EP3147466B1 - Fluidenergiemaschine - Google Patents

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EP3147466B1
EP3147466B1 EP15187210.8A EP15187210A EP3147466B1 EP 3147466 B1 EP3147466 B1 EP 3147466B1 EP 15187210 A EP15187210 A EP 15187210A EP 3147466 B1 EP3147466 B1 EP 3147466B1
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EP
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fluid
piston
working fluid
energy machine
hydraulic
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EP3147466A1 (de
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Manfred Bodem
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BODEM, MANFRED
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/10—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating characterised by the engine exhaust pressure
    • F01K7/12—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating characterised by the engine exhaust pressure of condensing type
    • 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
    • F01B29/00—Machines or engines with pertinent characteristics other than those provided for in preceding main groups
    • F01B29/08—Reciprocating-piston machines or engines not otherwise provided for
    • F01B29/10—Engines
    • F01B29/12—Steam engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K9/00—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines

Definitions

  • the invention relates to a fluid energy machine.
  • heat is converted to mechanical work in a fluid energy machine, such as in a steam power plant.
  • the mechanical work can be used, for example, to generate electrical power or to compress a process gas.
  • conventional fossil energy sources such as coal, are burned. It would be desirable here to use alternative sources of energy to avoid carbon dioxide emissions.
  • the object of the invention is therefore to provide a fluid energy machine which is improved and which has a high efficiency.
  • the fluid energy machine comprises a working fluid, an evaporator, in which the working fluid can be converted from its liquid state into its gaseous state by supplying heat Adiabatic expansion tank, at least one piston engine with a piston, by means of the energy of the working fluid is converted into mechanical energy and having at least one of the piston limited cylinder space which is alternately fluid-conductively connected to the evaporator during operation of the fluid energy machine, whereby the cylinder chamber by moving of the piston, and the expansion tank, whereby the cylinder space is reduced by displacing the piston, a storage container, which is fluid-conductively connected to the evaporator and the expansion tank, and a conveyor, which is set up the working fluid in both its gaseous state and in its liquid state, from the expansion tank to the storage tank, wherein the expansion tank is dimensioned in comparison to the cylinder space such that the working fluid is expanded by the expansion of the gaseous fluid in the expansion tank is in the storage container, the working fluid in both its gaseous and in its liquid state,
  • the invention is based on the finding that, when the expansion tank is dimensioned large enough compared to the maximum cylinder space, condensation of the working fluid can be condensed solely by the cold produced during its expansion by the Joule-Thomson effect. Therefore, advantageously, removal of heat from the fluid energy machine need not be provided, whereby the fluid energy machine is improved and the efficiency of the fluid energy machine is high.
  • the expansion tank is large in comparison with the cylinder space, the working fluid, when expanding from the cylinder space into the expansion tank, exerts a strong pulling force on the piston, thereby further increasing the efficiency of the fluid energy machine.
  • the expansion tank By essentially expanding the expansion tank is adiabatic, is advantageously prevented that ambient heat can cause re-evaporation of the condensed in the expansion tank working fluid or that heat can escape from the expansion tank.
  • the condensation of the working fluid does not or only partially take place in the expansion vessel, for example, if at the beginning of the operation of the fluid energy machine, the walls of the expansion vessel have a higher temperature than the evaporation temperature of the working fluid, the conveying means, which are both the gaseous and the liquid working fluid can promote, and the storage container having both the liquid and the gaseous working fluid, provided to condense the working fluid.
  • the conveyor also causes a pressure increase of the working fluid from the expansion tank to the storage container.
  • the conveyor continuously promotes the working fluid during operation of the fluid energy machine.
  • the fluid energy machine can be set up such that the delivery device delivers the working fluid only when a level of the liquid working fluid in the expansion tank is exceeded and / or when a level of the liquid working fluid in the storage tank is undershot.
  • the conveyor does not need to continuously convey the working fluid, advantageously the life of the conveyor is long and their power consumption low, whereby the efficiency of the fluid energy machine is high.
  • the reciprocating engine include a first position sensor configured to detect a first end position of the piston and a second position sensor configured to detect a second end position of the piston, the fluid energy machine configured to reach first end position the first cylinder space in fluid communication with the evaporator connect and connect on reaching the second end position fluidly connected to the expansion tank.
  • the fluid energy machine is set up such that the fluid-conducting connection of the first cylinder chamber is interrupted with the expansion vessel during operation of the fluid energy machine at the same time reaching the first end position and on reaching the second end position, the fluid-conducting connection of the first cylinder chamber is interrupted with the evaporator.
  • the first cylinder space is the smallest and at the second end position, the first cylinder space is the largest.
  • the piston machine has a second cylinder chamber bounded by the piston and fluidly connected to the evaporator during operation of the fluid energy machine when the first cylinder chamber is fluidically connected to the expansion vessel and fluidly connected to the expansion vessel when the first one Cylinder space is fluidly connected to the evaporator.
  • the fluid energy machine is set up such that in its operation, the fluid-conducting connection of the respective cylinder chamber is interrupted with the expansion vessel when the respective cylinder chamber is fluidly connected to evaporator, and the fluid-conducting connection of the respective cylinder chamber is interrupted with the evaporator, if the respective Cylinder space with expansion vessel fluidly connected.
  • the piston engine has two cylinder chambers, which are mutually connected to the evaporator and the expansion vessel, a higher power of the piston engine is advantageously possible, as if it has only a single cylinder chamber. In addition, this advantageously a continuous operation of the fluid energy machine is possible, in particular of the evaporator. In addition, act on the piston at the same time the particularly strong tensile force due to the expansion in the expansion tank and a compressive force due to the flowing from the working fluid from the evaporator.
  • the reciprocating engine include a first position sensor configured to detect a first end position of the piston and a second position sensor configured to detect a second end position of the piston, the fluid energy machine configured to reach first end position fluidly connected to the first cylinder chamber with the evaporator and the second cylinder chamber to connect to the expansion tank and fluidly connected to the first cylinder chamber fluidly connected to the expansion tank and the second cylinder chamber to connect with the evaporator on reaching the second end position.
  • the fluid energy machine preferably comprises two of the piston engines and is configured to operate the piston cycle of the second piston engine to be substantially offset by a quarter of the period of the piston cycle to the piston cycle of the first piston engine.
  • one of the cylinder chambers is fluid-conductively connected to the expansion tank, a mass flow of the working fluid which drops substantially exponentially with time results from the cylinder space to the expansion tank. The mass flow at the beginning of the fluid-conducting connection is highest. Due to the staggered operation of the two piston cycles is advantageously prevented that the highest mass flow from the two piston engines does not occur at the same time.
  • the expansion tank is not subjected to the maximum mass flow at the same time, whereby the expansion of the working fluid is associated with a large pressure drop and thus, advantageously, the efficiency of the fluid energy machine is high.
  • Another advantage is that upon reaching one of the end positions of one of the two reciprocating engines, a mass flow of the working fluid in the fluid energy machine is maintained by the other of the two reciprocating engines, thereby achieving continuous operation of the fluid energy machine.
  • the evaporator is arranged to be operated at a temperature range for vaporizing the working fluid, the temperature range being from a temperature T 1 corresponding to the evaporation temperature of the working fluid to a temperature T 1 + 10 ° C, in particular up to a temperature T 1 + 5 ° C.
  • the fluid energy machine comprises a cold exchanger by means of which heat can be transferred to the working fluid downstream of the expansion tank and upstream of the storage tank.
  • the conveyor consumes less energy, whereby the efficiency of the fluid energy machine is high.
  • the fluid energy machine can also generate usable cold in addition to the mechanical energy.
  • a temperature control is provided, which controls the supply of heat to the working fluid such that the working fluid in the refrigerant exchanger has a lower temperature than the evaporation temperature of the working fluid, so that no evaporation of the liquid working fluid can take place.
  • a cold-exchanger pressure gauge may be provided, which measures the pressure of the working fluid in the cold exchanger. From the pressure of the working fluid then its evaporation temperature can be determined.
  • the evaporator has a cavity and a nozzle, by means of which the liquid working fluid can be sprayed into the cavity.
  • the liquid working fluid can be sprayed into the cavity.
  • advantageously no bumping during evaporation of the working fluid can occur, whereby a smooth operation of the fluid energy machine is ensured.
  • advantageously a rapid evaporation of the Working fluids take place. The rapid evaporation can be further accelerated if the orientation of the nozzle and the opening angle of the emerging from the nozzle working fluid are selected such that a possible large portion of the working fluid reaches a wall of the evaporator, via which the heat to evaporate the working fluid in the Evaporator arrives.
  • the fluid power machine has a pressure sensor configured to measure a pressure of the working fluid downstream of the evaporator and upstream of the reciprocating engine and a control valve configured to control the mass flow of the working fluid entering the evaporator such that the pressure sensor measured pressure is in a desired pressure range.
  • a control valve configured to control the mass flow of the working fluid entering the evaporator such that the pressure sensor measured pressure is in a desired pressure range.
  • control valve may be configured to alternate between an open position where the working fluid can pass the control valve and a closed position where the working fluid can not pass the control valve and the mass flow over the periods of the open position and the closed position is regulated.
  • the upper end of the desired pressure range is lower than 30 bar, more preferably lower than 20 bar. This causes, for example, that for the piston engine and / or the expansion tank, a fiber-reinforced plastic can be used, which is advantageous lighter than a metal.
  • evaporation of the working fluid may occur a temperature of up to -5 ° C, with an upper limit of 20 bar can be carried out evaporation of the working fluid down to -15 ° C.
  • the evaporator is preferably set up to be operated in a temperature range selected as a function of the target pressure range for vaporizing the working fluid, the temperature range from a temperature T 1 , which corresponds to the evaporation temperature of the working fluid at the upper end of the target pressure range, to a temperature T 1 + 10 ° C, in particular up to a temperature T 1 + 5 ° C.
  • T 1 which corresponds to the evaporation temperature of the working fluid at the upper end of the target pressure range
  • T 1 + 10 ° C in particular up to a temperature T 1 + 5 ° C.
  • the working fluid is carbon dioxide, propane, butane, R134a and / or C 5 F is 12th
  • An evaporation of these working fluids can advantageously be carried out already at ambient temperature, even in winter at low minus degrees. This means that it is sufficient to remove heat from the environment in order to accomplish the evaporation of the working fluid.
  • the fluid energy machine has a good CO 2 balance.
  • a generator can be driven, which generates electrical energy, by means of which then the conveyor is driven. In this case, the fluid energy machine would not emit any CO 2 at all.
  • Particularly preferred is carbon dioxide.
  • Carbon dioxide is advantageous nontoxic, non-combustible and also has particularly good thermodynamic properties, such as a low enthalpy of enthalpy for the fluid energy machine.
  • the low enthalpy of evaporation results advantageous to a high efficiency of the fluid energy machine.
  • the volume available to the working fluid in the expansion tank is, according to the invention, at least 7 times greater than the maximum volume of the first cylinder space. This advantageously ensures that the working fluid can condense by its expansion.
  • the volume available to the working fluid in the expansion tank is preferably at least 10 times the maximum volume of the first cylinder space.
  • the conveyor is a diaphragm pump and / or piston pump.
  • the diaphragm pump is advantageously quiet, simple and inexpensive to maintain.
  • the piston pump is cheaper to buy than the diaphragm pump.
  • the piston engine comprises a hydraulic cylinder with a hydraulic piston that can be driven by the piston, wherein the hydraulic cylinder has a first hydraulic cylinder space bounded by the hydraulic piston, which is filled with a further working fluid, wherein a hydraulic motor can be driven with the further working fluid and / or wherein the fluid energy machine comprises a heat pump and the further working fluid is the working fluid of the heat pump, whereby the hydraulic cylinder is a compressor of the heat pump, and / or wherein the further working fluid is a process gas and the fluid energy machine is configured to compress the process gas for a process ,
  • the further working fluid is any hydraulic fluid.
  • the Hydraulic fluid may for example comprise a mineral oil. It is conceivable that the hydraulic piston has a smaller cross section than the cross section of the piston, so that the further working fluid has a higher pressure than the working fluid during operation of the fluid energy machine. For example, the ratio of the cross sections may be selected such that a pressure of the further working fluid of more than 100 bar can be generated.
  • the fluid energy machine may include the hydraulic motor.
  • the hydraulic engine can be used to replace gasoline engines and diesel engines. For example, can be operated with the hydraulic motor, a vehicle drive, a marine propulsion and / or a generator. Electricity can be generated with the generator.
  • the generator may be electrically connected for feeding power to a power grid and / or electrically connected to drive the conveyor to drive the conveyor.
  • the fluid energy machine comprises two of the reciprocating engines and is arranged to operate the piston cycle of the second piston machine substantially offset by a quarter of the period of the piston cycle to the piston cycle of the first piston engine, advantageously a pressure drop of the hydraulic fluid upon reaching one of End positions of the piston prevented because the pressure of the other hydraulic piston is maintained upright.
  • the other working fluid may also be carbon dioxide, propane, butane, R134a and / or C 5 F 12 .
  • the heat pump can be used for cooling and / or heating.
  • the fluid energy machine may be arranged such that the heat released by the heat pump is at least partially fed to the evaporator. As a result, the efficiency of the fluid energy machine is increased in its operation.
  • the hydraulic piston has a smaller cross-section than the piston, so that in the heat pump, a higher pressure of the other Ulfluds than the pressure of the working fluid can be generated.
  • the ratio of the cross sections may be selected such that a pressure of the further working fluid of more than 50 bar can be generated.
  • the process gas may be, for example, air which can be compressed to compressed air by means of the fluid energy machine.
  • the Fluid energy machine may be arranged that the heat released in the compression heat is at least partially supplied to the evaporator.
  • the hydraulic motor has an input and an output for the further working fluid and the hydraulic cylinder has a second hydraulic cylinder space bounded by the hydraulic piston, wherein the fluid power machine is configured to fluidly connect the first hydraulic cylinder space alternately to the input and the output for driving the hydraulic motor and fluidly connecting the second hydraulic cylinder space to the output when the first hydraulic cylinder space is connected to the input and to fluidly connect to the input when the first hydraulic cylinder space is connected to the output.
  • the piston and the hydraulic piston preferably have a common piston rod. As a result, a compact construction of the piston engine is advantageously achieved.
  • a fluid energy machine 1 Like it out FIGS. 1 and 2 As can be seen, a fluid energy machine 1 according to the first and second embodiments, a fluid circuit 3, in which a working fluid is circulated.
  • the working fluid may be carbon dioxide, propane, butane, R134a and / or C 5 F 12 .
  • the fluid circuit 3 has an evaporator 10, in which the working fluid can be converted from its liquid state into its gaseous state while supplying heat. Furthermore, the fluid circuit 3 has a substantially adiabatic expansion tank 6. In addition, the fluid circuit 3 has a first piston engine 84 with a first piston 14 and a second piston engine 85 with a second piston 15, wherein the first piston engine 84 and second piston engine 85 are substantially identical.
  • the first piston machine 84 has a first cylinder chamber 37 bounded by the piston 14 and a second cylinder chamber 38 bounded by the piston 14.
  • the second piston engine 85 has a first cylinder space 39 delimited by the piston 15 and a second cylinder space 40 delimited by the piston 15.
  • Each of the cylinder chambers 37 to 40 is alternately fluid-conductively connected to the evaporator 10 during operation of the fluid energy machine 1, whereby the respective cylinder space 37 to 40 increases by displacement of the associated piston 14, 15, and the expansion tank 6, whereby the respective cylinder chamber 37 to 40 is reduced by moving the associated piston 14, 15.
  • the second cylinder chambers 38, 40 are fluidically connected to the evaporator 10 during operation of the fluid energy machine 1 when the first cylinder chambers 37, 39 belonging to the same piston engine 84, 85 are fluid-conductively connected to the expansion tank 6 and fluid-conductively connected to the expansion tank 6, if the cylinder chambers 37, 39 belonging to the same piston machine 84, 85 are connected in a fluid-conducting manner to the evaporator 10.
  • the fluid circuit 3 has a storage container 9 which is fluid-conductively connected to the evaporator 10 and to the expansion container 6. Furthermore, the fluid circuit 3 has a delivery device 8, which is set up to convey the working fluid, both in its gaseous state and in its liquid state, from the expansion tank 6 to the storage tank 9.
  • the conveyor 8 may be, for example, a diaphragm pump and / or piston pump.
  • the expansion tank 6 is dimensioned in comparison to the cylinder chamber 37, 39 such that the working fluid is condensable by the expansion of the gaseous fluid in the expansion tank 6.
  • the volume available to the working fluid in the expansion tank 6 is at least 7 times, in particular at least 10 times, as large as the maximum volume of the first cylinder chamber 37 of the first piston engine 84 or of the first cylinder chamber 39 of the second piston engine 85.
  • the working fluid is present both in its gaseous and in its liquid state, so that the working fluid, in the event that it does not condense in the expansion tank 6, is condensable in the storage container 9 and by the conveyor 8 in the storage container 9 is promoted.
  • the working fluid can be conveyed in its liquid state from the storage container 9 to the evaporator 10.
  • the first piston engine 84 includes a first position sensor 57 configured to detect a first end position of the piston 14 and a second position sensor 58 configured to detect a second end position of the piston 14.
  • the second piston engine 85 includes a first position sensor 59 configured to detect a first end position of the piston 15 and a second position sensor 60 configured to detect a second end position of the piston 15.
  • the fluid energy machine 1 is set up, upon reaching the first end positions, the associated first cylinder chamber 37, 39 fluid-conducting with the evaporator 10 and the associated second cylinder chamber 38, 40 fluidly connected to the expansion tank 6 and upon reaching the second end positions the associated first cylinder chamber 37, 39 fluid-conducting with the Expansion tank 6 and the associated second cylinder chamber 38, 40 fluidly connected to the evaporator 10 to connect.
  • the fluid energy machine 1 has a first fluid switching element 35 for the first piston machine 84 and a second fluid switching element 36 for the second piston machine 85.
  • the fluid energy machine 1 has a first fluid cylinder line 68, which fluidly connects the first cylinder chamber 37 of the first piston machine 84 with the first fluid switching element 35, and a second fluid cylinder line 69, which fluidly connects the second cylinder chamber 38 of the first piston machine 84 with the first fluid switching device 35.
  • the fluid energy machine 1 has a first fluid cylinder line 70, which fluidly connects the first cylinder chamber 39 of the second piston engine 85 to the second fluid switching element 36, and a second fluid cylinder line 71, which fluidly connects the second cylinder chamber 40 of the second piston engine 85 with the second fluid switching element 36.
  • the fluid energy machine 1 has a first fluid cylinder feed line 66, which connects the evaporator 10 in a fluid-conducting manner to the first fluid switching element 35, and a second fluid cylinder feed line 67, which connects the evaporator 10 to the second fluid switching element 36 in a fluid-conducting manner.
  • the fluid cylinder supply lines 66, 67 are connected to a fluid distributor 33 which is connected in a fluid-conducting manner to the evaporator 10 by means of a line 65.
  • the fluid energy machine 1 has a first fluid cylinder discharge line 72, which connects the first fluid changeover device 35 in a fluid-conducting manner to the expansion vessel 6, and a second fluid cylinder discharge line 73, which connects the second fluid changeover device 36 to the expansion vessel 6 in a fluid-conducting manner.
  • the fluid energy machine 1 is set up by means of the first switching element 35 upon reaching the first end position of the piston 14, the first fluid cylinder line 68 with the first fluid cylinder inlet 66 and the second fluid cylinder line 69 with the first Fluidzylinderab effet 72 and upon reaching the second end position of the piston 14 to fluidly connect the first fluid cylinder line 68 to the first fluid cylinder discharge line 72 and the second fluid cylinder line 69 to the first fluid cylinder feed line 66.
  • the fluid energy machine 1 is set up by means of the second switching element 36 when reaching the first end position of the piston 15, the first fluid cylinder line 70 with the second fluid cylinder inlet 67 and the second fluid cylinder line 71 with the second Fluidzylinderab effet 73 and upon reaching the second end position of the piston 15, the first fluid cylinder line 70 fluidly connected to the second fluid cylinder discharge line 73 and the second fluid cylinder line 71 to the second fluid cylinder feed line 67.
  • the fluid power machine 1 is configured to operate the piston cycle of the second piston engine 85 to be substantially offset by a quarter of the period of the piston cycle to the piston cycle of the first piston engine 84.
  • FIGS. 1 and 2 show the case that the second piston engine 85 leads the first piston engine 1 in advance.
  • FIGS. 1 and 2 show that the fluid energy machine 1 has a cold exchanger 7 by means of which heat can be transferred to the working fluid downstream of the expansion tank 6 and upstream of the storage tank 9.
  • the fluid energy machine 1 has a line 61 which connects the expansion tank 6 fluid-conducting with the cold exchanger 7.
  • the conduit 61 may be connected to a riser located inside the expansion tank 6 or to the lower end of the expansion tank 6 to direct the working fluid in its liquid state to the cold exchanger 7.
  • the conveyor 8 is disposed downstream of the expansion tank 6 and upstream of the refrigerant exchanger 7.
  • a check valve 111 is provided downstream of the conveyor 8 and upstream of the refrigerant exchanger 7.
  • a line 62 connects the conveyor 8 fluidly with the storage vessel 9.
  • the refrigerant exchanger 7 has a cooling circuit 23 for circulating a cooling medium with a cooling circuit flow 24 and a cooling circuit overflow 25 on.
  • the cooling medium may comprise, for example, water, or if the cooling medium is to assume temperatures of less than 0 ° C, for example salt water and / or an antifreeze, such as ethanol.
  • the refrigerant exchanger 7 according to FIG. 1 not provide, thereby increasing the efficiency of the fluid energy machine 1.
  • the temperature of the cooling medium can be regulated by means of a regulation such that no evaporation of the working fluid takes place in the cold exchanger 7.
  • a cold-exchanger pressure gauge may be provided, which is set up to measure the pressure of the working fluid in the cold exchanger. From the pressure of the working fluid then its evaporation temperature can be determined, so that the temperature of the working fluid is regulated so that no evaporation of the working fluid takes place in the refrigerant exchanger 7.
  • the working fluid is present both in its gaseous and in its liquid state, so that in the upper region of the storage container 9, a gas phase 27 of the working fluid and that in the lower region of the storage container 9 is a liquid phase 28 of the working fluid.
  • the storage container 9 has a riser 26, whose lower end dips into the liquid phase 28.
  • the evaporator 10 is fluid-conductively connected to the riser 26.
  • a line may be provided at the lower end of the storage container 9, which connects the storage container 9 fluid-conducting with the evaporator 10.
  • a filling station connection 29 is provided, via which the working fluid can be introduced into the fluid circuit 3.
  • the filling station connection 29 has a shut-off valve 97, by means of which the fluid circuit 3 can be opened for filling the working fluid.
  • the evaporator 10 has a cavity 86 and a nozzle 11, by means of which the liquid working fluid can be sprayed into the cavity 86.
  • the nozzle 11 may be, for example, the nozzle of an oil burner. The nozzle can be operated for example up to 20 bar.
  • the cavity 86 has substantially the shape of a cylinder, wherein the nozzle 11 is arranged on the axis of the cylinder and its direction is oriented.
  • the nozzle 11 may be configured to spray the working fluid substantially in the form of a conical mantle, the axis of the conical mantle and the axis of the cylinder coinciding.
  • the opening angle of the conical jacket may be, for example, from 50 ° to 80 °, whereby the working fluid impinges on the inner wall of the cylinder and thus can evaporate quickly.
  • the evaporator 10 has a heating circuit 51 for circulating a heating medium having a heating circulation passage 52 and a heating cycle delay 53.
  • the heating circuit 51 By means of the heating circuit 51, the heat to evaporate the working fluid to the evaporator 10 can be supplied by heat is transferred from the heating medium to the working fluid.
  • the heating circuit 51 may be connected to any heat source up to a minimum temperature of -20 ° C.
  • the environment, the waste heat of a machine, and / or process heat may be used as the heat source.
  • the heating circuit 51 may be connected, for example, to a solar thermal system or to an air conditioning system which provide the heat required for evaporation.
  • the heating medium may be, for example, water.
  • the fluid energy machine 1 has a pressure sensor 32 that is configured to supply a pressure of the working fluid downstream of the evaporator 10 and upstream of the piston engine 84, 85 measure, and a control valve 31 which is adapted to regulate the mass flow of the working fluid entering the evaporator 10 so that the pressure measured by the pressure sensor 32 is in a target pressure range.
  • the pressure sensor 32 is configured to measure the pressure in the conduit 65.
  • the evaporator 10 is adapted to be operated at a temperature range selected depending on the target pressure range for vaporizing the working fluid, the temperature range being from a temperature T 1 corresponding to the evaporating temperature of the working fluid at the upper end of the target pressure range to a temperature T 1 + 10 ° C, in particular up to a temperature T 1 + 5 ° C.
  • the first embodiment has a hydraulic circuit 5 adapted to apply the mechanical energy releasable by the reciprocating engines 84, 85 by circulating a hydraulic fluid for driving a hydraulic motor 20.
  • the fluid energy machine 1 has a fluid side 2 which has the hydraulic circuit 3 and in which the mechanical energy is generated.
  • the fluid energy machine 1 has a hydraulic side 4, which has the hydraulic circuit 5 and in which the mechanical energy for driving the hydraulic motor 20 is used.
  • the first piston machine 84 has a first fluid cylinder 12, in which the first piston 14 is slidably mounted, and a first hydraulic cylinder 16, in which a first hydraulic piston 18 is slidably mounted.
  • the first piston 14 and the first hydraulic piston 18 have a common first piston rod 89, so that the first hydraulic piston 18 can be driven by the first piston 14.
  • the first piston engine 84 has a first partition wall 126 between the first fluid cylinder 12 and the first hydraulic cylinder 16.
  • the first partition wall 126 has a hole through which the first piston rod 89 is guided.
  • the second piston machine 85 has a second fluid cylinder 13, in which the second piston 15 is displaceably mounted, and a second Hydraulic cylinder 17, in which a second hydraulic piston 19 is slidably mounted.
  • the second piston 15 and the second hydraulic piston 19 have a common second piston rod 90, so that the second hydraulic piston 19 can be driven by the second piston 15.
  • the second piston engine 85 has a second partition wall 127 between the second fluid cylinder 13 and the second hydraulic cylinder 17.
  • the second partition wall 127 has a hole through which the second piston rod 90 is guided.
  • the first and second hydraulic pistons 18, 19 have a smaller cross section than the cross section of the first and second fluid pistons 14, 15, so that in the hydraulic circuit 5, a higher pressure than in the fluid circuit 3 can be generated.
  • the ratio of the cross sections may be selected such that in the fluid circuit 5, a pressure of more than 120 bar can be generated.
  • the first hydraulic cylinder 16 has a first hydraulic cylinder space 41 and a second hydraulic cylinder space 42, each of which is delimited by the first hydraulic piston 18.
  • the second hydraulic cylinder 17 has a first hydraulic cylinder space 43 and a second hydraulic cylinder space 44, which are respectively delimited by the second hydraulic piston 19.
  • the fluid power machine 1 is configured to drive the hydraulic motor 20 to fluidly connect the two first hydraulic cylinder chambers 41, 43 alternately to the input 87 and the output 88 and fluidly connect the two second hydraulic cylinder chambers 42, 44 to the output 88 when the two first hydraulic cylinder chambers 41, 43 are connected to the input 87, and fluidly connected to the input 87, when the two first hydraulic cylinder chambers 41, 43 are connected to the output 88.
  • the fluid energy machine 1 has a first hydraulic switching element 45 for the first piston machine 84 and a second hydraulic switching element 46 for the second piston machine 85.
  • the fluid energy machine 1 has a first hydraulic cylinder line 74, which fluidly connects the first hydraulic cylinder space 41 of the first piston machine 84 to the first hydraulic switching element 45, and a second hydraulic cylinder line 75, which fluidly connects the second hydraulic cylinder space 42 of the first piston machine 84 with the first hydraulic switching element 45.
  • the fluid energy machine 1 has a first hydraulic cylinder line 76, which fluidly connects the first cylinder chamber 43 of the second piston engine 85 with the second hydraulic switching element 46, and a second hydraulic cylinder line 77, which fluidly connects the second hydraulic cylinder chamber 44 of the second piston engine 85 with the second hydraulic switching element 46.
  • the fluid energy machine 1 has a first hydraulic cylinder supply line 78 which connects the output 88 to the first hydraulic switching element 45 in a fluid-conducting manner, and a second hydraulic cylinder supply line 79 which connects the output 88 to the second hydraulic switching element 46 in a fluid-conducting manner.
  • the hydraulic cylinder supply lines 78, 79 are connected to a first hydraulic distributor 55, which is connected in a fluid-conducting manner to the output 88 by means of a motor discharge line 83.
  • the fluid energy machine 1 has a first hydraulic cylinder discharge 80, which connects the first hydraulic switching element 45 in fluid-conducting manner to the inlet 87, and a second hydraulic cylinder discharge 81, which connects the second hydraulic switching element 46 to the inlet 87 in a fluid-conducting manner.
  • the hydraulic cylinder discharge lines 80, 81 are connected to a second hydraulic distributor 56, which is connected in a fluid-conducting manner to the input 87 by means of a motor supply line 82.
  • the fluid energy machine 1 is set up by means of the first hydraulic switching element 45 upon reaching the first end position of the piston 14, the first hydraulic cylinder line 74 with the first hydraulic cylinder feed line 78 and the second hydraulic cylinder line 75 with the first hydraulic cylinder discharge 80 and upon reaching the second end position of the piston 14, the first hydraulic cylinder line 74 with the first hydraulic cylinder discharge 80 and the second hydraulic cylinder line 75 with the first hydraulic cylinder feed line 78th connect fluidly.
  • the fluid energy machine 1 is set up by means of the second hydraulic switching element 46 upon reaching the first end position of the piston 15, the first hydraulic cylinder line 76 with the second hydraulic cylinder feed line 79 and the second hydraulic cylinder line 77 with the second hydraulic cylinder discharge 81 and upon reaching the second end position of the piston 15, the first hydraulic cylinder line 76 fluidly connected to the second hydraulic cylinder discharge 81 and the second hydraulic cylinder line 77 to the second hydraulic cylinder feed line 79.
  • the fluid energy machine 1 has a hydraulic control valve 54 in the engine supply line 82, by means of which the output from the hydraulic motor 20 power is adjustable. For example, the adjustment of the power via an opening degree for the hydraulic control valve 54 to be passed hydraulic fluid. Furthermore, the hydraulic control valve 54 causes the hydraulic motor 20 is applied at a set power at a constant pressure.
  • a different pressure is built up in the hydraulic circuit 4, because due to the two piston rods 89, 90, the active surface of the hydraulic piston 18, 19 is different. Therefore, the hydraulic circuit 4 to a hydraulic accumulator 22, for example, a diaphragm accumulator and / or a piston accumulator, with which the pressure during retraction and extension is kept constant.
  • the hydraulic accumulator 22 is fluid-conductively connected to the second hydraulic distributor 56.
  • FIG. 1 the fluid power machine 1, a transmission 48 and a generator 21 which is driven by the hydraulic motor 20 via the transmission 48 for generating electric current. It is conceivable to electrically connect the conveyor 8 to the generator 21 in order to drive the conveyor 8 with the generator 21.
  • the fluid energy machine 1 at various points shut-off valves 91 to 96 and 98 to 108, with which individual components of the fluid energy machine 1 can be separated for maintenance purposes. Furthermore, the fluid energy machine 1 at various points on check valves 109 to 114, which prevent a reversal of the flow of the working fluid.
  • the fluid energy machine 1 has a first pressure gauge 30, by means of which the pressure of the working fluid downstream of the storage tank 9 and upstream of the evaporator 10 is measurable, and a second pressure gauge 34, by means of which the pressure of the working fluid downstream of the evaporator 10 and upstream of the two piston machines 84th , 85 is measurable.
  • the fluid energy machine 1 has a first hydraulic pressure gauge 49, by means of which the pressure downstream of the two piston machines 84, 85 and upstream of the input 87 is measurable, and a second hydraulic pressure gauge 50, by means of which the pressure downstream of the output 88 and upstream of the two piston machines 84th , 85 is measurable.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in that no refrigerant exchanger 7 is provided and that the fluid energy machine 1 has a heat pump 128 with another working fluid.
  • the other working fluid is for example carbon dioxide, propane, butane, R134a and / or C 5 F 12 .
  • the heat pump has a condenser 115, in which the further working fluid with the dissipation of heat by means of another cooling circuit 130 is condensable, a throttle 116, and an evaporator 117, in which the other Working fluid with the supply of heat by means of another heating circuit 129 is vaporizable.
  • the hydraulic cylinder 17 is configured to supply the working fluid from the evaporator 117 to the condenser 115.
  • the evaporator 117 is fluid-conducting with the throttle 116 and the throttle is fluid-conductively connected to the evaporator 121. Via a shut-off valve 120, the other working fluid can be filled in the heat pump.
  • the ratio of the cross section of the second hydraulic piston 19 to the second fluid piston 15 may be selected such that in the circuit of the heat pump 128, a pressure of more than 50 bar can be generated.
  • the heat pump 128 may include check valves 118-122 to isolate individual components of the heat pump 128.
  • the heat pump 128 includes a third pressure gauge 128 configured to measure the pressure of the working fluid downstream of the condenser 115 and upstream of the throttle 116, and a fourth pressure gauge 125 configured to control the pressure of the working fluid downstream of the throttle 116 and upstream of the evaporator 117 to measure. With the third and fourth pressure gauge 124, 125, the pressure drop across the throttle can be measured.
  • the fluid energy machine 1 further has a first shut-off device 131, for example a solenoid valve, in the first fluid cylinder feed line 66 and a second shut-off device 132, for example a solenoid valve, in the second fluid cylinder feed line 67.
  • a first shut-off device 131 for example a solenoid valve
  • a second shut-off device 132 for example a solenoid valve

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Fluidenergiemaschine.
  • Herkömmlich wird Wärme in mechanische Arbeit in einer Fluidenergiemaschine umgewandelt, wie beispielsweise in einem Dampfkraftwerk. Die mechanische Arbeit kann beispielsweise verwendet werden, um elektrischen Strom zu erzeugen oder um ein Prozessgas zu verdichten. Um das Dampfkraftwerk zu betreiben, werden herkömmliche fossile Energiequellen, wie beispielsweise Kohle, verbrannt. Wünschenswert wäre es hier zur Vermeidung von Kohlendioxidemissionen alternative Energiequellen einzusetzen.
  • In dem Dampfkraftwerk wird in einem Kreisprozess Wasser unter Zuführung von Wärme verdampft und anschließend wieder unter Entnahme von Wärme kondensiert. Die Kondensation des Wassers erfolgt beispielsweise in einem Kühlturm, in dem eine Verdampfung von Kühlwasser erfolgt und somit die Verdampfungsenthalpie des Kühlwassers zum Entziehen der Wärme ausgenutzt wird. Alternativ kann ein natürliches Gewässer, beispielsweise ein Fluss oder ein See, zur Entnahme von Wärme eingesetzt werden. Die Entnahme der Wärme ist jedoch aufwändig und vermindert zudem den Wirkungsgrad des Kreisprozesses, weil die entnommene Wärme nicht in die mechanische Energie umgewandelt werden kann.
  • DE 33 27 838 A1 offenbart einen Dampfkraftmaschinen-Kreisprozess zur vollständigen Umwandlung von Wärme in mechanische Arbeit. US 2010/0252028 A1 offenbart ein Zwischendruckspeichersystem als thermischen Speicher.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Fluidenergiemaschine zu schaffen, die verbessert ist und die einen hohen Wirkungsgrad hat.
  • Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen dazu sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Fluidenergiemaschine weist ein Arbeitsfluid, einen Verdampfer, in dem das Arbeitsfluid unter Zufuhr von Wärme von seinem flüssigen Zustand in seinen gasförmigen Zustand überführbar ist, einen im Wesentlichen adiabatischen Expansionsbehälter, mindestens eine Kolbenmaschine mit einem Kolben, mittels der Energie des Arbeitsfluids in mechanische Energie umwandelbar ist und die mindestens einen von dem Kolben begrenzten Zylinderraum aufweist, der im Betrieb der Fluidenergiemaschine abwechselnd fluidleitend verbunden ist mit dem Verdampfer, wodurch der Zylinderraum sich durch Verschieben des Kolbens vergrößert, und dem Expansionsbehälter, wodurch der Zylinderraum sich durch Verschieben des Kolbens verkleinert, einen Speicherbehälter, der fluidleitend mit dem Verdampfer und mit dem Expansionsbehälter verbunden ist, und eine Fördereinrichtung auf, die eingerichtet ist das Arbeitsfluid sowohl in seinem gasförmigen Zustand als auch in seinem flüssigen Zustand von dem Expansionsbehälter zu dem Speicherbehälter zu fördern, wobei der Expansionsbehälter im Vergleich zu dem Zylinderraum derart dimensioniert ist, dass das Arbeitsfluid durch die Expansion des gasförmigen Fluids in dem Expansionsbehälter kondensierbar ist, und in dem Speicherbehälter das Arbeitsfluid sowohl in seinem gasförmigen als auch in seinem flüssigen Zustand vorliegt, so dass das Arbeitsfluid in dem Fall, dass es nicht im Expansionsbehälter kondensiert, in dem Speicherbehälter kondensierbar ist, und das Arbeitsfluid in seinem flüssigen Zustand zu dem Verdampfer förderbar ist.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass, wenn der Expansionsbehälter im Vergleich zu dem maximal großen Zylinderraum groß genug dimensioniert ist, eine Kondensation des Arbeitsfluids alleine durch die bei seiner Expansion durch den Joule-Thomson Effekt entstehenden Kälte kondensierbar ist. Daher braucht vorteilhaft eine Entnahme von Wärme aus der Fluidenergiemaschine nicht vorgesehen zu werden, wodurch die Fluidenergiemaschine verbessert ist und der Wirkungsgrad der Fluidenergiemaschine hoch ist. Weil der Expansionsbehälter im Vergleich zu dem Zylinderraum groß ist, übt das Arbeitsfluid bei seiner Expansion von dem Zylinderraum in den Expansionsbehälter zudem eine starke Zugkraft auf den Kolben aus, wodurch der Wirkungsgrad der Fluidenergiemaschine weiter gesteigert wird. Indem der Expansionsbehälter im Wesentlichen adiabatisch ist, wird vorteilhaft unterbunden, dass Umgebungswärme eine erneute Verdampfung des in dem Expansionbehälters kondensierten Arbeitsfluids verursachen kann oder dass Wärme aus dem Expansionsbehälter entweichen kann. Für den Fall, dass die Kondensation des Arbeitsfluids nicht oder nur teilweise in dem Expansionsbehälter stattfindet, beispielsweise wenn zu Beginn des Betriebs der Fluidenergiemaschine die Wände des Expansionsbehälters eine höhere Temperatur als die Verdampfungstemperatur des Arbeitsfluids haben, sind die Fördereinrichtung, die sowohl das gasförmige als auch das flüssige Arbeitsfluid fördern kann, und der Speicherbehälter, der sowohl das flüssige als auch das gasförmige Arbeitsfluid aufweist, vorgesehen, um das Arbeitsfluid zu kondensieren. Die Fördereinrichtung bewirkt zudem eine Druckerhöhung des Arbeitsfluids von dem Expansionsbehälter zu dem Speicherbehälter.
  • Durch das Vorsehen des Speicherbehälters ist es zudem nicht erforderlich, dass die Fördereinrichtung beim Betrieb der Fluidenergiemaschine durchgehend das Arbeitsfluid fördert. Beispielsweise kann die Fluidenergiemaschine derart eingerichtet sein, dass die Fördereinrichtung lediglich bei einem Überschreiten eines Pegels des flüssigen Arbeitsfluids in dem Expansionsbehälter und/oder bei einem Unterschreiten eines Pegels des flüssigen Arbeitsfluids in dem Speicherbehälter das Arbeitsfluid fördert. Dadurch, dass die Fördereinrichtung nicht durchgehend das Arbeitsfluid zu fördern braucht, ist vorteilhaft die Lebensdauer der Fördereinrichtung lang und ihr Stromverbrauch gering, wodurch der Wirkungsgrad der Fluidenergiemaschine hoch ist.
  • Es ist bevorzugt, dass die Kolbenmaschine einen ersten Positionssensor, der eingerichtet ist, eine erste Endposition des Kolbens zu detektieren, und einen zweiten Positionssensor aufweist, der eingerichtet ist, eine zweite Endposition des Kolbens zu detektieren, wobei die Fluidenergiemaschine eingerichtet ist, bei Erreichen der ersten Endposition den ersten Zylinderraum fluidleitend mit dem Verdampfer zu verbinden und bei Erreichen der zweiten Endposition fluidleitend mit dem Expansionsbehälter zu verbinden. Zudem ist die Fluidenergiemaschine derart eingerichtet, dass im Betrieb der Fluidenergiemaschine zeitgleich bei Erreichen der ersten Endposition die fluidleitende Verbindung des ersten Zylinderraums mit dem Expansionsgefäß unterbrochen ist und bei Erreichen der zweiten Endposition die fluidleitende Verbindung des ersten Zylinderraums mit dem Verdampfer unterbrochen ist. Bei der ersten Endposition ist der erste Zylinderraum am kleinsten und bei der zweiten Endposition ist der erste Zylinderraum dabei am größten.
  • Es ist bevorzugt, dass die Kolbenmaschine einen von dem Kolben begrenzten zweiten Zylinderraum aufweist, der im Betrieb der Fluidenergiemaschine fluidleitend verbunden ist mit dem Verdampfer, wenn der erste Zylinderraum fluidleitend mit dem Expansionsbehälter verbunden ist, und fluidleitend verbunden ist mit dem Expansionsbehälter, wenn der erste Zylinderraum fluidleitend mit dem Verdampfer verbunden ist. Zudem ist die Fluidenergiemaschine derart eingerichtet, dass in ihrem Betrieb die fluidleitende Verbindung des jeweiligen Zylinderraums mit dem Expansionsgefäß unterbrochen ist, wenn der jeweilige Zylinderraum mit Verdampfer fluidleitend verbunden ist, und die die fluidleitende Verbindung des jeweiligen Zylinderraums mit dem Verdampfer unterbrochen ist, wenn der jeweilige Zylinderraum mit Expansionsgefäß fluidleitend verbunden ist. Dadurch, dass die Kolbenmaschine zwei Zylinderräume aufweist, die wechselseitig mit dem Verdampfer und dem Expansionsgefäß verbunden sind, ist vorteilhaft eine höhere Leistung der Kolbenmaschine möglich, als wenn sie nur einen einzelnen Zylinderraum aufweist. Zudem ist dadurch vorteilhaft ein kontinuierlicher Betrieb der Fluidenergiemaschine möglich, insbesondere des Verdampfers. Zudem wirken auf den Kolben gleichzeitig die besonders starke Zugkraft aufgrund der Expansion in den Expansionsbehälter und eine Druckkraft aufgrund der aus dem von dem Verdampfer strömenden Arbeitsfluid.
  • Es ist bevorzugt, dass die Kolbenmaschine einen ersten Positionssensor, der eingerichtet ist, eine erste Endposition des Kolbens zu detektieren, und einen zweiten Positionssensor aufweist, der eingerichtet ist, eine zweite Endposition des Kolbens zu detektieren, wobei die Fluidenergiemaschine eingerichtet ist, bei Erreichen der ersten Endposition den ersten Zylinderraum fluidleitend mit dem Verdampfer und den zweiten Zylinderraum fluidleitend mit dem Expansionsbehälter zu verbinden und bei Erreichen der zweiten Endposition den ersten Zylinderraum fluidleitend mit dem Expansionsbehälter und den zweiten Zylinderraum fluidleitend mit dem Verdampfer zu verbinden.
  • Die Fluidenergiemaschine weist bevorzugt zwei der Kolbenmaschinen auf und ist derart eingerichtet, den Kolbenzyklus der zweiten Kolbenmaschine um im Wesentlichen ein Viertel der Periode des Kolbenzyklus versetzt zu betreiben zu dem Kolbenzyklus der ersten Kolbenmaschine. Wenn einer der Zylinderräume fluidleitend mit dem Expansionsbehälter verbunden ist, ergibt sich ein im Wesentlichen exponentiell mit der Zeit abfallender Massenstrom des Arbeitsfluids von dem Zylinderraum zu dem Expansionsbehälter. Dabei ist der Massenstrom am Anfang der fluidleitenden Verbindung am höchsten. Durch das versetzte Betreiben der beiden Kolbenzyklen wird vorteilhaft unterbunden, dass der höchste Massenstrom aus den beiden Kolbenmaschinen nicht zu dem selben Zeitpunkt auftritt. Dadurch wird auch der Expansionsbehälter nicht zu dem selben Zeitpunkt mit dem maximalen Massenstrom beaufschlagt, wodurch die Expansion des Arbeitsfluids mit einem großen Druckabfall verbunden ist und somit vorteilhaft der Wirkungsgrad der Fluidenergiemaschine hoch ist. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass bei Erreichen einer der Endpositionen einer der zwei Kolbenmaschinen ein Massenstrom des Arbeitsfluids in der Fluidenergiemaschine durch die andere der zwei Kolbenmaschinen aufrecht erhalten wird, wodurch ein kontinuierlicher Betrieb der Fluidenergiemaschine erzielt ist.
  • Es ist bevorzugt, dass der Verdampfer eingerichtet ist, bei einem Temperaturbereich zum Verdampfen des Arbeitsfluids betrieben zu werden, wobei der Temperaturbereich von einer Temperatur T1, die der Verdampfungstemperatur des Arbeitsfluids entspricht, bis zu einer Temperatur T1+10°C ist, insbesondere bis zu einer Temperatur T1+5°C. Dadurch wird eine Überhitzung des Arbeitsfluids in seinem gasförmigen Zustand unterbunden, was dazu führt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass das Arbeitsfluid alleine durch seine Expansion in dem Expansionsbehälter kondensiert, hoch ist. Dadurch ist der Anteil an Arbeitsfluid, welches durch die Fördereinrichtung kondensiert werden muss gering, wodurch der Wirkungsgrad der Fluidenergiemaschine hoch ist.
  • Es ist bevorzugt, dass die Fluidenergiemaschine einen Kältetauscher aufweist, mittels dem Wärme auf das Arbeitsfluid stromab des Expansionsbehälters und stromauf des Speicherbehälters übertragbar ist. Dadurch verbraucht die Fördereinrichtung weniger Energie, wodurch der Wirkungsgrad der Fluidenergiemaschine hoch ist. Zudem kann die Fluidenergiemaschine zusätzlich zu der mechanischen Energie auch nutzbare Kälte erzeugen. Bevorzugt wird hierbei eine Temperaturregelung vorgesehen, die die Zufuhr von Wärme auf das Arbeitsfluid derart regelt, dass das Arbeitsfluid in dem Kältetauscher eine niedrigere Temperatur als die Verdampfungstemperatur des Arbeitsfluids hat, so dass keine Verdampfung des flüssigen Arbeitsfluids erfolgen kann. Dazu kann beispielsweise ein Kältetauscherdruckmesser vorgesehen sein, der den Druck des Arbeitsfluids in dem Kältetauscher misst. Aus dem Druck des Arbeitsfluids ist dann dessen Verdampfungstemperatur bestimmbar.
  • Bevorzugt weist der Verdampfer einen Hohlraum und eine Düse auf, mittels der das flüssige Arbeitsfluid in den Hohlraum sprühbar ist. Dadurch können vorteilhaft keine Siedeverzüge beim Verdampfen des Arbeitsfluids auftreten, wodurch ein gleichmäßiger Betrieb der Fluidenergiemaschine sicher gestellt ist. Zudem kann vorteilhaft eine schnelle Verdampfung des Arbeitsfluids erfolgen. Die schnelle Verdampfung kann weiterhin beschleunigt werden, wenn die Orientierung der Düse und der Öffnungswinkel des aus der Düse austretenden Arbeitsfluids derart gewählt sind, dass ein möglich großer Anteil des Arbeitsfluids auf eine Wand des Verdampfers gelangt, via die die Wärme zum Verdampfen des Arbeitsfluids in den Verdampfer gelangt.
  • Es ist bevorzugt, dass die Fluidenergiemaschine einen Drucksensor, der eingerichtet ist einen Druck des Arbeitsfluids stromab des Verdampfers und stromauf der Kolbenmaschine zu messen, und ein Regelventil aufweist, das eingerichtet ist den Massenfluss des in den Verdampfer eintretenden Arbeitsfluids so zu regeln, dass der von dem Drucksensor gemessene Druck in einem Solldruckbereich liegt. Durch Erhöhen des Solldrucksbereichs kann die von der Kolbenmaschine abzugebende mechanische Arbeit erhöht und durch Erniedrigen des Solldrucksbereichs kann die von der Kolbenmaschine abzugebende mechanische Arbeit erniedrigt werden. Dies stellt eine besonders einfache Regelung für die von der Fluidenergiemaschine abzugebende mechanische Energie dar. Beispielsweise kann das Regelventil derart eingerichtet sein, dass das Regelventil einen veränderbaren Öffnungsgrad für das Arbeitsfluid aufweist und der Massenfluss mit dem Öffnungsgrad geregelt wird. Alternativ kann das Regelventil derart eingerichtet sein, dass es zwischen einer Offenstellung, bei der das Arbeitsfluid das Regelventil passieren kann, und zwischen einer Geschlossenstellung, bei der das Arbeitsfluid das Regelventil nicht passieren kann, alterniert und über die Zeitdauern der Offenstellung und der Geschlossenstellung der Massenfluss geregelt wird. Bevorzugt ist das obere Ende des Solldruckbereichs niedriger als 30 bar, besonders bevorzugt niedriger als 20 bar. Dies bewirkt beispielsweise, dass für die Kolbenmaschine und/oder den Expansionsbehälter ein faserverstärkter Kunststoff eingesetzt werden kann, der vorteilhaft leichter als ein Metall ist. Wenn beispielsweise Kohlendioxid für das Arbeitsfluid eingesetzt wird, kann mit der Obergrenze von 30 bar eine Verdampfung des Arbeitsfluids bei einer Temperatur bis zu -5 °C erfolgen, bei einer Obergrenze von 20 bar kann eine Verdampfung des Arbeitsfluids bis zu -15 °C erfolgen.
  • Der Verdampfer ist bevorzugt eingerichtet, in einem in Abhängigkeit des Solldruckbereichs gewählten Temperaturbereich zum Verdampfen des Arbeitsfluids betrieben zu werden, wobei der Temperaturbereich von einer Temperatur T1, die der Verdampfungstemperatur des Arbeitsfluids bei dem oberen Ende des Solldrucksbereichs entspricht, bis zu einer Temperatur T1+10°C ist, insbesondere bis zu einer Temperatur T1+5°C. Dadurch wird eine Überhitzung des Arbeitsfluids in seinem gasförmigen Zustand unterbunden, was dazu führt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass das Arbeitsfluid alleine durch seine Expansion in dem Expansionsbehälter kondensiert, hoch ist. Dadurch ist der Anteil an Arbeitsfluid, welches durch die Fördereinrichtung kondensiert werden muss gering, wodurch der Wirkungsgrad der Fluidenergiemaschine hoch ist.
  • Es ist bevorzugt, dass das Arbeitsfluid Kohlendioxid, Propan, Butan, R134a und/oder C5F12 ist. Eine Verdampfung dieser Arbeitsfluide kann vorteilhaft bereits bei Umgebungstemperatur erfolgen, selbst im Winter bei niedrigen Minusgraden. Dies bedeutet, dass es ausreichend ist Wärme aus der Umgebung zu entnehmen, um die Verdampfung des Arbeitsfluids zu bewerkstelligen. Dadurch ist es vorteilhaft nicht notwendig fossile Energiequellen zum Betreiben der Fluidenergiemaschine zu verbrennen, wodurch die Fluidenergiemaschine eine gute CO2-Bilanz hat. Mit der von der Fluidenergiemaschine erzeugten mechanischen Energie kann beispielsweise ein Generator angetrieben werden, welcher elektrische Energie erzeugt, mittels der dann die Fördereinrichtung angetrieben wird. In diesem Fall würde die Fluidenergiemaschine überhaupt kein CO2 emittieren. Besonders bevorzugt ist Kohlendioxid. Kohlendioxid ist vorteilhaft ungiftig, nicht brennbar und hat zudem für die Fluidenergiemaschine besonders gute thermodynamische Eigenschaften, wie beispielsweise eine niedrige Verdampfungsenthalpie. Die niedrige Verdampfungsenthalpie führt vorteilhaft zu einem hohen Wirkungsgrad der Fluidenergiemaschine.
  • Das dem Arbeitsfluid in dem Expansionsbehälter zur Verfügung stehende Volumen ist erfindungsgemäß mindestens 7 mal so groß ist wie das maximale Volumen des ersten Zylinderraums. Dadurch ist vorteilhaft sichergestellt, dass das Arbeitsfluid durch seine Expansion kondensieren kann. Das dem Arbeitsfluid in dem Expansionsbehälter zur Verfügung stehende Volumen ist bevorzugt mindestens 10 mal so groß ist wie das maximale Volumen des ersten Zylinderraums.
  • Es ist bevorzugt, dass die Fördereinrichtung eine Membranpumpe und/oder Kolbenpumpe ist. Dabei ist die Membranpumpe vorteilhaft leise, einfach aufgebaut und kostengünstig zu warten. Die Kolbenpumpe ist dabei günstiger in der Anschaffung als die Membranpumpe.
  • Es ist bevorzugt, dass die Kolbenmaschine einen Hydraulikzylinder mit einem Hydraulikkolben aufweist, der von dem Kolben antreibbar ist, wobei der Hydraulikzylinder einen von dem Hydraulikkolben begrenzten ersten Hydraulikzylinderraum aufweist, der mit einem weiteren Arbeitsfluid gefüllt ist, wobei mit dem weiteren Arbeitsfluid ein Hydraulikmotor antreibbar ist und/oder wobei die Fluidenergiemaschine eine Wärmepumpe aufweist und das weitere Arbeitsfluid das Arbeitsfluid der Wärmepumpe ist, wodurch der Hydraulikzylinder ein Kompressor der Wärmepumpe ist, und/oder wobei das weitere Arbeitsfluid ein Prozessgas ist und die Fluidenergiemaschine eingerichtet ist das Prozessgas für einen Prozess zu komprimieren.
  • In dem Fall, dass ein Hydraulikmotor antreibbar ist, ist das weitere Arbeitsfluid eine beliebige Hydraulikflüssigkeit. Die Hydraulikflüssigkeit kann beispielsweise ein Mineralöl aufweisen. Es ist denkbar, dass der Hydraulikkolben einen kleineren Querschnitt als der Querschnitt des Kolbens hat, so dass das weitere Arbeitsfluid im Betrieb der Fluidenergiemaschine einen höheren Druck als das Arbeitsfluid hat. Beispielsweise kann das Verhältnis der Querschnitte derart gewählt sein, dass ein Druck des weiteren Arbeitsfluids von mehr als 100 bar erzeugbar ist. Die Fluidenergiemaschine kann den Hydraulikmotor aufweisen. Mit dem Hydraulikmotor können Benzinmotoren und Dieselmotoren ersetzt werden. Beispielsweise kann mit dem Hydraulikmotor ein Fahrzeugantrieb, ein Schiffsantrieb und/oder ein Generator betrieben werden. Mit dem Generator kann elektrischer Strom erzeugt werden. Der Generator kann zum Einspeisen von Strom an ein Stromnetz elektrisch angeschlossen sein und/oder zum Antreiben der Fördereinrichtung an die Förderanrichtung elektrisch angeschlossen sein. Für den Fall, dass die Fluidenergiemaschine zwei der Kolbenmaschinen aufweist und derart eingerichtet ist, den Kolbenzyklus der zweiten Kolbenmaschine um im Wesentlichen ein Viertel der Periode des Kolbenzyklus versetzt zu betreiben zu dem Kolbenzyklus der ersten Kolbenmaschine, ist vorteilhaft ein Druckabfall der Hydraulikflüssigkeit bei Erreichen einer der Endpositionen der Kolben unterbunden, weil der Druck von dem jeweils anderen Hydraulikkolben aufrecht erhaltbar ist.
  • In dem Fall, dass der Hydraulikzylinder der Kompressor der Wärmepumpe ist, kann das weitere Arbeitsfluid ebenfalls Kohlendioxid, Propan, Butan, R134a und/oder C5F12 sein. Die Wärmepumpe kann zum Kühlen und/oder zum Heizen eingesetzt werden. In dem Fall, dass die von der Wärmepumpe freigesetzte Wärme nicht vollständig zum Heizen eingesetzt wird, kann die Fluidenergiemaschine derart eingerichtet sein, dass die von der Wärmepumpe freigesetzte Wärme zumindest teilweise dem Verdampfer zuführbar ist. Dadurch ist der Wirkungsgrad der Fluidenergiemaschine in dessen Betrieb gesteigert. Auch hier ist es denkbar, dass der Hydraulikkolben einen kleineren Querschnitt als der Kolben hat, so dass das in der Wärmepumpe ein höherer Druck des weiteren Arbeitsfluds als der Druck des Arbeitsfluids erzeugbar ist. Beispielsweise kann das Verhältnis der Querschnitte derart gewählt sein, dass ein Druck des weiteren Arbeitsfluids von mehr als 50 bar erzeugbar ist.
  • In dem Fall, dass das weitere Arbeitsfluid ein Prozessgas ist, kann das Prozessgas beispielsweise Luft sein, das mittels der Fluidenergiemaschine zu Druckluft komprimierbar ist. Die Fluidenergiemaschine kann eingerichtet sein, dass die bei dem Komprimieren frei werdende Wärme zumindest teilweise dem Verdampfer zugeführt wird.
  • Es ist bevorzugt, dass der Hydraulikmotor einen Eingang und einen Ausgang für das weitere Arbeitsfluid und der Hydraulikzylinder einen von dem Hydraulikkolben begrenzten zweiten Hydraulikzylinderraum aufweist, wobei die Fluidenergiemaschine eingerichtet ist zum Antreiben des Hydraulikmotors den ersten Hydraulikzylinderraum abwechselnd mit dem Eingang und dem Ausgang fluidleitend zu verbinden und den zweiten Hydraulikzylinderraum fluidleitend mit dem Ausgang zu verbinden, wenn der erste Hydraulikzylinderraum mit dem Eingang verbunden ist, sowie fluidleitend mit dem Eingang zu verbinden, wenn der erste Hydraulikzylinderraum mit dem Ausgang verbunden ist. Dadurch ist mit dem Hydraulikzylinder vorteilhaft eine höhere Leistung erreichbar als es mit einem Hydraulikzylinder mit lediglich einem einzelnen Hydraulikzylinderraum der Fall wäre.
  • Der Kolben und der Hydraulikkolben haben bevorzugt eine gemeinsame Kolbenstange. Dadurch ist vorteilhaft ein kompakter Aufbau der Kolbenmaschine erreicht.
  • Im Folgenden werden zwei bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Fluidenergiemaschine anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine erste Ausführungsform und
    Figur 2
    eine zweite Ausführungsform.
  • Wie es aus Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, weist eine Fluidenergiemaschine 1 gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform einen Fluidkreislauf 3 auf, in dem ein Arbeitsfluid zirkulierbar ist. Das Arbeitsfluid kann Kohlendioxid, Propan, Butan, R134a und/oder C5F12 sein.
  • Der Fluidkreislauf 3 weist einen Verdampfer 10 auf, in dem das Arbeitsfluid unter Zufuhr von Wärme von seinem flüssigen Zustand in seinen gasförmigen Zustand überführbar ist. Weiterhin weist der Fluidkreislauf 3 einen im Wesentlichen adiabatischen Expansionsbehälter 6 auf. Zudem weist der Fluidkreislauf 3 eine erste Kolbenmaschine 84 mit einem ersten Kolben 14 und eine zweite Kolbenmaschine 85 mit einem zweiten Kolben 15 auf, wobei die erste Kolbenmaschine 84 und zweite Kolbenmaschine 85 im Wesentlichen baugleich sind.
  • Die erste Kolbenmaschine 84 weist einen von dem Kolben 14 begrenzten ersten Zylinderraum 37 und einen von dem Kolben 14 begrenzten zweiten Zylinderraum 38 auf. Die zweite Kolbenmaschine 85 weist einen von dem Kolben 15 begrenzten ersten Zylinderraum 39 und einen von dem Kolben 15 begrenzten zweiten Zylinderraum 40 auf. Jeder der Zylinderräume 37 bis 40 ist im Betrieb der Fluidenergiemaschine 1 abwechselnd fluidleitend verbunden mit dem Verdampfer 10, wodurch der jeweilige Zylinderraum 37 bis 40 sich durch Verschieben des zugehörigen Kolbens 14, 15 vergrößert, und dem Expansionsbehälter 6, wodurch der jeweilige Zylinderraum 37 bis 40 sich durch Verschieben des zugehörigen Kolbens 14, 15 verkleinert. Die zweiten Zylinderräume 38, 40 sind im Betrieb der Fluidenergiemaschine 1 fluidleitend verbunden mit dem Verdampfer 10, wenn die zu der gleichen Kolbenmaschine 84, 85 gehörigen ersten Zylinderräume 37, 39 fluidleitend mit dem Expansionsbehälter 6 verbunden sind, und fluidleitend verbunden mit dem Expansionsbehälter 6, wenn die zu der gleichen Kolbenmaschine 84, 85 gehörigen ersten Zylinderräume 37, 39 fluidleitend mit dem Verdampfer 10 verbunden sind.
  • Der Fluidkreislauf 3 weist einen Speicherbehälter 9 auf, der fluidleitend mit dem Verdampfer 10 und mit dem Expansionsbehälter 6 verbunden ist. Weiterhin weist der Fluidkreislauf 3 eine Fördereinrichtung 8 auf, die eingerichtet ist das Arbeitsfluid sowohl in seinem gasförmigen Zustand als auch in seinem flüssigen Zustand von dem Expansionsbehälter 6 zu dem Speicherbehälter 9 zu fördern. Die Fördereinrichtung 8 kann beispielsweise eine Membranpumpe und/oder Kolbenpumpe sein.
  • Der Expansionsbehälter 6 ist im Vergleich zu dem Zylinderraum 37, 39 derart dimensioniert, dass das Arbeitsfluid durch die Expansion des gasförmigen Fluids in dem Expansionsbehälter 6 kondensierbar ist. Dazu ist das dem Arbeitsfluid in dem Expansionsbehälter 6 zur Verfügung stehende Volumen mindestens 7 mal, insbesondere mindestens 10 mal, so groß ist wie das maximale Volumen des ersten Zylinderraums 37 der ersten Kolbenmaschine 84 beziehungsweise des ersten Zylinderraums 39 der zweiten Kolbenmaschine 85.
  • In dem Speicherbehälter 7 liegt das Arbeitsfluid sowohl in seinem gasförmigen als auch in seinem flüssigen Zustand vor, so dass das Arbeitsfluid in dem Fall, dass es nicht im Expansionsbehälter 6 kondensiert, in dem Speicherbehälter 9 kondensierbar ist und zwar indem es von der Fördereinrichtung 8 in den Speicherbehälter 9 gefördert wird. Das Arbeitsfluid ist in seinem flüssigen Zustand von dem Speicherbehälter 9 zu dem Verdampfer 10 förderbar.
  • Die erste Kolbenmaschine 84 weist einen ersten Positionssensor 57, der eingerichtet ist, eine erste Endposition des Kolbens 14 zu detektieren, und einen zweiten Positionssensor 58 auf, der eingerichtet ist, eine zweite Endposition des Kolbens 14 zu detektieren. Die zweite Kolbenmaschine 85 weist einen ersten Positionssensor 59, der eingerichtet ist, eine erste Endposition des Kolbens 15 zu detektieren, und einen zweiten Positionssensor 60 auf, der eingerichtet ist, eine zweite Endposition des Kolbens 15 zu detektieren. Die Fluidenergiemaschine 1 ist eingerichtet, bei Erreichen der ersten Endpositionen den zugehörigen ersten Zylinderraum 37, 39 fluidleitend mit dem Verdampfer 10 und den zugehörigen zweiten Zylinderraum 38, 40 fluidleitend mit dem Expansionsbehälter 6 zu verbinden und bei Erreichen der zweiten Endpositionen den zugehörigen ersten Zylinderraum 37, 39 fluidleitend mit dem Expansionsbehälter 6 und den zugehörigen zweiten Zylinderraum 38, 40 fluidleitend mit dem Verdampfer 10 zu verbinden.
  • Dazu weist die Fluidenergiemaschine 1 ein erstes Fluidumschaltorgan 35 für die erste Kolbenmaschine 84 und ein zweites Fluidumschaltorgan 36 für die zweite Kolbenmaschine 85 auf. Die Fluidenergiemaschine 1 weist eine erste Fluidzylinderleitung 68, die den ersten Zylinderraum 37 der ersten Kolbenmaschine 84 mit dem ersten Fluidumschaltorgan 35 fluidleitend verbindet, und eine zweite Fluidzylinderleitung 69 auf, die den zweiten Zylinderraum 38 der ersten Kolbenmaschine 84 mit dem ersten Fluidumschaltorgan 35 fluidleitend verbindet. Die Fluidenergiemaschine 1 weist eine erste Fluidzylinderleitung 70, die den ersten Zylinderraum 39 der zweiten Kolbenmaschine 85 mit dem zweiten Fluidumschaltorgan 36 fluidleitend verbindet, und eine zweite Fluidzylinderleitung 71 auf, die den zweiten Zylinderraum 40 der zweiten Kolbenmaschine 85 mit dem zweiten Fluidumschaltorgan 36 fluidleitend verbindet. Die Fluidenergiemaschine 1 weist eine erste Fluidzylinderzuleitung 66, die den Verdampfer 10 fluidleitend mit dem ersten Fluidumschaltorgan 35 verbindet, und eine zweite Fluidzylinderzuleitung 67 auf, die den Verdampfer 10 fluidleitend mit zweiten Fluidumschaltorgan 36 verbindet. Dazu sind die Fluidzylinderzuleitungen 66, 67 an einen Fluidverteiler 33 angeschlossen, der mittels einer Leitung 65 fluidleitend mit dem Verdampfer 10 verbunden ist. Schließlich weist die Fluidenergiemaschine 1 eine erste Fluidzylinderableitung 72, die das erste Fluidumschaltorgan 35 fluidleitend mit dem Expansionsgefäß 6 verbindet, und eine zweite Fluidzylinderableitung 73 auf, die das zweite Fluidumschaltorgan 36 fluidleitend mit dem Expansionsgefäß 6 verbindet.
  • Die Fluidenergiemaschine 1 ist eingerichtet mittels des ersten Umschaltorgans 35 bei Erreichen der ersten Endposition des Kolbens 14 die erste Fluidzylinderleitung 68 mit der ersten Fluidzylinderzuleitung 66 und die zweite Fluidzylinderleitung 69 mit der ersten Fluidzylinderableitung 72 sowie bei Erreichen der zweiten Endposition des Kolbens 14 die erste Fluidzylinderleitung 68 mit der ersten Fluidzylinderableitung 72 und die zweite Fluidzylinderleitung 69 mit der ersten Fluidzylinderzuleitung 66 fluidleitend zu verbinden. Analog ist die Fluidenergiemaschine 1 eingerichtet mittels des zweiten Umschaltorgans 36 bei Erreichen der ersten Endposition des Kolbens 15 die erste Fluidzylinderleitung 70 mit der zweiten Fluidzylinderzuleitung 67 und die zweite Fluidzylinderleitung 71 mit der zweiten Fluidzylinderableitung 73 sowie bei Erreichen der zweiten Endposition des Kolbens 15 die erste Fluidzylinderleitung 70 mit der zweiten Fluidzylinderableitung 73 und die zweite Fluidzylinderleitung 71 mit der zweiten Fluidzylinderzuleitung 67 fluidleitend zu verbinden.
  • Die Fluidenergiemaschine 1 ist derart eingerichtet ist, den Kolbenzyklus der zweiten Kolbenmaschine 85 um im Wesentlichen ein Viertel der Periode des Kolbenzyklus versetzt zu betreiben zu dem Kolbenzyklus der ersten Kolbenmaschine 84. Figuren 1 und 2 zeigen den Fall, dass die zweite Kolbenmaschine 85 der ersten Kolbenmaschine 1 voraus eilt.
  • Figuren 1 und 2 zeigen, dass die Fluidenergiemaschine 1 einen Kältetauscher 7 aufweist, mittels dem Wärme auf das Arbeitsfluid stromab des Expansionsbehälters 6 und stromauf des Speicherbehälters 9 übertragbar ist. Dazu weist die Fluidenergiemaschine 1 eine Leitung 61 auf, die den Expansionsbehälter 6 fluidleitend mit dem Kältetauscher 7 verbindet. Die Leitung 61 kann an ein sich im Inneren des Expansionsbehälters 6 befindendes Steigrohr oder an dem unteren Ende des Expansionsbehälters 6 angeschlossen sein, um das Arbeitsfluid in seinem flüssigen Zustand zu dem Kältetauscher 7 zu leiten. Die Fördereinrichtung 8 ist stromab des Expansionsbehälters 6 und stromauf des Kältetauschers 7 angeordnet. Ein Rückschlagventil 111 ist stromab der Fördereinrichtung 8 und stromauf des Kältetauschers 7 vorgesehen. Eine Leitung 62 verbindet die Fördereinrichtung 8 fluidleitend mit dem Speichergefäß 9. Der Kältetauscher 7 weist einen Kühlkreislauf 23 zum Zirkulieren eines Kühlmediums mit einem Kühlkreislaufvorlauf 24 und einem Kühlkreislaufnachlauf 25 auf. Im Betrieb der Fluidenergiemaschine 1 ist Wärme von dem Kühlmedium auf das Arbeitsfluid übertragbar. Das Kühlmedium kann beispielsweise Wasser aufweisen, oder, wenn das Kühlmedium Temperaturen von weniger als 0°C annehmen soll, beispielsweise Salzwasser und/oder ein Frostschutzmittel, wie beispielsweise Ethanol. Es ist jedoch auch denkbar, den Kältetauscher 7 gemäß Figur 1 nicht vorzusehen, um dadurch den Wirkungsgrad der Fluidenergiemaschine 1 zu steigern.
  • Die Temperatur des Kühlmediums kann mittels einer Regelung derart geregelt sein, dass keine Verdampfung des Arbeitsfluids in dem Kältetauscher 7 erfolgt. Dazu kann beispielsweise ein Kältetauscherdruckmesser vorgesehen sein, der eingerichtet ist den Druck des Arbeitsfluids in dem Kältetauscher zu messen. Aus dem Druck des Arbeitsfluids ist dann seine Verdampfungstemperatur bestimmbar, so dass die Temperatur des Arbeitsfluids derart regelbar ist, dass keine Verdampfung des Arbeitsfluids in dem Kältetauscher 7 erfolgt.
  • In dem Speicherbehälter 9 liegt das Arbeitsfluid sowohl in seinem gasförmigen als auch in seinem flüssigen Zustand vor, so dass im oberen Bereich des Speicherbehälters 9 sich eine Gasphase 27 des Arbeitsfluids und dass im unteren Bereich des Speicherbehälters 9 sich eine Flüssigkeitsphase 28 des Arbeitsfluids befindet. Um das Arbeitsfluid in seinem flüssigen Zustand zu dem Verdampfer 10 zu fördern, weist der Speicherbehälter 9 ein Steigrohr 26 auf, dessen unteres Ende in die Flüssigkeitsphase 28 eintaucht. Mittels einer Leitung 64 ist der Verdampfer 10 fluidleitend mit dem Steigrohr 26 verbunden. Alternativ zu dem Steigrohr 26 und der Leitung 64 kann eine Leitung am unteren Ende des Speicherbehälters 9 vorgesehen sein, die den Speicherbehälter 9 fluidleitend mit dem Verdampfer 10 verbindet. Abzweigend von der Leitung 64 ist ein Füllstationsanschluss 29 vorgesehen, via den das Arbeitsfluid in den Fluidkreislauf 3 einfüllbar ist. Der Füllstationsanschluss 29 weist ein Absperrventil 97 auf, mittels dem der Fluidkreislauf 3 zum Einfüllen des Arbeitsfluids geöffnet werden kann.
  • Wie es aus Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, weist der Verdampfer 10 einen Hohlraum 86 und eine Düse 11 auf, mittels der das flüssige Arbeitsfluid in den Hohlraum 86 sprühbar ist. Die Düse 11 kann beispielsweise die Düse eines Ölbrenners sein. Die Düse kann beispielsweise bis 20 bar betreibbar sein. Der Hohlraum 86 hat im Wesentlichen die Form eines Zylinders, wobei die Düse 11 auf der Achse Zylinders angeordnet und ihre Richtung orientiert ist. Die Düse 11 kann eingerichtet sein, das Arbeitsfluid im Wesentlichen in Form eines Kegelmantels zu sprühen, wobei die Achse des Kegelmantels und die Achse des Zylinders zusammenfallen. Der Öffnungswinkel des Kegelmantels kann beispielsweise von 50° bis 80° sein, wodurch das Arbeitsfluid auf die Innenwand des Zylinders trifft und somit schnell verdampfen kann.
  • Der Verdampfer 10 weist einen Heizungskreislauf 51 zum Zirkulieren eines Heizmediums mit einem Heizungskreislaufvorlauf 52 und einen Heizungskreislaufnachlauf 53 auf. Mittels des Heizungskreislaufs 51 ist die Wärme zum Verdampfen des Arbeitsfluid dem Verdampfer 10 zuführbar und zwar indem Wärme von dem Heizmedium auf das Arbeitsfluid übertragen wird. Bei der Verwendung von Kohlendioxid für das Arbeitsfluid kann der Heizungskreislauf 51 an jegliche Wärmequelle bis zu einer Mindesttemperatur von -20°C angeschlossen sein. Beispielsweise kann die Umgebung, die Abwärme einer Maschine und/oder Prozesswärme als die Wärmequelle verwendet werden. Der Heizungskreislauf 51 kann beispielsweise an thermische Solaranlage oder an eine Klimaanlage angeschlossen sein, die die zum Verdampfen erforderliche Wärme liefern. Das Heizmedium kann beispielsweise Wasser sein.
  • Die Fluidenergiemaschine 1 weist einen Drucksensor 32, der eingerichtet ist einen Druck des Arbeitsfluids stromab des Verdampfers 10 und stromauf der Kolbenmaschine 84, 85 zu messen, und ein Regelventil 31 auf, das eingerichtet ist den Massenfluss des in den Verdampfer 10 eintretenden Arbeitsfluids so zu regeln, dass der von dem Drucksensor 32 gemessene Druck in einem Solldruckbereich liegt. Gemäß Figuren 1 und 2 ist der Drucksensor 32 eingerichtet, den Druck in der Leitung 65 zu messen. Der Verdampfer 10 ist eingerichtet, bei einem in Abhängigkeit des Solldruckbereichs gewählten Temperaturbereich zum Verdampfen des Arbeitsfluids betrieben zu werden, wobei der Temperaturbereich von einer Temperatur T1, die der Verdampfungstemperatur des Arbeitsfluids bei dem oberen Ende des Solldrucksbereichs entspricht, bis zu einer Temperatur T1+10°C ist, insbesondere bis zu einer Temperatur T1+5°C.
  • Wie es aus der Figur 1 ersichtlich ist, weist die erste Ausführungsform einen Hydraulikkreislauf 5 auf, der eingerichtet ist die von den Kolbenmaschinen 84, 85 freisetzbare mechanische Energie durch Zirkulieren einer Hydraulikflüssigkeit zum Antreiben eines Hydraulikmotors 20 einzusetzen. Gemäß Figur 1 weist die Fluidenergiemaschine 1 eine Fluidseite 2 auf, die den Hydraulikkreislauf 3 aufweist und in der die mechanische Energie erzeugt wird. Weiterhin weist die Fluidenergiemaschine 1 eine Hydraulikseite 4 auf, die den Hydraulikkreislauf 5 aufweist und in der die mechanische Energie zum Antreiben des Hydraulikmotors 20 eingesetzt wird.
  • Die erste Kolbenmaschine 84 weist einen ersten Fluidzylinder 12, in der der erste Kolben 14 verschiebbar gelagert ist, und einen ersten Hydraulikzylinder 16 auf, in der ein erster Hydraulikkolben 18 verschiebbar gelagert ist. Der erste Kolben 14 und der erste Hydraulikkolben 18 haben eine gemeinsame erste Kolbenstange 89, so dass der erste Hydraulikkolben 18 von dem ersten Kolben 14 antreibbar ist. Die erste Kolbenmaschine 84 weist eine erste Trennwand 126 zwischen dem ersten Fluidzylinder 12 und dem ersten Hydraulikzylinder 16 auf. Die erste Trennwand 126 weist ein Loch auf, durch das die erste Kolbenstange 89 geführt ist. Analog dazu weist die zweite Kolbenmaschine 85 einen zweiten Fluidzylinder 13, in der der zweite Kolben 15 verschiebbar gelagert ist, und einen zweiten Hydraulikzylinder 17 auf, in der ein zweiter Hydraulikkolben 19 verschiebbar gelagert ist. Der zweite Kolben 15 und der zweite Hydraulikkolben 19 haben eine gemeinsame zweite Kolbenstange 90, so dass der zweite Hydraulikkolben 19 von dem zweiten Kolben 15 antreibbar ist. Die zweite Kolbenmaschine 85 weist eine zweite Trennwand 127 zwischen dem zweiten Fluidzylinder 13 und dem zweiten Hydraulikzylinder 17 auf. Die zweite Trennwand 127 weist ein Loch auf, durch das die zweite Kolbenstange 90 geführt ist. Der erste und zweite Hydraulikkolben 18, 19 haben einen kleineren Querschnitt als der Querschnitt des ersten und zweiten Fluidkolbens 14, 15, so dass in dem Hydraulikkreislauf 5 ein höherer Druck als in dem Fluidkreislauf 3 erzeugbar ist. Beispielsweise kann das Verhältnis der Querschnitte derart gewählt sein, dass in dem Fluidkreislauf 5 ein Druck von mehr als 120 bar erzeugbar ist.
  • Der erste Hydraulikzylinder 16 weist einen ersten Hydraulikzylinderraum 41 und einen zweiten Hydraulikzylinderraum 42 auf, die jeweils von dem ersten Hydraulikkolben 18 begrenzt sind. Analog dazu weist der zweite Hydraulikzylinder 17 einen ersten Hydraulikzylinderraum 43 und einen zweiten Hydraulikzylinderraum 44 auf, die jeweils von dem zweiten Hydraulikkolben 19 begrenzt sind.
  • Zum Antreiben des Hydraulikmotors 20 weist dieser einen Eingang 87 und einen Ausgang 88 für die Hydraulikflüssigkeit auf. Die Fluidenergiemaschine 1 ist eingerichtet zum Antreiben des Hydraulikmotors 20 die zwei ersten Hydraulikzylinderräume 41, 43 abwechselnd mit dem Eingang 87 und dem Ausgang 88 fluidleitend zu verbinden und die zwei zweiten Hydraulikzylinderräume 42, 44 fluidleitend mit dem Ausgang 88 zu verbinden, wenn die zwei ersten Hydraulikzylinderräume 41, 43 mit dem Eingang 87 verbunden sind, sowie fluidleitend mit dem Eingang 87 zu verbinden, wenn die zwei ersten Hydraulikzylinderräume 41, 43 mit dem Ausgang 88 verbunden sind.
  • Dazu weist die Fluidenergiemaschine 1 ein erstes Hydraulikumschaltorgan 45 für die erste Kolbenmaschine 84 und ein zweites Hydraulikumschaltorgan 46 für die zweite Kolbenmaschine 85 auf. Die Fluidenergiemaschine 1 weist eine erste Hydraulikzylinderleitung 74, die den ersten Hydraulikzylinderraum 41 der ersten Kolbenmaschine 84 mit dem ersten Hydraulikumschaltorgan 45 fluidleitend verbindet, und eine zweite Hydraulikzylinderleitung 75 auf, die den zweiten Hydraulikzylinderraum 42 der ersten Kolbenmaschine 84 mit dem ersten Hydraulikumschaltorgan 45 fluidleitend verbindet. Die Fluidenergiemaschine 1 weist eine erste Hydraulikzylinderleitung 76, die den ersten Zylinderraum 43 der zweiten Kolbenmaschine 85 mit dem zweiten Hydraulikumschaltorgan 46 fluidleitend verbindet, und eine zweite Hydraulikzylinderleitung 77 auf, die den zweiten Hydraulikzylinderraum 44 der zweiten Kolbenmaschine 85 mit dem zweiten Hydraulikumschaltorgan 46 fluidleitend verbindet. Die Fluidenergiemaschine 1 weist eine erste Hydraulikzylinderzuleitung 78, die den Ausgang 88 fluidleitend mit dem ersten Hydraulikumschaltorgan 45 verbindet, und eine zweite Hydraulikzylinderzuleitung 79 auf, die den Ausgang 88 fluidleitend mit zweiten Hydraulikumschaltorgan 46 verbindet. Dazu sind die Hydraulikzylinderzuleitungen 78, 79 an einen ersten Hydraulikverteiler 55 angeschlossen, der mittels einer Motorableitung 83 fluidleitend mit dem Ausgang 88 verbunden ist. Schließlich weist die Fluidenergiemaschine 1 eine erste Hydraulikzylinderableitung 80, die das erste Hydraulikumschaltorgan 45 fluidleitend mit dem Eingang 87 verbindet, und eine zweite Hydraulikzylinderableitung 81 auf, die das zweite Hydraulikumschaltorgan 46 fluidleitend mit dem Eingang 87 verbindet. Dazu sind die Hydraulikzylinderableitungen 80, 81 an einen zweiten Hydraulikverteiler 56 angeschlossen, der mittels einer Motorzuleitung 82 fluidleitend mit dem Eingang 87 verbunden ist.
  • Die Fluidenergiemaschine 1 ist eingerichtet mittels des ersten Hydraulikumschaltorgans 45 bei Erreichen der ersten Endposition des Kolbens 14 die erste Hydraulikzylinderleitung 74 mit der ersten Hydraulikzylinderzuleitung 78 und die zweite Hydraulikzylinderleitung 75 mit der ersten Hydraulikzylinderableitung 80 sowie bei Erreichen der zweiten Endposition des Kolbens 14 die erste Hydraulikzylinderleitung 74 mit der ersten Hydraulikzylinderableitung 80 und die zweite Hydraulikzylinderleitung 75 mit der ersten Hydraulikzylinderzuleitung 78 fluidleitend zu verbinden. Analog ist die Fluidenergiemaschine 1 eingerichtet mittels des zweiten Hydraulikumschaltorgans 46 bei Erreichen der ersten Endposition des Kolbens 15 die erste Hydraulikzylinderleitung 76 mit der zweiten Hydraulikzylinderzuleitung 79 und die zweite Hydraulikzylinderleitung 77 mit der zweiten Hydraulikzylinderableitung 81 sowie bei Erreichen der zweiten Endposition des Kolbens 15 die erste Hydraulikzylinderleitung 76 mit der zweiten Hydraulikzylinderableitung 81 und die zweite Hydraulikzylinderleitung 77 mit der zweiten Hydraulikzylinderzuleitung 79 fluidleitend zu verbinden.
  • Die Fluidenergiemaschine 1 weist in der Motorzuleitung 82 ein Hydraulikregelventil 54 auf, mittels dem die von dem Hydraulikmotor 20 abzugebende Leistung einstellbar ist. Beispielsweise kann die Einstellung der Leistung über einen Öffnungsgrad für die das Hydraulikregelventil 54 zu passierende Hydraulikflüssigkeit erfolgen. Weiterhin bewirkt das Hydraulikregelventil 54, dass der Hydraulikmotor 20 bei einer eingestellten Leistung mit einem konstanten Druck beaufschlagt wird.
  • Beim Einfahren und beim Ausfahren der Hydraulikkolben 18, 19 wird in dem Hydraulikkreislauf 4 ein unterschiedlicher Druck aufgebaut, weil aufgrund der zwei Kolbenstangen 89, 90 die aktive Fläche der Hydraulikkolben 18, 19 unterschiedlich ist. Deshalb weist der Hydraulikkreislauf 4 einen Hydraulikspeicher 22 auf, beispielsweise ein Membranspeicher und/oder ein Kolbenspeicher, mit dem der Druck beim Einfahren und beim Ausfahren konstant gehalten wird. Der Hydraulikspeicher 22 ist fluidleitend mit dem zweiten Hydraulikverteiler 56 verbunden.
  • Wie es auf Figur 1 ersichtlich ist, weist die Fluidenergiemaschine 1 ein Getriebe 48 und einen Generator 21 auf, der von dem Hydraulikmotor 20 via das Getriebe 48 zum Erzeugen von elektrischem Strom antreibbar ist. Es ist denkbar, die Fördereinrichtung 8 elektrisch an den Generator 21 anzuschließen, um mit dem Generator 21 die Fördereinrichtung 8 anzutreiben.
  • Zudem weist die Fluidenergiemaschine 1 an verschiedenen Stellen Absperrventile 91 bis 96 und 98 bis 108 auf, mit denen einzelne Komponenten der Fluidenergiemaschine 1 für Wartungszwecke abgetrennt werden können. Weiterhin weist die Fluidenergiemaschine 1 an verschiedenen Stellen Rückschlagventile 109 bis 114 auf, die eine Umkehr der Strömung des Arbeitsfluids unterbinden. Die Fluidenergiemaschine 1 weist einen ersten Druckmesser 30, mittels dem der Druck des Arbeitsfluid stromab dem Speicherbehälter 9 und stromauf dem Verdampfer 10 messbar ist, und einen zweiten Druckmesser 34 auf, mittels dem der Druck des Arbeitsfluid stromab dem Verdampfer 10 und stromauf der zwei Kolbenmaschinen 84, 85 messbar ist. Weiterhin weist die Fluidenergiemaschine 1 einen ersten Hydraulikdruckmesser 49, mittels dem der Druck stromab der zwei Kolbemaschinen 84, 85 und stromauf dem Eingang 87 messbar ist, und einen zweiten Hydraulikdruckmesser 50 auf, mittels dem der Druck stromab des Ausgangs 88 und stromauf der zwei Kolbenmaschinen 84, 85 messbar ist.
  • Wie es aus Figur 2 ersichtlich ist, unterscheidet sich die zweite Ausführungsform von der ersten Ausführungsform dahingehend, dass kein Kältetauscher 7 vorgesehen ist und dass die Fluidenergiemaschine 1 eine Wärmepumpe 128 mit einem weiteren Arbeitsfluid aufweist. Das weitere Arbeitsfluid ist beispielsweise Kohlendioxid, Propan, Butan, R134a und/oder C5F12. Die Wärmepumpe weist einen Kondensator 115, in dem das weitere Arbeitsfluid unter Abfuhr von Wärme mittels eines weiteren Kühlkreislaufs 130 kondensierbar ist, eine Drossel 116, und einen Verdampfer 117 auf, in dem das weitere Arbeitsfluid unter Zufuhr von Wärme mittels eines weiteren Heizkreislaufs 129 verdampfbar ist. Der Hydraulikzylinder 17 ist eingerichtet das Arbeitsfluid von dem Verdampfer 117 zu dem Kondensator 115 zu fördern. Der Verdampfer 117 ist fluidleitend mit der Drossel 116 und die Drossel ist fluidleitend mit dem Verdampfer 121 verbunden. Via ein Absperrventil 120 kann das weitere Arbeitsfluid in die Wärmepumpe gefüllt werden. Beispielsweise kann das Verhältnis des Querschnitts des zweiten Hydraulikkolbens 19 zu dem zweiten Fluidkolben 15 derart gewählt sein, dass in dem Kreislauf der Wärmepumpe 128 ein Druck von mehr als 50 bar erzeugbar ist.
  • Die Wärmepumpe 128 kann Absperrventile 118 bis 122 aufweisen, um einzelne Komponenten der Wärmepumpe 128 abzutrennen. Die Wärmepumpe 128 weist einen dritten Druckmesser 128, der eingerichtet ist den Druck des Arbeitsfluids stromab des Kondensators 115 und stromauf der Drossel 116 zu messen, und einen vierten Druckmesser 125 auf, der eingerichtet ist den Druck des Arbeitsfluids stromab der Drossel 116 und stromauf des Verdampfers 117 zu messen. Mit den dritten und vierten Druckmesser 124, 125 kann der Druckabfall über die Drossel gemessen werden.
  • Die Fluidenergiemaschine 1 weist weiterhin ein erstes Absperrorgan 131, beispielsweise ein Magnetventil, in der ersten Fluidzylinderzuleitung 66 und ein zweites Absperrorgan 132, beispielsweise ein Magnetventil, in der zweiten Fluidzylinderzuleitung 67 auf. Damit können der Hydraulikkreislauf 5 und die Wärmepumpe 128 unabhängig voneinander angeschaltet und ausgeschaltet werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fluidenergiemaschine
    2
    Fluidseite
    3
    Fluidkreislauf
    4
    Hydraulikseite
    5
    Hydraulikkreislauf
    6
    Expansionsbehälter
    7
    Kältetauscher
    8
    Fördereinrichtung
    9
    Speicherbehälter
    10
    Verdampfer
    11
    Düse
    12
    erster Fluidzylinder
    13
    zweiter Fluidzylinder
    14
    erster Kolben
    15
    zweiter Kolben
    16
    erster Hydraulikzylinder
    17
    zweiter Hydraulikzylinder
    18
    erster Hydraulikkolben
    19
    zweiter Hydraulikkolben
    20
    Hydraulikmotor
    21
    Generator
    22
    Hydraulikspeicher
    23
    Kühlkreislauf
    24
    Kühlkreislaufvorlauf
    25
    Kühlkreislaufnachlauf
    26
    Steigrohr
    27
    Gasphase
    28
    Flüssigkeitsphase
    29
    Füllstationsanschluss
    30
    erster Druckmesser
    31
    Regelventil
    32
    Drucksensor
    33
    Fluidverteiler
    34
    zweiter Druckmesser
    35
    erstes Fluidumschaltorgan
    36
    zweites Fluidumschaltorgan
    37
    erster Zylinderraum
    38
    zweiter Zylinderraum
    39
    erster Zylinderraum
    40
    zweiter Zylinderraum
    41
    erster Hydraulikzylinderraum
    42
    zweiter Hydraulikzylinderraum
    43
    erster Hydraulikzylinderraum
    44
    zweiter Hydraulikzylinderraum
    45
    erstes Hydraulikumschaltorgan
    46
    zweites Hydraulikumschaltorgan
    48
    Getriebe
    49
    erster Hydraulikdruckmesser
    50
    zweiter Hydraulikdruckmesser
    51
    Heizungskreislauf
    52
    Heizungskreislaufvorlauf
    53
    Heizungskreislaufnachlauf
    54
    Hydraulikregelventil
    55
    erster Hydraulikverteiler
    56
    zweiter Hydraulikverteiler
    57
    erster Positionssensor
    58
    zweiter Positionssensor
    59
    erster Positionssensor
    60
    zweiter Positionssensor
    61
    Leitung
    62
    Leitung
    63
    Leitung
    64
    Leitung
    65
    Leitung
    66
    erste Fluidzylinderzuleitung
    67
    zweite Fluidzylinderzuleitung
    68
    erste Fluidzylinderleitung
    69
    zweite Fluidzylinderleitung
    70
    erste Fluidzylinderleitung
    71
    zweite Fluidzylinderleitung
    72
    erste Fluidzylinderableitung
    73
    zweite Fluidzylinderableitung
    74
    erste Hydraulikzylinderleitung
    75
    zweite Hydraulikzylinderleitung
    76
    erste Hydraulikzylinderleitung
    77
    zweite Hydraulikzylinderleitung
    78
    erste Hydraulikzylinderzuleitung
    79
    zweite Hydraulikzylinderzuleitung
    80
    erste Hydraulikzylinderableitung
    81
    zweite Hydraulikzylinderableitung
    82
    Motorzuleitung
    83
    Motorableitung
    84
    erste Kolbenmaschine
    85
    zweite Kolbenmaschine
    86
    Hohlraum
    87
    Eingang
    88
    Ausgang
    89
    erste Kolbenstange
    90
    zweite Kolbenstange
    91
    Absperrventil
    92
    Absperrventil
    93
    Absperrventil
    94
    Absperrventil
    95
    Absperrventil
    96
    Absperrventil
    97
    Absperrventil
    98
    Absperrventil
    99
    Absperrventil
    100
    Absperrventil
    101
    Absperrventil
    102
    Absperrventil
    103
    Absperrventil
    104
    Absperrventil
    105
    Absperrventil
    106
    Absperrventil
    107
    Absperrventil
    108
    Absperrventil
    109
    Rückschlagventil
    110
    Rückschlagventil
    111
    Rückschlagventil
    112
    Rückschlagventil
    113
    Rückschlagventil
    114
    Rückschlagventil
    115
    Kondensator
    116
    Drossel
    117
    Verdampfer
    118
    Absperrventil
    119
    Absperrventil
    120
    Absperrventil
    121
    Absperrventil
    122
    Absperrventil
    123
    Rückschlagventil
    124
    dritter Druckmesser
    125
    vierter Druckmesser
    126
    erste Trennwand
    127
    zweite Trennwand
    128
    Wärmepumpe
    129
    weiterer Heizkreislauf
    130
    weiterer Kühlkreislauf
    131
    erstes Absperrorgan
    132
    zweites Absperrorgan

Claims (15)

  1. Fluidenergiemaschine mit einem Arbeitsfluid, einem Verdampfer (10), in dem das Arbeitsfluid unter Zufuhr von Wärme von seinem flüssigen Zustand in seinen gasförmigen Zustand überführbar ist, einem im Wesentlichen adiabatischen Expansionsbehälter (6), mindestens einer Kolbenmaschine (84, 85) mit einem Kolben (14, 15), mittels der Energie des Arbeitsfluids in mechanische Energie umwandelbar ist und die mindestens einen von dem Kolben (14, 15) begrenzten Zylinderraum (37, 39) aufweist, der im Betrieb der Fluidenergiemaschine (1) abwechselnd fluidleitend verbunden ist mit dem Verdampfer (10), wodurch der Zylinderraum (37, 39) sich durch Verschieben des Kolbens (14, 15) vergrößert, und dem Expansionsbehälter (6), wodurch der Zylinderraum (37, 39) sich durch Verschieben des Kolbens (14, 15) verkleinert, einem Speicherbehälter (9), der fluidleitend mit dem Verdampfer (10) und mit dem Expansionsbehälter (6) verbunden ist, und einer Fördereinrichtung (8), die eingerichtet ist das Arbeitsfluid sowohl in seinem gasförmigen Zustand als auch in seinem flüssigen Zustand von dem Expansionsbehälter (6) zu dem Speicherbehälter (9) zu fördern, wobei das dem Arbeitsfluid in dem Expansionsbehälter (6) zur Verfügung stehende Volumen mindestens 7 mal so groß ist wie das maximale Volumen des ersten Zylinderraums (37, 39), so dass das Arbeitsfluid durch die Expansion des gasförmigen Arbeitsfluids in dem Expansionsbehälter (6) kondensierbar ist, und in dem Speicherbehälter (7) das Arbeitsfluid sowohl in seinem gasförmigen als auch in seinem flüssigen Zustand vorliegt, so dass das Arbeitsfluid in dem Fall, dass es nicht im Expansionsbehälter kondensiert, in dem Speicherbehälter (9) kondensierbar ist, und das Arbeitsfluid in seinem flüssigen Zustand zu dem Verdampfer (10) förderbar ist.
  2. Fluidenergiemaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Kolbenmaschine (84, 85) einen ersten Positionssensor (57, 59), der eingerichtet ist, eine erste Endposition des Kolbens (14, 15) zu detektieren, und einen zweiten Positionssensor (58, 60) aufweist, der eingerichtet ist, eine zweite Endposition des Kolbens (14, 15) zu detektieren, wobei die Fluidenergiemaschine (1) eingerichtet ist, bei Erreichen der ersten Endposition den ersten Zylinderraum (37, 39) fluidleitend mit dem Verdampfer (10) zu verbinden und bei Erreichen der zweiten Endposition fluidleitend mit dem Expansionsbehälter (6) zu verbinden.
  3. Fluidenergiemaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Kolbenmaschine (84, 85) einen von dem Kolben (14, 15) begrenzten zweiten Zylinderraum (38, 40) aufweist, der im Betrieb der Fluidenergiemaschine (1) fluidleitend verbunden ist mit dem Verdampfer (10), wenn der erste Zylinderraum (37, 39) fluidleitend mit dem Expansionsbehälter (6) verbunden ist, und fluidleitend verbunden ist mit dem Expansionsbehälter (6), wenn der erste Zylinderraum (37, 39) fluidleitend mit dem Verdampfer (10) verbunden ist.
  4. Fluidenergiemaschine gemäß Anspruch 3, wobei die Kolbenmaschine (84, 85) einen ersten Positionssensor (57, 59), der eingerichtet ist, eine erste Endposition des Kolbens (14, 15) zu detektieren, und einen zweiten Positionssensor (58, 60) aufweist, der eingerichtet ist, eine zweite Endposition des Kolbens (14, 15) zu detektieren, wobei die Fluidenergiemaschine eingerichtet ist, bei Erreichen der ersten Endposition den ersten Zylinderraum (37, 39) fluidleitend mit dem Verdampfer (10) und den zweiten Zylinderraum (38, 40) fluidleitend mit dem Expansionsbehälter (6) zu verbinden und bei Erreichen der zweiten Endposition den ersten Zylinderraum (37, 39) fluidleitend mit dem Expansionsbehälter (6) und den zweiten Zylinderraum (38, 40) fluidleitend mit dem Verdampfer (10) zu verbinden.
  5. Fluidenergiemaschine gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die Fluidenergiemaschine (1) zwei der Kolbenmaschinen (84, 85) aufweist und derart eingerichtet ist, den Kolbenzyklus der zweiten Kolbenmaschine (85) um im Wesentlichen ein Viertel der Periode des Kolbenzyklus versetzt zu betreiben zu dem Kolbenzyklus der ersten Kolbenmaschine (84).
  6. Fluidenergiemaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Verdampfer (10) eingerichtet ist, bei einem Temperaturbereich zum Verdampfen des Arbeitsfluids betrieben zu werden, wobei der Temperaturbereich von einer Temperatur T1, die der Verdampfungstemperatur des Arbeitsfluids entspricht, bis zu einer Temperatur T1+10°C ist, insbesondere bis zu einer Temperatur T1+5°C.
  7. Fluidenergiemaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Verdampfer (10) einen Hohlraum (86) und eine Düse (11) aufweist, mittels der das flüssige Arbeitsfluid in den Hohlraum (86) sprühbar ist.
  8. Fluidenergiemaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Fluidenergiemaschine (1) einen Drucksensor (32), der eingerichtet ist einen Druck des Arbeitsfluids stromab des Verdampfers (10) und stromauf der Kolbenmaschine (84, 85) zu messen, und ein Regelventil (31) aufweist, das eingerichtet ist den Massenfluss des in den Verdampfer (10) eintretenden Arbeitsfluids so zu regeln, dass der von dem Drucksensor (32) gemessene Druck in einem Solldruckbereich liegt.
  9. Fluidenergiemaschine gemäß Anspruch 8, wobei der Verdampfer (10) eingerichtet ist, bei einem in Abhängigkeit des Solldruckbereichs gewählten Temperaturbereich zum Verdampfen des Arbeitsfluids betrieben zu werden, wobei der Temperaturbereich von einer Temperatur T1, die der Verdampfungstemperatur des Arbeitsfluids bei dem oberen Ende des Solldrucksbereichs entspricht, bis zu einer Temperatur T1+10°C ist, insbesondere bis zu einer Temperatur T1+5°C.
  10. Fluidenergiemaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Arbeitsfluid Kohlendioxid, Propan, Butan, R134a und/oder C5F12 ist.
  11. Fluidenergiemaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das dem Arbeitsfluid in dem Expansionsbehälter (6) zur Verfügung stehende Volumen mindestens 10 mal so groß ist wie das maximale Volumen des ersten Zylinderraums (37, 39).
  12. Fluidenergiemaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Fördereinrichtung (9) eine Membranpumpe und/oder Kolbenpumpe ist.
  13. Fluidenergiemaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Kolbenmaschine (84, 85) einen Hydraulikzylinder (16, 17) mit einem Hydraulikkolben (18, 19) aufweist, der von dem Kolben (14, 15) antreibbar ist, wobei der Hydraulikzylinder (16, 17) einen von dem Hydraulikkolben (18, 19) begrenzten ersten Hydraulikzylinderraum (41, 43) aufweist, der mit einem weiteren Arbeitsfluid gefüllt ist, wobei mit dem weiteren Arbeitsfluid ein Hydraulikmotor (20) antreibbar ist und/oder wobei die Fluidenergiemaschine eine Wärmepumpe (128) aufweist und das weitere Arbeitsfluid das Arbeitsfluid der Wärmepumpe (128) ist, wodurch der Hydraulikzylinder (16, 17) ein Kompressor der Wärmepumpe (128) ist, und/oder wobei das weitere Arbeitsfluid ein Prozessgas ist und die Fluidenergiemaschine (1) eingerichtet ist das Prozessgas für einen Prozess zu komprimieren.
  14. Fluidenergiemaschine gemäß Anspruch 13, wobei die Fluidenergiemaschine (1) den Hydraulikmotor (20) aufweist, der einen Eingang (87) und einen Ausgang (88) für das weitere Arbeitsfluid und der Hydraulikzylinder (16, 17) einen von dem Hydraulikkolben (18, 19) begrenzten zweiten Hydraulikzylinderraum (42, 44) aufweist, wobei die Fluidenergiemaschine (1) eingerichtet ist zum Antreiben des Hydraulikmotors den ersten Hydraulikzylinderraum (41, 43) abwechselnd mit dem Eingang (87) und dem Ausgang (88) fluidleitend zu verbinden und den zweiten Hydraulikzylinderraum (42, 44) fluidleitend mit dem Ausgang (88) zu verbinden, wenn der erste Hydraulikzylinderraum (41, 43) mit dem Eingang (87) verbunden ist, sowie fluidleitend mit dem Eingang (87) zu verbinden, wenn der erste Hydraulikzylinderraum (41, 43) mit dem Ausgang (88) verbunden ist.
  15. Fluidenergiemaschine gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei der Kolben (14, 15) und der Hydraulikkolben (18, 19) eine gemeinsame Kolbenstange (89, 90) haben.
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