbehälter (100) mit mindestens einer flexiblen Arbeitsbehälterwand (102), wobei der Arbeitsbehälter (100) ein veränderliches Arbeitsvolumen 110) umschließt, welches mit einem Gas gefüllt ist, wobei die flexible Arbeitsbehälterwand (102) dazu eingerichtet ist unter Beaufschlagung mit einem schwankenden Druck ausgelenkt zu werden; einen Wandler (140), insbesondere elektrodynamischen Wandler, welcher mit der flexiblen Arbeitsbehälterwand (102) mechanisch gekoppelt ist, um durch Auslenkungen der Arbeitsbehälterwand angetrieben zu werden um mechanische Leistung in elektrische Leistung zu wandeln; und einen gasdicht geschlossenen Ausgleichsbehälter (200) welcher mindestens eine flexible Ausgleichsbehälterwand (202) aufweist, wobei der Ausgleichsbehälter (200) ein veränderliches Ausgleichsvolumen (210) umschließt welches mit einem Gas gefüllt ist, wobei die flexible Ausgleichsbehälterwand (202) mit einem Medium beaufschlagbar ist, um durch Druckschwankungen des Mediums ausgelenkt zu werden; wobei das Arbeitsvolumen (110) durch die flexible Arbeitsbehälterwand (102) von dem Ausgleichsvolumen (210) getrennt ist, wobei die flexible Arbeitsbehälterwand (102) durch Druckunterschiede zwischen dem Arbeitsvolumen (110) und dem Ausgleichsvolumen (210) auslenkbar ist; wobei sich zwischen dem Ausgleichsbehälter (200) und dem Arbeitsbehälter (100) mindestens eine Ausgleichsleitung (130) erstreckt, zum Ermöglichen eines Gasflusses zwischen dem Arbeitsvolumen (110) und dem Ausgleichsvolumen (210). Pressure fluctuation generator ( 1 ), comprising: a gas-tight closed working container ( 100 ) with at least one flexible working wall ( 102 ), the working container ( 100 ) a variable volume of work 110 ), which is filled with a gas, wherein the flexible working container wall ( 102 ) is adapted to be deflected under application of a fluctuating pressure; a converter ( 140 ), in particular electrodynamic transducer, which with the flexible working container wall ( 102 ) is mechanically coupled to be driven by deflections of the working vessel wall in order to convert mechanical power into electrical power; and a gas-tight closed reservoir ( 200 ) which at least one flexible surge tank wall ( 202 ), wherein the expansion tank ( 200 ) a variable compensation volume ( 210 ) which is filled with a gas, wherein the flexible expansion tank wall ( 202 ) is acted upon by a medium to be deflected by pressure fluctuations of the medium; the working volume ( 110 ) through the flexible working container wall ( 102 ) of the equalization volume ( 210 ) is separated, wherein the flexible working container wall ( 102 ) by pressure differences between the working volume ( 110 ) and the equalization volume ( 210 ) is deflectable; being between the surge tank ( 200 ) and the working container ( 100 ) at least one compensation line ( 130 ) for permitting a gas flow between the working volume ( 110 ) and the equalization volume ( 210 ). Druckschwankungsgenerator nach Anspruch 1, wobei der Druckschwankungsgenerator weiterhin mindestens ein Ventil zum Sperren der Ausgleichsleitung aufweist.A pressure fluctuation generator according to claim 1, wherein the pressure fluctuation generator further comprises at least one valve for shutting off the equalizing pipe. Druckschwankungsgenerator nach Anspruch 2, wobei der Wandler ein von der Arbeitsbehälterwand angetriebenes, bewegliches Wandlerelement aufweist, welches einen Arbeitsbereich zwischen einer ersten Extremposition und einer zweiten Extremposition aufweist, wobei das mindestens eine Ventil eine Steuerung aufweist, die bewirkt dass das Ventil geöffnet wird, wenn das bewegliche Element eine der Extrempositionen erreicht.The pressure fluctuation generator of claim 2, wherein the transducer comprises a moveable transducer element driven by the working vessel wall and having a working area between a first extreme position and a second extreme position, the at least one valve having a control causing the valve to be opened when movable element reaches one of the extreme positions. Druckschwankungsgenerator nach Anspruch 3, wobei die Steuerung einen Ventilstößel aufweist, gegen den das bewegliche Wandlerelement stößt, wenn es eine der Extrempositionen erreicht, wodurch das Ventil geöffnet wird.A pressure fluctuation generator according to claim 3, wherein the controller comprises a valve lifter against which the movable transducer element abuts when it reaches one of the extreme positions, thereby opening the valve. Druckschwankungsgenerator nach Anspruch 3, wobei der Druckschwankungsgenerator einen Positionssensor aufweist zum Ermitteln der Position des beweglichen Wandlerelements oder einer damit gekoppelten Position, wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, das Ventil in Abhängigkeit von der ermittelten Position zu öffnen bzw. zu schließen.A pressure fluctuation generator according to claim 3, wherein the pressure fluctuation generator comprises a position sensor for detecting the position of the movable transducer element or a position coupled thereto, wherein the controller is adapted to open or close the valve in response to the detected position. Druckschwankungsgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher ein elastisches Element aufweist, welches mit dem beweglichen Wandlerelement mechanisch gekoppelt ist, wobei das elastische Element eine Gleichgewichtslage des beweglichen Wandlerelements definiert, welche Gleichgewichtslage das bewegliche Wandlerelement einnimmt, wenn ein Gasaustausch zwischen dem Arbeitsvolumen und dem Ausgleichsvolumen erfolgt und ein Druckgleichgewicht zwischen dem Arbeitsvolumen und dem Ausgleichsvolumen erreicht ist. A pressure fluctuation generator according to any one of the preceding claims, comprising an elastic member mechanically coupled to the movable transducer element, the resilient member defining an equilibrium position of the movable transducer element, which equilibrium position occupies the movable transducer element when gas exchange occurs between the working volume and the equalization volume and a pressure balance between the working volume and the compensating volume is reached. Druckschwankungsgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend ein Element, welches mit der flexiblen Arbeitsbehälterwand mechanisch gekoppelt ist, wobei das Element unter Ausnutzung eines Hebeleffekts die Auslenkung um ein Vielfaches vergrößert und wiederum mit dem Wandler mechanisch gekoppelt ist, sodass sich die vergrößerte Auslenkung auf das Wandlerelement überträgt.A pressure fluctuation generator according to any one of the preceding claims, further comprising an element mechanically coupled to the flexible working vessel wall, the element magnifying the displacement by a factor of several times and in turn mechanically coupled to the transducer such that the increased deflection on the Transducer element transmits. Druckschwankungsgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Drossel, welche in der Ausgleichsleitung angeordnet ist, um einen kontinuierlichen, gedrosselten Druckausgleich über die Ausgleichsleitung zu ermöglichen.A pressure fluctuation generator according to any one of the preceding claims, further comprising a throttle disposed in the equalizing line to allow continuous, throttled pressure equalization across the equalizing line. Druckschwankungsgenerator nach Anspruch 8, wobei das Arbeitsvolumen in der Gleichgewichtslage des beweglichen Wandlerelements einen Wert VG aufweist, wobei der Druckschwankungsgenerator bei einer mittleren Druckschwankungsfrequenz fs und einer mittleren Druckschwankungsamplitude dp einzusetzen ist, die Drossel eine Druckausgleichsrate Q aufweist, für die gilt: Q < dp·VG·fs/c1, wobei c1 eine Konstante ist für die gilt c1 > 5, insbesondere c1 > 20, und bevorzugt c1 > 40, und wobei für die Druckausgleichsrate Q weiterhin gilt: Q > dp·VG·fs/c2, wobei c2 eine Konstante ist für die gilt c2 < 1000, insbesondere c2 < 400, und bevorzugt c2 < 200. Pressure fluctuation generator according to claim 8, wherein the working volume in the equilibrium position of the movable transducer element has a value VG, wherein the pressure fluctuation generator is to be inserted at a mean pressure fluctuation frequency fs and a mean pressure fluctuation amplitude dp, the throttle has a pressure equalization rate Q, for which: Q <dp · VG · fs / c1, where c1 is a constant for which c1> 5, in particular c1> 20, and preferably c1> 40, and in which the following applies for the pressure equalization rate Q: Q> dp · VG · fs / c2, where c2 is a constant for which c2 <1000, in particular c2 <400, and preferably c2 <200. Druckschwankungsgenerator nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Drossel eine Druckausgleichsrate Q von nicht mehr als 1 mbar l /sec insbesondere nicht mehr als 0,1 mbar l/sec aufweist.Pressure fluctuation generator according to claim 8 or 9, wherein the throttle has a pressure equalization rate Q of not more than 1 mbar l / sec, in particular not more than 0.1 mbar l / sec. Druckschwankungsgenerator nach Anspruch 8, 9 oder 10, wobei die Drossel eine Druckausgleichsrate Q von nicht weniger als 0,001 mbar l /sec insbesondere nicht weniger als 0,01 mbar l/sec aufweist.Pressure fluctuation generator according to claim 8, 9 or 10, wherein the throttle has a pressure compensation rate Q of not less than 0.001 mbar l / sec, in particular not less than 0.01 mbar l / sec. Druckschwankungsgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die flexible Arbeitsbehälterwand einen Balg, insbesondere einen metallischen Faltenbalg aufweist.Pressure fluctuation generator according to one of the preceding claims, wherein the flexible working container wall comprises a bellows, in particular a metallic bellows. Druckschwankungsgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die flexible Arbeitsbehälterwand eine Membran, insbesondere eine korrugierte metallische Membran aufweist.Pressure fluctuation generator according to one of the preceding claims, wherein the flexible working container wall has a membrane, in particular a corrugated metallic membrane. Druckschwankungsgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ausgleichsvolumen im Druckgleichgewicht mit dem Arbeitsvolumen einen Wert aufweist, der bei Standardbedingungen mindestens das Doppelte, insbesondere mindestens das Vierfache des Arbeitsvolumens beträgt.Pressure fluctuation generator according to one of the preceding claims, wherein the compensating volume in the pressure equilibrium with the working volume has a value which, under standard conditions, is at least twice, in particular at least four times, the working volume.
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