DE2950048A1

DE2950048A1 - Verfahren und vorrichtung zur energieerzeugung

Info

Publication number: DE2950048A1
Application number: DE19792950048
Authority: DE
Inventors: Dieter 7317 Wendlingen Knauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-12-13
Filing date: 1979-12-13
Publication date: 1981-06-19

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Energieerzeugung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichsung zur Energieerzeugung durch ständig sich wiederholendes Verdampfen mit zugeordneter Volumenausdehnung und ständig sich wiederholendes Verflüssigen eines innerhalb eines Arbeitsdruckraumes sich befindendem als Arbeitsmedium fungierendem Kiltemittel.
Derartige Vorrichtungen haben den Zweck, aus Abwrirme, durch Nutzung natürlicher Temperaturdifferenzen oder durch Nutzung vorhandener W,rmeenergiepotentiale bei möglichst hohem Wirkungsgrad mechanische und elektrische Energie zu erzeugen oder Heizenergie bereitzustellen.
Es ist bekannt zur Erfüllung dieser Erfordernisse Verfahren und Vorrichtungen zu verwenden, bei denen das Verdampfen des Kältemittel-Arbeitsmediuindurch Zufuhr von Heizmedium und das Verflüssigen des Kältemittel-Arbeitsmediums im wesentlichen nur durch Zufuhr von Kühlmedium erfolgt. Gemäß diesem Konzept lasten sich derartige Wiirmekraftmaschinen nur dort betreiben, wo gleichzeitlg Heizmedium und Kühlmedium vorhanden sind und eine Mindesttemperaturdifferenz zwischen beiden vorhanden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und entsprechende Vorrichtungen so zu gestalten, daß das Kiihlmedium teilweise oder vollständig beim Betreiben einer erfindungsgemäßen Vorrichtung produziert wird. Auf diese Art und Weise wird ständig eine möglichst große Temmeraturdifferenz zwischen Heizmedium und Kühlmedium garantiert und die Energie zum Transport von Kiihlmedium stark verringert, da das Kühlmedium Ja an Ort und Stelle vorhanden ist. Die Energie zum Transport von Heizmedium wird ebenfalls auf ein Minimum reduziert, da man die erfindungsgemäße Vorrichtung exakt dort stationieren kann, wo Heizmedium in ausreichender Menge unabhängig von Kühlmedium vorhanden ist und somit nicht mehr transportiert zu werden braucht.
Damit wird der Einsatz von Energieerzeugungsvorrichtunzen auf Kältemittelbasis an vielen Orten erst durch das erfindun-seemäße Konzept ermöglicht, da vielfach die fiir den Transport von Heiz- und oder Kühlmedium benötigte hochwertige Energie so groß ist, daß ein rentabler Betrieb derartiger Vorrichtunen bis heute unmöglich gemacht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, da' man tias Arbeitsmedium alleine oder mit einem mit ihm in Verbindung stehendem Stoff einen oder mehrere physikalische Prozesse durchlaufen läßt, welche einerseits eine Abkühlung des Arbeitsmediums und andererseits die Erhitzung eines gasförmigen Mediums zur Folge haben. Auf diese Art und Weise kann das Kltmittel völlig oder zu einem großen Teil ohne Verwendung von zusätzlich anzutransportierendem Kühlmedium entsprechend abgekühlt und dabei verflüssigt werden. Damit kann die zum Transport des Kühlmediums notwendige Energie, in Jedem Fall hochwertige Energie, eingespart werden. Aus diesem Grunde besteht nun die Möglichkeit, Wärmeenergiepotentiale unabhängig von natürlichen oder ansonsten vorgegebenen Temperaturdifferenzen zu nutzen. Die einzige unbedingt notwendige Voraussetzung besteht darin, Heizmedium zu verwenden, welches bezogen auf den absoluten Nullpunkt eine möglichst hohe Temperatur und mit ein großes nutzbares Wärmeenergiepotential besitzt. Da der Umfang an benötigter hochwertiger Snergie denkbar gering ist, kennen auch noch Prozesse zur Energiegewinnung mit einem therminchen Wirkungsgrad von wenigen Prozenten, damit bei sehr geringer Temperaturdifferenz, wirtschaftlich durchgeführt werden. Außerdem können erfindungsgemäße Vorrichtungen auch als Antrieb für Fahrzeuge in denselben installiert werden, wobei z.B. Luft als Heizmedium Verwendung finden kann. Wird die erfindungsgem§be Vorrichtung ausschließlich als Heizvorrichtung verwendet, eo bietet sich ihr Einsatz vor allem im Sektor Raumheizung an.
Eine vorteilhafte Ausführungsform enthält Anspruch 2. Auf dies Art und Weine l:Ißtsich der hohe Druck der beim Verdampfen den Arbeitsmediums entsteht einerseits zum Verrichten von Arbeit und andererseits zur Abkühlung und Verflüssigung desselben verwenden. Die Arbeitsverrichtung kann dadurch erfolgen, daß das Arbeitsmedium einer Arbeitsmaschine zugeführt wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform enthält Anspruch 3.
In einer derartigen Ausfiihrungsform wird ein Niedertemperaturniveau vom Heizmedium selbst hergestellt ohne Einsatz zusätzlicher hochwertiger Energie. Versuchehaben dabei gezeigt, daß z.B. durch schnelles Verdampfen von Äther durch Hineinblasen von Ausatemluft in dasselbe der Kaltmediumspeicher Wasser zum Gefrieren gebracht werden kann.Da zwischen Gefrierpunkt Wasser und Siedepunkt Äther eine Temperaturdifferenz von fast 350C besteht, läßt sich also durch entsprechendes Vorgehen unter Verwendung eines relativ warmen Heizmediums relativ kaltes Kaltspeichermedium herstellen.
Anspruch 4 enthält ebenfalls eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung. In einer derartigen Ausführungsform wird gleichzeitig die Pähigkeit eines Gases durch Kompression desselben unter Temperaturzunahme Energie zu speichern und während des Auedehnungsvo«nges Energie zu verbrauchen und sich dabei abzukühlen, ausgenutzt. Selbstverstndlich kann anstelle von Luft auch Jedes beliebig'andere Gas verwendet werden. Luft bietet Jedoch insofern besondere Vorteile als sie kostenlos und überall vorhanden sowie ungiftig ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung enthält Anspruch 5.
In einer derartigen Ausführungsform wird es ermöglicht, ohne elektrische Verdichterleistung, sondern nur durch Verdampfen mit einhergehender Druckerhöhung eines Arbeitsmediums die innere Energie und damit die Temperatur eines Gases beträchtlich zu steigern. Werden verschiedene erfindungsgemäße Vorrichtungen hintereinandergeschaltet, d.h. kann z.B. in der zweiten Stufe schon erwärmtes Gas in den Gasdruckraum gesaugt werden, können mit Hilfe dieses Verfahrens ausreichende Heiztemperaturen erzielt werden.
Anspruch 6 enthält eine weitere vorteilhafte Ausffihrungoform der Erfindung. In einer derartigen Ausführungsform wird die beim Verdichten der Luft anfallende Kompressionswärmeenergie vollkommen und ohne Verlust verwertet, indem diese zum Verdampfen eines Arbeitsmediums verwendet wird, welches seinerseits eine Druckerhöhung im Arbeitsdruckraum bewirkt.
Auch Anspruch 7 enthält eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung. Dabei geht Anspruch 7 von der Erkenntnis aus, daß die erforderliche Abkühlung des Arbeitsmediums nicht allein durch eine einzige der in den vorausgehenden Ansprüchen beschriebenen Maßnahmen erzielt werden kann. Aus diesem Grunde ist eine Kombination der beschriebenen Maßnahmen notwendig.
Es ist von Vorteil, die Erfindung gemäß Anspruch 8 auszugestalten. Auf diese Art und Weise ist es möglich, durch entsprechend schnelles Verdampfen des Arbeitsmediums dem Kaltmedium soviel Energie zu entziehen, daß dieses gefriert. Damit ist die Speicherung einer großen Kältemenge auf engstem Raum gewährleistet, da die Schmelzwärme immer ein Vielfaches der spezifischen Wärme beträgt. Die Temperaturdifferenz zwischen Siedepunkt und Schmelzpunkt der beiden genannten Medien darf allerdings nicht zu groß sein, da ansonsten der notwendige Temperatursprung durch Verdampfen des Arbeitsmediums nicht erzielt werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet Anspruch 9. In einer derartigen Ausführungsform ist garantiert, daß nicht die geringste Menge an Arbeitsmedium ungewollt aus dem Arbeitsdruckraum hinaus und in den Umgebungsluftraum gelangt. Gleichzeitig besteht die Möglichkeit, den Arbeitskolben in Verbindung mit beliebigen Zwischengliedern auf eine Turbine, eine Kolbenmaschine usw. arbeiten zu lassen, so daß auf diese Art und Weise eine Vielzahl an Ausführungsvarianten möglich iat.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung beinhaltet Anspruch 10. In einer derartigen Ausführungsform kann das Verbindungsglied zwischen Arbeitskolben und einer nicht näher bezeichneten Arbeitsmaschine der Druckraum sein. Damit ist sowohl die Möglichkeit vorhanden, mit dem innerhalb des Druckraumes sich befindenden Druckmedium, auf welches der Arbeitskolben arbeitet, eine Turbine oder auch eine Kolbenmaschine zu beaufschlagen, Je nachdem ob die Wärmekraftmaschine eher im Voll-Lastbereich oder im Teil-Lastbereich arbeitet.
Auch Anspruch ii enthält eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung. In einer derartigen Ausführungsform besteht die Möglichkeit, die erzeugte Energie mit Hilfe von Druckmediumflüssigkeit sofort und unmittelbar an eine Arbeitsmaschine zum Betreiben derselben weiterzugeben. Desgleichen besteht die Möglichkeit durch Verwendung von Druckmediumgas einen Teil der erzeugten Energie zu speichern und auf Abruf bereitzuhalten und den als Kompressionswärme anfallenden anderen Teil der erzeugten Energie zum Beheizen eines Raumes oder zum Verdampfen irgendeines Arbeitsmediums zu verwenden. Durch die mit einem Ventil versehene Offnung ist dabei die Zufuhr und/oder die Abfuhr des Druckmediums in den Druckraum hinein und aus diesem heraus möglich.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform enthält Ausführungsform enthält Anspruch 12. In einer derartigen Ausgestaltung der Erfindung wird die bei der Verwendung von Gas als Druckmedium anfallende Kompressionswärme direkt dazu benutzt, das in einem benachbarten Kühlmediumbehälter enthaltene Kühlmedium zu erhitzen. Dabei kiihlt das Gas stark ab, indem es eine große Wärmeenergiemenge an das Kühlmedium abgibt. Damit ist das Temperaturniveau des Gases bereits stark erniedrigt , was eine weitere Abkühlung desselben beim Entspannungsvorgang im Kältemittelbehälter unterstützt.
Auch Anspruch 13 enthält eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung. Auf diese Art und Weise wird die Wärmetauscherfläche erheblich vergrößert, so daß der Austausch einer bestimmten Wärmemenge in erheblich kürzerer Zeit vor sich geht und damit die Kapazität des Wärmetauschers erheblich vergrößert wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung enthält Anspruch 14. Damit läßt sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung entweder zum Erzeugen mechanischer oder elektrischer Energie einsetzen oder aber zum Beheizen von z.B. Wohnräume verwenden.
Kühlmedium kann dabei Arbeitsmedium, d.h. eine nieder siedende Flüssigkeit irgendwelcher Art sein. Wärmeenergietransportmedium kann dabei z.B. Wasser sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung enthalt Anspruch 15. In einer derartigen AusfIhrungsform ist der Berührungsbereich zwischen Kühlmediumbehälter und Kaltmediumspeicherbehälter möglichst groß. Damit ist die Abgabe einer großen Wärmemenge pro Zeiteinheit bei Verdampfen des Arbeitsmediums vom Kaltspeichermedium an das Arbeitsmedium garantiert. Wird die gemeinsapleTrennwand zwischen Kaltmediumspeicher und Kühlmediumspeicher als rippenfbrmige Wärmetauscherfläche ausgebildet, wird die Wärmeenergieabgabe vom Kaltspeichermedium an das Arbeitsmedium optimiert, so daß eine möglichst große l'lenge Kaltspeichermedium gefrierend abkühlt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung enthält Anspruch 16. Auf diese Art und Weise ist garantiert, daß die im Kaltmediumspeicherbehälter gespeicherte Kälte nicht an den die W§rmekraftmaschine umgebenden Raum abgegeben wird, sondern nur an die den Kaltmediumspeicher durchfließenden Medien oder an die an den Kaltmediumspeicher in Richtung auf den Druckraum zu grenzenden Körper und die darin enthaltenen Medien.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform enthAlt Anspruch 17.
Auf diese Art und Weise ist garantiert, daß bei sich nach oben bewegendem Arbeitskolben und damit bei sich vergrößerndem Druckraum eine ausreichende Menge Luft vom Außenraum in den Druckraum hineinströmen kann, so daß der Druck im Druckraum gleich dem Außendruck ist. Wird als Ventil ein Einweg-Ventil gewählt, erfolgt die Ventilsteuerung vollkommen selbsttitit.
Anspruch 18 enthalt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung. In einer derartigen Ausft.hrungsform wird die vom Druckraum zur Turbine strömende Druckluft bereits vorgekühlt, indem sie WFirmeenergie an das Kaltspeichermedium abgibt und damit auf einem möglichst niederen Temperaturniveau zur Turbine strömt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform enthalten Anspruch 19 und 20. In einer derartigen Ausführungsform ist garantiert, daß die aus dem Turbinenbehälter ausströmende Kaltluft über eine lange Strecke sich innerhalb des Kältemittelbehälters bewegt,.in welchem sich flüssiges und gasförmiges Kältemittel.
befinden. Da die Lufttransportleitung gleichzeitig als spiralförmige oder rippenartige Wärmetauschervorrichtung ausgebildet ist, überstreicht die aus dem Turbinenbehälter in die Lufttransportleitung hineinströmende Kaltluft eine sehr große Wärmetauscherfläche, so daß die Kaltluft eine große Wärmemenge vom Kältemitteldampf aufnehmen kann und der Kältemitteldampf sich unter Abgabe einer großen Wärmemenge verfldssigt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform enthält Anspruch 21.
Auf diese Art und Weise ist garantiert, daß das im Arbeitsdruckraum verdampfte Kältemittel, dort jetzt als Eältemitteldampf vorliegend, schnellstmöglich auf kürzestem Weg einer Turbine zur Arbeitsverrichtung zugeführt wird. Wird die Turbine mit Keltemitteldampf beaufschlagt, verflüssigt sich ein großteil desselben infolge der schlagartigen Ausdehnung bei gleichzeitiger Arbeitsverrichtung an der Turbine. Damit der Kdltemitteldampf Während des Transportes keine Energie an die Umgebung abgibt und somit sein Energieniveau absinkt, wird er durch eine im Isoliermantel befindliche Transportleitung geführt. Die Transportleitung ist dabei in Spirallagen um den Gas-Druckraum herumgeführt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung enthält Anspruch 22. In. einer derartigen Ausführungsform wird das im Kaltemittelbehälter gesammelte, flüssige Arbeitsmedium durch die bis an den Grund des Kaltemittelbehéilters reichende Arbeitsmediumr;ckfuhrleitung vom Kältemittelbehälter in den Arbeitsdruckraum zurücktransportiert. Da kein den Rücktransport des Arbeitsmediums unterstützendes Druckgefälle vorhanden ist, ist es zweckmäßig den Rücktransport des Arbeitsmediums mittels einer Arbeitsmediumpumpe durchzuführen. Wird das Arbeitsmedium dabei über eine weite Strecke durch dan Kaltmediumspeicher geführt, klihlt sich das flüssige Arbeitsmedium noch weiter ab, eo daß sich die Temperaturdifferenz zwischen Heizmedium und Arbeitsmedium noch vergrößert.
Eine weitere vorteilhafte Ausfuhrungsform der Erfindung enthält Anspruch 23. Während des Verdampfungsvorganges des Arbeitsmediums bewegt sich der lageveränderliche Arbeitskolben in den Gasdruckraum hinein. Gleichzeitig vermindert sich die Menge des noch flüssigen Arbeitsmediums und damit fällt der Arbeitsmediumspiegel. Nur die Tatsache, daß die HeizmediumwSrmetauschervorrichtung als längenveränderliches Teil ausgebildet ist, garantiert, daß diese in jedem Moment des Verdampfungsvorganges also in Jeder beliebigen Lage des Arbeitskolbens soweit als irgendmöglich in das Arbeitsmedium hineingetaucht ist. Damit wird der Wärmeaustausch in Jeder Lage des Arbeitskolbens zwischen Arbeitsmedium und Heizmedium in bestmöglicher Weine gewährleistet.
Anspruch 24 enthält ebenfalls eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung. In einer derartigen Ausführungsform ist einerseits garantiert, daß eine sehr große Wärmetauscherfläche zwischen Heizmedium und Arbeitsmedium zur VerfUgung steht. Andererseits ist garantiert, daß das Heizmedium mit sehr großer Gesohwindigkeit durch die Heizmediumwärmetabehersorrichtung bewegt werden kann, so daß abgekühltes Heizmedium sofort durch frisches, wärmeres Heizmedium ersetzt werden kann. Durch die Ausbildung der Heizmediumtauschervorrichtung in flexiblen Spirallaen kann ein Zusammenschieben oder ein Auseinanderziehen derselben beliebig oft erfolgen, ohne daß dadurch die Wärmetauschervorrichtung in irgendeiner Art und Weise verspannt oder beschÄdigt wird.
Anspruch 25 enthält eine weitere vorteilhafte Ausführungsform.
Auf diese Art und Weise istsichergestellt, daß der Arbeitskolben sich erst dann bewegt, wenn das Druckgefälle zwischen Arbeitsdruckraum und Gasdruckraum sehr groß ist. Damit bewegt sich der Arbeitskolben stoßartig in den Gasdruckraum, verdichtet die darin enthaltene Luft schlagartig und läßt damit eine relativ hohe Temperatur innerhalb des Gasdruckraumes und gleichzeitig eine hohe Temperaturdifferenz zwischen komprimierter Luft und angrenzendem Kühlmedium entstehen. Somit wird das Arbeitemedlum in kürzester Zeit verdampft und ist auf diese Art und Weise in der Lage, dem angrenzenden Kaltspeichermedium die zum Gefrieren notwendige Energie in entsprechend kurzer Zeit zu entziehen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung enthält Anspruch 26. Damit ist auf einfache, unanfällige Art und Weise eine Fixierung des Arbeitskolbens möglich. Die Fixierungsteile sind dabei am zweckmäßigsten auf der in den Arbeitsdruckraum weisenden Innenfliiche des Kühlmediumbehälters aufgeset-zt und können mit einzelnen Teilen in den Kühlmediumbehälter hineinragen.
Eine weitere vorteilhafte Ausfahrungsform der Erfindung enthält Anspruch 27. In einer derartigen Ausführungsform ist garantiert, daß das im Kühlmediumbehälter bei Energiezufuhr verdampfende Arbeitsmedium direkt in den Arbeitsdruckraum strömt und dort zur Erhöhung des Arbeitsdruckes beitrrigt; Gleichzeitig ist garantiert, daß nach Rücktransport des flüssigen Arbeitsmediums in den Arbeitadruckraum ein Teil dieses Arbeitsmediums durch die genannten Öffnungen in den Kühlmediumbehlter zurückfließt und diesen damit auffüllt.
Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit innerhalb des Arbeitsdruckraumes Kaltmediumspeicher zu installieren, deren Funktionq.-weise vollkommen mit der Funktionsweise des bereits in Bereich des Kühlmediumbehälters installierten Kaltmediumspeichers idetisch ist. Dabei kennen in dem Arbeitsdruckraum gesonderte Ka;ttmediumspeicher angebracht werden. Desgleichen kann aber auch die Heizmedium enthaltende Heizmediumwärmetauschervorrichtung innerhalb des Arbeitsdruckraumes als Kaltmediumspeicher fungieren.
Wirkungsweise Nachfolgend wird die Wirkungweise einer als Wärmekrafttnaschine 2 ausgebildeten Vorrichtung zur Energieerzeugung 1 beschrieben, welche allein durch die Zufuhr von Heizmedium betrieben wird.
Durch die Heizmedium7ufuhrleitung 54 wird der im Arbeitdruckraum 4 sich befindenden Wärmetauschervorrichtung 50 ständig Heizmedium zugeführt und durch die Heizmedium-Abfuhrleitung 55 ständig wieder abgezogen. Dadurch entsteht ein Heizmediumkreislauf, der die ständige Versorgung der Wärmetauschervorrichtung 50 mit Wärmeenergie garantiert. Durch die Wiirmeenergiezufuhr zur Wärmetauschervorrichtung 50 erwirkt sich diese, gibt Wärmeenergie an das sie umgebende Arbeitsmedium 10 ab, wobei dieses zu sieden beginnt und verdampft. Damit steigt der Druck innerhalb des Arbeitsdruckraumes 4 stark an. Erreicht der Druck einen bestimmten Grenzwert, werden die Einrastfixierteile 61 der Fixiervorrichtung 60 gelöst, so daLr sich der Arbeitskolben 7 schlagartig in den Gasdruckraum 6 unter gleichzeitiger Verdichtung des gasförmigen Mediums II hineinbewegt. Die dabei entstandene Kompressionswärme erwErmt nun die gesamte Innenwelche des Gasdruckraumes 6, die gleichzeitig eine begrenzungsfläche des Kühlmediumbehälters 16 bildet. Auf diese Art und Weise wird das gesamte im Kühlmediumbehälter 16 befindliche Arbeitsmedium 10 erwärmt, beginnt zu sieden und verdampft.
Steigt der Druck im Kiihlmediumbehälter 16 über den Wert des Druckes im Arbeitsdruckraum 4 hinaus an, so findet ein Druckausgleich statt, indem Arbeitsmediumdampf 10 vom Kiihlmiumbehalter 16 in den Arbeitsdruckraum 4 durch die Öffnungen 52 hineinstrdmt. Durch d;is schnelle Verdampfen des Arbeitsmediums 10 im KUhlmediumbehhlter 16 ist einerseits der komprimierten Luft die Kompressiensw,irme entzogen worden. Andererseits ist ebenfalls durch das schnelle Verdampfen des Arbeitsmediums 10 dem Kaltspeichermedium 12 im Kaltspeichermediumbehälter 23 soviel Wtrmeenergie entzogen worden, das dieses zum Gefrieren kam. Ausgehend von den bis jetzt noch geschlossenen Ventilen 30, 31, 32, 33 der Druckluftleitung 41,der Luftversorgungsleitung 40, der Arbeitsmediumdruckleitung 44 und der Arbeitsmediumdruckleitung 44 und der Arbeitsmediumrückfuhrleitung 43, wird nun das Ventil 33 der Arbeitsmediumdruckleitung 44 geöffnet. Nun strömt das unter hohem Druck stehende Arbeitsmedium durch die spiralförmigen, im Bereich des Isoliermantels 48 verlaufenden Arbeitsmediumdruckleitung 44 zur Kältemittelturbine 21. Diese wird nun mit unter Druck stehendem Arbeitsmedium 10 beaufschlagt und verrichtet Arbeit. Dabei verflüssigt sich ein feil des Arbeitsmediums 10 durch die schlagartig auftretende Entspannung und durch die Arbeitsverrichtung desselben an der Turbine 21. Das fliissige Arbeitsmedium 10 sammelt sich am Boden des Kältemittelbei'filter 22, wogegen sich das noch gasförmige Arbeitsmedium 10 uf dan Restvoiumen des Kältemittelbehälters 22 verteilt.
ist nun die Kompressionswärme vom komprimierten Luftvolumen im Gasdruckraum 6 weitgehend abgezogen, wird das Ventil 31 der Druckluftleitung 41 geöffnet. Nun strömt komprimierte Luft aus dem Gasdruckraum 6 in die Wärmetauschervorrichtung 49, welche sich innerhalb des Kaltmediumspeichers 23 befindet, wird dort abgekühlt und strömt als abgekühlte komprimierte Luft auf die Schaufeln der Turbine 20, welche dabei Arbeit verrichtet.
Dabei dehnt die Luft sich schlagartig aus und kühlt witr ab.
Die abgekühlte weitgehende entspannte Luft strömt nun aus dm Behälter 46 durch die im Kältemittelsammelbehälter 22 vorhandene WErmetauschervorrichtung 47 in das Umgebungsluftvolumen.
Dabei wird der im Kältemittelsammelbehälter 22 vorhandene Arbeitsmediumdanpf 10 abgeklihlt und verflü 1sigt.
Nun wird das Ventil 31 der Druckluftleitung 41 geschlossen und das Ventil 30 der Lufttransportleitung 40 geöffnet. Gleichzeitig wird das Ventil 32 der Arbeitsmediumrückfuhrleitung 43 geijffnet und durch Inbetriebnahme der Arbeitsmediumpumpe 45 flfissi gen Arbeitsmedium 10 aus dem Kältemittelsammelbehälter 22 in den Arbeitedruckraum 4 gepumpt. Dabei ist die Arbeitsmediumrückfuhrleitung 43 in spiralförmigen Lagen durch die 1(a1 tmedium speichervorrichtung 23 geführt, so daß das Arbeitsmdium 10 beim Rücktransport desselben noch zusätzlich abgekühlt wird. Dabei taut das Kaltspeichermedium 12 vollends ganz auf und liegt nun wieder in flüssiger Form vor. Wird fltissiges,kaltes Arbeitsrnedium 10 in den Arbeitsdruckraum 4 bei geschlossenem Ventil 33 hineinr-epumpt, kondensiert ein großteil des darin noch befindenden Arbeitsmediumdampfes 10. Durch den dabei entstehenden Unterdruck innerhalb des Arbeitsdruckraumes 4 wird der Arbr?it;skolben 7 durch den Druck der im Gasdruckraum 6 befindlichen Luft nach oben in seine Ausgangsstellung geschoben. In den Gas druckraum 6 strömt gleichzeitig durch die Lufttransportleitung 40 unter Normaldruck stehende Luft, bis der Gasdruckraum 6 sein Ausgangsvolumen erreicht hat. Während sich der Arbeitskolben 7 nach oben in seine Ausgangsstellung bewegt, wird gleichzeitig der Kühlmediumbehnlter 16 mit einem Teil des in den Arbeitsdruckraum 4 gepumpten fliissigen Arbeitsmediums 10 total gefüllt, indem flüssiges Arbeitsmedium 10 in den Kühlmediumbeh.ilter 16 unter Ausnutzung der potentiellen Energie des Arbeitsmediums 10 durch die Öffnungen 52 hineintransportiert wird.
Nun sind alle Ventile 30,31,32,33 geschlossen, der Arbeitsdruckraum 4 mit Arbeitsmedium 10 gefüllt, der Kühlmediumbehälter 16 ebenfalls mit Arbeitsmedium 10 gefüllt, das im Kaltspeichermediumbehälter 23 vorhandene Kaltspeichermedium 12 wieder vollkommen verflüssigt und der Gasdruckraum 6 wieder vollkommen mit unter Normaldruck stehender Luft gefüllt.
Die Wirkunasweise einer als Heizvorrichtung 203 ausgebildeten Vorrichtung zur Energieerzeugung 201 deckt sich in wesentlichen Teilen mit der al 9 Wärmekraftmaschine 2 ausgebildeten Vorrichtung zur Energieerzeugung 1. Aus diesem Grunde und zur Vermeidung von Wiederholungen werden nur die unterschiedlichen Funktionen beschrieben. Das im Kühlmediumbehälter 216 vorhandene Kühlmedium 217 ist kein Arbeitsmedium (Kältemittel), sondern Wärmeenergietransportmedium. Dabei können als Wärmeenergietransportmedium Wasser oder andere Flüssigkeiten mit relativ hohem Siedepunkt verwendet werden. Wird in diesem Fall die im Gasdruckraum 206 vorhandene Luft durch Kompression derselben erwärmt, wird die Wärmeenergie auf das Kühlmedium Wasser 217 übertragen, welches sich dabei erwärmt. Das erw:rmte Wasser wird nun mittels der Kühlmedium-Abfuhrleitung 258 einem lieizkörper 21<) zugeführt. Dort kühlt es unter Wärmeabgabe an den zu beheizenden Raum ab, und wird mittels der Kühlmedium-Rückfuhr-Leitung 259 dem Kühlmedium-Behälter 216 zugeführt. Abfuhr und Rückfuhr des Kühlmediums 217 wird dabei von der Kühlmediumpumpe 263 durchgefiihrt.
Bei der Heizvorrichtung 203 ist im Kältemittelbehalter 222 zuseitlich zur W«mrmetauschervorrichtung 247 eine Kaltmediumwärmetauschervorrichtung 264 angebracht. Damit wird die fehlende Kälteleistung der fehlenden Kaltmediumspeichervorrichtung ausgeglichen, indem Kaitmedium durch die Kaltmediuswärmetauschervorrichtung 264 in den Kältemittel behälter 222 zur Wärmeenergieaufnahme hineintransportiert wird. Dabei verflüssigt sich der noch gasförmige Arbeitsmediumdampf 210 unter Wärmeenergieabgabe innerhalb des Kältemittelbehälters und wird ansch)ießend mittels der Arbeitsmediumpumpe 243 in den Arbeitsdrickraum 204 transportiert.
Selbstverstnndlich besitzt der Kühlmediumbehälter 216 keine Öffnungen 252, da ja innerhalb des Kühlmediumbehälters P16 und innerhalb des Arbeitsdruckraumes 204 zwei vol:lkolnmen verschiedene Medien vorhanden sind.
Desgleichen besitzt die Heizvorrichtung 203 auch keinen Kaltmediumspeicherbehälter, da das Wärmeenergietransportmedium durch die im Vergleich zu einem Kältemittel relativ langsame Wärmeenergieaufnahme nicht in der Lage ist, einem Kaltsoeichermedium Wärmeenergie zu entziehen.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von 2 Figuren dargestellt.
Es zeigen: Figur 1 eine Wärmekraftmaschine in vertikalem Längsschnitt derselben, Figur 2 eine Heizvorrìchtung in vertikalem Längsschnitt derselben, In Figur 1 ist die Vorrichtung zur Energieerzeugung 1 als Wärmekraftmaschine 2 ausgebildet. Diese Wärmekraftmaschine 2 besitzt einen Arbeitsdruckraum 4 einen Gasdruckraum 6 zwischen denen sich ein Arbeitskolben 7 mit einer Kolbenfl?iche t3 und einer Kolbenfläche 9 befindet. Arbeitskolben 7, Arbeitsdruckraum 4 und Gasdruckraum 6 sind dabei Bestandteile des Kolhenzylinderaggregates 5. Im Arbeitsdruckraum 4 befindet sich die Heizmediumwärrnetauscher-Vorrichtung 50 bestehend aus der Heizmediumzufuhrleitung 54, den Spirallagen 51 und der Heizmediumabfuhrleitung 55, außerdem befindet sich im Arbeitsdruckraum 4 Arbeitsmedium 10. Der Gasdruckraum 6 ist an seiner Außenfläche 15 von einem Kiihlm?diumbeh,ilter 16 umgeben, in dem Auch als KiihLmedium 17 Arbeitsrnedium 10 befindet. Der Kühlmediumbehälter 16 ist mit dem Arbeitsdruckraum 4 durch Oeffnungen 52 verbunden und besitzt in den Gasdruckraum 6 hineinreichende Wärmetallscherrippen 25. Der Kühlmediumbehtilter 16 ist an seiner Außenflche 27 von einem Kaltspeichermediumbehälter 23 umgeben, der seinerseits wieder von einem Isoliermantel 48 umhüllt ist.
Unterhalb des Kolbenzylinderaggregates 5 befindet sich der Kältemittelbehälter 22, innerhalb dessen sich die vom Behälter 46 umgebene Druck Luftturbine 20 und die Arb ei t smed iumturbine 21 befindet. Vom Gasdruckraum 6 führt eine Druckmediumleitung 41 zur Drucluftturbine 20, wobei die Druckmediumleitung 41 im Bereich des Kaltmediumspeicherbehälters 23 als Wärwetauschervorrichtung 49 ausgebildet ist und im Bereich des Isoliermantels 48 ein Ventil 31 besitzt. Vom Behälter 46 der Druckluftturbine 20 fiihrt eine Lufttransportleitung 42 mit Wärmetauscherteilen 47 durch einen weiten Bereich des Kältemittelbehälters 22 hinaus in den lJmgebungsluftraum. Am Grunde des K:.ltemittelbehälters 22 befindet sich flüssiges Arbeitsmedium 10. Vom Arbeitsmediumbehälter 22 führt eine Arbeitsmediumrücfuhrleitung 43 in den Arbeitsdruckraum 4, wobei diese Arbeitsmediumrückfuhrleitung 43 mit einer Arbeitsmediumpumpe 45 verbunden ist, und ein Ventil 32 besitzt. Vom Arbeitsdruckraum 4 führt eine Arbeitsmediumzufuhrleitung 44 durch den Iscliermantel 48 hindurch in den Arbeitsmediumbehälter 22 hinein zur Arbeitsmediumturbine 21. Die Arbeitsmediumzufuhrleitung besitzt dabei das Ventil 33. Vom Gasdruckraum 6 führt eine Lufttransportleitung 40 mit einem Ventil 30 versehen, in den umgebenden Luftraum hinaus. Am Arbeitskolben 7 und an der Innenfläche 53 des Arbeitsdruckraumes 4 sind Fixiervorrichtungen 60 mit Einrastfixierteilen 61 angebracht.
In Figur 2 ist die Vorrichtung zur Energieerzeugung 1 als Heizvorrichtung 203 ausgebildet. Da die Wärmekraftmaschine 201 und die Heizvorrichtung 203 in weiten Bereichen vollkommen identisch sind, werden hier nur die Teile beschrieben, in Bezug auf weiche sich Wärmekraftmaschine 201 und fleizvorricht,ung 205 voneinander unterscheiden. Der Kühlmediumbehälter 216 ist bei der Heizvorrichtung 203 unmittelbar vom Isoliermantel 24fs umgeben. Dabei führt vom Kihlmediumbehälter 216 eine Kühlmediumabfuhrleitung 258 zu einem Heizkörper 219, und vom Heizkörper 219 eine Kühlmediumrückfuhrleitung 259 zum Kühlmediumbehälter 216 zurück. Zum Kühlmediumtransport ist eine Kühlmediumpumpe 263 mit der Kühlmediumleitung 258 verbunden. Innerhalb des Arbeitsmediumbehälters 222 befindet sich eine Kaltmediumwärmetauschervorrichtung 264, welche eine Kaltmediumzufuhrleitung 256 und eine Kaltmediumabfuhrleitung 257 besitzt.

Claims

Patentansprüche 1Verfahren zur Energieerzeugung durch ständig sich wiederholendes Verdampfen mit zugeordneter Volumenausdehnung und ständig sich wiederholendem Verflüssigen eines innerhalb eines Arbeitsdruckraumes sich befindendem als Arbeitsmedium fungierendem Kältemittels dadurch gekennzeichnet, dalS mtn das Arbeitsmdedium 10 alleine oder mit einem mit ihm in Verbindung stehendem Stoff einen oder mehrere physikalische Prozesse durchlaufen läßt, welche einerseits eine Abkühlung des Arbeitsmediums 10 und andererseits die Erhitzung eines gasformigen Mediums 11 zur Folge haben.
2. Verfahren zur Energieerzeugung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die ganze oder teilweise VerflUssigung des Arbeitsmediums 10 durch schlagartiges Ausdehnen desselben herbeiführt.
3. Verfahren zur Energieerzeugung nach Anspruch 1, dadurch pekennzeichnet, dfJ m: die Verflüssigung des Arbeitsmediums 10 nach Volumenausdehnung desselben durch W§rmeenergieabgabe des Arbeitsmediums 10 an ein relativ kaltes Kaltspeichermedium 12 herbeiführt, welchem durch vorauseehendes Verdampfen des Arbeitsmediums 10 Wärmeenergie entzogen wurde.
4. Verfahren zur Energieerzeugung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß man im Arbeitstakt des Arbeitsmediums 10 Gas vorzugsweise Luft 11 durch das Ausdehnungsarbeit verrichtende Arbeitsmedium 10 verdichten läßt, nach Abführen der Kompressionswarme diese Druckluft 11 einer Turbine 20 zum Betreiben derselben zuführt und die entspannte und bgekühlte Luft zur Abkühlung und damit zur Verflüssigung des Arbeitsmediums 10 durch den Kciltemittelbehlilter 22 leitet.
5. Verfahren zur Energieerzeugung nach Anspruch 4 dadurch ekennzeichnet, daß man die beim Verdichten der Luft 11 entstehende Kompressionswärme zum Beheizen eines Heit SeYs' ~ 19 verwendet.
6. Verfahren zur Energieerzeugung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß man die beim Verdichten der Luft 11 entstehende Kompression.swarme zum Verdampfen des Arbeitsmediums 10 benutzt.
7. Verfahren zur Energieerzeugung nach Anspruch 1-4 dadurch gekennzeichnet, daß man die Verflüssigung des gasf(irmizen Arbeitsmediums 10 durch eine beliebige Kombination der in Anspruch 2,3 und 4 beschriebenen Maßnahmen herbeiführt.
8. Verfahren zur Energieerzeugung nach Anspruch 3 und 6 dadurch gekennzeichnet, daß man ein Arbeitsmedium 10 zuläßt, dessen Siedepunkt dem Schmelzpunkt des Kaltspeichermediums 12 in der Kaltspeichervorrichtung 23 relativ nahe liegt.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsdruckraum 4 als Kolbenzyiinderaggregat 5 ausgebildet ist.
10. Vorrichtung zur Durchfiihrung des Verfahrens nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß die endseitige Öffnung des Arbeitsdruckraumzylinders 13 geschlossen ist und dabei mit der Arbeitskolbenæy]inderfl<iche 9 einen Druckraum 6 bildet.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum 6 eine mit einem Ventil 30 versehene Öffnung besitzt und entweder mit Druckmedium-Flüssigkeit 18 oder Druckgas 11 gefüllt ist.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10 und 11 dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum 6 vorzugsweise über den Bereich seiner gesamten Außenfläche 15 von einem Kühlmediumbehälter 16 umgeben ist.
13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, daß der Kiihlmediumbehälter 16 in den Druckraum 6 hineinreichende Wärmetauseherrippen 25 besitzt.
14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nch Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das im Kühlmediumbehälter 16 enthaltene Kühlmedium 17 entweder Arbeitsmedium 10 oder zu Heizzwecken geeignetes Wärmeenergietransporttndium 29 ist.
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 12-14 dadurch gekennzeichnet, daß der KUhlmediumbehsllter 16 vorzugsweise über den gesamten Bereich seiner vom Druck raum 6 wegweisenden Außenfläche 27 von einem Kaltmediumspeicherbehälter 23 umgeben ist.
16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltmediumspeicherbehälter 23 vorzugsweise über den gesamten Bereich .seiner Außenfläche 26 wärmeisoliert ist.
17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10-12 dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum 6 eine vom Druckraum 6 in den Bereich der umgebenden Luft führende Transportleitung 40 besitzt, die mittels eines Ventiles 30 verschließbar und öffenbar gehalten ist.
18. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10-12 dadurch gekennzeichnet, daß die vom Druckraum 6 zur Arbeitsmaschine 20 vorzugseise Turbine führende Druckmediumleitung 41 über einen möglichst großen Längenbereich durch den Kaltmediumspeicherbehälter 23 geführt ist und mitteln eines Ventiles 31 verschließbar und öffenbar ist.
19. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, daß sich die Turbine 20 innerhn.lb eines abgeschlossenen Behälters 46 befindet, von dem eine Lufttransportleitung 42 weg in den Kältemit telbehi-ilt 22 hinein, über einen bestimmten Lsngenbereich in diesem und aus diesem heraus in den umgebenden Luftraum geführt ist.
20. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, dai! die Lufttransportleitung 42 innerhalb des Kältemittelbehälters 22 als VJärmetauschervorrichtung 47 ausgebildet ist.
21. Vorrichtung zur Durchfiihrung des Verfahrens nach Anspruch 1-20 dadurch gekennzeichnet, daß vom Arbeitsdruckraum 4 eine Arbeitsmediumzufuhrleitung 44 vorzugsweise innerhalb des lsoliermantels 48 verlaufend zu einer in einem K<ltemittelbehälter 22 sich befindenden Turbine 21 führt.
22. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1-20 dadurch gekennzeichnet, daß vom Kältemittelbehr:lter 22 eine Arbeitsmediumrückfuhrleitung 43 vorzugsweise innerhalb des Kaltmediumspeichers 23 verlaufend in den Arbeitsruckraum 4 hineinführt, wobei die Arbeitsmediumrückfuhrleitung 43 mit einer Arbeitsmediumpumpe 45 verbunden ist.
23. Vorrichtung zur DurchftShrung des Verfahrens nach Anspruch 1-22 dadurch gekennzeichnet, daß die im Arbeitsdruckraum 4 vorhandene lleizmediumwärrnetauschervorrichtung 50 in in Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens 7 als längenveränderli, ches Teil ausgebildet ist.
24. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 23 dadurch gekennzeichnet, daß die längenveränderlichen Teile der Heizmediumwärmetauschervorrichtung 50 als zusammenschiebbare Spirallagen 51 ausgebildet sind.
25. Vorrichtung zur Durchfithrung des Verfahrens nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben 7 mit einer Fixiervorrichtung 60 versehen ist, die ihn in Abhängigkeit vom Druck im Arbeitsdruckraum 4 in einer bestimmten Position hält und ihn bei Erreichen eines bestimmten Druckmaximums im Arbeitsdruckraum 4 zur Bewegung in den Gasdruckraum 6 hinein freigibt.
26. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 25 dadurch gekennzeichnet, daß die Fixiervorrichtung 60 als ein druckabhängiges Einrast-Fixierteil 61 ausgeb1ldet ist.
27. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 9 dadurch geknnzeichnet, daß im oberen, zum Arbeitsdruckraum 4 gehörenden Bereich des Kühlmediumbehilters 16 vorzugsweise eine Vielzahl von Offnungen 52 an der in den Arbeitsdruckraum 4 weisenden Fläche 53 vorhanden sind.