EP3486473A1 - Verfahren zur ausnutzung geringer temperaturdifferenzen zum betreiben von wärmekraftmaschinen, die für die umwandlung von wärmeenergie in mechanische energie ausgeführt sind - Google Patents

Verfahren zur ausnutzung geringer temperaturdifferenzen zum betreiben von wärmekraftmaschinen, die für die umwandlung von wärmeenergie in mechanische energie ausgeführt sind Download PDF

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EP3486473A1
EP3486473A1 EP18401095.7A EP18401095A EP3486473A1 EP 3486473 A1 EP3486473 A1 EP 3486473A1 EP 18401095 A EP18401095 A EP 18401095A EP 3486473 A1 EP3486473 A1 EP 3486473A1
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EP
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heat
working fluid
energy
mechanical energy
temperature
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EP18401095.7A
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Inventor
Thomas Koch
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines

Definitions

  • ⁇ Q is the difference between the heat input and the heat dissipated.
  • the change of internal energy is described by ⁇ U.
  • the usable work is W.
  • the power is mainly determined by the possible heat transfer from the warm potential into the working fluid and the thermal efficiency of the waste heat to the environment.
  • the Carnot efficiency can serve as an orientation, but is not a physical limit.
  • the inventive method is based on the fact that the less heat, with the same power P, is released to the environment, the greater the thermal efficiency. To achieve this, high temperatures are not suitable.
  • thermodynamic cycles are kept running by adding heat to the warm working fluid and removing heat from the cold working fluid.
  • the novel process is applicable to all types of heat engines that work to convert thermal energy into mechanical energy with low temperature differences. As a prerequisite here is to mention that there is a significant changeability of the heat capacity of the working fluid used between the available temperature potentials.
  • the heat capacity of a working fluid can be determined for each change of state by means of ⁇ U and ⁇ W.
  • the isobaric heat capacity on the example of carbon dioxide at a temperature of 32 ° C and a pressure of 75.5 bar is about 90 times greater than the isochoric heat capacity.
  • the deviation from the ideal gas in this constellation is more than 7000 percent and can be used with real systems, despite friction and flow losses.
  • FIG. 1 shows the course of the isobaric heat capacity c p of carbon dioxide as a function of pressure and temperature.
  • FIG. 3 illustrates the ratio of heat capacity at constant pressure c p to the heat capacity at constant volume c v on the example of carbon dioxide in the pressure range of 30 bar to 110 bar and in the temperature range of 28 ° C to 34 ° C.
  • this ratio of the heat capacities from c p to c v is assumed to be constant.
  • FIG. 5 shows a cycle with heat exchanger.
  • a cylinder 1 is shown in the upper portion with the warm area 8 and in the lower portion with the cold area 5 is connected.
  • the cylinder volume is limited by the piston 2.
  • the working fluid 4 Within the cylinder 1 are the working fluid 4, the heat exchanger 7 and the insulator 10.
  • the temperature of the working fluid 4 is not homogeneous in this process.
  • the upper section is warmer than the lower section.
  • the first step is the expansion.
  • the heated heat exchanger 7 moves down into the cold region of the working fluid 4.
  • the heat exchanger 7 gives off heat to the working fluid 4, and the pressure of the working fluid increases.
  • the rate of heat release is determined by the size of the inner surface of the heat exchanger 7.
  • the heat exchanger 7 simultaneously acts as a displacer.
  • the piston 2 moves at the highest possible pressure upwards.
  • the necessary heat comes mainly from the heat exchanger 7, whose heat capacity is greater than that of the working fluid 4.
  • isochronous cooling takes place.
  • the piston 2 remains in position.
  • the heat exchanger 7 moves together with the insulator 10 upwards and displaces a portion of the working fluid 4 in the cold region 5.
  • the larger mass fraction of the working fluid 4 is then in the cold region 5, since the remaining portion in the warm region 8 has a lower density.
  • the warm area 8 is partially insulated. The pressure of the working fluid 4 falls to the lowest value of the entire cycle.
  • the third step involves isolating the cold region 5.
  • the insulator 10 moves down.
  • the working fluid 4 is compressed.
  • the piston 2 moves down to the start position of step one.
  • the majority of the heat of compression takes the heat exchanger 7.
  • Partial heating of the working fluid 4 located in the lower section can not be avoided with this arrangement.
  • Decisive for the performance of this cycle is the heat transfer from the hot area 8 in the working fluid. 4
  • the heat transfer takes place in all four work steps.
  • a temperature of 50 ° C for the hot area 8 and a temperature of 20 ° C for the cold area 5 is sufficient.
  • the optimum pressure range is then between 60 bar and 100 bar.
  • Carbon dioxide is displaced as working fluid 64 by means of pistons 62, 63 from the upper, warm region of a cylinder 61 through a heat exchanger in the lower cold region and vice versa.
  • the pistons 62, 63 are driven by eccentric shafts 68, 69, whose eccentric 120 ° to each other.
  • hot water is introduced at the hot water inlet 71 return flow controlled by the heat supply 72 around the cylinder 61 several times and derived at the hot water return 73.
  • the cooling of the lower portion of the cylinder 61 with the cold water inlet 74, the heat dissipation 75 and the cold water return 76 are driven by eccentric shafts 68, 69, whose eccentric 120 ° to each other.
  • the plant is self-starting.
  • the heat exchanger 67 may be made of porous aluminum, for example.
  • porous aluminum a ratio of outer volume to inner surface area greater than 1: 10000 m 3 / m 2 is possible, and it has a relatively good flow-through coefficient.
  • the working fluid 64 has the largest heat capacity.
  • the heat extracted from the heat exchanger 67 during expansion becomes partially released during the compression of the working fluid 64 back to the heat exchanger 67.
  • the system works according to the Stirling principle.
  • the conversion of thermal energy into mechanical energy takes place mainly within the heat exchanger 67 and the heat capacity of the working fluid 64 is significantly reduced in the areas of heat input 72 and heat dissipation 75.
  • the heat engine is temperature-controlled, so that the area is exploited with the largest available volume work. Taking advantage of optimum temperature control, even the smallest temperature differences between the hot zone 8 and the cold zone 5 of 4 ° C. to 10 ° C. can be used to convert the supplied heat into mechanical energy via a rotary movement.
  • FIGS. 8 and 9 show an extended embodiment.
  • warm fluid for example water at a temperature of 80 ° C
  • the upper part of the housing 80 and the working fluid therein are heated.
  • the piston position of working piston 81 and control piston 82 is more or less working fluid in the warm area.
  • This causes a pressure difference between the left and right sides of the pistons 81, 82 and an axial force.
  • the roller 94 which converts the piston force into a torque via the roller bearing 83 on the eccentric shaft 85.
  • the illustrated embodiment according to Figure 8 and FIG. 9 is equipped with 2 eccentric shafts 85 whose 3 eccentric 86 are each offset by 120 ° to each other.
  • the offset working piston 81 to control piston 82 can be regulated via the gear 99.
  • the piston movement leads to a flow of the working fluid from the upper warm region of the housing 80, via the heat exchanger 84 in the lower cold region of the housing 80, or opposite.
  • the heat exchanger 84 is in the embodiment of aluminum balls, which are separated by means of sieve 88 of the cylinder areas.
  • a pipe connection feed 93 is provided, over which, for example, cold water is passed through the lower region of the housing 80.
  • the thermal insulation 89 reduces the unwanted heat transfer from the upper warm area of the housing 80 into the lower cold area. Sealing rings on the piston prevent leakage of the working gas.
  • an operating pressure of more than 74 bar must be set in order to avoid condensation and evaporation.
  • the optimum operating pressure can be regulated by adding another gas, for example helium, or a gas mixture, for example air, to the working medium.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie mittels Wärmekraftmaschine unter Nutzung geringster Temperaturdifferenzen, wobei eine gezielte Anpassung der Wärmekapazität des verwendeten Arbeitsfluides durchgeführt wird, indem ein materialspezifischer überkritischer Temperaturbereich ausgenutzt wird, in welchem das Arbeitsfluid eine besonders hohe Volumenarbeit verrichtet und die zugeführte Wärme über eine Drehbewegung in mechanische Energie umwandelt, welche beispielsweise zum Betreiben von Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet wird.

Description

  • Der Carnot-Wirkungsgrad ist der höchste theoretische Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie. Die beim Carnot-Wirkungsgrad verwendete Gleichung vernachlässigt die Änderbarkeit der Wärmekapazität des Arbeitsfluides.
    • Erster Hauptsatz der Thermodynamik: ΔW = ΔU - ΔQ
    • Carnot-Wirkungsgrad: ηC = 1 - Tk/Tw
    • Wirkungsgrad Wärmekraftmaschine: η = W/Qzu
  • Dabei ist ΔQ die Differenz zwischen der zugeführten Wärme und der abgeleiteten Wärme. Die Änderung der inneren Energie wird mit ΔU beschrieben. Die nutzbare Arbeit ist W.
  • Bei Carnot wird ΔU = ΔT gesetzt. Es ist jedoch zu beachten, dass ΔU im gleichen Maße von der Wärmekapazität c wie von der Temperatur T abhängig ist.
  • Bei realen Wärmekraftmaschinen mit geringen Temperaturunterschieden wird die Leistung hauptsächlich durch den möglichen Wärmeübergang vom warmen Potential in das Arbeitsfluid bestimmt und der thermische Wirkungsgrad durch die Abwärme an die Umgebung. Der Carnot-Wirkungsgrad kann dabei als Orientierung dienen, ist aber keine physikalische Grenze.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, dass je weniger Wärme, bei gleicher Leistung P, an die Umwelt abgegeben wird, desto größer ist der thermische Wirkungsgrad. Um das zu erreichen, sind hohe Temperaturen nicht geeignet.
  • Das Verhalten von realen Gasen im Vergleich zu idealen Gasen ist nicht grundsätzlich negativ bezüglich des thermischen Wirkungsgrades. Bei idealen Gasen wird das Verhältnis von isochorer zu isobarer Wärmekapazität als konstant vorausgesetzt. Damit ist der Wirkungsgrad ausschließlich von der Temperaturdifferenz abhängig. Bei der Verwendung von realen Stoffeigenschaften ergibt sich bei der Berechnung des Wirkungsgrades zumeist ein viel ungünstigerer Wert als bei Carnot. Es ist aber möglich, mittels Wärmetauscher, Wärmespeicher und gezielter Isolation die ungünstigen Bereiche der realen Gase von den Peripheriestellen fernzuhalten.
  • Die thermodynamischen Kreisprozesse werden am Laufen gehalten, indem dem warmen Arbeitsfluid Wärme hinzugefügt und dem kalten Arbeitsfluid Wärme entzogen wird. Je geringer die Wärmekapazität des Arbeitsfluides zu den Zeitpunkten der Wärmezufuhr und Wärmeableitung im Vergleich zu den anderen im System befindlichen Wärmekapazitäten des Fluides ist, desto größer ist der thermische Wirkungsgrad.
  • Das neuartige Verfahren ist bei allen Bauarten von Wärmekraftmaschinen anwendbar, die für die Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie mit geringen Temperaturunterschieden arbeiten. Als Voraussetzung ist hierbei zu nennen, dass eine signifikante Änderbarkeit der Wärmekapazität des verwendeten Arbeitsfluides zwischen den zur Verfügung stehenden Temperaturpotentialen vorliegt.
  • Die Wärmekapazität eines Arbeitsfluides ist für jede Zustandsänderung mittels ΔU und ΔW ermittelbar.
  • Die isobare Wärmekapazität am Beispiel von Kohlenstoffdioxid bei einer Temperatur von 32 °C und einem Druck von 75,5 bar ist ca. 90-mal größer als die isochore Wärmekapazität. Die Abweichung zum idealen Gas beträgt bei dieser Konstellation über 7000 Prozent und ist mit realen Anlagen, trotz Reibungs- und Strömungsverlusten, anwendbar.
  • In der nachfolgenden Figur 2 sind die entsprechenden Messergebnisse dargestellt.
  • Das neue Verfahren wird am Beispiel von Kohlenstoffdioxid beschrieben. Kohlenstoffdioxid hat den Vorteil, dass dessen kritischer Punkt in der Nähe der Umgebungstemperatur liegt. In der Nähe des kritischen Punktes eines Arbeitsfluides zeigen sich deutlich höhere Wärmekapazitäten. Das betrifft nicht nur die isobare- und isochore Wärmekapazität, sondern auch die Wärmekapazitäten bei allen anderen Zustandsänderungen. Figur 1 zeigt den Verlauf der isobaren Wärmekapazität cp von Kohlenstoffdioxid in Abhängigkeit von Druck und Temperatur.
  • Unter Ausnutzung der Änderbarkeit der Wärmekapazität ist in einem bestimmten Temperaturbereich ein deutlich höherer Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine erreichbar, als es im Allgemeinen durch den Carnot'schen Wirkungsgrad beschrieben wird. Eine erhöhte Wärmekapazität führt auch zu einer erhöhten Arbeitsfähigkeit des Arbeitsfluides, wie die Messwerte in Figur 4 zeigen. Die Druck- oder Volumenänderungen sind bei gleicher Temperaturdifferenz größer.
  • Das Diagramm in Figur 3 verdeutlicht das Verhältnis von Wärmekapazität bei konstantem Druck cp zu der Wärmekapazität bei konstantem Volumen cv am Beispiel von Kohlenstoffdioxid im Druckbereich von 30 bar bis 110 bar und im Temperaturbereich von 28 °C bis 34 °C. Bei idealen Gasen wird dieses Verhältnis der Wärmekapazitäten von cp zu cv als konstant vorausgesetzt.
  • Die Figur 5 zeigt einen Kreisprozess mit Wärmetauscher. Dabei ist ein Zylinder 1 dargestellt, der im oberen Abschnitt mit dem Warmbereich 8 und im unteren Abschnitt mit dem Kaltbereich 5 verbunden ist. Das Zylindervolumen wird durch den Kolben 2 begrenzt. Innerhalb des Zylinders 1 befinden sich das Arbeitsfluid 4, der Wärmetauscher 7 und der Isolator 10. Die Temperatur des Arbeitsfluides 4 ist bei diesem Prozess nicht homogen. Im oberen Abschnitt ist es wärmer als im unteren.
  • Im ersten Schritt erfolgt die Expansion. Dabei bewegt sich der aufgeheizte Wärmetauscher 7 nach unten in den Kaltbereich des Arbeitsfluides 4. Der Wärmetauscher 7 gibt dabei Wärme an das Arbeitsfluid 4 ab, und der Druck des Arbeitsfluides steigt. Die Geschwindigkeit der Wärmeabgabe wird von der Größe der inneren Oberfläche des Wärmetauschers 7 bestimmt. Der Wärmetauscher 7 fungiert gleichzeitig als Verdrängerkolben. Der Kolben 2 bewegt sich bei möglichst hohem Druck nach oben. Die notwendige Wärme kommt dabei hauptsächlich aus dem Wärmetauscher 7, dessen Wärmekapazität größer als die des Arbeitsfluides 4 ist.
  • Im zweiten Schritt erfolgt die isochore Abkühlung. Der Kolben 2 bleibt an seiner Position. Der Wärmetauscher 7 bewegt sich zusammen mit dem Isolator 10 nach oben und verdrängt einen Anteil des Arbeitsfluides 4 in den Kaltbereich 5. Der größere Masseanteil des Arbeitsfluides 4 befindet sich dann im Kaltbereich 5, da der im Warmbereich 8 verbliebene Anteil eine geringere Dichte aufweist. Durch die Abkühlung bei konstantem Volumen ist die Wärmekapazität des Arbeitsfluides gering und die Abwärme an den Kaltbereich 5 ist entsprechend klein. Der Warmbereich 8 ist teilweise isoliert. Der Druck des Arbeitsfluides 4 fällt auf den niedrigsten Wert des gesamten Kreisprozesses.
  • Der dritte Schritt beinhaltet die Isolierung des Kaltbereichs 5. Der Isolator 10 bewegt sich nach unten.
  • Im vierten Schritt wird das Arbeitsfluid 4 komprimiert. Der Kolben 2 bewegt sich nach unten in die Startposition von Schritt Eins. Den Hauptanteil der Kompressionswärme nimmt der Wärmetauscher 7 auf. Eine teilweise Erwärmung des sich im unteren Abschnitt befindlichen Arbeitsfluides 4 lässt sich bei dieser Anordnung nicht vermeiden. Maßgeblich für die Leistung dieses Kreisprozesses ist der Wärmeübergang vom Warmbereich 8 in das Arbeitsfluid 4.
  • Der Wärmeübergang erfolgt in allen vier Arbeitsschritten. Bei der Verwendung von Kohlenstoffdioxid als Arbeitsfluid 4 ist eine Temperatur von 50 °C für den Warmbereich 8 und eine Temperatur von 20 °C für den Kaltbereich 5 ausreichend. Der optimale Druckbereich liegt dann zwischen 60 bar und 100 bar.
  • An einem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel, nach Figur 6, wird Kohlenstoffdioxid als Arbeitsfluid 64 mittels Kolben 62, 63 vom oberen, warmen Bereich eines Zylinders 61 durch einen Wärmetauscher in den unteren kalten Bereich verschoben und umgekehrt. Die Kolben 62, 63 werden dabei durch Exzenterwellen 68, 69 angetrieben, deren Exzenter ca. 120° zueinander versetzt sind. Zum Erwärmen des oberen Teils des Zylinders 61 wird Warmwasser am Warmwasserzulauf 71 rücklauftemperaturgesteuert eingeleitet, über die Wärmezufuhr 72 um den Zylinder 61 mehrmals herumgeführt und am Warmwasserrücklauf 73 abgeleitet. Analog dazu geschieht die Kühlung des unteren Bereiches des Zylinders 61 mit dem Kaltwasserzulauf 74, der Wärmeableitung 75 und dem Kaltwasserrücklauf 76. Durch die Druckänderung des Arbeitsfluides 64 innerhalb des Zylinders 61 wird durch die Exzenterwellen 68, 69 ein Drehmoment generiert. Das Drehmoment wird über das Getriebe 77 an die Generatorwelle 78 übertragen. Das Funktionsprinzip ist gleich dem mittels Figur 5 dargestellten Kreisprozess. Auf Grund der geringen Umlaufzeiten kann auf die Isolierung der Wärmeableitung 75 verzichtet werden.
  • Durch die Verwendung von mindestens drei Zylindern 61, wie dargestellt, ist die Anlage selbststartend.
  • Die größte Wärmeänderung des Arbeitsfluides 64 findet innerhalb des Wärmetauschers 67 statt. Der Wärmetauscher 67 kann dazu beispielsweise aus porösem Aluminium gefertigt sein. Bei porösem Aluminium ist ein Verhältnis von äußerem Volumen zu innerer Oberfläche größer als 1:10000 m3/m2 möglich, und es weist einen relativ guten Durchströmbarkeitskoeffizienten auf.
  • Im Bereich des Wärmetauschers 67 besitzt das Arbeitsfluid 64 die größte Wärmekapazität. Die bei der Expansion dem Wärmetauscher 67 entzogene Wärme wird teilweise bei der Kompression des Arbeitsfluides 64 wieder an den Wärmetauscher 67 abgegeben.
  • Die Anlage arbeitet nach dem Stirlingprinzip. Erfindungsgemäß erfolgt die Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie hauptsächlich innerhalb des Wärmetauschers 67 und die Wärmekapazität des Arbeitsfluides 64 ist in den Bereichen der Wärmezufuhr 72 und Wärmeableitung 75 deutlich reduziert.
  • Der beschriebene Kreisprozess in einer Wärmekraftmaschine erfolgte am Beispiel von Kohlenstoffdioxid, weil dieses eine besonders hohe Volumenarbeit im Bereich der natürlichen Umgebungstemperatur umsetzen kann. Für das Verfahren wurden weitere Gase auf ihre Verwendbarkeit untersucht. Dabei wurden für die nachfolgend genannten Gase materialspezifische Temperaturbereiche festgestellt, in denen eine besonders hohe Volumenarbeit möglich ist:
    Äthen ca. 8°C - 12°C
    Xenon ca. 15°C - 19°C
    Kohlenstoffdioxid ca. 30°C - 34°C
    Propan ca. 90°C - 96°C
    Propen ca. 98°C - 108°C
  • Eine Übersicht über die materialspezifischen Volumenarbeiten gibt Figur 7. Daraus wird deutlich, welches Fluid für den jeweiligen Temperaturbereich geeignet ist und welche Volumenarbeit bei dem entsprechenden Arbeitsdruck erreicht werden kann.
  • Auf Grund der materialspezifischen Temperaturbereiche ist die Wärmekraftmaschine temperaturgesteuert, so dass der Bereich mit größter verfügbarer Volumenarbeit ausgenutzt wird. Unter Ausnutzung einer optimalen Temperatursteuerung können bereits geringste Temperaturunterschiede zwischen Warmbereich 8 und Kaltbereich 5 von 4°C bis 10°C verwendet werden, um die zugeführte Wärme über eine Drehbewegung in mechanische Energie umzuwandeln.
  • Die Figuren 8 und 9 zeigen ein erweitertes Ausführungsbeispiel. Durch das Einleiten von warmen Fluid, zum Beispiel Wasser mit einer Temperatur von 80 °C, in den Zulauf warm 90, wird der obere Teil des Gehäuses 80 und das darin befindliche Arbeitsfluid erwärmt. In Abhängigkeit von der Kolbenstellung von Arbeitskolben 81 und Steuerkolben 82 befindet sich mehr oder weniger Arbeitsfluid im warmen Bereich. Das bewirkt einen Druckunterschied zwischen der linken und der rechten Seite der Kolben 81, 82 und eine axiale Kraft. Im Inneren der Kolben befindet sich die Laufrolle 94, die über das Laufrollenlager 83 an der Exzenterwelle 85 die Kolbenkraft in ein Drehmoment wandelt. Das dargestellte Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 und Figur 9 ist mit 2 Exzenterwellen 85 ausgestattet, deren 3 Exzenter 86 jeweils 120° zu einander versetzt sind. Der Versatz Arbeitskolben 81 zu Steuerkolben 82 kann über das Getriebe 99 reguliert werden. Die Kolbenbewegung führt zu einer Strömung des Arbeitsfluides vom oberen warmen Bereich des Gehäuses 80, über den Wärmetauscher 84 in den unteren kalten Bereich des Gehäuses 80, beziehungsweise entgegengesetzt. Der Wärmetauscher 84 besteht im Ausführungsbeispiel aus Aluminiumkugeln, die mittels Sieb 88 von den Zylinderbereichen getrennt sind. Um die Temperaturdifferenz des oberen Bereiches zum unteren Bereich aufrecht zu erhalten, ist ein Rohranschluss Zulauf kalt 93 vorgesehen, über den, zum Beispiel kaltes Wasser durch den unteren Bereich des Gehäuses 80 geleitetet wird. Die Wärmeisolation 89 reduziert den ungewollten Wärmeübergang vom oberen warmen Bereich des Gehäuses 80 in den unteren kalten Bereich. Dichtringe an den Kolben verhindern ein Austreten des Arbeitsgases.
  • Wird als Arbeitsfluid überkritisches CO2 verwendet, dann ist ein Betriebsdruck größer 74 bar einzustellen, um Kondensation und Verdampfung zu vermeiden. Der optimale Betriebsdruck kann durch Zugabe eines weiteren Gases, beispielsweise Helium, oder eines Gasgemisches, beispielsweise Luft, zum Arbeitsmedium reguliert werden.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Zylinder
    2
    Kolben
    4
    Arbeitsfluid
    5
    Kaltbereich
    7
    Wärmetauscher
    8
    Warmbereich
    10
    Isolator
    11
    Zylinder
    12
    Kolben
    13
    Arretierungsbolzen
    14
    Arbeitsfluid
    15
    Kolbenfläche
    16
    Druck
    17
    Niederhaltekraft
    61
    Zylinder
    62
    Kolben
    63
    Kolben
    64
    Kohlenstoffdioxid als Arbeitsfluid
    67
    Wärmetauscher
    68
    Exzenterwellen
    69
    Exzenterwellen
    71
    Warmwasserzulauf
    72
    Wärmezufuhr
    73
    Warmwasserrücklauf
    74
    Kaltwasserzulauf
    75
    Wärmeableitung
    76
    Kaltwasserrücklauf
    77
    Getriebe
    78
    Generatorwelle
    80
    Gehäuse
    81
    Arbeitskolben
    82
    Steuerkolben
    83
    Laufrollenlager
    84
    Wärmetauscher
    85
    Exzenterwelle
    86
    Mittelpunkt Exzenter
    87
    Drehpunkt Welle
    88
    Sieb
    89
    Wärmeisolation
    90
    Zulauf warm
    91
    Rücklauf warm
    92
    Rücklauf kalt
    93
    Zulauf kalt
    94
    Laufrolle
    98
    Abtriebswelle
    99
    Getriebe
    101
    Lager Exzenterwelle
    102
    Zuganker
    103
    Verbindungsrohr
    Formelzeichen
    • F
    Kraft
    P
    Leistung
    Q
    Wärme
    T
    Temperatur
    U
    innere Energie
    V
    Volumen
    W
    Arbeit
    c
    Wärmekapazität
    p
    Druck
    Δ
    Differenz
    Indexe
    • ab
    abgeleitet
    zu
    zugeführt

Claims (1)

  1. Das Verfahren zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie mittels Wärmekraftmaschine unter Nutzung geringster Temperaturdifferenzen ist dadurch gekennzeichnet, dass eine gezielte Anpassung der Wärmekapazität (c) des verwendeten Arbeitsfluides durchgeführt wird, wobei ein materialspezifischer Arbeitsbereich, abhängig von Temperatur und spezifischen Druck, in einer Wärmekraftmaschine genutzt wird, der eine überdurchschnittliche Volumenarbeit des Arbeitsmediums zulässt, wobei die Warmseite die obere Temperaturgrenze und die Kaltseite die untere Temperaturgrenze des eingesetzten Arbeitsmediums annehmen und die zugeführte Wärme über eine Drehbewegung in mechanische Energie umgewandelt wird, welche zum Antrieb von Maschinen oder Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet werden können.
EP18401095.7A 2017-11-21 2018-11-20 Verfahren zur ausnutzung geringer temperaturdifferenzen zum betreiben von wärmekraftmaschinen, die für die umwandlung von wärmeenergie in mechanische energie ausgeführt sind Pending EP3486473A1 (de)

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DE102017127402.2A DE102017127402A1 (de) 2017-11-21 2017-11-21 Verfahren zur Ausnutzung geringer Temperaturdifferenzen zum Betreiben von Wärmekraftmaschinen, die für die Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie ausgeführt sind

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011017745A1 (en) * 2009-08-10 2011-02-17 Graphite Energy N.V. Release of stored heat energy to do useful work
CN102797589A (zh) * 2012-09-05 2012-11-28 哈尔滨翔凯科技发展有限公司 超临界流体式外燃热机
US20170211550A1 (en) * 2015-06-03 2017-07-27 Tsinghua University Combined power generation system based on geothermal energy and solar energy and power generation method thereof
WO2018062627A1 (ko) * 2016-09-29 2018-04-05 한국과학기술원 초임계 유체를 이용한 스털링 엔진

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011017745A1 (en) * 2009-08-10 2011-02-17 Graphite Energy N.V. Release of stored heat energy to do useful work
CN102797589A (zh) * 2012-09-05 2012-11-28 哈尔滨翔凯科技发展有限公司 超临界流体式外燃热机
US20170211550A1 (en) * 2015-06-03 2017-07-27 Tsinghua University Combined power generation system based on geothermal energy and solar energy and power generation method thereof
WO2018062627A1 (ko) * 2016-09-29 2018-04-05 한국과학기술원 초임계 유체를 이용한 스털링 엔진

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