EP2100007A1 - Vorrichtung zur umwandlung thermodynamischer energie in elektrische energie - Google Patents

Vorrichtung zur umwandlung thermodynamischer energie in elektrische energie

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EP2100007A1
EP2100007A1 EP07846893A EP07846893A EP2100007A1 EP 2100007 A1 EP2100007 A1 EP 2100007A1 EP 07846893 A EP07846893 A EP 07846893A EP 07846893 A EP07846893 A EP 07846893A EP 2100007 A1 EP2100007 A1 EP 2100007A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
plant according
working medium
generator
inverter
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07846893A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Schilling
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dynatronic GmbH
Original Assignee
Dynatronic GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dynatronic GmbH filed Critical Dynatronic GmbH
Publication of EP2100007A1 publication Critical patent/EP2100007A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1869—Linear generators; sectional generators
    • H02K7/1876—Linear generators; sectional generators with reciprocating, linearly oscillating or vibrating parts
    • H02K7/1884—Linear generators; sectional generators with reciprocating, linearly oscillating or vibrating parts structurally associated with free piston engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B23/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01B23/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B63/00—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
    • F02B63/04—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B71/00—Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B63/00—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
    • F02B63/04—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators
    • F02B63/041—Linear electric generators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a device for converting thermodynamic energy into electrical energy.
  • the object of the invention is to provide a simple and inexpensive device for generating electric power, which works exclusively with high efficiency.
  • Piston-cylinder unit having a pressure cylinder and arranged in the pressure cylinder and linearly movable by volume change of a working fluid piston, a generator having a coil and a magnet, wherein the magnet or the coil is coupled to the piston so that a linear movement of the piston causes a linear movement of the magnet relative to the coil, and a controller which controls a working stroke of the device in response to at least one measured process parameter.
  • the operation of the device according to the invention is not subject to a periodic system clock, but is based on a controlled sequence of individual operating clocks, so that each working cycle can proceed under optimum energy conversion efficiency.
  • the controller specifies the time sequence of the equivalent work cycles on the basis of a continuous evaluation of the measured process parameter.
  • the working cycle time is not proportional to the clock frequency.
  • the energy conversion process always takes place with the same efficiency, regardless of how often it is performed per unit of time.
  • FIG. 1 shows the schematic structure of a system for generating electrical power
  • FIG. 4 shows the schematic structure of an installation for generating electricity according to another embodiment.
  • thermodynamic part 10 with a working medium and a linear part 12 and a controller 14 acting on both parts.
  • the linear part 12 has, as main components, a one-stroke "motor” with a linear expansion device in the form of a piston-cylinder unit 16 and a linear generator 18 with a magnet 20 and a coil 22
  • the piston-cylinder unit 16 consists essentially of a pressure cylinder 24 and a piston 26 displaceable therein, which is coupled to the magnet 20 of the linear generator 18.
  • a first working space 28 of the pressure cylinder 24 formed on the magnet 20 side facing the piston 26, a second working space 30th
  • Main components of the thermodynamic part 10 are essentially a pump 32, a heat exchanger 34, an optional heat accumulator 36 and a condenser 38. From FIGS.
  • thermodynamic part 10 of the plant is connected to the linear part via two lines 40, 42 12, more specifically coupled to the single-ended motor.
  • the two lines 40, 42 which are connected to the heat exchanger 34 (or more generally with a heat reservoir of higher temperature) or with the condenser 38 (or more generally with a heat reservoir lower temperature), respectively leading to the two variable working spaces 28, 30 of the Pressure cylinder 24.
  • the four ports 44, 46, 48, 50, with which the lines 40, 42 are coupled to the working spaces 28, 30 can be selectively opened or closed by the controller 14.
  • thermo energy heat energy
  • vapor pressure thermodynamic energy
  • kinetic energy mechanical kinetic energy
  • the working medium is heated by the supply of thermal energy and evaporated, resulting in a large volume expansion of the working medium.
  • heat exchangers 34 serve e.g. Solar panels, which absorb heat from the sun and release it to the working fluid flowing past, which evaporates as a result of the heating.
  • a coolant as a working fluid with a lower boiling point than that of water, an efficiency of an estimated ⁇ > 20% can be achieved for this partial process.
  • the required for the cycle process volume contraction of the working medium by cooling and condensation takes place in the condenser 38 in colder environment.
  • the pump 32 the liquid working medium is compressed and fed back to the heat exchanger 34.
  • thermodynamic cycle when an ORC (Organic Rankine Cycle) process is provided as the thermodynamic cycle, a medium suitable for use in such an ORC process is preferably used as the working medium used, eg R245fa or a specially designed for the application described synthetic working medium, the good
  • Heat transfer properties and is also characterized by the fact that in the required ORC temperature range in the working medium no negative pressure relative to the ambient pressure arises because the technically difficult to avoid in the long run due to a negative pressure penetrating air reduces the ORC efficiency. Furthermore, before the expansion, only the slightest possible overheating of the vaporized gas should be necessary, since the energy added during the overheating only slightly increases the ORC energy yield.
  • the heating / evaporation of the working medium is based on the
  • thermodynamic part 10 As a working medium for the thermodynamic part 10, other fluids, such as e.g. Hydraulic oil, or gases are used.
  • the very high degree of efficiency is also favored by the use of a smooth running design optimized for the aforementioned requirements. Piston-cylinder unit 16 with low friction and low thermal losses, so that high expansion speeds can be realized.
  • the magnet 20 of the linear generator 18 which is directly coupled by means of a rigid piston rod 52, moves within the coil 22, so that a voltage pulse is induced in the coil 22.
  • the magnet 20 may also, as shown in Figure 1, be connected via a hinge 55 to the piston 26.
  • the joint 55 absorbs transverse forces, which are due to installation tolerances. A linear movement in the printing cylinder 24 and in the linear generator 18 on exactly one axis is only theoretically possible.
  • FIG. 3 shows the counterclockwise operating cycle following the work cycle described above.
  • the controller 14 closes the open ports 44, 50 and opens the closed ports 46, 48 so that an oppositely directed piston force - F stroke and movement of the piston 26 to the left results. This results in a voltage pulse with the opposite sign.
  • the two work cycles described above are completely independent of each other (in particular in terms of time), so there is no predetermined periodic clock sequence provided as in known multi-stroke engines. Rather, a single work cycle is initiated depending on the situation, i. only if certain criteria are met (in particular a sufficient pressure of the working medium), the controller 14 by opening or closing of the terminals 44, 46, 48, 50 provides for the performance of a power stroke. Which of the two working strokes (normal or opposite) is performed depends on the current position of the piston 26.
  • piston stroke and area of the piston-cylinder unit 16 and the dimensions of the magnet 20 and the coil 22 of the linear generator 18 are matched.
  • amount of energy transferred and the total energy transfer efficiency has been shown that a piston-cylinder unit 16 with a relatively large stroke (Langhubzylinder) is best suited.
  • Disconnection lossless rotation generator such.
  • the RMT generator can be simulated, provides that a rotor of the rotation generator at each stroke in the printing cylinder (24) performs a 180 ° rotation and remains in this position until the counter-clocked cycle carried out due to a satisfied process criterion and the rotor then either until
  • the control of the thermodynamic cycle and the single-ended motor with a variety of suitable sensors (pressure, temperature, level sensors, etc.) and the controller 14, which may have a plurality of subordinate control devices.
  • the controller 14 continuously monitors the overall situation, taking into account all relevant process variables (thermal energy supply, pressure and temperature of the working medium and the environment, levels, etc). To achieve optimum overall efficiency, the controller 14 performs various process controls, such as fill level settings, fluid flow rates, power amount / expansion volume of a power stroke, clock frequency, clock stroke size, clock duration, etc. Under certain circumstances, the controller 14 may Completely suspend the energy conversion process if, based on the sensor data, this can be expected to result in a higher overall energy conversion efficiency.
  • HCarnot 1 - ToUT / " HN, with T
  • N Temperature of the working fluid in the heat reservoir higher
  • a reduction in the flow rate of the working medium in the solar panels caused by the controller 14 leads to higher T
  • thermodynamic part 10 of the system heated / vaporized working fluid over a longer period (between) can be stored.
  • This is particularly useful in the case of uneven thermal energy supply (eg changing sunlight) and allows in a certain frame independent of the period of thermal energy supply energy conversion without significant deterioration in efficiency. In this way, in particular minimum starting quantities can be ensured so as to allow a clocking of the printing cylinder over a minimum period.
  • a development of the thermodynamic part 10 of the system provides for the use of multiple working media (coolant) with different boiling temperatures.
  • the different ones Boiling temperatures of the coolant make it possible, depending on the currently maximum achievable medium temperature, to use the coolant or the mixture of two (or more) coolants with which the highest efficiency is currently achieved in the thermodynamic cycle.
  • a suitable for a Kalina cycle process mixture can be used, for example, an ammonia-water mixture. If necessary, to separate coolant mixtures again, a separation stage in the condenser 38 is provided in this case.
  • thermo energy sources e.g., thermal source
  • suitable heat exchanger 34 the otherwise unused waste heat of technical equipment or plants can be utilized.
  • the conversion of the irregular voltage pulses generated by the linear generator 18 in a suitable for feeding into a power supply AC voltage is effected in that each individual voltage pulse is transformed directly into a mains-synchronous AC voltage.
  • a direct coupling of the output of the linear generator 18 with the input of an inverter 54 is provided.
  • a filter and rectifier unit 56 indicated, which is used in an alternative embodiment explained later. Requirements for this type of conversion are:
  • the voltage pulses are (clearly) longer than the reciprocal of the power frequency to be generated and move in a voltage range, which requires the inverter 54 as an input voltage.
  • the power supply network to be fed must be able to absorb sporadically generated network power. This type of voltage conversion is therefore not suitable for self-sufficient power supply systems in its simple form.
  • the inverter 54 used generates in a wide input voltage range even with rapidly changing input power output power with constant, mains-synchronous AC voltage with high efficiency. If the input voltage is missing or too low, the inverter 54 suspends the conversion. As soon as the input voltage has again exceeded a threshold value, the inverter 54 continues its work and instantly restores the mains-synchronous AC voltage (with low losses) to the grid.
  • idle times of a generator or fluctuations in the grid feed can be at least partially compensated by an arrangement of multiple generators having staggered power strokes.
  • the generators can either form alternator-inverter pairs in parallel with one inverter at a time, or they can all be cost-effectively coupled to the same inverter, but this leads to lower efficiency.
  • a number of voltage pulses per unit time dependent on the currently prevailing power throughput is output.
  • the output of the linear generator 18 is coupled to the input of an inverter 54 via a filter and rectifier unit 56, which converts the pulses into DC voltage usable by the inverter 54.
  • the output of the inverter 54 is coupled to the power supply network to be fed, so that the inverter 54 continuously converts into a suitable for feeding into the power grid AC voltage.
  • the filter and rectifier unit 56 which converts the pulses in usable for the inverter 54 DC voltage is dimensioned so that it is the resulting minimum energy throughputs converts low frequency of voltage pulses into a DC level that the inverter 54 can convert into a suitable for feeding into the power grid AC without further significant losses or interruptions.
  • Linear generator 18 here is not coupled to an inverter for a power grid but to a generator of suitable battery charging voltages and currents (charger) 60, e.g. for lithium-ion or nickel-cadmium batteries for automobiles.

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Abstract

Eine Vorrichtung zur Umwandlung thermodynamischer Energie in elektrische Energie umfaßt eine Kolben-Zylinder-Einheit (16), einen Generator (18) und eine Steuerung (14). Die Kolben-Zylinder-Einheit (16) weist einen Druckzylinder (24) sowie einen im Druckzylinder (24) angeordneten und durch Volumenänderung eines Arbeitsmediums linear bewegbaren Kolben (26) auf. Der Generator (18) weist eine Spule (22) und einen Magneten (20) auf. Der Magnet (20) ist so an den Kolben (26) gekoppelt, daß eine lineare Bewegung des Kolbens (26) eine lineare Bewegung des Magneten (20) innerhalb der Spule (22) bewirkt. Die Steuerung (14) steuert den Arbeitstakt der Vorrichtung in Abhängigkeit wenigstens eines gemessenen Prozeßparameters.

Description

Vorrichtung zur Umwandlung thermodynamischer Energie in elektrische Energie
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung thermodynamischer Energie in elektrische Energie.
Die Erzeugung von elektrischem Strom aus mechanischer
Bewegungsenergie ist in vielfältiger Weise mit unterschiedlichen Wirkungsgraden möglich. Meist werden Generatoren verwendet, die eine Rotationsbewegung umsetzen. Solche periodisch arbeitenden Maschinen erzielen aber erst ab einer bestimmten Mindestfrequenz (Drehzahl) einen akzeptablen Wirkungsgrad. Bei nicht konstanter Energiezufuhr ist die Energieumwandlung ineffizient. Verringert sich der Energiezufluß, führt dies zu niedrigeren Drehzahlen, die außerhalb des optimalen Arbeitsbereichs der Maschine liegen. Oft wird dies durch Getriebe kompensiert, was jedoch eine Reduktion des Gesamtwirkungsgrades und höhere Kosten zur Folge hat. Durch Ab- und Wiederanschalten der Maschine ist dieses Problem wegen der dabei auftretenden Verluste nicht befriedigend zu lösen.
Ein völlig anderer Ansatz zur Erzeugung von Strom aus Bewegungsenergie findet sich in der Veröffentlichung: H. Polinder, M. E. C. Damen, F. Gardner, "Design, modelling and test results of the AWS PM linear generator"; in European Transactions on Electrical Power, 2005 (vol. 15), pp. 245-256. Bei diesem Konzept wird der von Meereswellen ausgehende Druck in mechanische Bewegungsenergie umgesetzt und mit Hilfe eines Lineargenerators in elektrischen Strom umgewandelt. Jedoch dürfte auch hier wegen der nicht konstanten Energiezufuhr die Effizienz insbesondere bei der Umwandlung des Drucks in Bewegung starken Schwankungen unterworfen sein. Der Systemtakt der Vorrichtung ist durch die natürliche Wellenbildung und -bewegung aufgezwungen und kann nicht variiert werden. Außerdem dürften die durch die dynamischen Wellenbewegungen begründeten hohen Anforderungen an die Dimensionsverhältnisse des verwendeten Druckzylinders und des Lineargenerators zu einer niedrigeren Gesamtenergieübertragungseffizienz führen.
Ein weiteres Problem besteht darin, daß durch einen Lineargenerator erzeugte unregelmäßige Spannungsimpulse (einzelne, sporadische Impulse unterschiedlicher Amplitude und Dauer) nicht zur Einspeisung in ein Stromversorgungsnetz geeignet sind. Bislang wird dieses Problem dadurch gelöst, daß die Spannungsimpulse zunächst in eine Gleichspannung umgewandelt werden. Zur Einspeisung in ein Stromversorgungsnetz wird diese Gleichspannung durch einen netzsynchronen Wechselrichter in eine geeignete Wechselspannung gewandelt. Diese Maßnahmen gestalten sich jedoch sehr aufwendig und sind im großen Maßstab nur schwer umsetzbar. Außerdem leidet der Wirkungsgrad bei dieser Art der Wandlung. Eine alternative Lösung sieht die Gewinnung von Rotationsenergie aus den Spannungsimpulsen vor. Anschließend erfolgt eine Transformation und Wechselrichtung der Ausgangsspannung in eine zur Einspeisung geeignete Wechselspannung. Auch hier sind der relativ hohe Aufwand und die unvermeidlichen Verluste nachteilig.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine möglichst einfach aufgebaute und kostengünstige Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischem Strom zu schaffen, die ausschließlich mit hohem Wirkungsgrad arbeitet.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, mit einer
Kolben-Zylinder-Einheit, die einen Druckzylinder sowie einen im Druckzylinder angeordneten und durch Volumenänderung eines Arbeitsmediums linear bewegbaren Kolben aufweist, einem Generator, der eine Spule und einen Magneten aufweist, wobei der Magnet oder die Spule so an den Kolben gekoppelt ist, daß eine lineare Bewegung des Kolbens eine lineare Bewegung des Magneten relativ zur Spule bewirkt, und einer Steuerung, die einen Arbeitstakt der Vorrichtung in Abhängigkeit wenigstens eines gemessenen Prozeßparameters steuert. Der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung unterliegt keinem periodischen Systemtakt, sondern basiert auf einer gesteuerten Abfolge von einzelnen Arbeits- takten, so daß jeder Arbeitstakt unter optimaler Energieumwandlungseffizienz ablaufen kann. Die Steuerung gibt auf der Grundlage einer kontinuierlichen Auswertung des gemessenen Prozeßparameters die zeitliche Abfolge der gleichwertigen Arbeitstakte vor. Im Vergleich zu periodisch arbeitenden Maschinen, wie z.B. bekannten Zweitaktmotoren (Stelzer-Motor, Stirling-Motor), ist die Arbeitstaktdauer nicht proportional zur Taktfrequenz. Im Idealfall erfolgt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Energieumwandlungsprozeß immer mit der gleichen Effizienz, unabhängig davon wie oft er pro Zeiteinheit durchgeführt wird.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- Figur 1 den schematischen Aufbau einer Anlage zur Erzeugung von elektrischem Strom;
- Figur 2 den Linearteil der Anlage in einer ersten Arbeitsstellung;
- Figur 3 den Linearteil in einer zweiten Arbeitsstellung; und
- Figur 4 den schematischen Aufbau einer Anlage zur Erzeugung von elektrischem Strom nach einer anderen Ausführungsform.
Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel einer Anlage zur Erzeugung von elektrischem Strom beschrieben. Die in Figur 1 dargestellte Anlage umfaßt einen thermodynamischen Teil 10 mit einem Arbeitsmedium und einen Linearteil 12 sowie eine auf beide Teile einwirkende Steuerung 14.
Der Linearteil 12 (siehe auch Figuren 2 und 3) weist als Hauptkomponenten zum einen einen Eintakt-„Motor" mit einer linearen Expansionseinrichtung in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit 16 und zum anderen einen Lineargenerator 18 mit einem Magneten 20 und einer Spule 22 auf. Die Kolben-Zylinder-Einheit 16 besteht im wesentlichen aus einem Druckzylinder 24 und einem darin verschiebbaren Kolben 26, der an den Magneten 20 des Lineargenerators 18 gekoppelt ist. Auf der dem Magneten 20 abgewandten Seite des Kolbens 26 ist ein erster Arbeitsraum 28 des Druckzylinders 24 gebildet, auf der dem Magneten 20 zugewandten Seite des Kolbens 26 ein zweiter Arbeitsraum 30. Hauptkomponenten des thermodynamischen Teils 10 sind im wesentlichen eine Pumpe 32, ein Wärmetauscher 34, ein optionaler Wärmespeicher 36 und ein Kondensator 38. Aus den Figuren 2 und 3 geht hervor, daß der thermodynamische Teil 10 der Anlage über zwei Leitungen 40, 42 an den Linearteil 12, genauer gesagt an den Eintakt-Motor gekoppelt ist. Die beiden Leitungen 40, 42, die mit dem Wärmetauscher 34 (oder allgemeiner mit einem Wärmereservoir höherer Temperatur) bzw. mit dem Kondensator 38 (oder allgemeiner mit einem Wärmereservoir niedrigerer Temperatur) verbunden sind, führen jeweils zu den beiden variablen Arbeitsräumen 28, 30 des Druckzylinders 24. Die vier Anschlüsse 44, 46, 48, 50, mit denen die Leitungen 40, 42 an die Arbeitsräume 28, 30 gekoppelt sind, können von der Steuerung 14 selektiv geöffnet oder geschlossen werden.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der gesamten Anlage beschrieben. Grundsätzlich arbeitet die Anlage nach folgendem Prinzip: Zunächst wird thermi- sehe Energie (Wärmeenergie) in einem thermodynamischen Kreisprozeß in thermodynamische Energie (Dampfdruck) umgewandelt. Der Dampfdruck wird im Eintakt-Motor in mechanische Bewegungsenergie (kinetische Energie) umgesetzt. Die Bewegungsenergie wird schließlich mittels des Lineargenerators 18 in elektrische Energie transformiert.
Das Arbeitsmedium wird durch Zufuhr thermischer Energie erwärmt und verdampft, was zu einer starken Volumenausdehnung des Arbeitsmediums führt. Als Wärmetauscher 34 dienen z.B. Solar-Panels, die durch Sonneneinstrahlung Wärme absorbieren und an das vorbeiströmende Arbeitsmedium abgeben, welches durch die Erwärmung verdampft. Bei Verwendung eines Kühlmittels als Arbeitsmedium mit einem niedrigerem Siedepunkt als der von Wasser ist für diesen Teilprozeß ein Wirkungsgrad von schätzungsweise η > 20 % erreichbar. Die für den Kreisprozeß erforderliche Volumenkontraktion des Arbeitsmediums durch Abkühlung und Kondensation erfolgt im Kondensator 38 in kälterer Umgebung. Mittels der Pumpe 32 wird das flüssige Arbeitsmedium verdichtet und wieder dem Wärmetauscher 34 zugeführt.
Insbesondere wenn als thermodynamischer Kreisprozeß ein ORC-(Organic Rankine Cycle)-Prozess vorgesehen ist, wird als Arbeitsmedium vorzugsweise ein für die Verwendung in einem solchen ORC-Prozesses geeignetes Medium eingesetzt, z.B. R245fa oder ein speziell für die beschriebene Anwendung designtes synthetisches Arbeitsmedium, das gute
Wärmeübertragungseigenschaften hat und sich auch dadurch auszeichnet, daß im erforderlichen ORC-Temperaturbereich im Arbeitsmedium kein Unterdruck relativ zum Umgebungsdruck entsteht, da die aufgrund eines Unterdrucks technisch auf Dauer nur schwer zu vermeidende eindringende Luft die ORC- Effizienz reduziert. Desweiteren sollte vor der Expansion nur eine möglichst geringe Überhitzung des verdampften Gases nötig sein, da die bei der Überhitzung hinzugefügte Energie die ORC-Energieausbeute nur wenig steigert.
Die Erwärmung/Verdampfung des Arbeitsmediums ist bezogen auf den
Gesamtprozeß zeitunabhängig und unterliegt keinen permanenten Mindestanforderungen. Grundsätzlich ist auch ein Kreisprozeß denkbar, der nur auf Erwärmung und Abkühlung des Arbeitsmediums basiert (ohne Verdampfen und Kondensieren); der Gesamtwirkungsgrad wäre in diesem Fall aber deutlich niedriger. Als Arbeitsmedium für den thermodynamischen Teil 10 können grundsätzlich auch andere Fluide, wie z.B. Hydrauliköl, oder Gase verwendet werden.
Wie in Figur 2 dargestellt gelangt das expandierende Arbeitsmedium vom Wärmereservoir höherer Temperatur über die erste Leitung 40 in den ersten Arbeitsraum 28 des Druckzylinders 24. Die Steuerung 14 öffnet hierzu den Anschluß 44 und schließt den Anschluß 46. Gleichzeitig schließt die Steuerung 14 den Anschluß 48 der zweiten Leitung und öffnet den Anschluß 50. Dadurch wird auf den Kolben 26 eine Kraft FHub ausgeübt, was unter Verrichtung von Arbeit zu einer Bewegung des Kolbens 26 nach rechts (gemäß der Darstellung in den Figuren) führt. Dieser Vorgang, der nach einem relativ großen Hub des Kolbens 26 endet, stellt einen „normalen" Arbeitstakt des Motors dar.
Die mittels der Steuerung 14 realisierte Regelung des in den Arbeitsraum 28 einströmenden Volumens (Einlaßvolumen) in Abhängigkeit des vorhanden Mediumdrucks bzw. des nutzbaren Expansionsvolumens ermöglicht eine sehr hohe Effizienz bei der Umwandlung der thermodynamischen Energie in mechanische Bewegungsenergie mit einem geschätzten Wirkungsgrad von etwa η = 95 %. Begünstigt wird der sehr hohe Wirkungsgrad auch durch die Verwendung einer auf die vorgenannten Anforderungen optimierten Leichtlauf- Kolben-Zylinder-Einheit 16 mit geringen Reibungs- und geringen thermischen Verlusten, so daß hohe Expansionsgeschwindigkeiten realisierbar sind.
Mit dem Kolben 26 bewegt sich der mittels einer starren Kolbenstange 52 direkt angekoppelte Magnet 20 des Lineargenerators 18 innerhalb der Spule 22, so daß in der Spule 22 ein Spannungsimpuls induziert wird. Es ist also keine vorherige Umwandlung der linearen Kolbenbewegung in eine Rotationsbewegung vorgesehen, weshalb die Umwandlung in elektrische Energie mittels des Lineargenerators 18 sehr effizient ist mit einem geschätzten Wirkungsgrad von etwa η = 90 %. Der Magnet 20 kann auch, wie in Figur 1 dargestellt, über ein Gelenk 55 mit dem Kolben 26 verbunden sein. Das Gelenk 55 nimmt Querkräfte auf, welche durch Einbautoleranzen begründet sind. Eine lineare Bewegung im Druckzylinder 24 und im Lineargenerator 18 auf genau einer Achse ist nämlich nur theoretisch möglich.
In Figur 3 ist der auf den oben beschriebenen Arbeitstakt folgende gegenläufige Arbeitstakt dargestellt. Die Steuerung 14 schließt die offenen Anschlüsse 44, 50 und öffnet die geschlossenen Anschlüsse 46, 48, so daß sich eine entgegengesetzt gerichtete Kolbenkraft - FHub und eine Bewegung des Kolbens 26 nach links ergibt. Daraus resultiert ein Spannungsimpuls mit umgekehrtem Vorzeichen.
Die beiden zuvor beschriebenen Arbeitstakte sind völlig unabhängig voneinander (insbesondere zeitlich), es ist also keine vorab festgelegte periodische Taktfolge vorgesehen wie bei bekannten Mehrtaktmotoren. Vielmehr wird ein einzelner Arbeitstakt situationsbedingt eingeleitet, d.h. nur wenn bestimmte Kriterien erfüllt sind (insbesondere ein ausreichender Druck des Arbeitsmediums), sorgt die Steuerung 14 durch Öffnen bzw. Schließen der Anschlüsse 44, 46, 48, 50 für die Durchführung eines Arbeitstaktes. Welcher von beiden Arbeitstakten (normaler oder gegenläufiger) durchgeführt wird, hängt von der aktuellen Position des Kolbens 26 ab.
Die Besonderheit beim Betrieb der Kolben-Zylinder-Einheit 16 mit dem vom thermodynamischen Teil 10 der Anlage bereitgestellten Arbeitsmedium liegt darin, daß die Steuerung 14 den Druck des Arbeitsmediums sowohl im
Wärmereservoir höherer Temperatur als auch im Wärmereservoir niedrigerer
Temperatur kennt und einen Arbeitstakt nur dann einleitet, wenn der Druckunterschied zwischen den beiden Wärmereservoirs so groß ist, daß das untere Wärmereservoir die bei einem vollen Kolbenhub ausgestoßene Menge des im Arbeitsraum 28 (normaler Arbeitstakt) bzw. 30 (gegenläufiger Arbeitstakt) befindlichen Arbeitsmediums aufnehmen kann. Somit ist gewährleistet, daß immer der volle Kolbenhub genutzt wird, was den Wirkungsgrad bei der später beschriebenen Umwandlung der mechanischen Bewegungsenergie in elektrische Energie begünstigt.
Die Dimensionen von Kolbenhub und -fläche der Kolben-Zylinder-Einheit 16 und die Dimensionen des Magneten 20 und der Spule 22 des Lineargenerators 18 sind aufeinander abgestimmt. Hinsichtlich der zur übertragenden Energiemengen und der Gesamtenergieübertragungseffizienz hat sich gezeigt, daß eine Kolben-Zylinder-Einheit 16 mit verhältnismäßig großem Hub (Langhubzylinder) am besten geeignet ist.
Eine Sonderform des Lineargenerators (18), welcher funktionsgemäß auch durch einer Kombination aus einer Kurbelwelle mit einem bei Anlauf und
Abschaltung verlustfreien Rotationsgenerator, wie z.B. dem RMT-Generator, nachgebildet werden kann, sieht vor, daß ein Rotor des Rotationsgenerators bei jedem Hub im Druckzylinder (24) eine 180°-Rotation durchführt und solange in dieser Position verharrt, bis der gegenläufige Arbeitstakt aufgrund eines erfüllten Prozeßkriteriums durchgeführt und der Rotor daraufhin entweder bis zur
Ausgangsposition weiter- oder zurückgedreht wird.
Wie bereits angedeutet erfolgt die Regelung des thermodynamischen Kreisprozesses und des Eintakt-Motors mit einer Vielzahl geeigneter Sensoren (Druck-, Temperatur-, Füllstandssensoren, etc.) und der Steuerung 14, die mehrere untergeordnete Steuereinrichtungen aufweisen kann. Die Steuerung 14 überwacht kontinuierlich die Gesamtsituation unter Berücksichtigung aller relevanten Prozeßeinflußgrößen (thermische Energiezufuhr, Druck und Temperatur des Arbeitsmediums und der Umgebung, Füllstände, etc). Zur Erzielung eines optimalen Gesamtwirkungsgrades führt die Steuerung 14 verschiedene Prozeßregelungen durch, wie z.B. Einstellungen der Füllstände, Strömungsgeschwindigkeiten des Arbeitsmediums Energiemenge/ Expansionsvolumen eines Arbeitstaktes, Taktfrequenz, Größe des Takthubs, Taktdauer, etc. Unter bestimmten Umständen kann die Steuerung 14 den Energieumwandlungsprozeß ganz aussetzen, wenn aufgrund der Sensordaten erwartet werden kann, daß dies zu einer höheren Gesamt- energieumwandlungseffiezienz führt.
Eine wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage wird aus der folgen- den Betrachtung ersichtlich. Bei geringer thermischer Energiezufuhr wird der theoretisch mögliche Wirkungsgrad bei der thermodynamischen Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie durch den Carnot-Wirkungsgrad reduziert:
HCarnot = 1 — ToUT / "HN , mit T|N: Temperatur des Arbeitsmediums im Wärmereservoir höherer
Temperatur und TOuτ". Temperatur des Arbeitsmediums im Wärmereservoir niedrigerer Temperatur.
Eine durch die Steuerung 14 veranlaßte Reduzierung der Durchflußgeschwindigkeit des Arbeitsmediums in den Solar-Panels führt zu höheren T|N und zu geringeren Durchflußmengen pro Zeiteinheit. Durch eine Kombination aus einer Reduzierung der Durchflußgeschwindigkeit und einer Reduzierung der Taktfrequenz des situationsgesteuerten Lineargenerators 18 wird somit erreicht, daß auch bei geringer thermischer Energiezufuhr der Gesamtwirkungsgrad der Umwandlung von thermischer in elektrische Energie konstant bleibt.
Im optionalen thermisch isolierten Wärmespeicher 36 (Druckspeicher) des thermodynamischen Teils 10 der Anlage kann erwärmtes/verdampftes Arbeitsmedium über einen längeren Zeitraum (zwischen)gespeichert werden. Dies ist insbesondere im Falle einer ungleichmäßigen thermischen Energiezufuhr sinnvoll (z.B. bei wechselnder Sonneneinstrahlung) und ermöglicht in einem gewissen Rahmen eine von der Zeitspanne der thermischen Energiezufuhr unabhängige Energieumwandlung ohne wesentliche Verschlechterung des Wirkungsgrades. Auf diese Weise können insbesondere Mindestanlaufmengen sichergestellt werden, um so eine Taktung des Druckzylinder über einen Mindestzeitraum zu ermöglichen. Eine Weiterbildung des thermodynamischen Teils 10 der Anlage sieht die Verwendung mehrerer Arbeitsmedien (Kühlmittel) mit unterschiedlichen Siedetemperaturen vor. Die unterschiedlichen Siedetemperaturen der Kühlmittel ermöglichen es, abhängig von der momentan maximal erreichbaren Mediumtemperatur, das Kühlmittel oder die Mischung aus zwei (oder mehreren) Kühlmitteln zu verwenden, mit dem/der momentan der höchste Wirkungsgrad im thermodynamischen Kreisprozeß erreicht wird. Insbesondere kann ein für einen Kalina-Kreisprozess geeignetes Gemisch verwendet werden, z.B. ein Ammoniak-Wasser-Gemisch. Um Kühlmittelmischungen ggf. wieder zu trennen, ist in diesem Fall eine Trennstufe im Kondensator 38 vorgesehen.
Anstelle der Solar-Panels können auch andere Einrichtungen zur thermischen Energiezufuhr von regenerativen Wärmequellen (z.B. Thermalquelle) verwendet werden. Auch kann mittels geeigneter Wärmetauscher 34 die ansonsten ungenutzte Abwärme technischer Geräte oder Anlagen verwertet werden.
Mit den oben beschriebenen Maßnahmen dürfte ein konstanter Gesamtwirkungsgrad für die Umwandlung der thermischen Energie in elektrischen Strom von Hgesamt 1* 15 % erzielbar sein.
Die Wandlung der vom Lineargenerator 18 erzeugten unregelmäßigen Spannungsimpulse in eine zur Einspeisung in ein Stromversorgungsnetz geeignete Wechselspannung erfolgt dadurch, daß jeder einzelne Spannungsimpuls direkt in eine netzsynchrone Wechselspannung transformiert wird. Hierzu ist eine direkte Kopplung des Ausgangs des Lineargenerators 18 mit dem Eingang eines Wechselrichters 54 vorgesehen. (In Figur 1 ist zwischen dem Lineargenerator 18 und dem Wechselrichter 54 noch eine Filter- und Gleichrichtereinheit 56 angedeutet, die bei einer später erläuterten alternativen Ausführungsform zum Einsatz kommt). Voraussetzungen für diese Art der Wandlung sind:
- Die Spannungsimpulse sind (deutlich) länger als der Kehrwert der zu erzeugenden Netzfrequenz und bewegen sich in einem Spannungsbereich, die der Wechselrichter 54 als Eingangsspannung benötigt.
- Das zu speisende Stromversorgungsnetz muß in der Lage sein, sporadisch erzeugte Netzleistung aufzunehmen. Diese Art der Spannungswandlung eignet sich in seiner einfachen Form daher nicht für autarke Stromversorgungssysteme. Der verwendete Wechselrichter 54 erzeugt in einem breiten Eingangsspannungsbereich auch bei sich schnell ändernder Eingangsleistung eine Ausgangsleistung mit konstanter, netzsynchroner Wechselspannung unter hohem Wirkungsgrad. Bei fehlender oder zu geringer Eingangsspannung setzt der Wechselrichter 54 die Wandlung aus. Sobald die Eingangsspannung wieder einen Schwellenwert überschritten hat, setzt der Wechselrichter 54 seine Arbeit fort und stellt die netzsynchrone Wechselspannung (mit geringen Verlusten) sofort wieder ins Netz ein.
Gemäß einer Weiterbildung dieses Aspekts können Leerlaufzeiten eines Generators oder Schwankungen bei der Netzeinspeisung zumindest teilweise durch eine Anordnung mehrerer Generatoren kompensiert werden, die zeitlich versetzte Arbeitstakte haben. Die Generatoren können entweder jeweils mit einem Wechselrichter parallelgeschaltete Generator-Wechselrichter-Paare bilden oder kostengünstig alle an denselben Wechselrichter gekoppelt sein, was jedoch zu einer geringeren Effizienz führt.
Gemäß der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform wird am Ausgang des Lineargenerators 18 eine vom aktuell vorherrschenden Leistungsdurchsatz abhängige Anzahl von Spannungsimpulsen pro Zeiteinheit ausgegeben. Der Ausgang des Lineargenerators 18 ist über eine Filter- und Gleichrichtereinheit 56, welche die Impulse in für den Wechselrichter 54 verwertbare Gleichspannung umwandelt, an den Eingang eines Wechselrichters 54 gekoppelt. Der Ausgang des Wechselrichters 54 ist an das zu speisende Stromversorgungsnetz gekoppelt, so daß der Wechselrichter 54 kontinuierlich in eine zur Einspeisung in das Stromversorgungsnetz geeignete Wechselspannung wandelt.
Auch bei „niedrigem Energiedurchsatz" findet eine kontinuierliche
Umwandlung von thermischer Energie in eine zur Einspeisung in das Stromversorgungsnetz geeignete Wechselspannung statt. Der Wirkungsgrad der Umwandlung hängt nur von den Temperaturniveaus des thermodynamischen Kreisprozesses (vorzugsweise ein ORC-Kreisprozess) ab, nicht aber von den umgewandelten Wärmemengen pro Zeiteinheit. Die Filter- und Gleichrichtereinheit 56, welche die Impulse in für den Wechselrichter 54 verwertbare Gleichspannung umwandelt, ist so dimensioniert, daß sie auch bei den erforderlichen minimalen Energiedurchsätzen die daraus resultierende geringe Frequenz von Spannungsimpulsen in ein Gleichspannungs-Niveau umwandelt, das der Wechselrichter 54 ohne weitere signifikante Verluste oder Unterbrechungen in eine zur Einspeisung in das Stromversorgungsnetz geeignete Wechselspannung wandeln kann.
Eine andere Anwendung der Erfindung ist in Figur 4 gezeigt. Der
Lineargenerator 18 ist hier nicht an einen Wechselrichter für ein Stromversorgungsnetz, sondern an einen Erzeuger geeigneter Batterieladespannungen und -ströme (Ladegerät) 60 gekoppelt, z.B. für Lithium- Ionen- oder Nickel-Cadmium-Batterien für Automobile.
Auch möglich ist eine Kopplung des Lineargenerator 18 an einen Spannungserzeuger, um damit eine Elektrolyse zur Freisetzung von Wasserstoff zu betreiben.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Umwandlung thermodynamischer Energie in elektrische Energie, mit
einer Kolben-Zylinder-Einheit (16), die einen Druckzylinder (24) sowie einen im Druckzylinder (24) angeordneten und durch Volumenänderung eines Arbeitsmediums linear bewegbaren Kolben (26) aufweist,
einem Generator (18), der einen Magneten (20) und eine Spule (22) aufweist, wobei der Magnet (20) oder die Spule (22) so an den Kolben (26) gekoppelt ist, daß eine lineare Bewegung des Kolbens (26) eine lineare Bewegung des Magne- ten (20) relativ zur Spule (22) bewirkt, und
einer Steuerung (14), die den Arbeitstakt der Vorrichtung in Abhängigkeit wenigstens eines gemessenen Prozeßparameters steuert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (26) durch Einströmen des Arbeitsmediums in einen Arbeitsraum (28; 30) des Druckzylinders (24) bewegt wird und die Steuerung (14) Beginn und Dauer des Einströmens bestimmt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (14) das in den Arbeitsraum (28; 30) einströmende Volumen des Arbeitsmediums in Abhängigkeit des Prozeßparameters einstellt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (14) einen Arbeitstakt nur dann einleitet, wenn der Prozeßparameter ein vorgegebenes Kriterium erfüllt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßparameter der zur Verfügung stehende Druck des Arbeitsmediums ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (14) nach Auswertung von Sensordaten Einstellungen in Abhängigkeit eines unter den gegebenen Umständen maximal erzielbaren Wirkungsgrads veranlaßt.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (20) über eine starre Kolbenstange (52) mit dem Kolben (26) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (20) über ein Gelenk (55) mit dem Kolben (26) verbunden ist, das Querkräfte aufnehmen kann.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lineargenerator (18), funktionsgemäß durch eine Kombination aus einer Kurbelwelle mit einem Rotationsgenerator, insbesondere einem RMT-Generator, nachgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rotor des Rotationsgenerators bei jedem Hub im Druckzylinder (24) eine bestimmte Rotation, vorzugsweise eine 180°-Rotation, durchführt und solange in dieser Position verharrt, bis der gegenläufige Arbeitstakt aufgrund eines erfüllten Prozeßkriteriums durchgeführt und der Rotor daraufhin entweder bis zur Ausgangsposition weiter- oder zurückgedreht wird.
11. Anlage zur Erzeugung von elektrischem Strom, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine vorgeschaltete thermodynamische Vorrichtung (10) zur Umwandlung thermischer Energie in mechanische Bewegungsenergie.
12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die thermodynamische Vorrichtung (10) zur Umwandlung thermischer Energie in mechanische Bewegungsenergie ein Arbeitsmedium, ein erstes Wärmereservoir höherer Temperatur, in dem das Arbeitsmedium durch Zufuhr thermischer Energie erwärmt wird und eine Volumenausdehnung erfährt und ein zweites Wärmereservoir niedrigerer Temperatur umfaßt, in dem das Arbeitsmedium abgekühlt wird und eine Volumenkontraktion erfährt, wobei das sich ausdehnende Arbeitsmedium der Kolben-Zylinder-Einheit (16) zugeführt wird und die Steuerung (14) die Zufuhr des Arbeitsmediums zur Kolben-Zylinder-Einheit (16) in Abhängigkeit des wenigstens einen gemessenen Prozeßparameters steuert.
13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (14) für jeden Arbeitstakt der Vorrichtung (12) das in einen Arbeitsraum (28; 30) des Druckzylinders (24) einströmende Volumen des Arbeitsmediums in Abhängigkeit des zur Verfügung stehenden Drucks des Arbeitsmediums zur optimalen Nutzung des maximalen Arbeitsraumvolumens und der Minimierung des Drucks des Arbeitsmediums nach der Volumenausdehnung einstellt.
14. Anlage nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Einheit (16) einen an den Kolben (26) angrenzenden Arbeitsraum (28; 30) aufweist, der über zwei Leitungen (40; 42) mit Anschlüssen (44, 48; 46, 50) mit dem ersten Wärmereservoir bzw. mit dem zweiten Wärmereservoir verbunden ist, wobei die Anschlüsse (44, 48; 46, 50) von der Steuerung (14) selektiv geöffnet und geschlossen werden können.
15. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher (34) in Form von Solar-Panels, die thermische Energie an das Arbeitsmedium abgeben.
16. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des Arbeitsmediums im ersten Wärmereservoir zeitunabhängig erfolgt.
17. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (14) nach Auswertung von Sensordaten automatisch die
Einstellung von Füllständen und/oder Strömungsgeschwindigkeiten des Arbeitsmediums in Abhängigkeit eines unter den gegebenen Umständen maximal erzielbaren Wirkungsgrads veranlaßt.
18. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 17, gekennzeichnet durch einen Wärmespeicher (36), in dem erwärmtes Arbeitsmedium über einen längeren Zeitraum gespeichert werden kann, bevor es der Kolben-Zylinder-Einheit (16) zugeführt wird.
19. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmedium einen niedrigeren Siedepunkt als Wasser hat, und daß das Arbeitsmedium im ersten Wärmereservoir verdampft und im zweiten Wärmereservoir kondensiert.
20. Anlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmedium ein für die Verwendung in einem ORC-Prozess geeignetes Medium ist, insbesondere R245fa.
21. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 20, gekennzeichnet durch einen Kondensator (38) zur Abkühlung des Arbeitsmediums und eine Pumpe (32) zur
Verdichtung und zum Zuführen des Arbeitsmediums zum ersten Wärmereservoir.
22. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit der zugeführten thermischen Energie ein bestimmtes Arbeitsmedium oder eine Mischung aus einer Mehrzahl zur Verfügung stehender Arbeitsmedien mit unterschiedlichen Siedetemperaturen ausgewählt wird.
23. Anlage nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein für einen Kalina-Kreisprozess geeignetes Gemisch vorgesehen ist, insbesondere ein Ammoniak-Wasser-Gemisch.
24. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Energie von einer regenerativen Energiequelle zugeführt wird.
25. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeführte thermische Energie Abwärme eines technischen Gerätes oder einer technischen Anlage ist.
26. Anlage zur Erzeugung von elektrischem Strom, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und eine nachgeschaltete Vorrichtung zur Einspeisung elektrischer Energie in ein Stromversorgungsnetz.
27. Anlage nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Einspeisung elektrischer Energie in ein Stromversorgungsnetz einen
Wechselrichter (54) mit einem Eingang und einem Ausgang aufweist und der
Generator (18) unregelmäßig Spannungsimpulse erzeugt und einen Ausgang aufweist, an dem die Spannungsimpulse ausgegeben werden, wobei der
Ausgang des Generators (18) direkt an den Eingang des Wechselrichters (54) gekoppelt ist, der Ausgang des Wechselrichters (54) an das zu speisende
Stromversorgungsnetz gekoppelt ist, und der Wechselrichter (54) jeden einzelnen Spannungsimpuls in eine zur Einspeisung in das Stromversorgungsnetz geeignete Wechselspannung wandelt.
28. Anlage nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Einspeisung elektrischer Energie in ein Stromversorgungsnetz einen Wechselrichter (54) mit einem Eingang und einem Ausgang aufweist und der Generator (18) einen Ausgang aufweist, an dem eine vom aktuell vorherrschenden Leistungsdurchsatz abhängige Anzahl von Spannungsimpulsen pro Zeiteinheit ausgegeben wird, wobei der Ausgang des Generators (18) über eine Filter- und Gleichrichtereinheit (56), welche die Impulse in für den Wechselrichter (54) verwertbare Gleichspannung umwandelt, an den Eingang des Wechselrichters (54) gekoppelt ist, der Ausgang des Wechselrichters (54) an das zu speisende Stromversorgungsnetz gekoppelt ist, und der Wechselrichter (54) kontinuierlich in eine zur Einspeisung in das Stromversorgungsnetz geeignete Wechselspannung wandelt.
29. Anlage nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß eine kontinuierliche Umwandlung von thermischer Energie in eine zur Einspeisung in das Stromversorgungsnetz geeignete Wechselspannung stattfindet, wobei die Filter- und Gleichrichtereinheit 56 so dimensioniert ist, daß sie auch bei den erforderlichen minimalen Energiedurchsätzen die daraus resultierende geringe Frequenz von Spannungsimpulsen in ein Gleichspannungs-Niveau umwandelt, das der Wechselrichter 54 ohne weitere signifikante Verluste oder Unterbrechungen in eine zur Einspeisung in das Stromversorgungsnetz geeignete Wechselspannung wandeln kann.
30. Anlage nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Generator (18) erzeugten Spannungsimpulse länger sind als der
Kehrwert der Frequenz im Stromversorgungsnetz.
31. Anlage nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (54) die Wandlung aussetzt, wenn die Spannung an seinem Eingang einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet.
32. Anlage nach einem der Ansprüche 27 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge mehrerer Generatoren (18) an den Eingang des Wechselrichters (54) gekoppelt sind.
33. Anlage nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Generatoren (18) und Wechselrichter (54) Paare bilden, die parallel an das Stromversorgungsnetz gekoppelt sind.
34. Anlage nach Anspruch 27 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatoren (54) zeitlich versetzte Arbeitstakte haben.
35. Anlage zur Erzeugung von elektrischem Strom, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und eine nachgeschaltete Vorrichtung zur Einspeisung elektrischer Energie in einen Erzeuger von Batterieladespannungen- und -ströme (60), insbesondere für Lithium-Ionen Batterien für Automobile.
36. Anlage zur Erzeugung von elektrischem Strom, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und eine nachgeschaltete Vorrichtung zur Einspeisung elektrischer Energie in einen Erzeuger von Spannungen für eine Elektrolyse zur Freisetzung von Wasserstoff.
37. Anlage zur Erzeugung von elektrischem Strom nach einem der Ansprüche
11 bis 25 und einem der Ansprüche 26 bis 36.
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