DE102018212088B3

DE102018212088B3 - Thermoelectric or thermomechanical transducer and computer controlled or electronically controlled methods

Info

Publication number: DE102018212088B3
Application number: DE102018212088.9A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-07-19
Filing date: 2018-07-19
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2038-07-20
Also published as: WO2020015963A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen thermoelektrischen/thermomechanischen Wandler, der mindestens eine Vorrichtung zur Kompression/Expansion/Volumenänderung eines Arbeitsgases enthält mit einem exzentrisch in einem Flüssigkeitsring (17) um eine Rotationsachse (39) rotierenden Volumenänderungselement (40, 41, 42, 43). Das Volumenänderungselement umfasst mindestens einen Steg (7), der während der Rotation in den Flüssigkeitsring eintaucht. Eine senkrechte Projektion dieses Stegs auf eine Ebene senkrecht zur Rotationsachse umschließt die Rotationsachse vollständig. Dieser Steg begrenzt mindestens einen Volumenbereich des Arbeitsgases in Richtung entlang der Rotationsachse. Diese Begrenzung wird bei der Rotation des Volumenänderungselements um die Rotationsachse in einer Schnittebene, in der die Rotationsachse liegt, in Richtung entlang der Rotationsachse verlagert. Weiter betrifft die Erfindung ein computergesteuertes oder elektronisch gesteuertes Verfahren zum Betreiben des thermoelektrischen oder thermomechanischen Wandlers und ein computergesteuertes oder elektronisch gesteuertes Verfahren zum Betreiben von mindestens zwei thermoelektrischen oder thermomechanischen Wandlern, die mechanisch oder elektrisch miteinander gekoppelt sind.The invention relates to a thermoelectric / thermo-mechanical converter comprising at least one device for compression / expansion / volume change of a working gas with an eccentrically in a liquid ring (17) about a rotation axis (39) rotating volume change element (40, 41, 42, 43). The volume change element comprises at least one web (7) which dips into the liquid ring during rotation. A vertical projection of this web on a plane perpendicular to the axis of rotation completely encloses the axis of rotation. This web limits at least a volume range of the working gas in the direction along the axis of rotation. This boundary is displaced in the direction of the rotation of the volume change element about the axis of rotation in a sectional plane in which the axis of rotation lies, in the direction along the axis of rotation. Furthermore, the invention relates to a computer-controlled or electronically controlled method for operating the thermoelectric or thermomechanical transducer and a computer-controlled or electronically controlled method for operating at least two thermoelectric or thermomechanical transducers which are mechanically or electrically coupled to each other.

Description

Die Erfindung betrifft einen thermoelektrischen oder thermomechanischen Wandler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und computergesteuerte oder elektronisch gesteuerte Verfahren nach Anspruch 15 und 16.The invention relates to a thermoelectric or thermomechanical transducer according to the preamble of claim 1 and computer-controlled or electronically controlled method according to claim 15 and 16.

Stand der TechnikState of the art

Zur Umwandlung von Wärme/Kälte in mechanische/elektrische Energie oder umgekehrt in Temperaturbereichen von ca. -150°C bis 250°C werden heute oft Maschinen eingesetzt, die nach dem Clausius-Rankine-Kreisprozess oder nach dem Stirling-Prozess arbeiten. Dabei wird ein Arbeitsgas abwechselnd und bei meist unterschiedlichen Temperaturen komprimiert und expandiert, wobei es Wärmemengen abgibt oder aufnimmt. Zur Umwandlung von Wärme/Kälte in Wärme/Kälte bei gewissen anderen Temperaturen wird auch der Vuilleumier-Prozess genutzt. Auch andere Wirkprinzipen wie Adsorptions- oder Absorptions-Wärmepumpen gehören zum Stand der Technik.For the conversion of heat / cold into mechanical / electrical energy or vice versa in temperature ranges from about -150 ° C to 250 ° C are today often used machines that operate on the Clausius-Rankine cycle or after the Stirling process. In this case, a working gas is alternately compressed and expanded at mostly different temperatures, wherein it emits or absorbs amounts of heat. For the conversion of heat / cold into heat / cold at certain other temperatures, the Vuilleumier process is used. Other active principles such as adsorption or absorption heat pumps are state of the art.

Stirlingmaschinen und Maschinen nach dem Clausius-Rankine-Kreisprozess haben heute den Nachteil, dass ihre Herstellungskosten im Verhältnis zu den damit umwandelbaren Energiemengen oft nicht wirtschaftlich sind. Weiterhin haben sie meist Wirkungsgrade, die bedingt durch die technische Umsetzung weit schlechter sind als der ideale Carnot-Wirkungsgrad für Wärmekraftmaschinen bzw. Wärmepumpen.Stirling machines and machines according to the Rankine cycle process today have the disadvantage that their production costs are often not economical in relation to the amounts of energy convertible therewith. Furthermore, they usually have efficiencies that are far worse than the ideal Carnot efficiency for heat engines or heat pumps due to the technical implementation.

Dies hat unter anderem die folgenden Gründe:

1. Die Expansion und/oder Kompression des verwendeten Arbeitsmediums findet weitgehend adiabatisch und nicht isotherm statt,
2. die Wärmetauscherflächen sind zu klein oder die Kopplung der zu-/abgeführten Wärmemengen an das Arbeitsmedium nicht ausreichend, um einen Wärmeübergang zu gewährleisten, der das Arbeitsgas in der verfügbaren Zeit weit genug erwärmt/abkühlt,
3. beim Betrieb entstehen mechanische Reibungsverluste oder strömungsmechanische Reibungsverluste,
4. in Stirlingmaschinen existieren Toträume, so dass sich das Arbeitsgas während der Expansion oder Kompression nicht vollständig in den vorgesehenen Expansions- bzw. Kompressionsvolumina befindet.

This has the following reasons, among others:

1. The expansion and / or compression of the working medium used takes place largely adiabatically and not isothermally,
2. the heat exchanger surfaces are too small or the coupling of the supplied / discharged amounts of heat to the working medium is not sufficient to ensure a heat transfer that heats / cools the working gas far enough in the available time,
3. during operation, mechanical friction losses or fluidic friction losses occur
4. Dead spaces exist in Stirling engines, so that the working gas is not completely in the intended expansion or compression volumes during expansion or compression.

EP 2 657 497 B1 offenbart einen thermoelektrischen Wandler, der diese Probleme löst, indem er Wärmetauscher aufweist, die periodisch in Flüssigkeiten eintauchen. Diese Flüssigkeiten sind an die externen Wärmequellen/-senken gekoppelt. Vorteil davon ist, dass dieser thermoelektrische Wandler mit minimalen Toträumen auskommt, dass durch die Lage der Wärmetauscher in den Kompressions-/Expansionsräumen eine nahezu isotherme Kompression/Expansion stattfindet und dass durch vergleichsweise große Wärmetauscherflächen und durch das Eintauchen in die Flüssigkeit ein sehr guter Wärmeübergang zwischen den externen Wärmequellen/-senken und dem Arbeitsmedium gewährleistet ist. Alle vier oben beschriebenen Nachteile herkömmlicher Maschinen sind also hier wesentlich verbessert. EP 2 657 497 B1 discloses a thermoelectric converter that solves these problems by having heat exchangers that periodically dip in liquids. These fluids are coupled to the external heat sources / sinks. The advantage of this is that this thermoelectric converter manages with minimal dead space that takes place by the location of the heat exchanger in the compression / expansion spaces, a nearly isothermal compression / expansion and that by comparatively large heat exchanger surfaces and by immersion in the liquid a very good heat transfer between the external heat sources / sinks and the working medium is guaranteed. All four disadvantages of conventional machines described above are thus substantially improved here.

Die Nutzung des Prinzips der exzentrisch in einem Flüssigkeitsring rotierenden Welle für die Expansion/Kompression in einem thermodynamischen Kreisprozess ist in WO 93/20333 und in DE 10 2006 030 198 A1 offenbart. Beide nutzen das Prinzip der Flüssigkeitsringpumpen, bei denen auf der Drehachse Schaufelräder sitzen, deren Flächen parallel zur Drehachse angeordnet sind (d.h., wenn man die Drehachse senkrecht zu ihrer Achse in die Fläche der Schaufelräder verschieben würde, so würde die Achse innerhalb der Fläche liegen). Bei dieser den Flüssigkeitsringpumpen entsprechenden Anordnung kann ein sehr hoher Reibungsverlust bei der Bewegung der Schaufelräder durch den Flüssigkeitsring entstehen.The use of the principle of eccentrically rotating in a liquid ring shaft for the expansion / compression in a thermodynamic cycle is in WO 93/20333 and in DE 10 2006 030 198 A1 disclosed. Both use the principle of liquid ring pumps, in which sit on the rotation axis paddle wheels whose surfaces are arranged parallel to the axis of rotation (ie, if you would move the axis of rotation perpendicular to its axis in the surface of the paddle wheels, the axis would be within the area) , In this arrangement, the liquid ring pump can cause a very high friction loss in the movement of the paddle wheels through the liquid ring.

DE 1 915 777 offenbart einen Verdichter mit einer in einem Flüssigkeitsring rotierenden Schneckenwelle. DE 1 915 777 discloses a compressor having a worm shaft rotating in a liquid ring.

DE 1 628 292 offenbart eine Schraubenpumpe mit einer exzentrisch in einem Gehäuse gelagerten, angetriebenen Schraube als Welle und aufgesetzter Schraubenwendel. Durch Antreiben des Gehäuses bildet sich in seinem Inneren ein Flüssigkeitsring aus, in den die Schraubenwendel teilweise eintauchen. DE 1 628 292 discloses a screw pump with an eccentrically mounted in a housing, driven screw as a shaft and attached coil helix. By driving the housing, a liquid ring is formed in its interior, in which the helical coil partially submerge.

DE 883 565 offenbart eine selbstansaugende, nach dem Prinzip der Wasserringluftpumpe arbeitende Kreiselpumpe mit einem im Gehäuse exzentrisch umlaufenden Schneckenrad. DE 883 565 discloses a self-priming, working on the principle of water ring air pump centrifugal pump with a worm wheel eccentrically rotating in the housing.

DE 10 2013 211 084 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpe und eine Wärmepumpe, wobei ein Fluid mittels wenigstens einer Kondensationseinrichtung kondensiert wird, das Fluid mittels wenigstens einer Expansionseinrichtung expandiert wird, das Fluid mittels wenigstens einer Verdampfungseinrichtung verdampft wird, das Fluid mittels einer Verdichtungseinrichtung verdichtet wird, wobei beim Verdichten eine ionische Flüssigkeit eingesetzt wird. DE 10 2013 211 084 A1 discloses a method for operating a heat pump and a heat pump, wherein a fluid is condensed by means of at least one condensing device, the fluid is expanded by means of at least one expansion device, the fluid is vaporized by means of at least one evaporation device, the fluid is compressed by means of a compression device, wherein during compression an ionic liquid is used.

Aufgabe task

Die zu lösende Aufgabe ist gegeben durch das Bereitstellen eines thermoelektrischen oder thermomechanischen Wandlers unter der Verwendung von periodisch in eine Flüssigkeit eintauchenden Wärmetauscherelementen, der aber eine hohe Leistung, geringe Reibung und geringe Herstellungskosten pro Leistung ermöglicht.The object to be achieved is given by the provision of a thermoelectric or thermomechanical transducer with the use of periodically immersed in a liquid heat exchanger elements, but which allows high performance, low friction and low production costs per power.

Lösungsolution

Diese Aufgabe wird gelöst durch den thermoelektrischen oder thermomechanischen Wandler nach Anspruch 1 und computergesteuerte oder elektronisch gesteuerte Verfahren nach Anspruch 15 und 16. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen offenbart.This object is achieved by the thermoelectric or thermo-mechanical transducer according to claim 1 and computer controlled or electronically controlled method according to claim 15 and 16. Preferred embodiments are disclosed in the subclaims.

Der thermoelektrische oder thermomechanische Wandler umfasst mindestens eine Vorrichtung zur Kompression oder Expansion oder Volumenänderung eines Arbeitsgases mit einem exzentrisch in einem Flüssigkeitsring um eine Rotationsachse rotierenden Volumenänderungselement. Das rotierende Volumenänderungselement umfasst mindestens einen Steg, der derart ausgebildet ist, dass der mindestens eine Steg während der Rotation in den Flüssigkeitsring eintaucht. Eine senkrechte Projektion des mindestens einen Stegs auf eine Ebene senkrecht zu der Rotationsachse umschließt die Rotationsachse vollständig. Der mindestens eine Steg ist weiter derart ausgebildet, dass er mindestens einen Volumenbereich des Arbeitsgases in Richtung entlang der Rotationsachse begrenzt. Diese Begrenzung wird bei einer Rotation des Volumenänderungselements um die Rotationsachse in einer Schnittebene, in der die Rotationsachse liegt, in Richtung entlang der der Rotationsachse verlagert. Zusätzlich ist ein Wärmetauscher oder ein Regenerator zum Austausch von Wärmemengen zwischen einem komprimierten und einem expandierten Arbeitsgas vorgesehen.The thermoelectric or thermomechanical converter comprises at least one device for compression or expansion or volume change of a working gas with a volume change element eccentrically rotating in a liquid ring about a rotation axis. The rotating volume-changing element comprises at least one web which is designed such that the at least one web dips into the liquid ring during the rotation. A vertical projection of the at least one web on a plane perpendicular to the axis of rotation completely encloses the axis of rotation. The at least one web is further configured such that it delimits at least one volume region of the working gas in the direction along the axis of rotation. This boundary is displaced in a direction along the axis of rotation during rotation of the volume-changing element about the axis of rotation in a sectional plane in which the axis of rotation lies. In addition, a heat exchanger or a regenerator for exchanging amounts of heat between a compressed and an expanded working gas is provided.

Die vorliegende Erfindung nutzt und verbessert das Prinzip von Flüssigkeitsringpumpen, bei denen eine Expansion oder Kompression eines Arbeitsmediums in den Räumen zwischen einem exzentrisch im Flüssigkeitsring rotierenden Volumenänderungselement und dem Flüssigkeitsring stattfindet. Mittels dieser Expansion und Kompression des Arbeitsmediums kann insbesondere ein Clausius-Rankine-Kreisprozess oder ein Stirling-Kreisprozess realisiert werden.The present invention utilizes and enhances the principle of liquid ring pumps in which expansion or compression of a working medium takes place in the spaces between an eccentrically rotating volume change element in the liquid ring and the liquid ring. By means of this expansion and compression of the working medium in particular a Clausius-Rankine cycle or a Stirling cycle can be realized.

Zum Austausch von Wärmemengen zwischen einem komprimierten und einem expandierten Arbeitsgas ist in der Clausius-Rankine-Variante ein Wärmetauscher zum Austausch der Temperaturen zwischen dem komprimierten Arbeitsgas (oder auch von kondensiertem Arbeitsgas/Arbeitsmedium) und dem expandierten Arbeitsgas vorgesehen. Bei der Stirling-Variante ist dies alternativ ein Regenerator, der beim Durchströmen des Arbeitsgases in die eine Richtung dieses Arbeitsgas abkühlt und Wärmeenergie von ihm aufnimmt, und beim Durchströmen des Arbeitsgases in die andere Richtung das Arbeitsgas erwärmt und entsprechend Wärmenergie an dieses abgibt. Der Regenerator ist ein Medium mit großer Oberfläche, das gut Wärme aus dem durchströmenden Arbeitsgas aufnehmen/abgeben kann, z.B. eine feine Metallwolle oder Metallspäne oder ein poröses Sintermetallgebilde. Der Wärmetauscher oder der Regenerator kann beispielsweise innerhalb des rotierenden Volumenänderungselements vorgesehen sein oder mit dem äußeren, drehbaren Gehäuse verbunden sein. Er kann auch mit dem rotierenden Volumenänderungselement oder mit dem äußeren, drehbaren Gehäuse mitrotierend vorgesehen sein. So kann der Wärmetauscher oder der Regenerator innerhalb einer Nabe des rotierenden Volumenänderungselements oder innerhalb einer Gehäusewand des äußeren, drehbaren Gehäuses angeordnet sein. Das rotierende Volumenänderungselement oder die Gehäusewand kann dann Öffnungen aufweisen, um Arbeitsgas zu dem Wärmetauscher/Regenerator zuzuleiten und von diesem abzuleiten.For exchanging amounts of heat between a compressed and an expanded working gas, a heat exchanger for exchanging the temperatures between the compressed working gas (or also of condensed working gas / working medium) and the expanded working gas is provided in the Clausius-Rankine variant. In the Stirling variant, this is alternatively a regenerator, which cools when flowing through the working gas in the one direction of this working gas and absorbs heat energy from him, and heated when flowing the working gas in the other direction, the working gas and correspondingly gives off heat energy to this. The regenerator is a high surface area medium that can readily absorb heat from the working gas flowing through, e.g. a fine metal wool or metal chips or a porous sintered metal structure. The heat exchanger or the regenerator may be provided, for example, within the rotating volume changing element or connected to the outer rotatable housing. It can also be provided co-rotating with the rotating volume changing element or with the outer, rotatable housing. Thus, the heat exchanger or the regenerator may be disposed within a hub of the rotary volume changing element or within a housing wall of the outer rotatable housing. The rotating volume changing element or housing wall may then have openings to supply and discharge working gas to and from the heat exchanger / regenerator.

Reibungsverluste zwischen den Flüssigkeitsringen und dem Gehäuse können wesentlich reduziert werden durch Vorsehen mindestens eines schrauben- oder spiral- oder schneckenförmigen Stegs. Eine Außenkante des mindestens einen Stegs kann eine Kurve bilden, die eine geschlossene Linie ist, die nicht in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse liegt. Der mindestens eine Steg kann die Rotationsachse umschließen und kann mindestens eine Oberfläche umfassen, die nicht senkrecht zur Rotationsachse verläuft. Der Flüssigkeitsring kann dabei durch die Drehung des Volumenänderungselements, beispielsweise einer Schneckenwelle, in Rotation versetzt (oder umgekehrt) werden, d.h. beide sind durch den mindestens einen Steg der Schneckenwelle mechanisch miteinander gekoppelt. Die Kompression des Arbeitsgases geschieht, indem es durch die Schneckenwelle im Hohlraum (einem Volumenbereich des Arbeitsgases) zwischen Nabe und Flüssigkeitsring eingeschlossen und in Richtung entlang der Rotationsachse befördert wird und dabei der Volumenbereich und somit das Volumen des darin eingeschlossenen Arbeitsgases durch die abnehmende Steigung des mindestens einen spiral- oder schneckenförmigen Stegs und/oder durch den anwachsenden Durchmesser der Nabe verkleinert wird (bei der Expansion ist es entsprechend umgekehrt). Umgekehrt kann auch ein unter Überdruck stehendes Arbeitsgas die als Expansionsvorrichtung ausgeführte Schneckenwelle antreiben, wobei sein Druck abnimmt.Friction losses between the liquid rings and the housing can be substantially reduced by providing at least one helical or spiral or helical land. An outer edge of the at least one land may form a curve that is a closed line that is not in a plane perpendicular to the axis of rotation. The at least one web may enclose the axis of rotation and may include at least one surface that is not perpendicular to the axis of rotation. The liquid ring may be rotated (or vice versa) by the rotation of the volume changing element, for example a worm shaft. both are mechanically coupled together by the at least one web of the worm shaft. The compression of the working gas is done by being trapped by the worm shaft in the cavity (a volume region of the working gas) between the hub and the liquid ring and being conveyed in the direction along the axis of rotation and thereby the volume range and thus the volume of the working gas enclosed therein by the decreasing slope of the at least a spiral or helical web and / or reduced by the increasing diameter of the hub (in the expansion, it is correspondingly reversed). Conversely, a pressurized working gas can drive the expansion shaft designed as a worm shaft, whereby its pressure decreases.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung zwei Flüssigkeitsringe auf und zwei Gruppen (jeweils mindestens einen Steg) von Stegen, die jeweils einem Flüssigkeitsring zugeordnet sind. Die beiden Flüssigkeitsringe sind zumindest im Betrieb der Vorrichtung voneinander räumlich getrennt, z.B. durch eine Trennwand. Jede Gruppe von Stegen kann jeweils einen eigenen spiral- oder schneckenförmigen Steg (also insgesamt mindestens zwei) bilden oder jeweils einen Steg (also insgesamt mindestens zwei), dessen Außenkante jeweils eine geschlossene Linie bildet, der die Rotationsachse umschließt und der mindestens eine Oberfläche umfasst, die nicht senkrecht zur Rotationsachse verläuft. Ein Flüssigkeitsring mit einer Gruppe von Stegen kann zur Komprimierung des Arbeitsgases dienen, wobei der andere Flüssigkeitsring mit der anderen Gruppe von Stegen zur Expansion des Arbeitsgases dient. Preferably, the device comprises two liquid rings and two groups (each at least one web) of webs, which are each associated with a liquid ring. The two liquid rings are spatially separated from each other, at least during operation of the device, for example by a partition wall. Each group of webs can each form its own spiral or spiral-shaped web (that is to say a total of at least two) or in each case one web (thus altogether at least two), the outer edge of which forms a closed line which encloses the axis of rotation and which comprises at least one surface, which is not perpendicular to the axis of rotation. A liquid ring with a group of webs can serve to compress the working gas, wherein the other liquid ring with the other group of webs serves to expand the working gas.

Der thermoelektrische oder thermomechanische Wandler kann ausgebildet sein:

- zum Umwandeln von mechanischer Energie in Wärme und /oder Kälte (thermomechanischer Wandler) oder
- zum Umwandeln von elektrischer Energie in Wärme und /oder Kälte (thermoelektrischer Wandler) oder
- zur Erzeugung von mechanischer Energie mittels der Nutzung von Wärmequelle(n) und Wärmesenke(n) mit unterschiedlichen Temperaturen (thermomechanischer Wandler) oder
- zur Umwandlung von elektrischer Energie mittels der Nutzung von Wärmequelle(n) und Wärmesenke(n) mit unterschiedlichen Temperaturen (thermoelektrischer Wandler) oder
- zur Umwandlung von Wärmemengen mit bestimmten Temperaturen in Wärmemengen mit bestimmten anderen Temperaturen, wobei zusätzlich mechanische/elektrische Energie erzeugt werden kann oder zum Antrieb verwendet werden kann (thermomechanischer oder thermoelektrischer Wandler).

The thermoelectric or thermomechanical transducer may be formed:

- For converting mechanical energy into heat and / or cold (thermo-mechanical converter) or
- For converting electrical energy into heat and / or cold (thermoelectric converter) or
- To generate mechanical energy by using heat source (s) and heat sink (s) with different temperatures (thermo-mechanical converter) or
- For the conversion of electrical energy by the use of heat source (s) and heat sink (s) with different temperatures (thermoelectric converter) or
- For the conversion of amounts of heat at certain temperatures in amounts of heat at certain other temperatures, in addition mechanical / electrical energy can be generated or used to drive (thermomechanical or thermoelectric converter).

Die Wärme/Kälte kann mittels Flüssigkeiten als Wärmeträger an diesen thermoelektrischen oder thermomechanischen Wandler gekoppelt werden. Daher liegt sein Einsatzbereich vorzugsweise auch bei Temperaturen und Drücken, bei denen die verwendeten Stoffe flüssig sind.The heat / cold can be coupled by means of liquids as a heat transfer medium to this thermoelectric or thermo-mechanical converter. Therefore, its range of use is preferably also at temperatures and pressures at which the materials used are liquid.

Die Erfindung ersetzt herkömmliche Wärmepumpen, Wärmekraftmaschinen oder Vorrichtungen zum Umwandeln von (Ab-)Wärme oder Wärmemengen mit gewissen Temperaturunterschieden in Nutzwärme und/oder Nutzkälte. Die Erfindung zeichnet sich durch besonders hohe Wirkungsgrade aus sowie durch Verschleißarmut und einen vergleichsweise einfachen und kostengünstigen Aufbau. Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Ausführungsform eines thermoelektrischen oder thermomechanischen Wandlers unter der Verwendung von periodisch in eine Flüssigkeit eintauchenden Wärmetauscherelementen (z.B. Stegen), die aber eine deutlich höhere Leistung, geringere Reibung und geringere Herstellungskosten pro Leistung ermöglicht.The invention replaces conventional heat pumps, heat engines or devices for converting (waste) heat or heat quantities with certain temperature differences in useful heat and / or useful cold. The invention is characterized by particularly high efficiencies and low wear and a relatively simple and inexpensive construction. The present invention describes an embodiment of a thermoelectric or thermomechanical transducer employing heat exchange elements (e.g., lands) that periodically dip into a liquid, but which provides significantly higher performance, lower friction, and lower manufacturing costs per power.

Die Stege können zusammengenommen eine Schraubenform oder eine Spiralform oder eine Schneckenform aufweisen und schrauben- oder spiral- oder schneckenförmig um eine Nabe des Volumenänderungselements angeordnet sein, wobei sich vorzugsweise eine Steigung der Schrauben- oder Spiral- oder Schneckenform und/oder vorzugsweise ein Durchmesser der Nabe sich entlang der Rotationsachse verändern.The webs taken together may have a helical or spiral shape or a helical shape and be helical or helical or helical around a hub of the volume changing element, preferably a pitch of the helical or helical or helical shape and / or preferably a diameter of the hub to change along the axis of rotation.

Mindestens eine äußere Wärmequelle kann zum Zuführen und/oder mindestens eine äußere Wärmesenke zum Abführen von Wärmemengen thermisch an den Flüssigkeitsring gekoppelt sein, und zwar vorzugsweise durch eine entsprechende Zuleitung und/oder Ableitung von Flüssigkeit oder durch Rohre, die in den Flüssigkeitsring eintauchen. Die externen Wärmequellen oder -senken können Vorrichtungen zur Nutzung oder Speicherung der erzeugten Nutzwärme oder Nutzkälte sein wie z.B. eine Heiz- oder Kühlvorrichtung oder ein thermischer Wärmespeicher oder Latentwärmespeicher (z.B. Eisspeicher), und/oder die Quellen/Senken der Wärmemengen sein, die zum Antrieb der Maschine genutzt werden. So kann auf zusätzliche Wärmetauscher verzichtet werden, und der Wärmeübertrag zwischen externen Wärmequellen oder -senken und Arbeitsmedium kann so weitgehend isotherm und ohne große Temperaturgradienten erfolgen.At least one external heat source may be thermally coupled to the liquid ring for delivery and / or at least one external heat sink for dissipating heat, preferably by a respective supply and / or discharge of liquid or by pipes immersed in the liquid ring. The external heat sources or sinks may be devices for utilizing or storing the generated useful heat or useful refrigeration, such as e.g. a heating or cooling device, or a thermal heat storage or latent heat storage (e.g., ice storage), and / or the sources / sinks of heat used to drive the machine. Thus, it is possible to dispense with additional heat exchangers, and the heat transfer between external heat sources or sinks and working medium can thus be largely isothermal and without large temperature gradients.

Der thermoelektrische oder thermomechanische Wandler kann zusätzliche Wärmeübertragungselemente zwischen dem Flüssigkeitsring und dem Arbeitsgas umfassen, vorzugsweise zusätzliche Stege oder an der Nabe befestigte Metallplatten, Metallscheiben, Metallnetze und/oder Stäbe.The thermoelectric or thermomechanical transducer may include additional heat transfer elements between the liquid ring and the working gas, preferably additional lands or hub-mounted metal plates, metal disks, metal nets and / or rods.

Der thermoelektrische oder thermomechanische Wandler kann ein oder mehrere drehbare Gehäuse zur Aufnahme des Flüssigkeitsrings umfassen.The thermoelectric or thermomechanical transducer may include one or more rotatable housings for receiving the fluid ring.

Mindestens eine verwendete Flüssigkeit kann Wasser, flüssiges CO₂, ein Thermoöl oder ein anderes Öl, Ethanol oder ein anderer Alkohol sein oder ein Stoff sein mit einem Siedepunkt, bei einem Umgebungsdruck von 1 bar, zwischen -200°C und 80°C und besonders bevorzugt zwischen -50°C und 80°C.At least one liquid used may be water, liquid CO ₂ , thermal oil or other oil, ethanol or other alcohol or a substance having a boiling point, at an ambient pressure of 1 bar, between -200 ° C and 80 ° C and more particularly preferably between -50 ° C and 80 ° C.

Das Arbeitsgas kann ein gasförmiger Aggregatzustand einer der verwendeten Flüssigkeiten sein.The working gas may be a gaseous state of matter of one of the liquids used.

Das Arbeitsgas kann Luft, Stickstoff, CO₂, Helium, Ethanol-Dampf, Wasserstoff, Wasserdampf sein oder ein Stoff sein mit einem Siedepunkt, bei einem Umgebungsdruck von 1 bar, zwischen -200°C und 80°C und besonders bevorzugt zwischen -50°C und 80°C. The working gas may be air, nitrogen, CO ₂ , helium, ethanol vapor, hydrogen, water vapor or a substance having a boiling point at an ambient pressure of 1 bar, between -200 ° C and 80 ° C and more preferably between -50 ° C and 80 ° C.

Für eine Expansion des Arbeitsgases können ein Drosselventil und/oder für eine Kompression des Arbeitsgases oder des flüssigen Kondensats des Arbeitsgases eine Pumpe vorgesehen sein.For an expansion of the working gas, a throttle valve and / or for a compression of the working gas or the liquid condensate of the working gas may be provided a pump.

Weiter betrifft die Erfindung ein computergesteuertes oder elektronisch gesteuertes Verfahren zum Betreiben eines thermoelektrischen oder thermomechanischen Wandlers wie oben oder weiter unten beschrieben, wobei das Volumenänderungselement derart gesteuert wird, dass während einer Kompression des Arbeitsgases dieses teilweise bis ganz kondensiert und während einer anschließenden Expansion verdampft.Further, the invention relates to a computer controlled or electronically controlled method of operating a thermoelectric or thermomechanical transducer as described above or below, wherein the volume change element is controlled such that during compression of the working gas it partially or completely condenses and vaporizes during a subsequent expansion.

Weiter betrifft die Erfindung ein computergesteuertes oder elektronisch gesteuertes Verfahren zum Betreiben von mindestens zwei thermoelektrischen oder thermomechanischen Wandlern wie oben oder weiter unten beschrieben, die derart mechanisch oder elektrisch miteinander gekoppelt sind, dass einer der thermoelektrischen oder thermomechanischen Wandler einen anderen antreiben kann und so aus Wärmemengen mit ersten Temperaturen Wärmemengen mit zweiten Temperaturen erzeugt werden können, wobei die ersten und die zweiten Temperaturen verschieden voneinander sind.Further, the invention relates to a computer-controlled or electronically controlled method of operating at least two thermoelectric or thermomechanical transducers as described above or below which are mechanically or electrically coupled to one another such that one of the thermoelectric or thermomechanical transducers can drive another and so on can be generated at first temperatures amounts of heat at second temperatures, wherein the first and the second temperatures are different from each other.

Dies kann sinnvoll zur Nutzung von (Ab-)Wärme zur Erzeugung von Nutzwärme oder -kälte (zur Klimatisierung von Gebäuden oder Fahrzeugen aus Umgebungs- oder Abwärme, zur Erzeugung von Wärme/Kälte für industrielle Prozesse, zur Umformung von Wärme aus Wärmespeichern in Nutzwärme mit anderen Temperaturen, ...) sein.This can be useful for the use of (waste) heat for the production of useful heat or cold (for air conditioning of buildings or vehicles from ambient or waste heat, for the production of heat / cold for industrial processes, for the transformation of heat from heat storage in useful heat with other temperatures, ...).

Es kann vorgesehen sein, zwei entsprechende thermoelektrische oder thermomechanische Wandler/Wandlermodule mit Flüssigkeitsringen derart flexibel miteinander zu koppeln, dass dabei Wärme/Kälte (vorzugsweise eine Wärmequelle und eine Wärmesenke mit unterschiedlichen Temperaturen) dazu genutzt werden kann, Nutzwärme und/oder Nutzkälte aus Wärmemengen mit anderen Temperaturen zu erzeugen. Mit „flexibel koppeln“ ist dabei gemeint, dass die Parameter wie Exzentrizität, Drehgeschwindigkeit, Abmessungen, Druck und/oder Form der Schneckenwelle auch während des Betriebs derart verändert werden können, dass sich so die erzeugten Temperaturen, Wärmemengen und Strombedarf/-erzeugung flexibel einstellen lassen. So lassen sich u.a. Wärmedifferenzen mit nur geringem Temperaturunterschied (z.B. aus Abwärme) „aufkonzentrieren“ zu nutzbaren Wärmemengen mit höherem Temperaturunterschied.It can be provided to flexibly couple two corresponding thermoelectric or thermomechanical transducer / transducer modules with liquid rings such that heat / cold (preferably a heat source and a heat sink with different temperatures) can be used to provide useful heat and / or useful cooling from heat quantities to produce other temperatures. By "couple flexibly" is meant that the parameters such as eccentricity, rotational speed, dimensions, pressure and / or shape of the worm shaft can also be changed during operation so that flexibly adjust the generated temperatures, heat quantities and power requirements / generation to let. So can u.a. Heat differences with only a slight difference in temperature (for example, from waste heat) "concentrate" to usable heat with a higher temperature difference.

Die beigefügten Figuren stellen beispielhaft zum besseren Verständnis und zur Veranschaulichung Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung dar. Es zeigt:

1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines thermoelektrischen oder thermomechanischen Wandlers zur Realisierung des Clausius-Rankine-Kreisprozesses,
2 einen Schnitt senkrecht zur Drehachse an der in 1 dargestellten Position A,
3 einen Schnitt senkrecht zur Drehachse an der in 1 dargestellten Position B,
4 eine räumliche Ansicht des thermoelektrischen oder thermomechanischen Wandlers aus 1,
5 den Weg des Arbeitsgases durch die erste Ausführungsform anhand von Pfeilen,
6a eine Schneckenwelle mit Einfach-Helix,
6b eine Schneckenwelle mit Doppelhelix,
7 die in 1 beschriebene Ausführungsform mit einer zusätzlichen Kompressionsstufe und einer zusätzlichen Expansionsstufe,
8 eine zweite Ausführungsform des thermoelektrischen oder thermomechanischen Wandlers,
9 eine dritte Ausführungsform des thermoelektrischen oder thermomechanischen Wandlers zur Realisierung eines Stirling-Kreisprozesses,
10a die erste Ausführungsform, die als Wärmepumpe betrieben werden kann,
10b eine erste Variante, bei der je zwei in sich geschlossene Clausius-Rankine-Gaskreisprozesse miteinander und mit einem Motor/Generator mechanisch mittels gemeinsamer Welle gekoppelt sind,
10c eine zweite Variante, bei der der Gas-Kreisprozess nicht vollständig geschlossen ist, sondern an einer Stelle mit der Umgebungsluft gekoppelt ist und
10d eine dritte Variante, bei der der Gas-Kreisprozess nicht vollständig geschlossen ist, sondern an einer Stelle mit der Umgebungsluft gekoppelt ist.

The attached figures represent by way of example for better understanding and illustration aspects and embodiments of the invention. It shows:

1 1 is a sectional view of a first embodiment of a thermoelectric or thermo-mechanical converter for the realization of the Rankine cycle,
2 a section perpendicular to the axis of rotation at the in 1 position shown A .
3 a section perpendicular to the axis of rotation at the in 1 position shown B .
4 a spatial view of the thermoelectric or thermomechanical transducer 1 .
5 the way of the working gas by the first embodiment with arrows,
6a a worm shaft with single helix,
6b a worm shaft with double helix,
7 in the 1 described embodiment with an additional compression stage and an additional expansion stage,
8th a second embodiment of the thermoelectric or thermomechanical transducer,
9 A third embodiment of the thermoelectric or thermo-mechanical converter for realizing a Stirling cycle,
10a the first embodiment, which can be operated as a heat pump,
10b a first variant in which two self-contained Clausius-Rankine gas cycle processes are mechanically coupled to each other and to a motor / generator by means of a common shaft,
10c a second variant in which the gas cycle is not completely closed, but is coupled at one point with the ambient air and
10d a third variant in which the gas cycle is not completely closed, but is coupled at one point with the ambient air.

1 zeigt eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines thermoelektrischen oder thermomechanischen Wandlers zur Realisierung des Clausius-Rankine-Kreisprozesses. Der thermoelektrische oder thermomechanische Wandler, der auf einer feststehenden Trägerstruktur 1 angeordnet ist, umfasst einen Motor/Generator 8 und ein drehbares Gehäuse 9, in dem zwei Kammern 31, 32 ausgebildet sind. Die beiden Kammern 31, 32 sind durch eine Trennwand 10 voneinander getrennt. Die Trennwand 10 ist derart mit dem Gehäuse 9 verbunden, dass sie zusammen mit ihm drehbar ist. Mit der Trennwand 10 ist ein Dichtzylinder 12 verbunden, und die Trennwand 10 weist eine Öffnung 13 auf, durch die eine Welle 5 und ein Wärmetauscher 14 verläuft. Die Trennwand 10 vermeidet, dass sich die Flüssigkeiten in den beiden Kammern 31, 32 vermischen. Zudem ist vorteilhaft, wenn die Trennwand 10 gut isoliert ist, um einen Wärmeaustausch zwischen den Flüssigkeitsringen 17 und den Gasen 34 in den beiden Kammern 31, 32 zu verhindern. 1 shows a sectional view of a first embodiment of a thermoelectric or thermomechanical transducer for the realization of the Rankine cycle process. The thermoelectric or thermo-mechanical converter operating on a fixed support structure 1 is arranged, includes a motor / generator 8th and a rotatable housing 9 in which two chambers 31 . 32 are formed. The two chambers 31 . 32 are through a partition 10 separated from each other. The partition 10 is so with the housing 9 connected so that it is rotatable together with him. With the partition 10 is a sealing cylinder 12 connected, and the partition 10 has an opening 13 on, through which a wave 5 and a heat exchanger 14 runs. The partition 10 avoids that the liquids in the two chambers 31 . 32 mix. It is also advantageous if the partition 10 is well insulated to heat exchange between the liquid rings 17 and the gases 34 in the two chambers 31 . 32 to prevent.

Der thermoelektrische oder thermomechanische Wandler umfasst zudem Aufnahmen 2 für die Lager 3 der Welle 5 und die Lager 4 des drehbaren Gehäuses 9. Die Welle 5 ist exzentrisch zur Drehachse des Gehäuses angeordnet. Auf der Welle 5 sind zwei Schneckenwellen 40 (Volumenänderungselement) angeordnet, eine in jeder der beiden Kammern 31, 32, und die Welle 5 koppelt die Schneckenwellen, den Motor/Generator 8 und den Wärmetauscher 14 mechanisch miteinander. In dem Wärmetauscher 14, d.h., innerhalb einer Außenwand 33 des Wärmetauschers 14, verlaufen die Rohre 18, die an der Mantelfläche des Wärmetauschers 14 Öffnungen aufweisen. Die Schneckenwellen 40 umfassen jeweils eine Nabe 6 mit jeweils einem daran schrauben- oder spiral- oder schneckenförmig angebrachten Steg 7. Die Naben 6 weisen entlang ihrer Länge einen zunehmenden Durchmesser auf, wobei die Schneckenwellen 40 in den Kammern 31, 32 derart angeordnet sind, dass der Durchmesser zu der Trennwand 10 hinzunimmt. Die Steigung der Stege 7 nimmt zur Seite mit dem größeren Durchmesser ab. Die Schneckenwellen 40 können um eine Rotationsachse 39 gedreht werden.The thermoelectric or thermomechanical transducer also includes recordings 2 for the bearings 3 the wave 5 and the camps 4 of the rotatable housing 9 , The wave 5 is arranged eccentrically to the axis of rotation of the housing. On the wave 5 are two worm shafts 40 (Volume change element) arranged, one in each of the two chambers 31 . 32 , and the wave 5 couples the worm shafts, the motor / generator 8th and the heat exchanger 14 mechanically with each other. In the heat exchanger 14 ie, within an outer wall 33 of the heat exchanger 14 , the pipes are lost 18 attached to the lateral surface of the heat exchanger 14 Have openings. The worm shafts 40 each include a hub 6 each with a screw-on or helical or helical mounted web 7 , The hubs 6 have an increasing diameter along their length, with the worm shafts 40 in the chambers 31 . 32 are arranged such that the diameter to the partition wall 10 should take. The slope of the bridges 7 take off to the side with the larger diameter. The worm shafts 40 can be around a rotation axis 39 to be turned around.

Jede der beiden Kammern 31, 32 weist eine Ablaufleitung 15 und eine nicht dargestellte Zulaufleitung (siehe 4) auf, die durch Löcher in den Aufnahmen 2 verlaufen und innerhalb der Kammern 31, 32 bis zu einem gewünschten Niveau eines Flüssigkeitsrings 17 ragen.Each of the two chambers 31 . 32 has a drain line 15 and a feed line, not shown (see 4 ), through holes in the recordings 2 run and inside the chambers 31 . 32 to a desired level of a liquid ring 17 protrude.

Anhand von 1 wird eine Funktion des thermoelektrischen oder thermomechanischen Wandlers in der Verwendung als Wärmepumpe beschrieben. Der Motor/Generator 8 versetzt die beiden Schneckenwellen 40, die auf der Welle 5 angeordnet sind, über diese Welle 5 in eine Drehbewegung. Dadurch werden auch die Flüssigkeiten in den beiden Kammern 31, 32, in denen die zwei Schneckenwellen 40 liegen, in Rotation versetzt, so dass die Flüssigkeiten jeweils einen Flüssigkeitsring 17 in den jeweiligen Kammern 31, 32 ausbilden.Based on 1 For example, a function of the thermoelectric or thermomechanical transducer in use as a heat pump will be described. The engine / generator 8th displaces the two worm shafts 40 that on the shaft 5 are arranged over this shaft 5 in a rotary motion. This will also affect the fluids in the two chambers 31 . 32 in which are the two worm shafts 40 lie in rotation, so that the liquids each have a liquid ring 17 in the respective chambers 31 . 32 form.

Durch diese Rotation der Flüssigkeitsringe 17 wird auch das drehbare Gehäuse 9 in Rotation versetzt, so dass kaum Reibung zwischen den Flüssigkeitsringen 17 und der Gehäusewand entsteht. Da die Welle 5 der Schneckenwellen 40 exzentrisch zur Drehachse des Gehäuses 9 und somit zu den Flüssigkeitsringen 17 angeordnet ist, bildet sich auf einer Seite der Schneckenwellen 40 jeweils mindestens ein Hohlraum aus, der jedoch auf der gegenüberliegenden Seite der Schneckenwellen 40 durch den jeweiligen Flüssigkeitsring 17 abgedichtet ist (siehe hierzu auch Querschnitt in 2).Through this rotation of the liquid rings 17 will also be the rotatable housing 9 set in rotation, leaving little friction between the liquid rings 17 and the housing wall is created. Because the wave 5 the worm shafts 40 eccentric to the axis of rotation of the housing 9 and thus to the liquid rings 17 is arranged forms on one side of the worm shafts 40 each at least one cavity, but on the opposite side of the screw shafts 40 through the respective liquid ring 17 is sealed (see also cross section in 2 ).

Zwischen den Stegen 7 der Schneckenwellen 40 bilden sich in diesen Hohlräumen nun vollständig nach außen abgedichtete Volumina des Arbeitsgases, die durch die Rotation der Schneckenwellen 40 in der einen Kammer 31 (in diesem Beispiel rechts) entlang der Rotationsachse 39 zur Mitte hin befördert und dort wieder geöffnet werden, und in der anderen Kammer 32 (in diesem Beispiel links) entsprechend von der Mitte entlang der Rotationsachse 39 nach außen befördert werden. Durch die zur Mitte hin abnehmende Steigung der Stege 7 der Schneckenwellen 40 und durch den zunehmenden Durchmesser der Nabe 6 wird das Gas auf seiner Beförderung von der rechten Kammer 31 zur Mitte hin verdichtet, während es in der linken Kammer 32 auf seinem Weg aus der Mitte heraus nach links expandiert wird. Entsprechend wird das Gas in der rechten Kammer 31 erwärmt und in der linken Kammer 32 abgekühlt, wobei zusätzlich Kondensation und Verdampfung auftreten können.Between the bridges 7 the worm shafts 40 now completely outwardly sealed volumes of the working gas formed in these cavities, by the rotation of the screw shafts 40 in the one chamber 31 (in this example right) along the axis of rotation 39 transported to the center and reopened there, and in the other chamber 32 (in this example, left) corresponding to the center along the axis of rotation 39 be transported to the outside. Due to the decreasing to the middle slope of the webs 7 the worm shafts 40 and by the increasing diameter of the hub 6 the gas is being transported from the right chamber 31 compressed to the middle, while in the left ventricle 32 on its way out of the center it expands to the left. Accordingly, the gas in the right chamber 31 heated and in the left chamber 32 cooled, with additional condensation and evaporation can occur.

Durch den engen Kontakt zu den Flüssigkeitsringen und die periodisch darin ein- und auftauchenden Stege 7 wird die entstehende Wärme/Kälte auch an den jeweiligen Flüssigkeitsring 17 abgegeben, wodurch dieser Wärmeenergie aufnimmt und sich dabei erwärmt bzw. Wärmenergie abgibt und sich dabei abkühlt. Dies geschieht wegen des engen Kontakts und den großen Oberflächen weitgehend isotherm, was sich positiv auf den Wirkungsgrad des hier vorliegenden Clausius-Rankine-Kreisprozess auswirkt. Nach der Expansion kann das Arbeitsgas durch das Innere der Schneckenwellen 40 wieder in die rechte Kammer 31 zurückströmen, wo es von der verdichtenden Schneckenwelle 40 wieder erfasst werden kann - so schließt sich der Clausius-Rankine-Kreisprozess.Due to the close contact with the liquid rings and the periodically entering and emerging webs 7 The resulting heat / cold is also on the respective liquid ring 17 which absorbs heat energy and thereby warms or releases heat energy and cools down. This is due to the close contact and the large surfaces largely isothermal, which has a positive effect on the efficiency of the here Clausius-Rankine cycle. After expansion, the working gas can pass through the inside of the worm shafts 40 back to the right chamber 31 flow back to where it came from the compressing worm shaft 40 can be recaptured - this concludes the Clausius-Rankine cycle.

Eine wesentliche Wirkungsgradverbesserung wird noch durch den innerhalb der Schneckenwellen 40 auf der Welle 5 befindlichen Gegenstrom-Wärmetauscher 14 erreicht: Das unter höherem Druck stehende Arbeitsgas, das in diesem Fall von der rechten (als Verdichter arbeitenden) Schneckenwelle 40 zur linken (als Expansions-Vorrichtung arbeitenden) strömt, muss den Weg durch Öffnungen in der Außenwand 33 des Wärmetauschers 14, durch die in seinem Inneren liegenden Rohre 18 hindurch, und auf der anderen Seite durch Öffnungen wieder aus ihm hinaus nehmen. Dabei strömt das unverdichtete Arbeitsgas in entgegengesetzter Richtung innerhalb des Wärmetauscher 14 an ihm vorbei, wobei beide Arbeitsgasströme durch die Wände der Rohre 18 voneinander getrennt sind. Über die Wände der Rohre 18 kann ein Wärmeaustausch stattfinden. Durch eine auf dem rotierenden Wärmetauscher 14 sitzende Dichtscheibe 11 wird verhindert, dass das Arbeitsgas am Wärmetauscher 14 vorbei strömt. So können die Arbeitsgasströme jeweils Wärmemengen austauschen, so dass sie beim Verlassen des Wärmetauschers 14 weitgehend die Temperatur angenommen haben, die der jeweils andere Arbeitsgasstrom beim Eintritt in den Wärmetauscher 14 hatte. Alternativ oder zusätzlich zum komprimierten Arbeitsgas, das durch die Rohre 18 strömt, kann auch Kondensat durch den Wärmetauscher 14 geleitet werden. In diesem Fall müssen statt oder zusätzlich zu den Rohren 18 weitere Rohre 30 verwendet werden, die in die Flüssigkeitsringe 17 eintauchen (siehe auch 8).A significant improvement in efficiency is still due to the inside of the worm shafts 40 on the wave 5 located countercurrent heat exchanger 14 reached: The working gas under higher pressure, in this case from the right (working as a compressor) worm shaft 40 flows to the left (working as an expansion device), must make its way through openings in the outer wall 33 of the heat exchanger 14 . through the tubes lying in its interior 18 through, and on the other side out of it through openings. In this case, the uncompressed working gas flows in the opposite direction within the heat exchanger 14 past him, with both working gas flows through the walls of the pipes 18 are separated from each other. Over the walls of the pipes 18 a heat exchange can take place. By one on the rotating heat exchanger 14 seated sealing washer 11 prevents the working gas from the heat exchanger 14 flows past. Thus, the working gas streams each exchange amounts of heat so that they leave the heat exchanger 14 have largely assumed the temperature, the other working gas flow when entering the heat exchanger 14 would have. Alternatively, or in addition to the compressed working gas passing through the pipes 18 can also flow condensate through the heat exchanger 14 be directed. In this case, instead of or in addition to the tubes 18 more pipes 30 used in the liquid rings 17 dive in (see also 8th ).

Um die entstehende Wärme/Kälte nutzbar zu machen, strömt über die jeweiligen (nicht dargestellten) Zulaufrohre in jeder Kammer 31, 32 immer neue Flüssigkeit in die Flüssigkeitsringe 17 nach und wird von dort wieder über je ein Ablaufrohr 15 entnommen. Die Ablaufrohre 15 sind so angeordnet, dass sie an der Stelle enden bis zu der sich die Flüssigkeitsringe ausbilden sollen. Durch den hohen Druck in den Flüssigkeitsringen 17 wird so überschüssige Flüssigkeit in die Ablaufrohre 15 gedrückt und mit ihr die Nutzwärme/-kälte.In order to make use of the resulting heat / cold flows over the respective inlet pipes (not shown) in each chamber 31 . 32 always new liquid in the liquid rings 17 to and from there again via a drainpipe 15 taken. The drainpipes 15 are arranged so that they end at the point to which the liquid rings are to form. Due to the high pressure in the liquid rings 17 So excess liquid gets into the drainpipes 15 pressed and with her the useful heat / -cold.

Alternativ kann der Aufbau aus 1 auch als Wärmekraftmaschine genutzt werden, indem die linke Kammer 32 (Expansionskammer) mit einer Wärmequelle mit höherer Temperatur gekoppelt wird und die rechte Kammer 31 (Verdichterkammer) mit einer Wärmesenke mit niedrigerer Temperatur. Einmal durch den Motor/Generator 8 in Gang gesetzt, treibt der Temperaturunterschied den thermoelektrischen oder thermomechanischen Wandler an, so dass im Motor/Generator 8 elektrischer Strom erzeugt oder die mechanische Energie der drehenden Welle 5 direkt genutzt werden kann.Alternatively, the structure may consist of 1 also be used as a heat engine by the left-hand chamber 32 (Expansion chamber) is coupled with a heat source with higher temperature and the right chamber 31 (Compressor chamber) with a lower temperature heat sink. Once through the engine / generator 8th set in motion, the temperature difference drives the thermoelectric or thermo-mechanical converter, so that in the motor / generator 8th electrical current generated or the mechanical energy of the rotating shaft 5 can be used directly.

Zur weiteren Verbesserung des Wärmeübertrags zwischen den Flüssigkeitsringen 17 und dem Arbeitsgas können ein oder mehrere weitere Stege an der Schneckenwelle 40 vorgesehen werden, so dass diese eine Doppel- bzw. Mehrfachhelix ausbilden (Doppelhelix siehe 6b, im Vergleich zu Einfachhelix in 6a). Eine entsprechende Ergänzung von Stegen zur Verbesserung des Wärmeübertrags zwischen Arbeitsgas und Flüssigkeit ist auch in der unten beschriebenen Ausführungsform zur Umsetzung des Stirling-Kreisprozesses möglich. Andere in die Flüssigkeit ein-/auftauchende Geometrien statt der zusätzlichen Stege sind ebenfalls möglich.To further improve the heat transfer between the liquid rings 17 and the working gas may have one or more further webs on the worm shaft 40 be designed so that they form a double or multiple helix (double helix see 6b , compared to single helix in 6a) , A corresponding addition of webs to improve the heat transfer between working gas and liquid is also possible in the embodiment described below for implementing the Stirling cycle. Other geometries entering / leaving the liquid instead of the additional webs are also possible.

2 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Drehachse an der in 1 dargestellten Position A. Es ist zu erkennen, dass die Schneckenwelle mit ihrer Nabe 6 und dem/den Steg(en) 7 exzentrisch innerhalb des Flüssigkeitsrings 17 und des Gehäuses 9 angeordnet ist. Gestrichelt ist die Projektion der äußeren Kanten der Stege 7 auf diese Ebene dargestellt, die senkrecht zur Rotationsachse 39 liegt. Weiter ist der in der Schnittebene liegende Steg 7 zu erkennen. 2 shows a section perpendicular to the axis of rotation of the in 1 It can be seen that the worm shaft with its hub 6 and the bridge (s) 7 eccentric within the liquid ring 17 and the housing 9 is arranged. Dashed is the projection of the outer edges of the webs 7 shown at this level, which is perpendicular to the axis of rotation 39 lies. Next is the web lying in the cutting plane 7 to recognize.

3 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Drehachse in der in 1 dargestellten Position B, wobei der Wärmetauscher 14 mit seiner Außenwand 33 und den Rohren 18 zu erkennen ist. Innerhalb der Außenwand 33 und außerhalb der Rohre 18 strömt das expandierte Arbeitsgas in die eine Richtung (kommend aus dem Inneren der Nabe 6 der Expansions-Schneckenwelle (linke Kammer 32) und strömend in das Innere der Nabe 6 der Kompressions-Schneckenwelle (rechte Kammer 31)). Innerhalb der Rohre 18 strömt das komprimierte Arbeitsgas (mit hohem Druck) in die andere Richtung. Der Wärmeaustausch erfolgt über die große Oberfläche, die die Rohre 18 bilden. Der Einfachheit halber sind hier nur vier Rohre 18 abgebildet, bevorzugt werden aber wesentlich mehr davon verwendet. 3 shows a section perpendicular to the axis of rotation in the in 1 shown position B, wherein the heat exchanger 14 with its outer wall 33 and the pipes 18 can be seen. Inside the outer wall 33 and outside the pipes 18 the expanded working gas flows in one direction (coming from inside the hub 6 the expansion worm shaft (left chamber 32 ) and pouring into the interior of the hub 6 the compression worm shaft (right chamber 31 )). Inside the pipes 18 the compressed working gas flows (with high pressure) in the other direction. The heat exchange takes place over the large surface that the pipes 18 form. For the sake of simplicity, here are only four tubes 18 but more are preferred.

4 zeigt eine räumliche Ansicht des thermoelektrischen oder thermomechanischen Wandlers aus 1, in der sowohl eine der Zulaufleitungen 16 als auch eine der Ablaufleitungen 15 zu erkennen sind. 4 shows a three-dimensional view of the thermoelectric or thermomechanical transducer 1 , in which both one of the supply lines 16 as well as one of the drain lines 15 can be seen.

5 stellt mit den Pfeilen den Weg des Arbeitsgases durch den thermoelektrischen oder thermomechanischen Wandler von 1 dar. Von der rechten Kammer 31, in der die Schneckenwelle 40 als Verdichter arbeitet, strömt das verdichtete Arbeitsgas durch die Öffnungen in der Außenwand 33 des Wärmetauschers 14 und dann durch die in seinem Inneren liegenden Rohre 18 hindurch. Durch die Öffnungen in der Außenwand 33 des Wärmetauschers, die sich in der linken Kammer 32 befinden, strömt das verdichtete Arbeitsgas in die zweite Kammer 32. Während dieses Prozesses strömt von der linken Kammer 32 aus unverdichtetes Arbeitsgas in entgegengesetzter Richtung innerhalb der Außenwand 33 des Wärmetauschers 14 und außerhalb der Rohre 18 vorbei. Über die Wände der Rohre 18 kann dabei ein Wärmeaustausch zwischen dem verdichteten und dem unverdichteten Gas stattfinden. 5 uses the arrows to set the path of the working gas through the thermoelectric or thermo-mechanical converter 1 from the right chamber 31 in which the worm shaft 40 works as a compressor, the compressed working gas flows through the openings in the outer wall 33 of the heat exchanger 14 and then through the tubes lying inside 18 therethrough. Through the openings in the outer wall 33 of the heat exchanger, located in the left chamber 32 located, the compressed working gas flows into the second chamber 32 , During this process flows from the left chamber 32 from uncompressed working gas in the opposite direction within the outer wall 33 of the heat exchanger 14 and outside the pipes 18 past. Over the walls of the pipes 18 In this case, a heat exchange between the compressed and the uncompressed gas take place.

6a zeigt eine Schneckenwelle 41 mit Einfach-Helix, 6b zeigt eine Schneckenwelle 42 mit Doppelhelix. Die Schneckenwellen 41, 42 umfassen jeweils Öffnungen 20 innerhalb der Stirnfläche 19, um die Strömung des Arbeitsgases durch das Innere der Naben 6 zu ermöglichen. 6a shows a worm shaft 41 with single helix, 6b shows a worm shaft 42 with double helix. The worm shafts 41 . 42 each include openings 20 inside the face 19 , around the flow of the working gas through the interior of the hubs 6 to enable.

7 zeigt die in 1 beschriebene Ausführungsform, bei der eine zusätzliche Kompressionsstufe 35 und eine zusätzliche Expansionsstufe 36 vorgesehen sind. Dafür sind die zusätzlichen, mit dem Gehäuse 9 fest verbundenen Trennscheiben 28 vorgesehen, die in der Mitte jeweils eine gasdurchlässige Öffnung 29 aufweisen. Die Trennscheiben 28 können weitere Öffnungen aufweisen, um einen Flüssigkeitsaustausch und damit einen Wärmeaustausch zwischen den jeweils angrenzenden Flüssigkeitsringen 17 zu ermöglichen. Die Trennscheiben 28 verhindern, dass ein Flüssigkeitsring aus dem Bereich mit höherem Druck in den Bereich mit niedrigerem Druck hinein verdrängt wird. Durch die zweite Kompressions- oder Expansionsstufe kann der Arbeitsdruck und damit die Leistung der Maschine gesteigert werden. 7 shows the in 1 described embodiment in which an additional compression stage 35 and an additional expansion stage 36 are provided. For that are the extra, with the case 9 firmly connected cutting discs 28 provided in the middle of each a gas-permeable opening 29 exhibit. The cutting discs 28 may have further openings to exchange liquids and thus heat exchange between the respective adjacent liquid rings 17 to enable. The cutting discs 28 prevent a fluid ring from being displaced from the higher pressure area into the lower pressure area. The second compression or expansion stage can increase the working pressure and thus the performance of the machine.

Alternativ können auch ganze thermoelektrische oder thermomechanischen Wandler bzw. Wandlermodule derart miteinander gekoppelt werden, dass sie ein Arbeitsgas, z.B. schrittweise, erwärmen, kühlen oder verflüssigen oder sich so Abwärme besonders effizient nutzen lässt (Kaskade von Wärmepumpen/Wärmekraftmaschinen).Alternatively, entire thermoelectric or thermo-mechanical transducers or transducer modules may be coupled to each other in such a way that they may be a working gas, e.g. gradually, heat, cool or liquefy, or so waste heat can be used very efficiently (cascade of heat pumps / heat engines).

Es ist nicht erforderlich, dass beide Schneckenwellen 40 in einem gemeinsamen, unterteilten Gehäuse rotieren, wie in 1 dargestellt. Ebenso wären zwei getrennte Gehäuse denkbar, in einer Anordnung, in der die beiden Schneckenwellen 40 trotzdem noch mit einer gemeinsamen Welle mechanisch gekoppelt sind oder mit getrennten Wellen gekoppelt sind. Ebenso ist möglich, dass der Wärmetauscher nicht auf der gemeinsamen Achse mit rotiert, sondern ortsfest ausgeführt wird. In diesem Fall muss das Arbeitsgas aus dem rotierenden Gebilde ausgekoppelt werden, indem z.B. eine feststehende Trennscheibe mit einer Öffnung für das Arbeitsgas verwendet wird, die senkrecht zur Rotationsachse angeordnet ist und rundum ständig in den Flüssigkeitsring eintaucht. It is not necessary that both worm shafts 40 rotate in a common, divided housing, as in 1 shown. Likewise, two separate housing would be conceivable, in an arrangement in which the two worm shafts 40 still mechanically coupled to a common shaft or are coupled to separate waves. It is also possible that the heat exchanger is not rotated on the common axis with, but is carried out stationary. In this case, the working gas must be extracted from the rotating structure by, for example, a fixed blade is used with an opening for the working gas, which is arranged perpendicular to the axis of rotation and immersed all the time in the liquid ring.

8 zeigt eine zweite Ausführungsform eines thermoelektrischen oder thermomechanischen Wandlers, der ähnlich zu der ersten Ausführungsform aus 1 aufgebaut ist. In der zweiten Ausführungsform ist ein Wärmetauscherrohr 30 derart ausgeführt, dass es in die beiden Flüssigkeitsringe 17 der beiden Kammern 31, 32 eintaucht. Die Eintauchtiefen sind in beiden Kammern 31, 32 unterschiedlich. Durch diese unterschiedlichen Eintauchtiefen auf beiden Seiten kann die Menge des im Rohr 30 transportierten Kondensats beeinflusst werden. Dadurch kann das Wärmetauscherrohr 30 Kondensat von der einen Seite zur anderen befördern, das auf seinem Weg durch den Wärmetauscher 14 Wärmeenergie mit dem in entgegengesetzter Richtung strömenden Arbeitsgas austauschen kann. Alternativ kann das Wärmetauscherrohr 30 auch derart ausgeführt sein, dass es über eine größere Länge innerhalb des Wärmetauschers 14 verläuft, oder dass es an anderer Stelle in den Flüssigkeitsring 17 eintaucht. 8th shows a second embodiment of a thermoelectric or thermomechanical transducer, which is similar to the first embodiment 1 is constructed. In the second embodiment is a heat exchanger tube 30 designed so that it is in the two liquid rings 17 the two chambers 31 . 32 dips. The immersion depths are in both chambers 31 . 32 differently. Due to these different immersion depths on both sides can the amount of the tube 30 transported condensate are influenced. This allows the heat exchanger tube 30 Condensate from one side to the other, on its way through the heat exchanger 14 Heat energy can exchange with the working gas flowing in the opposite direction. Alternatively, the heat exchanger tube 30 also be designed such that it has a greater length within the heat exchanger 14 runs, or that it is elsewhere in the liquid ring 17 dips.

9 zeigt eine dritte Ausführungsform des thermoelektrischen oder thermomechanischen Wandlers zur Realisierung eines Stirling-Kreisprozesses. Statt der Schneckenwellen sind hier exzentrisch in Flüssigkeitsringen 17 rotierende Naben 26 vorgesehen, die Gasräume zwischen den Naben 26 und den Flüssigkeitsringen 17 mittels Sperrscheiben 21 nach außen hin abdichten. Die Naben 26 weisen entlang der Welle 5 einen gleichbleibenden Durchmesser auf. Zusätzlich enthalten die Naben 26 je (mindestens) einen Steg 27, der die Nabe 26 einmal vollständig umschließt, aber nicht rein senkrecht zur Drehachse angeordnet ist, sondern an je zwei gegenüberliegenden Seiten einmal benachbart (z.B. sehr nahe) oder ganz an der einen Sperrscheibe 21 und einmal an der anderen Sperrscheibe 21 angeordnet ist. Eine Nabe 26 zusammen mit einem daran angeordneten Steg 27 kann als Volumenänderungselement angesehen werden. Durch eine solche Anordnung kann jeder Steg somit Bereiche aufweisen, die nicht in einer Ebene senkrecht zu der Rotationsachse verläuft. Die Außenkanten jeden Stegs beschreiben eine geschlossene Kurve, die nicht in einer Ebene senkrecht zu der Rotationsachse liegt. Durch die Rotation der Welle 5 werden die beiden vom Steg 27 unterteilten Gasvolumina abwechselnd vergrößert und verkleinert. Wenn die beiden Naben 26 mit ihren Stegen 27 nun um 90° oder um einen anderen Winkel gegeneinander verdreht sind, wirken sie wie die phasenverschoben arbeitenden Kolben eines Stirling-Motors in α-Bauweise. 9 shows a third embodiment of the thermoelectric or thermomechanical transducer for implementing a Stirling cycle. Instead of the worm shafts are here eccentric in liquid rings 17 rotating hubs 26 provided the gas spaces between the hubs 26 and the liquid rings 17 by means of locking discs 21 seal to the outside. The hubs 26 point along the shaft 5 a constant diameter. In addition, the hubs contain 26 each (at least) one footbridge 27 , the hub 26 once completely surrounds, but not arranged purely perpendicular to the axis of rotation, but at two opposite sides once adjacent (eg very close) or completely on the one locking disc 21 and once at the other locking disc 21 is arranged. A hub 26 together with a web arranged thereon 27 can be considered as a volume change element. By virtue of such an arrangement, each web can thus have regions which do not run in a plane perpendicular to the axis of rotation. The outside edges of each land describe a closed curve that is not in a plane perpendicular to the axis of rotation. By the rotation of the shaft 5 the two of them are from the jetty 27 divided gas volumes alternately increased and decreased. If the two hubs 26 with their webs 27 Now rotated by 90 ° or at a different angle to each other, they act like the out-of-phase working piston of a Stirling engine in α-construction.

Die beiden Sperrscheiben 21 bilden zusammen mit den beiden Naben 26 und den beiden Flüssigkeitsringen 17 abgeschlossene Gasvolumina, die durch die Stege 27 nochmals unterteilt sind. Die Verbindungsrohre 22 schaffen eine Verbindung für das Arbeitsgas zwischen je einem dieser beiden durch die Stege 27 unterteilten Volumina aus der linken Kammer 38 und einem aus der rechten Kammer 37, wobei das Arbeitsgas beim Durchströmen der Verbindungsrohre 22 einen Regenerator 23 durchströmen muss, der zwischen den beiden Kammern 37, 38 angeordnet ist. Eine der Sperrscheiben 21 und ein Dichtzylinder 24 dichten die beiden Kammern 37, 38 gegeneinander ab, so dass kein Gasaustausch über die Öffnung 13 in der Trennwand 10 möglich ist. Der Dichtzylinder 24 kann z.B. direkt an der einen Sperrscheibe 21 anliegen und verhindert dadurch, dass ein unnötiger Wärmeaustausch zwischen den beiden Kammern 37, 38 stattfindet.The two locking discs 21 form together with the two hubs 26 and the two fluid rings 17 completed gas volumes passing through the webs 27 are divided again. The connecting pipes 22 create a connection for the working gas between each one of these two by the webs 27 divided volumes from the left ventricle 38 and one from the right chamber 37 , wherein the working gas flows through the connecting pipes 22 a regenerator 23 must flow through between the two chambers 37 . 38 is arranged. One of the locking discs 21 and a sealing cylinder 24 seal the two chambers 37 . 38 against each other, so that no gas exchange over the opening 13 in the partition 10 is possible. The sealing cylinder 24 can eg directly on the one locking disc 21 abut and thereby prevents unnecessary heat exchange between the two chambers 37 . 38 takes place.

10a zeigt die erste Ausführungsform, die als Wärmepumpe betrieben werden kann, wobei der Motor 8 die Verdichter-Schneckenwelle antreibt, und dabei von der Expansions-Schneckenwelle unterstützt wird. Alternativ kann die Expansions-Schneckenwelle an eine Wärmequelle mit höherer Temperatur und die Verdichter-Schneckenwelle an eine Wärmesenke mit niedrigerer Temperatur gekoppelt werden und der Motor 8 durch einen Generator ersetzt werden (bzw. als kombinierter Motor/Generator ausgeführt werden). So kann durch die Nutzung des Temperaturunterschieds elektrische Energie erzeugt werden, oder bei Wegfall des Generators auch mechanische Energie. 10a shows the first embodiment, which can be operated as a heat pump, the engine 8th drives the compressor worm shaft, assisted by the expansion worm shaft. Alternatively, the expansion worm shaft may be coupled to a higher temperature heat source and the compressor worm shaft coupled to a lower temperature heat sink and the motor 8th be replaced by a generator (or run as a combined motor / generator). So can be generated by the use of the temperature difference electrical energy, or mechanical energy in case of loss of the generator.

10b zeigt eine erste Variante, bei der je zwei in sich geschlossene Clausius-Rankine-Gaskreisprozesse (bestehend aus je einer Kompressions-Einheit, einer Expansions-Einheit sowie einem rotierenden Wärmetauscher) miteinander und mit einem Motor/Generator mechanisch mittels gemeinsamer Welle 5 gekoppelt sind. In dieser Anordnung ist es möglich, dass einer der beiden Gas-Kreisprozesse aus Wärme/Kälte mechanische Energie in Form der Drehung der gemeinsamen Welle 5 erzeugt, und so den anderen Gas-Kreisprozess antreibt, um so Wärme/Kälte mit anderen Temperaturen zu erzeugen. So lässt sich z.B. aus Abwärme und einer Wärmesenke Nutzkälte und/oder Nutzwärme erzeugen. Dabei können Abmessungen, der Grad der Exzentrizität der Schneckenwellen im Flüssigkeitsring, Druck, Schneckensteigungen und/oder die Durchmesseränderungen der Naben derart gewählt werden, dass die gewünschten Temperaturen erreicht werden. Insbesondere können sich diese Parameter bei den unterschiedlichen Schneckenwellen/Volumenänderungselementen auch unterscheiden oder auch veränderbar/regelbar sein. Alternativ kann auch der Motor/Generator den Antrieb der Wellen übernehmen, so dass in beiden Gas-Kreisprozessen Wärme/Kälte erzeugt wird. Alternativ können auch beide Gas-Kreisprozesse mechanische Energie aus Wärme/Kälte erzeugen und so den Motor/Generator antreiben, der dann Strom erzeugt. Außerdem sind Mischformen von all diesen Varianten möglich. 10b shows a first variant, in which each two self-contained Clausius Rankine gas cycle processes (consisting of a respective compression unit, an expansion unit and a rotating heat exchanger) with each other and with a motor / generator mechanically by means of common shaft 5 are coupled. In this arrangement, it is possible that one of the two gas cycles of heat / cold mechanical energy in the form of rotation of the common shaft 5 and thus drives the other gas cycle to produce heat / cold at different temperatures. For example, waste heat and a heat sink can be used to generate useful cold and / or useful heat. In this case, dimensions, the degree of eccentricity of the screw shafts in the liquid ring, pressure, screw pitches and / or the diameter changes of the hubs can be selected such that the desired temperatures are achieved. In particular, these parameters may also differ with respect to the different worm shaft / volume change elements or may also be variable / regulatable. Alternatively, the motor / generator can take over the drive of the waves, so that in both gas cycles heat / cold is generated. Alternatively, both gas cycle processes can generate mechanical energy from heat / cold and thus drive the motor / generator, which then generates electricity. In addition, mixed forms of all these variants are possible.

10c und 10d zeigen eine zweite und eine dritte Variante, bei denen der Gas-Kreisprozess nicht vollständig geschlossen ist, sondern an einer Stelle mit der Umgebungsluft gekoppelt ist. Sie können dazu verwendet werden, Umgebungsluft zu erwärmen oder kühlen, oder um Umgebungsluft als Wärmequelle oder Senke zu nutzen. Auch diese beiden Varianten sind wieder analog zu 10b unterschiedlich kombinierbar. 10c and 10d show a second and a third variant in which the gas cycle is not completely closed, but is coupled at one point with the ambient air. They can be used to heat or cool ambient air, or to use ambient air as a heat source or sink. These two variants are again analogous to 10b different combinations.

Als weitere Ausführungsbespiele kann vorgesehen sein:

• Der Motor/Generator kann über die rotierende Außenwand des Gehäuses statt über die rotierenden Schneckenwellen/Volumenänderungselemente angekoppelt werden.
• Statt das Arbeitsgas nur zu verdichten und expandieren, kann es zumindest teilweise auch in den Kompressionskammern verflüssigt und in den Expansionskammern verdampft werden. Für diese Verfahrensvariante kann der Wärmetauscher so ausgeführt werden, dass mindestens in einem Teil der im Inneren des Wärmetauschers verlaufenden Rohre auch flüssiges Kondensat von der einen Kammer zur anderen fließen kann. Dazu müssen die Rohre zumindest teilweise außerhalb des Wärmetauschers derart verlängert werden, dass sie auf beiden Seiten, d.h. in der rechten und in der linken Kammer, in die jeweiligen Flüssigkeitsringe eintauchen. Dies ist beispielsweise in 8 dargestellt: Neben den für den Gastransport ausgelegten Rohren 18 ist hier ein weiteres Rohr 30 derart ausgeführt, dass es eine kürzere Strecke innerhalb des Wärmetauschers 14 verläuft, aber an seinen Enden in die Flüssigkeitsringe eintaucht, und zwar mit unterschiedlichen Eintauchtiefen. Durch diese unterschiedlichen Eintauchtiefen auf beiden Seiten kann die Menge des im Rohr 30 transportierten Kondensats beeinflusst werden.
• Statt einer Expansionseinheit kann auch ein einfaches Drosselventil verwendet werden, so dass nur eine Schneckenwelle als weitgehend isothermer Kompressor eingesetzt wird.
• Die Kompressionseinheit kann durch einen Kondensator oder Verdampfer in Form eines an eine äußere Wärmesenke/-quelle gekoppelten Wärmetauschers und eine Pumpe ersetzt werden, sofern das Verfahren so durchgeführt wird, dass das Arbeitsmedium in der Expansionseinheit mit Schneckenwelle aus dem Flüssigkeitsring heraus verdampft/kondensiert wird.
• Die gesamte Vorrichtung kann von einem Druckbehälter umgeben sein, so dass sie bei einem Druck betrieben wird, der höher als der Umgebungsdruck ist.
• Alternativ zur Ausführungsform des Wärmetauschers aus 1 kann auch eine Ausführungsform des Wärmetauschers realisiert werden, bei dem das expandierte Arbeitsgas in mehreren Rohrleitungen strömt, die fest mit den Stirnseiten 19 der Schneckenwellen verbunden sind und die innerhalb eines äußeren Rohres verlaufen, das fest mit der Trennwand 10 verbunden ist und in dem das komprimierte Arbeitsgas in entgegengesetzter Richtung strömt. Dieses äußere Rohr hätte dann keine mechanische Verbindung zu den Schneckenwellen. Bei dieser Ausführungsform kann die Dichtscheibe 11 entfallen.

As further embodiments, it can be provided:

• The motor / generator can be connected via the rotating outer wall of the housing instead of via the rotating worm shaft / volume change elements.
• Instead of only compressing and expanding the working gas, it can at least partially be liquefied in the compression chambers and vaporized in the expansion chambers. For this process variant, the heat exchanger can be designed so that at least in a part of the running inside the heat exchanger tubes and liquid condensate can flow from one chamber to another. For this purpose, the tubes must be at least partially extended outside the heat exchanger so that they dive on both sides, ie in the right and in the left chamber, in the respective liquid rings. This is for example in 8th shown: In addition to the pipes designed for gas transport 18 Here is another tube 30 designed so that there is a shorter distance within the heat exchanger 14 runs, but immersed at its ends in the liquid rings, and with different immersion depths. Due to these different immersion depths on both sides can the amount of the tube 30 transported condensate are influenced.
• Instead of an expansion unit and a simple throttle valve can be used, so that only one screw shaft is used as a largely isothermal compressor.
The compression unit may be replaced by a condenser or evaporator in the form of a heat exchanger coupled to an external heat sink / source and a pump, as long as the process is carried out in such a way that the working medium in the expansion unit with screw shaft is evaporated / condensed out of the liquid ring ,
• The entire device may be surrounded by a pressure vessel so that it operates at a pressure higher than the ambient pressure.
• Alternative to the embodiment of the heat exchanger 1 It is also possible to realize an embodiment of the heat exchanger in which the expanded working gas flows in a plurality of pipes fixed to the end faces 19 the worm shafts are connected and which run within an outer tube fixed to the partition wall 10 is connected and in which the compressed working gas flows in the opposite direction. This outer tube would then have no mechanical connection to the worm shafts. In this embodiment, the sealing disc 11 omitted.

Claims

Thermoelectric or thermo-mechanical converter comprising at least one device for Compression or expansion or volume change of a working gas containing a volume change element (40, 41, 42, 43) rotating eccentrically in a liquid ring (17) about a rotation axis (39), wherein the rotating volume change element (40, 41, 42, 43) at least one Web (7) which is formed such that the at least one web (7) during rotation in the liquid ring (17) is immersed, wherein a vertical projection of the at least one web (7) on a plane perpendicular to the axis of rotation (39 ) the rotation axis (39) completely encloses and wherein the at least one web (7) is further designed such that it limits at least one volume region of the working gas in the direction along the rotation axis (39) and this limitation during the rotation of the volume change element (40, 41 , 42, 43) about the axis of rotation (39) in a sectional plane in which the axis of rotation (39) lies, in the direction along the axis of rotation (39) v is relined, characterized in that in addition a heat exchanger (14) or a regenerator (23) is provided for the exchange of heat amounts between a compressed and an expanded working gas.

The thermoelectric or thermomechanical transducer according to Claim 1 wherein an outer edge of the at least one ridge (7) forms a curve that is a spiral shape or a closed line that is not in a plane perpendicular to the axis of rotation (39).

The thermoelectric or thermomechanical transducer according to Claim 1 or 2 , wherein the thermoelectric or thermo-mechanical converter is formed: - for converting mechanical or electrical energy into heat and / or cold or - for generating mechanical or electrical energy by means of the use of heat source (s) and heat sink (s) with different temperatures or - For the conversion of amounts of heat at certain temperatures in amounts of heat at certain other temperatures, in addition mechanical / electrical energy can be generated or used for the drive.

The thermoelectric or thermo-mechanical converter according to one of Claims 1 to 3 wherein the at least one web (7) has a spiral or helical shape and is correspondingly arranged spirally or helically around a hub (6) of the volume change element (40, 41, 42, 43).

The thermoelectric or thermomechanical transducer according to Claim 4 wherein a pitch of the spiral or worm shape and / or a diameter of the hub (6) vary along the axis of rotation (39).

The thermoelectric or thermo-mechanical converter according to one of Claims 1 to 5 wherein at least one external heat source for supplying and / or at least one external heat sink for removing heat quantities is thermally coupled to the liquid ring (17).

The thermoelectric or thermomechanical transducer according to Claim 6 wherein the at least one external heat source for supplying and / or the at least one external heat sink for discharging heat quantities through a corresponding supply line (16) and / or discharge (15) of liquid or through pipes (30) which in the liquid ring (17 ), thermally coupled to the liquid ring (17).

The thermoelectric or thermo-mechanical converter according to one of Claims 1 to 7 in which additional heat transfer elements are provided between the liquid ring (17) and the working gas.

The thermoelectric or thermo-mechanical converter according to Claim 8 wherein the additional heat transfer elements between the liquid ring (17) and the working gas comprise additional webs (7) or metal plates, metal disks, metal nets and / or rods fastened to the hub (6).

The thermoelectric or thermo-mechanical converter according to one of Claims 1 to 9 comprising one or more rotatable housings (9) for receiving the liquid ring (17).

The thermoelectric or thermo-mechanical converter according to one of Claims 1 to 10 in which at least one liquid used is water, liquid CO ₂ , thermal oil or another oil, ethanol or other alcohol or a substance with a boiling point, at an ambient pressure of 1 bar, between - 200 ° C and 80 ° C ,

The thermoelectric or thermomechanical transducer according to Claim 11 , wherein the working gas is a gaseous state of matter of one of the liquids used.

The thermoelectric or thermo-mechanical converter according to one of Claims 1 to 12 , wherein the working gas is air, nitrogen, CO ₂ , helium, ethanol vapor, hydrogen, water vapor or a substance with a boiling point, at an ambient pressure of 1 bar, is between - 200 ° C and 80 ° C.

The thermoelectric or thermo-mechanical converter according to one of Claims 1 to 13 , wherein for expansion of the working gas, a throttle valve is provided and / or a pump is provided for compression of the working gas or the liquid condensate of the working gas.

A computer controlled or electronically controlled method of operating a thermoelectric or thermomechanical transducer according to any one of Claims 1 to 14 wherein the volume change element (40, 41, 42, 43) is controlled so that during compression of the working gas this partially condensed to completely and evaporated during a subsequent expansion.

A computer controlled or electronically controlled method of operating at least two thermoelectric or thermomechanical transducers according to any one of Claims 1 to 14 which are mechanically or electrically coupled to one another such that one of the thermoelectric or thermo-mechanical converters can drive the other and thus can be generated from amounts of heat having first temperatures of heat quantities of second temperatures, wherein the first and the second temperatures are different from one another.