DE3009830A1

DE3009830A1 - Thermally driven pendulum as power unit - has closed tube extending into liquid-filled evacuated vessel heated to produce pendulum motion

Info

Publication number: DE3009830A1
Application number: DE19803009830
Authority: DE
Inventors: Ernst 6057 Dietzenbach Meyer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-03-14
Filing date: 1980-03-14
Publication date: 1981-09-24

Abstract

The pendulum is intended for producing an energy output as a result of a temperature difference between its two ends. It comprises a tube (1) closed at the top and extending downwards to near the bottom of a closed reservoir (2) containing a liquid (3), the space above the liquid being evacuated and thus filled with vaporised liquid (3). It has a pendulum weight (6) and is pivotably suspended . The reservoir absorbs heat, e.g. via a metallised surface or metal disc and the upper end dissipates heat . Alternate expansion and contraction of the vapour causes the liquid to rise and fall resulting in the pendulum motion, and a magnet (7) delays return to the vertical position long enough to ensure that all the liquid runs back into the reservoir.

Description

Beschreibungdescription

Thermoantrieb mit Flüssigkeitspendel Die Erfindung betrifft einen thermischen Antrieb, dessen Leistungsabgabe durch ein mit Flüssigkeit gefülltes Pendel bewirkt wird.Thermal drive with liquid pendulum The invention relates to a thermal drive, its power output by a liquid-filled Pendulum is effected.

Aus älteren -Konstruktionen der Uhrenfertigung sind mit Flüssigkeit gefüllte Pendel bekannt, bei denen der temperaturabhängige, flüssige Inhalt die durch Schwankungen der Umgebungstemperatur verursachte Ijängenänderung der Pendel kompensiert. Die Verwendung solcher Pendel als leistungsabgebende Antriebsorgane ist nicht bekannt.From older clock-making constructions are fluid known filled pendulums, in which the temperature-dependent, liquid content the Changes in the length of the pendulums caused by fluctuations in the ambient temperature compensated. The use of such pendulums as power-emitting drive elements is not known.

Ferner gibt es ein Spielzeug, ähnlich einer Wärmewage, dessen Glaskörper flüssigen Inhalt hat, und das bei KiThlung eines seiner Teile langsame, schaukelartige Bewegungen ausführt. Die Leistung dieses Spielzeugs ist eben ausreichend, die eigene Bewegung aufrecht zu erhalten und beschränkt sich auf rein optische Wirkung. Die Mglichkeit zur Leistungsabgabe für weitere Zwecke ist nicht erkennbar.There is also a toy, similar to a warming cart, with a glass body has liquid content, and when one of its parts is cooled it is slow, swing-like Movements. The performance of this toy is sufficient, its own Maintaining movement and is limited to a purely visual effect. the There is no discernible possibility of providing services for other purposes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei nur geringen Temperaturunterschieden mit einem mit FlUssigkeit gefUllten Pendel derart leistungsabgebende Bewegungen des Pendels zu erzeugen, daß das Pendel als Antrieb filr fremde Zwecke geeignet ist.The invention is based on the object with only small temperature differences with a pendulum filled with liquid, such power-emitting movements To produce the pendulum that the pendulum is suitable as a drive for other purposes is.

Die Leistungsabgabe des Pendels soll bei verschiedenartiger thermischer Einwirkung bei Umgebungstemperaturen unterhalb der Frostgrenze bis zu tropischer Wärme gaw9hrleistet sein.The power output of the pendulum should be at different thermal Action at ambient temperatures below the frost line up to tropical Warmth will be guaranteed.

Die Aufgabe wurde wie folgt gelost: Figur 1 zeigt ein am oberen Ende geschlossenes Rohr 1, welches am unteren Ende offen ist und in ein grffßeres Gefäß 2 bis fast zu dessen Boden hineinragt. Das GefRß 2 enthält eine bei niederer Temperatur leicht verdampfende Flüssigkeit 3, etwa in einer Menge, die dem Volumen des Rohres 1 entspricht. Gefäß 2 und Rohr 1 sind miteinander dicht verbunden und evakuiert, so daß sich in den Leerräumen des Gefäßes 2 und des Rohres 1 fast nur aus der Flüssigkeit 3 abgedampftes Gas befindet.The task was solved as follows: Figure 1 shows a at the top closed tube 1, which is open at the lower end and into a larger vessel 2 protrudes almost to the bottom. The vessel 2 contains a low temperature easily evaporating liquid 3, approximately in an amount equal to the volume of the tube 1 corresponds. Vessel 2 and tube 1 are tightly connected to one another and evacuated, so that in the empty spaces of the vessel 2 and the tube 1 almost only from the liquid 3 evaporated gas is located.

Wird das Gefäß 2 erwärmt, entsteht in diesem eine Gaskompression, welche die Flüssigkeit 3 im Rohr 1 hochtreibt. Wird dem oberen Teil des Rohres 1 Wärme entzogen, so entsteht im Rohr 1 eine Gaskontraktion mit der Folge, daß die Flüssigkeit 3 im Rohr 1 hochgesaugt wird.If the vessel 2 is heated, gas compression occurs in it, which drives the liquid 3 up in the tube 1. If the upper part of the pipe 1 Removed heat, a gas contraction occurs in the tube 1 with the result that the Liquid 3 is sucked up in the pipe 1.

Um diesen beliebig wiederholbaren Vorgang in eine arbeitabgebende Gewichtsverlagerung umzusetzen, sind erfindungsgemäß nach Figur 2 am oberen Teil des Rohres 1 und / oder an dem mit Flüssigkeit 3 gefüllten Gefäß 2 Drehpunkte 4 und / oder 5 angeordnet. An diesen Drehpunkten 4 oder 5 wird gemäß der weiteren Beschreibung die aus der Gewichtsverlagerung der Flüssigkeit 3 resultierende Arbeit abgegeben. Werden die nach Figur 2 angeordneten Teile in einem der Drehpunkte 4 oder 5 drehbar aufgehängt, kann diese Anordnung umfassend mit Flüssigkeitspendel bezeichnet werden.In order to convert this process, which can be repeated at will, into a employer Implement weight shift, according to the invention according to Figure 2 on the upper part of the pipe 1 and / or on the vessel 2 filled with liquid 3 pivot points 4 and / or 5 arranged. At these pivot points 4 or 5, according to the further Description of the work resulting from the weight shift of the fluid 3 submitted. If the parts arranged according to FIG. 2 are in one of the pivot points 4 or 5 rotatably suspended, this arrangement can include a liquid pendulum are designated.

Nach Figur 3 ist das Flüssigkeitspendel im Drehpunkt 5 aufgehängt (gelagert) und mit einem Gegengewicht 6 so eingestellt, daß das Flüssigkeitspendel lagemäßig eine geringe Abweichung von der Senkrechten einnimmt. Wird in dieser Lage des Flüssigkeitspendels das Gefäß 2 erwärmt, dann steigt im Rohr 1 die Flüssigkeit 3 und verursacht eine Schwerpunktverlagerung des Pendels, Figur 4, und somit eine Drehung des Pendels zur Waagrechten.According to FIG. 3, the liquid pendulum is suspended in the pivot point 5 (stored) and adjusted with a counterweight 6 so that the liquid pendulum positionally assumes a slight deviation from the vertical. Will be in this location of the liquid pendulum heats the vessel 2, then the liquid rises in the pipe 1 3 and causes a shift in the center of gravity of the pendulum, Figure 4, and thus a Rotation of the pendulum to the horizontal.

Ist nun, gemäß Figur 5, die Drehung des Flüssigkeitspendels fortgeschritten bis die Schrägstellung des Pendels in Richtung Waagrechte so weit zugenommen hat, daß der im Gefäß 2 verbliebene Rest an Flüssigkeit 3 die unten am Rohr 1 befindliche xiindung freigibt, Figur 6, kann ein Druckausgleich zwischen dem oberen Teil des Rohres 1 und dem Gefäß 2 stattfinden. Als Folge läuft die bis dahin im Rohr 1 gehaltene Flüssigkeit 3 zum Gefäß 2 zuriick.If now, according to Figure 5, the rotation of the liquid pendulum has progressed until the inclination of the pendulum towards the horizontal has increased so much, that the remainder of the liquid 3 remaining in the vessel 2 is that located at the bottom of the tube 1 xiinding releases, Figure 6, a pressure equalization between the upper part of the Tube 1 and the vessel 2 take place. As a result, the one held in pipe 1 up to that point runs Liquid 3 back to vessel 2.

Ein vollständiger Plüssigkeitsrücklauf ist jedoch nicht möglich, weil die Pendelmasse der Verlagerung der Flilssigkeit in Richtung Senkrechte sogleich folgt und daher, Figur 7, der Flüssigkeitsverschluß am unteren Ende des Rohres 1 bereits eingetreten ist, bevor die gesamte Fliissigkeitsmenge in das Gefäß 2 zurückgelaufen ist.However, a complete liquid return is not possible because the pendulum mass of the displacement of the liquid in the direction of the vertical immediately follows and therefore, FIG. 7, the liquid seal at the lower end of the tube 1 has already occurred before the entire amount of liquid has run back into the vessel 2 is.

Zum Erhalt eines großen Drehmomentes ist es Jedoch notwendig, daß nach Möglichkeit die gesamte Fliissigkeitsmenge aus dem Rohr 1 in das Gefäß 2 zurilskltuft.However, in order to obtain a large torque, it is necessary that If possible, the entire amount of liquid from pipe 1 is returned to vessel 2.

Ein fast restloser Rücklauf der gesamten Flüssigkeitsmenge aus dem Rohr 1 in das Gefäß 2 wird erreicht, wenn die Pendelbewegung dem Flüssigkeitsrücklauf erst nach ausreichender VerzSgerung folgt. Nach Figur 8 wird diese Verzögerung erfindungsgemäß dadurch bewirkt, daß in NShe des Flüssigkeitspendels ein Magnet 7 so angeordnet ist, daß das Pendel im Augenblick der Richtungsumkehr seiner Schwingung solange in der fast Waagrechten induktiv gehalten wird, bis die Flüssigkeit 3 aus dem Rohr 1 in das Gefäß 2 fast restlos zurückgelaufen ist; erst Jetzt ilberwindet das Fli3ssigkeitspendel durch Übergewicht der Gefäßseite das Magnetfeld und kann zur Senkrechten abschwingen, um gemäß Figur 9 wieder seine Ausgangsposition einzunehmen.An almost complete return of the entire amount of liquid from the Tube 1 into vessel 2 is reached when the pendulum motion causes the liquid to return only follows after a sufficient delay. According to FIG. 8, this delay becomes according to the invention caused by the fact that a magnet 7 is so arranged in NShe of the liquid pendulum is that the pendulum at the moment of reversal of direction of its oscillation so long is held inductively in the almost horizontal position until the liquid 3 comes out of the tube 1 in the Vessel 2 has almost completely returned; only now overcome the liquid pendulum due to the excess weight of the vessel side the magnetic field and can Swing down to the vertical in order to return to its starting position as shown in FIG.

Für das Erreichen einer möglichst hohen Leistungsabgabe des Flüssigkeitspendels ist außer einem großen Drehmoment die Anzahl der vom Pendel in der Zeiteinheit ausgeführten Schwingungen maßgebend. Die Häufigkeit der Pendelschwingungen ist wiederum abhängig von der Zeschwindigkeit der Flüssigkeitsgewichtsverlagerung im Pendel. Diese Flüssigkeitsgewichtsverlagerung geschieht umso schneller, je schneller sich Gaskompression bzw.To achieve the highest possible power output of the liquid pendulum is the number of times the pendulum executes in a unit of time, in addition to a large torque Vibrations are decisive. The frequency of the pendulum oscillations is in turn dependent on the speed of the fluid weight shift in the pendulum. This fluid weight shift happens all the faster, the faster the gas compression resp.

Gaskontraktion im Pendel durch Wärme zugang bzw. Wärme entzug bilden können.Form a gas contraction in the pendulum through the addition or withdrawal of heat can.

Wärmeübergänge von einem zum anderen Ende des Flssigkeitspendels beeinträchtigen die Gasdruckverhältnisse im Pendel und verringern die Geschwindigkeit der Flfissigkeitsgewichtsverlagerung. Zur Vermeidung solcher WErmeilbergEnge ist es daher wichtig, daß, nach Figur 1, der mittlere leil des Rohres 1 nur gering wtrmeleitfähig ist, um einen Wärmeübergang vom Gefäß 2 zum oberen Teil des Rohres 1 weitgehend zu unterbinden.Impair the heat transfer from one end of the fluid pendulum to the other the gas pressure conditions in the pendulum and reduce the speed of the liquid weight shift. In order to avoid such hot spots, it is therefore important that, according to FIG. 1, the middle part of the tube 1 is only slightly thermally conductive to allow heat transfer from the vessel 2 to the upper part of the tube 1 to largely prevent.

Andererseits soll die Wãrmezufuhr von außen zum Gefäß 2 sowie die Wärme abgabe vom oberen Teil des Rohres 1 nach außen durch geeignete Maßnahmen erleichtert werden.On the other hand, the heat supply from the outside to the vessel 2 and the Heat release from the upper part of the tube 1 to the outside facilitated by suitable measures will.

Um diese Forderung zu erfüllen ist es notwendig, daß nach Figur 10 erfindungsgemäß das Gefäß 2 und der obere Teil 1a des Rohres 1 aus Metall bestehen, zumindest aber metallisierte Oberflächen besitzen, dagegen der mittlere Teil des Rohres 1 aus schlecht wärmeleitendem Material, beispielsweise Glas oder Keramik besteht.In order to meet this requirement, it is necessary, according to FIG. 10 according to the invention, the vessel 2 and the upper part 1a of the tube 1 are made of metal, but at least have metallized surfaces, on the other hand the middle part of the Tube 1 made of poor thermal conductivity Material, for example glass or ceramic.

Fertigungsmaßig ist es einfach, gemäß Figur 11 das Gefäß 2 und das Rohr 1 aus gleichem Material, beispielsweise aus Glas zu fertigen und das Gefäß 2 und den oberen Teil des Rohres 1 galvanisch mit Metall-Überzügen xi 7 und 8 zu versehen.In terms of production, it is simple, according to FIG Tube 1 made of the same material, for example made of glass, and the vessel 2 and the upper part of the pipe 1 galvanically with metal coatings xi 7 and 8 Mistake.

Zwecks Zuführung größerer Wärmemengen zu dem, nach Figur 10, aus Metall bestehenden oder, nach Figur 11, mit MetallZberzug 8 versehenen Gefäß 2 sind gemäß Figur 12 an dem Gefäß 2 erfindungsgemäß gute Wärme leiter, beispielsweise Metallscheiben 9 oder Metallrippen (nicht gezeichnet) angebracht.For the purpose of supplying larger amounts of heat to the, according to Figure 10, made of metal existing or, according to FIG. 11, provided with a metal coating 8 are according to FIG FIG. 12 on the vessel 2 according to the invention, good heat conductors, for example metal disks 9 or metal ribs (not shown) attached.

Zwecks Abführung größerer Wärmemengen von dem, nach Figur 10, aus Metall bestehenden oder, nach Figur 11; mit Metallüberzug 7 versehenen oberen Teil des Rohres 1 sind gemäß Figur 12 an dem oberen Ende des Rohres 1 erfindungsgemäß gute Wärmeleiter, beispielsweise Metallscheiben 10 oder Metallrippen (nicht gezeichnet) angebracht.For the purpose of dissipating larger amounts of heat from the, according to Figure 10, from Existing metal or, according to Figure 11; with metal coating 7 provided upper part of the tube 1 are according to the invention according to the invention at the upper end of the tube 1 according to FIG good heat conductors, for example metal disks 10 or metal ribs (not shown) appropriate.

Die Anordnung nach Figur 12 ist vorzugsweise geeignet für die Aufnahme solarer Wärme. Ist jedoch keine solare oder ähnliche Strahlungsquelle, sondern nur Umgebungsluft mittlerer Temperatur vorhanden, dann kann der für die Wirksamkeit des Flüssigkeitspendels zwischen den Pendelenden erforderliche Temperaturunterschied auch gewonnen werden durch Wärmebezug aus umgebender Luft und Warmeabgabe an eine temperaturmäßig etwas tiefer liegende Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, welches durch Verdunsten eine niedrigere Temperatur gegenüber der umgebenden Luft annimmt.The arrangement according to FIG. 12 is preferably suitable for recording solar heat. However, it is not a solar or similar source of radiation, only Ambient air of medium temperature is available, then it can be used for the effectiveness required temperature difference of the liquid pendulum between the pendulum ends can also be obtained by drawing heat from the surrounding air and dissipating heat to one liquid lying somewhat lower in temperature, for example water, which takes on a lower temperature compared to the surrounding air by evaporation.

Der für die Wirksamkeit des Flilssigkeitspendels erforderliche Temperaturunterschied kann aber auch dadurch herbeigeführt werden, indem an die umgebende Luft Wärme abgegeben und aus einer temperaturmäßig höher liegenden Flüssigkeit Wärme entnommen wird.The one required for the fluid pendulum to work Temperature difference but can also be brought about by releasing heat into the surrounding air and heat is extracted from a liquid with a higher temperature.

Sollen vom Flüssigkeitspendel an eine Flüssigkeit Warme abgegeben oder aus einer Flüssigkeit Warme.entnommen werden, dann ist zur Erzeugung einer hohen Pendelleistung erforderlich, daß eine dauernde Verbindung zwischen dem wärme aufnehmenden bzw. wärme abgebenden Medium mit Jenen Teilen des Pendels besteht, an denen Wärmeentzug bzw.Should give off heat from the liquid pendulum to a liquid or heat. be taken from a liquid, then it is necessary to generate a high pendulum power required that a permanent connection between the heat absorbing or heat-releasing medium consists of those parts of the pendulum, where heat extraction or

Wärmezligang erfoLgen soll.Heat requirement should be met.

Geeignete Anordnungen, welche diese Bedingung erfilllen, sind nachstehend beschrieben.Suitable arrangements that meet this requirement are as follows described.

Nach Figur 13 ist das Flüssigkeitspendel im Drehpunkt 4 aufgehängt (gelagert) und das Gegengewicht 6 an dem wärmeabgebenden Teil des Rohres 1 angeordnet. An den metallisierten Enden 7 und 8 des Flüssigkeitspendels sind wärmeleitende Scheiben 9 und 10 angebracht. Die Scheibe 10 dreht sich erfindungsgemäß, ohne die Verbindung mit der in einem Bad 11 befindlichen Flüssigkeit 12, beispielsweise Wasser, zu unterbrechen und gibt an die Flüssigkeit 12 fortlaufend Wärme ab. Die Scheibe 9 pendelt in der umgebenden Luft und entzieht dieser Wärme.According to FIG. 13, the liquid pendulum is suspended in the pivot point 4 (stored) and the counterweight 6 is arranged on the heat-emitting part of the tube 1. At the metallized ends 7 and 8 of the liquid pendulum there are thermally conductive disks 9 and 10 attached. According to the invention, the disk 10 rotates without the connection with the liquid 12, for example water, located in a bath 11 and continuously gives off heat to the liquid 12. The disc 9 oscillates in the surrounding air and extracts heat from it.

Nach Figur 14 ist das Flüssigkeitspendel im Drehpunkt 5 aufgehängt (gelagert) und das Gegengewicht 6 am Gefäß 2 angeordnet. An den metallisierten Enden 7 und 8 des Pendels sind wärmeleitende Scheiben 9 und 10 angebracht.According to FIG. 14, the liquid pendulum is suspended in the pivot point 5 (stored) and the counterweight 6 is arranged on the vessel 2. At the metallized ends 7 and 8 of the pendulum heat conducting disks 9 and 10 are attached.

Die Scheibe 9 dreht sich erfindungsgemäß in einem warmen Flüssigkeitsbad 11, ohne die warme Flüssigkeit 12 zu verlassen, und entzieht dem Bad fortlaufend Wärme, während die Scheibe 10 in der umgebenden Luft pendelt und an diese Wärme abgibt.According to the invention, the disk 9 rotates in a warm bath of liquid 11, without leaving the warm liquid 12, and continuously withdraws from the bath Warmth while the disk 10 oscillates in the surrounding air and gives off heat to this.

In Figur 15 ist eine der Figur 13 ähnliche Anordnung dargestellt, bei welcher jedoch die wärmeableitende Scheibe 10 und das Flüssigkeitsbad 11 mit 12 erfindungsgemäß durch-einen gut wärmeleitfähigen Hohlkòrper 13 mit der Flüssigkeit 14 ersetzt sind. Die im Inneren des Hohlkörpers 13 befindliche Flüssigkeit kann beispielsweise Wasser sein, welches durch geeignete Maßnahmen die Außenseite des Hohlkörpers 13 befeuchtet. Durch Verdunsten der Feuchte von der Außenseite des. Hohlkörpers 13 sinkt die Hohlkörpertemperatur unter die Umgebungstemperatur und entzieht dem oberen Teil des Rohres 1 Wärme, während das pendelnde Gefäß 2 über die Scheibe 9 aus der Umgebungsluft Wärme aufnimmt.In Figure 15, an arrangement similar to Figure 13 is shown, in which, however, the heat-dissipating disk 10 and the liquid bath 11 with 12 according to the invention by a hollow body 13 with good thermal conductivity with the liquid 14 are replaced. The liquid located inside the hollow body 13 can be for example water, which by suitable measures the outside of the Hollow body 13 moistened. By evaporating the moisture from the outside of the. Hollow body 13, the hollow body temperature drops below the ambient temperature and removes heat from the upper part of the tube 1, while the oscillating vessel 2 over the disc 9 absorbs heat from the ambient air.

In Figur 16 ist eine der Figur 14 ähnliche Anordnung dargestellt, bei welcher die wärmeleitende Scheibe 9 und das Flüssigkeitsbad 11 mit der Flüssigkeit 12 erfindungsgemäß durch einen gur wärmeleitenden Hohlkörper 13 mit der Flüssigkeit 14 ersetzt sind. Im Inneren des Hohlkörpers 13 befindet sich warme Fliissigkeit 14. Der durch die Flüssigkeit 14 erwarmte Hohlkörper 13 gibt Wärme weiter an das Gefäß 2, während der obere Teil des Rohres 1 über die Scheibe 10 an die umgebende Luft Wärme abgibt.In Figure 16, an arrangement similar to Figure 14 is shown, in which the thermally conductive disk 9 and the liquid bath 11 with the liquid 12 according to the invention by a gur thermally conductive hollow body 13 with the liquid 14 are replaced. Inside the hollow body 13 there is warm liquid 14. The hollow body 13 heated by the liquid 14 transfers heat to the Vessel 2, while the upper part of the tube 1 via the disc 10 to the surrounding Air gives off heat.

Die Leistung des Flüssigkeitspendels kann in seinem Drehpunkt abgenommen und in bekannter Weise silber Sperrad mit Klinke, Feder mit Reibrad oder ähnlich in eine rotierende Bewegung umgesetzt werden.The performance of the liquid pendulum can be reduced at its pivot point and in a known way silver ratchet wheel with pawl, spring with friction wheel or similar can be converted into a rotating movement.

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Claims

Claims 1.) Thermal drive with liquid pendulum, thereby characterized that the part of the pendulum filled with liquid and rTas at its Ends has metallic surfaces (10) (11) and on these metallic surfaces the pendulum ends thermally conductive discs (12) and / or thermally conductive hollow bodies (15) (16) are arranged and that at the time of the reversal of direction of the pendulum movement a temporary return inhibition (8) of the pendulum takes place.

2. Thermal drive with liquid pendulum according to claim 1, characterized in that that a pendulum end by means of thermally conductive parts with a liquid bath in continuous Connection is (13) (14) (15) (16).

3. Thermal drive with liquid pendulum according to claim 1, characterized in that that the pendulum is temporarily inhibited from returning at the time of the reversal of direction the pendulum movement is caused by a magnetic field (8).