DE102015219553A1

DE102015219553A1 - Displacement cylinder and method for providing pressurized working fluid

Info

Publication number: DE102015219553A1
Application number: DE102015219553.8A
Authority: DE
Inventors: Hans Grassmann
Original assignee: Isomorph SRL
Current assignee: Isomorph SRL
Priority date: 2015-10-08
Filing date: 2015-10-08
Publication date: 2017-04-13

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verdrängungszylinder und ein Verfahren zum Bereitstellen einer Druckdifferenz in einem Arbeitsmedium unter Verwendung des Verdrängungszylinders. Um eine einfache und kostengünstige Lösung zum Bereitstellen einer Druckdifferenz zum Betreiben einer Turbine vorzustellen, wird ein Verdrängungszylinder vorgeschlagen mit einem Zylinderhauptteil zur Aufnahme des Arbeitsmediums, wobei der Zylinderhauptteil ausgelegt ist, im Betrieb einen ersten und zweiten Zylinderabschnitt mit jeweils einer ersten und zweiten Temperatur aufzuweisen, wobei die zweite Temperatur geringer als die erste Temperatur ist, einem Verdrängerkolben, der sich innerhalb des Zylinderhauptteils befindet und für eine Bewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinderabschnitt ausgestaltet ist, wobei im Zylinderhauptteil befindliches Arbeitsmedium sich von dem zweiten in den ersten Zylinderabschnitt bewegen kann, wenn der Verdrängerkolben sich vom ersten zum zweiten Zylinderabschnitt bewegt, und von dem ersten in den zweiten Zylinderabschnitt, wenn der Verdrängerkolben sich vom zweiten in den ersten Zylinderabschnitt bewegt, und einer Ventilanordnung, die für einen Einlass von Arbeitsmedium mit einem Einlassdruck in den Zylinderhauptteil und einen Auslass von Arbeitsmedium mit einem Auslassdruck aus dem Zylinderhauptteil ausgestaltet ist, wobei der Auslassdruck höher ist als der Einlassdruck.The invention relates to a displacement cylinder and a method for providing a pressure difference in a working medium using the displacement cylinder. In order to provide a simple and inexpensive solution for providing a pressure difference for operating a turbine, a displacement cylinder is proposed with a cylinder main part for receiving the working medium, wherein the cylinder main part is designed to have in operation a first and a second cylinder section, each having a first and second temperature, wherein the second temperature is less than the first temperature, a displacer located within the cylinder body and configured for movement between the first and second cylinder portions, wherein working fluid located in the cylinder body can move from the second to the first cylinder portion, when the displacer moves from the first to the second cylinder portion, and from the first to the second cylinder portion, when the displacer moves from the second into the first cylinder portion, and a valve assembly, the f r is arranged an inlet of the working medium at an inlet pressure in the cylinder main body and an outlet of working medium at an outlet from the cylinder main body, wherein the outlet pressure is higher than the inlet pressure.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verdrängungszylinder zum Bereitstellen einer Druckdifferenz in einem Arbeitsmedium und ein entsprechendes Verfahren zum Bereitstellen einer Druckdifferenz in einem Arbeitsmedium.The present invention relates to a displacement cylinder for providing a pressure difference in a working fluid and a corresponding method for providing a pressure difference in a working fluid.

Die Aeolipile oder der Heronsball des Heron von Alexandria ist die älteste bekannte Wärmekraftmaschine. Sie besteht aus einer Kugel, die um eine Achse drehbar gelagert ist, wobei die Kugel Wasserdampf enthält, der unter Druck steht. Der Wasserdampf tritt aufgrund der Druckdifferenz zur Umgebung durch zwei Düsen senkrecht zur Drehachse aus, sodass ein Drehmoment auf die Kugel bewirkt wird. The Aeolipile or Heron's Ball of the Heron of Alexandria is the oldest known heat engine. It consists of a ball which is rotatably mounted about an axis, wherein the ball contains water vapor, which is under pressure. The water vapor exits due to the pressure difference to the environment through two nozzles perpendicular to the axis of rotation, so that a torque is applied to the ball.

Es ist also die Druckdifferenz zwischen dem Innenraum der Aeolipile und dem Außenraum, in den das Gas eintritt, welche dem austretenden Gas seine Geschwindigkeit gibt. Im Falle eines inkompressiblen Gases mit Druckdifferenz Δp und Austrittsgeschwindigkeit v und Dichte ρ wird dies durch die Bernoulli-Gleichung beschrieben, deren hier relevanter It is therefore the pressure difference between the interior of the Aeolipile and the outer space into which the gas enters, which gives the escaping gas its velocity. In the case of an incompressible gas with pressure difference Δp and exit velocity v and density ρ this is described by the Bernoulli equation, the more relevant here

Teil lautet Δp = 1 / 2ρν² . Es ist allerdings zu beachten, dass diese Gleichung nur für eine Druckdifferenz gilt, die kleiner ist als der Druck der Atmosphäre, denn ohne besondere Vorrichtung, z. B. eine de Laval-Düse kann die Austrittsgeschwindigkeit nicht die Schallgeschwindigkeit übersteigen. Part is Δp = 1 / 2ρν ² , It should be noted, however, that this equation applies only to a pressure difference which is less than the pressure of the atmosphere, because without special device, for. B. a de Laval nozzle, the exit velocity can not exceed the speed of sound.

Es handelt sich bei der Aeolipile um eine Dampfreaktionsturbine. Aufgrund ihrer großen Einfachheit könnte sie zu einer Vereinfachung und deshalb Verbilligung der Energieproduktion beitragen, was insbesondere auf dem Gebiet der Solarenergie einen großen wirtschaftlichen und ökologischen Vorteil zur Folge hätte. It is the Aeolipile is a steam turbine. Due to its great simplicity, it could help to simplify and therefore reduce energy production, which would have great economic and environmental benefits, particularly in the field of solar energy.

Trotz dieser Vorteile wird die Aeolipile heutzutage als technische Spielerei angesehen und kommt nicht zur praktischen Anwendung. Im bisherigen Stand der Technik wird lediglich darauf verwiesen, dass Geräte wie die Aeolipile in der Antike aufgrund der damaligen technischen Begrenzungen nicht nutzbar zu machen gewesen seien, und dass grundsätzlich die Aeolipile zu ineffizient sei, um auch heute mit Erfolg Anwendung zu finden.Despite these advantages, the Aeolipile is nowadays regarded as a technical gimmick and does not come into practical use. In the prior art is merely referred to the fact that devices such as the Aeolipile in ancient times were not available due to the then technical limitations, and that in principle the Aeolipile was too inefficient to use today with success.

Insbesondere in J.G. Llandels, Engineering in the ancient world, University of California Press, Berkely and Los Angeles, 2000, (erste Veröffentlichung 1978) , wird festgestellt, dass die Aeolipile in der Antike wohl nicht praktisch als Kraftquelle genutzt worden sein kann. Es wird weiter festgestellt, dass die Aeolipile am besten bei einer sehr hohen Geschwindigkeit operiert und für jede praktische Anwendung stark heruntergefahren werden müsste. Dies ließe sich zum Beispiel durch ein Getriebe bewerkstelligen, jedoch nur unter hohen Reibungsverlusten. Ein weiteres Problem entstünde außerdem in der Verbindung zwischen der Aeolipile und der Dampfquelle, an der Stelle, an der das Rohrsystem mit der Kugel verbunden wird. Dabei bestünde das Problem darin, dass ein Kompromiss gefunden werden muss zwischen einer sehr dichten Verbindung, die viel Energie durch Reibung verliert, und einer losen Verbindung, an der jedoch Dampf austreten kann und so der Druck verringert wird. Dies hätte zu Zeiten Herons dazu geführt, dass die Gesamteffektivität dieser Wärmekraftmaschine wahrscheinlich geringer als 1 % gewesen wäre. In particular in JG Llandels, Engineering in the Ancient World, University of California Press, Berkely and Los Angeles, 2000, (first published in 1978) , it is found that the Aeolipile in ancient times probably could not have been used practically as a source of power. It is further stated that the Aeolipile operates best at a very high speed and would have to be shut down for any practical application. This could be done for example by a gear, but only with high friction losses. Another problem would also arise in the connection between the Aeolipile and the steam source, at the point where the pipe system is connected to the ball. The problem with this would be that a compromise has to be found between a very dense connection that loses much energy through friction and a loose connection where steam can escape and so the pressure is reduced. At Heron's time, this would have meant that the overall efficiency of this heat engine would probably have been less than 1%.

Daraus wird in diesem Dokument grundsätzlich geschlossen, dass es sich bei der Aeolipile lediglich um ein Spielzeug handele, das nicht die essentiellen Elemente einer sinnvollen Dampfmaschine besitzt würde. From this it is generally concluded in this document that the Aeolipile is merely a toy that would not possess the essential elements of a meaningful steam engine.

Ein weiteres Problem bei einer potentiellen Nutzung stellt die Versorgung der Aeolipile mit Druckluft dar. So wäre es zwar möglich, eine Aeolipile mit Druckluft zu versorgen, indem man einen herkömmlichen Turbinenkompressor verwendet, zum Beispiel in Form eines Schaufelrades wie in heutigen Gasturbinen, dies wäre jedoch nicht sinnvoll, da dies wiederum zu einem technisch sehr anspruchsvollen Gerät führt. Die Einfachheit der Aeolipile und die damit gegebenen Vorteile würden dadurch ihre Relevanz verlieren. Another problem with a potential use is the supply of compressed air to the Aeolipile. It would indeed be possible to supply Aeolipile with compressed air by using a conventional turbine compressor, for example in the form of a paddle wheel as in today's gas turbines, but this would be not meaningful, as this in turn leads to a technically very sophisticated device. The simplicity of the Aeolipile and its benefits would thereby lose their relevance.

Wenn also solch einfachen Geräte, die auf einer Druckdifferenz basieren, wie die Aeolipile zur Krafterzeugung verwendet werden sollen, stellt sich die Frage wie auf möglichst effiziente Art und Weise die entsprechend benötigte Druckdifferenz hergestellt werden kann.So if such simple devices based on a pressure difference, such as the Aeolipile to be used to generate power, the question arises as the most efficient way the corresponding required pressure difference can be produced.

Es ist daher gewünscht, eine Lösung vorzustellen, die eine möglichst einfache und effektive Erzeugung einer Druckdifferenz ermöglicht und gleichzeitig mit geringem Kostenaufwand und vorzugsweise wenig Konstruktionsaufwand hergestellt werden kann. It is therefore desirable to present a solution that enables the simplest and most effective generation of a pressure difference and at the same time can be produced at low cost and preferably little design effort.

Erfindungsgemäß wird nun ein Verdrängungszylinder zum Bereitstellen einer Druckdifferenz in einem Arbeitsmedium vorgeschlagen mit einem Zylinderhauptteil zur Aufnahme des Arbeitsmediums, wobei der Zylinderhauptteil ausgelegt ist, im Betrieb: einen ersten Zylinderabschnitt mit einer ersten Temperatur und einen zweiten Zylinderabschnitt mit einer zweiten Temperatur aufzuweisen, wobei die zweite Temperatur geringer als die erste Temperatur ist, einem Verdrängerkolben, der sich innerhalb des Zylinderhauptteils befindet und für eine Bewegung zwischen dem ersten Zylinderabschnitt und dem zweiten Zylinderabschnitt ausgestaltet ist, wobei im Zylinderhauptteil befindliches Arbeitsmedium sich von dem zweiten Zylinderabschnitt in den ersten Zylinderabschnitt bewegen kann, wenn der Verdrängerkolben sich vom ersten Zylinderabschnitt zum zweiten Zylinderabschnitt bewegt, und von dem ersten Zylinderabschnitt in den zweiten Zylinderabschnitt, wenn der Verdrängerkolben sich vom zweiten Zylinderabschnitt in den ersten Zylinderabschnitt bewegt, und einer Ventilanordnung, die für einen Einlass von Arbeitsmedium mit einem Einlassdruck in den Zylinderhauptteil und einen Auslass von Arbeitsmedium mit einem Auslassdruck aus dem Zylinderhauptteil ausgestaltet ist, wobei der Auslassdruck höher ist als der Einlassdruck. According to the invention, a displacement cylinder is now proposed for providing a pressure difference in a working medium with a cylinder main part for receiving the working medium, wherein the cylinder main part is designed, during operation, to have a first cylinder section with a first temperature and a second cylinder section with a second temperature Temperature is lower than the first temperature, a displacer, which is located within the cylinder main body and is designed for movement between the first cylinder portion and the second cylinder portion, wherein in Cylinder body portion located working fluid can move from the second cylinder portion in the first cylinder portion when the displacer moves from the first cylinder portion to the second cylinder portion, and from the first cylinder portion into the second cylinder portion when the displacer moves from the second cylinder portion in the first cylinder portion, and a valve assembly configured for an inlet of working fluid having an inlet pressure into the cylinder body and an outlet of working fluid having an outlet pressure from the cylinder body, the outlet pressure being higher than the inlet pressure.

Ferner wird ein System zur Energieerzeugung mit einem solchen Verdrängungszylinder und einer Turbine vorgeschlagen, die mit dem Verdrängungszylinder verbunden ist, wobei die Turbine zur Erzeugung von elektrischer Energie geeignet ist.Furthermore, a system for generating power is proposed with such a displacement cylinder and a turbine, which is connected to the displacement cylinder, wherein the turbine is suitable for generating electrical energy.

Erfindungsgemäß wird zudem ein Verfahren zum Bereitstellen einer Druckdifferenz in einem Arbeitsmedium unter Verwendung eines Verdrängungszylinders vorgeschlagen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Vorsehen einer ersten Temperatur am ersten Zylinderabschnitt und einer zweiten Temperatur am zweiten Zylinderabschnitt, die geringer ist als die erste Temperatur, Bewegen des Zylinderkolbens vom ersten Zylinderabschnitt in den zweiten Zylinderabschnitt, wenn sich der Zylinderkolben im ersten Zylinderabschnitt befindet, oder Bewegen des Verdrängerkolbens vom zweiten Zylinderabschnitt zum ersten Zylinderabschnitt, wenn sich der Verdrängerkolben im zweiten Zylinderabschnitt befindet, Bewegen von Arbeitsmedium aus dem zweiten Zylinderabschnitt in den ersten Zylinderabschnitt, wenn sich der Verdrängerkolben vom ersten Zylinderabschnitt in den zweiten Zylinderabschnitt bewegt, oder vom ersten Zylinderabschnitt in den zweiten Zylinderabschnitt, wenn sich der Verdrängerkolben von dem zweiten Zylinderabschnitt in den ersten Zylinderabschnitt bewegt, Auslassen von Arbeitsmedium mit einem Auslassdruck durch die Ventilanordnung, wenn der Druck des Arbeitsmediums innerhalb des Verdrängungszylinders größer als der Druck des Mediums außerhalb des Verdrängungszylinders ist, Einlassen von Arbeitsmedium mit einem Einlassdruck durch die Ventilanordnung, wenn der Druck des Arbeitsmediums innerhalb des Verdrängungszylinders kleiner als der Druck des Mediums außerhalb des Verdrängungszylinders ist, wobei die Schritte des Bewegens, Auslassens und Einlassens einen Kreislauf bilden, wobei der Verdrängungszylinder nach jedem Durchlauf diese Schritte wieder in seinen Ausgangszustand zurückkehrt und der Kreislauf von Neuem beginnen kann und wobei der Auslassdruck höher als der Einlassdruck ist. The invention also proposes a method for providing a pressure difference in a working medium using a displacement cylinder, the method comprising the steps of providing a first temperature at the first cylinder portion and a second temperature at the second cylinder portion that is less than the first temperature, moving the A cylinder piston from the first cylinder portion into the second cylinder portion when the cylinder piston is in the first cylinder portion, or moving the displacer piston from the second cylinder portion to the first cylinder portion when the displacer is in the second cylinder portion, moving working fluid from the second cylinder portion into the first cylinder portion. when the displacer piston moves from the first cylinder portion into the second cylinder portion, or from the first cylinder portion into the second cylinder portion, when the displacer of the z moving cylinder portion into the first cylinder portion, discharging working fluid at an outlet pressure through the valve assembly when the pressure of the working fluid within the displacement cylinder is greater than the pressure of the fluid outside the displacement cylinder, admitting working fluid at an inlet pressure through the valve assembly when the pressure of the working medium within the displacement cylinder is less than the pressure of the medium outside the displacement cylinder, wherein the steps of moving, discharging and inlet form a circuit, wherein the displacement cylinder after each pass returns these steps to their initial state and the cycle can start anew and wherein the outlet pressure is higher than the inlet pressure.

Alle bekannten Kolbenmotoren, wie zum Beispiel der Stirlingmotor haben eine Verdichtungsphase, in der das Volumen des Gases durch einen Kolben reduziert wird. Weil sich durch diese Reduktion des Gasvolumens der Druck des Gases erhöht, so hat dieser Verdichterkolben normalerweise eine Dichtung. Diese Dichtung muss entweder mit Öl geschmiert werden, was aber eine begrenzte Temperatur der Zylinderwand (weniger als 320°C) bedingt, und/oder es kommt zu Reibungsverlusten zwischen Kolben und Zylinderinnenwand. Das besondere Kennzeichen des hier vorgestellten Motors besteht darin, dass in keiner Arbeitsphase des Motors, ein Gasvolumen durch eine mechanische Vorrichtung (etwa Kolben) reduziert wird. Dadurch entfällt das Dichtungsproblem. All known piston engines, such as the Stirling engine, have a compression phase in which the volume of the gas is reduced by a piston. Because this gas volume reduction increases the pressure of the gas, this compressor piston normally has a seal. This seal must either be lubricated with oil, but this requires a limited temperature of the cylinder wall (less than 320 ° C), and / or there is friction between the piston and cylinder inner wall. The special feature of the engine presented here is that in no working phase of the engine, a gas volume by a mechanical device (such as pistons) is reduced. This eliminates the sealing problem.

Die Druckerhöhung wird ausschließlich durch eine Erhitzung eines Teilvolumens des Gases bewirkt. Es gibt auch in herkömmlichen Motoren eine Phase der Gaserhitzung und eine dabei erfolgende Erhöhung des Gasdrucks. Ein zweiter Unterschied des vorgeschlagenen Motors zu herkömmlichen Motoren besteht darin, dass bei diesem Motor die Gaserhitzung weder adiabatisch noch isotherm noch isochor ist.The pressure increase is effected exclusively by heating a partial volume of the gas. There is also a phase of gas heating in conventional engines and thereby increasing the gas pressure. A second difference of the proposed engine to conventional engines is that in this engine the gas heating is neither adiabatic nor isothermal nor isochoric.

Somit erlaubt ein erfindungsgemäßer Verdrängungszylinder auf einfache, kostengünstige und praktisch reibungsfreie Art und Weise das Erzeugen einer Druckdifferenz, die zum Antrieb einer Turbine verwendet werden kann, wobei der Verdrängungszylinder bevorzugt zusätzlich eine im Vergleich zum Stand der Technik erhöhte Lebendauer aufweist.Thus, a displacement cylinder according to the invention allows in a simple, inexpensive and practically friction-free manner the generation of a pressure difference which can be used to drive a turbine, the displacement cylinder preferably additionally having a longer life compared to the prior art.

Hintergrund der vorliegenden Erfindung sind folgende Überlegungen:Background of the present invention are the following considerations:

Eine einfache technische Vorrichtung zur Erzeugung eines Überdruckes findet sich im Stirlingmotor, wo ein Verdrängerkolben zwischen einem heißen und einem kalten Zylinderende hin und her bewegt wird. Ein solcher Zylinder wird auch Verdrängungszylinder genannt. Normalerweise wird ein Stirlingmotor verwendet, um aus thermischer mechanische Energie zu erzeugen. A simple technical device for generating an overpressure is found in the Stirling engine, where a displacer is reciprocated between a hot and a cold cylinder end. Such a cylinder is also called a displacement cylinder. Normally, a Stirling engine is used to generate thermal mechanical energy.

In einem Stirlingmotor nach dem Stand der Technik wird normalerweise das Gas des Verdrängungszylinders direkt mit einem Arbeitszylinder verbunden, um somit mechanische Arbeit leisten zu können. Statt des Arbeitszylinders ließe sich rein theoretisch das vom Verdrängungszylinder bewegte Gasvolumen direkt mit einer Aeolipile verbinden. Dies wäre aber praktisch nicht sinnvoll, da im Gegensatz zum Arbeitszylinder eines Stirlingmotors die Aeolipile in der praktischen Anwendung einen annähernd konstanten Druck benötigt, wohingegen der Druck im Stirlingmotor ständig hohen Schwankungen unterliegt.In a state-of-the-art Stirling engine, normally, the gas of the displacement cylinder is directly connected to a working cylinder so as to be able to perform mechanical work. Instead of the working cylinder, theoretically, the gas volume moved by the displacement cylinder could be directly connected to an aeolipile. However, this would not be practical, since in contrast to the working cylinder of a Stirling engine, the Aeolipile in practical use requires an approximately constant pressure, whereas the pressure in the Stirling engine is constantly subject to high fluctuations.

Eine Aeolipile, die mit ständig wechselndem Druck betrieben wird, müsste, um effizient zu sein, in entsprechendem Maße ihre Umdrehungsgeschwindigkeit ändern können; dies ist nur bedingt technisch möglich und würde die angestrebte Einfachheit der Vorrichtung zunichtemachen. An Aeolipile operated with constantly changing pressure would, to be efficient, have to be able to change its speed of rotation to a corresponding degree; This is only technically possible and would negate the intended simplicity of the device.

Um aufbauend auf dem Stirlingmotor eine annähernd konstante Druckdifferenz erzeugen zu können, wird in der vorliegenden Erfindung der Verdrängungszylinder mit einer Ventilanordnung versehen. Ein Arbeitszyklus des Kolbens sieht nun wie folgt aus: Der Kolben möge sich zu Beginn im heißen Teil befinden, sodass abgesehen von einem vernachlässigbar kleinem Luftvolumen zwischen Kolben und seitlicher Zylinderwand die gesamte Luftmenge sich im kalten Teil befindet und deswegen eine niedrige Temperatur hat. Wenn sich nun der Kolben in den kalten Teil bewegt, so wird ein zunehmender Anteil der Luft in den heißen Bereich verschoben und erwärmt. Dadurch erhöht sich der Druck der erwärmten Luft, und auch der Druck im gesamten Behälter steigt an. Sobald dieser Druck den am Auslassventil anliegenden äußeren Druck übersteigt, öffnet sich dieses. Eine weitere Bewegung des Kolbens wird nicht zu einer weiteren Druckerhöhung führen, sondern es wird stattdessen ein Teil der Luft durch das Ventil abfließen. Dies setzt sich fort, bis der Kolben sich vollständig im kalten Teil des Zylinders befindet. Fährt nun der Kolben zurück, so reduziert sich der Druck, und das Auslassventil wird versperrt. Sobald der Druck des Zylinders unter den Druck fällt, der im Einlassventil anliegt, wird Luft durch das Einlassventil in den Zylinder gezogen. Wenn der Kolben schließlich in seine Ausgangsposition, das heißt vollständig in den heißen Bereich, zurückgekehrt ist, so wird ein gleich großes Volumen an Luft gleicher Temperatur und gleichen Drucks sich im Zylinder befinden, wie zu Beginn des Vorgangs.In order to be able to produce an approximately constant pressure difference based on the Stirling engine, in the present invention the displacement cylinder is provided with a valve arrangement. One working cycle of the piston now looks like this: The piston may initially be in the hot part, so that apart from a negligible volume of air between the piston and side cylinder wall, the total amount of air is in the cold part and therefore has a low temperature. Now, when the piston moves into the cold part, an increasing proportion of the air is shifted into the hot area and heated. As a result, the pressure of the heated air increases, and the pressure in the entire container increases. As soon as this pressure exceeds the external pressure applied to the outlet valve, it opens. Further movement of the piston will not result in any further increase in pressure, but instead part of the air will drain through the valve. This continues until the piston is completely in the cold part of the cylinder. If the piston moves back, the pressure is reduced and the outlet valve is blocked. As soon as the pressure of the cylinder falls below the pressure applied in the inlet valve, air is drawn through the inlet valve into the cylinder. When the piston has finally returned to its initial position, that is, completely into the hot region, an equal volume of air of equal temperature and pressure will be in the cylinder, as at the beginning of the process.

Es ist zu beachten, dass Verdrängerkolben zwar auch in Stirlingmotoren Verwendung finden, es sich bei der hier beschriebenen Anordnung jedoch nicht um einen Motor handelt, der wie ein Stirlingmotor funktioniert. Zum Beispiel ist ein Stirlingmotor charakterisiert durch eine isochore Erwärmung, die beschrieben wird durch die Gleichung Q = n·C_ν·ΔT (wobei Q die Wärmeenergie, C_v die spezifische Wärmekapazität und ΔT die Temperaturdifferenz ist). Diese Gleichung ist bei einem Verdrängungszylinder nach der oben beschriebenen Erfindung nicht gültig, sodass diesem Verdrängungszylinder eine der spezifischen Eigenschaften des Stirlingmotors fehlt. It should be noted that Although displacers are also used in Stirling engines, the arrangement described here is not an engine that functions like a Stirling engine. For example, a Stirling engine is characterized by isochronous heating, which is described by the equation Q = n · _Cν · ΔT (where Q is the heat energy, C _{v is} the specific heat capacity and ΔT is the temperature difference). This equation is not valid for a displacement cylinder according to the invention described above, so that this displacement cylinder lacks one of the specific properties of the Stirling engine.

Für die in der herkömmlichen Technik bekannten Wärmekraftmaschinen gibt es eine allgemein anerkannte und standardisierte Weise der Funktionsbeschreibung dieser Maschinen. Als Beispiel für Wärmekraftmaschinen seien genannt: die Dampfmaschine, der Stirlingmotor, der Ottomotor, der Ericssonmotor, die Braytonmaschine. Die Funktion all dieser Maschinen wird auf eindeutige Weise beschrieben durch eine Abfolge von vier der folgenden Prozesse: isobar, isochor, isotherm, adiabatisch, isentrop, wobei in jedem Arbeitsschritt das Verhalten des Arbeitsmediums eindeutig einem dieser Prozesse zugeordnet werden kann.For the heat engines known in the conventional art, there is a generally accepted and standardized way of describing the function of these machines. As examples of heat engines may be mentioned: the steam engine, the Stirling engine, the gasoline engine, the Ericsson engine, the Brayton machine. The function of all these machines is clearly described by a sequence of four of the following processes: isobaric, isochoric, isothermal, adiabatic, isentropic, where in each step the behavior of the working medium can be clearly assigned to one of these processes.

Die Phase, in der sich im Verdrängungszylinder der Gasdruck erhöht, und die Phase, in der sich im Verdrängungszylinder der Gasdruck erniedrigt, können durch keinen dieser Prozesse beschrieben werden.The phase in which the gas pressure increases in the displacement cylinder and the phase in which the gas pressure decreases in the displacement cylinder can not be described by any of these processes.

Bei dem hier verwendeten System handelt es sich also um eine neuartige Form der Erzeugung einer Druckdifferenz, die in Teilaspekten eine gewisse Ähnlichkeit mit einem Stirlingmotor aufweist, in ihrer Gesamtheit aber eine grundsätzlich verschiedene Funktion ausführt. The system used here is therefore a novel form of generating a pressure difference, which in some aspects has a certain similarity to a Stirling engine, but in its entirety carries out a fundamentally different function.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung eines Aspekts des Verdrängungszylinders sind der Zylinderhauptteil und der Verdrängerkolben so ausgelegt, dass Arbeitsmedium vom ersten Zylinderabschnitt in den zweiten Zylinderabschnitt oder umgekehrt zwischen einer Wand des Zylinderhauptteils und dem Verdrängerkolben strömen kann. In an advantageous embodiment of an aspect of the displacement cylinder of the cylinder main body and the displacer are designed so that working fluid from the first cylinder portion in the second cylinder portion or vice versa between a wall of the cylinder main body and the displacer can flow.

Dadurch, dass das Arbeitsmedium, z.B. Luft, zwischen einer Wandung des Zylinderhauptteils und dem Verdrängerkolben hindurch vom ersten Zylinderabschnitt in den zweiten Zylinderabschnitt strömen kann, wird zum einen die Reibung des Verdrängerkolbens an der Wandung des Zylinderhauptteils verringert, da dieser nicht überall in direktem Kontakt mit der Wandung steht, zum anderen wird ein direkter Kontakt des Arbeitsmediums mit der Wandung hergestellt, sodass ein möglichst guter Wärmekontakt zwischen der Wandung und dem Arbeitsmedium sichergestellt wird. Durch das relativ geringe Volumen des Arbeitsmediums zwischen Wandung und Verdrängerkolben kann das Arbeitsmedium, das vom ersten Zylinderabschnitt in den zweiten Zylinderabschnitt oder umgekehrt strömt, schnell und effektiv auf die Temperatur gebracht werden, die im jeweiligen Zylinderabschnitt herrscht. Dabei wird es bevorzugt, die Lücke zwischen dem Zylinderkolben und der Wandung klein zu halten, wobei der Spalt nicht so klein sein sollte, dass das durchströmende Medium einen übermäßigen Widerstand gegen die Bewegung bewirkt, womit eine unnötige Abbremsung verbunden wäre.By having the working medium, e.g. Air, between a wall of the cylinder main body and the displacer can flow through from the first cylinder portion into the second cylinder portion, on the one hand, the friction of the displacer is reduced to the wall of the cylinder main body, since this is not everywhere in direct contact with the wall, on the other a direct contact of the working medium made with the wall, so that the best possible thermal contact between the wall and the working medium is ensured. Due to the relatively small volume of the working medium between the wall and displacer piston, the working fluid flowing from the first cylinder portion into the second cylinder portion or vice versa can be quickly and effectively brought to the temperature prevailing in the respective cylinder portion. It is preferred to keep the gap between the cylinder piston and the wall small, wherein the gap should not be so small that the medium flowing through causes excessive resistance to the movement, which would be an unnecessary deceleration would be connected.

Alternativ oder ergänzend könnte das Arbeitsmedium, z.B. die Luft, (stattdessen) durch Rekuperatorröhen geleitet werden, die für einen Wärmeaustausch mit der Umgebung und somit für ein Abkühlen oder Aufheizen des Arbeitsmediums sorgen. Sofern kein Strömen von Arbeitsmedium durch den Spalt zwischen Kolben und Wandung gewollt ist, kann dieser Spalt insoweit minimiert werden, als dass es noch zu keiner relevant störenden Reibung zwischen Kolben und Wandung kommt.Alternatively or additionally, the working medium, for example the air, (instead) could be passed through recuperator, which provide heat exchange with the environment and thus for cooling or heating of the working medium. If no flow of working medium through the gap between piston and wall is wanted, This gap can be minimized insofar as there is no relevant disturbing friction between the piston and the wall.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines Aspekts des Verdrängungszylinders umfasst die Ventilanordnung zwei Ventile, sodass ein Ventil ein Einlassventil ist und ein Ventil ein Auslassventil ist, wobei das Einlassventil Arbeitsmedium in den Zylinderhauptteil einströmen lässt, wenn der Druck des Arbeitsmediums im Zylinderhauptteil kleiner als der Druck eines Mediums außerhalb des Zylinderhauptteils ist und das Auslassventil Arbeitsmedium aus dem Zylinderhauptteil ausströmen lässt, wenn der Druck des Arbeitsmediums im Zylinderhauptteil größer als der Druck des Mediums außerhalb des Zylinderhauptteils ist.In a further advantageous embodiment of an aspect of the displacement cylinder, the valve arrangement comprises two valves, so that a valve is an inlet valve and a valve is an outlet valve, wherein the inlet valve can flow working fluid into the cylinder main body, when the pressure of the working medium in the cylinder main body is less than the pressure of a Medium is outside of the cylinder main body and the outlet valve can flow out of the cylinder main body working fluid when the pressure of the working fluid in the cylinder main body is greater than the pressure of the medium outside of the cylinder body.

Dadurch, dass die Ventilanordnung ein Einlass- und ein Auslassventil umfasst, wird es ermöglicht, das Ein- und Auslassen des Arbeitsmediums entsprechend der Erfordernisse beim Erzeugen einer Druckdifferenz genau und vor allem unabhängig voneinander zu steuern und so die Effektivität des Verdrängungszylinders zu steigern. Characterized in that the valve arrangement comprises an inlet and an outlet valve, it is possible to control the inlet and outlet of the working medium according to the requirements when generating a pressure difference accurately and, above all, independently and thus to increase the effectiveness of the displacement cylinder.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines Aspekts des Verdrängungszylinders ist die Ventilanordnung steuerbar, sodass Arbeitsmedium abhängig von der Position des Verdrängerkolbens im Zylinderhauptteil ein- oder ausströmen kann. Diese Anordnung ermöglicht es, das Erzeugen der gewünschten Druckdifferenz genau zu steuern.In a further advantageous embodiment of an aspect of the displacement cylinder, the valve arrangement is controllable, so that working fluid can flow in or out depending on the position of the displacer in the cylinder main body. This arrangement makes it possible to precisely control the generation of the desired pressure difference.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines Aspekts des Verdrängungszylinders befindet sich der erste Zylinderabschnitt am unteren Ende des Zylinderhauptteils und der zweite Zylinderabschnitt am oberen Ende des Zylinderhauptteils. Durch diese Ausgestaltung wird eine vertikale Bewegung des Verdrängerkolbens erreicht. Dadurch kann zum Beispiel die Gravitation als Rückstellkraft für den Verdrängerkolben genutzt werden. In a further advantageous embodiment of an aspect of the displacement cylinder, the first cylinder section is located at the lower end of the cylinder main part and the second cylinder section at the upper end of the cylinder main part. By this configuration, a vertical movement of the displacer is achieved. As a result, for example, the gravitation can be used as restoring force for the displacer.

Einer weitere vorteilhafte Ausgestaltung eines Aspekts des Verdrängungszylinders betrifft die Ventilanordnung, wobei die Ventilanordnung Arbeitsmedium aus dem Zylinderhauptteil ausströmen lässt, wenn sich der Verdrängerkolben vom unteren Ende des Zylinderhauptteils zum oberen Ende des Zylinderhauptteils bewegt, und Arbeitsmedium in den Zylinderhauptteil einströmen lässt, wenn sich der Verdrängerkolben vom oberen Ende des Zylinderhauptteils zum unteren Ende des Zylinderhauptteils bewegt. A further advantageous embodiment of an aspect of the displacement cylinder relates to the valve assembly, wherein the valve assembly allows working fluid to flow out of the cylinder body when the displacer moves from the lower end of the cylinder body to the upper end of the cylinder body and allows working fluid to flow into the cylinder body when the displacer piston from the upper end of the cylinder main body to the lower end of the cylinder main body.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines Aspekts des Verdrängungszylinders wird der erste Zylinderabschnitt kontinuierlich von außerhalb des Zylinderhauptteils erhitzt und/oder der zweite Zylinderabschnitt kontinuierlich von außerhalb des Zylinderhauptteils gekühlt.In a further advantageous embodiment of an aspect of the displacement cylinder, the first cylinder section is continuously heated from outside the cylinder main part and / or the second cylinder section is cooled continuously from outside the cylinder main part.

In einem vorteilhaften Aspekt der obigen Ausgestaltung wird die Fläche des zweiten Zylinderabschnittes vergrößert, um eine bessere Wärmeabgabe vom Zylinderabschnitt nach außen zu ermöglichen. Auf diese Weise kann das Arbeitsmedium im zweiten Zylinderabschnitt schneller abgekühlt werden, und es wird außerdem eine höhere Temperaturdifferenz zwischen dem Arbeitsmedium im ersten Zylinderabschnitt und dem Arbeitsmedium im zweiten Zylinderabschnitt erreicht, wodurch sich die Effizienz des Verdrängungszylinders erhöhen lässt. In an advantageous aspect of the above embodiment, the area of the second cylinder portion is increased to allow a better heat release from the cylinder portion to the outside. In this way, the working fluid in the second cylinder section can be cooled faster, and it is also achieved a higher temperature difference between the working fluid in the first cylinder section and the working fluid in the second cylinder section, which can increase the efficiency of the displacement cylinder.

Alternativ kann die Oberflächenvergrößerung des zweiten Zylinderabschnitts auch durch das Einbauen eines Rekuperatorrohrsystems bzw. eines beliebigen anderen Wärmetauschers verbessert werden. Alternatively, the surface enlargement of the second cylinder section can also be improved by installing a recuperator pipe system or any other heat exchanger.

In einem weiteren vorteilhaften Aspekt der obigen Ausgestaltung ist das Auslassventil am ersten Zylinderabschnitt angebracht. Dadurch befindet sich das Auslassventil an der heißen Seite des Verdrängungszylinders. Das Auslassventil kann sich dabei entweder nur an dem ersten Zylinderabschnitt, das heißt zum Beispiel der heißen Seite, oder an dem ersten Zylinderabschnitt und an dem zweiten Zylinderabschnitt befinden. Dadurch braucht der Verdrängungszylinder keine weitere Kühlung, und die Abwärme fällt bei hohen Temperaturen an, wodurch sie wirtschaftlich nutzbar ist.In a further advantageous aspect of the above embodiment, the exhaust valve is attached to the first cylinder portion. As a result, the exhaust valve is located on the hot side of the displacement cylinder. The exhaust valve may be located either only on the first cylinder portion, that is, for example, the hot side, or on the first cylinder portion and on the second cylinder portion. As a result, the displacement cylinder needs no further cooling, and the waste heat is generated at high temperatures, whereby it is economically usable.

Durch die vorteilhafte Ausgestaltung wie oben beschrieben kann auch die isobare Ausdehnung des austretenden Arbeitsmediums zur Gewinnung mechanischer Arbeit genutzt werden, das heißt die Leistung des Verdrängungszylinders kann erhöht werden. In diesem Fall könnte sogar eine Kühlung des Motors unnötig sein, und die Abwärme könnte bei einer möglichst hohen Temperatur abgegeben werden. Dies ermöglicht eine bessere Nutzung der Abwärme aufgrund der höheren Temperatur.Due to the advantageous embodiment as described above, the isobaric expansion of the exiting working medium can be used to obtain mechanical work, that is, the performance of the displacement cylinder can be increased. In this case, even a cooling of the engine could be unnecessary, and the waste heat could be delivered at the highest possible temperature. This allows better utilization of the waste heat due to the higher temperature.

In einer zweiten Ausführungsform wird ein Verdrängungszylinder zum Bereitstellen einer Druckdifferenz in einem Arbeitsmedium vorgeschlagen mit einem Zylinderhauptteil zur Aufnahme des Arbeitsmediums, wobei der Zylinderhauptteil ausgelegt ist, im Betrieb: einen ersten Zylinderabschnitt mit einer ersten Temperatur und einen zweiten Zylinderabschnitt mit einer zweiten Temperatur aufzuweisen, einem Verdrängerkolben, der sich innerhalb des Zylinderhauptteils befindet und für eine Bewegung zwischen dem ersten Zylinderabschnitt und dem zweiten Zylinderabschnitt ausgestaltet ist, wobei der Verdrängerkolben das Arbeitsmedium im ersten Zylinderabschnitt vom Arbeitsmedium im zweiten Zylinderabschnitt trennt, einer ersten Ventilanordnung, die am ersten Zylinderabschnitt angeordnet ist, und einer zweiten Ventilanordnung, die am zweiten Zylinderabschnitt angeordnet ist, wobei die erste und zweite Ventilanordnung jeweils für einen Einlass von Arbeitsmedium in den Zylinderhauptteil mit einer dritten Temperatur und einem Einlassdruck, wobei die dritte Temperatur geringer ist als die erste und die zweite Temperatur, und einen Auslass von Arbeitsmedium mit einem Auslassdruck aus dem Zylinderhauptteil ausgestaltet ist, wobei der Auslassdruck höher als der Einlassdruck ist. In a second embodiment, a displacement cylinder is provided for providing a pressure differential in a working fluid having a cylinder body for receiving the working fluid, the cylinder body being configured to have, in use, a first cylinder portion having a first temperature and a second cylinder portion having a second temperature Displacement piston, which is located within the cylinder main body and is designed for movement between the first cylinder portion and the second cylinder portion, wherein the displacer separates the working fluid in the first cylinder portion from the working fluid in the second cylinder portion, a first valve assembly, the is disposed on the first cylinder portion, and a second valve assembly disposed on the second cylinder portion, wherein the first and second valve assembly respectively for an inlet of working fluid into the cylinder body with a third temperature and an inlet pressure, wherein the third temperature is lower than the first and the second temperature, and an outlet of working fluid having an outlet pressure from the cylinder body, the outlet pressure being higher than the inlet pressure.

Erfindungsgemäß wird des Weiteren basierend auf dieser Ausführungsform ein Verfahren zum Bereitstellen einer Druckdifferenz in einem Arbeitsmedium unter Verwendung des oben beschriebenen Verdrängungszylinders vorgeschlagen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Vorsehen einer ersten Temperatur am ersten Zylinderabschnitt und einer zweiten Temperatur am zweiten Zylinderabschnitt, Bewegen des Verdrängerkolbens vom ersten Zylinderabschnitt in den zweiten Zylinderabschnitt, wobei die erste Ventilanordnung Arbeitsmedium mit einer dritten Temperatur, die geringer ist als die erste Temperatur, und einem Einlassdruck einlässt und die zweite Ventilanordnung Arbeitsmedium mit einem Auslassdruck auslässt, wobei der Auslassdruck größer ist als der Einlassdruck, Bewegen des Verdrängerkolbens vom zweiten Zylinderabschnitt in den ersten Zylinderabschnitt, wobei die zweite Ventilanordnung Arbeitsmedium mit einer dritten Temperatur, die geringer ist als die zweite Temperatur, und einem Einlassdruck einlässt, und die erste Ventilanordnung Arbeitsmedium mit einem Auslassdruck auslässt, wobei der Auslassdruck größer ist als der Einlassdruck, wobei die Schritte des Bewegens, Auslassens und Einlassens so koordiniert sind, dass sie einen Kreislauf bilden, wobei der Verdrängungszylinder nach jedem Durchlaufen dieser Schritte wieder in seinen Ausgangszustand zurückkehrt und der Kreislauf von Neuem beginnen kann.Further, according to the present invention, there is provided, based on this embodiment, a method of providing a pressure difference in a working medium using the above-described positive displacement cylinder, the method comprising the steps of providing a first temperature at the first cylinder portion and a second temperature at the second cylinder portion, moving the displacer from the first cylinder portion into the second cylinder portion, wherein the first valve assembly inputs working fluid having a third temperature less than the first temperature and an inlet pressure and the second valve assembly discharges working fluid at an outlet pressure, wherein the outlet pressure is greater than the inlet pressure, moving the displacer from the second cylinder portion into the first cylinder portion, the second valve assembly having working fluid at a third temperature less than the second temperature and an egg inlet pressure, and the first valve arrangement discharges working fluid at an outlet pressure, wherein the outlet pressure is greater than the inlet pressure, wherein the steps of moving, exhausting and inlet are coordinated to form a circuit, wherein the displacement cylinder after each passing through these steps again returns to its original state and the cycle can start anew.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung eines Aspekts des Verdrängungszylinders umfasst der Verdrängungszylinder eine Steuervorrichtung, die für ein Steuern der ersten und zweiten Ventilanordnung geeignet ist, wobei die erste und zweite Ventilanordnung so gesteuert wird, dass der Ein- und Auslass von Arbeitsmedium mit der Bewegung des Verdrängerkolbens koordiniert ist. In an advantageous embodiment of an aspect of the displacement cylinder, the displacement cylinder comprises a control device that is suitable for controlling the first and second valve arrangement, wherein the first and second valve arrangement is controlled so that the inlet and outlet of working fluid coordinates with the movement of the displacement piston is.

Dabei werden der Einlass und der Auslass des Arbeitsmediums so gesteuert, dass Arbeitsmedium von der ersten Ventilanordnung eingelassen wird und von der zweiten Ventilanordnung ausgelassen wird, wenn sich der Verdrängerkolben von dem ersten Zylinderabschnitt in den zweiten Zylinderabschnitt bewegt, und das Arbeitsmedium von der ersten Ventilanordnung ausgelassen und von der zweiten Ventilanordnung eingelassen wird, wenn sich der Verdrängerkolben von dem zweiten Zylinderabschnitt in den ersten Zylinderabschnitt bewegt. In this case, the inlet and the outlet of the working medium are controlled so that working fluid is introduced from the first valve assembly and is discharged from the second valve assembly when the displacer moves from the first cylinder portion into the second cylinder portion and the working fluid is discharged from the first valve assembly and is admitted by the second valve assembly when the displacer moves from the second cylinder portion into the first cylinder portion.

Diese Anordnung hat den Vorteil, dass sich der Verdrängerkolben in dem Zylinderhauptteil auch waagerecht bewegen kann. Zusätzlich wird in dieser Ausführungsform keine Kühlung des Zylinderhauptteils benötigt, und sowohl der erste Zylinderabschnitt als auch der zweite Zylinderabschnitt könnten die gleiche Temperatur aufweisen, vorausgesetzt die Temperatur des einströmenden Arbeitsmediums ist geringer als die Temperatur in den Zylinderabschnitten. Durch die Verwendung jeweils einer Ventilanordnung am ersten und zweiten Zylinderabschnitt kann die Druckdifferenz außerdem kontinuierlich aufrechterhalten werden. Durch das Steuern der Einlass- und Auslassventile und somit des Einlassens und Auslassens von Arbeitsmedium wird die Bewegung des Kolbens unterstützt und eine effektive Nutzung des Verdrängungszylinders zur Erzeugung einer Druckdifferenz ermöglicht. This arrangement has the advantage that the displacer in the cylinder main part can also move horizontally. In addition, in this embodiment, no cooling of the cylinder main body is required, and both the first cylinder portion and the second cylinder portion may have the same temperature, provided that the temperature of the inflowing working medium is lower than the temperature in the cylinder portions. By using a respective valve arrangement on the first and second cylinder sections, the pressure difference can also be maintained continuously. By controlling the intake and exhaust valves and thus the intake and exhaust of working fluid, the movement of the piston is assisted and allows effective use of the displacement cylinder to produce a pressure differential.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung eines Aspekts des Verdrängungszylinders ist der Verdrängerkolben durch ein Federelement mit dem Zylinderhauptteil verbunden, sodass die Kraft der Feder der Bewegung des Zylinders entgegenwirken kann. Auf diese Art und Weise kann möglichst einfach sichergestellt werden, dass der Verdrängerkolben die jeweiligen Totpunkte, bei denen sich der Verdrängerkolben jeweils vollständig auf einer Seite des Zylinderhauptteils befindet, überwindet, wodurch der Betrieb des Verdrängungszylinders weniger störanfällig wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass diese Ausgestaltung es ermöglicht, den Verdrängungszylinder als nach außen völlig abgeschlossen zu konstruieren, so dass keine Dichtungen oder Durchführungen zum Betrieb des Verdrängungszylinders nötig sind und gleichzeitig die Zuverlässigkeit des Verdrängungszylinders zu verbessern. In an advantageous embodiment of an aspect of the displacement cylinder of the displacer piston is connected by a spring element with the cylinder body, so that the force of the spring can counteract the movement of the cylinder. In this way it can be ensured as simply as possible that the displacement piston overcomes the respective dead points, in which the displacement piston is in each case completely on one side of the cylinder main part, whereby the operation of the displacement cylinder becomes less prone to failure. A further advantage is that this embodiment makes it possible to construct the displacement cylinder as completely outwardly completed, so that no seals or feedthroughs for the operation of the displacement cylinder are necessary and at the same time to improve the reliability of the displacement cylinder.

Alternativ könnte der Verdrängerkolben an einer Feder aufgehängt sein, so dass sich ein Federpendel ergibt. An der Feder könnte außerdem in einer bevorzugten Ausführungsform ein Magnet angebracht sein. Dieser wird durch ein äußeres Magnetfeld zum Schwingen angeregt. Das Magnetfeld greift dabei bevorzugt von außen durch eine 2 mm dünne Inox-Stahlwand an, die eine besonders geringe Permeabilität aufweist.Alternatively, the displacer could be suspended on a spring, resulting in a spring pendulum. In addition, in a preferred embodiment, a magnet could be attached to the spring. This is excited by an external magnetic field to vibrate. The magnetic field preferably acts from the outside through a 2 mm thin stainless steel wall, which has a particularly low permeability.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines Aspekts des Verdrängungszylinders wird die Druckdifferenz im Arbeitsmedium durch Temperaturänderung des Arbeitsmediums im Zylinderhauptteil verursacht. Dadurch ist es nicht notwendig, komplexe Übergänge zwischen dem Inneren des Zylinders und dem Äußeren des Zylinders zum Beispiel mit Dichtungen zu gestalten, da sich der Verdrängerkolben in dem rein geschlossenen System des Zylinderhauptteils bewegt und nur die Temperaturdifferenz zur Druckveränderung genutzt wird. In a further advantageous embodiment of an aspect of the displacement cylinder, the pressure difference in the working medium is caused by temperature change of the working medium in the cylinder body. Thus, it is not necessary to make complex transitions between the interior of the cylinder and the exterior of the cylinder, for example, with seals, as the displacer in the purely closed system of Cylinder body moves and only the temperature difference is used to change the pressure.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verdrängungszylinders ist es, die Ventilanordnung des Zylinderhauptteils mit einem Einlass einer Turbine zu verbinden. Auf diese Weise kann die von dem Verdrängungszylinder erzeugte Druckdifferenz zum Erzeugen von beispielsweise Strom genutzt werden.A further advantageous embodiment of the displacement cylinder is to connect the valve arrangement of the cylinder main part with an inlet of a turbine. In this way, the pressure difference generated by the displacement cylinder can be used to generate, for example, power.

Die resultierende Anordnung zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Energie, welche dann mittels eines Generators in elektrische Energie verwandelt werden kann ist nicht nur besonders einfach, sonder sie ist insbesondere auch zur Nutzung thermischer Solarenergie sowie zur Nutzung von Wärmeenergie aus der Verbrennung von Biomasse geeignet. Die durch den Verdrängungszylinder bereitgestellte Druckdifferenz muss dabei nicht notwendigerweise zum Betrieb einer Aeolipile verwendet werden, die Druckdifferenz im Arbeitsmedium kann auch von eine Kolbenmaschine oder eine andere Form von Turbine, z. B. von einer Pelton-Turbine genutzt werden.The resulting arrangement for the conversion of thermal energy into mechanical energy, which can then be transformed by a generator into electrical energy is not only particularly simple, but it is particularly suitable for the use of thermal solar energy and for the use of heat energy from the combustion of biomass. The pressure difference provided by the displacement cylinder need not necessarily be used to operate an Aeolipile, the pressure difference in the working fluid can also be a piston engine or other form of turbine, for. B. be used by a Pelton turbine.

In einem vorteilhaften Aspekt der obigen Ausgestaltung weist die Turbine auf: einen zentralen Behälter, der ein flüssiges oder gasförmiges Betriebsmedium mit einem ersten Druck aufweist, wobei der erste Druck größer oder kleiner ist als ein zweiter Druck eines Mediums, das den zentralen Behälter umgibt, wenigstens eine Ausström- oder Einströmdüse für Betriebsmedium aus dem zentralen Behälter, die so ausgestaltet ist, dass der zentrale Behälter bei Aus- oder Eintritt von Betriebsmedium in Rotation versetzt wird. Vorzugsweise handelt es sich bei der Turbine um eine Aeolipile, da diese eine besonders einfach und kostengünstige Lösung ermöglicht.In an advantageous aspect of the above embodiment, the turbine comprises: a central reservoir having a liquid or gaseous operating medium at a first pressure, the first pressure being greater or less than a second pressure of a medium surrounding the central reservoir, at least an outflow or inlet nozzle for operating medium from the central container, which is designed so that the central container is set in or out of operating medium in rotation. Preferably, the turbine is an Aeolipile, as this allows a particularly simple and cost-effective solution.

In einer bevorzugten Modifikation des vorteilhaften Aspekts der obigen Ausgestaltung ist das flüssige oder gasförmige Betriebsmedium im zentralen Behälter der Turbine Wasser oder ein bei Betriebsbedingungen nicht kondensierbares Gas. Dies hat den Vorteil, dass der Differenzdruck niedrig gehalten werden kann. Dadurch kann auch die Umdrehungsgeschwindigkeit ohne Einbuße der Effizienz niedrig gehalten werden. In a preferred modification of the advantageous aspect of the above embodiment, the liquid or gaseous operating medium in the central tank of the turbine is water or a non-condensable gas under operating conditions. This has the advantage that the differential pressure can be kept low. As a result, the rotational speed can be kept low without sacrificing efficiency.

Eine Absenkung des Drucks ist bei Verwendung von Dampf theoretisch möglich, aber aus Effizienzgründen nicht sinnvoll. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, eine Aeolipile mit Luft oder einem anderen Gas zu betreiben. Wasser durch Erhitzen in Dampf umzuwandeln kostet Energie, die sogenannte Verdampfungswärme. Diese Energie kann im Arbeitsprozess der Wärmekraftmaschine nicht zurückgewonnen werden. Solange diese Energie größer ist als die im Dampfdruck gespeicherte Energie, ist die Wärmekraftmaschine entsprechend ineffizient. Lowering the pressure is theoretically possible when using steam, but it does not make sense for reasons of efficiency. For this reason, it is preferable to operate an aeolipile with air or another gas. Converting water into steam by heating costs energy, the so-called heat of evaporation. This energy can not be recovered in the working process of the heat engine. As long as this energy is greater than the energy stored in the vapor pressure, the heat engine is correspondingly inefficient.

Mit Dampf betriebene Wärmekraftmaschinen müssen deshalb einen entsprechend hohen Arbeitsdruck haben, typischerweise mehr als 20 bar, um effizient zu sein. Allerdings ist es technisch schwierig, Gas unter einem so hohen Druck von einem festen in ein rotierendes Leitungsrohr überzuführen, da es entweder zu Dampf- oder zu Reibungsverlusten kommt. Auch aus diesem Grund ist der Betrieb einer Aeolipile mit einem nicht kondensierbaren Gas oder Wasser bevorzugt. Steam-powered thermal engines therefore must have a correspondingly high working pressure, typically more than 20 bar, to be efficient. However, it is technically difficult to transfer gas from a fixed to a rotating pipe at such a high pressure as either vapor or frictional losses occur. Also for this reason, the operation of an aeolipile with a non-condensable gas or water is preferred.

Um die Turbine mit Wasser zu betreiben wird die im Verdrängungszylinder erzeugte Druckdifferenz dazu verwendet werden, ein Wasservolumen unter Druck zu setzen. Führt man der Turbine, bevorzugt der Aeolipile, dieses unter Druck stehende Wasser zu, so wird sie sich entsprechend langsam drehen, weil die spezifische Dichte von Wasser etwa 1000mal grösser ist als die spezifische Dichte von z.B. Luft. Anstatt einer Aeolipile kann man auch eine konventionelle Wasserturbine nutzen, um die Druckenergie des Wassers in Bewegungsenergie umzuwandeln, etwa eine Pelton-Turbine.To operate the turbine with water, the pressure difference created in the displacement cylinder will be used to pressurize a volume of water. If the turbine, preferably the aeolipile, is added to this pressurized water, it will rotate accordingly slowly because the specific gravity of water is about 1000 times greater than the specific gravity of e.g. Air. Instead of an Aeolipile one can also use a conventional water turbine to convert the pressure energy of the water into kinetic energy, such as a Pelton turbine.

In einer weiteren vorteilhaften Modifikation des Aspekts der obigen Ausgestaltung beträgt die Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck des flüssigen oder gasförmigen Betriebsmediums im zentralen Behälter der Turbine und dem zweiten Druck des Mediums außerhalb der Turbine weniger als 1 bar. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Aeolipile nicht mit einer zu hohen Geschwindigkeit rotiert. In a further advantageous modification of the aspect of the above embodiment, the pressure difference between the first pressure of the liquid or gaseous operating medium in the central tank of the turbine and the second pressure of the medium outside the turbine is less than 1 bar. This ensures that the Aeolipile does not rotate at too high a speed.

Es kann gezeigt werden, dass verschiedene Turbinenarten auf einheitliche und einfache Weise beschrieben werden können, lediglich mittels des Energie- und Pulserhaltungssatzes. Dabei gilt, dass die zwischen Turbine und Arbeitsmedium wirkende Kraft so ausgetauscht werden muss, dass Energie und Impuls des Gesamtsystems erhalten bleiben. Auf die Aeolipile angewandt bedeutet dies, dass die Geschwindigkeit des austretenden Arbeitsmediums etwa gleich sein sollte der Geschwindigkeit der Austrittsdüsen. Denn in diesem Fall wird sich das Arbeitsmedium im Laborsystem nach Austritt aus der Düse in Ruhe befinden, also alle Energie und allen Impuls an die sich drehende Düse abgegeben haben. It can be shown that different turbine types can be described in a uniform and simple way, only by means of the energy and pulse conservation theorem. The rule is that the force acting between the turbine and the working medium must be exchanged in such a way that the energy and momentum of the entire system are maintained. Applied to the aeolipile, this means that the velocity of the exiting working medium should be approximately equal to the velocity of the outlet nozzles. Because in this case, the working fluid in the laboratory system after exiting the nozzle will be at rest, so have given all the energy and all the momentum to the rotating nozzle.

Dabei hängt die Austrittsgeschwindigkeit des Gases direkt von der Druckdifferenz zwischen dem Gasdruck im Inneren der Aeolipile und dem Gasdruck außerhalb der Aeolipile ab. Dieser Zusammenhang wird für inkompressible Gase zum Beispiel durch die Bernoulli-Gleichung beschrieben. The exit velocity of the gas depends directly on the pressure difference between the gas pressure in the interior of the aeolipile and the gas pressure outside the aeolipile. This relationship is described for incompressible gases, for example, by the Bernoulli equation.

In einer klassischen Aeolipile wird diese Geschwindigkeit etwa der Schallgeschwindigkeit entsprechen, die Düsen müssen sich also mit etwa 340 m pro Sekunde bewegen, was zu entsprechend hohen Drehgeschwindigkeiten führt. Um die Effizienz der Aeolipile sicherzustellen ist es also sinnvoll, diese immer bei einer Geschwindigkeit zu betreiben, so dass die lineare Geschwindigkeit der Düse in etwa der Austrittsgeschwindigkeit des Arbeitsgases entspricht, z.B. unter der Bedingung, dass die Geschwindigkeit der Düse folgenden Zusammenhang erfüllt: 1.3 × Geschwindigkeit des Arbeitsmediums > Geschwindigkeit der Düse > 0.4 × Geschwindigkeit des Arbeitsmediums. Die Drehgeschwindigkeit der Aeolipile wird vorzugsweise so eingestellt, dass die lineare Geschwindigkeit der Düse der Aeolipile in etwa so groß ist wie die Austrittsgeschwindigkeit des Gases (von der Düse aus gesehen), so dass sich von einem Laborbeobachter aus gesehen die austretende Luft zum im Labor ruhenden Beobachter relativ nicht bewegt.In a classic Aeolipile this speed will be about the speed of sound, so the nozzles have to move at about 340 m per second, which leads to correspondingly high rotational speeds. To the efficiency To ensure the aeolipile, it is therefore advisable to always operate them at a speed such that the linear velocity of the nozzle corresponds approximately to the exit velocity of the working gas, for example under the condition that the velocity of the nozzle satisfies the following relationship: 1.3 × velocity of the working medium > Speed of the nozzle> 0.4 × speed of the working medium. The rotational speed of the aeolipils is preferably adjusted so that the linear velocity of the nozzle of the aeolipile is about as great as the exit velocity of the gas (as viewed from the nozzle), so that as seen from a laboratory observer, the exiting air is at rest in the laboratory Observer relatively not moving.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird durch Reduzierung der Druckdifferenz sichergestellt, dass die Geschwindigkeit der Aeolipile der entsprechenden Anwendung angepasst wird. In a preferred embodiment, it is ensured by reducing the pressure difference that the speed of the aeolipile is adapted to the corresponding application.

Eine weitere Modifikation des Aspekts der obigen Ausgestaltung ist die Verwendung eines Diffusors oder einer de Laval-Düse als Ausströmdüse. Another modification of the aspect of the above embodiment is the use of a diffuser or a de Laval nozzle as exhaust nozzle.

Im Rahmen einer weiteren (alternativen oder ergänzenden) Modifikation ist die Austrittsdüse radial nach außen gerichtet, mit (insbesondere unmittelbar) an der Austrittsdüse montierten Leitflächen, welche vorzugsweise die Form eines Flügels oder einer Turbinenschaufel besitzen und das austretende Arbeitsmedium von der radialen in die tangentiale Richtung ablenken. Es ist nicht notwendig, dass das austretende Arbeitsmedium, wenn es die Rotation bewirkt, vollständig von einer Wandung umgeben ist (wie es bei einer gebogenen Düse der Fall wäre), da infolge der Umlegung einer zumindest teilweise tangentiale Kraft auf die Leitfläche(n) wirkt.As part of a further (alternative or supplementary) modification, the outlet nozzle is directed radially outward, with (especially directly) mounted on the outlet nozzle guide surfaces, which preferably have the shape of a wing or a turbine blade and the exiting working fluid from the radial to the tangential direction distracted. It is not necessary that the exiting working medium, when it causes the rotation, is completely surrounded by a wall (as would be the case with a curved nozzle), as a result of the application of an at least partially tangential force to the guide surface (s) ,

Es kann vorgesehen werden, dass verschiedene Ausströmdüsenformen Verwendung finden.It can be provided that different Ausströmdüsenformen be used.

Ein weiterer Aspekt der obigen Ausführungsform betrifft den Einlass der Turbine, wobei der Einlass aufweist: einen nicht rotierenden Anteil, der mit dem Auslassventil des Verdrängungszylinders verbunden ist, einen rotierenden Anteil, der mit dem zentralen Behälter der Turbine verbunden ist, und einen Übergangsanteil, in dem der nicht rotierende Anteil dicht mit dem rotierenden Anteil verbunden ist, wobei der Übergangsanteil einen kleineren Durchgangsquerschnitt aufweist als der nicht rotierende Anteil und/oder der rotierende Anteil, sodass ein erster Rohrdruck im Übergangsanteil kleiner ist als ein zweiter Rohrdruck im nicht rotierenden Anteil und/oder dem rotierenden Anteil. Dies ist insbesondere für Konstruktionen wie eine Aeolipile von Bedeutung, bei denen ein Übergang von einer feststehenden Leitung zu einer rotierenden Leitung vorhanden ist.Another aspect of the above embodiment relates to the inlet of the turbine, the inlet comprising: a non-rotating portion connected to the outlet valve of the displacement cylinder, a rotating portion connected to the central tank of the turbine, and a transition portion the non-rotating part is tightly connected to the rotating part, wherein the transition part has a smaller passage cross-section than the non-rotating part and / or the rotating part, so that a first pipe pressure in the transition part is smaller than a second pipe pressure in the non-rotating part and / or the rotating portion. This is particularly important for designs such as aeolipile, where there is a transition from a fixed line to a rotating line.

Das Problem, Arbeitsmedium unter Druck mit geringen Verlusten von einer feststehenden in eine rotierende Leitung zu bringen, kann dadurch gelöst werden, dass man dem Arbeitsmedium eine hohe Flussgeschwindigkeit gibt. Eine erhöhte Flussgeschwindigkeit an der Verbindungsstelle zwischen rotierendem und feststehendem Rohr kann dadurch erzielt werden, dass der Flussquerschnitt an dieser Stelle verringert wird und dem Flussquerschnitt der Austrittsdüse aus der Aeolipile, annähernd angeglichen wird. The problem of bringing working fluid under pressure with low losses from a fixed to a rotating conduit can be solved by giving the working fluid a high flow velocity. An increased flow velocity at the connection point between rotating and stationary pipe can be achieved by reducing the flow cross-section at this point and approximating the flow cross-section of the outlet nozzle from the aeolipile.

Durch eine Verengung des Flussquerschnitts wird eine hohe Geschwindigkeit des Arbeitsmediums und somit ein entsprechender Druckabfall bewirkt. Dadurch ist die Dichtung an dieser Stelle nur einem geringen Druck ausgesetzt, und, wenn der Druck innerhalb der Rohrverbindung und der Druck außerhalb der Rohrverbindung gleich groß sind, kann sogar ganz auf eine Dichtung verzichtet werden. A narrowing of the flow cross-section causes a high velocity of the working medium and thus a corresponding pressure drop. As a result, the seal is exposed to only a small pressure at this point, and if the pressure within the pipe joint and the pressure outside the pipe joint are the same, even a complete seal can be dispensed with.

In einem weiteren vorteilhaften Aspekt der obigen Ausgestaltung befindet sich zwischen dem Verdrängungszylinder und der Turbine ein Druckbehälter zum Dämpfen von Druckvariationen. Durch den Druckausgleichsbehälter kann die Aeolipile mit einem annähernd konstanten Druck betrieben werden. Außerdem erlaubt es ein Druckausgleichsbehälter, mehr als einen Verdrängungszylinder zur Druckerzeugung zu verwenden. In a further advantageous aspect of the above embodiment is located between the displacement cylinder and the turbine, a pressure vessel for damping pressure variations. Due to the pressure equalization tank the Aeolipile can be operated with a nearly constant pressure. In addition, it allows a surge tank to use more than one displacement cylinder for pressure generation.

In einem vorteilhaften Aspekt der obigen Ausgestaltung befinden sich der Verdrängungszylinder und die Turbine in einem geschlossenen Raum, und das Betriebsmedium der Turbine entspricht dem Arbeitsmedium des Verdrängungszylinders, sodass Betriebsmedium, das durch die mindestens eine Düse der Turbine ausströmt, als Arbeitsmedium durch die Ventilanordnung des Verdrängungszylinders in den Verdrängungszylinder gelangen kann. In an advantageous aspect of the above embodiment, the displacement cylinder and the turbine are in a closed space, and the operating medium of the turbine corresponds to the working medium of the displacement cylinder, so that operating medium, which flows through the at least one nozzle of the turbine, as a working medium through the valve assembly of the displacement cylinder can get into the displacement cylinder.

In einer solchen Ausgestaltung entsteht aus der Turbine und dem Verdrängungszylinder ein geschlossener Kreislauf. In einem offenen Kreislauf wird der Verdrängungszylinder Arbeitsmedium aus der Umgebung ansaugen, und deshalb wird der Druck im Zylinderhauptteil gleich dem Umgebungsdruck sein, wenn sich der Kolben im heißen Teil des Zylinders befindet. Die maximal erzielbare Druckerhöhung hängt dann von der Temperatur des heißen Zylinderteils ab. Wenn dessen absolute Temperatur zum Beispiel doppelt so hoch ist wie die der Umgebung, so kann die Maschine im theoretischen Limit einen maximal doppelt so hohen Druck erzeugen, das heißt 2 bar. Die entsprechende Druckerhöhung beträgt dann maximal 1 bar. In such an embodiment, a closed circuit is created from the turbine and the displacement cylinder. In an open circuit, the displacement cylinder will draw working fluid from the environment, and therefore the pressure in the cylinder body will be equal to the ambient pressure when the piston is in the hot part of the cylinder. The maximum achievable pressure increase then depends on the temperature of the hot cylinder part. For example, if its absolute temperature is twice as high as that of the environment, the machine can theoretically limit its pressure to twice as high, that is, 2 bar. The corresponding pressure increase is then a maximum of 1 bar.

In einem geschlossenen Kreislauf jedoch kann ein beliebig hoher Minimaldruck herrschen, und somit kann eine größere absolute Druckdifferenz erzielt werden. In a closed cycle, however, an arbitrarily high minimum pressure can prevail, and Thus, a larger absolute pressure difference can be achieved.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verdrängungszylinders ist der Zylinderhauptteil drehbar gelagert, und die Ventilanordnung umfasst ein Auslassventil, das so gestaltet ist, dass der Auslass von Arbeitsmedium durch das Auslassventil den Zylinderhauptteil in Rotation versetzt. In dieser Ausgestaltung kann der Verdrängungszylinder selber direkt als Turbine verwendet werden, und die Problematik der Dichtung von rotierenden Leitungen im Übergang zwischen Verdrängungszylinder und Turbine kann vermieden werden. In a further advantageous embodiment of the displacement cylinder, the cylinder main part is rotatably mounted, and the valve arrangement comprises an outlet valve, which is designed so that the outlet of working fluid through the outlet valve sets the cylinder main part in rotation. In this embodiment, the displacement cylinder itself can be used directly as a turbine, and the problem of sealing of rotating lines in the transition between the displacement cylinder and the turbine can be avoided.

In einem vorteilhaften Aspekt der obigen Ausgestaltung ist ein Druckbehälter zum Dämpfen von Druckvariationen derart vorgesehen, dass ausströmendes Arbeitsmedium zunächst in den Druckbehälter einströmt und ein Auslass des Druckbehälters so gestaltet ist, dass Auslass von Arbeitsmedium aus dem Auslass des Druckbehälters den Zylinderhauptteil und den Druckbehälter in Rotation versetzt. Ein solches System ermöglicht es, eine konstante Druckdifferenz im Druckbehälter aufzubauen und somit eine möglichst konstante Rotationsgeschwindigkeit des Verdrängungszylinders zusammen mit dem Druckbehälter zu gewährleisten. Dies vereinfacht die Umwandlung der Druckenergie des Verdrängungszylinders in zum Beispiel elektrische Energie.In an advantageous aspect of the above embodiment, a pressure vessel for damping pressure variations is provided such that effluent working fluid first flows into the pressure vessel and an outlet of the pressure vessel is configured so that outlet of working fluid from the outlet of the pressure vessel rotates the cylinder body and the pressure vessel added. Such a system makes it possible to build a constant pressure difference in the pressure vessel and thus to ensure the most constant rotational speed of the displacement cylinder together with the pressure vessel. This simplifies the conversion of the pressure energy of the displacement cylinder into, for example, electrical energy.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen weiter illustriert und erläutert. Hierbei zeigtIn the following, the present invention is further illustrated and explained with reference to exemplary embodiments illustrated in the figures. This shows

1 eine schematische Illustration eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verdrängungszylinders, 1 a schematic illustration of an embodiment of a displacement cylinder according to the invention,

2 eine schematische Illustration eines Ausführungsbeispiels einer Kombination des erfindungsgemäßen Verdrängungszylinders mit einer Aeolipile, 2 a schematic illustration of an embodiment of a combination of the displacement cylinder according to the invention with an Aeolipile,

3 eine schematische Illustration eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Aeolipile, 3 a schematic illustration of an embodiment of an embodiment of an inventive Aeolipile,

4 eine schematische Illustration eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leitungsübergangs zwischen dem Verdrängungszylinder und einer Aeolipile, 4 a schematic illustration of an embodiment of a conduit transition according to the invention between the displacement cylinder and an aeolipile,

5 eine schematische Illustration eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verdrängungszylinders, der als Turbine verwendet werden kann, 5 a schematic illustration of another embodiment of a displacement cylinder according to the invention, which can be used as a turbine,

6 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens, 6 a schematic flow diagram of an embodiment of a method according to the invention,

7 eine schematische Illustration eines weiteren Ausführungsbeispiels für die Verwendung eines Verdrängungszylinders, 7 a schematic illustration of another embodiment of the use of a displacement cylinder,

8 eine schematische Illustration eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verdrängungszylinders und 8th a schematic illustration of another embodiment of a displacement cylinder according to the invention and

9 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens. 9 a schematic flow diagram of an embodiment of another method according to the invention.

1 zeigt eine schematische Illustration eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verdrängungszylinders 1. Der Verdrängungszylinder 1 umfasst einen Zylinderhauptteil 10, der sich wiederum einen ersten Zylinderabschnitt 11 und einen zweiten Zylinderabschnitt 12 aufweist. Des Weiteren umfasst der Verdrängungszylinder in dieser Ausführungsform einen Verdrängerkolben 3, eine Feder 5 und eine Ventilanordnung 40, die ein Einlassventil 41 und ein Auslassventil 42 umfasst. Der Zylinderabschnitt 12 ist zudem mit einer Aufnahme 6 versehen, in der die Feder 5 aufgenommen ist, wenn sich der Verdrängerkolben 3 am (in der Zeichung) oberen Ende des Zylinderabschnitts befindet. Es ist ebenso möglich, eine entsprechende Aufnahme im Verdrängerkolben selbst vorzusehen, wobei beides auch kombiniert werden kann. Der Übersichtlichkeit halber wird bei den anderen Ausführungsformen keine solche Aufnahme gezeigt, obgleich eine solche Aufnahme bzw. solche Aufnahmen dort auch vorgesehen werden können. 1 shows a schematic illustration of an embodiment of a displacement cylinder according to the invention 1 , The displacement cylinder 1 includes a cylinder body 10 , in turn, a first cylinder section 11 and a second cylinder portion 12 having. Furthermore, in this embodiment, the displacement cylinder comprises a displacer piston 3 , a feather 5 and a valve assembly 40 which is an inlet valve 41 and an exhaust valve 42 includes. The cylinder section 12 is also with a recording 6 provided in which the spring 5 is included when the displacer 3 at the (in the drawing) upper end of the cylinder section. It is also possible to provide a corresponding receptacle in the displacer itself, both of which can also be combined. For the sake of clarity, no such recording is shown in the other embodiments, although such a recording or such recordings can also be provided there.

In diesem Ausführungsbeispiel ist das zum Betreiben des Verdrängungszylinders verwendete Arbeitsmedium 2 ein unter den im Zylinder herrschenden Temperatur- und Druckbedingungen nicht kondensierbares Gas, wie z. B. Luft. In this embodiment, the working medium used to operate the displacement cylinder 2 a non-condensable gas under the temperature and pressure conditions prevailing in the cylinder, such. For example, air.

Der Verdrängerkolben 3 ist dabei über die Feder 5 mit dem Zylinderhauptteil verbunden. Im Betrieb des Verdrängungszylinders 1 wird der erste Zylinderabschnitt 11 in dieser Ausführungsform erhitzt und der zweite Zylinderabschnitt 12 in dieser Ausführungsform gekühlt. Indem sich der Verdrängerkolben 3 auf und ab bewegt, verschiebt er das Arbeitsmedium 2 abwechselnd vom kalten in den heißen Teil und zurück. Dabei wird das Gas entsprechend erhitzt und abgekühlt. Solange die Ventile geschlossen sind, erhöht oder erniedrigt sich der Druck entsprechend. Übersteigt der Druck im Inneren des Zylinderhauptteils 10 den Umgebungsdruck, wird Arbeitsmedium 2 durch das Auslassventil 42 ausgelassen. Ab diesem Zeitpunkt findet keine weitere Druckerhöhung mehr statt. Durch die Bewegung des Verdrängerkolbens 3 wird außerdem das Federelement 5 gespannt. The displacer 3 is about the spring 5 connected to the cylinder body. In operation of the displacement cylinder 1 becomes the first cylinder section 11 heated in this embodiment and the second cylinder portion 12 cooled in this embodiment. By the displacer 3 moving up and down, he shifts the working medium 2 alternately from the cold to the hot part and back. The gas is heated and cooled accordingly. As long as the valves are closed, the pressure increases or decreases accordingly. Exceeds the pressure inside the cylinder body 10 the ambient pressure, becomes working medium 2 through the outlet valve 42 omitted. From this point on there will be no further pressure increase instead of. By the movement of the displacer 3 also becomes the spring element 5 curious; excited.

Der Verdrängerkolben 3 beendet seine Bewegung im zweiten Zylinderabschnitt 12 und wird dann von dem Federelement 5 wieder nach unten in den ersten Zylinderabschnitt 11 zurückgedrückt. Dabei strömt das im ersten Zylinderabschnitt 11 erwärmte Arbeitsmedium 2 in den zweiten Zylinderabschnitt 12 und wird dort gekühlt, was zu einer Volumenverringerung führt. Sinkt der Druck innerhalb des Zylinderhauptteiles 10 aufgrund der Volumenverkleinerung unter den Umgebungsdruck, öffnet sich das Einlassventil 41 und Arbeitsmedium 2 wird aus der Umgebung eingelassen. Außerdem bewirkt das Federelement 5 im Zusammenspiel mit der Schwerkraft, dass sich der Verdrängerkolben 3 wieder auf seine Ausgangsposition im ersten Zylinderabschnitt 11 zurück bewegt. The displacer 3 ends his movement in the second cylinder section 12 and then by the spring element 5 back down into the first cylinder section 11 pushed back. In the process, this flows in the first cylinder section 11 heated working medium 2 in the second cylinder section 12 and is cooled there, resulting in a reduction in volume. If the pressure inside the cylinder main part drops 10 due to the volume reduction below the ambient pressure, the inlet valve opens 41 and working medium 2 is taken in from the environment. In addition, the spring element causes 5 in interaction with gravity, that is the displacer 3 back to its starting position in the first cylinder section 11 moved back.

In einer anderen Ausführungsform könnte allerdings auf die Verwendung eines Federelementes 5 zum Rückstellen des Verdrängerkolbens 3 verzichtet werden und die Rückstellung des Verdrängerkolbens 3 zum Beispiel alleine mit Hilfe der Gravitation erfolgen. In another embodiment, however, the use of a spring element could 5 to reset the displacer 3 be waived and the provision of the displacer 3 for example, done by gravity alone.

Anstelle (oder zusätzlich) zur Feder kann auch eine Kombination von Pleuel und Schwungrad zur Rückstellung des Verdrängerkolbens genutzt werden, wobei dann z.B. eine geeignete Durchführung von außerhalb des Verdrängungszylinders nach innerhalb vorgesehen sein kann. Eine Möglichkeit, von außen auf den Verdrängerkolben einzuwirken, ohne eine derartige Durchführung vorzusehen, kann beispielsweise durch eine magnetische Einwirkung realisiert werden. Wird ein Teil der (oberen oder unteren) Zylinderwandung hinsichtlich einer Bewegung in Längsrichtung flexibel ausgeführt, kann diese Flexibilität ebenfalls zur Übertragung einer Rückstellkraft genutzt werden, wobei von außen auf die flexible Wandung eingewirkt wird und die Einwirkung innerhalb des Zylinders von der Wand abgenommen und auf den Kolben übertragen wird.Instead of (or in addition to) the spring, a combination of connecting rod and flywheel may also be used to return the displacer, in which case e.g. a suitable implementation may be provided from outside the displacement cylinder to within. One way to act from the outside on the displacer without providing such a passage, can be realized for example by a magnetic action. If a part of the (upper or lower) cylinder wall is designed to be flexible in the longitudinal direction, this flexibility can also be used to transmit a restoring force, being acted upon from outside on the flexible wall and the action within the cylinder removed from the wall and on the piston is transmitted.

2 zeigt eine schematische Illustration eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Verwendung eines Verdrängungszylinders 1 zum Antreiben einer Turbine 204, wobei es sich in dieser Ausführungsform bei der Turbine 204 um eine Aeolipile handelt. Ein Verdrängungszylinder 1 mit einem Auslassventil 42 ist in dieser Ausführungsform über ein Rohrsystem 202 mit einem Druckbehälter 203 und mittels eines weiteren Rohrsystems 202 mit einer Aeolipile 204 verbunden. 2 shows a schematic illustration of an embodiment of the inventive use of a displacement cylinder 1 for driving a turbine 204 In this embodiment, it is the turbine 204 is an Aeolipile. A displacement cylinder 1 with an exhaust valve 42 is in this embodiment via a pipe system 202 with a pressure vessel 203 and by means of another pipe system 202 with an aeolipile 204 connected.

In diesem System wird die vom Verdrängungszylinder 1 erzeugte Druckdifferenz über die Rohrleitung 202 an einen Druckbehälter 203 abgegeben. Der Druckbehälter 203 besitzt ein so großes Volumen, das mit Arbeitsmedium gefüllt ist, dass er in der Lage ist, Druckschwankungen in der vom Verdrängungszylinder 1 bereitgestellten Druckdifferenz zu verringern, sodass ein möglichst konstante Druckdifferenz an der Aeolipile anliegt.In this system, that of the displacement cylinder 1 generated pressure difference across the pipeline 202 to a pressure vessel 203 issued. The pressure vessel 203 has such a large volume that is filled with working fluid that it is capable of pressure fluctuations in the displacement cylinder 1 To reduce the pressure difference provided, so that a constant pressure difference as possible abuts the Aeolipile.

In einer anderen Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, mehrere Druckluft erzeugende Verdrängungszylinder parallel an die Aeolipile anzuschließen, wobei diese insbesondere phasenverschoben arbeiten. Dies hat den Vorteil, dass die Druckdifferenz, die von den Verdrängungszylindern erzeugt wird, auch ohne die Verwendung eines Druckbehälters konstant gehalten werden kann. Außerdem kann dadurch insgesamt eine größere Druckdifferenz hergestellt werden, wenn dies erwünscht ist. In another embodiment, it is also possible to connect a plurality of compressed air generating displacement cylinder in parallel to the Aeolipile, which operate in particular phase-shifted. This has the advantage that the pressure difference generated by the displacement cylinders can be kept constant even without the use of a pressure vessel. In addition, this can be made a total of a larger pressure difference, if desired.

In einer weiteren Ausführungsform könnten auch mehrere in Serie angeordnete Druckbehälter verwendet werden. Ein einzelner Verdrängungszylinder könnte so durch Verwendung extern ansteuerbarer Ventile mit Druckbehältern verbunden werden, dass sich ein von Druckbehälter zu Druckbehälter immer weiter erhöhter Druck ergibt. In a further embodiment, a plurality of pressure vessels arranged in series could also be used. A single displacement cylinder could be connected by using externally controllable valves with pressure vessels that results in a pressure vessel to pressure vessel more and more pressure.

3 zeigt eine schematische Illustration eines erfindungsgemäßen Aufbaus einer als Turbine 204 genutzten Aeolipile im Detail. Dabei umfasst die Aeolipile einen zentralen Behälter 311, der in dieser Ausführungsform kugelförmig ist, einen Einlass 302 zum Einlassen von Betriebsmedium und zwei Ausströmdüsen 303, die entsprechend so geformt sind, dass bei Austritt des Betriebsmediums durch die Ausströmdüsen 303 der zentrale Behälter 311 in Rotation versetzt wird. 3 shows a schematic illustration of a construction according to the invention as a turbine 204 used Aeolipile in detail. The Aeolipile comprises a central container 311 , which is spherical in this embodiment, an inlet 302 for the admission of operating medium and two discharge nozzles 303 , which are shaped so that when the operating medium through the discharge nozzles 303 the central container 311 is set in rotation.

In einer weiteren Ausführungsform könnte die Aeolipile anstatt mit dem Auslassventil 42 mit dem Einlassventil 41 verbunden sein. In diesem Fall wird der bei der Abkühlung des Arbeitsmediums 2 entstehende Unterdruck verwendet, um die Aeolipile zu betreiben. In another embodiment, the aeolipile could be used instead of the outlet valve 42 with the inlet valve 41 be connected. In this case, the cooling of the working medium 2 resulting negative pressure used to operate the Aeolipile.

Tatsächlich gibt es keinen physikalischen Unterschied zwischen Über- und Unterdruck, und es kommt nur auf die Druckdifferenz an. Es ist also möglich, die Aeolipile auch an das Einlassventil anzuschließen, sodass die Aeolipile dadurch betrieben wird, dass sie Luft ansaugt. In fact, there is no physical difference between positive and negative pressure, and only the difference in pressure is important. It is therefore also possible to connect the Aeolipile to the inlet valve so that the Aeolipile is operated by sucking in air.

In diesem Zusammenhang ist auch zu bedenken, dass, angenommen, das Auslassventil sei mit einem Reservoir verbunden, das einen Druck von P1 hat, und das Einlassventil sei mit einem Reservoir verbunden, welches einen Druck von –P1 hat, dann verrichtet in diesem Fall der Verdrängungszylinder, der hier nur als Pumpe wirkt, keine Arbeit, während er sich von P1 zu –P1 und von –P1 zu P1 bewegt. Es ist dann günstiger, durch Vorsehen eines weiteren Ventils in einer weiteren Ausführungsform, das gezielt angesteuert wird, den Druck von P1 auf 0 zu erniedrigen, im Anschluss an die Erhitzungsphase. Gleichzeitig könnte der Druck von –P1 im Anschluss an die Abkühlphase auf 0 erhöht werden. In diesem Fall ergibt sich der Vorteil, dass die Maschine mehr Arbeit leistet, weil die Kolbenbewegung nicht erst den Druck von P1 auf –P1 beziehungsweise von –P1 auf P1 erhöhen bzw. erniedrigen muss, sondern lediglich von 0 auf –P1 beziehungsweise von 0 auf P1. In this connection, it should also be borne in mind that, assuming the outlet valve is connected to a reservoir having a pressure of P1, and the inlet valve is connected to a reservoir having a pressure of -P1, then in this case Displacement cylinder, which acts here only as a pump, no work, while moving from P1 to -P1 and from -P1 to P1. It is then cheaper by providing a another valve in a further embodiment, which is specifically controlled, the pressure of P1 to 0 to lower, following the heating phase. At the same time, the pressure of -P1 could be increased to 0 following the cooling phase. In this case, there is the advantage that the machine does more work, because the piston movement does not have to first increase or decrease the pressure of P1 to -P1 or -P1 to P1, but only from 0 to -P1 or from 0 to P1.

4 zeigt eine schematische Illustration eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Übergangs 402 zwischen dem Verdrängungszylinder und der Aeolipile. Dabei umfasst der Übergang 402 einen nicht rotierenden Anteil 411, einen rotierenden Anteil 412 und einen Übergangsanteil 413. Der Übergangsanteil 413, in dem sich der Übergang 404 befindet, besitzt einen geringeren Durchgangsquerschnitt als der nicht rotierende Anteil 411. 4 shows a schematic illustration of an embodiment of a transition according to the invention 402 between the displacement cylinder and the aeolipile. This includes the transition 402 a non-rotating part 411 , a rotating part 412 and a transitional share 413 , The transitional share 413 in which is the transition 404 has a smaller passage cross-section than the non-rotating portion 411 ,

Durch die Verringerung des Durchgangsquerschnitts wird entsprechend der Bernoulli-Gleichung die Geschwindigkeit des durchfließenden Arbeitsmediums erhöht und damit der Druck in dem Übergangsabschnitt 413 verringert. Dies ermöglicht einen dichten Übergang zwischen dem rotierenden Anteil 412 und dem nicht rotierenden Anteil 411 des Einlasses 302 der Aeolipile. By reducing the passage cross-section, the speed of the working medium flowing through it is increased in accordance with the Bernoulli equation and thus the pressure in the transition section 413 reduced. This allows a tight transition between the rotating portion 412 and the non-rotating portion 411 of the inlet 302 the Aeolipile.

5 zeigt eine schematische Illustration eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verdrängungszylinders als Turbine. Das in 5 gezeigte System umfasst einem Verdrängungszylinder 501 nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einem Einlassventil 542 und einem Auslassventil 541, umgeben von einem Druckbehälter 503 mit einem Auslass 502. 5 shows a schematic illustration of another embodiment of the displacement cylinder according to the invention as a turbine. This in 5 The system shown comprises a displacement cylinder 501 according to an embodiment of the invention with an inlet valve 542 and an exhaust valve 541 surrounded by a pressure vessel 503 with an outlet 502 ,

Dabei ist der Verdrängungszylinder 501 so vom Druckbehälter 503 umgeben, dass zwischen Druckbehälter 503 und Verdrängungszylinder 501 ein genügend großes Volumen gefüllt mit Arbeitsmedium befindlich ist. Der Verdrängungszylinder 501 und der Druckbehälter 503 sind so gelagert, dass sie um eine Achse 504 drehbar sind.Here is the displacement cylinder 501 so from the pressure vessel 503 surrounded that between pressure vessel 503 and displacement cylinder 501 a sufficiently large volume filled with working medium is located. The displacement cylinder 501 and the pressure vessel 503 are stored so that they are around an axis 504 are rotatable.

Das Einlassventil 542 ragt dabei über den Druckbehälter 503 hinaus, sodass Arbeitsmedium aus der Umgebung des Druckbehälters in den Verdrängungszylinder eingelassen werden kann. Das Auslassventil 541 lässt wiederum Arbeitsmedium in den Druckbehälter 503 aus und setzt somit das Arbeitsmedium im Druckbehälter 503 unter Druck. Der Auslass 502 ist so geformt, dass sich der gesamte Druckbehälter 503 zusammen mit dem Verdrängungszylinder 501 bei Ausströmen des Arbeitsmediums aus dem Druckbehälterauslass 502 um die Achse 504 dreht. Dies ermöglicht es in sehr kompakter Bauweise, die vom Verdrängungszylinder 501 bereitgestellte Druckdifferenz zum Antreiben einer Turbine zu nutzen, wobei die Turbine den Druckbehälter und den Verdrängungszylinder selbst umfasst. Probleme bei Übergängen zwischen rotierenden und nicht rotierenden Anteilen in der Verbindung zwischen Turbine und Verdrängungszylinder können so vermieden werden.The inlet valve 542 protrudes over the pressure vessel 503 addition, so that working fluid from the environment of the pressure vessel can be inserted into the displacement cylinder. The outlet valve 541 in turn leaves working medium in the pressure vessel 503 and thus sets the working fluid in the pressure vessel 503 vacuum. The outlet 502 is shaped so that the entire pressure vessel 503 together with the displacement cylinder 501 during discharge of the working medium from the pressure vessel outlet 502 around the axis 504 rotates. This makes it possible in a very compact design, that of the displacement cylinder 501 provided pressure difference for driving a turbine, wherein the turbine comprises the pressure vessel and the displacement cylinder itself. Problems with transitions between rotating and non-rotating parts in the connection between the turbine and the displacement cylinder can thus be avoided.

6 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei dem Verfahren 600 zur Bereitstellung einer Druckdifferenz in einem Arbeitsmedium wird ein Verdrängungszylinder wie zum Beispiel in der Ausführungsform in 1 beschrieben verwendet. Die Ausgangssituation zur Beschreibung dieses Verfahrens ist ein Verdrängungszylinder 1, bei dem sich der Verdrängerkolben 3 in dem ersten Zylinderabschnitt 11 befindet. Im Schritt 610 wird zunächst sichergestellt, dass der erste Zylinderabschnitt 11 eine höhere Temperatur aufweist als der zweite Zylinderabschnitt 12. 6 shows a schematic flow diagram of an embodiment of a method according to the invention. In the process 600 For providing a pressure difference in a working medium, a displacement cylinder such as in the embodiment in FIG 1 described used. The starting point for describing this method is a displacement cylinder 1 in which the displacer 3 in the first cylinder section 11 located. In step 610 First, make sure that the first cylinder section 11 has a higher temperature than the second cylinder section 12 ,

Im Schritt 620 bewegt sich der Verdrängerkolben 3 in Richtung des zweiten Zylinderabschnittes 12, angetrieben von der Feder (ggf. zusätzlich von einer Magnetanordnung; alternativ von einem Schwungrad über eine Pleuelstange oder ähnliches), wobei sich im ersten Zylinderabschnitt 11 befindliches Arbeitsmedium 2 ausdehnen kann. In Schritt 630 bewegt sich das Arbeitsmedium 2 aus dem zweiten Zylinderabschnitt 12 am Verdrängerkolben 3 vorbei in den ersten Zylinderabschnitt 11, um dort weiter erhitzt zu werden. Aufgrund der Erwärmung des Arbeitsmediums 2 im ersten Zylinderabschnitt 11 steigt der Gesamtdruck innerhalb des Zylinderhauptteils 10 im Schritt 640 an. Im Schritt 650 steigt der Druck des Arbeitsmediums 2 innerhalb des Hauptzylinders 10 über den Umgebungsdruck an, und die Ventilanordnung 40 lässt Arbeitsmedium 2 aus dem Verdrängungszylinder 1 ab. Am Ende der Bewegung des Verdrängerkolbens 3 befindet sich der Verdrängerkolben 3 im zweiten Zylinderabschnitt 12. Im Schritt 660 bewegt sich der Verdrängerkolben 3 wieder aus dem zweiten Zylinderabschnitt 12 in den ersten Zylinderabschnitt 11, wobei sich während der Bewegung des Verdrängerkolbens 3 im Schritt 670 Arbeitsmedium 2 von dem ersten Zylinderabschnitt 11 in den zweiten Zylinderabschnitt 12 bewegt und dort abgekühlt wird. Aufgrund der Abkühlung des Arbeitsmediums 2 im Hauptzylinder 10 sinkt der Druck im Zylinderhauptteil 10 unter den Umgebungsdruck und die Ventilanordnung 40 lässt im Schritt 680 Arbeitsmedium in den Zylinderhauptteil 10 ein. Am Ende dieser Phase befindet sich der Verdrängerkolben 3 wieder in der Ausgangsstellung, und das Verfahren kann mit Schritt 610 erneut beginnen.In step 620 the displacer moves 3 in the direction of the second cylinder section 12 driven by the spring (possibly additionally by a magnet arrangement, alternatively by a flywheel via a connecting rod or the like), wherein in the first cylinder section 11 working medium 2 can expand. In step 630 the working medium is moving 2 from the second cylinder section 12 at the displacer 3 over in the first cylinder section 11 to continue to be heated there. Due to the heating of the working medium 2 in the first cylinder section 11 the total pressure within the cylinder body increases 10 in step 640 at. In step 650 increases the pressure of the working medium 2 inside the master cylinder 10 about the ambient pressure, and the valve assembly 40 leaves working medium 2 from the displacement cylinder 1 from. At the end of the movement of the displacer 3 is the displacer 3 in the second cylinder section 12 , In step 660 the displacer moves 3 again from the second cylinder section 12 in the first cylinder section 11 , whereby during the movement of the displacement piston 3 in step 670 working medium 2 from the first cylinder section 11 in the second cylinder section 12 moved and cooled down there. Due to the cooling of the working medium 2 in the master cylinder 10 the pressure in the cylinder body decreases 10 under the ambient pressure and the valve assembly 40 leaves in step 680 Working medium in the cylinder body 10 one. At the end of this phase is the displacer 3 back to the starting position, and the method can be used with step 610 start again.

7 zeigt eine schematische Illustration eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verwendung eines Verdrängungszylinders als Wasserpumpe. Das System 700 umfasst einen Verdrängungszylinder 1 mit einer Ventilanordnung 740, einem Rohrleitungssystem 702 und einer Wasserpumpe 710. Die Wasserpumpe umfasst des Weiteren Wasser 713 und ein Einlassventil 711 und ein Auslassventil 712. Die Pumpe 710 ist dabei über das Rohrleitungssystem 702 mit der Ventilanordnung 740 des Verdrängungszylinders 1 verbunden. Herrscht im Verdrängungszylinder 1 Unterdruck, wird dieser über die Ventilanordnung 740 und das Rohrleitungssystem 702 an die Wasserpumpe 710 weitergegeben, und durch das Einlassventil 711, das als Rückschlagventil ausgestaltet ist, wird Wasser 713 angesaugt. Über das Auslassventil 712, das ebenfalls als ein Rückschlagventil ausgestaltet ist, wird das angesaugte Wasser 713 abgelassen, wenn im Verdrängungszylinder 1 Überdruck herrscht, der über die Ventilanordnung 740 und das Rohrleitungssystem 702 an die Pumpe 710 weitergegeben wird. 7 shows a schematic illustration of an embodiment of an inventive use of a displacement cylinder as Water pump. The system 700 includes a displacement cylinder 1 with a valve assembly 740 , a piping system 702 and a water pump 710 , The water pump also includes water 713 and an inlet valve 711 and an exhaust valve 712 , The pump 710 is about the piping system 702 with the valve assembly 740 of the displacement cylinder 1 connected. Dominates in the displacement cylinder 1 Negative pressure, this is about the valve assembly 740 and the piping system 702 to the water pump 710 passed, and through the inlet valve 711 , which is designed as a check valve, becomes water 713 sucked. Via the outlet valve 712 , which is also designed as a check valve, the sucked water 713 drained when in the displacement cylinder 1 Overpressure prevails over the valve assembly 740 and the piping system 702 to the pump 710 is passed on.

In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich möglichst wenig Luft zwischen der Wasseroberfläche in der Pumpe 710 und dem Verdrängungszylinder 1, sodass am Ende der Unterdruckphase beziehungsweise zu Beginn der Überdruckphase das externe Volumen oder auch Totvolumen, dass die Druckänderung und somit die Leistung der Maschine mindert, minimiert wird. In einer alternativen Ausführungsform kann die Pumpe auch zum pumpen anderer Flüssigkeiten als Wasser oder zum Pumpen von Gasen verwendet werden.In a preferred embodiment, as little air as possible is located between the water surface in the pump 710 and the displacement cylinder 1 so that at the end of the negative pressure phase or at the beginning of the overpressure phase, the external volume or even dead volume, which reduces the pressure change and thus the performance of the machine, is minimized. In an alternative embodiment, the pump may also be used for pumping liquids other than water or for pumping gases.

8 zeigt eine schematische Illustration eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verdrängungszylinders. Der Verdrängungszylinder 800 umfasst dabei einen Zylinderhauptteil 810, der einen ersten Zylinderabschnitt 811 und einen zweiten Zylinderabschnitt 812 aufweist, einen Verdrängerkolben 803, einen Federelement 805 und eine erste und zweite Ventilanordnung 840, 860. Die erste Ventilanordnung 840 umfasst ein Einlassventil 841 und ein Auslassventil 842, und die zweite Ventilanordnung 860 umfasst ein Einlassventil 861 und ein Auslassventil 862. Dabei ist die erste Ventilanordnung 840 mit dem ersten Zylinderabschnitt 811 verbunden und die zweite Ventilanordnung 860 mit dem zweiten Zylinderabschnitt 812. Der Verdrängerkolben 803 ist über ein Federelement 805 mit dem Zylinderhauptteil 810 so verbunden, dass das Federelement 805 der Bewegung des Verdrängerkolbens 803 entgegenwirkt. 8th shows a schematic illustration of another embodiment of a displacement cylinder according to the invention. The displacement cylinder 800 includes a cylinder main part 810 , the first cylinder section 811 and a second cylinder portion 812 comprising a displacer 803 , a spring element 805 and first and second valve assemblies 840 . 860 , The first valve arrangement 840 includes an inlet valve 841 and an exhaust valve 842 , and the second valve assembly 860 includes an inlet valve 861 and an exhaust valve 862 , In this case, the first valve arrangement 840 with the first cylinder section 811 connected and the second valve assembly 860 with the second cylinder section 812 , The displacer 803 is via a spring element 805 with the cylinder body part 810 connected so that the spring element 805 the movement of the displacer 803 counteracts.

Im Betrieb wird sowohl der erste Zylinderabschnitt 811 als auch der zweite Zylinderabschnitt 812 erwärmt. Als Ausgangspunkt befindet sich der Verdrängerkolben 803 zunächst vollständig im ersten Zylinderabschnitt 811 und bewegt sich dann aufgrund des Federelements 805 vom ersten Zylinderabschnitt 811 in den zweiten Zylinderabschnitt 812, wobei der Druck im ersten Zylinderabschnitt 811 fällt und das Einlassventil 841 geöffnet wird. Die eingelassene Luft wird dabei im ersten Zylinderabschnitt 811 auf eine höhere Temperatur erwärmt und führt zu einer weiteren Ausdehnung des Luftvolumens im ersten Zylinderabschnitt 811. Dadurch wird der Verdrängerkolben 803 weiter in Richtung des zweiten Zylinderabschnitts 812 bewegt, wobei der Druck im zweiten Zylinderabschnitt 812 ansteigt, und das Auslassventil 860 Arbeitsmedium aus dem zweiten Zylinderabschnitt 812 an die Umgebung abgibt. In operation, both the first cylinder section 811 as well as the second cylinder section 812 heated. The starting point is the displacement piston 803 initially completely in the first cylinder section 811 and then moves due to the spring element 805 from the first cylinder section 811 in the second cylinder section 812 , wherein the pressure in the first cylinder section 811 falls and the inlet valve 841 is opened. The sunken air is in the first cylinder section 811 heated to a higher temperature and leads to a further expansion of the volume of air in the first cylinder section 811 , This will make the displacer 803 continue in the direction of the second cylinder section 812 moved, the pressure in the second cylinder section 812 rises, and the exhaust valve 860 Working fluid from the second cylinder section 812 to the environment.

Wenn die Feder 805 vollständig gespannt ist und der Verdrängerkolben 803 sich vollständig im zweiten Zylinderabschnitt 812 befindet, beginnt sich der Verdrängerkolben 803 aufgrund des Federelements 805 erneut in Richtung des ersten Zylinderabschnitts 811 zu bewegen. Der dadurch erzeugte Unterdruck im zweiten Zylinderabschnitt 812 schließt das Auslassventil 860 und öffnet das Einlassventil 861, sodass Arbeitsmedium in den zweiten Zylinderabschnitt 812 einströmen kann. Das einströmende Arbeitsmedium wird im zweiten Zylinderabschnitt 812 erwärmt und sorgt für eine zusätzliche Volumenänderung wodurch der Verdrängerkolben 803 weiter in Richtung des ersten Zylinderabschnittes 811 gedrückt wird. Im ersten Zylinderabschnitt 811 steigt dabei der Druck des Arbeitsmediums an und sorgt dafür, dass das Einlassventil 841 geschlossen wird und das Auslassventil 842 geöffnet wird, um Arbeitsmedium aus dem ersten Zylinderabschnitt 811 auszulassen. When the spring 805 is completely stretched and the displacer 803 completely in the second cylinder section 812 is located, the displacer begins 803 due to the spring element 805 again in the direction of the first cylinder section 811 to move. The negative pressure generated in the second cylinder section 812 closes the exhaust valve 860 and opens the inlet valve 861 , so that working fluid in the second cylinder section 812 can flow in. The incoming working fluid is in the second cylinder section 812 heats up and provides an additional volume change causing the displacer 803 continue in the direction of the first cylinder section 811 is pressed. In the first cylinder section 811 increases the pressure of the working fluid and ensures that the inlet valve 841 is closed and the exhaust valve 842 is opened to working fluid from the first cylinder section 811 omit.

Am Ende dieser Bewegung befindet sich der Verdrängerkolben 803 erneut in der Ausgangsposition, sodass der Betrieb fortgesetzt werden kann wie oben beschrieben. At the end of this movement is the displacer 803 again in the home position so that operation can continue as described above.

Auf eine Kühlung als solche kann verzichtet werden, wenn man das Auslassventil im heißen Teil anbringt: dadurch strömt immer nur heiße Luft aus dem heißen Teil ab, und entsprechend strömt immer wieder kalte Luft von außen in den kalten Teil. Dies ersetzt in einem gewissen Masse eine externe Kühlung. Cooling as such can be dispensed with if the exhaust valve is fitted in the hot part: this always causes only hot air to flow out of the hot part, and correspondingly cold air always flows from the outside into the cold part. This to some extent replaces external cooling.

9 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung des oben beschriebenen Verdrängungszylinders. Das Verfahren 900 umfasst zunächst eine Ausgangssituation, bei der sich der Verdrängerkolben 803 vollständig im ersten Zylinderabschnitt 811 befindet. Im Schritt 910 wird zunächst sichergestellt, dass eine erste Temperatur am ersten Zylinderabschnitt 811 und eine zweite Temperatur am zweiten Zylinderabschnitt 812 anliegt, wobei die erste und die zweite Temperatur höher sein müssen als eine dritte Temperatur von einströmendem Arbeitsmedium. Im Schritt 902 bewegt sich dann der Verdrängerkolben 803 von dem ersten Zylinderabschnitt 811 in den zweiten Zylinderabschnitt 812. Im ersten Zylinderabschnitt 811 bildet sich dadurch ein Unterdruck, sodass im Schritt 921 die Ventilanordnung 840 Arbeitsmedium einlässt. Gleichzeitig erhöht sich in Schritt 922 der Druck des Arbeitsmediums in dem zweiten Zylinderabschnitt 812 und die zweite Ventilanordnung 860 lässt Arbeitsmedium aus. Befindet sich schließlich der Verdrängerkolben 803 vollständig im zweiten Zylinderabschnitt 812, wird der Verdrängerkolben 803 in Schritt 930 aus dem zweiten Zylinderabschnitt 812 zurück in den ersten Zylinderabschnitt 811 bewegt. Durch die Druckverringerung im zweiten Zylinderabschnitt 812 sperrt die zweite Ventilanordnung 860 das Auslassventil 861 und öffnet das Einlassventil 862. Die eingelassene Luft wird im zweiten Zylinderabschnitt 812 erwärmt und führt zu einer weiteren Volumenausdehnung, sodass der Verdrängerkolben 803 weiter in Richtung des ersten Zylinderabschnitts 811 bewegt wird. Aufgrund der Druckerhöhung im ersten Zylinderabschnitt 811 sperrt die erste Ventilanordnung 840 im Schritt 932 das Einlassventil und öffnet das Auslassventil 842, sodass Arbeitsmedium aus dem ersten Zylinderabschnitt 811 ausströmen kann. Am Ende dieser Phase befindet sich der Verdrängungszylinder 800 erneut in der Ausgangsposition 940, und das Verfahren kann erneut mit Schritt 910 fortgesetzt werden. 9 shows a schematic flow diagram of an embodiment of a method according to the invention using the above-described displacement cylinder. The procedure 900 initially includes an initial situation in which the displacer 803 completely in the first cylinder section 811 located. In step 910 First, it is ensured that a first temperature at the first cylinder section 811 and a second temperature at the second cylinder portion 812 is applied, wherein the first and the second temperature must be higher than a third temperature of inflowing working medium. In step 902 then moves the displacer 803 from the first cylinder section 811 in the second cylinder section 812 , In the first cylinder section 811 This creates a negative pressure, so in the step 921 the valve assembly 840 Working medium enters. At the same time increases in step 922 the pressure of the working medium in the second cylinder section 812 and the second valve assembly 860 leaves working medium out. Finally, is the displacement piston 803 completely in the second cylinder section 812 , becomes the displacer 803 in step 930 from the second cylinder section 812 back to the first cylinder section 811 emotional. By the pressure reduction in the second cylinder section 812 locks the second valve assembly 860 the outlet valve 861 and opens the inlet valve 862 , The intake air is in the second cylinder section 812 heated and leads to a further volume expansion, so that the displacer 803 continue in the direction of the first cylinder section 811 is moved. Due to the pressure increase in the first cylinder section 811 locks the first valve assembly 840 in step 932 the inlet valve and opens the outlet valve 842 , so working fluid from the first cylinder section 811 can flow out. At the end of this phase is the displacement cylinder 800 again in the starting position 940 , and the process can be repeated with step 910 to be continued.

Die vorliegende Erfindung stellt insbesondere eine neue Art Motor vor, wobei dieser Motor bei im Vergleich zu herkömmlichen Gegenstücken geringeren Temperaturen betrieben werden kann, was ihn insbesondere für Anwendungen im Solarbereich attraktiv macht. Ein besonderer Aspekt besteht in der geringen inneren Reibung, wobei zudem keine Schmiermittel oder ähnliches nötig sind. Die Verdichtung des Arbeitsmediums wird nicht wie in herkömmlichen Vorrichtungen mechanisch vorgenommen, sondern durch Erhitzen des Arbeitsmediums. Eine isobare Expansion kann durch eine Aeolipile genutzt werden, wobei diese ohne gesonderte Dichtung angeschlossen werden kann, da das strömende Gas dynamisch druckreduziert werden kann.In particular, the present invention introduces a new type of engine, which engine can operate at lower temperatures compared to conventional counterparts, making it particularly attractive for solar applications. A special aspect is the low internal friction, which also no lubricant or the like are needed. The compression of the working medium is not made mechanically as in conventional devices, but by heating the working medium. An isobaric expansion can be used by an Aeolipile, which can be connected without a separate seal, since the flowing gas can be dynamically reduced pressure.

Die hier beschriebene Aeolipile kann auch mit Dampf betrieben werden, so dass sie dann die Turbine in einem herkömmlichen mit Dampf betriebenen Kraftwerk ersetzen kann. Die Aeolipile ist preiswerter als eine große Dampfturbine und benötigt keine Aufwärmzeit, da sie kann innerhalb von Sekunden ihre Höchstleistung erreichen kann.The Aeolipile described herein may also be steam operated so that it can then replace the turbine in a conventional steam powered power plant. The Aeolipile is cheaper than a large steam turbine and does not require a warm-up time as it can reach its peak in seconds.

Photovoltaik und Windenergie haben große Schwankungen in der Stromproduktion, wobei herkömmliche dampfgetriebenen Kraftwerke nicht ausreichend schnell an- und abschalten können, wobei diese Kraftwerke ihre Leistung ohnehin nur in engen Grenzen anpassen könnenPhotovoltaic and wind energy have large fluctuations in power production, with conventional steam-powered power plants can not switch on and off sufficiently fast, these power plants can only adapt their performance within narrow limits anyway

Wenn man die herkömmlichen Turbinen in diesen Kraftwerken durch Aeolipilen ersetzt, oder wenn man zusätzlich zu den Turbinen Aeolipilen betreibt, so hat dies folgende Vorteile. Die Aeolipile kann sehr kurzfristig ihre Leistung erbringen. Man kann wegen der geringen Kosten mehrere Aeoilipilen verschiedener Leistungen installieren, und dann jeweils die Kombination von Aeolipilen betreiben, welche die gerade gewünschte Leistung erbringt, kann also die Leistung in einem weiten Bereich variieren. Man kann die Leistung einer einzelnen Aeolipile variieren, indem man für den Übergang in der Aeolipile-Zuleitung einen variablen Querschnitt vorsieht und für die Düse der Aeolipile einen variablen Querschnitt vorsieht, oder aber indem man die Aeolilipe mit mehrern Duesen versieht, und diese wahlweise aktiviert (öffnet) oder blockiert.Replacing the conventional turbines in these power plants with Aeolipilen, or operating Aeolipilen in addition to the turbines, has the following advantages. The Aeolipile can perform at very short notice. It is possible to install several Aeoilipilen of different services because of the low cost, and then each operate the combination of Aeolipilen, which provides the desired performance, so the performance can vary within a wide range. One can vary the performance of a single Aeolipile by providing a variable cross section for the transition in the Aeolipile supply line and providing a variable cross section for the nozzle of the Aeolipile, or by providing the Aeolilipe with several nozzles and activating it selectively ( opens) or blocked.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

JG Llandels, Engineering in the Ancient World, University of California Press, Berkeley and Los Angeles, 2000, (first published in 1978) [0007]

Claims

Displacement cylinder ( 1 . 501 ) for providing a pressure difference in a working medium ( 2 ), with - a cylinder main part ( 10 ) for receiving the working medium ( 2 ), wherein the cylinder main part ( 10 ), in operation: a first cylinder section ( 11 ) having a first temperature, and a second cylinder portion ( 12 ) having a second temperature, wherein the second temperature is lower than the first temperature, - a displacer ( 3 ) located within the cylinder body ( 10 ) and for movement between the first cylinder section ( 11 ) and the second cylinder section ( 12 ) is configured, wherein in the cylinder main part ( 10 ) working medium ( 2 ) from the second cylinder section ( 12 ) in the first cylinder section ( 11 ) can move when the displacer ( 3 ) from the first cylinder section ( 11 ) to the second cylinder section ( 12 ) and from the first cylinder section (FIG. 11 ) in the second cylinder section ( 12 ), when the displacer ( 3 ) from the second cylinder section ( 12 ) in the first cylinder section ( 11 ), and - a valve assembly ( 40 ) required for an inlet of working medium ( 2 ) with an inlet pressure in the cylinder main part and an outlet of working medium ( 2 ) with an outlet pressure from the cylinder main body ( 10 ), wherein the outlet pressure is higher than the inlet pressure.

Displacement cylinder ( 1 . 501 ) according to claim 1, wherein the cylinder main part ( 10 ) and the displacer ( 3 ) are designed so that working medium ( 2 ) from the first cylinder section ( 11 ) in the second cylinder section ( 12 ) or vice versa between a wall of the cylinder main part ( 10 ) and the displacer ( 3 ) can flow.

Displacement cylinder ( 800 ) for providing a pressure difference in a working medium ( 2 ), with - a cylinder main part ( 810 ) for receiving the working medium ( 2 ), wherein the cylinder main part ( 810 ), in operation: a first cylinder section ( 811 ) having a first temperature and a second cylinder portion ( 812 ) with a second temperature, - a displacer ( 803 ) located within the cylinder body ( 810 ) and for movement between the first cylinder section ( 811 ) and the second cylinder portion is configured, wherein the displacer ( 803 ) the working medium ( 2 ) in the first cylinder section ( 811 ) from the working medium ( 2 ) in the second cylinder section, - a first valve arrangement ( 840 ) located on the first cylinder section ( 811 ), and - a second valve arrangement ( 860 ), which at the second cylinder section ( 812 ), wherein the first and second valve arrangement ( 840 . 860 ) each for an inlet of working medium ( 2 ) in the cylinder main part having a third temperature and an inlet pressure, wherein the third temperature is lower than the first and the second temperature, and an outlet of working medium ( 2 ) with an outlet pressure from the cylinder main body ( 810 ), wherein the outlet pressure is higher than the inlet pressure.

Displacement cylinder ( 800 ) according to claim 3 with a control device which is suitable for controlling the first and second valve arrangements ( 840 . 860 ), wherein the first and second valve arrangement ( 840 . 860 ) is controlled so that the inlet and outlet of working medium ( 2 ) with the movement of the displacement piston ( 803 ) is coordinated.

Displacement cylinder ( 1 . 501 . 800 ) according to one of the preceding claims, wherein the displacement piston ( 3 . 803 ) by a spring element ( 5 . 805 ) with the cylinder main part ( 10 . 810 ), so that the force of the spring element ( 5 . 805 ) can counteract the movement of the cylinder.

Displacement cylinder ( 1 . 501 . 800 ) according to one of the preceding claims, wherein the valve arrangement ( 40 . 840 . 860 ) is controllable, so that working medium ( 2 ) depending on the position of the displacement piston ( 3 . 803 ) in the cylinder main part ( 10 . 810 ) can flow in or out.

Displacement cylinder ( 1 . 501 . 800 ) according to one of the preceding claims, wherein the valve arrangement ( 40 . 840 . 860 ) of the cylinder main part ( 10 . 810 ) with an inlet ( 302 ) a turbine ( 204 ) connected is.

Displacement cylinder ( 1 . 501 . 800 ) according to claim 7, wherein the turbine ( 204 ): - a central container ( 311 ) having a liquid or gaseous operating medium at a first pressure, wherein the first pressure is greater or less than a second pressure of a medium, the central container ( 311 ) surrounds, - at least one outflow or inlet nozzle ( 303 ) for operating medium from or into the central container ( 311 ), which is designed so that the central container ( 311 ) is set in rotation at the outlet or entry of operating medium, wherein the Ausströmdüse preferably configured with an outlet direction radially outwards and provided with at least one guide surface, which is designed for an at least partial deflection of effluent working fluid in a tangential direction.

Displacement cylinder ( 1 . 501 . 800 ) according to claims 7 to 8, wherein the inlet ( 302 ) of the turbine ( 204 ) having: - a non-rotating part ( 411 ) connected to the valve assembly ( 40 . 840 . 860 ) of the displacement cylinder ( 1 . 501 . 800 ), - a rotating part ( 412 ) connected to the central container ( 311 ) of the turbine ( 204 ), and - a transitional component ( 413 ), in which the non-rotating component ( 411 ) close to the rotating portion ( 412 ), the transitional proportion ( 413 ) has a smaller passage cross-section than the non-rotating portion ( 412 ) and / or the rotating portion ( 411 ), so that a first pipe pressure in the transition portion ( 413 ) is smaller than a second pipe pressure in the non-rotating portion ( 412 ) and / or the rotating portion ( 411 ).

Displacement cylinder ( 1 . 501 . 800 ) according to one of claims 7 to 9, wherein between the displacement cylinder ( 1 . 501 . 800 ) and the turbine ( 204 ) a pressure vessel ( 203 ) for damping pressure variations.

Displacement cylinder ( 1 . 501 . 800 ) according to one of the preceding claims, wherein the cylinder main part ( 10 . 810 ) is rotatably mounted and the valve assembly ( 49 . 840 . 860 ) an exhaust valve ( 42 . 842 . 862 ), which is designed so that the outlet of working medium ( 2 ) through the outlet valve ( 42 . 842 . 862 ) the cylinder main part ( 10 . 810 ) rotated.

Displacement cylinder ( 1 . 501 . 800 ) according to claim 11, wherein a pressure vessel ( 503 ) is provided for damping of pressure variations such that effluent working medium ( 2 ) first into the pressure vessel ( 503 ) flows in and an outlet of the pressure vessel ( 503 ) is designed so that the discharge of working medium ( 2 ) from the outlet of the pressure vessel ( 503 ) the cylinder main part ( 10 . 810 ) and the pressure vessel ( 503 ) rotated.

System for generating energy with at least one displacement cylinder ( 1 . 501 . 800 ) according to claim 1 or 3 and a turbine ( 204 ), which with the displacement cylinder ( 1 . 501 . 800 ) according to claim 7, wherein the turbine ( 204 ) is suitable for generating electrical energy.

Method for providing a pressure difference in a working medium ( 2 ) using a displacement cylinder ( 1 . 501 ) according to claim 1, wherein the method comprises the steps: - providing a first temperature at the first cylinder section ( 11 ) and a second temperature at the second cylinder portion ( 12 ), which is lower than the first temperature, - moving the displacer ( 3 ) from the first cylinder section ( 11 ) in the second cylinder section ( 12 ), when the displacer piston ( 3 ) in the first cylinder section ( 11 ) or moving the displacer piston ( 3 ) from the second cylinder section ( 12 ) to the first cylinder section ( 11 ), when the displacer piston ( 3 ) in the second cylinder section ( 12 ), - moving working medium ( 2 ) from the second cylinder section ( 12 ) in the first cylinder section ( 11 ), when the displacer piston ( 3 ) from the first cylinder section ( 11 ) in the second cylinder section ( 12 ) or from the first cylinder section ( 11 ) in the second cylinder section ( 12 ), when the displacer piston ( 3 ) from the second cylinder section ( 12 ) in the first cylinder section ( 11 ), - discharge of working medium ( 2 ) with an outlet pressure through the valve assembly ( 40 ), when the pressure of the working medium ( 2 ) within the displacement cylinder ( 1 . 501 ) greater than the pressure of the medium outside the displacement cylinder ( 1 . 501 ), - admitting working medium ( 2 ) with an inlet pressure through the valve arrangement ( 40 ), when the pressure of the working medium ( 2 ) within the displacement cylinder ( 1 . 501 ) smaller than the pressure of the medium outside the displacement cylinder ( 1 . 501 ), wherein the steps of moving, discharging and admitting one Forming a circuit, wherein the displacement cylinder ( 1 . 501 ) returns to its initial state after each of these steps, and the cycle can start anew, and wherein the outlet pressure is higher than the inlet pressure.

Method for providing a pressure difference in a working medium ( 2 ) using a displacement cylinder ( 800 ) according to claim 3, wherein the method comprises the steps: - providing a first temperature at the first cylinder section ( 811 ) and a second temperature at the second cylinder portion ( 812 ), - moving the displacement piston ( 803 ) from the first cylinder section ( 811 ) in the second cylinder section ( 812 ), wherein the first valve arrangement ( 840 ) Working medium ( 2 ) with a third temperature which is lower than the first temperature, and admits an inlet pressure and the second valve arrangement ( 860 ) Working medium ( 2 ) with an outlet pressure, wherein the outlet pressure is greater than the inlet pressure, - moving the displacement piston ( 803 ) from the second cylinder section ( 812 ) in the first cylinder section ( 811 ), wherein the second valve arrangement ( 860 ) Working medium ( 2 ) with a third temperature, which is lower than the second temperature, and an inlet pressure admitting and the first valve arrangement ( 840 ) Working medium ( 2 ) with an outlet pressure, wherein the outlet pressure is greater than the inlet pressure, - wherein the steps of moving, discharging and inlet are coordinated so that they form a circuit, wherein the displacement cylinder ( 800 ) returns to its initial state after each of these steps, and the cycle can begin again.