DE19722249A1 - Wärmekraftmaschine mit geschlossenem Kreislauf - Google Patents
Wärmekraftmaschine mit geschlossenem KreislaufInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
- F03G7/06—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
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Description
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Wärmekraftmaschine mit
geschlossenem Kreislauf, die mit relativ niedrigen
Arbeitstemperaturen Wärmeenergie in mechanische Energie umwandelt.
Hierzu sind eine Vielzahl von Lösungen bekannt, die die Ausdehnung
eines Arbeitsmediums bei Temperaturerhöhung in einem Druckraum
Über einen Kolben in Bewegung umwandeln. Eine anschließende
Abkühlung führt den Kolben in die Ausgangslage zurück. Die
erforderlichen Wärmeübertragungen bewirken relativ langsame
Kolbenbewegungen, andererseits können ökologische Energien
(Sonnenwärme) oder Abwärme genutzt werden.
In der DE PS 35 26 289 ist eine derartige Wärmekraftmaschine
beschrieben. Der eigentliche zylinderförmige Arbeitsraum, in dem
der Kolben läuft, ist mit zwei Druckräumen verbunden. In diesen
befinden sich Wärmetauscher, die das Arbeitsmedium abwechselnd
wärmen oder kühlen. Zur Erzielung eines guten Wärmeüberganges
bestehen die Wärmeaustauscher aus einer Vielzahl paralleler Rohre.
Diese Lösung hat den Vorteil, daß sich das Wärmefluid nicht
wesentlich mit dem Kältefluid bei Prozeßwechsel vermischen kann.
Ganz kann dieses allerdings innerhalb der Rohre nicht verhindert
werden. Weiterhin ist zum Fluidaustausch wegen der kleinen
Rohrdurchmesser ein höherer Druck oder längere Zeit erforderlich.
Das Volumen des Arbeitsmediums ist durch die zusätzlichen
Druckräume groß und verlängert die Erwärmungszeit. Die
Antriebseinheit ist insgesamt relativ groß und aufwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Wärmekraftmaschine mit
höherer Taktzahl durch schnelleren Wärmeaustausch zu erzielen.
Eine weitere Aufgabe ist die vollständige Vermeidung des
Vermischens der Wärmemedien.
Erfindungsgemäß ist der Druckzylinder von einem Wärmetauschraum
mit kreisringförmigem Querschnitt umgeben.
In diesem ist eine sich in Kolbenbewegungsrichtung bewegliche,
dichtende kreisringförmige Trennwand angeordnet. Im Endbereich
sind Anschlüsse zu getrennten Wärme- und Kältekreisläufen
befestigt.
Die direkte Wärmeübertragung durch die Zylinderwandung verkleinert
die zu erwärmende Menge des Arbeitsfluides. Die mechanische
Trennung der Wärmemedien verhindert außerdem ein Vermischen. Das
Wärmeübertragungsfluid ist damit auch schnell und ohne großen
Energieaufwand austauschbar. Dadurch kann die Taktzeit erhöht und
die Wärme effektiver genutzt werden.
Die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ermöglicht einen kontinuierlichen
Wechsel des Übertragungsmediums, wobei Ausgleichsräume nicht
erforderlich sind.
Weitere Varianten zur Trennung der Wärme/Kältemedien und zur
Kraftübertragung sind in den Ansprüchen 11 und 12 dargelegt.
Die Erfindung soll nachfolgend an einem Beispiel erläutert werden.
Fig. 1 zeigt das Schema der Kreisläufe und das Prinzip der
Antriebseinheit gemäß Anspruch 2,
Fig. 2 zeigt den Endbereich des Wärmetauschraumes gemäß Anspruch
11,
Fig. 3 das Prinzip der Kraftübertragung gemäß Anspruch 12.
In einem Zylinder aus einer Kupferlegierung läuft ein Kolben.
Dieser ist aus einem Plastewerkstoff oder einem Metall mit
isolierender Doppelwandung ausgebildet. Der Kolben ist mit einer
Kolbenstange fest verbunden, die durch eine Dichtung aus dem
unteren Arbeitsraum austritt. Der Kolben trennt den Zylinderraum
in zwei Arbeitsräume. Dieser ist von einer parallelen zweiten
Wandung umgeben, die somit einen Raum für das
Wärmeübertragungsfluid bildet. Der Raum ist in der Mitte, quer zur
Längsachse getrennt. In jedem Teilraum ist eine kreisringförmige,
bewegliche Trennwand aus Kunststoff angeordnet. Am Zylinderboden
und -kopf ist für das Wärmeübertragungsfluid ebenfalls ein
Hohlraum ausgebildet. Die Höhe ist geringfügig kleiner als die der
Trennwand. Das Verhältnis Kolbendurchmesser zu Kolbenhub beträgt
1 : 1 bis 1 : 5. Ein großes Verhältnis ermöglicht eine relativ größere
Wärmeübertragungsfläche, vermindert aber die Kolbenkraft.
An den außenliegenden Enden der Teilräume sind Anschlüsse für die
Zufuhr und Abführung des kalten Fluides angeordnet, an den
innenliegenden für die des warmen Fluides. Die Anschlüsse sind
über Leitungen und Ventile mit einem Wärmekessel, bzw. Kühler
verbunden. Der Wärmekessel kann mit dem Kühlwasserkreislauf eines
Verbrennungsmotors, einer Abgasanlage, Sonnenkollektoren oder
ähnlichem verbunden sein. Im Kreislauf ist weiterhin eine Förder
pumpe angeordnet. Der Kühler ist ein bekannter Wasser- Luftkühler
oder Wasser-Wasserkühler. Bei einer größeren Baueinheit kann der
Kühler und der Wärmekessel zur Wärmerückgewinnung durch eine
Wärmepumpe gekoppelt sein. Sensoren an der Kolbenstange
signalisieren die Stellung im oberen und unteren Umkehrpunkt. Das
Arbeitsmedium ist im Beispiel Öl. Je nach Temperaturniveau können
auch andere Fluide wie Propan/Butan oder übliche Kältemittel
verwendet werden.
Befindet sich der Kolben in der Mitte des Zylinders, also am
unteren Umkehrpunkt, erfolgt ein Steuersignal. Die Ventile 2 und
8 werden geschlossen, die Ventile 3 und 9 geöffnet. Der
Pumpendruck bewirkt, daß im unteren Raum für das
Wärmeübertragungsfluid warmes Fluid gefördert wird. Die Trennwand
treibt das kalte Fluid in den Kühler. Durch die Druckübertragung
im System erfolgt ein umgekehrter Austausch im oberen Raum. Das
Arbeitsmedium unterhalb des Kolbens wird nunmehr erwärmt und das
obere abgekühlt. Der Kolben bewegt sich durch den entstehenden
Über -und Unterdruck nach oben.
Zur Verbesserung der Wärmeübertragung kann der Endraum des
Zylinderbodens auch höher ausgebildet sein. Um ein Vermischen der
Fluide zu verhindern, wenn die kreisringförmige Trennwand in
diesen Raum gleitet, ist eine zusätzliche, scheibenförmige
Trennwand vorgesehen. Diese ist federbelastet und wird durch die
kreisringförmige Trennwand in die Endlage geschoben.
Claims (12)
1. Wärmekraftmaschine mit geschlossenem Kreislauf, bestehend aus
Druckzylinder mit Arbeitsfluid, Zylinderkolben, Wärmetauscher,
Versorgungsrohre und Steuerventile für das Arbeitsfluid,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Druckzylinder von einem Wärmetauschraum mit kreisringförmigem Querschnitt umgeben ist,
in diesem eine sich in Kolbenrichtung bewegliche, dichtende kreisringförmige Trennwand angeordnet ist,
und im Endbereich Anschlüsse zu getrennten Wärme- und Kältekreisläufen befestigt sind.
daß der Druckzylinder von einem Wärmetauschraum mit kreisringförmigem Querschnitt umgeben ist,
in diesem eine sich in Kolbenrichtung bewegliche, dichtende kreisringförmige Trennwand angeordnet ist,
und im Endbereich Anschlüsse zu getrennten Wärme- und Kältekreisläufen befestigt sind.
2. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zylinderkolben als beidseitig beaufschlagter Kolben und
der Wärmetauschraum mit Trennwand und Anschlüssen entsprechend
doppelt ausgebildet ist, so daß die Wärmetauschräume wechselweise
mit Wärme- und Kühlmedium beschickbar sind.
3. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wärmekreislauf aus einem Wärmetauscher oder Wärmeerzeuger,
Rück- und Zuführungsleitung, Pumpe und Steuerventilen besteht.
4. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kältekreislauf aus einem Kühler oder einer Wärmepumpe mit
Anschluß an den Wärmekreislauf, Rück- und Zuführungsleitung und
Steuerventilen besteht.
5. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß den Totpunktlagen des Zylinderkolbens Signalgeber zugeordnet
sind, die mit Ventilen zum Wechsel der Wärme- bzw.
Kältemediumzufuhr in Verbindung stehen.
6. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Wärme- und Kühlmedium Wasser und das Arbeitsfluid Öl ist.
7. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Wärme- und Kühlmedium Wasser und das Arbeitsmedium
Propan/Butan ist.
8. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Druckzylinder aus Kupfer, bzw. Kupferlegierung besteht.
9. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die kreisringförmige Trennwand aus Kunststoff besteht.
10. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wärmekreislauf mit dem Kühlwasser oder der Abgasanlage
einer Brennkraftmaschine und der Zylinderkolben mit
Hilfsaggregaten wie Drucklufterzeugung verbunden ist.
11. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Höhe des Endbereiches des Wärmetauschraumes größer als die
der Trennwand ist, und in diesem eine weitere, scheibenförmige,
federbelastete Trennwand angeordnet ist, die Öffnungen zum
Durchfluß des Wärme/Kühlmediums im Außenbereich enthält.
12. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Kolbenstange zwei jeweils doppelt wirkende Kolben trägt,
die in achsfluchtend, gegenüberliegenden Zylindern geführt sind,
und in der Mitte der Kolbenstange eine Pleuelstange gelagert ist,
die mit dem anderen Ende am Zapfen einer Schwungscheibe angreift.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997122249 DE19722249A1 (de) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | Wärmekraftmaschine mit geschlossenem Kreislauf |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997122249 DE19722249A1 (de) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | Wärmekraftmaschine mit geschlossenem Kreislauf |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19722249A1 true DE19722249A1 (de) | 1998-12-03 |
Family
ID=7830682
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1997122249 Withdrawn DE19722249A1 (de) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | Wärmekraftmaschine mit geschlossenem Kreislauf |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19722249A1 (de) |
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---|---|---|---|---|
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-
1997
- 1997-05-28 DE DE1997122249 patent/DE19722249A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
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