NL2000849C2

NL2000849C2 - Device and method for converting heat into mechanical energy.

Info

Publication number: NL2000849C2
Application number: NL2000849A
Authority: NL
Inventors: Hans Van Rij; Rob Jansen
Original assignee: Hans Van Rij; Rob Jansen
Priority date: 2007-09-10
Filing date: 2007-09-10
Publication date: 2009-03-11
Also published as: US20100263378A1; ATE535681T1; EP2205835B1; WO2009035326A1; EP2205835A1

Abstract

An installation and method for the conversion of thermal energy into mechanical energy. The installation includes at least two closed containers, a converter for the conversion of flow energy into mechanical energy, a switching system as well as a supply line, a discharge line and a heat supply system. Each time, the converter is supplied with a fluid under high pressure and temperature from one container and the temperature-reduced fluid is then collected in another container. As soon as the other container is filled and the first container becomes empty, these containers are exchanged or replaced by other containers.

Description

Inrichting en werkwijze voor het omzetten van warmte in mechanische energie.Device and method for converting heat into mechanical energy.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting alsmede een werkwijze voor het omzetten van warmte in mechanische energie.The present invention relates to a device as well as a method for converting heat into mechanical energy.

5 Er zijn inrichtingen en werkwijzen voor het omzetten van warmte in mechanische energie bekend. Dergelijke inrichtingen en werkwijzen worden veelal toegepast voor het opwekken van elektriciteit (waarbij een generator is aangesloten die de mechanische energie in elektriciteit omzet) om aldus anders onbenutte warmte-energie te benutten. Dergelijke warmte-energie is vaak aanwezig in koelwater en rookgassen.Devices and methods for converting heat into mechanical energy are known. Such devices and methods are often used for generating electricity (to which a generator is connected which converts the mechanical energy into electricity) so as to utilize otherwise unused heat energy. Such heat energy is often present in cooling water and flue gases.

10 Ook is dergelijke warmte-energie aanwezig in grondwater. Ook is het bekend om zonnewarmte te benutten. Immers steen, asphalt en dergelijke materialen hebben de eigenschap om warm te worden onder invloed van zonnestraling en zonnewarmte op te slaan. Het is als zodanig bekend om deze zonnewarmte uit steen en asphalt te halen door hierin bijvoorbeeld met water doorstroomde leidingen te voorzien.Such heat energy is also present in groundwater. It is also known to use solar heat. After all, stone, asphalt and similar materials have the property to become warm under the influence of solar radiation and to store solar heat. As such, it is known to extract this solar heat from stone and asphalt by providing, for example, pipes flowed through with water.

15 Al hoewel inrichtingen en werkwijzen voor het omzetten van warmte in mechanische energie doorgaans al beschikbare warmte, veelal rest warmte gebmiken, is toch ook het rendement van het omzettingsproces van belang. Omdat het rendement van de omzetting van warmt in mechanische energie of elektriciteit te wensen overlaat, wordt het in de praktijk niet zozeer toegepast al hoewel processen hiervoor bekend zijn. 20 Het blijft duidelijk praktijk vooral bij het nuttigen van beschikbare (restwarmte) voor verwarmingsdoeleinden voor het verwarmen van processen of gebouwen.Although devices and methods for converting heat into mechanical energy generally use available heat, often residual heat, the efficiency of the conversion process is also important. Because the efficiency of the conversion of heat into mechanical energy or electricity leaves something to be desired, it is not used so much in practice, although processes are known for this. 20 It remains clear practice especially when consuming available (residual heat) for heating purposes for heating processes or buildings.

Wanneer warmte in mechanische energie wordt omgezet dan is daarvoor doorgaans een transfer medium nodig. Dit transfer medium kan een fluïdum zijn dat in een kring wordt rondgevoerd, door middel van pompen. Het fluïdum wordt dan 25 middels de beschikbare warmte tot een hoger energieniveau met hogere druk en hogere temperatuur verwarmd, door een omzetter geleid waarin het energieniveau, in het bijzonder de temperatuur en druk dalen, en vervolgens middels een pomp of compressor teruggevoerd. Dit proces is niet rendabel omdat de pomp of compressor evenveel of zelfs meer energie nodig heeft voor het functioneren dan dat er in de 30 omzetter aan mechanische energie opgeleverd wordt.When heat is converted into mechanical energy, a transfer medium is usually required for this. This transfer medium can be a fluid that is circulated in a circle by means of pumps. The fluid is then heated to a higher energy level with higher pressure and higher temperature by means of the available heat, passed through a converter in which the energy level, in particular the temperature and pressure, drops, and is subsequently returned via a pump or compressor. This process is not profitable because the pump or compressor requires as much or even more energy for operation than that mechanical energy is supplied in the converter.

De onderhavige uitvinding heeft nu tot doel te verschaffen een inrichting en werkwijze voor het omzetten van warmte in mechanische energie, gebruik makend van 2 een transfer medium in de vorm van een fluïdum, waarmee een dergelijk proces wel efficiënt realiseerbaar is.The present invention has for its object to provide an apparatus and method for converting heat into mechanical energy, using a transfer medium in the form of a fluid, with which such a process can be efficiently realized.

Voor wat betreft de inrichting wordt dit doel volgens de uitvinding bereikt door te verschaffen inrichting voor het omzetten naar van warmte in mechanische energie, 5 waarbij de inrichting omvat: tenminste twee gesloten houders voor het bevatten van een fluïdum; een omzetter voor het omzetten van stromingsenergie in mechanische energie; een schakelsysteem; een toevoerleiding met een inlaateind en een uitlaateind; 10 een afvoerleiding met een inlaateind en een uitlaateind; een warmtetoevoersysteem; waarbij het inlaateind van de toevoerleiding is aangesloten op het schakelsysteem voor het vanuit het schakelsysteem ontvangen van fluïdum; waarbij het uitlaateind van de toevoerleiding is aangesloten op de omzetter voor het aan 15 de omzetter toevoeren van het fluïdum; waarbij het inlaateind van de afvoerleiding is aangesloten op de omzetter voor het vanaf de omzetter afvoeren van het fluïdum; waarbij het uitlaateind van de afvoerleiding is aangesloten op het schakelsysteem voor het aan het schakelsysteem afgeven van het fluïdum; 20 waarbij het warmtetoevoersysteem via het schakelsysteem met elk der houders verbindbaar is voor het verwarmen van het fluïdum in die houders; waarbij elke houder via het schakelsysteem verbindbaar is met de toevoerleiding voor toevoer van fluïdum naar de omzetter en met de afvoerleiding voor het ontvangen van door de omzetter afgegeven fluïdum; 25 waarbij het schakelsysteem schakelbaar is tussen tenminste twee schakelstanden; waarbij het schakelsysteem is ingericht om bij het schakelen naar een andere schakelstand telkens andere houders dan in de voorafgaande schakelstand te verbinden met de toevoerleiding respectievelijk afvoerleiding; waarbij het schakelsysteem verder is ingericht om in elke schakelstand tenminste een 30 van de houders te verbinden met enerzijds het warmte toevoersysteem voor verwarming van het fluïdum in die houder en anderzijds de toevoerleiding voor toevoer van fluïdum naar de omzetter, terwijl gelijktijdig een andere van die houders 3 ontkoppeld is van het warmte toevoersysteem en met de afvoerleiding verbonden is voor het verzamelen van door de omzetter afgegeven fluïdum.With regard to the device, this object according to the invention is achieved by providing a device for converting heat into mechanical energy, the device comprising: at least two closed containers for containing a fluid; a converter for converting flow energy into mechanical energy; a switching system; a supply line with an inlet end and an outlet end; 10 a discharge line with an inlet end and an outlet end; a heat supply system; wherein the inlet end of the supply line is connected to the switching system for receiving fluid from the switching system; wherein the outlet end of the supply line is connected to the transducer for supplying the fluid to the transducer; wherein the inlet end of the discharge line is connected to the transducer for discharging the fluid from the transducer; wherein the outlet end of the discharge line is connected to the switching system for delivering the fluid to the switching system; Wherein the heat supply system is connectable via the switching system to each of the holders for heating the fluid in those holders; each container being connectable via the switching system to the supply line for supplying fluid to the transducer and to the discharge conduit for receiving fluid delivered by the transducer; Wherein the switching system is switchable between at least two switching positions; wherein the switching system is adapted to connect different holders than when in the previous switching position to the supply line or discharge line when switching to a different switching position; wherein the switching system is further adapted to connect at least one of the holders in each switching position to, on the one hand, the heat supply system for heating the fluid in that holder and, on the other hand, the supply line for supplying fluid to the converter, while simultaneously another of these holders 3 is disconnected from the heat supply system and connected to the discharge line for collecting fluid delivered by the transducer.

Het proces dat zich in de inrichting plaatsvindt, is in het kort als volgt: aan de hoge drukzijde van het proces bevindt zich een gesloten houder gevuld met fluïdum.The process that takes place in the device is briefly as follows: on the high pressure side of the process there is a closed container filled with fluid.

5 Door dit fluïdum in de gesloten houder middels beschikbare (rest) warmte te verwarmen neemt de temperatuur en druk in die houder toe. Een deel van het fluïdum in de houder verdampt hierbij. De druk en temperatuur in de houder nemen hierbij toe. Deze druk zal fluïdum, in het bijzonder vloeistofvormige fluïdum, vanuit de houder via een toevoer leiding naar de omzetter duwen. Aldus komt bij de omzetter een fluïdum 10 met een relatief hoog energieniveau aan stromingsenergie aan, met een relatief hoge druk en temperatuur. In de omzetter wordt deze stromingsenergie omgezet in mechanische energie waarbij het niveau van de in het fluïdum aanwezige stromingsenergie (de temperatuur en/of druk) zal dalen. Het uit de omzetter afkomstige fluïdum met het lage energieniveau wordt vervolgens in een andere houder aan de lage 15 drukzijde opgevangen. Wanneer de houder aan de hoge drukzijde leeg is, althans wanneer het fluïdum daarin onder een bepaalde ondergrens gezakt is, en/of wanneer de houder aan de lage druk zijde vol is, althans wanneer het vloeistofniveau van het fluïdum daarin boven een bovengrens is gekomen, zal de houder aan de hoge drukzijde respectievelijk de houder aan de lage drukzijde door een andere volle respectievelijk 20 een andere lege houder vervangen worden. Wanneer het proces werkt met twee houders dan komt dit neer op het direct omwisselen van de houders aan de lage en de hoge drukzijde.By heating this fluid in the closed container by means of available (residual) heat, the temperature and pressure in that container increases. A part of the fluid in the container hereby evaporates. The pressure and temperature in the container hereby increase. This pressure will push fluid, in particular liquid fluid, from the container via a supply line to the transducer. Thus a fluid 10 arrives at the transducer with a relatively high energy level of flow energy, with a relatively high pressure and temperature. In the converter, this flow energy is converted into mechanical energy, whereby the level of the flow energy present in the fluid (the temperature and / or pressure) will fall. The fluid from the transducer with the low energy level is then collected in another container on the low pressure side. When the container on the high pressure side is empty, at least when the fluid therein has fallen below a certain lower limit, and / or when the container on the low pressure side is full, at least when the liquid level of the fluid has risen above an upper limit, the holder on the high pressure side or the holder on the low pressure side will be replaced by another full or another empty holder. When the process works with two containers, this means the direct exchange of the containers on the low and high pressure sides.

De inrichting volgens de uitvinding is gebaseerd op het principe dat men in de eerder geschetste kringloop de pomp of compressor voor het terugvoeren van het 25 fluïdum vanaf de lage druk zijde naar de hoge druk zijde weglaat en vervangt door twee of meer gesloten houders die onderling achtereenvolgens verwisseld kunnen worden om aan de hoge druk zijde fluïdum af te geven aan de omzetter of aan de lage druk zijde fluïdum afkomstig uit de omzetter op te vangen. Wanneer aan de hoge druk zijde een houder leeg is zal deze omgewisseld kunnen worden voor een aan de lage druk 30 zijde gevulde houder. Aldus wordt het continue kringloopproces met daarin een pomp of compressor verandert in een discontinuekringloopproces. Het verwisselen van de houders kost vergeleken met een pomp of compressor weinig of geen energie. De houders hoeven niet fysiek verplaatst te worden doch kunnen middels een 4 schakelsysteem telkens op gewenste momenten aan de hoge drukzijde of aan de lage druk zijde van het proces worden aangesloten.The device according to the invention is based on the principle that the pump or compressor for returning the fluid from the low-pressure side to the high-pressure side is omitted in the circuit described above and is replaced by two or more closed containers which successively mutually can be exchanged to deliver fluid to the transducer on the high pressure side or to collect fluid from the transducer on the low pressure side. When a container is empty on the high pressure side, it can be exchanged for a container filled on the low pressure side. Thus, the continuous cycle process with a pump or compressor therein is changed into a discontinuous cycle process. Changing the containers costs little or no energy compared to a pump or compressor. The holders do not have to be physically displaced, but can be connected to the high pressure side or the low pressure side of the process by means of a 4-switch system.

Voor het verder verhogen van het energieniveau van het aan de omzetter toegevoerde fluïdum is het volgens de uitvinding van voordeel wanneer de 5 toevoer lei ding is voorzien van een verdamper voor het doen verdampen van het door de toevoerleiding heen gevoerde vloeistofvormige fluïdum tot een gasvormig of dampvormig fluïdum. Volgens een verdere voordelige uitvoeringsvorm omvat deze verdamper een warmtewisselaar die is aangesloten op het warmtetoevoersysteem.To further increase the energy level of the fluid supplied to the transducer, it is advantageous according to the invention if the supply line is provided with an evaporator for vaporizing the liquid-like fluid passed through the supply line into a gaseous or vaporous fluid. According to a further advantageous embodiment, this evaporator comprises a heat exchanger which is connected to the heat supply system.

Aldus is de verdamping te realiseren middels de zelfde beschikbare warmtebron als 10 waarmee de houder aan de hoge druk zijde wordt verwarmd.The evaporation can thus be realized by means of the same available heat source as with which the container on the high pressure side is heated.

Volgens een verdere uitvoeringsvorm is het van voordeel wanneer de afvoerleiding is voorzien van een koeler voor het afkoelen van door de afVoerleiding stromend fluïdum. Aldus zijn verzadigde gasvormige bestanddelen van het fluïdum gemakkelijk te condenseren. Middels een dergelijke koeler laat het proces zich beter 15 sturen. Het is hierbij volgens de uitvinding van verder voordeel wanneer de koeler een warmtewisselaar is en wanneer de koeler is ingericht om te de warmtewisselaar te voeden met een koelmedium waarvan de temperatuur door de omgevingstemperatuur bepaald is. De omgevingstemperatuur kan hierbij zijn de temperatuur van lucht, oppervlakte water, zeewater, een steenformatie, de bodem etc. Aldus wordt in wezen 20 aan de omgevingstemperatuur gekoeld. De omgevingstemperatuur is een in wezen vrij beschikbaar medium zodat men hier dan gebruik maakt van in wezen vrij beschikbaar koelenergie.According to a further embodiment, it is advantageous if the discharge line is provided with a cooler for cooling fluid flowing through the discharge line. Thus, saturated gaseous components of the fluid are easily condensable. By means of such a cooler, the process can be controlled better. According to the invention, it is furthermore advantageous if the cooler is a heat exchanger and if the cooler is adapted to feed the heat exchanger with a cooling medium whose temperature is determined by the ambient temperature. The ambient temperature can herein be the temperature of air, surface water, seawater, a rock formation, the soil etc. Thus, essentially the ambient temperature is cooled. The ambient temperature is an essentially freely available medium so that essentially free available cooling energy is used here.

Volgens een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat de omzetter een turbine, in het bijzonder een vloeistofturbine. Middels een turbine zijn gasvormige 25 en/of vloeistofVormige stromingen met hoge rendementen om te zetten in mechanische energie.According to a further embodiment of the invention, the converter comprises a turbine, in particular a liquid turbine. Through a turbine, gaseous and / or liquid-shaped flows with high efficiency can be converted into mechanical energy.

Volgens een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding, omvat de omzetter een vliegwiel. Hierdoor zal de omzetter korte onderbrekingen of onregelmatigheden in de aanvoer van fluïdum kunnen opvangen.According to a further embodiment of the invention, the converter comprises a flywheel. This will allow the transducer to compensate for short interruptions or irregularities in the supply of fluid.

30 Volgens een verder aspect heeft de uitvinding betrekking op een samenstel omvattende een inrichting volgens de uitvinding alsmede elektriciteit-generator, waarbij de generator is gekoppeld aan de omzetter voor het opwekken van elektriciteit uit de door de omzetter afgegeven mechanische energie.According to a further aspect, the invention relates to an assembly comprising a device according to the invention and an electricity generator, wherein the generator is coupled to the converter for generating electricity from the mechanical energy supplied by the converter.

55

Volgens een nog verder aspect heeft de uitvinding betrekking op het gebruik van een inrichting volgens de uitvinding voor het omzetten van warmte in mechanische energie.According to a still further aspect, the invention relates to the use of a device according to the invention for converting heat into mechanical energy.

Volgens weer een verder aspect heeft de uitvinding betrekking op het gebruik van 5 een samenstel volgens de uitvinding voor het omzetten van warmte in elektriciteit.According to yet a further aspect, the invention relates to the use of an assembly according to the invention for converting heat into electricity.

Voor wat betreft de werkwijze wordt het doel van de uitvinding, volgens een weer verder aspect van de uitvinding, bereikt door te verschaffen een werkwijze voor het omzetten van warmte in mechanische energie waarbij de werkwijze wordt uitgevoerd met tenminste twee houders, 10 waarbij de werkwijze de volgende stappen omvat: a] het verwarmen van een vloeistof bevattend fluïdum, dat zich in een eerste genoemde houder bevindt, middels een medium met een hoge temperatuur zodanig dat een deel van de vloeistof overgaat in de gasfase en de druk in de houder toeneemt; b] het gebruiken van de toegenomen druk in de eerste houder om fluïdum, in het 15 bijzonder in vloeistoffase verkerend fluïdum, vanuit de eerste houder naar een omzetter te voeren; c] het in de omzetter omzetten van stromingsenergie, die aanwezig is in het aan de omzetter toegevoerde fluïdum, in mechanische energie; d] het uit de omzetter afvoeren van in energieniveau gereduceerd fluïdum naar een 20 tweede genoemde houder; e] het in de tweede houder verzamelen van al het uit de omzetter afgevoerde fluïdum; f] wanneer het vloeistof niveau van de eerste houder onder een vooraf bepaalde ondergrens is gedaald, het verwisselen van deze eerste houder door een andere houder 25 met een hoger vloeistofniveau; g] wanneer het vloeistofniveau van de tweede houder een vooraf bepaalde bovengrens heeft overschreden, het verwisselen van de in gebruik zijnde tweede houder voor een andere houder met een lager vulniveau; waarbij in stap f] telkens een in een genoemde stap g] beschikbaar gekomen houder 30 gebruikt wordt; waarbij in stap g] telkens een in een genoemde stap f] beschikbaar gekomen houder gebruikt wordt.With regard to the method, the object of the invention, according to a still further aspect of the invention, is achieved by providing a method for converting heat into mechanical energy, wherein the method is carried out with at least two containers, the method the following steps comprises: a] heating a fluid-containing fluid, which is contained in a first-mentioned container, by means of a medium with a high temperature such that part of the fluid passes into the gas phase and the pressure in the container increases; b) using the increased pressure in the first container to carry fluid, in particular fluid phase fluid, from the first container to a transducer; c] converting, in the converter, mechanical energy present in the fluid supplied to the converter into mechanical energy; d] discharging fluid reduced in energy level from the converter to a second said holder; e] collecting all the fluid discharged from the transducer in the second container; f] when the liquid level of the first container has fallen below a predetermined lower limit, exchanging this first container with another container with a higher liquid level; g] when the liquid level of the second container has exceeded a predetermined upper limit, changing the second container in use for another container with a lower filling level; wherein in step f] in each case a holder 30 which has become available in a said step g] is used; wherein in step g] in each case a container made available in a said step f] is used.

66

Verdere voordelige uitvoeringsvormen van deze werkwijze zijn uitgewerkt in de conclusies 11-14. Voor wat betreft de toelichting op de werkwijze volgens de uitvinding alsmede voordelige uitvoeringsvormen daarvan wordt verwezen naar het voorafgaande alsmede de nakomende beschrijving aan de hand van de figuren.Further advantageous embodiments of this method are elaborated in claims 11-14. With regard to the explanation of the method according to the invention and advantageous embodiments thereof, reference is made to the foregoing as well as the following description with reference to the figures.

5 Het fluïdum waarvan de inrichting en werkwijze volgens de uitvinding gebruik maken kan in wezen elk fluïdum zijn, dat vanuit vloeistof toestand verdampbaar is. Het fluïdum kan bijvoorbeeld water zijn. In het bijzonder zal het fluïdum een voor koelinstallaties gebruikelijk fluïdum zijn, zoals R407C, R134a, freon en freon-vervangers etc.The fluid which the device and method according to the invention use can be essentially any fluid that can be evaporated from the liquid state. The fluid can be, for example, water. In particular, the fluid will be a fluid customary for cooling installations, such as R407C, R134a, freon and freon replacements etc.

10 De inrichting en het samenstel volgens de uitvinding laten zich zeer goed in containervorm modulair opbouwen. Bij containers kan men hier denken aan bijvoorbeeld vrachtcontainers en zeecontainers, zoals die bij transport over de weg, over zee of over water gebruikt worden.The device and the assembly according to the invention can be constructed very modularly in container form. With containers one can think here of for example freight containers and sea containers, such as those used for transport by road, sea or water.

Wanneer de inrichting volgens de uitvinding wordt toegepast met hoge druk 15 stoom - dat wil zeggen stoom met een druk hoger dan 70 bar, zoals hoger dan 130 bar, (bijvoorbeeld met een druk van 180 bar en een temperatuur van 540 °C) - zijn aanzienlijk hogere rendementen haalbaar dan bij conventionele hoge druk stoom systemen.When the device according to the invention is used with high-pressure steam - that is, steam with a pressure higher than 70 bar, such as higher than 130 bar, (for example with a pressure of 180 bar and a temperature of 540 ° C) - are considerably higher efficiency achievable than with conventional high pressure steam systems.

De onderhavige uitvinding zal in de navolgende aan de hand van de tekening 20 nader worden toegelicht. Hierin toont:The present invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. It shows:

Figuur 1 een zeer schematische weergave van een inrichting volgens de uitvinding;Figure 1 shows a very schematic representation of a device according to the invention;

Figuur 2 eveneens een zeer schematische weergave, echter thans van een alternatieve uitvoeringsvorm voor het middels accolade II aangeduide onderste gedeelte 25 van de inrichting volgens figuur 1;Figure 2 is also a very schematic representation, but now of an alternative embodiment for the lower portion 25 of the device according to Figure 1 indicated by brace II;

Figuur 1 toont een inrichting 1 volgens de uitvinding. Hierin is met 2 aangeduid een omzetter voor het omzetten van stromingsenergie in mechanische energie, is met 3 aangeduid een generator 3 voor het opwekken van elektriciteit uit de door omzetter 2 aangedreven as 16, is met 4 aangeduid een optionele koelinrichting, welke optioneel 30 werkzaam is met behulp van een warmtewisselaar 5, is met 6 aangeduid een optionele verdamper, waaraan de voor de verdamping benodigde energie optioneel middels een warmtewisselaar 7 wordt toegevoerd, is met 8 aangeduid een schakelsysteem, zijn met 9 en 11 aangeduid gesloten houders, en zijn met 10 en 12 warmtewisselaars aangeduid.Figure 1 shows a device 1 according to the invention. Herein 2 denotes a converter for converting flow energy into mechanical energy, 3 denotes a generator 3 for generating electricity from the shaft 16 driven by converter 2, 4 denotes an optional cooling device, which optionally operates with the aid of a heat exchanger 5, an optional evaporator is indicated by 6, to which the energy required for evaporation is optionally supplied by means of a heat exchanger 7, a switching system is indicated by 8, its closed containers are indicated by 9 and 11, and are by 10 and 12 heat exchangers.

77

Het schakelsysteem 8 is hier zeer schematische uitgevoerd als een volgens dubbele pijl 84 tussen twee standen heen en weer verschuifbaar blok met daarin een veelheid schuin afgebeelde verbindingskanalen 85, die afhankelijk van de stand van het schakelsysteem 8 de aan de bovenzijde van het blok liggende leidingen 20, 30, 40 en 50 5 doorverbinden met hetzij respectievelijk de leidingen 21,31,41 en 51 hetzij respectievelijk de leidingen 22, 32, 42 en 52.The switching system 8 is here very schematically designed as a block which can be slid back and forth between two positions according to double arrow 84, with a plurality of obliquely shown connecting channels 85 which, depending on the position of the switching system 8, the lines 20 lying on the upper side of the block , 30, 40 and 50 interconnect with either the lines 21, 31, 41 and 51 or the lines 22, 32, 42 and 52, respectively.

Leiding 20 wordt aangeduid met de toevoerleiding en verbindt het schakelsysteem 8 met de inlaat 13 van de omzetter 2. Deze toevoerleiding 20 kan optioneel een verdamper 6 omvatten om door de leiding 20 stromend vloeistofvormig 10 fluïdum te verdampen.Conduit 20 is indicated by the supply conduit and connects the switching system 8 to the inlet 13 of the transducer 2. This supply conduit 20 may optionally comprise an evaporator 6 to evaporate liquid-like fluid flowing through the conduit 20.

Leiding 30 wordt aangeduid als afvoerleiding en verbindt de uitlaat 14 van de omzetter 2 met het schakelsysteem 8. In deze afvoerleiding 30 kan optioneel een koeler 4 zijn opgenomen voor het koelen van door de afvoerleiding 30 stromend fluïdum.Line 30 is referred to as discharge line and connects the outlet 14 of the converter 2 to the switching system 8. Optionally, a cooler 4 can be included in this discharge line 30 for cooling fluid flowing through the discharge line 30.

Wanneer nu door leiding 20 een fluïdum onder relatieve hoge druk, bijvoorbeeld 15 15 a 20 bar via de verdamper 6 wordt toegevoerd aan de omzetter 2, in dit voorbeeld een turbine, wordt in de turbine een turbinewiel in rotatie gebracht, welke een as 16 aandrijft waarmee via een generator 3 elektriciteit is op te wekken, welke opgewekte elektriciteit middels pijl 100 is aangeduid. Het in de omzetter 2 in energieniveau verlaagde fluïdum zal via de uitlaat 14 in de afvoerleiding 30 komen en daarbij, indien 20 nodig, middels de koeler 4 nog verder gekoeld kunnen worden. Om het fluïdum dan vervolgens in een continu proces te kunnen rondvoeren zouden de afvoerleiding 30 en de toevoerleiding 20 via een pomp of compressor onderling verbonden dienen te zijn. De pomp of compressor vergt hierbij echter een dusdanig groot vermogen dat de opgewerkt elektriciteit 100 op zeer onrendabele wijze wordt verkregen. De onderhavige 25 uitvinding overkomt dit probleem door de kringloop tussen de afvoerleiding 30 en de toevoerleiding 20 op een andere wijze door te verbinden.If a fluid under relatively high pressure, for example 15 to 20 bar, is now supplied via the evaporator 6 to the converter 2, in this example a turbine, a turbine wheel is driven into rotation in the turbine, which drives a shaft 16 with which electricity can be generated via a generator 3, which generated electricity is indicated by arrow 100. The fluid reduced in energy level in the converter 2 will enter the discharge line 30 via the outlet 14 and, if necessary, can be cooled further by means of the cooler 4. In order to subsequently be able to circulate the fluid in a continuous process, the discharge line 30 and the supply line 20 should be interconnected via a pump or compressor. The pump or compressor, however, requires such a large power that the worked-up electricity 100 is obtained in a very unprofitable manner. The present invention overcomes this problem by connecting the circuit between the discharge line 30 and the supply line 20 in a different way.

De onderhavige uitvinding maakt gebruik van tenminste 2, in het voorbeeld volgens figuur 1 zijn het er precies 2, gesloten houders 9 en 11. In de gesloten houder 9 bevindt zich fluïdum dat middels een warmtewisselaar 10 wordt verwarmd. De druk en 30 temperatuur in de gesloten houder 9 zullen daardoor stijgen tot bijvoorbeeld 15 a 20 bar en 40°C. Zodra de druk in de gesloten houder 9 een bepaalde grenswaarde overschrijdt zal de eenrichtingsklep 91 openen en vloeistofvormig fluïdum uit de gesloten houder 9 in de leiding 21 gedrukt worden. Het schakelsysteem 8 verbindt leiding 21 met 8 toevoerleiding 20 en aldus zal dit vloeistofvormige fluïdum via de verdamper 6 in de turbine 2 terechtkomen. In de turbine 2 wordt in het fluïdum aanwezige stromingsenergie omgezet in mechanische energie, in de vorm van een roterende as 16, waarna het in energieniveau afgenomen fluïdum, dat bijvoorbeeld nog een druk van 5 5 bar en een temperatuur van 20 °C heeft, via afvoerleiding 30 uit de omzetter 2 afgevoerd wordt. Afvoerleiding 30 is via schakelsysteem 8 verbonden met een leiding 32 via welke het in energieniveau afgenomen fluïdum in de andere gesloten houder 11 terecht komt. Bij het voortgaan van dit proces zal het fluïdumniveau 80 in houder 9 zakken en het fluïdumniveau 83 in houder 11 stijgen. Zodra het fluïdumniveau 80 in 10 houder 9 onder een ondergrens 82 komt wordt houder 9 aangemerkt als leeg. Ongeveer tegelijkertijd zal het fluïdumniveau 83 in houder 11 boven een bovengrens 81 uitkomen, waarna de houder 11 aangemerkt zal worden als vol. Zodra deze situatie zich voordoet zal het schakelsysteem 8 vanuit de in figuur 1 getoonde schakelstand naar een andere schakelstand geschakeld worden door het blok 8 naar links te verschuiven.The present invention uses at least 2, in the example according to Figure 1 there are exactly 2, closed containers 9 and 11. In the closed container 9 there is fluid that is heated by means of a heat exchanger 10. The pressure and temperature in the closed container 9 will therefore rise to, for example, 15 to 20 bar and 40 ° C. As soon as the pressure in the closed container 9 exceeds a certain limit value, the one-way valve 91 will open and liquid-like fluid will be pressed out of the closed container 9 into the pipe 21. The switching system 8 connects conduit 21 with 8 supply conduit 20 and thus this liquid fluid will end up in turbine 2 via evaporator 6. In turbine 2, flow energy present in the fluid is converted into mechanical energy, in the form of a rotating shaft 16, after which the fluid taken down in energy level, which for example still has a pressure of 5 bar and a temperature of 20 ° C, via discharge line 30 is discharged from the converter 2. Discharge line 30 is connected via switching system 8 to a line 32 via which the fluid taken in energy level ends up in the other closed container 11. As this process proceeds, the fluid level 80 will drop into container 9 and the fluid level 83 will rise in container 11. As soon as the fluid level 80 in holder 9 falls below a lower limit 82, holder 9 is considered empty. At about the same time, the fluid level 83 in container 11 will rise above an upper limit 81, whereafter the container 11 will be considered full. As soon as this situation occurs, the switching system 8 will be switched from the switching position shown in Figure 1 to another switching position by shifting the block 8 to the left.

15 Zodra het blok 8 naar links is verschoven, is de in de eerdere stand door blok 8 afgesloten leiding 22 verbonden met toevoerleiding 20, is de eerder met toevoerleiding 20 verbonden leiding 21 afgesloten, is de eerder met afvoerleiding 30 verbonden leiding 32 afgesloten, en is de eerder afgesloten leiding 31 met de afvoerleiding 30 verbonden. Door nu vervolgens het fluïdum in de houder 11, dat voor het schakelen de 20 als voorbeeld genoemde druk van 5 bar en temperatuur van 20°C had, te verwarmen tot de eerder genoemde druk van 15 a 20 bar en een temperatuur van 40°C en de temperatuur en druk in de houder 9 (bijvoorbeeld door afkoelen) te verlagen tot het niveau waarop de druk en temperatuur in houder 11 lag (in dit voorbeeld 5 bar en 20 °C) voorafgaand aan het schakelen, is het hiervoor beschreven proces te herhalen. De 25 omzetter 2 zal nu gevoed worden vanuit de houder 11 en het in energieniveau verlaagde fluïdum zal opgevangen worden in houder 9. Zodra nu in houder 9 het fluïdumniveau boven de bovengrens 81 is uitgekomen en/of in houder 11 het fluïdumniveau 83 gezakt is tot onder ondergrens 82, kan het schakelsysteem 8 weer teruggeschakeld worden naar de in figuur 1 getoonde stand. Dit heen en weer schakelen 30 van schakelsysteem 8 kan in wezen eeuwigdurend herhaald worden.As soon as the block 8 has shifted to the left, the line 22 closed in the previous position by block 8 is connected to supply line 20, the line 21 previously connected to supply line 20 is closed, the line 32 previously connected to discharge line 30 is closed, and the previously closed pipe 31 is connected to the discharge pipe 30. By subsequently heating the fluid in the container 11, which before switching had the exemplary pressure of 5 bar and temperature of 20 ° C, to the aforementioned pressure of 15 to 20 bar and a temperature of 40 ° C and to lower the temperature and pressure in the container 9 (for example by cooling) to the level at which the pressure and temperature in container 11 were (in this example 5 bar and 20 ° C) prior to switching, the process described above can be to repeat. The converter 2 will now be fed from the holder 11 and the fluid reduced in energy level will be collected in holder 9. As soon as now in holder 9 the fluid level above the upper limit 81 has come out and / or in holder 11 the fluid level 83 has fallen to below lower limit 82, the switching system 8 can be switched back to the position shown in Figure 1. This switching back and forth of switching system 8 can essentially be repeated forever.

De warmte voor het verwarmen van fluïdum in houder 9 (bij de in figuur 1 getoonde stand) of in houder 11 bij de andere schakelstand gebeurt middels een warmtewisselaar 10 respectievelijk 12. De warmtewisselaars 10 en 12 kunnen worden 9 gevoed met koelwater afkomstig uit bijvoorbeeld een industrieel proces of een elektriciteitscentrale, met grondwater of anderszins met een warm fluïdum (zoals een gas, vloeistof of gas/vloeistofmengsel), dat dus niet perse water hoeft te zijn. De warmte voor het voeden van de warmtewisselaars 10 en 12 kan bijvoorbeeld ook 5 worden verkregen door in het asfalt een leidingstelsel met water te leggen, welk water dan zonnewarmte via het asfalt zal opnemen. De voor het verwarmen van het fluïdum in houder 9 of 11 toegevoerde warmte wordt toegevoerd via leiding 38 welke in figuur 1 via leiding 40 is aangesloten op het schakelsysteem 8. Via het schakelsysteem 8 is leiding 40 te verbinden met hetzij leiding 41 hetzij leiding 42. In de schakelstand 10 volgens figuur 1 is leiding 40 verbonden met leiding 41 om de warmtewisselaar 10 te voeden. De retourstroom uit de warmtewisselaar 10 wordt via leiding 51, via schakelsysteem 8, leiding 50 en leiding 48 weer teruggevoerd. Wanneer het schakelsysteem 8 in de naar links verschoven stand verkeert zal de warmte via leiding 42 warmtewisselaar 12 voeden en zal de retourstroom via leiding 52 naar leiding 50 en 15 leiding 48 stromen. Zoals in figuur 1 en verder is te zien, is de zelfde warmtestroom 38 ook te gebruiken voor het voeden van de warmtewisselaar 7 in de verdamper 6. Dit gebeurt via een aftakleiding 39. De retourstroom uit warmtewisselaar 7 wordt via een leiding 49 aan leiding 48 toegevoerd.The heat for heating fluid in holder 9 (at the position shown in Figure 1) or in holder 11 at the other switching position is effected by means of a heat exchanger 10 and 12. The heat exchangers 10 and 12 can be fed with cooling water originating from, for example, a water industrial process or a power plant, with groundwater or otherwise with a warm fluid (such as a gas, liquid or gas / liquid mixture), which does not necessarily have to be water. The heat for feeding the heat exchangers 10 and 12 can, for example, also be obtained by laying a pipe system with water in the asphalt, which water will then absorb solar heat via the asphalt. The heat supplied for heating the fluid in container 9 or 11 is supplied via line 38 which in Figure 1 is connected via line 40 to the switching system 8. Via the switching system 8 line 40 can be connected to either line 41 or line 42. In the switch position 10 according to Figure 1, line 40 is connected to line 41 to feed the heat exchanger 10. The return flow from the heat exchanger 10 is fed back via line 51, via switching system 8, line 50 and line 48. When the switching system 8 is in the position shifted to the left, the heat will feed heat exchanger 12 via line 42 and the return flow will flow via line 52 to line 50 and line 48. As can be seen in Figure 1 and further, the same heat flow 38 can also be used to feed the heat exchanger 7 in the evaporator 6. This is done via a branch line 39. The return flow from heat exchanger 7 is connected to line 48 via line 49 added.

Figuur 2 toont schematisch een variant van het in figuur 1 middels accolade II 20 aangeduide onderste gedeelte van de in richting 1. Bij deze variant is het schakelsysteem aangeduid met 88 en zijn verder de houders 100 en 101 toegevoegd die overigens overeenkomen met de houders 9 en 11. Houder 100 is voorzien van leidingen 23, 33, 43 en 53 die overeenkomen met respectievelijk de leidingen 21, 31, 41 en 51 van houder 9 en respectievelijk de leidingen 22, 32, 42 en 52 van houder 11. Op 25 overeenkomstige wijze is houder 101 respectievelijk voorzien van leidingen 24, 34, 44 en 54. Het vloeistofniveau in houders 100 en 101 is aangeduid met 85 respectievelijk 86. Voor het overige zijn in figuur 2 verwijzingsnummers gebruikt die overeenkomen met de in figuur 1 gebruikte verwijzingsnummers.Figure 2 shows diagrammatically a variant of the lower part of the direction 1 indicated by brace II 20. In this variant the switching system is indicated by 88 and furthermore the holders 100 and 101 have been added which otherwise correspond to the holders 9 and 11. Holder 100 is provided with pipes 23, 33, 43 and 53 which correspond to the pipes 21, 31, 41 and 51 of holder 9 and the pipes 22, 32, 42 and 52 of holder 11, respectively. container 101 is provided with lines 24, 34, 44 and 54, respectively. The liquid level in containers 100 and 101 is indicated by 85 and 86 respectively. For the rest, reference numbers are used in figure 2 which correspond to the reference numbers used in figure 1.

Middels de uitvoervorm volgens figuur 2 is de opbrengst aan mechanische 30 energie of eventueel elektriciteit te verhogen. Immers, wanneer bijvoorbeeld de houders 9 en 11 in gebruik zijn voor het voeden van de omzetter respectievelijk het retour ontvangen van fluïdum uit de omzetter 2, kan ondertussen het fluïdum in houder 101, die gevuld is tot een hoog niveau 86, verwarmd worden om deze houder 101 op 10 het druk en temperatuumiveau van houder 9 te brengen en kan houder 100 ondertussen afkoelen tot het druk en temperatuumiveau van houder 11. Wanneer dan houder 11 vol is en houder 9 leeg is, kan het schakelsysteem 8 verder schakelen om houder 101 op toevoerleiding 20 aan te sluiten voor het voeden van de omzetter 2 en houder 100 op de 5 afvoerleiding 30 aan te sluiten voor het retour ontvangen van fluïdum. Het proces wordt dan bedreven middels de houders 100 en 101. Ondertussen kan dan houder 11 verwarmd worden en kan houder 9 afkoelen. Zodra houder 101 dan leeg raakt en houder 100 vol raakt kan verder geschakeld worden om omzetter 2 te voeden vanuit houder 11 en fluïdum retour te ontvangen in houder 9, terwijl ondertussen houder 100 10 wordt opgewarmd en houder 101 afkoelt. Zodra houder 11 dan leeg raakt en of houder 9 vol raakt kan dan weer verder geschakeld worden etcetera. Desgewenst kunnen ook meer dan 4 houders gebruikt worden, bijvoorbeeld wanneer de tijd nodig voor het overbrengen van de inhoud van de houder aan de hoge druk zijde naar de houder aan de lage druk zijde, korter is dan de tijd nodig voor het tot het gewenste niveau verwarmen 15 van de volle houder(s) of voor het afkoelen van de lege houder(s). Aldus is middels een geschikt aantal houders een in wezen continu proces benaderbaar.By means of the output form according to figure 2 the yield of mechanical energy or possibly electricity can be increased. After all, when, for example, the holders 9 and 11 are in use for supplying the transducer and receiving fluid from the transducer 2, the fluid in the container 101, which is filled to a high level 86, can in the meantime be heated to container 101 to bring the pressure and temperature level of container 9 and meanwhile container 100 can cool down to the pressure and temperature level of container 11. When then container 11 is full and container 9 is empty, the switching system 8 can switch further to switch container 101 on. connect supply line 20 for feeding the transducer 2 and connect container 100 to the discharge line 30 for the return of fluid. The process is then operated by means of the holders 100 and 101. Meanwhile, the holder 11 can then be heated and the holder 9 can cool. As soon as container 101 becomes empty and container 100 becomes full, it can be switched further to feed transducer 2 from container 11 and to receive fluid back in container 9, while in the meantime container 100 is heated and container 101 cools down. As soon as holder 11 becomes empty and if holder 9 becomes full, it can then be switched on again and so on. If desired, more than 4 containers can also be used, for example when the time required for transferring the contents of the container on the high pressure side to the container on the low pressure side is shorter than the time required for reaching the desired level. heating the full container (s) or for cooling the empty container (s). A substantially continuous process can thus be approximated by means of a suitable number of containers.

Claims

A device for converting heat into mechanical energy, the device comprising: at least two closed containers for containing a fluid; a converter for converting flow energy into mechanical energy; a switching system; a supply line with an inlet end and an outlet end; 10 a discharge line with an inlet end and an outlet end; a heat supply system; wherein the inlet end of the supply line is connected to the switching system for receiving fluid from the switching system; wherein the outlet end of the supply line is connected to the transducer for supplying the fluid to the transducer; wherein the inlet end of the discharge line is connected to the transducer for discharging the fluid from the transducer; wherein the outlet end of the discharge line is connected to the switching system for delivering the fluid to the switching system; Wherein the heat supply system is connectable via the switching system to each of the holders for heating the fluid in those holders; each container being connectable via the switching system to the supply line for supplying fluid to the transducer and to the discharge conduit for receiving fluid delivered by the transducer; Wherein the switching system is switchable between at least two switching positions; wherein the switching system is adapted to connect different holders than when in the previous switching position to the supply line or discharge line when switching to a different switching position; wherein the switching system is further adapted to connect at least one of the holders in each switching position to, on the one hand, the heat supply system for heating the fluid in that holder and, on the other hand, the supply line for supplying fluid to the converter, while simultaneously another of these holders is disconnected from the heat supply system and connected to the discharge conduit for collecting fluid delivered by the transducer.

Device as claimed in claim 1, wherein the supply conduit is provided with an evaporator for evaporating liquid-shaped fluid.

Device as claimed in claim 2, wherein the evaporator comprises a heat exchanger which is connected to the heat supply system. 10

Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein the discharge line is provided with a cooler for cooling fluid flowing through the discharge line.

Device as claimed in claim 4, wherein the cooler is a heat exchanger and wherein the cooler is adapted to feed the heat exchanger with a cooling medium whose temperature is determined by the ambient temperature.

Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein the converter comprises a turbine, in particular a liquid turbine. 20

Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein the converter comprises a flywheel.

An assembly comprising a device according to any one of the preceding claims and an electricity generator, wherein the generator is coupled to the converter 25 for generating electricity from the mechanical energy supplied by the converter.

9] Use of a device according to any one of claims 1-7, for converting heat into mechanical energy. 30

10] Use of an assembly according to claim 8, for converting heat into electricity.

11] A method for converting heat into mechanical energy, the method being carried out with at least two containers, the method comprising the steps of: a) heating a fluid-containing fluid contained in a first said container, by means of a medium with a high temperature such that part of the liquid passes into the gas phase and the pressure in the container increases; b] using the increased pressure in the first container to carry fluid-phase fluid, such as fluid-phase fluid, from the first container to a transducer; C) converting, in the converter, mechanical energy present in the fluid supplied to the converter into mechanical energy; d] discharging fluid reduced in energy level from the converter to a second said holder; e] collecting all the fluid discharged from the transducer in the second container; f] when the liquid level of the first container has fallen below a predetermined lower limit, exchanging this first container with another container with a higher liquid level; g] when the liquid level of the second container has exceeded a predetermined upper limit, changing the second container in use for another container with a lower filling level; wherein in step f] each time a container made available in step g] is used; wherein in step g] in each case a holder made available in a step f] is used.

12. Method according to claim 11, wherein steps f] and g] take place simultaneously. 30

A method according to claim 12, wherein the method is carried out with two containers that are interchanged when performing steps f] and g].

A method according to any one of claims 11-13, wherein the fluid is evaporated during step b].

Method according to any of claims 11-14, wherein the fluid is cooled during step d] 5.