EP3922813A1

EP3922813A1 - Schraubenexpander und anlage zur gewinnung elektrischer energie aus wärme mit einem schraubenexpander

Info

Publication number: EP3922813A1
Application number: EP21177190.2A
Authority: EP
Inventors: Marcus Blumhardt
Original assignee: Bitzer Kuehlmaschinenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Bitzer Kuehlmaschinenbau GmbH and Co KG
Priority date: 2020-06-10
Filing date: 2021-06-01
Publication date: 2021-12-15
Also published as: CN113775379A; DE102020115442A1; US20210388834A1

Abstract

Um einem Schraubenexpander umfassend ein Expandergehäuse mit einem in diesem angeordneten Schraubenläuferraum, zwei in dem Schraubenläuferraum angeordnete und in dem Expandergehäuse drehbar gelagerte Schraubenläufer, die mit ihren Schraubenkonturen ineinandergreifen um über einen im Expandergehäuse angeordneten Hochdruckraum zugeführtes Arbeitsmedium aufzunehmen und im Bereich eines im Expandergehäuse angeordneten Niederdruckraums abzugeben, und einen durch die Schraubenläufer angetriebenen Generator an unterschiedliche Betriebszustände anpassen zu können, wird vorgeschlagen, dass der Schraubenexpander mindestens einen in einem Schieberkanal des Expandergehäuses angeordneten und an beide Schraubenläufer mit Schieberwandflächen angrenzenden Steuerschieber aufweist, welcher in einer Verschieberichtung parallel zu den Schraubenläuferachsen bewegbar und dadurch das Endvolumen und/oder das Anfangsvolumen beeinflussend ausgebildet ist, und dass ein Schieberantrieb zur Bewegung des Steuerschiebers in unterschiedliche Schieberpositionen vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schraubenexpander, umfassend ein Expandergehäuse mit einem in diesem angeordneten Schraubenläuferraum, zwei in dem Schraubenläuferraum angeordnete und in dem Expandergehäuse jeweils um eine Schraubenläuferachse drehbar gelagerte Schraubenläufer, die mit ihren Schraubenkonturen ineinandergreifen und jeweils mit an diese angrenzenden und diese teilweise umschließenden Wandflächen zusammenwirken, um über einen im Expandergehäuse angeordneten Hochdruckraum zugeführtes Arbeitsmedium, insbesondere gasförmiges Arbeitsmedium, aufzunehmen und im Bereich eines im Expandergehäuse angeordneten Niederdruckraums abzugeben, wobei das insbesondere gasförmige Arbeitsmedium in zwischen den Schraubenkonturen und an diesen angrenzenden Wandflächen gebildeten Expansionskammern bei Hochdruck mit einem Anfangsvolumen eingeschlossen und auf ein Endvolumen bei Niederdruck expandiert wird und einen durch die Schraubenläufer angetriebenen insbesondere elektrischen Generator.
Bei derartigen Schraubenexpandern besteht das Problem darin, das durch das Anfangsvolumen und das Endvolumen definierte Volumenverhältnis an unterschiedliche Betriebszustände anzupassen.
Diese Aufgabe wird bei einem Schraubenexpander der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Schraubenexpander mindestens einen in einem Schieberkanal des Expandergehäuses angeordneten und an beide Schraubenläufer mit Schieberwandflächen angrenzenden Steuerschieber aufweist, welcher in einer Verschieberichtung parallel zu den Schraubenläuferachsen bewegbar und dadurch das Endvolumen und/oder das Anfangsvolumen beeinflussend ausgebildet ist, und dass ein Schieberantrieb zur Bewegung des Steuerschiebers in unterschiedliche Schieberpositionen vorgesehen ist.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist damit darin zu sehen, dass sich das Volumenverhältnis des Schraubenexpanders damit an verschiedene Betriebsbedingungen beim Einsatz desselben, beispielsweise in einem Kreislauf des Arbeitsmediums in einem Kreisprozess, anpassen lässt.
Prinzipiell arbeitet ein derartiger Schraubenexpander mit einem in Verschieberichtung bewegbaren Steuerschieber, mit welchem die verschiedenen Schieberpositionen und somit verschiedene Volumenverhältnisse einstellbar sind.
Alternativ ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Schraubenexpander zwei Steuerschieber aufweist, wobei ein erster Steuerschieber das Anfangsvolumen beeinflussend und ein zweiter Steuerschieber das Endvolumen beeinflussend ausgebildet ist.
Ein erfindungsgemäß eingesetzter Expander ist beispielsweise ein offener Expander mit einem extern angeschlossenen Generator oder ein halbhermetischer Expander mit einem integrierten Generator.
Darüber hinaus ist vorzugsweise eine Steuerung vorgesehen, welche den Schieberantrieb für den jeweiligen Steuerschieber zur Einstellung eines für die Expansion des Arbeitsmediums geeigneten Volumenverhältnisses, gebildet aus Endvolumen dividiert durch Anfangsvolumen, ansteuert.
Die Steuerung kann dabei nach unterschiedlichen Vorgaben arbeiten.
Eine einfache Möglichkeit sieht vor, dass die Steuerung den Hochdruck und den Niederdruck mittels jeweils einem hochdruckseitig und einem niederdruckseitig einer Anlage zur Expansion von Arbeitsmedium oder eines Expanders angeordneten, beispielsweise einem expanderseitigen Hochdruckanschluss und einem Niederdruckanschluss zugeordneten, Sensor erfasst und daraus ein Druckverhältnis von Hochdruck zu Niederdruck ermittelt.
Bereits bei Ermittlung des Druckverhältnisses von Hochdruck zu Niederdruck sind ausreichende Anpassungen der Schieberpositionen des mindestens einen Steuerschiebers oder der beiden Steuerschieber mittels der Steuerung realisierbar.
Dabei kann die Steuerung nach unterschiedlichen Kriterien arbeiten.
Eine besonders einfache Lösung sieht vor, dass die Steuerung durch Ansteuerung des jeweiligen Schieberantriebs den jeweiligen Steuerschieber entsprechend dem Überschreiten oder Unterschreiten von mindestens einem vorgegebenen Grenzwert für das Druckverhältnis von Hochdruck zu Niederdruck positioniert.
Das heißt, dass bereits mit einem vorgegebenen Grenzwert die Möglichkeit besteht, mittels der Steuerung die Steuerschieber in unterschiedliche Schieberpositionen zu bewegen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Steuerung bei Unterschreiten des mindestens einen Grenzwerts den mindestens einen Steuerschieber in eine Position mit reduziertem Volumenverhältnis des Endvolumens zum Anfangsvolumen bewegt.
Außerdem ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Steuerung bei Überschreiten des mindestens einen Grenzwerts den mindestens einen Steuerschieber in eine Position mit einem größeren Volumenverhältnis des Endvolumens zum Anfangsvolumen bewegt.
Im einfachsten Fall entspricht dabei eine Schieberposition einem größeren, beispielsweise maximalen Volumenverhältnis und eine andere Schieberposition einem kleineren, beispielsweise reduzierten, insbesondere einem minimalen, Volumenverhältnis, wobei die Schieberposition für das größere Volumenverhältnis bei Werten für das Druckverhältnis eingesetzt wird, die über dem vorgegebenen Grenzwert liegen und die Schieberposition für das kleinere Volumenverhältnis oder sogar das minimale Verhältnis eingesetzt wird, bei Werten des Druckverhältnisses, die unter dem Grenzwert liegen.
Noch vorteilhafter ist es jedoch, wenn die Steuerung den Steuerschieber entsprechend dem Überschreiten oder Unterschreiten mehrerer Grenzwerte für das Druckverhältnis positioniert.
In diesem Fall besteht die Möglichkeit, einen ersten Grenzwert für das Druckverhältnis festzulegen, bei dessen Überschreiten die Schieberposition für das maximale Volumenverhältnis eingestellt wird und bei dessen Unterschreiten Schieberpositionen für reduzierte Volumenverhältnisse eingestellt werden, wobei zwischen verschiedenen reduzierten Volumenverhältnissen ebenfalls noch eine Differenzierung durch weitere Grenzwerte für das Druckverhältnis erfolgen kann, so dass beispielsweise bei mindestens einem weiteren Grenzwert für das Druckverhältnis noch eine Differenzierung zwischen einer Schieberposition für ein höheres reduziertes Volumenverhältnis im Gegensatz zu einer Schieberposition für das niedrigste reduzierte Volumenverhältnis möglich ist.
Hinsichtlich der weiteren Funktion der Steuerung sind die unterschiedlichsten Möglichkeiten denkbar.
So sieht eine einfache Lösung vor, dass die Steuerung den jeweiligen Steuerschieber in vordefinierten Volumenverhältnissen entsprechende Schieberpositionen bewegt.
Dies können zwei verschiedene vordefinierte Schieberpositionen oder mehrere vordefinierte Schieberpositionen sein.
Bei dieser Lösung werden somit vordefinierte, also vorgegebene, Schieberpositionen eingenommen, und dann durch die Steuerung im Zusammenwirken mit den dem jeweiligen Schieberantrieb gehalten.
Alternativ dazu ist vorgesehen, dass die Steuerung den jeweiligen Steuerschieber lagegeregelt bewegt, das heißt in beliebige Schieberpositionen, die durch den Schraubenexpander realisierbar sind, bewegen kann, so dass eine im Rahmen der konstruktiven Möglichkeiten des Schraubenexpanders optimale Ausnutzung von dessen Expansionsmöglichkeiten gegeben ist.
Insbesondere ist es im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen, dass die Steuerung unter Berücksichtigung von mindestens einem oder mehreren der Parameter, wie Druckniveau bei Niederdruck, Druckniveau bei Hochdruck, Temperatur des gasförmigen Mediums bei Hochdruck und Niederdruck, Drehzahl der Schraubenläufer, Leistungsaufnahmeparameter des gasförmigen Arbeitsmediums, insbesondere des Kältemittels, Einsatz Grenzwerte des Schraubenexpanders die Positionen der Steuerschieber ermittelt.
Darüber hinaus ist bei der erfindungsgemäßen Lösung vorzugsweise eine Positionserfassungseinheit für den mindestens einen Steuerschieber vorgesehen.
Beispielsweise umfasst die Positionserfassungseinheit ein mit den Positionen des mindestens einen Steuerschiebers gekoppeltes Positionsanzeigeelement, wobei das mindestens eine Positionsanzeigeelement mit einem Detektorelement zusammenwirkt, und wobei das Detektorelement mit einer Auswerteeinheit gekoppelt ist, die die Positionen des Positionsanzeigeelements erfasst.
Im einfachsten Fall ist dabei vorgesehen, dass das mindestens eine Positionsanzeigeelement parallel zu der Verschieberichtung des mindestens einen Steuerschiebers zusammen mit diesem bewegbar ist, insbesondere starr mit dem Steuerschieber gekoppelt ist.
Im Fall von zwei Steuerschiebern ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Positionserfassungseinheit für die beiden Steuerschieber ein mit dem ersten Steuerschieber gekoppeltes erstes Positionsanzeigeelement und ein mit dem zweiten Steuerschieber gekoppeltes zweites Positionsanzeigeelement umfasst und dass beide Positionsanzeigeelemente mit einem gemeinsamen Detektorelement zusammenwirken.
In diesem Fall ist dabei das gemeinsame Detektorelement mit der Auswerteeinheit in der Lage, die Positionen beider Positionsanzeigeelemente zu erfassen.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das Detektorelement sich parallel zur Verschieberichtung des mindestens einen Steuerschiebers erstreckt, längs welchem das Positionsanzeigeelement bewegbar ist.
Besonders im Fall zweier Steuerschieber ist vorgesehen, dass das Detektorelement sich parallel zur Verschieberichtung des ersten und zweiten Steuerschiebers erstreckt und längs welchem die Positionsanzeigeelemente beim Bewegen der Steuerschieber bewegbar sind.
Hinsichtlich der Anordnung der Positionserfassungseinheit wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die Positionserfassungseinheit in einem innerhalb des Expandergehäuses parallel zur Verschieberichtung verlaufenden Detektorkanal angeordnet ist.
Ferner ist ebenfalls vorgesehen, dass das jeweilige Positionsanzeigeelement in dem Detektorkanal angeordnet ist.
Eine besonders günstige Lösung sieht vor, dass das jeweilige Positionsanzeigeelement berührungslos mit dem Detektorelement zusammenwirkt.
Zur Erfassung der Position des mindestens einen Steuerschiebers ist es beispielsweise dann, wenn dieser durch einen Spindelantrieb mit einem Elektromotor angetrieben ist, ebenfalls denkbar, die Drehstellungen und/oder Umdrehungen des Elektromotors bei der Positionierung des Steuerschieber zu erfassen und aus diesen die Position des Steuerschiebers zu ermitteln.
Hinsichtlich der konstruktiven Ausbildung des Schraubenexpanders, insbesondere im Falle zweier Steuerschieber wurden bislang keine weiteren Details angegeben.
So ist vorzugsweise vorgesehen, dass der erste Steuerschieber und der zweite Steuerschieber in der Verschieberichtung derselben hintereinander angeordnet sind.
Ferner ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass der erste Steuerschieber und der zweite Steuerschieber eine identische Außenkontur aufweisen.
Darüber hinaus ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass der erste Steuerschieber und der zweite Steuerschieber in einer Verbundstellung unmittelbar aneinander anschließend positionierbar und gemeinsam in der Verschieberichtung bewegbar sind.
Ferner ist vorgesehen, dass der erste und der zweite Steuerschieber in einer Trennstellung im Abstand voneinander unter Bildung eines Zwischenraums positionierbar sind.
Hinsichtlich der Ausbildung des jeweiligen Schieberantriebs für den Steuerschieber wurden im Zusammenhang mit den bisherigen Ausführungen keine näheren Angaben gemacht.
So ist vorzugsweise vorgesehen, dass der erste Steuerschieber starr mit einem Kolben einer den ersten Schieberantrieb bildenden Zylinderanordnung zur Bewegung des Steuerschiebers verbunden ist.
Ferner sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass der zweite Steuerschieber starr mit einem Kolben einer den zweiten Schieberantrieb bildenden Zylinderanordnung zur Bewegung des zweiten Steuerschiebers gekoppelt ist.
Alternativ zum Vorsehen von Zylinderanordnungen als Schieberantrieb, sieht eine weitere vorteilhafte Lösung einen durch einen Motor, insbesondere einen Elektromotor, angetriebenen Spindelantrieb als Schieberantrieb vor.
Zweckmäßigerweise erfolgt eine Speisung des Elektromotors beispielsweise durch den zur Erzeugung der elektrischen Energie vorgesehenen Generator oder durch einen Hilfsgenerator, der mit einem der Schraubenläufer gekoppelt ist.
Es ist aber auch denkbar, den Elektromotor aus dem Netz zu speisen, in welches die vom elektrischen Generator erzeugte Energie eingekoppelt wird.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Anlage zur Gewinnung elektrischer Energie aus Wärme, umfassend einen Kreisprozess, in welchem ein in einem Kreislauf geführtes Arbeitsmedium ausgehend vom kondensierten Zustand verdichtet, durch Zufuhr von Wärme verdampft, in einer Expansionsanlage expandiert und nachfolgend durch Abfuhr von Wärme kondensiert wird, wobei die Expansionsanlage zur Expansion des Arbeitsmediums mindestens einen Schraubenexpander nach einem der voranstehenden Merkmale aufweist.
Die vorstehende Beschreibung erfindungsgemäßer Lösungen umfasst somit insbesondere die durch die nachfolgenden durchnummerierten Ausführungsformen definierten verschiedenen Merkmalskombinationen:

1. Schraubenexpander (10) umfassend ein Expandergehäuse (12) mit einem in diesem angeordneten Schraubenläuferraum (18), zwei in dem Schraubenläuferraum (18) angeordnete und in dem Expandergehäuse (12) jeweils um eine Schraubenläuferachse (22, 24) drehbar gelagerte Schraubenläufer (26, 28), die mit ihren Schraubenkonturen (32, 34) ineinandergreifen und jeweils mit an diese angrenzenden und diese teilweise umschließenden Wandflächen (36, 38) zusammenwirken, um über einen im Expandergehäuse (12) angeordneten Hochdruckraum (44) zugeführtes Arbeitsmedium aufzunehmen und im Bereich eines im Expandergehäuse (12) angeordneten Niederdruckraums (42) abzugeben, wobei das gasförmige Arbeitsmedium in zwischen den Schraubenkonturen (32, 34) und an diesen angrenzenden Wandflächen (36, 38) gebildeten Expansionskammern bei Hochdruck (PH) mit einem Anfangsvolumen eingeschlossen und auf ein Endvolumen bei Niederdruck (PN) expandiert wird, und einen durch die Schraubenläufer (52, 54) angetriebenen Generator (30), wobei der Schraubenexpander (10) mindestens einen in einem Schieberkanal (56) des Expandergehäuses (12) angeordneten und an beide Schraubenläufer (26, 28) mit Schieberwandflächen (62, 64) angrenzenden Steuerschieber (52, 52', 54) aufweist, welcher in einer Verschieberichtung (72) parallel zu den Schraubenläuferachsen (22, 24) bewegbar und dadurch das Endvolumen und/oder das Anfangsvolumen beeinflussend ausgebildet ist, und dass ein Schieberantrieb (112, 132, 113) zur Bewegung des Steuerschiebers (52, 52', 54) in unterschiedliche Schieberpositionen vorgesehen ist.
2. Schraubenexpander nach Ausführungsform 1, wobei der Schraubenexpander (10) zwei Steuerschieber (52, 54) aufweist, wobei ein erster Steuerschieber (52) das Anfangsvolumen beeinflussend und ein zweiter Steuerschieber (54) das Endvolumen beeinflussend ausgebildet ist.
3. Schraubenexpander nach Ausführungsform 1 oder 2, wobei eine Steuerung (218) vorgesehen ist, welche den Schieberantrieb (112, 132) für den jeweiligen Steuerschieber (52, 52', 54) zur Einstellung eines für die Expansion des Arbeitsmediums geeigneten Volumenverhältnisses (V_i), gebildet aus Endvolumen dividiert durch Anfangsvolumen, ansteuert.
4. Schraubenexpander nach Ausführungsform 3, wobei die Steuerung (218) den Hochdruck (PH) und den Niederdruck (PN) mittels jeweils einem einem hochdruckseitig und einem niederdruckseitig angeordneten Sensor (SPH, SPN) erfasst und daraus ein Druckverhältnis (PV) von Hochdruck (PH) zu Niederdruck (PN) ermittelt.
5. Schraubenexpander nach Ausführungsform 3 oder 4, wobei die Steuerung (218) durch Ansteuerung des jeweiligen Schieberantriebs (112, 132, 113) den jeweiligen Steuerschieber (52, 52', 54) entsprechend dem Überschreiten oder Unterschreiten von mindestens einem vorgegebenen Grenzwert (G₁) für das Druckverhältnis (PV) von Hochdruck (PH) zu Niederdruck (PN) positioniert.
6. Schraubenexpander nach Ausführungsform 5, wobei die Steuerung (218) bei Unterschreiten des mindestens einen Grenzwerts (G₁) den mindestens einen Steuerschieber (52, 52', 54) in eine Position mit kleinerem Volumenverhältnis (V₁) des Endvolumens zum Anfangsvolumen bewegt.
7. Schraubenexpander nach Ausführungsform 5 oder 6, wobei die Steuerung (218) bei Überschreiten des mindestens einen Grenzwerts (G₁) den mindestens einen Steuerschieber (52, 52', 54) in eine Position mit einem größeren Volumenverhältnis (V_i) des Endvolumens zum Anfangsvolumen bewegt.
8. Schraubenexpander nach einer der Ausführungsformen 5 bis 7, wobei die Steuerung (218) den Steuerschieber (52, 52', 54) entsprechend dem Überschreiten oder Unterschreiten mehrerer Grenzwerte (G₁, G_w) für das Druckverhältnis (PV) positioniert.
9. Schraubenexpander nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei die Steuerung (218) den jeweiligen Steuerschieber (52, 52', 54) in vordefinierten Volumenverhältnissen (V_i) entsprechende Schieberpositionen bewegt.
10. Schraubenexpander nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei die Steuerung (218) den jeweiligen Steuerschieber (52, 52', 54) lagegeregelt positioniert.
11. Schraubenexpander nach einer der Ausführungsformen 3 bis 10, wobei die Steuerung (218) unter Berücksichtigung von mindestens einem oder mehreren der Parameter, wie Druckniveau (PN) bei Niederdruck, Druckniveau (PH) bei Hochdruck, Temperatur des gasförmigen Arbeitsmediums bei Hochdruck und Niederdruck (PN), Drehzahl der Schraubenläufer (26, 28), Leistungsaufnahme eines Generators (30), Parameter des gasförmigen Arbeitsmediums, insbesondere des Kältemittels, und Einsatzgrenzwerte des Schraubenexpanders (12), die Positionen der Steuerschieber (52, 52', 54) ermittelt.
12. Schraubenexpander nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei eine Positionserfassungseinheit (152, 152', 152") für den mindestens einen Steuerschieber (52, 52', 54) vorgesehen ist,.
13. Schraubenexpander nach Ausführungsform 12, wobei die Positionserfassungseinheit (152) ein mit der Position des mindestens einen Steuerschiebers (52, 52', 54) gekoppeltes Positionsanzeigeelement (156, 156', 156", 158) aufweist, dass das mindestens eine Positionsanzeigeelement (156, 156', 156", 158) mit einem Detektorelement (154) zusammenwirkt, und dass das Detektorelement (154) mit einer Auswerteeinheit (192, 192', 192") gekoppelt ist, die die Positionen der Positionsanzeigeelements (156, 156', 156", 158) erfasst.
14. Schraubenexpander nach Ausführungsform 12 oder 13, wobei das mindestens eine Positionsanzeigeelement (156, 156', 158) parallel zu der Verschieberichtung (72) des mindestens einen Steuerschiebers (52, 52', 54) zusammen mit diesem bewegbar ist.
15. Schraubenexpander nach einer der Ausführungsformen 12 bis 14, wobei eine Positionserfassungseinheit (152) für die beiden Steuerschieber (52, 54) vorgesehen ist, welche ein mit dem ersten Steuerschieber (52) gekoppeltes erstes Positionsanzeigeelement (156) und ein mit dem zweiten Steuerschieber (54) gekoppeltes zweites Positionsanzeigeelement (158) umfasst, und dass beide Positionsanzeigeelemente (156, 158) mit einem gemeinsamen Detektorelement (154) zusammenwirken.
16. Schraubenexpander nach einer der Ausführungsformen 12 bis 15, wobei sich das Detektorelement (154) parallel zur Verschieberichtung (72) des mindestens einen Steuerschiebers (52, 54) erstreckt, längs welchem das Positionsanzeigeelement (156, 158) bewegbar ist.
17. Schraubenexpander nach Ausführungsform 15 oder 16, wobei das Detektorelement (154) sich parallel zu der Verschieberichtung (72) des ersten und zweiten Steuerschiebers (52, 54) erstreckt und längs welchem die Positionsanzeigeelemente (156, 156', 158) beim Bewegen der Steuerschieber (52, 52', 54) bewegbar sind.
18. Schraubenexpander nach einer der Ausführungsformen 12 bis 17, wobei die Positionserfassungseinheit (152, 152') in einem innerhalb des Expandergehäuses (12) parallel zur Verschieberichtung (72) verlaufenden Detektorkanal (216) angeordnet ist.
19. Schraubenexpander nach einer der Ausführungsformen 12 bis 18, wobei das jeweilige Positionsanzeigeelement (156, 156', 158) in dem Detektorkanal (216) angeordnet ist.
20. Schraubenexpander nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei das jeweilige Positionsanzeigeelement (156, 156', 156", 158) berührungslos mit dem Detektorelement (154) zusammenwirkt.
21. Schraubenexpander nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei der erste Steuerschieber (52) und der zweite Steuerschieber (54) in der Verschieberichtung (72) derselben hintereinanderliegend angeordnet sind.
22. Schraubenexpander nach Ausführungsform 21, wobei der erste Steuerschieber (52,) und der zweite Steuerschieber (54) eine identische Außenkontur aufweisen.
23. Schraubenexpander nach Ausführungsform 21 oder 22, wobei der erste Steuerschieber (52) und der zweite Steuerschieber (54) in einer Verbundstellung unmittelbar aneinander anschließend positionierbar und gemeinsam in der Verschieberichtung (72) bewegbar sind.
24. Schraubenexpander nach einer der Ausführungsformen 21 bis 23, wobei der erste und der zweite Steuerschieber (52, 54) in einer Trennstellung im Abstand voneinander unter Bildung eines Zwischenraums positionierbar sind.
25. Schraubenexpander nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei der erste Steuerschieber (52) starr mit einem Kolben (118) einer den ersten Schieberantrieb bildenden Zylinderanordnung (112) zur Bewegung des ersten Steuerschiebers (52) verbunden ist.
26. Schraubenexpander nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei der zweite Steuerschieber (54) starr mit einem Kolben (136) einer den zweiten Schieberantrieb bildenden Zylinderanordnung (132) zur Bewegung des zweiten Steuerschiebers (54) gekoppelt ist.
27. Schraubenexpander nach einer der Ausführungsformen 1 bis 24, wobei der mindestens eine Steuerschieber (52') mittels eines Spindelantriebs (113) angetrieben ist.
28. Schraubenexpander nach Ausführungsform 27, wobei der Spindelantrieb (113) durch einen elektrischen Antriebsmotor (115) angetrieben ist.
29. Anlage zur Gewinnung elektrischer Energie aus Wärme, umfassend einen Kreisprozess, in welchem ein in einem Kreislauf (240) geführtes Arbeitsmedium ausgehend vom kondensierten Zustand verdichtet, durch Zufuhr von Wärme verdampft, in einer Expansionsanlage (260) expandiert und nachfolgend durch Abfuhr von Wärme kondensiert wird, wobei die Expansionsanlage (260) zur Expansion des Arbeitsmediums mindestens einen Schraubenexpander (10) nach einem der voranstehenden Ausführungsformen aufweist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schraubenexpanders;
Fig. 2: einen Schnitt längs Linie 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3: einen Schnitt längs Linie 3-3 im Bereich einer Positionserfassungseinheit;
Fig. 4: einen vergrößerten Schnitt ähnlich Fig. 2 im Bereich der Positions-erfassungseinheit und der Steuerschieber bei maximaler Leistung und kleinstem Volumenverhältnis;
Fig. 5: eine Darstellung ähnlich Fig. 4 bei maximalem Fördervolumen und größtem Volumenverhältnis;
Fig. 6: eine Darstellung ähnlich Fig. 4 bei ungefähr drei Viertel der Leistung;
Fig. 7: eine Darstellung ähnlich Fig. 4 bei ungefähr der halben Leistung;
Fig. 8: eine Darstellung ähnlich Fig. 4 bei ungefähr einem Viertel der Leistung;
Fig. 9: eine vergrößerte Darstellung der Positionserfassungseinheit und der Positionsanzeigeelemente in Verbindung mit dem Steuerschieber;
Fig. 10: eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines Positionsanzeigeelements der Positionserfassungseinheit;
Fig. 11: eine schematische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Schraubenexpanders mit nur einem Steuerschieber ähnlich Fig. 5 bei größtem Volumenverhältnis und größter Leistung;
Fig. 12: eine Darstellung ähnlich Fig. 8 bei reduzierten Volumenverhältnis und geringster Leistung;
Fig. 13: eine Darstellung ähnlich Fig. 4 bei geringstem Volumenverhältnis und größter Leistung;
Fig. 14: eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Schraubenexpanders, ähnlich Fig. 11 und
Fig. 15: eine schematische Darstellung einer Anlage zur Gewinnung elektrischer Energie aus Wärme mit einem Kreisprozess mit einem Schraubenexpander gemäß der Erfindung.

Ein in Fig. 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schraubenexpanders 10 umfasst ein als Ganzes mit 12 bezeichnetes Expandergehäuse, welches einen Ausgangsanschluss 14, über welchen ein expandiertes gasförmiges Medium, insbesondere Kältemittel, austritt und einen Eingangsanschluss 16, über welchen unter Hochdruck stehendes gasförmiges Medium, insbesondere das Kältemittel, eintritt, aufweist.
Wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, sind in einem Schraubenläuferraum 18 des Expandergehäuses 12 zwei jeweils um eine Schraubenläuferachse 22, 24 drehbare Schraubenläufer 26, 28 und mit einem Generator 30 gekoppelte vorgesehen, die mit ihren Schraubenkonturen 32 und 34 ineinander greifen und mit an diese umfangsseitig angrenzenden Wandflächen 36 bzw. 38 des Schraubenläuferraums 18 zusammenwirken, um im einem an die Schraubenkonturen 32, 34 angrenzenden Hochdruckraum 44 zugeführtes gasförmiges Medium aufzunehmen, zu expandieren und in einen Niederdruckraum 42 im Expandergehäuse 12 bei Niederdruck abzugeben.
Dabei wird das gasförmige Medium, insbesondere Kältemittel, in zwischen den Schraubenkonturen 32, 34 und den an diesen angrenzenden Wandflächen 36, 38 gebildeten Expansionskammern bei Hochdruck in einem Anfangsvolumen eingeschlossen und auf ein Endvolumen bei Niederdruck expandiert.
Zur Anpassung des Schraubenexpanders 10, beispielsweise an die in einem Expansionskreislauf geforderten Betriebsbedingungen, erfolgt eine Anpassung des Betriebszustandes des Schraubenexpanders 10 zum einen hinsichtlich des Volumenverhältnisses, welches die Relation zwischen dem maximal eingeschlossenen Anfangsvolumen und dem ausgeschobenen Endvolumen angibt, und zum anderen hinsichtlich der Expanderleistung, welche den Anteil des von dem Schraubenexpander tatsächlich expandierten Volumenstroms bezogen auf den maximal durch den Schraubenexpander 10 expandierbaren Volumenstrom angibt.
Zur Anpassung des Betriebszustandes sind bei einem ersten, in den Fig. 2 bis Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel, ein erster Steuerschieber 52 und ein zweiter Steuerschieber 54 in einem im Expandergehäuse 12 vorgesehenen Schieberkanal 56 hintereinanderliegend angeordnet, wobei der Schieberkanal 56 parallel zu den Schraubenläuferachsen 22, 24 verläuft und den ersten Steuerschieber 52 und den zweiten Steuerschieber 54 im Bereich ihrer nicht an die Schraubenläufer 26, 28 angrenzenden Führungsumfangsfläche 58 führt.
Der erste Steuerschieber 52 ist dem Hochdruckraum 44 zugewandt und somit hochdruckseitig angeordnet und der zweite Steuerschieber 54 ist relativ zum ersten Steuerschieber 52 niederdruckseitig angeordnet.
Jeder der beiden Steuerschieber 52 und 54 weist ferner noch eine an den Schraubenläufer 26 angrenzende Schieberwandfläche 62 und eine an den Schraubenläufer 28 angrenzende Schieberwandfläche 64 auf, welche Teilflächen der Wandflächen 36 und 38 darstellen, und vom Expandergehäuse 12 gebildete Gehäusewandflächen 66 und 68, die ebenfalls Teilflächen der Wandflächen 36 und 38 darstellen, und die Gehäusewandflächen zu den Wandflächen 36 und 38 ergänzen, die zusammen mit den Schraubenkonturen 32 und 34 zur Bildung der Expansionskammern beitragen.
Der erste Steuerschieber 52 und der zweite Steuerschieber 54 sind, wie in Fig. 2 sowie 4 bis 8 dargestellt, so ausgebildet, dass sie insoweit, als sie die Schieberwandflächen 62 und 64 sowie die Führungsumfangsfläche 58 bilden, identisch sind und somit können sie in einer parallel zu den Schraubenläuferachsen 22, 24 verlaufenden Verschieberichtung 72 verschiebbar im Schieberkanal 56 des Expandergehäuses 12 geführt werden.
Dabei bildet der erste Steuerschieber 52 eine dem Hochdruckraum 44 zugewandte, das Anfangsvolumen der Expansionskammern festlegende Einlasskante 82, die durch Verschieben des ersten Steuerschiebers 52 in der Verschieberichtung 72 verschiebbar ist und durch ihre Lage relativ zu einer hochdruckseitigen Abschlussfläche 84 des Schraubenläuferraums 18 das Anfangsvolumen der gebildeten Expansionskammern und somit das Volumenverhältnis mitbestimmt.
Wie in den Fig. 2 und 4 bis 8 dargestellt, weisen der erste Steuerschieber 52 und der zweite Steuerschieber 54 einander zugewandte Stirnflächen 86 und 88 auf, mit denen diese, wie beispielsweise in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellt, so aneinander anlegbar sind, dass die Schieberwandflächen 62 und 64 des ersten Steuerschiebers 52 und des zweiten Steuerschiebers 54 ineinander übergehen.
Ferner sind der erste Steuerschieber 52 und der zweite Steuerschieber 54 zusätzlich zum Schieberkanal 56 relativ zueinander durch eine Teleskopführung 92 geführt, welche einen inneren Führungskörper 94 und eine Führungsaufnahme 96 aufweist, wobei die Führungsaufnahme 96 in dem ersten Steuerschieber 52 vorgesehen ist und der Führungskörper 94 an dem zweiten Steuerschieber 54 gehalten ist und über dessen Stirnfläche 88 übersteht, so dass dieser in die Führungsaufnahme 96 im ersten Steuerschieber 52 eingreifen kann.
Ferner ist vorzugsweise noch in einem den Führungskörper 94 umgebenden Innenraum 102 des zweiten Steuerschiebers 54 eine Druckfeder 104 vorgesehen, welche dazu dient, den ersten Steuerschieber 52 relativ zum zweiten Steuerschieber 54 so zu beaufschlagen, dass die Stirnflächen 86 und 88 voneinander weg bewegbar sind.
Zum Verschieben des ersten Steuerschiebers 52 ist, wie in Fig. 2 dargestellt, als erster Schieberantrieb eine Zylinderanordnung 112 vorgesehen, die eine Zylinderkammer 114 und einen Kolben 116 umfasst, wobei der Kolben 116 mit einer Kolbenstange 118 verbunden ist, welche eine Verbindung zum ersten Steuerschieber 52 herstellt und zwar beispielsweise mit einem Fortsatz 122 des ersten Steuerschiebers 52, welcher zum Beispiel auf einer der Stirnfläche 86 gegenüberliegenden Seite desselben angeordnet ist.
Ferner liegt die Zylinderanordnung 112 insbesondere auf einer dem zweiten Steuerschieber 54 gegenüberliegenden Seite des ersten Steuerschiebers 52, vorzugsweise in einem hochdruckseitigen Gehäuseabschnitt 124 des Expandergehäuses 12, welcher im Anschluss an den Schieberkanal 56 und im Anschluss an den Hochdruckraum 44 und somit auf einer dem Niederdruckraum 42 gegenüberliegenden Seite des Expandergehäuses 12 angeordnet ist.
Der zweite Steuerschieber 54 ist durch eine einen zweiten Schieberantrieb bildende Zylinderanordnung 132 verschiebbar, welche einen in einer Zylinderkammer 134 bewegbaren Kolben 136 umfasst, wobei die Zylinderkammer 134 sich insbesondere in Fortsetzung des Schieberkanals 56 in einem niederdruckseitigen Gehäuseabschnitt 142 erstreckt, in welchem antriebsseitige Lagereinheiten für die Schraubenläufer 26 und 28 angeordnet sind, die beispielsweise über eine Abtriebswelle 144 antreibbar sind.
Insbesondere ist der Kolben 136 einstückig an den zweiten Steuerschieber 54 angeformt und weist eine Kolbenfläche auf, die mindestens der Querschnittsfläche des zweiten Steuerschiebers 54 entspricht.
Der niederdruckseitige Gehäuseabschnitt 142, welcher die Zylinderkammer 134 für die Zylinderanordnung 132 zum Bewegen des zweiten Steuerschiebers 54 aufnimmt, liegt in einem Bereich des Expandergehäuses 12, der dem hochdruckseitigen Gehäuseabschnitt 124 zur Aufnahme der Zylinderkammer 114 für die Zylinderanordnung 112 gegenüberliegend angeordnet ist.
Die Zylinderanordnungen 112 und 132 sind beispielsweise mittels unter Druck stehendem Öl betreibbar, das in dem Expander zur Schmierung der Schraubenläufer 26, 28 ohnehin vorhanden ist.
Ferner sind bei derartigen Zylinderanordnungen auch unterschiedliche Kolbenstellungen einstellbar, wie beispielsweise in der EP 1 072 796 A1 beschrieben, auf welche hiermit Bezug genommen wird.
Der erste Steuerschieber 52 und der zweite Steuerschieber 54 lassen sich durch die Zylinderanordnungen 112 und 132 soweit zusammenschieben, dass die Stirnflächen 86 und 88 in einer Verbundstellung aneinander anliegen, und die beiden Steuerschieber 52, 54 lassen sich auch in der Verbundstellung gemeinsam wie ein einziger Steuerschieber bewegen, welcher sich von der niederdruckseitigen Abschlussfläche 126 in Richtung der hochdruckseitigen Abschlussfläche 84 erstreckt und dessen Einlasskante 82 zur Festlegung des Volumenverhältnisses beiträgt, wobei, wie in Fig. 4 dargestellt, der Schraubenexpander 10 in dieser Verbundstellung stets den maximalen Volumenstrom fördert.
Je nach Lage der Einlasskante 82 relativ zur Abschlussfläche 84 lässt sich das Volumenverhältnis anpassen, das mit zunehmend geringer werdendem Abstand der Einlasskante 82 von der Abschlussfläche 84 ansteigt und seinen Maximalwert dann erreicht, wenn die Einlasskante 82 den für die Minimierung des Anfangsvolumens erforderlichen geringsten Abstand von der Abschlussfläche 84 aufweist, wie beispielsweise in Fig. 5 dargestellt.
Soll nun die Expanderleistung, d.h. der tatsächlich geförderte Volumenstrom, zusätzlich variieren, so erfolgt, wie beispielsweise in Fig. 6 dargestellt, ein Trennen der Stirnflächen 86 und 88 durch Auseinanderbewegen der Steuerschieber 52 und 54 in eine Trennstellung. In der Trennstellung ist der zweite Steuerschieber 54 wirkungslos und somit legt in der Trennstellung die Lage der Stirnfläche 86 des ersten Steuerschiebers 52 das Endvolumen fest. Solange die Einlasskante 82 nicht in einer Stellung steht, in welcher diese das minimal mögliche Anfangsvolumen vorgibt, ist jedoch die Relation des Endvolumens, vorgegeben durch die Stirnfläche 86, zum Anfangsvolumen, vorgegeben durch die Einlasskante 82, nicht variabel.
Wenn jedoch der erste Steuerschieber 52, wie in Fig. 7 dargestellt, so weit in Richtung des Hochdruckraums 44 verschoben wird, dass die Einlasskante 82 den minimalen Abstand von der Abschlussfläche 84 aufweist oder sogar über diese hinaus in einen vom Hochdruckraum 44 umfassten Einfahrraum 146 für den ersten Steuerschieber 52 verschoben wird, ist eine Variation des Endvolumens durch die Lage der Stirnfläche 86 möglich, ohne dass sich das Anfangsvolumen verändert, da dieses dann stets minimal bleibt.
Um die Wirkung des zweiten Steuerschiebers 54 in der Trennstellung zu eliminieren, wird dieser insbesondere mittels der Zylinderanordnung 132 in den Gehäuseabschnitt 142 eingefahren, wobei die Zylinderkammer 134 so dimensioniert ist, dass diese gleichzeitig einen Einfahrraum 148 für den zweiten Steuerschieber 54 umfasst und somit die Möglichkeit schafft, den zweiten Steuerschieber 54 so weit von dem ersten Steuerschieber 52 wegzubewegen, dass die Stirnfläche 88 das Endvolumen nicht mehr beeinflusst.
Der zweite Steuerschieber 54 erlaubt somit, das Endvolumen dadurch zu beeinflussen, dass dieser entweder zur Bildung der Verbundstellung der Steuerschieber 52, 54 mit seiner Stirnfläche 88 an der Stirnfläche 86 des ersten Steuerschiebers 52 anliegt und somit das Endvolumen maximiert oder mit seiner eigenen Stirnfläche 88 so weit von der Stirnfläche 86 des ersten Steuerschiebers 52 weg bewegt werden kann, dass keinerlei Beeinflussung des Endvolumens durch den zweiten Steuerschieber 54 mehr erfolgt, sondern dieses durch die Stirnfläche 86 festgelegt ist.
Zur Erfassung der Positionen des ersten Steuerschiebers 52 und des zweiten Steuerschiebers 54 ist eine als Ganzes mit 152 bezeichnete Positionserfassungseinheit vorgesehen, welche ein sich parallel zur Verschieberichtung 72 der Steuerschieber 52, 54 und somit parallel zu den Schraubenläuferachsen 22, 24 sich erstreckendes Detektorelement 154 umfasst, welches in der Lage ist, die Positionen von Positionsanzeigeelementen 156 und 158 zu erfassen.
Dabei ist das Positionsanzeigeelement 156 fest mit dem ersten Steuerschieber 52 gekoppelt, und zwar mit einem sich an die Stirnfläche 86 anschließenden Endbereich 162 des ersten Steuerschiebers 52, und das Positionsanzeigeelement 158 ist mit dem zweiten Steuerschieber 54 gekoppelt, und zwar mit einem sich an die Stirnfläche 88 anschließenden Endbereich 164 desselben, wie insbesondere in Fig. 9 dargestellt.
Wie in Fig. 10 dargestellt, umfasst jedes dieser Positionsanzeigeelemente 156 bzw. 158 einen als Ganzes mit 174 bezeichneten Gabelkörper, der mit seinen zwei Gabelschenkeln 176 und 178 einen zwischen diesen liegenden Zwischenraum 182 begrenzt, durch welchen das langgestreckte Detektorelement 154 verläuft. Jeder dieser Gabelkörper 174 ist über einen mit dem jeweiligen Endbereich 162 bzw. 164 verbundenen Verbindungskörper 172 mit dem entsprechenden Steuerschieber 52, 54 gekoppelt.
Vorzugsweise tragen die Gabelschenkel 176 und 178 Magnete 184 bzw. 186, deren Magnetfeld das Detektorelement 154 am Ort der Magnete 184, 186 durchflutet.
Das Detektorelement 154 ist dabei aus einem magnetostriktiven Material gebildet, so dass der jeweilige Ort 188 der magnetischen Durchflutung des Detektorelements 154 durch die Magnete 184, 186 mittels einer als Ganzes mit 192 bezeichneten Auswerteeinrichtung ermittelbar ist, wobei die Auswerteeinrichtung 192 beispielsweise in dem magnetostriktiven Detektorelement 154 Schallwellen erzeugt, die an den durch die Magnetfelder der Magnete 184, 186 durchfluteten Orten 188 eine Rückreflexion erfahren, so dass die Auswerteeinrichtung 192 die Lage der Orte 188 in denen die magnetische Durchflutung des magnetostriktiven Detektorelements 154 erfolgt, aufgrund der Laufzeit der reflektierten Schallwellen ermitteln kann.
Die Verbindungskörper 172, die an den jeweiligen Endbereichen 162, 164 der Steuerschieber 52, 54 gehalten sind, durchgreifen einen langgestreckten, schlitzförmigen Durchlass 194, der in eine den Schieberkanal 56 bildende Gehäusewand 196 eingeformt ist und eine Länge aufweist, die in der Trennstellung ein vollständiges Einfahren des zweiten Steuerschiebers 54 in den Einfahrraum 148 und eine Position des ersten Steuerschiebers 52 bei minimalem Anfangsvolumen, also eine Position entsprechend Fig. 8, und eine Position des ersten Steuerschiebers 52 bei minimalem Volumenverhältnis, das heißt maximalem Abstand der Einlasskante 82 von der druckseitigen Abschlussfläche 84, zulässt und außerdem in der Verbundstellung eine Position des zweiten Steuerschiebers 54 mit dem ersten Steuerschieber 52 bei maximalem Volumenverhältnis (Fig. 5) und minimalem Volumenverhältnis (Fig. 4) zulässt.
Jeder mit dem jeweiligen Endbereich 162 und 164 des entsprechenden Steuerschiebers 52 bzw. 54 verbundene Verbindungskörper 172 bildet zusammen mit dem schlitzförmigen Durchlass 194 eine Verdrehsicherung für den jeweiligen Steuerschieber 52, 54 ähnlich einer Führung durch einen Nutenstein und eine Nut, so dass damit die Notwendigkeit entfällt, in den Steuerschiebern 52, 54 Nuten vorzusehen, die mit in den Schieberkanal 56 hineinragenden Nutensteinen zusammenwirken.
Der Durchlass 194 ist stets auf dem Druck im Niederdruckraum 42 gehalten und dient somit auch dazu, die Steuerschieber 52, 54 mit ihrer Führungsumfangsfläche 58 in Anlage an dem Schieberkanal 56 zu halten, so dass die Steuerschieber 52, 54 nicht durch sich zwischen dem Schieberkanal 56 und der Führungsumfangsfläche 58 ausbildenden Hochdruck mit den Schieberwandflächen 62, 64 gegen die Schraubenläufer 26, 28 drücken können.
Eine Abdichtung des Durchlasses 194 gegen höhere Drücke, insbesondere auch Hochdruck, erfolgt dabei durch den eng tolerierbaren Spalt zwischen dem Schieberkanal 56 und der Führungsumfangsfläche 58 der Steuerschieber 52, 54.
Zur Aufnahme der Gabelkörper 174 und des Detektorelements 154 ist auf einer dem Schieberkanal 56 gegenüberliegenden Seite einer Wand 196 eines Gehäusegrundkörpers 198 eine Vertiefung 204 vorgesehen, die mit einem Deckel 212 abgedeckt ist, der seinerseits eine der Vertiefung 204 zugewandte Vertiefung 214 aufweist, so dass sich die Vertiefungen 204 und 214 zusammen ergänzen und beispielsweise dadurch einen parallel zur Verschieberichtung 72 verlaufenden langgestreckten Detektorkanal 216 bilden, in welchem sich einerseits das Detektorelement 154 erstreckt und in welchem andererseits die Gabelkörper 174 bewegbar sind, die mit ihren Gabelschenkeln 176, 178 das Detektorelement 154 beiderseits umgreifen und die Magnete 184, 186 derart positionieren, dass deren Magnetfeld das Detektorelement 154 an jeweils einem bestimmten Ort 188 durchflutet.
Vorzugsweise ist der Deckel 212 so ausgebildet, dass in dessen Vertiefung 214 das Detektorelement 154 liegt, so dass das Detektorelement 154 mitsamt der Auswerteeinrichtung 192 ausschließlich am Deckel 212 gehalten und mit diesem abnehmbar ist, während sich die Gabelkörper 174 im Detektorkanal 216, insbesondere sowohl in der Vertiefung 198 als auch in der Vertiefung 204, erstrecken.
Bei einem zweiten vereinfachten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schraubenexpander ist, wie in Fig. 11 bis 14 dargestellt, nur der erste Steuerschieber 52' vorgesehen.
Insbesondere sind dieselben Komponenten wie beim ersten Ausführungsbeispiel mit demselben Bezugszeichen versehen, jedoch durch einen ' kenntlich gemacht, so dass hinsichtlich der Beschreibung derselben im Einzelnen, insoweit als keine nähere Beschreibung erfolgt, auf die Ausführungen und auch insbesondere auf Fig. 1 und Fig. 3 zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen wird.
Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel liegt der erste Steuerschieber 52' in dem Schieberkanal 56' und ist in diesem mit seiner Führungsumfangsfläche 58' geführt. Ferner bildet der erste Steuerschieber 52' äußere Schieberwandflächen 62'₁ und 64'₁, die sich an die Gehäusewandflächen 66' und 68' unmittelbar anschließen, wobei die Schieberwandfläche 62'₁ an den Schraubenläufer 26' und die Schieberwandfläche 64'₁ an den Schraubenläufer 28' angrenzt.
Der erste Steuerschieber 52' bildet ferner die Einlasskante 82', die dem Hochdruckraum 44' zugewandt angeordnet ist und die das Anfangsvolumen durch ihren Abstand von der Abschlussfläche 84' festlegt in vergleichbarer Weise wie dies bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist.
Ferner bildet der erste Steuerschieber 52' eine Auslasskante 86', die das Endvolumen festlegt, wobei der erste Steuerschieber 52' eine derartige Erstreckung parallel zu den Schraubenläuferachsen 22, 24 aufweist, dass mit diesem zum einen das maximale Volumenverhältnis V_i einstellbar ist, wenn die Einlasskante 82' einen geringstmöglichen Abstand von der Abschlussfläche 84' aufweist und die Auslasskante 86' noch nicht die Abschlussfläche 126' erreicht hat, sondern in einem Raum 135' im niederdruckseitigen Gehäuseabschnitt 142' steht, und zum anderen, ein reduziertes Volumenverhältnis V_i, beispielsweise mit dem minimalen Anfangsvolumen, einstellbar ist, wenn der erste Steuerschieber 52' mit der Einlasskante 82' in den Hochdruckraum 44' hineinbewegt wird und die Auslasskante 86' das Endvolumen vorgibt (Fig. 12).
Es wäre aber auch möglich ein reduziertes Volumenverhältnis V_i dadurch einzustellen, dass der erste Steuerschieber 52' mit der Auslasskante 86' in den Raum 135' im niederdruckseitigen Gehäuseabschnitt 142' eingefahren wird, so dass das Anfangsvolumen für die Expansion durch die Einlasskante 82' längs der Schraubenläufer 26', 28' und im Abstand von der Abschlussfläche 84' festgelegt wird, um ein größeres Anfangsvolumen vorzugeben (Fig. 13).
Allerdings ist in diesem Fall aufgrund des größeren Anfangsvolumens der Volumenstrom größer.
Zur Erfassung der Position des ersten Steuerschiebers 52' ist ebenfalls eine Positionserfassungseinheit 152' vorgesehen, welche ein mit dem ersten Schieber 52' gekoppeltes Positionsanzeigeelement 156' aufweist, welches sich, beispielsweise als Keilkörper, längs des ersten Steuerschiebers 52' erstreckt und mit einem Detektorelement 154' zusammenwirkt, die beide in einem Detektorkanal 216 dem Expandergehäuse 12' angeordnet sind.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 14, welches eine Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels darstellt, ist anstelle des als Zylinderanordnung ausgebildeten Schieberantriebs ein als Spindelantrieb 113 ausgebildeter Schieberantrieb vorgesehen, welcher einen elektrischen Antriebsmotor 115 aufweist, mit welchem eine Spindel 117 antreibbar ist, wobei die Spindel 117 in ein Innengewinde 119 des Schiebers 52' eingreift, so dass der Schieber 52' bei drehendem Antrieb der Spindel 117 durch den Antriebsmotor 115 analog einer Spindelmutter in der Verschieberichtung 72 bewegbar und in jeweils vorgesehene Positionen bewegbar ist, wobei die Spindel 117 noch so ausgebildet werden kann, dass sie selbsthemmend ist, und somit den Steuerschieber 52' in der jeweiligen Position hält.
Der Antriebsmotor 115 ist entweder durch den Generator 30' oder einen separaten in den Expander 10 integrierten Generator 121 oder durch ein externes Netz bestrombar.
Ferner ist als Positionserfassungseinheit 152" ein Drehgeber mit einem Positionsanzeigeelement 156" und einem Detektorelement 154" und einer Auswerteeinheit 192" vorgesehen, welcher Drehstellungen des Antriebsmotors 115 erfasst, über welche ein Rückschluss auf die durch die Spindel 117 vorgegebene Position des Steuerschiebers 52' erfolgt.
Hinsichtlich der weiteren Ausbildung und Merkmale des dritten Ausführungsbeispiels wird vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel Bezug genommen.
Im Übrigen sind diejenigen Elemente des dritten Ausführungsbeispiels mit denselben Bezugszeichen wie das erste und zweite Ausführungsbeispiel versehen, so dass auf diese Bezug genommen wird.
Sowohl beim ersten als auch beim zweiten und dritten Ausführungsbeispiel ist zum Bewegen der Steuerschieber 52, 52' und 54 in die für diese vorgesehenen Positionen, wie in Fig. 2 dargestellt, eine Steuerung 218 vorgesehen, die durch die Verbindung mit der Positionserfassungseinheit 152, 152', 152" in der Lage ist, die tatsächlichen Positionen der Steuerschieber 52, 52', 54 zu ermitteln.
Mit der Steuerung 218 sind, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, die jeweiligen Schieberantriebe, zum Beispiel die Zylinderanordnungen 112, 112' und 132 oder der Spindelantrieb 113 ansteuerbar, um die jeweiligen Steuerschieber 52, 52', 54 zu positionieren.
Hierzu sind beispielsweise Magnetventile ML1 und ML2 ansteuerbar, um die Ölzufuhr zur Zylinderanordnung 112, 112' für den ersten Steuerschieber 52, 52' anzusteuern, und Magnetventile MV1 und MV2 ansteuerbar, um die Ölzufuhr zur Zylinderanordnung 132 für den zweiten Steuerschieber 54 anzusteuern, oder es ist der Antriebsmotor 115 ansteuerbar.
Bei allen Ausführungsbeispielen erfasst die Steuerung 218 mit einem Drucksensor SPH (Fig. 2, Fig. 11, Fig. 14) den Hochdruck PH und mit einem Drucksensor SPN (Fig. 2, Fig. 11 und Fig. 14) den sich nach der Expansion ergebenden Niederdruck PN und steuert beispielsweise die Positionen des ersten Steuerschiebers 52 und des zweiten Steuerschiebers 54 beim ersten Ausführungsbeispiel oder nur die Position des ersten Steuerschiebers 52' beim zweiten Ausführungsbeispiel basierend auf einem erfassten Druckverhältnis PV = PH/PN durch Vergleich mit mindestens einem ersten Grenzwert G₁.
Ist das Druckverhältnis PV größer als der Grenzwert G₁, wird ein maximales Volumenverhältnis V_i eingestellt und ist das Druckverhältnis PV kleiner als der Grenzwert G₁, wird ein reduziertes Volumenverhältnis eingestellt.
Beim ersten Ausführungsbeispiel liegt ein maximales Volumenverhältnis bei einer Position des ersten und zweiten Steuerschiebers 52, 54 gemäß Fig. 5 vor und ein reduziertes Volumenverhältnis bei einer Position des ersten und zweiten Steuerschiebers 52, 54 gemäß Fig. 4 bei maximalem Volumenstrom oder beispielsweise gemäß Fig. 6, 7 bei reduziertem Volumenstrom oder 8 bei minimalem Volumenstrom.
Beim zweiten und dritten Ausführungsbeispiel liegt ein maximales Volumenverhältnis V_i bei einer Position des ersten Steuerschiebers 52' gemäß Fig. 11 oder Fig. 14 oder ein reduziertes Volumenverhältnis bei einer Position gemäß Fig. 12 oder 13 bei gleichem Volumenstrom vor.
Da bei reduzierten Volumenverhältnissen mehrere Schieberpositionen möglich sind, besteht auch die Möglichkeit zwischen den Schieberpositionen für reduzierte Volumenverhältnisse zu wechseln, beispielsweise durch Festlegung weiterer Grenzwerte G_w, wobei ebenfalls beim Überschreiten oder Unterschreiten eines solchen weiteren Grenzwerts G_w ein Übergang zu einem größeren reduzierten Volumenverhältnis V_i beziehungsweise zu einem kleineren reduzierten Volumenverhältnis durch die Steuerung 218 erfolgt.
Die Steuerung 218 kann noch weiter hinsichtlich ihrer Funktion optimiert werden, wenn diese die Positionen der Steuerschieber 52, 54 oder 52' mit der beschriebenen Positionserfassungseinheit 152, 152', 152" erfasst und den jeweiligen Schieberantrieb steuert, beispielsweise durch getakteten Betrieb der Magnetventile ML1 und ML2 sowie gegebenenfalls MV1 und MV2 die Zylinderanordnungen 112, 112' und gegebenenfalls noch 132 oder geeignetem Betrieb des Antriebsmotors 115 steuert, um beispielsweise vordefinierte Positionen der Steuerschieber 52, 52' und 54 zur Einstellung vorgegebener Volumenverhältnisse V_i anzufahren.
Es besteht insbesondere auch die Möglichkeit, die Steuerschieber 52, 52', 54 mit der Steuerung 218 lagegeregelt zu positionieren, das heißt beispielsweise die von einem Expandersteuerungsprogramm ermittelten und im Rahmen der Verschiebbarkeit des Steuerschiebers möglichen Positionen dieser Steuerschieber 52, 52', 54 exakt anzufahren und zu halten.
Ein derartiges Expandersteuerungsprogramm läuft beispielsweise auf einer übergeordneten Expandersteuerung.
Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist dieses Expandersteuerungsprogramm insbesondere in die Steuerung 218 integriert, wobei insbesondere die Einsatzgrenzen des Schraubenexpanders 10 und die Parameter des gasförmigen Arbeitsmediums, das heißt insbesondere des Kältemittels, bekannt sind, und erfasst zum Beispiel über den Drucksensor SPN (Fig. 2, 11, 14) den Niederdruck, über den Drucksensor SPH (Fig. 2, 11, 14) den Hochdruck, und über einen Temperatursensor STH die Temperatur des Arbeitsmediums auf der Hochdruckseite (Fig. 2) sowie über einen Temperatursensor STN die Temperatur des Arbeitsmediums auf der Niederdruckseite.
Darüber hinaus kann insbesondere auch noch durch die Steuerung 218 eine Erfassung von Betriebsparametern eines elektrischen Generators 30 hinsichtlich Drehzahl, Leistungsaufnahme, Spannung und Temperatur erfolgen.
Ferner kann die Steuerung 218 insbesondere auch einen Schmiermitteldruck, einen Schmiermittelfluss, einen Schmiermittelstand und eine Schmiermitteltemperatur erfassen.
Ferner wird insbesondere auch der Steuerung 218 durch ein externes Signal die geforderte Expanderleistung, beispielsweise für einen Expansionskreislauf, in welchem der Schraubenexpander 10 arbeitet, vorgegeben.
Aus einigen ausgewählten dieser Werte, insbesondere aus den Informationen über das Arbeitsmedium, z.B. über das Kältemittel, über Druck und Temperatur auf der Hochdruckseite und der Niederdruckseite sowie über die Drehzahl der Schraubenläufer 26, 28, oder aus weiteren dieser vorstehend erwähnten Werte kann durch die Steuerung 218 mit dem Expandersteuerungsprogramm für den jeweiligen Betriebszustand eine optimale Position der Steuerschieber 52, 52', 54 ermittelt und lagegeregelt eingestellt werden.
Eine in Fig. 14 dargestellte Anlage zur Gewinnung elektrischer Energie aus Wärme, insbesondere zur Gewinnung elektrischer Energie aus Abwärme umfasst einen in Fig. 15 dargestellten Kreisprozess, insbesondere einen mit einem Rankine-Zyklus arbeitenden Kreisprozess, in welchem ein in einem Kreislauf 240 geführtes Arbeitsmedium ausgehend vom kondensierten Zustand durch einen Verdichter 242, der durch einen Motor 244 angetrieben ist, verdichtet wird.
In einem nachfolgenden Wärmeübertrager 246 wird das Arbeitsmedium durch Zufuhr von Wärme aus einem Wärmestrom 248 verdampft.
Beispielsweise erfolgt die Zufuhr von Wärme durch den Wärmestrom 248 mittels eines Heißwasserkreislaufs 250, welcher den Wärmeübertrager 246 durchströmt und in welchem eine Heißwasserpumpe 252 zum Umwälzen des Heißwassers in dem Heißwasserkreislauf 250 angeordnet ist, die ihrerseits durch einen Motor 254 angetrieben ist.
Das durch die Zufuhr des Wärmestroms 248 in dem Wärmeübertrager 246 verdampfte Arbeitsmedium wird einer auf den Wärmeübertrager 246 im Kreislauf 240 folgend angeordneten Expansionsanlage 260 zugeführt, welche insbesondere einen der vorstehend beschriebenen Schraubenexpander 10 umfasst, die einen Generator 30 zur Stromerzeugung antreiben.
Nach Durchströmen des Schraubenexpanders 10 wird das Arbeitsmedium in dem Kreislauf 250 einem Wärmeübertrager 262 zugeführt, in welchem das Arbeitsmedium kondensiert, wobei durch den Wärmeübertrager 262 eine Abfuhr eines Wärmestroms 264 erfolgt.
Hierzu ist insbesondere ein Kaltwasserkreislauf 270 vorgesehen, der ebenfalls den Wärmeübertrager 262 durchsetzt, wobei in dem Kaltwasserkreislauf 270 eine Kaltwasserpumpe 272 angeordnet ist, die durch einen Motor 274 angetrieben ist.
Insbesondere erfolgt durch den Verdichter 242 eine isentrope, vorzugsweise eine ideale isentrope, Verdichtung eines von dem Wärmeübertrager 262 erzeugten flüssig gesättigten Kondensats des Arbeitsmediums und in dem Wärmeübertrager 246 erfolgt eine im Wesentlichen isobare Verdampfung des unterkühlten Systems bis zum Erreichen des dampfförmig gesättigten Zustandes, in dem dann das Arbeitsmedium einer Expansionsanlage 260 zugeführt wird, wobei in den Schraubenexpander 10 durch Expansion mechanische Arbeit entsteht, durch welche der Generator 30 angetrieben wird. In dem Wärmeübertrager 262 erfolgt schließlich eine isobare, insbesondere eine vollständige isobare, Kondensation des Arbeitsmediums durch Abfuhr des Wärmestroms 264, so dass dann wiederum ein flüssig gesättigtes Kondensat dem Verdichter 242 zugeführt werden kann.
Als Arbeitsmedium werden insbesondere organische Arbeitsmedien, wie beispielsweise R245fa, R1224yd(z), R1336mzz(Z), R1336mzz(E), R1233zd, R1234ze, R1234yf, R134a, R513a, R245fa und Mischungen davon oder ähnliche Medien eingesetzt.
Vorzugsweise dient ein derartiger Kreisprozess zur Ausnutzung industrieller Abwärme, die beispielsweise im Bereich zwischen 85° C und 700° C anfällt, wobei sich diese Abwärme durch den vorstehend beschriebenen Kreisprozess in optimaler Weise in elektrische Energie umwandeln lässt.
Da sich bei dem Kreisprozess die Zufuhr des Wärmestroms 248 und auch die Abfuhr des Wärmestroms 264 ändern, ändern sich auch der am Schraubenexpander 10 anstehende Hochdruck PH und Niederdruck PN, die durch die Sensoren SPH und SPN erfasst werden, und somit auch das Druckverhältnis PV, so dass eine Anpassung des Schraubenexpanders 10 an geänderte Druckverhältnisse von Vorteil ist, um einerseits eine Überexpansion zu verhindern und andererseits eine Unterexpansion zu vermeiden, die jeweils dazu führen, dass der Schraubenexpander 10 mit dem Generator 30 nicht die gesonderte im Kreislauf 240 zur Verfügung gestellte Energie in elektrische Energie umsetzen kann.
Diese Anpassung an verschiedene Druckverhältnisse erlauben die vorstehend beschriebenen Schraubenexpander 10 mit den verschiedenen Stellungen der Steuerschieber 52, 52', 54, die durch die verschiedenen beschriebenen Möglichkeiten der Steuerung 218 derselben realisierbar sind.

Claims

Schraubenexpander (10) umfassend ein Expandergehäuse (12) mit einem in diesem angeordneten Schraubenläuferraum (18), zwei in dem Schraubenläuferraum (18) angeordnete und in dem Expandergehäuse (12) jeweils um eine Schraubenläuferachse (22, 24) drehbar gelagerte Schraubenläufer (26, 28), die mit ihren Schraubenkonturen (32, 34) ineinandergreifen und jeweils mit an diese angrenzenden und diese teilweise umschließenden Wandflächen (36, 38) zusammenwirken, um über einen im Expandergehäuse (12) angeordneten Hochdruckraum (44) zugeführtes Arbeitsmedium aufzunehmen und im Bereich eines im Expandergehäuse (12) angeordneten Niederdruckraums (42) abzugeben, wobei das gasförmige Arbeitsmedium in zwischen den Schraubenkonturen (32, 34) und an diesen angrenzenden Wandflächen (36, 38) gebildeten Expansionskammern bei Hochdruck (PH) mit einem Anfangsvolumen eingeschlossen und auf ein Endvolumen bei Niederdruck (PN) expandiert wird, und einen durch die Schraubenläufer (26, 28) angetriebenen Generator (30), dadurch gekennzeichnet , dass der Schraubenexpander (10) mindestens einen in einem Schieberkanal (56) des Expandergehäuses (12) angeordneten und an beide Schraubenläufer (26, 28) mit Schieberwandflächen (62, 64) angrenzenden Steuerschieber (52, 52', 54) aufweist, welcher in einer Verschieberichtung (72) parallel zu den Schraubenläuferachsen (22, 24) bewegbar und dadurch das Endvolumen und/oder das Anfangsvolumen beeinflussend ausgebildet ist, und dass ein Schieberantrieb (112, 132, 113) zur Bewegung des Steuerschiebers (52, 52', 54) in unterschiedliche Schieberpositionen vorgesehen ist.
Schraubenexpander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenexpander (10) zwei Steuerschieber (52, 54) aufweist, wobei ein erster Steuerschieber (52) das Anfangsvolumen beeinflussend und ein zweiter Steuerschieber (54) das Endvolumen beeinflussend ausgebildet ist.
Schraubenexpander nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (218) vorgesehen ist, welche den Schieberantrieb (112, 132) für den jeweiligen Steuerschieber (52, 52', 54) zur Einstellung eines für die Expansion des Arbeitsmediums geeigneten Volumenverhältnisses (V_i), gebildet aus Endvolumen dividiert durch Anfangsvolumen, ansteuert, dass insbesondere die Steuerung (218) den Hochdruck (PH) und den Niederdruck (PN) mittels jeweils einem einem hochdruckseitig und einem niederdruckseitig angeordneten Sensor (SPH, SPN) erfasst und daraus ein Druckverhältnis (PV) von Hochdruck (PH) zu Niederdruck (PN) ermittelt.
Schraubenexpander nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (218) durch Ansteuerung des jeweiligen Schieberantriebs (112, 132, 113) den jeweiligen Steuerschieber (52, 52', 54) entsprechend dem Überschreiten oder Unterschreiten von mindestens einem vorgegebenen Grenzwert (G₁) für das Druckverhältnis (PV) von Hochdruck (PH) zu Niederdruck (PN) positioniert, dass insbesondere die Steuerung (218) bei Unterschreiten des mindestens einen Grenzwerts (G₁) den mindestens einen Steuerschieber (52, 52', 54) in eine Position mit kleinerem Volumenverhältnis (V₁) des Endvolumens zum Anfangsvolumen bewegt und/oder dass insbesondere die Steuerung (218) bei Überschreiten des mindestens einen Grenzwerts (G₁) den mindestens einen Steuerschieber (52, 52', 54) in eine Position mit einem größeren Volumenverhältnis (V_i) des Endvolumens zum Anfangsvolumen bewegt, dass insbesondere die Steuerung (218) den Steuerschieber (52, 52', 54) entsprechend dem Überschreiten oder Unterschreiten mehrerer Grenzwerte (G₁, G_w) für das Druckverhältnis (PV) positioniert.
Schraubenexpander nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (218) den jeweiligen Steuerschieber (52, 52', 54) in vordefinierten Volumenverhältnissen (V_i) entsprechende Schieberpositionen bewegt.
Schraubenexpander nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (218) den jeweiligen Steuerschieber (52, 52', 54) lagegeregelt positioniert.
Schraubenexpander nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (218) unter Berücksichtigung von mindestens einem oder mehreren der Parameter, wie Druckniveau (PN) bei Niederdruck, Druckniveau (PH) bei Hochdruck, Temperatur des gasförmigen Arbeitsmediums bei Hochdruck und Niederdruck (PN), Drehzahl der Schraubenläufer (26, 28), Leistungsaufnahme eines Generators (30), Parameter des gasförmigen Arbeitsmediums, insbesondere des Kältemittels, und Einsatzgrenzwerte des Schraubenexpanders (12), die Positionen der Steuerschieber (52, 52', 54) ermittelt.
Schraubenexpander nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positionserfassungseinheit (152, 152', 152") für den mindestens einen Steuerschieber (52, 52', 54) vorgesehen ist, dass insbesondere die Positionserfassungseinheit (152) ein mit der Position des mindestens einen Steuerschiebers (52, 52', 54) gekoppeltes Positionsanzeigeelement (156, 156', 156", 158) aufweist, dass das mindestens eine Positionsanzeigeelement (156, 156', 156", 158) mit einem Detektorelement (154) zusammenwirkt, und dass das Detektorelement (154) mit einer Auswerteeinheit (192, 192', 192") gekoppelt ist, die die Positionen des Positionsanzeigeelements (156, 156', 156", 158) erfasst, dass insbesondere das mindestens eine Positionsanzeigeelement (156, 156', 158) parallel zu der Verschieberichtung (72) des mindestens einen Steuerschiebers (52, 52', 54) zusammen mit diesem bewegbar ist, dass insbesondere sich das Detektorelement (154) parallel zur Verschieberichtung (72) des mindestens einen Steuerschiebers (52, 54) erstreckt, längs welchem das Positionsanzeigeelement (156, 158) bewegbar ist.
Schraubenexpander nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positionserfassungseinheit (152) für die beiden Steuerschieber (52, 54) vorgesehen ist, welche ein mit dem ersten Steuerschieber (52) gekoppeltes erstes Positionsanzeigeelement (156) und ein mit dem zweiten Steuerschieber (54) gekoppeltes zweites Positionsanzeigeelement (158) umfasst, und dass beide Positionsanzeigeelemente (156, 158) mit einem gemeinsamen Detektorelement (154) zusammenwirken, dass insbesondere das Detektorelement (154) sich parallel zu der Verschieberichtung (72) des ersten und zweiten Steuerschiebers (52, 54) erstreckt und längs welchem die Positionsanzeigeelemente (156, 156', 158) beim Bewegen der Steuerschieber (52, 52', 54) bewegbar sind.
Schraubenexpander nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionserfassungseinheit (152, 152') in einem innerhalb des Expandergehäuses (12) parallel zur Verschieberichtung (72) verlaufenden Detektorkanal (216) angeordnet ist , dass insbesondere das jeweilige Positionsanzeigeelement (156, 156', 158) in dem Detektorkanal (216) angeordnet ist.
Schraubenexpander nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Positionsanzeigeelement (156, 156', 156", 158) berührungslos mit dem Detektorelement (154) zusammenwirkt.
Schraubenexpander nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Steuerschieber (52) und der zweite Steuerschieber (54) in der Verschieberichtung (72) derselben hintereinanderliegend angeordnet sind, dass insbesondere der erste Steuerschieber (52,) und der zweite Steuerschieber (54) eine identische Außenkontur aufweisen, dass insbesondere der erste Steuerschieber (52) und der zweite Steuerschieber (54) in einer Verbundstellung unmittelbar aneinander anschließend positionierbar und gemeinsam in der Verschieberichtung (72) bewegbar sind, dass insbesondere der erste und der zweite Steuerschieber (52, 54) in einer Trennstellung im Abstand voneinander unter Bildung eines Zwischenraums positionierbar sind.
Schraubenexpander nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Steuerschieber (52) starr mit einem Kolben (118) einer den ersten Schieberantrieb bildenden Zylinderanordnung (112) zur Bewegung des ersten Steuerschiebers (52) verbunden ist.
Schraubenexpander nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Steuerschieber (54) starr mit einem Kolben (136) einer den zweiten Schieberantrieb bildenden Zylinderanordnung (132) zur Bewegung des zweiten Steuerschiebers (54) gekoppelt ist.
Schraubenexpander nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Steuerschieber (52') mittels eines Spindelantriebs (113) angetrieben ist, dass insbesondere der Spindelantrieb (113) durch einen elektrischen Antriebsmotor (115) angetrieben ist.
Anlage zur Gewinnung elektrischer Energie aus Wärme, umfassend einen Kreisprozess, in welchem ein in einem Kreislauf (240) geführtes Arbeitsmedium ausgehend vom kondensierten Zustand verdichtet, durch Zufuhr von Wärme verdampft, in einer Expansionsanlage (260) expandiert und nachfolgend durch Abfuhr von Wärme kondensiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsanlage (260) zur Expansion des Arbeitsmediums mindestens einen Schraubenexpander (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche aufweist.