DE202012003471U1 - System for generating electricity with an ORC or Kalina cycle - Google Patents

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Abstract

System (19) zur Erzeugung von Strom durch Kopplung an einen ORC- oder Kalina-Kreisprozess, und, vorzugsweise, zur Erzeugung von Heizwärme, mit einem ein Arbeitsmedium führenden Arbeitskreis (20), mit einem Motor (21) und mit einem Generator, wobei der Arbeitskreis (20) wenigstens einen ersten Wärmeübertrager (22) zur Übertragung von Wärme an das Arbeitsmedium aufweist, wobei das Arbeitsmedium durch Wärmeübertragung zumindest teilweise verdampft wird, wobei durch Expansion des Arbeitsmediums Energie als Volumenänderungsarbeit an den Motor (21) abgegeben wird und wobei Bewegungsenergie des Motors (21) an den Generator übertragen und von dem Generator in elektrische Energie umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (21) eine Kurbelwellenanordnung (1) mit einer Kurbelwelle (2) und mit wenigstens einem Drucksegment (3) aufweist, wobei die Kurbelwellenanordnung (1) zur Umwandlung einer Bewegung des Drucksegmentes (3) in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle (2) ausgebildet ist, wobei das Drucksegment (3) periodisch in Richtung zur Kurbelwelle (2) hin und von der Kurbelwelle (2) weg bewegbar ist und periodisch mit einem mit der Kurbelwelle verbundenen Mitnehmerteil (5) in Kontakt tritt, wobei im Kontaktzustand vom Drucksegment (3) eine auf das Mitnehmerteil (5) wirkende Druckkraft und ein auf die Kurbelwelle (2) wirkendes Drehmoment erzeugt wird, wobei das Drucksegment (3) im Kontaktzustand unmittelbar gegen das Mitnehmerteil (5) anliegt und wobei die bei der Expansion des Arbeitsmediums verrichtete Volumenänderungsarbeit an das Drucksegment (3) übertragbar ist.System (19) for generating electricity by coupling to an ORC or Kalina cycle, and, preferably, for generating thermal heat, with a working medium leading working group (20), with a motor (21) and with a generator, wherein the working group (20) has at least one first heat exchanger (22) for the transfer of heat to the working medium, wherein the working medium is at least partially vaporized by heat transfer, being released by expansion of the working medium energy as volume change work to the motor (21) and wherein kinetic energy of the engine (21) is transmitted to the generator and converted into electrical energy by the generator, characterized in that the engine (21) comprises a crankshaft arrangement (1) with a crankshaft (2) and with at least one pressure segment (3) the crankshaft arrangement (1) for converting a movement of the pressure segment (3) into a rotational movement of the crankshaft (2) is formed, wherein the pressure segment (3) periodically in the direction of the crankshaft (2) and away from the crankshaft (2) is movable and periodically with a connected to the crankshaft driver part (5) comes into contact, wherein in the contact state of the pressure segment ( 3) on the driver part (5) acting pressure force and on the crankshaft (2) acting torque is generated, wherein the pressure segment (3) in the contact state directly against the driver part (5) is applied and wherein the performed during the expansion of the working fluid volume change work to the pressure segment (3) is transferable.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Erzeugung von Strom durch Kopplung an einen ORC- oder Kalina-Kreisprozess, und, vorzugsweise, zur Erzeugung von Heizwärme, mit einem ein Arbeitsmedium führenden Arbeitskreis, mit einem Motor und mit einem Generator, wobei der Arbeitskreis wenigstens einen ersten Wärmeübertrager zur Übertragung von Wärme an das Arbeitsmedium aufweist, wobei das Arbeitsmedium durch Wärmeübertragung zumindest teilweise verdampft wird, wobei durch Expansion des Arbeitsmediums Energie als Volumenänderungsarbeit an den Motor abgegeben wird und wobei Bewegungsenergie des Motors an den Generator übertragen und von dem Generator in elektrische Energie umgewandelt wird. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Solarthermie-System zur gekoppelten Erzeugung von Strom und Heizwärme.The invention relates to a system for generating electricity by coupling to an ORC or Kalina cycle, and, preferably, for generating heating heat, with a working medium leading working group, with a motor and with a generator, the working group at least a first Having heat exchanger for transferring heat to the working medium, wherein the working fluid is at least partially vaporized by heat transfer, being released by expansion of the working medium energy as volume change work to the engine and wherein kinetic energy of the motor transmitted to the generator and converted by the generator into electrical energy becomes. In particular, the present invention relates to a solar thermal system for the coupled generation of electricity and thermal heat.

Bei solarunterstützten Heizanlagen besteht in der Regel ein inverses Verhältnis zwischen der Verfügbarkeit der solaren Primärenergie und dem Heizbedarf, d. h. im Sommer steht zwar viel Primärenergie zur Verfügung, es besteht aber kaum oder nur wenig Heizbedarf, während im Winter das umgekehrte gilt. Eine Möglichkeit, mit Hilfe einer Solaranlage eines Heizsystems Strom zu erzeugen, besteht darin, die von der Solaranlage thermische Energie zunächst in mechanische Bewegungsenergie umzuwandeln, welche dann wiederum in elektrischen Strom umgewandelt wird.For solar assisted heating systems, there is usually an inverse relationship between the availability of primary solar energy and the heating demand, ie. H. In the summer there is a lot of primary energy available, but there is little or no heating demand, while in winter the reverse applies. One way to generate electricity with the aid of a solar system of a heating system is to first convert the thermal energy of the solar thermal system into mechanical kinetic energy, which in turn is then converted into electrical energy.

Für die Nutzung von Niederenergiewärme aus solar- und geothermischen Prozessen sowie aus Verbrennungs- und Reaktionsprozessen, beispielsweise für die Nutzung von Niedertemperaturwärme von Blockheizkraftwerken, oder für die Nutzung von industrieller Abwärme, insbesondere der metall-, glas- oder kunststofferzeugenden Industrie, werden im Stand der Technik das ORC(Organic-Rankine-Cycle)-Verfahren und das Kalina-Verfahren eingesetzt. Beim ORC-Verfahren wird einem Arbeitsmedium Wärme entzogen, was zur Verdampfung des Arbeitsmediums führt. Um Abwärme zu nutzen, die auf einem niedrigen Temperaturniveau anfällt, können als Arbeitsmittel entweder Kältemittel, Kältemittelgemische oder niedrigsiedende organische Stoffe, wie beispielsweise Pentan, eingesetzt und verdampft werden. Durch die Verdampfung entsteht ein hoher Druck, wobei das Arbeitsmittel anschließend über einen Motor oder eine Dampfturbine arbeitsleistend entspannt wird, um einen Generator anzutreiben und mechanische Bewegungsenergie des Motors oder der Turbine in elektrische Energie umzuwandeln. Beim Kalina-Verfahren wird einem Prozessmedium Wärme unter Verwendung einer gesättigten Ammoniak-Wasser-Lösung als Arbeitsmittel entzogen, wobei Ammoniak ausgetrieben wird. Der Ammoniakdampf wird über einen Motor oder eine Turbine entspannt und treibt über diese bzw. diesen einen Generator an. Danach wird das Ammoniak im abgekühlten Zustand wieder gelöst.For the use of low-energy heat from solar and geothermal processes and from combustion and reaction processes, for example, for the use of low-temperature heat from cogeneration plants, or for the use of industrial waste heat, especially the metal, glass or plastic-producing industry are in the state of Technique the ORC (Organic Rankine Cycle) method and the Kalina method used. In the ORC process, heat is removed from a working medium, which leads to evaporation of the working medium. In order to use waste heat, which is obtained at a low temperature level, either refrigerant, refrigerant mixtures or low-boiling organic substances, such as pentane, can be used and evaporated as a working medium. The evaporation creates a high pressure, wherein the working fluid is subsequently expanded by a motor or a steam turbine work to drive a generator and convert mechanical kinetic energy of the engine or the turbine into electrical energy. In the Kalina process, heat is extracted from a process medium using a saturated ammonia-water solution as a working fluid, whereby ammonia is expelled. The ammonia vapor is decompressed via a motor or a turbine and drives a generator via this or these. Thereafter, the ammonia is dissolved in the cooled state again.

Für die Stromerzeugung in einem ORC- oder Kalina-Prozess kann ein lineares Umwandlungssystem mit einem oder mehreren Druckzylindern, einem Lineargenerator, einem Filter und einer Gleichrichtereinheit zur Umwandlung thermodynamischer Energie in elektrische Energie zum Einsatz kommen. Durch Einströmen des Arbeitsmediums in einen Arbeitsraum des Druckzylinders wird ein Kolben bewegt und es wird von dem Arbeitsmedium Energie als Volumenänderungsarbeit an den Kolben abgegeben. Die Bewegungsenergie des Kolbens kann dann mit einem speziell für diese Anwendung abgestimmten Lineargenerator in elektrische Energie umgewandelt werden, wobei die zum Einsatz kommenden Lineargeneratoren störanfällig sind und zu hohen Anlagenkosten beitragen. Zur Umwandlung der Bewegungsenergie des Kolbens kann auch ein Drehgenerator zum Einsatz kommen, wobei ein Kurbeltrieb erforderlich ist, der eine oszillierende lineare (translatorische) Bewegung eines oder mehrerer Kolben mit Hilfe von Pleuelstangen in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle umsetzt, die dann Wellenarbeit an den Generator überträgt. Die Umwandlung der Kolbenbewegung in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle ist bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kurbeltrieben jedoch verlustbehaftet, was zu einem geringeren Gesamtwirkungsgrad der Stromerzeugung führt. Insbesondere im unteren und mittleren Leistungsbereich ist daher ein wirtschaftlicher Betrieb von ORC-Anlagen oder Kalina-Anlagen nicht möglich.For power generation in an ORC or Kalina process, a linear conversion system with one or more pressure cylinders, a linear generator, a filter, and a rectifier unit can be used to convert thermodynamic energy into electrical energy. By flowing the working medium into a working space of the printing cylinder, a piston is moved and it is discharged from the working medium energy as a volume change work on the piston. The kinetic energy of the piston can then be converted into electrical energy with a linear generator specially adapted for this application, whereby the linear generators used are prone to failure and contribute to high system costs. To convert the kinetic energy of the piston and a rotary generator can be used, wherein a crank mechanism is required, which converts an oscillating linear (translational) movement of one or more pistons by means of connecting rods in a rotational movement of a crankshaft, which then transmits shaft work to the generator , The conversion of the piston movement into a rotational movement of the crankshaft, however, is lossy in the known from the prior art crank mechanisms, resulting in a lower overall efficiency of power generation. In particular, in the lower and middle performance range, therefore, an economical operation of ORC systems or Kalina systems is not possible.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System der eingangs genannten Art, insbesondere ein Solarthermie-System, zur Erzeugung von Strom und vorzugsweise Heizwärme unter Nutzung von (Niedertemperatur-)Abwärme zur Verfügung zu stellen, das sich durch einen hohen elektrischen Wirkungsgrad und insbesondere einen hohen Gesamtwirkungsgrad auszeichnet und einen wirtschaftlichen Betrieb auch im unteren und mittleren Leistungsbereich bei einer elektrischen Leistung von weniger als 50 kW, weitere insbesondere von 5 bis 15 kW, zulässt.Object of the present invention is to provide a system of the type mentioned, in particular a solar thermal system, for generating electricity and preferably thermal heat using (low temperature) waste heat available, characterized by a high electrical efficiency and in particular a high overall efficiency and an economic operation in the lower and medium power range with an electric power of less than 50 kW, more particularly from 5 to 15 kW allowed.

Die vorgenannte Aufgabe ist bei einem System der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Motor eine Kurbelwellenanordnung mit einer Kurbelwelle und mit wenigstens einem Drucksegment aufweist, wobei die Kurbelwellenanordnung zur Umwandlung einer vorzugsweise linearen Bewegung des Drucksegmentes in eine rotatorische Bewegung des Kurbelwelle ausgebildet ist, wobei das Drucksegment periodisch in Richtung zur Kurbelwelle hin und von der Kurbelwelle weg bewegbar ist und periodisch mit einem mit der Kurbelwelle verbundenen Mitnehmerteil in Kontakt tritt, wobei im Kontaktzustand vom Drucksegment eine auf das Mitnehmerteil wirkende Druckkraft und ein auf die Kurbelwelle wirkendes Drehmoment erzeugt wird, wobei das Drucksegment im Kontaktzustand unmittelbar gegen das Mitnehmerteil anliegt und wobei die bei Expansion des Arbeitsmediums verrichtete Volumenänderungsarbeit an das Drucksegment übertragbar ist.The above object is achieved in a system of the type mentioned above in that the engine has a crankshaft assembly with a crankshaft and at least one pressure segment, wherein the crankshaft assembly for converting a preferably linear movement of the pressure segment is formed in a rotational movement of the crankshaft the pressure segment periodically is in the direction of the crankshaft and away from the crankshaft movable and periodically with a connected to the crankshaft driver part in contact, wherein in the contact state of the pressure segment acting on the driver part pressure force and acting on the crankshaft torque is generated, wherein the pressure segment in Contact state is applied directly against the driver part and wherein the performed during expansion of the working medium volume change work is transferable to the pressure segment.

Die erfindungsgemäße Kurbelwellenanordnung ermöglich die Umsetzung einer vorzugsweise translatorischen Bewegung des Drucksegmentes in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle in einfacher Weise bei hohem Wirkungsgrad der Bewegungsumwandlung, was insgesamt zu einem hohen Gesamtwirkungsgrad der Stromerzeugung bei dem erfindungsgemäßen System führt. Darüber hinaus zeichnet sich die erfindungsgemäße Kurbelwellenanordnung durch einen einfachen Aufbau mit geringer Bauteilanzahl und durch geringe Herstellungs-, Wartungs- und Installationskosten aus. Dies ermöglicht insbesondere einen wirtschaftlichen Einsatz des erfindungsgemäßen Systems im kleinen und mittleren Leistungsbereich bei einer elektrischen Leistung von weniger als 50 kW, vorzugsweise von 5 bis 15 kW.The crankshaft assembly according to the invention enables the implementation of a preferably translational movement of the pressure segment in a rotational movement of the crankshaft in a simple manner with high efficiency of motion conversion, which leads to a total high overall efficiency of power generation in the inventive system. In addition, the crankshaft assembly according to the invention is characterized by a simple structure with low number of components and low manufacturing, maintenance and installation costs. This allows in particular economical use of the system according to the invention in the small and medium power range with an electrical power of less than 50 kW, preferably from 5 to 15 kW.

Die bei der Expansion kann das ORC- oder Kalina-Arbeitsmedium Energie als Volumenänderungsarbeit an ein bewegbares Teil des Motors, wie einen Kolben einer Kolben-Zylinder-Einheit, abgegeben. Das expandierende Arbeitsmedium gelangt dabei in einen Arbeitsraum eines Druckzylinders, wodurch auf den Kolben eine Kraft ausgeübt wird, was unter Verrichtung von Arbeit zu einer Bewegung des Kolbens in Richtung zum Drucksegment führt.During expansion, the ORC or Kalina working fluid may be energy delivered as volume change work to a movable part of the engine, such as a piston of a piston-cylinder unit. The expanding working fluid passes into a working space of a printing cylinder, whereby a force is exerted on the piston, which leads to a movement of the piston in the direction of the pressure segment while performing work.

In einem gegenläufigen Arbeitstakt kann eine entgegengesetzt gerichtete Kolbenkraft erzeugt werden, die zu einer Wegbewegung des Kolbens von dem Drucksegment führt. Durch eine geeignete Steuerung der Arbeitstakte lässt sich das Drucksegment periodisch in Richtung zur Kurbelwelle hin und von der Kurbelwelle weg bewegen, was zu einer rotatorischen Bewegung der Kurbelwelle führt. Grundsätzlich kann das Arbeitsmedium bei der Expansion Energie als Volumenänderungsarbeit auch an bewegte Teile des Motors übertragen, die eine Drehbewegung ausführen und dadurch (periodisch) gegen das Drucksegment der Kurbelwellenanordnung wirken. Darüber hinaus ist es möglich, dass das Arbeitsmedium Energie als Volumenänderungsarbeit direkt bzw. unmittelbar an das Drucksegment abgibt, was zur beschriebenen Bewegung des Drucksegmentes führt.In an opposite working stroke, an oppositely directed piston force can be generated, which leads to a movement of the piston away from the pressure segment. By suitable control of the power strokes, the pressure segment can be periodically moved toward the crankshaft and away from the crankshaft, resulting in a rotational movement of the crankshaft. Basically, the working medium in the expansion of energy as volume change work also be transmitted to moving parts of the engine, which perform a rotational movement and thereby (periodically) act against the pressure segment of the crankshaft assembly. In addition, it is possible that the working medium energy as volume change work directly or directly to the pressure segment releases, resulting in the described movement of the pressure segment.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein wenigstens ein Speichermedium führender und, vorzugsweise, einen Speichermediumbehälter für das Speichermedium aufweisender Speicherladekreis vorgesehen, wobei der Speicherladekreis über wenigstens einen Wärmeübertrager mit dem Arbeitskreis verbunden ist, so dass Wärme von dem Speichermedium des Speicherladekreises an das Arbeitsmedium des Arbeitskreises übertragbar ist, um dieses zumindest teilweise zu verdampfen. Der Speicherladekreis ist zur Wärmeeinspeisung in den Speicherladekreis über wenigstens einen weiteren Wärmeübertrager mit einer (beliebigen) Wärmequelle verbunden. Der Speicherladekreis lässt es in einfacher Weise zu, bedarfsabhängig die im Speichermedium enthaltene Wärmeenergie zur Stromerzeugung zu nutzen oder zu Heizzwecken. Dabei ermöglicht das im Speichermediumbehälter gesammelte (erwärmte) Speichermedium beispielsweise auch dann die Stromerzeugung, wenn eine Wärmeeinspeisung in den Speicherladekreis periodisch nicht oder lediglich eingeschränkt möglich ist, was insbesondere für die Einspeisung von mittels Solaranlagen gewonnener thermischer Energie für Nachtzeiten oder im Winter gilt. Die gespeicherte Wärmeenergie des Speicherladekreises lässt somit eine gleichmäßige kontinuierliche Stromerzeugung bis hin zu einem Ganztagesbetrieb des erfindungsgemäßen Systems zu, was die Wirtschaftlichkeit deutlich steigert.In a particularly preferred embodiment of the invention, at least one storage medium leading and, preferably, a storage medium container for the storage medium having memory loading circuit is provided, wherein the storage charging circuit is connected via at least one heat exchanger to the working circuit, so that heat from the storage medium of the storage charging circuit to the working medium of the working group is transferable to at least partially vaporize it. The storage charging circuit is connected to the heat input into the storage charging circuit via at least one further heat exchanger with a (any) heat source. The storage charging circuit makes it possible in a simple manner to use the heat energy contained in the storage medium for power generation or for heating purposes, depending on demand. In this case, the (warmed) storage medium collected in the storage medium container also makes it possible, for example, to generate electricity when heat supply into the storage charging circuit is periodically not possible or only to a limited extent, which applies in particular to the feeding of thermal energy obtained by solar plants for night time or in winter. The stored heat energy of the storage charging circuit thus allows a uniform continuous power generation up to a full-day operation of the system according to the invention, which significantly increases the economic efficiency.

Das erfindungsgemäße System ist vorzugsweise ausgebildet zur Nutzung von thermischer Energie einer Solaranlage für eine gekoppelte Strom- und Wärmeerzeugung. Ein solches Solarthermie-System weist einen Solarkreis zur solarthermischen Kopplung an den ORC-Prozess auf, wobei der Solarkreis wenigstens einen Solarkollektor, insbesondere einen Vakuumröhrenkollektor, aufweist. Die Stromgewinnung mit Hilfe des thermodynamischen ORC- oder Kalina-Kreisprozesses erfolgt dadurch, dass Wärme der Solarflüssigkeit an das Arbeitsmedium übertragbar ist, um dieses (zumindest teilweise) zu verdampfen. Die Erfindung schlägt in diesem Zusammenhang ein Solarthermie-System vor, das auch im kleinen und mittleren Leistungsbereich bei einer elektrischen Leistung von weniger als 50 kW, insbesondere von 5 bis 15 kW, eine wirtschaftliche und verfahrenstechnisch einfache Umwandlung solarer Primärenergie in elektrischen Strom zulässt.The system according to the invention is preferably designed for the use of thermal energy of a solar system for a coupled power and heat generation. Such a solar thermal system has a solar circuit for solar thermal coupling to the ORC process, wherein the solar circuit has at least one solar collector, in particular a vacuum tube collector. The power is obtained by means of the thermodynamic ORC or Kalina cycle process in that the heat of the solar fluid is transferable to the working fluid to this (at least partially) to vaporize. In this connection, the invention proposes a solar thermal system which, even in the small and medium power range with an electric power of less than 50 kW, in particular from 5 to 15 kW, permits an economical and procedurally simple conversion of solar primary energy into electric current.

Der Solarkreis kann über wenigstens einen zweiten Wärmeübertrager mit dem Speicherladekreis und der Speicherladekreis über den ersten Wärmeübertrager mit dem Arbeitskreis verbunden sein, so dass Wärme von der Solarflüssigkeit des Solarkreises an das Speichermedium des Speicherladekreises und von dem Speichermedium an das Arbeitsmedium des Arbeitskreises übertragbar ist. Hierdurch wird die bedarfsabhängige Strom- und Wärmeerzeugung aus absorbierter Sonnenenergie wesentlich vereinfacht. Optional kann Wärme aus anderen (Ab-)Wärmequellen ergänzend zugeführt werden.The solar circuit may be connected via at least a second heat exchanger to the storage charging circuit and the storage charging circuit via the first heat exchanger to the working group, so that heat from the solar fluid of the solar circuit to the storage medium of the storage charging circuit and from the storage medium to the working medium of the working group is transferable. As a result, the demand-dependent Electricity and heat generation from absorbed solar energy considerably simplified. Optionally, heat from other (waste) heat sources can be supplied in addition.

Grundsätzlich kommt auch in Betracht, dass ein Solarabsorber des Solarkollektors, der Lichtenergie der Sonne in Wärme umwandelt, diese an ein ihn direkt durchfließendes ORC- oder Kalina-Arbeitsmedium abgibt. Das Arbeitsmedium wird dann direkt durch die absorbierte Sonnenenergie aufgeheizt und, vorzugsweise, verdampft. Es kommt dann zu einer Direktverdampfung des Arbeitsmittels ohne zusätzlichen Wärmetauscher.In principle, it is also considered that a solar absorber of the solar collector, the light energy of the sun converts into heat, it delivers to a directly flowing through him ORC or Kalina working medium. The working medium is then heated directly by the absorbed solar energy and, preferably, evaporated. It then comes to a direct evaporation of the working fluid without additional heat exchanger.

Der Speicherladekreis kann zur Abgabe von Heizwärme über wenigstens einen dritten Wärmeübertrager mit einem ein Heizmedium führenden Heizkreis eines Heizungs- und/oder Warmwassersystems verbunden sein, wobei Wärme von dem Speichermedium des Speicherladekreises über den dritten Wärmeübertrager an das Heizmedium übertragbar ist.The storage charging circuit may be connected to the output of heat by at least a third heat exchanger with a heating medium leading heating circuit of a heating and / or hot water system, wherein heat from the storage medium of the storage charging circuit via the third heat exchanger to the heating medium is transferable.

Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad der Stromerzeugung mit dem erfindungsgemäßen System zu gewährleisten, kann aus thermodynamischen Gründen bei der Übertragung von Wärme von dem Speichermedium an das Arbeitsmedium eine Überhitzung des Arbeitsmediums vorgesehen sein.To ensure the highest possible efficiency of power generation with the system according to the invention, overheating of the working medium can be provided for thermodynamic reasons in the transfer of heat from the storage medium to the working medium.

Nach der Expansion im Motor wird das Arbeitsmedium kondensiert und gibt die Kondensationswärme vorzugsweise an ein Kühlmedium ab, dass in einem Kühlkreis geführt ist, wobei der Arbeitskreis über wenigstens einen vierten Wärmeübertrager als Kondensator des ORC- oder Kalina-Kreisprozesses mit dem Kühlkreis verbunden ist. Der Kühlkreis kann über eine Wärmepumpe mit dem Speicherladekreis verbunden sein und, vorzugsweise, wenigstens einen Kühlmediumbehälter aufweisen. Die Kondensationswärme wird in den Kühlmediumbehälter transportiert und anschließend an die Wärmepumpe abgegeben. Mit Hilfe der Wärmepumpe können der Kühlmediumbehälter und damit das Kühlmedium gekühlt werden. Von der Wärmepumpe kann dann Nutzwärme mit höherer Temperatur an das Speichermedium im Speicherladekreis und/oder an das Heizmedium im Heizkreis übertragen werden.After expansion in the engine, the working fluid is condensed and the condensation heat is preferably from a cooling medium, which is guided in a cooling circuit, the working group is connected via at least a fourth heat exchanger as a condenser of the ORC or Kalina cycle with the cooling circuit. The cooling circuit may be connected via a heat pump with the storage charging circuit and, preferably, at least one cooling medium container. The heat of condensation is transported into the cooling medium tank and then released to the heat pump. With the help of the heat pump, the cooling medium tank and thus the cooling medium can be cooled. From the heat pump then useful heat can be transmitted at a higher temperature to the storage medium in the storage charging circuit and / or to the heating medium in the heating circuit.

Nachfolgend wird die erfindungsgemäß vorgesehene Kurbelwellenanordnung näher erläutert.The inventively provided crankshaft assembly will be explained in more detail.

Als Kurbelwellenanordnung kann grundsätzlich auch eine in der DE 10 2006 012 326 A1 beschriebene Anordnung mit einer Kurbelwelle und mit einem verstellbaren Drucksegment vorgesehen sein. Von Nachteil bei dieser bekannten Kurbelwellenanordnung ist jedoch, dass ein Schlitten bei Rotation einer Kurbelwelle eine Translationsbewegung entlang von Führungswellen ausführt und dabei periodisch abgebremst und erneut beschleunigt werden muss. Dies führt zu einem unrunden Lauf der Kurbelwelle. Das periodische Abbremsen und Beschleunigen des Schlittens bei der translatorischen Bewegung entlang der Führungswellen und die bei der translatorischen Bewegung auftretenden Energieverluste durch Reibung führen zu einem verringerten Wirkungsgrad bei der Energieumwandlung. Die bekannte Anordnung weist im Übrigen einen komplizierten konstruktiven Aufbau und eine große Bauteilanzahl auf, was die Ausfall- und Verschleißanfälligkeit erhöht und zu hohen Herstellungs-, Wartungs- und Betriebskosten führt.As crankshaft assembly can in principle also in the DE 10 2006 012 326 A1 be described arrangement provided with a crankshaft and with an adjustable pressure segment. A disadvantage of this known crankshaft arrangement, however, is that a carriage during rotation of a crankshaft performs a translational movement along guide shafts and thereby has to be braked periodically and accelerated again. This leads to a non-circular running of the crankshaft. The periodic deceleration and acceleration of the carriage during the translational movement along the guide shafts and the energy losses due to friction occurring during the translational movement lead to a reduced efficiency in energy conversion. The known arrangement has, moreover, a complicated structural design and a large number of components, which increases the susceptibility to failure and wear and leads to high manufacturing, maintenance and operating costs.

Um die Umwandlung einer vorzugsweise translatorischen Bewegung des Drucksegmentes in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle in einfacher Weise bei hohem Wirkungsgrad der Energieumwandlung und einfachem Aufbau der Kurbelwellenanordnung mit geringer Bauteilanzahl zu ermöglichen, wird daher vorzugsweise vorgeschlagen, dass das Mitnehmerteil bei der Rotation der Kurbelwelle eine lediglich rotatorische Bewegung ausführt. Im Unterschied zu der aus der DE 10 2006 012 326 A1 bekannten Kurbelwellenanordnung wird das Mitnehmerteil dann bei der Bewegungs- bzw. Energieumwandlung nicht in transversaler Richtung verschoben, sondern führt lediglich eine Drehbewegung um die Drehachse der Kurbelwelle aus. Die mit einer zusätzlichen translatorischen Bewegung des Mitnehmerteils verbundenen oben beschriebenen Nachteile können dann nicht auftreten. Das Mitnehmerteil wird bei der Bewegungs- bzw. Energieumwandlung zusammen mit der Kurbelwelle um die Drehachse der Kurbelwelle bewegt, wobei das Mitnehmerteil und die Kurbelwelle eine gleiche Drehrichtung aufweisen.In order to enable the conversion of a preferably translational movement of the pressure segment in a rotational movement of the crankshaft in a simple manner with high efficiency of energy conversion and simple design of the crankshaft assembly with low number of components, it is therefore preferably proposed that the driver part in the rotation of the crankshaft only a rotational Exercise movement. Unlike the one from the DE 10 2006 012 326 A1 known crankshaft assembly, the driver member is then not displaced in the movement or energy conversion in the transverse direction, but only performs a rotational movement about the axis of rotation of the crankshaft. The above-described disadvantages associated with an additional translational movement of the driver part can then not occur. The driver member is moved in the motion or energy conversion together with the crankshaft about the axis of rotation of the crankshaft, wherein the driver and the crankshaft have a same direction of rotation.

In Übereinstimmung mit der aus der DE 10 2006 012 326 A1 bekannten Kurbelwellenanordnung liegt das Drucksegment vorzugsweise lediglich während der Übertragung der Druckkraft gegen das Mitnehmerteil an, d. h. zeitweise bzw. periodisch, und unterscheidet sich somit von einem aus dem Stand der Technik an sich bekannten Kurbeltrieb, bei dem die Kurbelwelle während einer Umdrehung der Kurbelwelle stets über Pleuelstangen mit Antriebskolben verbunden ist.In accordance with from the DE 10 2006 012 326 A1 Known crankshaft arrangement, the pressure segment is preferably only during the transmission of compressive force against the driver part, ie temporarily or periodically, and thus differs from a known from the prior art crank mechanism, wherein the crankshaft during a revolution of the crankshaft always over Connecting rods is connected to drive piston.

Bei rotierender Kurbelwelle tritt das Mitnehmerteil periodisch bzw. zyklisch bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle mit dem Drucksegment unmittelbar in Kontakt. Für eine Drehmomenterzeugung kann das Drucksegment nach dem Inkontakttreten mit dem Mitnehmerteil in Richtung zur Kurbelwelle verstellt werden, so dass eine Antriebskraft auf das Mitnehmerteil erzeugt wird, die in Drehrichtung der Kurbelwelle wirkt und ein Drehmoment an der Kurbelwelle erzeugt. Die hierfür erforderliche Verstellbewegung bzw. der jeweilige Hub des Drucksegmentes ist von der Rotation der Kurbelwelle bzw. von dem jeweiligen Dreh- bzw. Kurbelwellenwinkel abhängig, wobei der Hub mit steigendem Dreh- bzw. Kurbelwellenwinkel zunimmt. Gleichzeitig dreht sich das Mitnehmerteil entlang einer Kreisbahn um die Drehachse der Kurbelwelle weiter. Bei Erreichen eines bestimmten Dreh- bzw. Kurbelwellenwinkels wird dann das Drucksegment um mindestens den ausgeführten Verstellweg zurück von der Kurbelwelle weg bewegt und dabei von dem Mitnehmerteil entkoppelt, bevor das rotierende Mitnehmerteil bei der nächsten Umdrehung erneut mit dem Drucksegment in Kontakt tritt und durch eine erneute Verstellbewegung des Drucksegmentes in Richtung hin zur Kurbelwelle angetrieben wird. Mit zunehmendem Kurbelwellenwinkel, über den das Mitnehmerteil angetrieben wird, steigt dabei die von der Druckkraft verrichtete Arbeit.When the crankshaft rotates, the driver part comes into periodic or cyclical contact with the pressure segment directly during each revolution of the crankshaft. For a torque generation can Pressure segment are adjusted after contacting the driver part in the direction of the crankshaft, so that a driving force is generated on the driver part, which acts in the direction of rotation of the crankshaft and generates a torque on the crankshaft. The adjusting movement required for this or the respective stroke of the pressure segment is dependent on the rotation of the crankshaft or on the respective rotational or crankshaft angle, wherein the stroke increases with increasing rotational or crankshaft angle. At the same time, the driver part continues to rotate along a circular path about the axis of rotation of the crankshaft. When a certain rotational or crankshaft angle is reached, the pressure segment is then moved away from the crankshaft by at least the adjusted displacement path and decoupled from the driver part before the rotating driver part again comes into contact with the pressure segment during the next revolution and again by a renewed rotation Adjusting movement of the pressure segment is driven toward the crankshaft. As the crankshaft angle through which the driver part is driven increases, the work done by the pressure force increases.

Grundsätzlich lässt es die Erfindung jedoch auch zu, dass die Übertragung kinetischer Energie im Kontaktzustand zwischen dem Mitnehmerteil und dem Drucksegment kurzzeitig bzw. stoßartig (impulsartig) erfolgt. Bei der Drehmomenterzeugung kann das Drucksegment dabei gegen das Mitnehmerteil anschlagen und einen Impuls übertragen, der das Mitnehmerteil antreibt und weiterdreht.In principle, however, the invention also allows the transmission of kinetic energy in the contact state between the driver part and the pressure segment to take place briefly or impulsively (pulse-like). In torque generation, the pressure segment can strike against the driver part and transmit a pulse that drives the driver and continues to rotate.

Die Antriebs- bzw. Verstellkraft zur Bewegung des Drucksegmentes bei der Drehmomenterzeugung wird vorzugsweise erzeugt durch ein aufgrund der an den Motor abgegebenen Volumenänderungsarbeit bewegtes Teil des Motors, beispielsweise einen bewegten Kolben einer Kolben-Zylinder-Anordnung des Motors. Wie oben bereits beschrieben, kann das Arbeitsmedium durch Expansion Energie als Volumenänderungsarbeit auch direkt an das Drucksegment abgeben, was zu einer Bewegung des Drucksegmentes führt. Durch eine entsprechende Steuerung der Energieabgabe an die Teile des Motors, die mechanische Arbeit verrichten bzw. an das Drucksegment, lässt sich die für eine Drehmomenterzeugung erforderliche Hin- und Herbewegung des Drucksegmentes vorgeben.The drive or displacement force for moving the pressure segment in the torque generation is preferably generated by a part of the engine moved due to the volume change work delivered to the engine, for example a moving piston of a piston-cylinder arrangement of the engine. As already described above, the working medium can also emit energy as volume change work by expansion directly to the pressure segment, which leads to a movement of the pressure segment. By an appropriate control of the energy output to the parts of the engine, perform the mechanical work or to the pressure segment, the required for a torque generation back and forth motion of the pressure segment can be specified.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kurbelwelle wenigstens eine Kurbelwange aufweist, an der das Mitnehmerteil exzentrisch festgesetzt ist. Grundsätzlich kann auch die Kurbelwange als solche für einen Antrieb genutzt werden, wobei die Kurbelwange beispielsweise eine bestimmte nicht-kreisförmige Kontur aufweisen kann, so dass ein Abschnitt der Kurbelwange einen Exzenterabschnitt bildet, der gegen das Drucksegment wirkt.In a preferred embodiment of the invention can be provided that the crankshaft has at least one crank arm on which the driver part is eccentrically fixed. Basically, the crank arm can be used as such for a drive, wherein the crank arm may for example have a certain non-circular contour, so that a portion of the crank arm forms an eccentric portion which acts against the pressure segment.

Um die Reibung zwischen dem Mitnehmerteil und dem Drucksegment bei der Verrichtung mechanischer Arbeit zu verringern, kann das Mitnehmerteil und/oder das Drucksegment eine reibungsmindernde Beschichtung aufweisen, die im Kontaktzustand gegen das Drucksegment bzw. das Mitnehmerteil anliegt. Hier ist eine geeignete Materialpaarung von Drucksegment und Mitnehmerteil zu wählen, um die Reibung gering zu halten. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass das Mitnehmerteil und/oder das Drucksegment ein Roll-, Gleit- oder Wälzelement aufweist, das im Kontaktzustand gegen das Drucksegment bzw. das Mitnehmerteil anliegt. Das Mitnehmerteil kann beispielsweise durch einen Kurbelwellenzapfen mit einer auf dem Kurbelwellenzapfen drehbar gelagerten Andruckrolle gebildet werden.In order to reduce the friction between the driver and the pressure segment in the performance of mechanical work, the driver part and / or the pressure segment may have a friction-reducing coating, which rests in the contact state against the pressure segment or the driver part. Here is a suitable material pairing of pressure segment and driver part to choose to keep the friction low. Alternatively or additionally, it may be provided that the driver part and / or the pressure segment has a rolling, sliding or rolling element, which rests against the pressure segment or the driver part in the contact state. The driver part can be formed for example by a crankshaft journal with a rotatably mounted on the crankshaft journal pressure roller.

Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von Drucksegmenten und/oder eine Mehrzahl von Mitnehmerteilen vorgesehen. Beispielsweise können mehrere Drucksegmente vorgesehen sein, um die Druckkraft und das auf die Kurbelwelle wirkende Drehmoment zu erhöhen. Auch kann eine Mehrzahl von Mitnehmerteilen vorgesehen sein, die bei Rotation der Kurbelwelle gleichzeitig gegen ein Drucksegment wirken. Vorzugsweise steht jedoch ein Drucksegment jeweils lediglich mit einem Mitnehmerteil in Wirkkontakt. Dadurch lassen sich ein gleichmäßiger ruhiger Lauf der Kurbelwelle bei der Bewegungsumwandlung und ein hoher energetischer Wirkungsgrad sicherstellen.Preferably, a plurality of pressure segments and / or a plurality of driver parts is provided. For example, a plurality of pressure segments may be provided to increase the pressure force and the torque acting on the crankshaft. Also, a plurality of driver parts may be provided, which simultaneously act against a pressure segment during rotation of the crankshaft. Preferably, however, a pressure segment is only in operative contact with a driver part. This ensures a smooth running of the crankshaft in the motion conversion and a high energy efficiency.

Mehrere Drucksegmente können auf unterschiedlichen Seiten der Kurbelwelle gegenüberliegend angeordnet sein, wobei, vorzugsweise, jeweils wenigstens zwei gegenüberliegende Drucksegmente auf einer gemeinsamen Querachse angeordnet sind und gleichzeitig über wenigstens zwei Mitnehmerteile auf die Kurbelwelle wirken. Diese Anordnung kann in Längsrichtung der Kurbelwelle redundant ausgeführt sein. Auch können mehrere gegenüberliegende Drucksegmente in Längsrichtung der Kurbelwelle versetzt zueinander angeordnet sein.Several pressure segments can be arranged opposite one another on different sides of the crankshaft, wherein, preferably, in each case at least two opposing pressure segments are arranged on a common transverse axis and simultaneously act on the crankshaft via at least two driver parts. This arrangement can be made redundant in the longitudinal direction of the crankshaft. Also, a plurality of opposite pressure segments can be arranged offset from one another in the longitudinal direction of the crankshaft.

Das Drucksegment kann auf der dem Mitnehmerteil zugewandten Seite eine Kurvenbahn aufweisen, auf der das Mitnehmerteil bei Rotation der Kurbelwelle zumindest bereichsweise bzw. über einen bestimmten Dreh- bzw. Kurbelwellenwinkel abläuft, wobei, vorzugsweise, die resultierende im Kontaktpunkt auf das Mitnehmerteil wirkende Druckkraft über die gesamte Länge der Kurvenbahn, über die das Mitnehmerteil mit dem Drucksegment in Kontakt tritt, die Gerade durch den Drehpunkt der Kurbelwelle und den Kontaktpunkt schneidet. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass über die gesamte Länge der Kurvenbahn, über die das Mitnehmerteil mit dem Drucksegment in Wirkkontakt tritt, eine Druckkraft von dem Drucksegment auf das Mitnehmerteil übertragen wird. Ein Tot- oder Fluchtpunkt, bei dem der Kraftvektor der resultierenden Druckkraft auf der Geraden durch den Drehpunkt der Kurbelwelle und den Kontaktpunkt liegt, wird während dem Ablaufen des Mitnehmerteils auf der Ablaufbahn des Druckelementes und der Verstellbewegung des Drucksegmentes in Richtung zur Kurbelwelle nicht ausgebildet. Im Flucht- oder Totpunkt wirkt die resultierende Druckkraft lediglich in Normalenrichtung auf das von dem Drucksegment angetriebene Mitnehmerteil. Dadurch sind ein verzögerungsfreier Lauf der Kurbelwelle und ein hoher energetischer Wirkungsgrad bei der Bewegungsumwandlung sichergestellt. Das gleich gilt entsprechend, wenn die Kurbelwelle angetrieben ist und mechanische Arbeit an dem Drucksegment verrichtet werden soll.The pressure segment may have on the side facing the driver part a curved path on which the driver part runs during rotation of the crankshaft at least partially or over a certain rotational or crankshaft angle, wherein, preferably, the resulting at the contact point on the Driver part acting compressive force over the entire length of the cam track over which the driver part comes into contact with the pressure segment, the straight line through the pivot point of the crankshaft and the contact point intersects. In other words, this means that over the entire length of the curved path over which the driver part comes into operative contact with the pressure segment, a compressive force is transmitted from the pressure segment to the driver part. A dead or vanishing point in which the force vector of the resulting pressure force on the straight line through the pivot point of the crankshaft and the contact point is not formed during the expiration of the driver on the Ablaufbahn the pressure element and the adjustment of the pressure segment in the direction of the crankshaft. At the escape or dead point, the resulting pressure force acts only in the normal direction on the driving part driven by the pressure segment. As a result, a delay-free running of the crankshaft and a high energy efficiency in the motion conversion are ensured. The same applies accordingly when the crankshaft is driven and mechanical work is to be done on the pressure segment.

In diesem Zusammenhang sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung eine halbkreisförmige Kurvenbahn vor, wobei der Radius der Kurvenbahn für jeden Kurbelwellenwinkel bei der Rotationsbewegung des Mitnehmerteils größer ist als der Abstand vom Drehpunkt der Kurbelwelle zu dem jeweiligen Kontaktpunkt zwischen Mitnehmerteil und Drucksegment und wobei der Drehpunkt der Kurbelwelle und der Mittelpunkt der Kurvenbahn nicht zusammenfallen. Aufgrund der Verschiebung von Drehpunkt der Kurbelwelle und Mittelpunkt der Kurvenbahn wird ein Tot- oder Fluchtpunkt nicht erreicht. Dies ermöglicht einen verzögerungsfreien Lauf der Kurbelwelle bei der Bewegungsumwandlung und erhöht die Energiemenge, die bei einer Verstellbewegung (einem Hub) des Drucksegmentes bzw. bei Rotation des Mitnehmerteils über einen bestimmten Winkelbereich übertragen werden kann. Der horizontale Abstand zwischen dem Drehpunkt der Kurbelwelle und dem Mittelpunkt der Kurvenbahn ändert sich dabei mit Verstellung des Drucksegmentes bzw. dessen Annäherung an die Kurbelwelle.In this context, a preferred embodiment of the invention provides a semicircular cam track, wherein the radius of the cam track for each crankshaft angle in the rotational movement of the driver part is greater than the distance from the pivot point of the crankshaft to the respective contact point between driver part and pressure segment and wherein the pivot point of the crankshaft and the center of the curved path does not coincide. Due to the displacement of the pivot point of the crankshaft and the center of the curved path a dead or vanishing point is not reached. This allows a delay-free running of the crankshaft in the motion conversion and increases the amount of energy that can be transmitted during an adjustment movement (a stroke) of the pressure segment or during rotation of the driver over a certain angular range. The horizontal distance between the pivot point of the crankshaft and the center of the cam track changes with adjustment of the pressure segment or its approach to the crankshaft.

Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die Kurvenbahn halbkreisförmig ist, wobei der Radius der Kurvenbahn im Wesentlichen dem Abstand vom Drehpunkt der Kurbelwelle zum Kontaktpunkt zwischen Drucksegment und Mitnehmerteil entspricht und wobei der Drehpunkt der Kurbelwelle und der Mittelpunkt der Kurvenbahn zusammenfallen. In diesem Fall ist vorzugsweise vorgesehen, das Drucksegment noch vor Erreichen eines Tot- oder Fluchtpunktes außer Kontakt mit dem Mitnehmerteil zu bringen, was durch eine entsprechende Verstellbewegung des Drucksegmentes in Richtung weg von der Kurbelwelle erreicht werden kann.In principle, it is also possible that the curved path is semicircular, wherein the radius of the curved path substantially corresponds to the distance from the pivot point of the crankshaft to the contact point between pressure segment and driver part and wherein the pivot point of the crankshaft and the center of the curved path coincide. In this case, it is preferably provided to bring the pressure segment before reaching a dead or vanishing point out of contact with the driver part, which can be achieved by a corresponding adjustment movement of the pressure segment in the direction away from the crankshaft.

Weiter vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Druckkraft kontinuierlich über eine einem Kurbelwellenwinkelbereich von 20 bis 150°, vorzugsweise von 10 bis 160° oder mehr, entsprechende Bogenlänge der Kurvenbahn übertragen wird. Je größer der Kurbelwellenwinkelbereich, über den ein Kontakt zwischen dem Mitnehmerteil und dem Drucksegment besteht und eine Druckkraft wirkt, desto größer ist der zugeordnete Verstellweg des Drucksegmentes und damit auch die mechanische Arbeit, die von der Druckkraft beim Ablaufen des Mitnehmerteils auf der Kurvenbahn verrichtet werden kann.Further preferably, it is provided that the pressure force is transmitted continuously over a crankshaft angle range of 20 to 150 °, preferably from 10 to 160 ° or more, corresponding arc length of the curved path. The greater the crankshaft angle range over which there is contact between the driver part and the pressure segment and a compressive force acts, the greater is the associated adjustment path of the pressure segment and thus also the mechanical work that can be performed by the pressure force during the passage of the driver part on the curved path ,

Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße System auszugestalten und weiterzubilden, wobei einerseits auf die abhängigen Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung verwiesen wird. Die oben beschriebenen Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung sowie die nachfolgend beschriebenen Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung können unabhängig voneinander, aber auch in einer beliebigen Kombination realisiert werden. In der Zeichnung zeigen:In particular, there are a variety of ways to design and develop the system according to the invention, reference being made on the one hand to the dependent claims and on the other hand to the following detailed description of a preferred embodiment of the invention with reference to the drawings. The above-described aspects and features of the present invention, as well as the aspects and features of the present invention described below, can be implemented independently of each other but also in any combination. In the drawing show:

1 eine perspektivische Darstellung einer Kurbelwellenanordnung zur Verwendung in einem System zur Erzeugung von Strom in einem ORC- oder Kalina-Kreisprozess, wobei die Kurbelwellenanordnung eine Kurbelwelle und ein Drucksegment aufweist und zur Umwandlung einer Bewegung des Drucksegmentes in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle ausgebildet ist, 1 a perspective view of a crankshaft assembly for use in a system for generating electricity in an ORC or Kalina cycle, wherein the crankshaft assembly having a crankshaft and a pressure segment and is adapted to convert a movement of the pressure segment in a rotational movement of the crankshaft

2 eine Querschnittsansicht der in 1 dargestellten Kurbelwellenanordnung entlang der Schnittlinie II-II aus 1, 2 a cross-sectional view of in 1 shown crankshaft assembly along the section line II-II 1 .

3 bis 5 die jeweilige Lage des Mitnehmerteils relativ zum Drucksegment beim Ablaufen entlang einer Kurvenbahn des Drucksegmentes und bei Erreichen unterschiedlicher Kurbelwellenwinkel, 3 to 5 the respective position of the driver part relative to the pressure segment when running along a curved path of the pressure segment and when reaching different crankshaft angles,

6 eine schematische Darstellung einer Kurbelwellenanordnung mit zwei Drucksegmenten und zwei Mitnehmerteilen, 6 a schematic representation of a crankshaft assembly with two pressure segments and two driver parts,

7 eine schematische Darstellung der Verschiebung des Mittelpunkts der Kurvenbahn des Drucksegmentes zum Drehpunkt der Kurbelwelle bei der Übertragung von Antriebsenergie von dem Drucksegment auf die Kurbelwelle, 7 a schematic representation of the displacement of the center of the cam track of the pressure segment to the pivot point of the crankshaft in the transmission of drive energy from the pressure segment to the crankshaft,

8 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Kurbelwellenanordnung in einer Ansicht auf zwei Mitnehmerteile einer Kurbelwelle der Kurbelwellenanordnung, 8th 1 is a schematic representation of a further embodiment of a crankshaft arrangement in a view of two driver parts of a crankshaft of the crankshaft arrangement,

9 eine schematische Darstellung der in 8 gezeigten Kurbelwellenanordnung in einer Ansicht auf ein Stehlager der Kurbelwelle, 9 a schematic representation of in 8th shown crankshaft assembly in a view of a pillow block of the crankshaft,

10 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zur gekoppelten Erzeugung von Strom in einem ORC-Kreisprozess und zur Erzeugung von Warmwasser und/oder von Heizwärme unter Verwendung einer Kurbelwellenanordnung der in den 1 bis 9 gezeigten Art und 10 a schematic representation of a system according to the invention for the coupled generation of electricity in an ORC cycle and for the production of hot water and / or heating heat using a crankshaft arrangement of the in the 1 to 9 shown type and

11 der Ausschnitt XI aus 1. 11 the cutout XI off 1 ,

In den 1 und 2 ist eine Kurbelwellenanordnung 1 mit einer Kurbelwelle 2 und mit wenigstens einem Drucksegment 3 gezeigt. Die Kurbelwellenanordnung 1 ist gemäß der dargestellten Ausführungsform zur Umwandlung einer geradlinigen bzw. translatorischen Hubbewegung des Drucksegmentes 3 in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle 2 oder umgekehrt ausgebildet und vorgesehen. Die dargestellte Kurbelwellenanordnung 1 ist insbesondere vorgesehen und ausgebildet, um die bei der Expansion eines ORC- oder Kalina-Arbeitsmittels in einem ORC- bzw. Kalina-Kreisprozess an ein bewegtes Teil eines Motors als Volumenänderungsarbeit abgegebene Energie in Rotationsenergie der Kurbelwelle 2 umzuwandeln, wobei Wellenarbeit der Kurbelwelle 2 an einen nicht dargestellten Generator zur Stromerzeugung übertragbar ist. Das Drucksegment 3 wird dabei periodisch bzw. zyklisch in Richtung zur Kurbelwelle 2 hin und von der Kurbelwelle 2 weg bewegt, was durch den Pfeil 4 dargestellt ist. Grundsätzlich kann das Drucksegment 3 auch eine drehende, kippende oder kombinierte Bewegung in Richtung zur Kurbelwelle 2 hin und von der Kurbelwelle 2 weg ausführen.In the 1 and 2 is a crankshaft arrangement 1 with a crankshaft 2 and with at least one pressure segment 3 shown. The crankshaft arrangement 1 is according to the illustrated embodiment for converting a linear or translational lifting movement of the pressure segment 3 in a rotational movement of the crankshaft 2 or vice versa trained and provided. The illustrated crankshaft arrangement 1 Specifically, it is provided and configured to convert the energy into rotational energy of the crankshaft output to a moving part of an engine as volume change work in the expansion of an ORC or Kalina working fluid in an ORC or Kalina cycle 2 convert, taking shaft work of the crankshaft 2 to a generator, not shown, for power generation is transferable. The printing segment 3 is thereby periodically or cyclically in the direction of the crankshaft 2 to and from the crankshaft 2 moved away, what by the arrow 4 is shown. Basically, the pressure segment 3 also a rotating, tilting or combined movement towards the crankshaft 2 to and from the crankshaft 2 Run away.

Die dargestellte Kurbelwellenanordnung 1 zeichnet sich durch einen einfachen konstruktiven Aufbau bei geringer Bauteilanzahl aus und ist damit wenig ausfall- und verschleißanfällig, was insgesamt dazu beiträgt, Herstellungs-, Wartungs- und Instandhaltungskosten zu senken. Im Übrigen ist der Wirkungsgrad bei der Umwandlung von insbesondere Translationsenergie in Rotationsenergie und umgekehrt aufgrund geringer Reibungsverluste bei der Energieumwandlung gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Kurbelwellenanordnungen hoch.The illustrated crankshaft arrangement 1 is characterized by a simple structural design with low number of components and is therefore less susceptible to failure and wear, which contributes overall to reduce manufacturing, maintenance and repair costs. Incidentally, the efficiency in the conversion of particular translation energy into rotational energy and vice versa due to low friction losses in the energy conversion over known from the prior art crankshaft assemblies is high.

Bei rotierender Kurbelwelle 2 tritt bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle 2 ein Mitnehmerteil 5 periodisch bzw. zyklisch mit dem Drucksegment 3 unmittelbar in Kontakt. Wird das Drucksegment 3 wie in 2 dargestellt mit einer Verstellkraft FV angetrieben, so wird eine Verstellbewegung des Drucksegmentes 3 in eine Drehbewegung der Kurbelwelle 2 umgewandelt und es wird ein auf die Kurbelwelle 2 wirkendes Drehmoment erzeugt. Dabei wird durch eine Hubbewegung des Drucksegmentes 3 in Richtung zur Kurbelwelle 2 nach dem Inkontakttreten mit dem Mitnehmerteil 5 eine in einem Kontaktpunkt P auf das Mitnehmerteil 5 wirkende resultierende Druckkraft FR erzeugt. Die Verstellkraft FV wird beispielsweise über wenigstens einen Kolben einer Kolben-Zylinder-Einheit erzeugt, die als Antrieb für das Drucksegment 3 vorgesehen ist, wobei der Kolben zumindest periodisch mit dem Drucksegment 3 kinematisch gekoppelt ist. Die Kurbelwelle 2 ist mit einem Generator koppelbar, um Wellenarbeit abzugeben, die mittels eines nicht dargestellten Generators dann in elektrische Energie umgewandelt werden kann.With rotating crankshaft 2 occurs every revolution of the crankshaft 2 a driver part 5 periodically or cyclically with the pressure segment 3 directly in contact. Will the pressure segment 3 as in 2 shown driven by an adjusting force FV, so is an adjustment of the pressure segment 3 in a rotational movement of the crankshaft 2 it is converted to the crankshaft 2 generates acting torque. It is characterized by a lifting movement of the pressure segment 3 towards the crankshaft 2 after contacting the driver part 5 one in a contact point P on the driver part 5 acting resulting pressure force FR generated. The adjusting force FV is generated for example via at least one piston of a piston-cylinder unit, which serves as a drive for the pressure segment 3 is provided, wherein the piston at least periodically with the pressure segment 3 kinematically coupled. The crankshaft 2 is coupled to a generator to deliver shaft work, which can then be converted by means of a generator, not shown, into electrical energy.

Um einen einfachen konstruktiven Aufbau und einen hohen Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Bewegungsenergien zu gewährleisten, ist bei der dargestellten Kurbelwellenanordnung 1 vorgesehen, dass das Mitnehmerteil 5 bei Rotation der Kurbelwelle 2 eine lediglich rotatorische Bewegung zusammen mit der Kurbelwelle 2 ausführen kann.In order to ensure a simple structural design and high efficiency in the conversion of kinetic energy is in the illustrated crankshaft assembly 1 provided that the driver part 5 during rotation of the crankshaft 2 a purely rotational movement together with the crankshaft 2 can perform.

Bei den dargestellten Ausführungsformen weist das Drucksegment 3 jeweils eine Kurvenbahn 6 mit einer halbkreisförmigen Kontur auf, wobei das Drucksegment 3 zur Erzeugung einer Druckkraft FR auf das jeweilige Mitnehmerteil 5 in Richtung zur Kurbelwelle 2 verstellt wird und dabei einen geradlinigen Hub H ausführt. Das Mitnehmerteil 5 läuft periodisch bzw. zyklisch auf der Kurvenbahn 6 ab, wobei die Kontur der Kurvenbahn 6 so ausgeführt ist und das Mitnehmerteil 5 derart an dem Drucksegment 3 entlang geführt wird, dass aufgrund der gleichzeitig zur Rotationsbewegung des Mitnehmerteils 5 stattfindenden Hubbewegung des Drucksegmentes 3 eine in Drehrichtung 7 der Kurbelwelle 2 wirkende Antriebskraftkomponente FA' erzeugt wird, die die Kurbelwelle 2 über das Mitnehmerteil 5 in Drehung versetzt. Die resultierende Druckkraft FR lässt sich dabei in eine Normalkraftkomponente FN' und in die Antriebskraftkomponente FA' zerlegen, wobei lediglich die Antriebskraftkomponente FA' zur Drehmomenterzeugung führt. Der Vektor der Normalkraftkomponente FN' liegt in der Geraden G durch den Drehpunkt M der Kurbelwelle 2 und dem Kontaktpunkt P und kann daher kein Antriebsmoment erzeugen.In the illustrated embodiments, the pressure segment 3 one curved path each 6 with a semicircular contour on, with the pressure segment 3 for generating a pressure force FR on the respective driver part 5 towards the crankshaft 2 is adjusted while doing a straight-line stroke H. The driver part 5 runs periodically or cyclically on the curved path 6 starting with the contour of the curved path 6 so executed and the driver part 5 such on the pressure segment 3 is guided along that due to the simultaneous rotation of the driver part 5 taking place lifting movement of the pressure segment 3 one in the direction of rotation 7 the crankshaft 2 acting driving force component FA 'generated that will be the crankshaft 2 over the driver part 5 set in rotation. The resulting compressive force FR can be decomposed into a normal force component FN 'and into the driving force component FA', whereby only the driving force component FA 'leads to the generation of torque. The vector of the normal force component FN 'lies in the straight line G through the pivot point M of the crankshaft 2 and the contact point P, and therefore can not generate drive torque.

Um die Hubbewegung des Drucksegmentes 3 und die Rotationsbewegung der Kurbelwelle 2 zeitlich aufeinander abzustimmen, kann eine nicht dargestellte Steuer- und/oder Regeleinrichtung vorgesehen sein.To the lifting movement of the pressure segment 3 and the rotational movement of the crankshaft 2 To coordinate with each other in time, a control and / or regulating device, not shown, may be provided.

Durch die am Kontaktpunkt P wirkende resultierende Druckkraft FR, genauer gesagt, durch deren Antriebskraftkomponente FA', wird das Mitnehmerteil 5 zusammen mit der Kurbelwelle 2 entlang der Kurvenbahn 6 in Drehrichtung 7 der Kurbelwelle 2 verschoben, was in 2 schematisch dargestellt ist. Beim Verschieben des Mitnehmerteils 5 verrichtet die Druckkraft FR mechanische Arbeit an dem Mitnehmerteil 5 bzw. an der Kurbelwelle 2. Es wird somit kinetische Energie von dem Drucksegment 3 auf das Mitnehmerteil 5 übertragen. Mit anderen Worten wird Translationsenergie in Rotationsenergie umgewandelt.By acting on the contact point P resulting pressure force FR, more precisely, by their driving force component FA ', the driver part 5 along with the crankshaft 2 along the curved path 6 in the direction of rotation 7 the crankshaft 2 moved what was in 2 is shown schematically. When moving the driver part 5 performs the pressing force FR mechanical work on the driver part 5 or on the crankshaft 2 , It thus becomes kinetic energy from the pressure segment 3 on the driver part 5 transfer. In other words, translational energy is converted into rotational energy.

Vorzugsweise liegt das Mitnehmerteil 5 bei der Rotation der Kurbelwelle 2 nicht über die gesamte Länge der Kurvenbahn 6 gegen das Drucksegment 3 an, sondern lediglich über einen Teil der Länge, der einem bestimmten Winkelbereich eines Kurbelwellenwinkels ρ bzw. Drehwinkels der Kurbelwelle 2 entspricht. Im Winkelbereich zwischen einem ersten kleineren Kurbelwellenwinkel ρ, bei dem das Mitnehmerteil 5 bei rotierender Kurbelwelle 2 mit dem Drucksegment 3 in Kontakt tritt, und einem zweiten größeren Kurbelwellenwinkel ρ wird dann durch die gleichzeitig zur Rotationsbewegung des Mitnehmerteils 5 erfolgende Hubbewegung des Drucksegmentes 3 eine gegen das Mitnehmerteil 5 wirkende Druckkraft FR und ein Antriebsmoment auf die Kurbelwelle 2 erzeugt. Bei Erreichen des zweiten größeren Kurbelwellenwinkels ρ wird das Drucksegment 3 um mindestens den ausgeführten Hub H zurück von der Kurbelwelle 2 weg bewegt und von dem Mitnehmerteil 5 entkoppelt, bevor das Mitnehmerteil 5 bei der nächsten Umdrehung erneut in den Bereich der Kurvenbahn 6 einläuft.Preferably, the driver part is located 5 during the rotation of the crankshaft 2 not over the entire length of the curved path 6 against the pressure segment 3 but only over a part of the length, the a certain angular range of a crankshaft angle ρ or rotation angle of the crankshaft 2 equivalent. In the angular range between a first smaller crankshaft angle ρ at which the driver part 5 with rotating crankshaft 2 with the pressure segment 3 comes into contact, and a second larger crankshaft angle ρ is then by the same time to the rotational movement of the driver 5 Successful lifting movement of the pressure segment 3 one against the driver part 5 acting pressure force FR and a drive torque on the crankshaft 2 generated. Upon reaching the second larger crankshaft angle ρ the pressure segment 3 at least the executed stroke H back from the crankshaft 2 moved away and from the driver part 5 decoupled before the driver part 5 at the next turn again in the area of the curved path 6 enters.

Das Zurückstellen des Drucksegmentes 3 erfolgt vorzugsweise dann, wenn das Mitnehmerteil 5 bei der Rotationsbewegung um den Drehpunkt M der Kurbelwelle 2 in eine Position auf der Kurvenbahn 6 gelangt, an der die Antriebskraftkomponente FA der im Kontaktpunkt P auf das Mitnehmerteil 5 wirkenden resultierenden Druckkraft FR nur noch gering ist. Wie sich aus den 4 bis 6 ergibt, die den Bewegungsablauf des Mitnehmerteils 5 schematisch für einen Kurbelwellenwinkel von 10 bis 160° zeigen, tritt das Mitnehmerteil 5 vorzugsweise bei Rotation um einen Kurbelwellenwinkel ρ = 10° mit dem Drucksegment 3 in Kontakt (4), worauf das Drucksegment 3 einen Hub H ausführt und das Mitnehmerteil 3 antreibt, bis dieses eine Position erreicht hat, die einem Kurbelwellenwinkel ρ = 160° (5) entspricht.Resetting the print segment 3 takes place preferably when the driver part 5 in the rotational movement about the pivot point M of the crankshaft 2 in a position on the curved path 6 at which the driving force component FA at the contact point P on the driver part 5 acting resulting pressure force FR is only low. As is clear from the 4 to 6 shows that the movement of the driver part 5 schematically show a crankshaft angle of 10 to 160 °, the driver part occurs 5 preferably with rotation about a crankshaft angle ρ = 10 ° with the pressure segment 3 in contact ( 4 ), whereupon the pressure segment 3 performs a stroke H and the driver part 3 drives until it reaches a position that corresponds to a crankshaft angle ρ = 160 ° ( 5 ) corresponds.

Vorzugsweise kann in diesem Zusammenhang ein tangentialer Ein- und Auslauf des Mitnehmerteils 5 in bzw. aus der Kurvenbahn 6 vorgesehen sein. Dadurch wird ein reibungsarmer Einlauf und Auslauf des Mitnehmerteils 5 in bzw. aus der Kurvenbahn 6 gewährleistet.Preferably, in this context, a tangential inlet and outlet of the driver part 5 in or out of the curved path 6 be provided. This is a low-friction inlet and outlet of the driver 5 in or out of the curved path 6 guaranteed.

Ist die Kurbelwellenanordnung 1 dagegen für eine Umwandlung einer Drehbewegung der Kurbelwelle 2 in eine insbesondere translatorische Verstellbewegung des Drucksegmentes 3 ausgebildet und vorgesehen, so tritt das Mitnehmerteil 5 bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle 2 bei Erreichen eines bestimmten ersten kleineren Kurbelwellenwinkels ρ über eine bestimmte Länge der Kurvenbahn 6 mit dem Drucksegment 3 in Kontakt und erzeugt dabei eine Druckkraft auf das Drucksegment 3, durch die das Drucksegment 3 von der Kurbelwelle 2 weggedrückt wird. Es wird dabei Arbeit an dem Drucksegment 3 verrichtet. Bei Erreichen eines zweiten größeren Kurbelwellenwinkels ρ, wenn das Mitnehmerteil 5 aufgrund der Rotationsbewegung von der Kurvenbahn abläuft bzw. den Kontakt zum Druckelement 3 verliert, wird das Drucksegment 3 um mindestens den ausgeführten Hub zurück in Richtung zur Kurbelwelle 2 bewegt, bevor das Mitnehmerteil 5 bei der nächsten Umdrehung erneut in den Bereich der Kurvenbahn 6 einläuft. Die Kurbelwellenanordnung 1 kann somit zur Umwandlung von Rotationsenergie der Kurbelwelle 2 in Translations- oder Verstellenergie des Druckelementes 3 und umgekehrt eingesetzt werden.Is the crankshaft assembly 1 in contrast, for a conversion of a rotational movement of the crankshaft 2 in a particular translational adjustment of the pressure segment 3 trained and provided, the driver part occurs 5 every revolution of the crankshaft 2 upon reaching a certain first smaller crankshaft angle ρ over a certain length of the curved path 6 with the pressure segment 3 in contact and generates a compressive force on the pressure segment 3 through which the pressure segment 3 from the crankshaft 2 is pushed away. It will work on the pressure segment 3 done. Upon reaching a second larger crankshaft angle ρ, when the driver part 5 due to the rotational movement of the cam track expires or contact the pressure element 3 loses, the pressure segment becomes 3 at least the executed stroke back towards the crankshaft 2 moved before the driver part 5 at the next turn again in the area of the curved path 6 enters. The crankshaft arrangement 1 can thus convert the rotational energy of the crankshaft 2 in translational or adjustment energy of the pressure element 3 and vice versa.

Wie sich aus den 1 und 2 weiter ergibt, ist das Mitnehmerteil 5 zwischen zwei Kurbelwangen 8 angeordnet und an diesen festgesetzt. Bei Rotation der Kurbelwelle 2 rotiert das Mitnehmerteil 5 entlang einer Kreisbahn um die Drehachse der Kurbelwelle 2. Das Mitnehmerteil 5 ist im vorliegenden Fall mehrteilig ausgebildet und wird durch einen an den Kurbelwangen 8 festgesetzten Kurbelzapfen 9 und mehrere Druckrollen 10 gebildet, die an dem Kurbelzapfen 8 gelagert sind. Daraus resultiert eine hohe Stabilität der dargestellten Kurbelwellenanordnung 1 bei geringer Belastung der einzelnen Bauteile während der Bewegungs- bzw. Energieumwandlung.As is clear from the 1 and 2 further results, is the driver part 5 between two crank webs 8th arranged and fixed to this. Upon rotation of the crankshaft 2 rotates the driver part 5 along a circular path around the axis of rotation of the crankshaft 2 , The driver part 5 is formed in this case in several parts and is by a on the crank webs 8th fixed crank pin 9 and several pressure rollers 10 formed on the crankpin 8th are stored. This results in a high stability of the illustrated crankshaft assembly 1 at low load of the individual components during the movement or energy conversion.

Die mehreren Druckrollen 9 des Mitnehmerteils 5 lassen es bei einer entsprechenden Steuerung bzw. Regelung der aufeinander abgestimmten Bewegung von Drucksegment 3 und Kurbelwelle 2 bedarfsweise zu, dass bei der Rotation der Kurbelwelle 2 mehrere Drucksegmente 3 gleichzeitig gegen ein Mitnehmerteil 5 wirken. Um die Steuerung bzw. Regelung zu vereinfachen, ist es jedoch vorzugsweise vorgesehen, dass jedes Mitnehmerteil 5 periodisch bzw. zyklisch lediglich mit einem Drucksegment 3 in Wirkkontakt tritt.The several pressure rollers 9 of the driver part 5 let it with a corresponding control or regulation of the coordinated movement of pressure segment 3 and crankshaft 2 if necessary, that during the rotation of the crankshaft 2 several pressure segments 3 simultaneously against a driver part 5 Act. In order to simplify the control or regulation, however, it is preferably provided that each driver part 5 periodically or cyclically with only one pressure segment 3 comes into operative contact.

Wie sich aus 6 ergibt, können mehrere längs der Kurbelwellenachse gegenüberliegend angeordnete Drucksegmente 3 vorgesehen sein. Es können gegenüberliegend paarweise zusammenwirkende Drucksegmente 3 vorgesehen sein, wobei jeweils zwei zusammenwirkende Drucksegmente 3 auf einer gemeinsamen Querachse angeordnet sind. Ebenso ist es möglich, dass gegenüberliegend angeordnete Drucksegmente 3 in Längsrichtung der Kurbelwelle 2 versetzt zueinander angeordnet sind. Um einen Umlauf der Kurbelwelle 2 zu gewährleisten, ist wenigstens ein Drucksegment 3 erforderlich, das über ein Mitnehmerteil 5 die Kurbelwelle 2 antreibt. Durch Vergrößerung der Anzahl der Drucksegmente 3 kann bei ausreichend hoher Eingangsleistung die Ausgangsleistung bei der Energieumwandlung vergrößert werden.As it turned out 6 results, a plurality along the crankshaft axis oppositely arranged pressure segments 3 be provided. It can have pairs of opposing pressure segments opposite each other 3 be provided, wherein in each case two cooperating pressure segments 3 are arranged on a common transverse axis. It is also possible that oppositely arranged pressure segments 3 in the longitudinal direction of the crankshaft 2 offset from one another. To one revolution of the crankshaft 2 to ensure is at least one pressure segment 3 required, that via a driver part 5 the crankshaft 2 drives. By increasing the number of pressure segments 3 can be increased at sufficiently high input power, the output power in the energy conversion.

Gemäß 6 weist die Kurbelwellenanordnung 1 wenigstens zwei Mitnehmerteile 5 auf, die um 180° versetzt zueinander an der Kurbelwange 8 festgesetzt sind. Dadurch wird gewährleistet, dass bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle 2 stets lediglich ein Mitnehmerteil 5 mit einem Drucksegment 3 in Wirkkontakt tritt. Grundsätzlich können jedoch auch mehrere Mitnehmerteile 5 vorgesehen sein, die vorzugsweise nachfolgend in die Kurvenbahn 6 eines Drucksegmentes 3 einlaufen und nachfolgend in Wirkkontakt mit dem Drucksegment 3 gelangen.According to 6 has the crankshaft arrangement 1 at least two driver parts 5 on, offset by 180 ° to each other on the crank arm 8th are fixed. This ensures that every rotation of the crankshaft 2 always only one driver part 5 with a pressure segment 3 comes into operative contact. In principle, however, also several driver parts 5 be provided, preferably below in the curved path 6 a pressure segment 3 enter and subsequently in operative contact with the pressure segment 3 reach.

Wie sich weiter aus 6 ergibt, ist der Mittelpunkt M1 der Kurvenbahn 6 des rechten Drucksegmentes 3 gegenüber dem Drehpunkt M der Kurbelwelle 2 nach unten und der Mittelpunkt M2 der Kurvenbahn 6 des linken Drucksegmentes 3 gegenüber dem Drehpunkt M der Kurbelwelle 2 nach oben versetzt angeordnet. Dadurch wird erreicht, dass der resultierende Kraftvektor der im Kontaktpunkt P wirkenden Druckkraft FR über die gesamte Länge der Kurvenbahn 6, über die das Mitnehmerteil 5 mit dem Drucksegment 3 in Kontakt steht, nicht auf der Geraden G durch den Drehpunkt der Kurbelwelle 2 und den Kontaktpunkt P liegt. Im Ergebnis durchläuft das Mitnehmerteil 5 beim Ablaufen auf der Kurvenbahn 6 keinen Totpunkt, an dem der resultierende Kraftvektor der Druckkraft FR genau auf der Geraden G liegt bzw. mit der Geraden G fluchtet und die Antriebskraft FA den Wert Null annimmt.How to get out 6 is the center point M1 of the curved path 6 the right pressure segment 3 opposite the pivot point M of the crankshaft 2 down and the midpoint M2 of the curved path 6 of the left pressure segment 3 opposite the pivot point M of the crankshaft 2 arranged offset upwards. This ensures that the resultant force vector of the pressure force FR acting at the contact point P over the entire length of the curved path 6 about which the driver part 5 with the pressure segment 3 is in contact, not on the straight line G through the pivot point of the crankshaft 2 and the contact point P is located. As a result, passes through the driver part 5 when running on the curved path 6 no dead center at which the resultant force vector of the pressure force FR lies exactly on the straight line G or is aligned with the straight line G and the drive force FA assumes the value zero.

Die Verschiebung des Drehpunktes M der Kurbelwelle 2 relativ zum Mittelpunkt M1 der Kurvenbahn 6 ist in 7 schematisch dargestellt. Der jeweils für eine kinematische Kopplung erforderliche Hub H ist vom Kurbelwellenwinkel φ abhängig, wobei die vorgenannte Abhängigkeit beschrieben wird durch nachfolgende Gleichung:

Figure 00170001
Figure 00180001
The displacement of the pivot point M of the crankshaft 2 relative to the center M1 of the curved path 6 is in 7 shown schematically. The stroke H required in each case for a kinematic coupling is dependent on the crankshaft angle φ, the abovementioned dependence being described by the following equation:
Figure 00170001
Figure 00180001

Der Kurbelwellenwinkel φ beschreibt dabei einen Winkel zwischen der Geraden G durch den Drehpunkt M der Kurbelwelle und den Kontaktpunkt P von Mitnehmerteil 5 und Drucksegment 3 und einer Geraden L, die durch den Anfangspunkt und den Endpunkt der Kurvenbahn 6 verläuft und tangential an das Drucksegment 3 gelegt ist. Die Gerade L verläuft parallel zu einer Senkrechten durch den Drehpunkt M der Kurbelwelle 2.The crankshaft angle φ describes an angle between the straight line G through the pivot point M of the crankshaft and the contact point P of driver part 5 and pressure segment 3 and a straight line L passing through the starting point and the end point of the curved path 6 runs tangent to the pressure segment 3 is laid. The straight line L runs parallel to a vertical through the pivot point M of the crankshaft 2 ,

In 7 beschreibt die Länge a den Abstand des Mittelpunkts M3 des Mitnehmerteils 5 von dem Drehpunkt M der Kurbelwelle 2. Die Länge b beschreibt den Radius des Mitnehmerteils 5 bzw. der Druckrolle 10. Die Länge c beschreibt den Radius der Kurvenbahn 6. Wie 7 weiter zeigt, ist der Drehpunkt M der Kurbelwelle 2 in vertikaler Richtung um einen festen Betrag S und in horizontaler Richtung um den Hub H gegenüber dem Mittelpunkt M1 der Kurvenbahn 6 verschoben, wobei der Hub H abhängig vom Kurbelwellenwinkel φ ist. In einer Ausgangsstellung des Drucksegmentes 3, in der der Hub H einen Wert von Null annimmt, liegen der Drehpunkt M der Kurbelwelle 2 und der Mittelpunkt M1 der Kurvenbahn 6 auf einer gemeinsamen Senkrechten. Bei rein translatorischer Verstellbewegung des Drucksegmentes 3 während der Bewegungsumwandlung bzw. Energieumwandlung von Translationsenergie in Rotationsenergie ist der vertikale Versatz S konstant.In 7 describes the length a the distance of the center M3 of the driver part 5 from the pivot point M of the crankshaft 2 , The length b describes the radius of the driver part 5 or the pressure roller 10 , The length c describes the radius of the curved path 6 , As 7 further shows, the pivot point M of the crankshaft 2 in the vertical direction by a fixed amount S and in the horizontal direction by the stroke H with respect to the center M1 of the curved path 6 shifted, wherein the stroke H is dependent on the crankshaft angle φ. In a starting position of the pressure segment 3 , in which the stroke H assumes a value of zero, are the Fulcrum M of the crankshaft 2 and the midpoint M1 of the curved path 6 on a common vertical. For purely translational adjustment of the pressure segment 3 during the motion conversion or energy conversion from translational energy to rotational energy, the vertical offset S is constant.

Der Radius der Kurvenbahn 6, der in 7 der Länge c entspricht, ist somit bei jedem Kurbelwellenwinkel ρ größer als der Abstand vom Drehpunkt M der Kurbelwelle 2 zum Kontaktpunkt P, wobei der Abstand in 7 der Länge a + b entspricht. Der Drehpunkt M der Kurbelwelle 2 und der Mittelpunkt M1 der Kurvenbahn 6 fallen im Ergebnis nicht zusammen, so dass über die gesamte Kontaktzeit zwischen dem Mitnehmerteil 5 und dem Drucksegment 3 eine resultierende Druckkraft FR auf den Kontaktpunkt P einwirkt, deren Antriebskraftkomponente FA zu einer Drehbewegung des Mitnehmerteils 5 und damit der Kurbelwelle 2 führt. Es versteht sich, dass die Kontur der Kurvenbahn 6 entsprechend ausgebildet sein muss.The radius of the curved path 6 who in 7 The length c corresponding to each crankshaft angle ρ is thus greater than the distance from the pivot point M of the crankshaft 2 to the contact point P, wherein the distance in 7 the length a + b corresponds. The pivot point M of the crankshaft 2 and the midpoint M1 of the curved path 6 As a result, they do not coincide, so that over the entire contact time between the driver part 5 and the print segment 3 a resultant compressive force FR acts on the contact point P whose drive force component FA causes a rotational movement of the driver part 5 and thus the crankshaft 2 leads. It is understood that the contour of the curved path 6 must be trained accordingly.

Nicht dargestellt ist, dass die Kurvenbahn 6 auch halbkreisförmig sein kann, wobei der Radius der Kurvenbahn 6 im Wesentlichen dem Abstand vom Drehpunkt M der Kurbelwelle 2 zum Kontaktpunkt P zwischen Drucksegment 3 und Mitnehmerteil 5 entspricht und wobei der Drehpunkt M der Kurbelwelle 2 und der Mittelpunkt M1 der Kurvenbahn 6 zusammenfallen. Hier wird jedoch ein Totpunkt bei Rotation des Mitnehmerteils 5 um den Drehpunkt M erreicht, der bei einem Kurbelwellenwinkel φ von ca. 90° liegen kann. Bevor das Mitnehmerteil 5 bei der Rotation der Kurbelwelle 2 den Flucht- oder Totpunkt erreicht, wird das Drucksegment 3 vorzugsweise um den bis dahin ausgeführten Hub H oder darüber hinaus zurückgestellt.Not shown is the curved path 6 may also be semicircular, with the radius of the curved path 6 essentially the distance from the pivot point M of the crankshaft 2 to the contact point P between pressure segment 3 and driver part 5 corresponds and wherein the pivot point M of the crankshaft 2 and the midpoint M1 of the curved path 6 coincide. Here, however, a dead center in rotation of the driver part 5 reaches around the pivot point M, which may be at a crank angle φ of about 90 °. Before the driver part 5 during the rotation of the crankshaft 2 reaches the escape or dead center, the pressure segment 3 preferably set back by hitherto executed stroke H or beyond.

In den 8 und 9 ist eine weitere Ausführungsform einer Kurbelwellenanordnung 1 gezeigt, wobei wenigstens zwei Mitnehmerteile 5 vorgesehen sind, um bei der Bewegungsumwandlung eine Energieübertragung zwischen zwei Drucksegmenten 3 und der Kurbelwelle 2 zu ermöglichen. Die Mitnehmerteile 5 werden gebildet durch Kurbelzapfen 9 mit Rollen 10, wobei die Kurbelzapfen 9 in Umfangsrichtung um 180° versetzt bzw. gegenüberliegend an einer Kurbelwange 8 festgelegt sind. Die Rollen 10 sind drehbar an den Kurbelwellenzapfen 9 gelagert. Bei rotierender Kurbelwelle 2 liegt jedes Drucksegment 3 jeweils gegen die Rolle 10 eines Mitnehmerteils 5 unmittelbar an.In the 8th and 9 is another embodiment of a crankshaft assembly 1 shown, wherein at least two driving parts 5 are provided to the motion conversion energy transfer between two pressure segments 3 and the crankshaft 2 to enable. The driver parts 5 are formed by crank pin 9 with roles 10 , with the crankpins 9 offset in the circumferential direction by 180 ° or opposite to a crank arm 8th are fixed. The roles 10 are rotatable on the crankshaft journal 9 stored. With rotating crankshaft 2 lies every pressure segment 3 each against the role 10 a driver part 5 immediately.

8 zeigt die Kurbelwellenanordnung 1 in einer Ansicht auf die Mitnehmerteile 5, wobei die Drucksegmente 3 in zwei Aufnahmestücken 11 in transversaler Richtung 4 bewegbar geführt sein können. Für eine Verstellbewegung der Drucksegmente 3 wird eine Verstellkraft FR mit einem nicht im Einzelnen dargestellten Antrieb auf die Drucksegmente 3 aufgebracht, die zu einer Verstellung beider Drucksegmente 3 in Richtung zur Kurbelwelle 2 hin führen. Dadurch werden die Mitnehmerteile 5 und damit die Kurbelwelle 2 in Drehrichtung 7 angetrieben. 8th shows the crankshaft assembly 1 in a view of the driver parts 5 , where the pressure segments 3 in two recording pieces 11 in a transverse direction 4 can be movably guided. For an adjustment movement of the pressure segments 3 is an adjusting force FR with a drive not shown in detail on the pressure segments 3 applied, resulting in an adjustment of both pressure segments 3 towards the crankshaft 2 lead out. This will cause the driver parts 5 and thus the crankshaft 2 in the direction of rotation 7 driven.

Nachdem ein Mitnehmerteil 5 die Kurvenbahn 6 eines Drucksegmentes 3 durchlaufen hat, was einer halben Umdrehung der Kurbelwelle 2 entspricht, wird das betreffende Drucksegment 3 um mindestens den ausgeführten Hub in die Ausgangslage zurückgestellt, bevor das nächste Mitnehmerteil 5 in die Kurvenbahn 6 des betreffenden Drucksegmentes 3 einläuft und in Kontakt mit dem betreffenden Drucksegment 3 tritt. Wenn das zweite Mitnehmerteil 5 mit dem betreffende Drucksegment 3 in Kontakt tritt, wird dieses erneut mit einer Verstellkraft eines nicht dargestellten Antriebs in Richtung zur Kurbelwelle 2 hin verstellt, um eine Druckkraft FR auf das zweite Mitnehmerteil 5 erzeugen und die Kurbelwelle 2 antreiben zu können. Zur Lagerung der Kurbelwelle 2 ist ein Lagerbock 14 vorgesehen.After a driver part 5 the curved path 6 a pressure segment 3 has undergone what a half turn of the crankshaft 2 corresponds, the relevant print segment 3 reset by at least the executed stroke in the starting position before the next driver part 5 in the curved path 6 the relevant pressure segment 3 enters and in contact with the relevant pressure segment 3 occurs. If the second driver part 5 with the relevant print segment 3 comes into contact, this is again with an adjusting force of a drive not shown in the direction of the crankshaft 2 adjusted to a compressive force FR on the second driver part 5 generate and the crankshaft 2 to be able to drive. For storage of the crankshaft 2 is a bearing block 14 intended.

Zur Zurückstellung der Drucksegmente 3 können zwei Nockenläufer 12 vorgesehen sein, die an der Kurbelwange 8 festgesetzt sind und bei Drehung der Kurbelwelle 2 mit Abdruckrollen 13 in Kontakt treten, was zu einem Zurückstellen der Drucksegmente 3 über eine mechanische Kopplung führt. Alternativ kann auch vorgesehen sein, die Zurückstellbewegung der Drucksegmente 3 über vorzugsweise als Kolben-Zylinder-Aggregate ausgebildete Antriebe zu bewerkstelligen, wobei die Antriebe durch entsprechende Beaufschlagung eine Verstellbewegung der Drucksegmente 3 in Richtung zur Kurbelwelle 2 hin oder von der Kurbelwelle 2 weg bewirken können.To reset the printing segments 3 can use two cam followers 12 be provided on the crank arm 8th are fixed and upon rotation of the crankshaft 2 with impression rollers 13 contact, resulting in a reset of the pressure segments 3 via a mechanical coupling leads. Alternatively it can also be provided, the reset movement of the pressure segments 3 preferably to be implemented as a piston-cylinder units formed drives, the drives by appropriate action an adjustment of the pressure segments 3 towards the crankshaft 2 to or from the crankshaft 2 can effect away.

An der Rückseite der Kurbelwange 8 sind um 180° in Umfangsrichtung gegenüber den beiden vorderseitigen Mitnehmerteilen 5 versetzt angeordnete weitere Mitnehmerteile vorgesehen, die mit weiteren Drucksegmenten 3 zusammenwirken können.At the back of the crank arm 8th are 180 ° in the circumferential direction relative to the two front-side driver parts 5 staggered arranged additional driver parts provided with other pressure segments 3 can interact.

Gemäß 9 kann ein Nockenring 15 vorgesehen sein, der über eine Kurbelwange 16 mit der Kurbelwelle 2 verbunden ist und zur Antriebssteuerung der für die Verstellbewegung des oder der Drucksegmente 3 vorgesehenen Antriebseinheit bzw. zur Steuerung der Beaufschlagung der Antriebseinheit mit einem Arbeitsmedium mit einer Rolle 17 einer Ventileinheit 18 zusammenwirkt, wobei die Ventileinheit 18 die Versorgung der Antriebseinheit mit dem Arbeitsmedium steuert.According to 9 can be a cam ring 15 be provided, which has a crank cheek 16 with the crankshaft 2 is connected and the drive control for the adjustment of the or the pressure segments 3 provided drive unit or for controlling the application of the drive unit with a Working medium with a roller 17 a valve unit 18 interacts with the valve unit 18 controls the supply of the drive unit with the working medium.

In den 10 und 11 ist schematisch ein Solarthermie-System 19 zur gekoppelten Erzeugung von Strom und Heizwärme unter Verwendung eines ORC-Kreisprozesses dargestellt. Das System 19 weist einen Arbeitskreis 20 auf, der ein ORC-Arbeitsmedium, vorzugsweise ein Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt, führt. Darüber hinaus sind ein Motor 21 und ein nicht dargestellter Generator vorgesehen. Der Arbeitskreis 20 weist einen ersten Wärmeübertrager 22 und zwei Überhitzer 23 auf, wobei das Arbeitsmedium durch Wärmeübertragung im Wärmeübertrager 22 und in den beiden Überhitzern 23 verdampft und überhitzt wird. Dies führt zu einer Druckerhöhung des Arbeitsmediums. Die Druckenergie kann in Form von Volumenänderungsarbeit bei der Expansion des Arbeitsmittels an den Motor abgegeben werden. Beispielsweise ist es möglich, dass das Arbeitsmedium bei Expansion Energie als Volumenänderungsarbeit an einen Kolben einer Kolben-Zylinder-Anordnung des Motors oder an ein sonstiges bewegbares Teil, das mechanische Arbeit verrichten kann, überträgt.In the 10 and 11 is schematically a solar thermal system 19 for the coupled generation of electricity and thermal heat using an ORC cycle process. The system 19 has a working group 20 which carries an ORC working medium, preferably a low boiling point refrigerant. In addition, they are an engine 21 and an unillustrated generator provided. The working group 20 has a first heat exchanger 22 and two superheaters 23 on, wherein the working medium by heat transfer in the heat exchanger 22 and in the two superheaters 23 evaporated and overheated. This leads to an increase in pressure of the working medium. The pressure energy may be delivered to the engine in the form of volume change work as the working fluid expands. For example, it is possible for the working medium to transfer energy as volume change work to a piston of a piston-cylinder arrangement of the engine or to another movable part that can perform mechanical work.

Das Arbeitsmedium kann beispielsweise über eine Leitung in einen Arbeitsraum eines Druckzylinders einer Kolben-Zylinder-Anordnung gelangen. Das expandierende Arbeitsmedium gibt dabei Energie als Volumenänderungsarbeit an den Kolben ab, was unter Verrichtung von Arbeit zu einer Bewegung des Kolbens führt. Der aufgrund der abgegebenen Volumenänderungsarbeit bewegte Kolben bzw. das bewegte sonstige Teil des Motors erzeugt eine Druckkraft auf ein Drucksegment 3 einer in den 10 und 11 nicht dargestellten Kurbelwellenanordnung 1 der oben anhand der 1 bis 9 beschriebenen Art. Die Kurbelwellenanordnung 1 ist zur Umwandlung einer Bewegung des Drucksegmentes 3 in eine rotatorische Bewegung einer Kurbelwelle 2 ausgebildet. Von der Kurbelwelle 2 wird dann Bewegungsenergie in Form von Wellenarbeit an den Generator übertragen und von dem Generator in elektrische Energie umgewandelt. Durch Erzeugen entsprechender Rückstellkräfte wird der Kolben zurückbewegt, wobei eine geeignete Steuerung derart vorgesehen sein kann, dass der Kolben eine periodische Hubbewegung ausführt, die an das Drucksegment 3 übertragen wird. Zwischen den beiden Überhitzern 23 ist ein Speicherbehälter 23a für das Arbeitsmedium vorgesehen. Dies trägt zu einem vereinfachten Ausgleich von Wärmeschwankungen bei und ermöglicht eine gleichbleibende Höhe der erzeugten Strommenge.The working medium can, for example, pass via a line into a working space of a pressure cylinder of a piston-cylinder arrangement. The expanding working medium gives off energy as a volume change work on the piston, which leads to a movement of the piston while performing work. The moving due to the volume change work piston or the moving other part of the engine generates a compressive force on a pressure segment 3 one in the 10 and 11 not shown crankshaft arrangement 1 the above based on the 1 to 9 described type. The crankshaft assembly 1 is for converting a movement of the pressure segment 3 in a rotational movement of a crankshaft 2 educated. From the crankshaft 2 Then kinetic energy in the form of wave work is transmitted to the generator and converted by the generator into electrical energy. By generating corresponding restoring forces, the piston is moved back, whereby suitable control can be provided such that the piston performs a periodic lifting movement, which is connected to the pressure segment 3 is transmitted. Between the two superheaters 23 is a storage tank 23a intended for the working medium. This contributes to a simplified compensation of heat fluctuations and allows a constant amount of the amount of electricity generated.

Darüber hinaus weist das System 19 einen thermischen Solarkreis 24 auf, der eine Solarflüssigkeit führt und an ein Solarkollektorfeld 25 mit einer Mehrzahl von Solarkollektoren 26 angeschlossen ist. Der Solarkreis 24 ist über einen zweiten Wärmeübertrager 27 mit einem ein Speichermedium, vorzugsweise Wasser, führenden und einen Speichermediumbehälter 28 aufweisenden Speicherladekreis 29 gekoppelt. Der Speicherladekreis 29 seinerseits ist für eine Wärmeübertragung an das Arbeitsmedium über den ersten Wärmeübertrager 22 und die beiden Überhitzer 23 mit dem Arbeitskreis 20 gekoppelt.In addition, the system points 19 a thermal solar circuit 24 which leads a solar fluid and to a solar collector field 25 with a plurality of solar collectors 26 connected. The solar circuit 24 is via a second heat exchanger 27 with a storage medium, preferably water, leading and a storage medium container 28 having memory loading circuit 29 coupled. The storage charging circuit 29 in turn, is for heat transfer to the working medium via the first heat exchanger 22 and the two superheaters 23 with the working group 20 coupled.

Das Solarkollektorfeld 25 gibt über den mit Solarflüssigkeit gefüllten thermischen Solarkreis 24 und den zweiten Wärmeübertrager 27 thermische Energie bzw. Wärme an den mit Wasser betriebenen Speicherladekreis 29 ab. Durch die Wärmeenergie wird das Speichermedium erwärmt der Speichermediumbehälter 28 energetisch aufgeladen.The solar collector field 25 gives about the solar thermal fluid filled with solar fluid 24 and the second heat exchanger 27 thermal energy or heat to the water-operated storage charging circuit 29 from. The thermal energy heats the storage medium of the storage medium container 28 energetically charged.

In dem thermischen Solarkreis 24 wird mittels Hochleistungsvakuumröhren Heißwasser auf einem Temperaturniveau von vorzugsweise 70 bis 120°C produziert. Dieses wird zur Stromerzeugung im ORC-Arbeitskreis 20 benötigt. Ab einer Temperatur von beispielsweise 70°C ist eine Wärmeübertragung vom Speichermedium des Speicherladekreises 29 an das Arbeitsmedium des Arbeitskreises 20 im ersten Wärmeübertrager 22 und in den beiden Überhitzern 23 vorgesehen, was zur Verdampfung und Überhitzung des Arbeitsmittels führt. Die Abbruchtemperatur für die Wärmeübertragung an den ORC-Arbeitskreis 20 kann ca. 5°C geringer sein als die Minimaltemperatur für die Wärmeübertragung, also beispielsweise ca. 65°C betragen. Das Speichermedium des Speicherladekreises 29 kann bei geringeren Temperaturen zur Wärmeübertragung an den Heizkreis 30 genutzt werden, wofür wenigstens ein dritter Wärmeübertrager 31 vorgesehen ist. Der Heizkreis 30 ist an ein Heizungssystem 32 gekoppelt. Im Ergebnis lässt sich die im ORC-Prozess nicht nutzbare thermische Energie des Solarkreises 24 bedarfsweise zur Erwärmung eines Gebäudes und/oder zur Warmwassererzeugung einsetzen.In the thermal solar circuit 24 is produced by means of high performance vacuum tubes hot water at a temperature level of preferably 70 to 120 ° C. This becomes the power generation in the ORC working group 20 needed. From a temperature of for example 70 ° C is a heat transfer from the storage medium of the storage charging circuit 29 to the working medium of the working group 20 in the first heat exchanger 22 and in the two superheaters 23 provided, which leads to evaporation and overheating of the working fluid. The termination temperature for heat transfer to the ORC working group 20 may be about 5 ° C lower than the minimum temperature for heat transfer, so for example be about 65 ° C. The storage medium of the storage charging circuit 29 can at lower temperatures for heat transfer to the heating circuit 30 be used, for which at least a third heat exchanger 31 is provided. The heating circuit 30 is connected to a heating system 32 coupled. The result is that the thermal energy of the solar circuit can not be used in the ORC process 24 if necessary, use for heating a building and / or for generating hot water.

Über eine Bypassleitung ist es zudem möglich, das Speichermedium des Speicherladekreises 29 nach der Erwärmung im zweiten Wärmeübertrager 27 am Speichermediumbehälter 28 vorbei direkt zur Wärmeübertragung an das Arbeitsmedium des Arbeitskreises 20 im ersten Wärmeübertrager 22 und in den beiden Überhitzern 23 zu nutzen.Via a bypass line, it is also possible, the storage medium of the storage charging circuit 29 after heating in the second heat exchanger 27 on the storage medium container 28 passing directly to the heat transfer to the working medium of the working group 20 in the first heat exchanger 22 and in the two superheaters 23 to use.

Bei der Wärmeübertragung wird das Arbeitsmedium in den beiden nachgeschalteten Überhitzern 23 überhitzt. Hierbei kommt es zu einer starken Druckerhöhung, so dass die Überhitzer 23 als Hochdruckwärmetauscher ausgebildet sind. During heat transfer, the working medium in the two downstream superheaters 23 overheated. This results in a strong pressure increase, so that the superheater 23 are designed as high pressure heat exchanger.

Das Arbeitsmedium wird nach der Expansion in den dem Motor 21 nachgeschalteten Niedertemperaturwärmetauschern 33a, 33b abgekühlt und in einem vierten Wärmeübertrager 34 kondensiert. Das verflüssigte Arbeitsmittel wird in einem Sammelbehälter 35 gesammelt und mit einer Pumpe 36 über ein Dreiwegeventil 37 dem ersten Wärmeübertrager 22 und den beiden Überhitzern 23 zur Verdampfung und Überhitzung zugeführt. Das Arbeitsmedium des Arbeitskreises 20 kann nach dem Austritt aus dem Sammelbehälter 35 zur Vorwärmung über die beiden dem Motor 21 benachbarten Niedertemperaturwärmeübertrager 33a zum ersten Wärmeübertrager 22 geführt werden.The working fluid is after expansion in the engine 21 downstream low-temperature heat exchangers 33a . 33b cooled and in a fourth heat exchanger 34 condensed. The liquefied working fluid is stored in a collection container 35 collected and with a pump 36 via a three-way valve 37 the first heat exchanger 22 and the two superheaters 23 supplied for evaporation and overheating. The working medium of the working group 20 can after leaving the sump 35 to preheat the two over the engine 21 adjacent low-temperature heat exchanger 33a to the first heat exchanger 22 be guided.

Wie sich weiter aus den 10 und 11 ergibt, ist der Arbeitskreis 20 über den Sammelbehälter 35, die beiden nachgeschalteten Niedertemperaturwärmeübertrager 33b und den vierten Wärmeübertrager 34 als Kondensator des ORC-Kreisprozesses mit einem ein Kühlmedium führenden Kühlkreis 38 verbunden. Bei dem Kühlmedium handelt es sich vorzugsweise um Wasser. Der Kühlkreis 38 weist einen Kühlmediumbehälter 39 auf. Der Kühlkreis 38 ist über eine Hochtemperatur-Wärmepumpe 40 mit dem Speicherladekreis 39 gekoppelt. Mit Hilfe der Wärmepumpe 40 wird der Kühlmediumbehälter 29 gekühlt und die dabei entstehende Wärme kann der Gebäudeheizung oder einem Wärmkreislauf zugeführt werden. Alternativ ist es möglich, das Kühlmedium des Kühlkreises 38 über einen Lüfter 41 zu kühlen.How to get out of the 10 and 11 results, is the working group 20 over the collection container 35 , the two downstream low-temperature heat exchanger 33b and the fourth heat exchanger 34 as a condenser of the ORC cycle with a cooling medium leading a cooling circuit 38 connected. The cooling medium is preferably water. The cooling circuit 38 has a cooling medium tank 39 on. The cooling circuit 38 is via a high temperature heat pump 40 with the storage charging circuit 39 coupled. With the help of the heat pump 40 becomes the coolant tank 29 cooled and the resulting heat can be supplied to the building heating or a heat cycle. Alternatively, it is possible, the cooling medium of the cooling circuit 38 via a fan 41 to cool.

Das Kühlen des Kühlmediums unter Verwendung der Wärmepumpe 40 ermöglicht aufgrund tieferer Kondensationstemperaturen des Arbeitsmittels eine höhere Energieausbeute für den Kraftprozess. Andererseits wird die für die Wärmepumpe 40 erzeugte Wärme auf einem hohen Temperaturniveau für die Beheizung oder Warmwasserbereitung zu Verfügung gestellt. Der zur Stromerzeugung vorgesehene ORC-Prozess trägt aufgrund seines hohen Wirkungsgrades zu einem hohen Gesamtwirkungsgrad des dargestellten Solarthermie-Systems 19 bei und gewährleistet eine hohe Wirtschaftlichkeit bei der gekoppelten Erzeugung von Strom zur Eigennutzung oder zur Netzeinspeisung und von Heizenergie zur Gebäudeheizung oder Warmwasserbereitung. Der Speicherladekreis 29 mit dem Speichermediumbehälter 28 ermöglicht eine bedarfsabhängige Stromerzeugung bei vorzugsweise gleichbleibender Strommenge, beispielsweise dann, wenn der Heizbedarf gering ist, insbesondere im Sommer, und/oder zu Tages- oder Nachtzeiten, in denen die Solarkollektoren 26 aufgrund mangelnder oder nicht vorhandener Sonneneinstrahlung keine Energie liefern. Ein Ganztagesbetrieb des dargestellten Solarthermie-Systems ist dabei bevorzugt.Cooling the cooling medium using the heat pump 40 Due to lower condensation temperatures of the working fluid, a higher energy yield for the power process is possible. On the other hand, that is for the heat pump 40 generated heat at a high temperature level for heating or water heating provided. Due to its high efficiency, the ORC process intended for power generation contributes to a high overall efficiency of the illustrated solar thermal system 19 and ensures a high level of efficiency in the coupled generation of electricity for own use or for grid feed-in and of heating energy for building heating or hot water. The storage charging circuit 29 with the storage medium container 28 allows a demand-dependent power generation at preferably constant amount of electricity, for example, when the heating demand is low, especially in summer, and / or at day or night, in which the solar panels 26 Do not provide energy due to lack of or lack of sunlight. A full-day operation of the illustrated solar thermal system is preferred.

Das dargestellte Solarthermie-System 19 ist vorzugsweise ausgelegt auf eine elektrische Leistung von weniger als 50 kW, insbesondere 5 bis 15 kW. Entsprechend der Leistungsanforderung sind die einzelnen Bauteile und Baugruppen des Solarthermie-Systems 19 gegebenenfalls mehrfach vorzusehen. Die vorstehenden Merkmale können entsprechend auch verwirklich sein bei einem System zur Erzeugung von Strom durch Kopplung an einen ORC- oder Kalina-Kreisprozess, wobei an der Stelle von Solarwärme oder ergänzend Abwärme aus einer anderen Wärmequelle zur Stromerzeugung genutzt werden soll.The illustrated solar thermal system 19 is preferably designed for an electrical power of less than 50 kW, in particular 5 to 15 kW. According to the power requirement, the individual components and assemblies of the solar thermal system 19 if necessary provide several times. Accordingly, the above features may also be realized in a system for generating electricity by coupling to an ORC or Kalina cycle, wherein at the location of solar heat or supplemental waste heat from another heat source is to be used for power generation.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102006012326 A1 [0018, 0019, 0020] DE 102006012326 A1 [0018, 0019, 0020]

Claims (10)

System (19) zur Erzeugung von Strom durch Kopplung an einen ORC- oder Kalina-Kreisprozess, und, vorzugsweise, zur Erzeugung von Heizwärme, mit einem ein Arbeitsmedium führenden Arbeitskreis (20), mit einem Motor (21) und mit einem Generator, wobei der Arbeitskreis (20) wenigstens einen ersten Wärmeübertrager (22) zur Übertragung von Wärme an das Arbeitsmedium aufweist, wobei das Arbeitsmedium durch Wärmeübertragung zumindest teilweise verdampft wird, wobei durch Expansion des Arbeitsmediums Energie als Volumenänderungsarbeit an den Motor (21) abgegeben wird und wobei Bewegungsenergie des Motors (21) an den Generator übertragen und von dem Generator in elektrische Energie umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (21) eine Kurbelwellenanordnung (1) mit einer Kurbelwelle (2) und mit wenigstens einem Drucksegment (3) aufweist, wobei die Kurbelwellenanordnung (1) zur Umwandlung einer Bewegung des Drucksegmentes (3) in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle (2) ausgebildet ist, wobei das Drucksegment (3) periodisch in Richtung zur Kurbelwelle (2) hin und von der Kurbelwelle (2) weg bewegbar ist und periodisch mit einem mit der Kurbelwelle verbundenen Mitnehmerteil (5) in Kontakt tritt, wobei im Kontaktzustand vom Drucksegment (3) eine auf das Mitnehmerteil (5) wirkende Druckkraft und ein auf die Kurbelwelle (2) wirkendes Drehmoment erzeugt wird, wobei das Drucksegment (3) im Kontaktzustand unmittelbar gegen das Mitnehmerteil (5) anliegt und wobei die bei der Expansion des Arbeitsmediums verrichtete Volumenänderungsarbeit an das Drucksegment (3) übertragbar ist.System ( 19 ) for generating electricity by coupling to an ORC or Kalina cycle, and, preferably, for generating thermal heat, with a working medium leading a working group ( 20 ), with a motor ( 21 ) and with a generator, whereby the working group ( 20 ) at least one first heat exchanger ( 22 ) for the transfer of heat to the working medium, wherein the working medium is at least partially vaporized by heat transfer, wherein by expansion of the working medium energy as volume change work to the engine ( 21 ) and wherein kinetic energy of the engine ( 21 ) is transmitted to the generator and converted into electrical energy by the generator, characterized in that the engine ( 21 ) a crankshaft arrangement ( 1 ) with a crankshaft ( 2 ) and with at least one pressure segment ( 3 ), wherein the crankshaft arrangement ( 1 ) for converting a movement of the pressure segment ( 3 ) in a rotational movement of the crankshaft ( 2 ), wherein the pressure segment ( 3 ) periodically in the direction of the crankshaft ( 2 ) to and from the crankshaft ( 2 ) is movable away and periodically with a connected to the crankshaft driver part ( 5 ) comes into contact, wherein in the contact state of the pressure segment ( 3 ) one on the driver part ( 5 ) acting compressive force and on the crankshaft ( 2 ) torque is generated, wherein the pressure segment ( 3 ) in the contact state directly against the driver part ( 5 ) and wherein the volume change work performed during the expansion of the working medium to the pressure segment ( 3 ) is transferable. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein wenigstens ein Speichermedium führender und, vorzugsweise, einen Speichermediumbehälter (28) für das Speichermedium aufweisender Speicherladekreis (29) vorgesehen ist, wobei der Speicherladekreis (29) über den ersten Wärmeübertrager (22) mit dem Arbeitskreis (20) verbunden ist, so dass Wärme von dem Speichermedium des Speicherladekreises (29) an das Arbeitsmedium des Arbeitskreises (20) übertragbar ist.System according to claim 1, characterized in that at least one storage medium leading and, preferably, a storage medium container ( 28 ) for the storage medium having memory loading circuit ( 29 ) is provided, wherein the storage charging circuit ( 29 ) via the first heat exchanger ( 22 ) with the working group ( 20 ) is connected so that heat from the storage medium of the storage charging circuit ( 29 ) to the working medium of the working group ( 20 ) is transferable. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein wenigstens einen Solarkollektor (26), insbesondere Vakuumröhrenkollektor, aufweisender und eine Solarflüssigkeit führender thermischer Solarkreis (24) zur Nutzung von Solarenergie in dem ORC- oder Kalina-Kreisprozess vorgesehen ist, wobei der Solarkreis (24) über wenigstens einen zweiten Wärmeübertrager (27) mit dem Speicherladekreis (29) und der Speicherladekreis (29) wenigstens über den ersten Wärmeübertrager (22) mit dem Arbeitskreis (20) verbunden ist, so dass Wärme von der Solarflüssigkeit des Solarkreises (24) an das Speichermedium des Speicherladekreises (29) und von dem Speichermedium an das Arbeitsmedium des Arbeitskreises (20) übertragbar ist.System according to claim 1 or 2, characterized in that a at least one solar collector ( 26 ), in particular evacuated tube collector, and having a solar fluid leading thermal solar circuit ( 24 ) is provided for the use of solar energy in the ORC or Kalina cycle, the solar cycle ( 24 ) via at least one second heat exchanger ( 27 ) with the storage charging circuit ( 29 ) and the storage charging circuit ( 29 ) at least over the first heat exchanger ( 22 ) with the working group ( 20 ), so that heat from the solar fluid of the solar circuit ( 24 ) to the storage medium of the storage charging circuit ( 29 ) and from the storage medium to the working medium of the working group ( 20 ) is transferable. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherladekreis (29) über wenigstens einen dritten Wärmeübertrager (31) mit einem ein Heizmedium führenden Heizkreis (30) eines Heizungssystems (32) verbunden ist, wobei Wärme von dem Speichermedium des Speicherladekreises (29) über den dritten Wärmeübertrager (31) an das Heizmedium übertragbar ist.System according to one of the preceding claims, characterized in that the storage charging circuit ( 29 ) via at least one third heat exchanger ( 31 ) with a heating medium leading heating ( 30 ) of a heating system ( 32 ), wherein heat from the storage medium of the storage charging circuit ( 29 ) via the third heat exchanger ( 31 ) is transferable to the heating medium. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragung von dem Speichermedium an das Arbeitsmedium zur Überhitzung des Arbeitsmediums führt.System according to one of the preceding claims, characterized in that the heat transfer from the storage medium to the working medium leads to overheating of the working medium. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskreis (20) über wenigstens einen vierten Wärmeübertrager (34) als Kondensator des ORC- oder Kalina-Kreisprozesses mit einem ein Kühlmedium führenden Kühlkreis (38) verbunden ist, wobei, vorzugsweise, der Kühlkreis (38) über eine Wärmepumpe (40) mit dem Speicherladekreis (29) verbunden ist und/oder wenigstens einen Kühlmediumbehälter (39) aufweist.System according to one of the preceding claims, characterized in that the working group ( 20 ) via at least a fourth heat exchanger ( 34 ) as a condenser of the ORC or Kalina cycle with a cooling medium leading cooling circuit ( 38 ), wherein, preferably, the cooling circuit ( 38 ) via a heat pump ( 40 ) with the storage charging circuit ( 29 ) and / or at least one cooling medium container ( 39 ) having. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnehmerteil (5) der Kurbelwellenanordnung (1) bei Rotation der Kurbelwelle (2) eine lediglich rotatorische Bewegung ausführt.System according to one of the preceding claims, characterized in that the driver part ( 5 ) of the crankshaft assembly ( 1 ) upon rotation of the crankshaft ( 2 ) performs a merely rotational movement. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (2) wenigstens eine Kurbelwange (8) aufweist, wobei an der Kurbelwange (8) das Mitnehmerteil (5) exzentrisch festgesetzt oder exzentrisch gelagert ist oder wobei die Kurbelwange (8) eine Außenkontur derart aufweist, das ein Exzenterabschnitt der Kurbelwange (8) das Mitnehmerteil (5) bildet.System according to one of the preceding claims, characterized in that the crankshaft ( 2 ) at least one crank arm ( 8th ), wherein on the crank cheek ( 8th ) the driver part ( 5 ) eccentrically fixed or eccentrically mounted or wherein the crank arm ( 8th ) has an outer contour such that an eccentric portion of the crank arm ( 8th ) the driver part ( 5 ). System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksegment (3) auf der dem Mitnehmerteil (5) zugewandten Seite eine Kurvenbahn (6) aufweist, auf der das Mitnehmerteil (5) bei Rotation der Kurbelwelle (2) zumindest bereichsweise abläuft, wobei, vorzugsweise, die resultierende im Kontaktpunkt auf das Mitnehmerteil (5) oder das Drucksegment (3) wirkende Druckkraft über die gesamte Länge der Kurvenbahn (6), über die das Mitnehmerteil (5) mit dem Drucksegment (3) in Kontakt tritt, die Gerade durch den Drehpunkt der Kurbelwelle (2) und den Kontaktpunkt schneidet.System according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure segment ( 3 ) on the driver part ( 5 ) facing side a curved path ( 6 ), on which the driver part ( 5 ) upon rotation of the crankshaft ( 2 ) runs at least in regions, wherein, preferably, the resulting contact point on the driver part ( 5 ) or the printing segment ( 3 ) acting compressive force over the entire Length of the curved path ( 6 ), via which the driver part ( 5 ) with the pressure segment ( 3 ), the straight line through the pivot point of the crankshaft ( 2 ) and the contact point intersects. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenbahn (6) halbkreisförmig ist, wobei der Radius der Kurvenbahn (6) größer ist als der Abstand vom Drehpunkt der Kurbelwelle (2) zum Kontaktpunkt zwischen Drucksegment (3) und Mitnehmerteil (5) und wobei der Drehpunkt der Kurbelwelle (2) und der Mittelpunkt der Kurvenbahn (6) nicht zusammenfallen.System according to one of the preceding claims, characterized in that the curved path ( 6 ) is semicircular, wherein the radius of the curved path ( 6 ) is greater than the distance from the pivot point of the crankshaft ( 2 ) to the contact point between print segment ( 3 ) and driver part ( 5 ) and the pivot point of the crankshaft ( 2 ) and the center of the curved path ( 6 ) do not coincide.
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