DE19906958C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Energie - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Energie wird ein Arbeitsmedium in einem Arbeitsbehältersystem (A) von einer Anfangstemperatur T¶1¶ auf eine Temperatur T¶2¶ gebracht, so daß es sich ausdehnt, und ein Hydraulikmedium mittels Druckbeaufschlagung durch das sich ausdehnende Arbeitsmedium aus dem Arbeitsbehältersystem (A) gefördert. Um mit einer relativ geringen Temperaturänderung des Arbeitsmediums insbesondere durch Umwelt- oder Strahlungswärme für die Energieumwandlung auszukommen, wird zumindest ein Teil der in hydraulischen Druck des Hydraulikmediums umgewandelten Energie dazu verwendet, das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsbehältersystem (A) zumindest teilweise zu entfernen, woraufhin das Arbeitsmedium auf eine Temperatur T mit DOLLAR I1 gebracht wird, und dem Arbeitsbehältersystem (A) wieder zuzuführen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Energie, bei dem ein Arbeitsmedium in einem Arbeitsbehältersystem von einer Anfangstemperatur T₁ auf eine Temperatur T₂ gebracht wird, so daß es sich ausdehnt, und ein Hydraulikmedium mittels Druck­ beaufschlagung durch das sich ausdehnende Arbeitsmedium ge­ fördert wird.

Ein derartiges Verfahren, bei dem durch Nutzung thermischer Ausdehnung eines Arbeitsmediums mechanische Arbeit in der Art des Förderns eines Hydraulikmediums verrichtet wird, ist aus der DE 196 35 424 A1 bekannt. Bei der in dieser Druckschrift beschriebenen Hockdruckverdrängerpumpe wird Wasser als Ar­ beitsmedium durch abwechselndes Gefrieren und Schmelzen einer Volumenänderung im Pumpengehäuse unterworfen. Das Wasser ist durch eine Gummihülle von der zu fördernden Flüssigkeit im Pumpengehäuse getrennt. Durch die Volumenänderung des Wassers wird die zu fördernde Flüssigkeit pulsierend und gesteuert über Ventile abwechselnd aus einer Einlaßleitung angesaugt und in eine Auslaßleitung verdrängt.

Der aus der DE 196 35 424 A1 bekannte Pumpvorgang bedarf einer alternierenden Energiezufuhr, und der Nutzbereich ist auf Temperaturen um den Gefrierpunkt des Wassers beschränkt. Außerdem bedarf das Verfahren einer besonderen Form des Ar­ beitsbehältersystems, die zur Temperaturübertragung auf das Arbeitsmedium nicht besonders günstig ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Energie bereitzustellen, wobei eine relativ geringe Temperaturänderung des Arbeitsmediums ins­ besondere durch Umwelt- oder Strahlungswärme für die Energie­ umwandlung genügt und eine günstige Temperaturübertragung erfolgt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der ein­ gangs genannten Art dadurch gelöst, daß zumindest ein Teil der in hydraulischen Druck des Hydraulikmediums umgewandelten Energie dazu verwendet wird, das Arbeitsmedium aus dem Ar­ beitsbehältersystem zumindest teilweise zu entfernen, wor­ aufhin das Arbeitsmedium auf eine Temperatur T mit |T₂ - T₁| ≦ |T₂ - T| gebracht wird, und dem Arbeitsbehälter­ system wieder zuzuführen.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dem Arbeits­ behältersystem nur so viel Energie zugeführt, wie es für die Temperaturänderung |T₂ - T₁| des Arbeitsmediums bei jedem Ausdehnungstakt des Verfahrens erforderlich ist. An den Aus­ dehnungstakt schließt sich in einem ersten Zwischenschritt das Entfernen des Arbeitsmediums aus dem Arbeitsbehältersystem und in einem zweiten Zwischenschritt die Zurückführung des Ar­ beitsmediums in das Arbeitsbehältersystem an, wozu ein Teil der in hydraulischen Druck des Hydraulikmediums umgewandelten Energie verwendet wird. Daraufhin erfolgt ein weiterer Aus­ dehnungstakt des Verfahrens. Da das Arbeitsmedium zur Zurück­ führung der Temperatur auf die Temperatur T ausgewechselt wird, können zur Temperaturübertragung besonders günstige Formen des Arbeitsbehältersystems, wie z. B. Röhrensysteme, gewählt werden.

Die Temperaturänderung zwecks Ausdehnung des Arbeitsmediums kann durch Einwirkung der Umgebungstemperatur oder Strahlungs­ wärme auf das Arbeitsmedium erfolgen. Als Arbeitsmedium wird daher bevorzugt eine Flüssigkeit mit möglichst hohem Ausdeh­ nungskoeffizienten verwendet. Das Energieträgermedium, zum Beispiel aus der Umgebung stammende oder erwärmte Luft oder Wasser, kann das Arbeitsbehältersystem im Bereich der Ober­ fläche des Arbeitsmediums mit der Temperatur T₂ zum Zweck der Energieübertragung umspülen. Die Mindesttemperaturdifferenz zwischen T₂ und T₁ kann mit 30 K festgesetzt werden.

Als Hydraulikmedium eignen sich alle dünn-, dick-, oder zäh­ flüssigen, gasförmigen oder feinstkörnigen, festen Medien, die unter den Bedingungen des Arbeitsbehältersystems, insbesondere den gewählten Temperaturverhältnissen, fließfähig sind. Zweck­ mäßigerweise besitzt das Hydraulikmedium einen kleineren Aus­ dehnungskoeffizienten als das Arbeitsmedium.

Die Druckbeaufschlagung des Hydraulikmediums durch das sich ausdehnende Arbeitsmedium kann über einen das Arbeitsmedium vom Hydraulikmedium trennenden, im Arbeitsbehältersystem be­ weglich angeordneten Kolben erfolgen. Durch die Bewegung des Kolbens kann bei jedem Arbeitstakt mechanische Arbeit ver­ richtet werden, so daß ein Teil der umgeformten Energie über den Kolben als mechanische Energie und ein Teil als hydrau­ lischer Druck, zumindest soweit er zur Durchführung der ersten und zweiten Zwischenschritte erforderlich ist, genutzt werden kann.

Vorzugsweise wird jedoch der hydraulische Druck des Hydraulik­ mediums nicht nur zur Durchführung der ersten und zweiten Zwischenschritte, sondern auch zur Bereitstellung von Nutzen­ ergie verwendet.

Dazu wird das durch die Ausdehnung des Arbeitsmediums geför­ derte und unter Druck stehende Hydraulikmedium gespeichert, wobei die Energie in Form von hydraulischem Druck in einem offenen System zur Verfügung gestellt wird.

In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird ein Teil der in hydraulischen Druck des Hydraulikmediums umgewan­ delten Energie dazu verwendet, das Arbeitsmedium beim Entfer­ nen aus dem Arbeitsbehältersystem auf die Temperatur T zu bringen.

Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Vorrichtung zur Durch­ führung des vorstehend beschriebenen Verfahrens vorgeschlagen, mit einem Arbeitsbehältersystem, in dem sich ein Arbeitsmedium und ein Hydraulikmedium befinden, wobei das Hydraulikmedium vom Arbeitsmedium durch eine bei Ausdehnung des Arbeitsmediums innerhalb des Arbeitsbehältersystems bewegliche Trennvorrich­ tung separiert ist, einer Wärmeübertragungseinrichtung zwi­ schen dem Arbeitsmedium und einem Energieträgermedium und einer mit dem Arbeitsbehältersystem verbundenen Förderleitung zur Förderung des bei Ausdehnung des Arbeitsmediums durch die Trenneinrichtung mit Druck beaufschlagten Hydraulikmediums, wobei die Förderleitung über ein Ventil mit einem Druckspei­ cher verbunden ist, der mit einer Entleerungs- und Befüllvor­ richtung für das Arbeitsmedium so zusammenwirkt, daß nach der Bewegung der Trennvorrichtung durch Ausdehnung des Arbeits­ mediums dieses über eine Leitung zumindest teilweise aus dem Arbeitsbehältersystem entfernbar und dem Arbeitsbehältersystem wieder zuführbar ist, wobei in die Leitung ein Wärmetauscher integriert ist.

Vorzugsweise weist die Entleerungs- und Befüllvorrichtung einen das Arbeitsmedium im Arbeitsbehältersystem beaufschla­ genden Kolben, der mit Hilfe des im Druckspeicher gespeicher­ ten Hydraulikmediums in entgegengesetzten Richtungen bewegbar ist, wobei in einer Bewegungsrichtung das Arbeitsmedium über die Leitung aus dem Arbeitsbehältersystem ausdrückbar und in der anderen Bewegungsrichtung ansaugbar ist, und eine Rich­ tungsumkehrschaltung für die Bewegung des Kolbens auf.

Zur Bewegung des das Arbeitsmedium beaufschlagenden Kolbens kann ein doppeltwirkender Zylinder mit einem Kolben vorgesehen sein, wobei die durch den Kolben getrennten Zylinderkammern mit dem Hydraulikmedium gefüllt und mit dem Druckspeicher über ein Richtungsumkehrventil verbunden sind und der Kolben über eine Kolbenstangen mit dem das Arbeitsmittel beaufschlagenden Kolben verbunden ist.

In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist die Förder­ leitung über ein Ventil mit einem Arbeitsdruckspeicher verbun­ den, mit dem nutzbare Energie in Form von hydraulischem Druck bereitstellbar ist.

Bei dieser Ausbildung ist hydrostatischer Druck ohne weitere Umformungsarbeit speicherbar und steht unabhängig vom zeitli­ chen Vorhandensein des Energieträgermediums äquivalent der Menge der umgeformten Energie zur Verfügung.

In einer vorteilhaften Anwendung kann die erfindungsgemäße Vorrichtung als selbständige und ohne Hilfsenergie arbeitende Kühlanlage eingesetzt werden, die direkt Wärmestrahlung über den gespeicherten hydraulischen Druck in Kälte umformt. Als Anwendungsfälle kommen Stand-Klimaanlagen bei Sonneneinstrah­ lung für geschlossene Kraftfahrzeuge, Abgasrestwärmenutzung für Motorkraftanlagen (Pkw, Blockheizkraftwerke usw.), Kühl­ anlagen für Weltraumgeräte (Personenanzüge, Transportkapseln) und Äquivalenz-Klimaanlagen für stark sonnenbeeinflußte Räume in Gebäuden in Frage.

In einer weiteren bevorzugten Anwendung kann die erfindungs­ gemäße Vorrichtung als Energieerzeugeranlage eingesetzt wer­ den, die Umwelttemperaturdifferenzen oder Abwärmequellen nutzt, um deren Energie ohne weitere Hilfsenergiequellen zur Stromerzeugung zu gegebenen Zeiten zu nutzen. Beispiele für derartige Anwendungen sind thermische Solaranlagen ähnlich herkömmlicher Art, die in Verbindung mit einem Generator und einem entsprechend dimensionierten Druckspeicher Strom auf Tastendruck für Eigenheime liefern, transportable Stromversor­ gungen für Kleinspannungen bei Einsatz entsprechend leichter Materialien, nahezu geräuschlose Generatorantriebe auch für aperiodische und anders schwankende geothermische Wärmenut­ zung, alternative, universelle Kraftantriebe mit Anschluß­ möglichkeiten von Seilwinden, Werkzeugen, Transportmitteln usw.

Der Druckspeicher und der Arbeitsdruckspeicher können mit ein und derselben Förderleitung oder auch mit jeweils separaten Förderleitungen mit zugehörigen Anschlüssen am Arbeitsbehäl­ tersystem verbunden sein.

Wird eine Förderleitung verwendet, kann der erste Druckspei­ cher über den ersten Zweig eines Zwei-Wege-Ventils und der zweite Druckspeicher über den zweiten Weg mit der Förderlei­ tung verbunden sein.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist in den zweiten Zweig des Zwei-Wege-Ventils ein weiteres Zwei-Wege- Ventil geschaltet, dessen erster Zweig mit einem Hydraulik­ motor verbunden ist, der mit einem Wärmetauscherkreislauf für ein Wärmetauschermedium gekuppelt ist, das durch den Wärmetau­ scher geleitet wird.

Insbesondere kann der Hydraulikmotor mit einem Kompressor kraftgekuppelt sein, durch den ein Kühlgas als Wärmetauscher­ medium mit einer bestimmten Temperatur dem Wärmetauscher zu­ führbar ist. Dabei kann eine Abkühlung des Arbeitsmediums unter die Anfangstemperatur T₁ erfolgen, was den Wirkungsgrad sowie die Arbeitsgeschwindigkeit der Vorrichtung erhöhen würde. Der Kompressor wird jedoch vorzugsweise so gesteuert bzw. geregelt, daß die vorgegebene Temperaturdifferenz zwi­ schen Energieträgermedium und Arbeitsmedium eingehalten wird.

Die Wärmeübertragungseinrichtung zwischen dem Energieträgerme­ dium und dem Arbeitsmedium wird vorzugsweise durch die Ober­ fläche des Arbeitsbehältersystems im Bereich des Arbeitsmedi­ ums gebildet, wobei das Energieträgermedium an die Oberfläche grenzt, zum Beispiel als Wasser die Oberfläche umspült.

In einer bevorzugten Ausführung weist das Arbeitsbehälter­ system einen mit dem Arbeitsmedium gefüllten und entlüfteten Dehnbehälter und einen mit dem Dehnbehälter korrespondieren­ den, auf das Ausdehnungsverhalten des Arbeitsmediums abge­ stimmten Arbeitszylinder mit einem Kolben auf, der über eine Kolbenstange mit dem Kolben eines Hydraulikzylinders, der das Hydraulikmedium enthält, verbunden ist.

Auf einen separaten Arbeitszylinder kann auch verzichtet wer­ den, indem der Dehnbehälter die Trennvorrichtung zwischen dem Arbeits- und Hydraulikmedium zum Beispiel in Form eines Kol­ bens oder einer Membran enthält und in dem das Hydraulikmedium enthaltenden Bereich über eine Leitung mit dem Hydraulikzylin­ der verbunden ist, dessen beide durch einen Kolben getrennten Kammern mit dem Hydraulikmedium gefüllt sind.

Da es lediglich auf das Auswechseln des Arbeitsmediums durch Ausdrücken aus dem Dehnbehälter ankommt, kann dieser in jeder geeigneten Form gestaltet sein. Zum Beispiel kommen flache, fächer- oder meanderförmige Röhrensysteme als Dehnbehälter in Frage. Der das Arbeitsmedium zum Ausdrücken beaufschlagende Kolben ist dann in geeigneter Form auszubilden. Statt eines Kolbens kann auch eine Membran oder andere Ausdrückvorrich­ tung, die durch die Entleerungs- und Befüllvorrichtung gesteu­ ert wird, verwendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten hydraulischen Schaltplans beschrieben.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, besteht das Arbeitsbehälter­ system A des Ausführungsbeispiels aus einem Dehnbehälter Z1, der zur vereinfachten Anschauung als Zylinder dargestellt ist, einem Arbeitszylinder Z2 und einem Hydraulikzylinder Z3. Das Arbeitsmedium befindet sich in dem vollständig gefüllten und entlüfteten Dehnbehälter Z1, dem über die Oberfläche (System­ grenze) Wärme von außen zugeführt wird. Der Dehnbehälter Z1 korrespondiert über eine Leitung L1 mit dem auf das Ausdeh­ nungsverhalten des Arbeitsmediums abgestimmten Arbeitszylinder Z2, dessen Arbeitsraum sich durch das Ausdehnungsbestreben des Arbeitsmediums nach und nach mit dem sich ausdehnenden Ar­ beitsmedium füllt. Dadurch wird ein im Arbeitszylinder Z2 angeordneter Kolben K2 um einen bestimmten Weg verschoben, wodurch Arbeit verrichtet wird. Mit der Kolbenstange KS2 des Arbeitszylinders Z2 wird der Kolben K3 im Hydraulikzylinder Z3 bewegt. Der Kolben K3 beaufschlagt das in die rechte Kammer gefüllte Hydraulikmedium, als das ein Hydrauliköl verwendet wird. Dazu ist die betreffende Zylinderkammer über eine Lei­ tung L2, in die ein Rückschlagventil V2 geschaltet ist, mit dem Tank T2 verbunden.

Der Kolben K2, die Kolbenstange KS2 und der Kolben K3 bilden eine Trennvorrichtung, mit der das Hydraulikmedium vom Ar­ beitsmedium separiert ist.

Der bei der Erwärmung des Arbeitsmediums im Dehnbehälter Z1 und Arbeitszylinder Z2 entstehende Druck wird zum Druckaufbau im Hydraulikzylinder Z3 genutzt. Über eine Förderleitung F wird in einem herkömmlichen hydraulischen Druckspeicher p-S1 ein Flüssigkeitsdruck aufgebaut und über ein Ventil V4 regu­ liert, der zum Entleeren und neuen Befüllen des Dehnbehälters Z1 benötigt wird. Der Druck kann am Manometer p-AZ1 abgelesen werden.

Ist der Druckspeicher p-S1 mit Hydrauliköl gefüllt und ein vorbestimmter Druck p erreicht, schaltet das Zwei-Wege-Ventil V4 druckgesteuert von dem mit dem Druckspeicher p-S1 verbunde­ nen ersten Zweig auf den zweiten Zweig um, der zum Eingang eines zweiten Zwei-Wege-Ventils V5 führt.

Ein Teil des unter Druck befindlichen Hydrauliköl-Volumens aus dem Hydraulikzylinder Z3 und dem Druckspeicher p-S1 wird durch einen doppeltwirkenden Zylinder Z4 in einem ersten Zwischenschritt nach dem Ausdehnungstakt zum Leeren des Dehn­ behälters Z1 und in einem zweiten Zwischenschritt über das Richtungsumsteuerventil V3 zum Neubefüllen des Dehnbehälters Z1 genutzt. Der Kolben K4 des doppeltwirkenden Zylinders Z4 ist dazu über die Kolbenstange KS4 mit dem Kolben K1 im Dehnbehälter Z1 verbunden.

Das auf die Temperatur T₂ erwärmte und im ersten Zwischen­ schritt aus dem Dehnbehälter Z1 ausgedrückte Arbeitsmedium durchläuft eine Leitung L3, in der es über ein Ventil V1 einem Wärmetauscher WT1 zugeführt wird. Von dort aus gelangt es in einen druckfreien Vorratsbehälter T1, aus dem der Dehnbehälter Z1 im zweiten Zwischenschritt mit dem Arbeitsmedium neu be­ füllt wird. Der Wärmetauscher WT1 hat die Aufgabe, dem Ar­ beitsmittel Restwärme zu entziehen, um mit dem Arbeitsmittel in den festgelegten Temperaturgrenzen zu bleiben, damit sich nicht sämtlicher Arbeitsmittelvorrat auf annähernd die Tempe­ ratur T₂ des Energieträgermediums erwärmt.

Ein Teil des unter Druck befindlichen Hydraulikmediums aus dem Hydraulikzylinder Z3 und dem Druckspeicher p-S1 wird im ersten Zwischenschritt nach dem Ausdehnungstakt zum Leeren des Dehn­ behälters Z1 und im zweiten Zwischenschritt über das Rich­ tungsumsteuerventil V3 zum Neubefüllen des Dehnbehälters Z1 genutzt. Ein anderer Teil des Hydraulikmediums aus dem Hydrau­ likzylinder Z3 wird durch die Förderleitung F über die Zwei- Wege-Ventile V4 und V5 in einen Arbeitsdruckspeicher p-S2 befördert. Dort baut sich infolgedessen hydrostatischer Druck auf, der in einem offenen System zum Beispiel zur Erzeugung von Kälte in einer Klima- oder Kühlanlage zur Verfügung ge­ stellt wird. Der bereitstehende hydraulische Druck läßt sich am Manometer p-AZ2 ablesen.

Das Hydraulikmedium wird dem Arbeitsdruckspeicher p-S2 über ein internes Sicherheitsventil V6 zugeführt, das Drücke über einer eingestellten Grenze verhindert. Das Hydraulikmedium wird bis zu dieser Druckgrenze im genannten Arbeitsdruckspei­ cher p-S2 und weiteren, in der Zeichnung nicht dargestellten Speichern als korrespondierenden Gefäßen gespeichert. Hydrau­ likmedium, das über der eingestellten Druckgrenze bereitge­ stellt wird, fließt ungenutzt zurück in den druckfreien Tank T2. Somit ergibt sich das Volumen des Tanks T2 aus den Volumi­ na der Druckspeicher bezüglich der Systembefüllung.

Über den ersten Zweig des Zwei-Wege-Ventils V5 wird mit Druck beaufschlagtes Hydraulikmedium einem hydraulischen Motor M1 zugeführt, der mit einem Wärmetauscherkreislauf für ein Wärme­ tauschermedium gekuppelt ist, das durch den Wärmetauscher WT1 geleitet wird. Durch den Motor M1 wird ein Kompressor P1 für den Wärmetauscherkreislauf betrieben, der in diesem Zweig zu einem Druckverlust führt. Ist der maximale Kompressionsdruck erreicht, wird über das Zwei-Wege-Ventil V5 der hydraulische Motor M1 gebrückt, so daß zwischen dem Ventil V4 und dem Ven­ til V6 eine Verbindung hergestellt ist.

Arbeitet der hydraulische Motor M1 oder ist er wegen des er­ reichten zulässigen Höchstdruckes überbrückt, strömt über die Drossel V9 permanent Kühlgas in den Wärmetauscher WT1 und kühlt das erwärmte Arbeitsmedium ab. Das Kühlgas ist in einem Druckspeicher p-S3 gespeichert, der mit dem Kompressor P1 über ein Rückschlagventil V10 verbunden ist. Der Druck im Druck­ speicher p-S3 kann am Manometer p-AZ3 abgelesen werden.

Die Kompressionswärme wird günstigerweise dem Energieträgerme­ dium wieder zugeführt und erhöht so dessen Energie um einen Teil der Restwärmeabkühlung aus dem Wärmetauscher WT1. Ist dies nicht möglich, muß die Restenergie in geeigneter Weise an die Umgebung abgegeben werden.

Ist der Vorgang der Ausdehnung des Arbeitsmediums im ersten Takt des Verfahrens abgeschlossen, wird das Arbeitsmedium wie vorstehend beschrieben ausgewechselt. Bei andauernder Wärme­ zufuhr unter Beachtung der Eingangsbedingungen findet der Vorgang von nun an permanente Wiederholung, bis die Eingangs­ bedingungen nicht mehr erfüllt sind oder die Energiezufuhr unterbrochen wird.

Das System verliert während des Kreislaufs der fortlaufenden Wärme-Druck-Umformung und im Kreislauf der internen Rückküh­ lung allein durch das Vorhandensein technischer Toleranzen über eine gewisse Zeit an Druck und muß bei erneutem Start eine Druckaufbauphase durchlaufen, bis die eingestellten Drüc­ ke in den Druckspeichern p-S1 und p-S2 erreicht sind.

Der aus dem Arbeitsdruckspeicher und dem Nutzkreis bestehende Pumpenkreislauf ist in der Zeichnung stellvertretend für ande­ re Anwendungen als handbedienbarer hydraulischer Motor-Kreis­ lauf dargestellt.

Über ein handbetätigtes Hydraulikventil V7 und einen Stromreg­ ler V8 wird das im Arbeitsdruckspeicher p-S2 gespeicherte Hydraulikmedium dem hydraulischen Motor M2 zugeführt, von wo aus es in den Tank T2 gelangt. Der hydraulische Motor M2 er­ zeugt über eine Kraftkupplung die gewünschte Nutzkraft.

Der Dehnbehälter Z1 sowie der Arbeitszylinder Z2, Hydraulik­ zylinder Z3 und doppeltwirkende Zylinder Z4 bilden eine Funk­ tionseinheit, die in einem kompakten Materialblock unterge­ bracht werden kann.

Um technisch sinnvolle Volumenströme zu erreichen, kann es erforderlich sein, mehrere Pumpenblöcke zu Kollektorsystemen zusammenzuschließen.

Bezugszeichenliste

AArbeitsbehältersystem
Z1Dehnbehälter
Z2Arbeitszylinder
Z3Hydraulikzylinder
Z4doppeltwirkender Zylinder
L1Leitung
L2Leitung
L3Leitung
WT1Wärmetauscher
T1Vorratsbehälter
T2Tank
K1Kolben
K2Kolben
K3Kolben
K4Kolben
KS2Kolbenstange
KS4Kolbenstange
FFörderleitung
p-S1Druckspeicher
p-S2Arbeitsdruckspeicher
p-S3Druckspeicher
p-AZ1Manometer
p-AZ2Manometer
p-AZ3Manometer
V1Ventil
V2Rückschlagventil
V3Richtungsumsteuerventil
V4Zwei-Wege-Ventil
V5Zwei-Wege-Ventil
V6Sicherheitsventil
V6Ventil
V7Hydraulikventil
V8Stromreglerventil
V9Drossel
V10Rückschlagventil
M1hydraulischer Motor
M2hydraulischer Motor
P1Kompressor

Claims (12)

1. Verfahren zur Umwandlung von thermischer Energie in mecha­ nische Energie, bei dem ein Arbeitsmedium in einem Ar­ beitsbehältersystem (A) von einer Anfangstemperatur T₁ auf eine Temperatur T₂ gebracht wird, so daß es sich ausdehnt, und ein Hydraulikmedium mittels Druckbeaufschlagung durch das sich ausdehnende Arbeitsmedium gefördert wird, da­ durch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der in hydraulischen Druck des Hydraulikmediums umge­ wandelten Energie dazu verwendet wird, das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsbehältersystem (A) zumindest teilweise zu entfernen, woraufhin das Arbeitsmedium auf eine Temperatur T mit |T₂ - T₁| ≦ |T₂ - T| gebracht wird, und dem Arbeits­ behältersystem (A) wieder zuzuführen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das durch die Ausdehnung des Arbeits­ mediums geförderte und unter Druck stehende Hydraulikmedi­ um gespeichert wird, wobei Energie in Form von hydrau­ lischem Druck in einem offenen System zur Verfügung ge­ stellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Teil der in hydraulischen Druck des Hydraulikmediums umgewandelten Energie dazu verwendet wird, das Arbeitsmedium beim Entfernen aus dem Arbeitsbehältersystem (A) auf die Temperatur T zu bringen.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Arbeitsbehältersystem (A), in dem sich ein Arbeitsmedium und ein Hydraulikmedium befin­ den, wobei das Hydraulikmedium vom Arbeitsmedium durch eine bei Ausdehnung des Arbeitsmediums innerhalb des Ar­ beitsbehältersystems (A) bewegliche Trennvorrichtung sepa­ riert ist, einer Wärmeübertragungseinrichtung zwischen dem Arbeitsmedium und einem Energieträgermedium und einer mit dem Arbeitsbehältersystem (A) verbundenen Föderleitung (F) zur Förderung des bei Ausdehnung des Arbeitsmediums durch die Trennvorrichtung mit Druck beaufschlagten Hydraulikme­ diums, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung (F) über ein Ventil (V4) mit einem Druckspeicher (p-S1) verbunden ist, der mit einer Entlee­ rungs- und Befüllvorrichtung für das Arbeitsmedium so zusammenwirkt, daß nach der Bewegung der Trennvorrichtung durch Ausdehnung des Arbeitsmediums dieses über eine Lei­ tung (L3) zumindest teilweise aus dem Arbeitsbehälter­ system (A) entfernbar und dem Arbeitsbehältersystem (A) wieder zuführbar ist, wobei in die Leitung (L3) ein Wärme­ tauscher (WT1) integriert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Entleerungs- und Befüllvorrich­ tung einen das Arbeitsmedium im Arbeitsbehältersystem (A) beaufschlagenden Kolben (K1), der mit Hilfe des im Druck­ speicher (p-S1) gespeicherten Hydraulikmediums in ent­ gegengesetzte Richtungen bewegbar ist, wobei in einer Bewegungsrichtung das Arbeitsmedium über die Leitung (L3) aus dem Arbeitsbehältersystem (A) ausdrückbar und in der anderen Bewegungsrichtung ansaugbar ist, und eine Rich­ tungsumkehrschaltung (Richtungsumsteuerventil V3) für die Bewegung des Kolbens (K1) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Entleerungs- und Befüllvorrich­ tung einen doppeltwirkenden Zylinder (Z4) mit einem Kolben (K4) aufweist, wobei die durch den Kolben (K4) getrennten Zylinderkammern mit dem Hydraulikmedium gefüllt und mit dem Druckspeicher (p-S1) über ein Richtungsumsteuerventil (V3) verbunden sind und der Kolben (K4) über eine Kolben­ stange (KS4) mit dem das Arbeitsmittel beaufschlagenden Kolben (K1) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Förder­ leitung (F) über ein Ventil (V6) mit einem Arbeitsdruck­ speicher (p-S2) verbunden ist, mit dem nutzbare Energie in Form von hydraulischem Druck bereitstellbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Druckspeicher (p-S1) über den ersten Zweig eines Zwei-Wege-Ventils (V4) und der Arbeitsdruckspeicher (p-S2) über den zweiten Zweig mit der Förderleitung (F) verbunden sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem zweiten Zweig des Zwei-Wege- Ventils (V4) ein zweites Zwei-Wege-Ventil (V5) geschaltet ist, dessen erster Zweig mit einem hydraulischen Motor (M1) verbunden ist, der mit einem Wärmetauscherkreislauf für ein Wärmetauschermedium gekuppelt ist, das durch den Wärmetauscher (WT1) geleitet wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der hydraulische Motor (M1) mit einem Kompressor (P1) kraftgekuppelt ist, durch den ein Kühlgas als Wärmetauschermedium mit einer bestimmten Temperatur dem Wärmetauscher (WT1) zuführbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wärme­ übertragungseinrichtung zwischen dem Energieträgermedium und dem Arbeitsmedium durch die Oberfläche des Arbeits­ behältersystems (A) im Bereich des Arbeitsmediums gebildet wird und das Energieträgermedium an die Oberfläche grenzt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß das Arbeits­ behältersystem (A) einen mit dem Arbeitsmedium gefüllten und entlüfteten Dehnbehälter (Z1) und einen mit dem Dehn­ behälter (Z1) korrespondierenden, auf das Ausdehnungs­ verhalten des Arbeitsmediums abgestimmten Arbeitszylinder (Z2) mit einem Kolben (K2) aufweist, der über eine Kolben­ stange (KS2) mit dem Kolben (K3) eines Hydraulikzylinders (Z3), der das Hydraulikmedium enthält, verbunden ist.