DE3432912A1 - Waermekraftpumpe - Google Patents

Waermekraftpumpe

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DE3432912A1
DE3432912A1 DE19843432912 DE3432912A DE3432912A1 DE 3432912 A1 DE3432912 A1 DE 3432912A1 DE 19843432912 DE19843432912 DE 19843432912 DE 3432912 A DE3432912 A DE 3432912A DE 3432912 A1 DE3432912 A1 DE 3432912A1
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Description

  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wärmeenergie mög-
  • lichst effektiv zum Verdichten und Entspannen von Gasen und zum Pumpen von Flüssigkeiten zu verwenden. Dabei soll die durch Erhitzen und Kühlen eines Gases entstehende Druckenergie möglichst direkt - ohne vorherige Umwandlung in Rotationsenergie - auf die zu komprimierenden Gase oder zu fördernden Flüssigkeiten wirken. Das wird dadurch erreicht, daß in einem dem Stirling-Prozess ähnlichen Verfahren die Arbeitskraft eines erhitzten Gases über einen Verdränger auf eine den kalten Raum abschließende bewegliche Wand wirkt, die den auf sie ausgeübten Druck an das zu komprimierende Gas oder die zu pumpende Flüssigkeit weitergibt. Die bewegliche Wand dient gleichzeitig als Kühlfläche. Um einen guten Wärmeübergang zu erzielen sollen Heizfläche, Verdränger und bewegliche Wand im Verhältnis zur Hubgröße großflächig gestaltet sein. Die Hubfolge von beweglicher wandung Verdränger wird durch ein Gestänge bewirkt, das durch Federn sowie Arrettierungs- und Lösemechanismen seine eigene Bewegung steuert.
  • Die Leistung der Wärmekraftpumpe kann durch eine Veränderung des Druckes des Arbeitsgases und auch durch die Wahl des Arbeitsgases selbst sowie durch eine Veränderung des auf die bewegliche Wand wirkenden Federdruckes reguliert werden.
  • Die Wärmekraftpumpe kann in der Heizungs- und Kältetechnik Verwendung finden und kann auch z.B für einen stufenlos regelbaren mechanischen Antrieb geeignet sein, indem die zu pumpende Flüssigkeit z.B. eine Turbine geeigneter Bauart antreibt.
  • Im Einzelnen sind Bauweise und Funktion wie folgt beispielhaft dargestellt.
  • Nach Abb. 1 sind in einem flachen Gefäß (1)eine bewegliche Wand (2)und ein Verdränger (3) durch Treibstangen (4) und (5) beweglich angeordnet.Die Treibstange der beweglichen Wand (4) ist gegen eine Druckfeder (6) verschiebbar und kann mit dem mit Federdruck versehenen Stift (7) in eine Arrettierung der Fuhrungsschiene (8) einrasten. An der Treibstange der beweglichen Wand ist ein Bügel (9) angebracht, der einen Hebel (10) bewegt. Der Hebel (10) nimmt bei seiner Bewegung nach rechts über die Rolle (11) den Mitnehmer (12) mit. Dieser Mitnehmer ist nach links hin gegen einen Federdruck beweglich, sodaß er den Hebel (10) bei der Rückbewegung der Treibstange der beweglichen Wand nach links in seine Ausgangslage zurückkehren lassen kann. Über den Mitnehmer (12) wird bei der Bewegung des Hebels (10) nach rechts eine Druckfeder (13) und über die Verbindungsstange (14) eine Zugfeder (15) gespannt. Der mit einem Federdruck versehene Stift (16) kann dabei in eine Bohrung in der Treibstange des Verdrängers einrasten und somit die Zugfeder arrettieren. Die Arrettierung wird durch eine Bewegung der Nocke (17) nach links gelöst, während bei einer Bewegung nach rechts die Nocke durch den Stift (16) gegen einen Federdruck geneigt wird, sodaß sie ohne Lösung der Arrettierung vorbeizieht. Die Arrettierung der Treibstange der beweglichen Wand durch den Stift (7) in der Führungsschiene (8) wird durch eine Nocke (18) ausgelöst, die über eine Schiene (19) mit der Verbindungsstange (14) zusammen bewegt wird.
  • Die bewegliche Wand soll im größten Teil ihrer Fläche aufs gut wärmeleitendem Material wie z.B. Metall bestehen und am Rand mit einer verschiebbaren Dichtung wie z.B. einer Rollsockendichtung (20) versehen sein. Bei der Förderung von Flüssigkeiten mit sehr niedrigem Dampfdruck mag auf eine besondere Dichtung am Rand verzichtet werden, wenn z.B. durch eine waagrechte Anordnung der beweglichen Wand ein Eindringen der zu pumpenden Flüssigkeit in den Raum des Arbeitsgases und ein Verdampfen der Flüssigkeit weitgehend vermieden werden.
  • Der heiße und kalte Raum (21,22) auf beiden Seiten des Verdrängers (3) sollen über einen Regenerator (23) verbunden sein. Durch die Heizfläche (24) wird die Wärme des dem Brenner (25) entströmenden Verbrennungsgases dem Arbeitsgas im heißen Raum (21) zugeführt. Das Brenngas wird durch die abströmenden Verbrennungsgase im Gegenstronverfahren vorerhitzt.
  • An dem durch die bewegliche Wand abgetrennten Pumpraum (26) sind in den Zu- und Ableitungen die Ventile (27,28) angebracht.
  • Die Treibstangaider beweglichen Wand und des Verdrängers mögen beim Durchgang durch den Pumpraum (26) durch eine Rollsockendichtung (29) sowie durch eine elastische Muffe (30) umhüllt werden.
  • In Abb. 3 ist eine abgewandelte Bauweise dargestellt, bei der Verdränger und bewegl-iche Mand als Membran gestaltet sind.
  • Heizfläche (31), Verdrängermembran (32), Arbeitsmembran (33) und Deckplatte (34) sind in konzentrischen Ringen gewellt, wobei die Wellungen bei der Vor. und Rückbewegung von Verdränger und Arbeitsmembran sich aneinander anlegen können.
  • Die Verdrängermembran (32) ist hohen Temperaturunterschieden ausgesetzt und soll nach einem Vorschlag der Erfindung aus zwei Membranen bestehen, die gegeneinander wärmeisoliert sind und mit Verbindungselementen (35) miteinander verbunden sind.
  • Um den über die Treibstangen (36,37) wirkenden Druck möglichst gleichmäßig auf die Verdränger-und besonders auf die Arbeitsmembran zu übertragen, soll die Kraftübertragung von Treibstange und Membran durch federnde Überträger (38,39) geschehen die in ihrer Form der Wellung der Membran folgen und zum Rand der Membran hin in ihrer Federkraft schwächer werden.
  • Die übrigen Teile wie Regenerator (40), Dichtungen (41,42) und Ventile (43,44) sind wie oben beschrieben.
  • Die Funktion der Wärmekraftpumpe ist schematisch in Abb. 2 a) - d) zu erkennen. Die Bezeichnung folgt der Abb. 1.
  • In einer ersten Phase a) sind Verdränger (3) und bewegliche Wand (2) dicht beieinander. Der Druck der Feder (6), die am Ende der Treibstange der beweglichen Wand angebracht ist und der Druck des Arbeitsgases sind gleich groß.
  • Durch die Erhitzung des Arbeitsgases an der Heizfläche (24) wird die bewegliche Wand nach rechts bewegt. Dabei wird durch die Vermittlung des Bügels (9) und des Hebels (10) sowie des Mitnehmers (12) mit der Rolle (11) und der sich spannenden Zugfeder (15) der Verdränger gleichfalls nach rechts bewegt.
  • Die Zugfeder rastet bei dieser Bewegung mit dem. Stift (16) in eine Bohrung der Treibstange des Verdrängers ein und die Druckfedern an den Treibstangen des Verdrängers und der beweg lichen 1wand (6,13) werden gespannt. Dabei kann am Ende der Bewegung von Phase a) der Stift (7) an der Treibstange der beweglichen Wand in eine Bohrung einer darüber angebrachten Schiene (8) einrasten.
  • In einer zweiten Phase b) löst sich der Hebel (10) von dem Mitnehmer (12), und die Druckfeder (13) treibt über die Treibstange (5) den Verdränger (3) nach links. Dadurch wird das expandierte heiße Arbeitsgas über den Regenerator (23) in den kalten Raum (22) überführt. Das Arbeitsgas kühlt sich ab und kann durch die bewegliche Wand (2) mit Hilfe der. Druckfeder (6)in einer dritten Phase c) komprimiert werden. Die Kompression kann gleichzeitig mit der Rückbewegung des Verdrängers beginnen oder - bei Verwendung der oben beschriebenen Arrettierung der Treibstange der beweglichen Wand durch den Stift (7)-nach der Ankunft des Verdrängers im linken Totpunkt und einer dabei bewirkten Auslösung der Arrettierung durch den Nocken (18). Die Arrettierung der Treibstange der beweglichen Wand hat den Vorteil, daß der Verdränger scheibenförmig gestaltet werden kann und nicht wie in Abb. 1 dargestellt einen zur Heizfläche hin umgebogenen Rand haben muß, der das Einströmen des heißen expandierten Gases in den kalten Raum (22) während der gesamten Rückbewegung der beweglichen Wand ermöglicht.
  • In einer vierten Phase d) wird der Verdränger (3) auf die bewegliche Wand (2) zu bewegt und treibt dabei das komprimierte und gekühlte Arbeitsgas über den Regenerator '23) in den heißen Raum (21). Diese Bewegung wird dadurch ermöglicht, daß eine Nocke (17) an der Treibstange der beweglichen Wand bei deren Rückbewegung am Ende von Phase c) die Arrettierung der Zugfeder (15) durch den Stift (16) gelöst hat, sodaß die Zugfeder (15) den Verdränger heranziehen kann.
  • - Leerseite -

Claims (7)

  1. Patentansprüche 1. Vorrichtung und Verfahren zum Pumpen von Flüssigkeiten und Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß einem Gefäß auf einer Seite durch eine starre Wand Wärme zugeführt werden und auf der gegenüberliegenden Seite durch eine bewegliche Wand Wärme abgefuhrt werden kann, daß ein Verdränger zwischen beiden Wänden beweglich angeordnet ist, der das in dem Gefäß befindliche Arbeitsgas über einen Regenerator von der wärmeaufnehmenden Seite zur wärmeabgebenden Seite fördert, daß Treibstangen den Verdränger und die bewegliche Wand mit einem mechanischen System von Federn und Arrettierungen verbinden, wobei durch Verbinden und Lösen der Arrettierungen die Federn wechselweise gespannt und entspannt und Verdränger und bewegliche Wand durch ihre eigene Bewegung in dem für den Arbeitsprozess geeigneten--Takt-^gesteuert werden, daß auf der dem Arbeitsga:gegenbeliegenden gegenüberliegenden Seite der beweglichen Wand ein mit Ventilen versehener Raum ist, in dem durch den Druck der beweglichen Wand Flüssigkeiten oder Jase gepumpt werden können.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß die Treibstange der beweglichen Wand mit einer Feder verbunden ist, die mit der Ausdehnung des erhitzten Arbeitsgases gespannt wird.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß die Treibstange der beweglichen Wand einen Hebel bewegt, mit Hilfe dessen zwei weitere Federn gespannt werden können, die zur Hin- und Herbewegung des Verdrängers dienen.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2. und 3., dadurch gekennzeichnet, daß die Federn durch Auslösemechanismen wie z.B. Nocken bei einem bestimmten Punkt der Bewegung.der Treibstangen aus ihrer Arrettierung gelöst werden können.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Wand durch eine elastische Dichtung, z.B nach Art einer Rollsockendichtung mit dem Gefäß verbunden ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß Verdränger undbewegliche Wand als Membranen gestaltet sind, wobei die bewegliche Wand zur Arbeitsmembran wird,
  7. 7. Vorrichtung nsch---Anspruch 6., dadurch gekennzeichnet, daß Heizfläche, Verdränger, Arbeitsmembran und Deckwand des Pumpgefäßes mit Wellungen versehen sind, sodaß Verdränger und Arbeitsmembran bei ihrer Bewegung sich denselben anlegen können.
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