WO2005071232A1 - Anordnung zum umwandeln von thermischer in motorische energie - Google Patents

Anordnung zum umwandeln von thermischer in motorische energie Download PDF

Info

Publication number
WO2005071232A1
WO2005071232A1 PCT/DE2005/000037 DE2005000037W WO2005071232A1 WO 2005071232 A1 WO2005071232 A1 WO 2005071232A1 DE 2005000037 W DE2005000037 W DE 2005000037W WO 2005071232 A1 WO2005071232 A1 WO 2005071232A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
arrangement according
gas
pressure
pressure vessel
line
Prior art date
Application number
PCT/DE2005/000037
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Stock
Original Assignee
Gerhard Stock
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gerhard Stock filed Critical Gerhard Stock
Priority to DE502005007700T priority Critical patent/DE502005007700D1/de
Priority to US10/587,235 priority patent/US7506509B2/en
Priority to JP2006549853A priority patent/JP4625029B2/ja
Priority to CA2554204A priority patent/CA2554204C/en
Priority to EP05700542A priority patent/EP1706601B1/de
Publication of WO2005071232A1 publication Critical patent/WO2005071232A1/de
Priority to NO20063317A priority patent/NO328702B1/no

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K27/00—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
    • F01K27/005—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for by means of hydraulic motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/02—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for the fluid remaining in the liquid phase

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for converting thermal into motor energy with at least one pressure vessel, which has at least one upper injection opening for a warm and / or cold fluid, and with a liquid piston pump coupled to a working circuit within the pressure vessel.
  • EP 1 159 512 B1 describes a gas expansion element for an arrangement for converting thermal into motor energy, consisting of a closed pressure container filled with a gas or gas mixture, which is effectively connected to the arrangement via a displaceable piston and an upper injection opening for hot water as well as an upper injection opening for cold water and a lower water drain opening.
  • the lower water drain opening is arranged at the lower end of a sump that projects downward below the pressure vessel and has a much smaller diameter than the pressure vessel, and the piston is designed as a liquid piston pump that on the input side with the water drain opening of the pressure vessel, which is assigned a water inlet of a working circuit, and is connected on the output side to a water drain of the working circuit.
  • DE 102 09 998 AI discloses a gas expansion element for an arrangement for converting thermal into motor energy, consisting of a closed pressure vessel filled with a gas mixture, which is effectively connected to the arrangement via a liquid piston and each has an upper injection opening for hot water and for cold water and a lower water drain opening connected to a working circuit.
  • the liquid piston is provided within the pressure vessel and a pressure-resistant separating layer acted upon by the gas or gas mixture floats on the surface of the liquid piston which is pressurized.
  • a gas expansion element is also known from US 3 608 311 AI.
  • the liquid piston is connected via an opening to a flow and a return of a working circuit as well as to the injection openings for hot and cold water.
  • the object is achieved in that the pressure vessel has a horizontal wall provided with a bore, a gas or gas mixture being located above the wall and the liquid piston pump below the wall.
  • the bore forms a kind of sump, which reduces an overflow of the gaseous medium into the area of the liquid piston pump and thus reduces heat transfer between the air and the liquid piston, and condensate that falls out passes through the bore into the liquid piston. Furthermore, the local limit through the wall of a fast penetration of the gas with the hot or cold fluid to the expansion or contraction of 'the air safely.
  • the bore preferably widens conically in the direction of the gas-filled section of the pressure vessel. Due to the taper of the bore, which extends almost to the wall of the pressure vessel, the collection and discharge of condensate from the gas-filled section of the pressure vessel is favored, the bore being favorable due to its cylindrical part on the heat transfer between the gas and affects the liquid piston.
  • a float valve with the bore for limiting the fill level of the liquid piston pump is inserted into the wall. When the gas in the pressure vessel expands, the float valve releases the bore so that the liquid piston pump is acted upon, and closes the bore when the liquid piston pump reaches a maximum fill level to prevent the liquid from overflowing into the gas-filled area of the pressure vessel.
  • the float valve preferably comprises a basket screwed into the wall for receiving a plastic ball, the basket having the cylindrical part of the bore.
  • the plastic ball has a lower density than the liquid of the liquid piston pump and is dimensioned such that it closes the bore.
  • the basket in one embodiment carries a screen attached via spacer sleeves, which protrudes into the area of the pressure container filled with gas or gas mixture.
  • the screen can be made of a metallic material, for example, and prevents the fluid from directly impinging on the plastic ball. Furthermore, the screen contributes to a distribution of the fluid injected into the pressure container, which accordingly penetrates the gas within the pressure container relatively quickly.
  • the pressure vessel expediently has at its lower end a connecting piece for connection to a feed line of the working circuit. The connecting piece is advantageously coupled to a return of the working circuit.
  • the liquid piston or the fill level within the liquid piston pump can be detected by a relatively simple float circuit or limited by the float valve.
  • the return line of the working circuit in particular with the interposition of a controllable valve, is connected to a line leading to the injection opening for the cold fluid or to a storage container for the fluid.
  • the fluid in the return line of the working circuit is at a relatively low temperature level and can be fed as cold fluid into the pressure vessel in order to cause the gas therein to contract.
  • the feed line leads to a turbine from which the return line branches off.
  • the feed line is preferably connected to the reservoir via a line.
  • the fill level of the storage container can be regulated with an inserted float valve.
  • a line leads from the storage container, which branches through the interposition of valves to a heating and a cooling device for the fluid.
  • the valves can be designed, for example, as relatively simple non-return valves in order to alternately pressurize the gas within the pressure container with hot or cold fluid under pressure control, the arrangement of a controlled multi-way valve also being conceivable, of course.
  • the heating and cooling devices are expediently coupled to one of the injection openings with the interposition of a controlled valve.
  • the fluid is preferably water or an organic substance containing pentane, toluene or silicone oil.
  • organic substances are used in power plant operation in the so-called Organic Rankine Cycle (ORC) and have the advantage that they evaporate at relatively low temperatures at ambient pressure.
  • a short-circuit pipeline with at least one controllable valve for pressure equalization between the pressure vessels after performing the work of the gas is provided between two pressure vessels according to an advantageous development of the inventive concept.
  • At the end of the work phase there is a pressure difference between the two pressure vessels, which is caused by the warm gas from one pressure vessel and the cold gas from the other pressure vessel.
  • With the pressure equalization a heat flow takes place, whereby the thermal energy still present in the egg NEN pressure vessel is used to heat the gas of the other pressure vessel up to a compensation temperature.
  • the amount of gas in the pressure vessel increases with the expanding gas, which is accompanied by an increase in the pressure difference between the two pressure vessels and thus an increase in output.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the detail II of FIG. 1 in partial section
  • FIG. 3 is an enlarged sectional view of detail III of FIG. 2,
  • Fig. 4 is a plan view of the illustration of Fig. 3 and 5 shows a basic illustration of a pressure-time diagram of the arrangement according to FIG. 1.
  • the arrangement comprises four pressure vessels 1, 2, 3, 4, each of which has an upper injection opening 5 for warm water and an upper injection opening 6 for cold water and a connection piece 7 at its lower ends for connection to a working circuit 8.
  • the injection opening 5 for warm water is connected via a line 9 to an inserted heating device 10 with an associated valve 11 designed as a check valve, which is coupled via a line 14 to a storage container 15 for the charging circuit serving as an overflow container.
  • the line 14 is connected to the injection opening 6 for cold water via a further valve 37 designed as a check valve via a line 12 coupled to a cooling device 13.
  • each pressure vessel 1, 2, 3, 4 opens on the one hand with the interposition of a check valve 16 in a feed line 17 and on the other hand in a return line 19 of the working circuit 8, which also has a check valve 18, the feed line 17 having both a turbine 20 and is also coupled to the reservoir 15 with the interposition of a check valve 24.
  • the return line 19 connecting the pressure vessels 1, 2, 3, 4 is connected to the turbine 20 with the interposition of a controllable valve 22 designed as a two-way valve.
  • each pressure vessel 1, 2, 3, 4 there is a liquid piston pump 25 coupled to the working circuit 8 educated.
  • each pressure vessel 1, 2, 3, 4 has a horizontal wall 27 provided with a bore 26, the gas being present above the wall 27 and the liquid piston pump 25 below the wall 27.
  • the bore 26 widens conically within the wall 27 in the direction of the gas-filled section of the pressure vessel 1, 2, 3, 4 up to the inner wall of the pressure vessel 1, 2, 3, 4 in order to collect condensate and to lead it to the liquid piston pump 25 ,
  • a float valve 28 is screwed into the wall 25 welded into the pressure container 1, 2, 3, 4 and projects into the area of the liquid piston pump 25 in order to limit its fill level.
  • the upper end face 30 of the float valve 28 is designed to correspond to the conical shape of the bore 26 and is flush with it. Furthermore, the cylindrical part 29 of the bore 26 is located centrally in the float valve 28. In the upper end face 30 of the float valve 28 there are two blind holes 31 spaced apart from one another for a screw-in tool. In a basket 32 of the float valve 28, which is closed with a cover 33, a plastic ball 34 is arranged, which serves to close the bore 26 when the liquid piston pump 25 reaches a maximum fill level. In order to protect the plastic ball 34 from thermal stress when the warm fluid is injected into the pressure vessel 1, 2, 3, 4, an essentially rectangular screen 35 is screwed onto the upper end face 30 of the float valve 28 via spacer bushings 36.
  • valve-controlled pressure compensation takes place between the pressure vessels 1 and 2 instead, as symbolized by arrow A in Fig. 3.
  • the arrow B indicates the point in time at which warm water is injected into the pressure vessel 3, which causes the gas present in this pressure vessel 3 to expand.
  • the displaceable piston of the liquid piston pump 25 is displaced by the expanding gas, which thus carries out translational work which is fed to the turbine 20 via the feed line 17 of the working circuit 8 for conversion into rotary work.
  • water precipitates which is passed through the bore 26 into the liquid piston pump 25.
  • cold water treated in the cooling device 13 is injected into the pressure vessel 4 via the corresponding injection opening 6.
  • the gas contracts and likewise does work via the displaceable piston of the corresponding liquid piston pump 25.
  • the pressure vessels 1, 2 are at a pressure level that corresponds to their compensating pressure.
  • a pressure equalization takes place between the pressure vessels 3, 4, cold water being simultaneously introduced into the pressure vessel 1 and warm water into the pressure vessel 2, so that their associated liquid piston pumps 25 contraction or. Do expansion work.
  • the point in time of injecting cold water into the pressure vessel 1 is represented by the arrow D and that of the injection of warm water into the pressure vessel 2 by the arrow E.
  • the controllable valve 22 in the return line 19 is switched in such a way that it prevents water from entering the pressure vessels 1, 2, 3, 4 as long as there is pressure equalization between two pressure vessels 1, 2, 3, 4.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

Eine Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie umfasst mindestens einen Druckbehälter (1, 2, 3, 4), der mindestens eine obere Einspritzöffnung (5, 6) für ein warmes und/oder kaltes Fluid aufweist, und mindestens eine mit einem Arbeitskreislauf (8) gekoppelte Flüssigkol­benpumpe (25) innerhalb des Druckbehälters (1, 2, 3, 4). In dem Druckbehälter (1, 2, 3, 4) ist eine mit einer Bohrung (26) versehene horizontale Wandung (27) vorgesehen, wobei sich oberhalb der Wandung (27) ein Gas oder Gasgemisch und unterhalb der Wandung (27) die Flüssigkolbenpumpe (25) be­findet.

Description

Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie mit mindestens einem Druckbehälter, der mindestens eine obere Einspritzöffnung für ein warmes und/oder kaltes Fluid aufweist, und mit einer mit einem Arbeitskreislauf gekoppelten Flüssigkolbenpumpe innerhalb des Druckbehälters.
Die EP 1 159 512 Bl beschreibt ein Gasausdehnungselement für eine Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie, bestehend aus einem mit einem Gas- oder Gasgemisch gefüllten geschlossenen Druckbehälter, der über einen verschiebbaren Kolben mit den Anordnung wirksam verbunden ist und eine obere Einspritzöffnung für Warmwasser sowie eine obere Einspritzöffnung für Kaltwasser und eine untere WasserablaufÖff ung hat. Die untere WasserablaufÖffnung ist am unteren Ende eines den Druckbehälter nach unten überragenden Sumpfes angeordnet, der einen wesentlich kleineren Durchmesser als der Druckbehälter hat, und der Kolben ist als Flüssigkolbenpumpe ausgebildet, die eingangsseitig mit der WasserablaufÖffnung des Druckbehälters, der ein Wasserzulauf eines Arbeitskreislaufes zugeordnet ist, und ausgangsseitig mit einem Wasserablauf des Arbeitskreislaufes verbunden ist.
Des Weiteren offenbart die DE 102 09 998 AI ein Gasausdehnungselement für eine Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie, bestehend aus einem mit einem Gasgemisch gefüllten geschlossenen Druckbehälter, der über einen Flüssigkolben mit der Anordnung wirksam verbunden ist und jeweils eine obere Einspritzöffnung für Warmwasser sowie für Kaltwasser und eine untere mit einem Arbeitskreislauf verbundene WasserablaufÖffnung aufweist. Der Flüssigkolben ist innerhalb des Druckbehälters vorgesehen und auf der druckbeaufschlagten Oberfläche des Flüssigkolbens schwimmt eine von dem Gas oder Gasgemisch beaufschlagte druckbeständige Trennschicht . Ein solches Gasausdehnungselement ist auch aus der US 3 608 311 AI bekannt. Hierbei steht der Flüssigkolben über jeweils eine Öffnung mit einem Vorlauf und einem Rücklauf eines Arbeitskreislaufes sowie mit den Einspritzöffnungen für Warm- und Kaltwasser in Verbindung. Diese Gasausdehnungselemente sind insofern nachteilig, als das bei der Zufuhr von Warmwasser expandierende Gas den Flüssigkolben nur unzureichend beaufschlagt und eine verhältnismäßig große Wärmemenge des gespritzten Warmwassers in den Flüssigkolben eingetragen wird und damit nicht mehr zur Expansion des Gases zur Verfügung steht, weshalb die Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie einen relativ geringen Wirkungsgrad aufweist .
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie der eingangs genann- ten Art zu schaffen, die bei einem einfachen Aufbau einen relativ hohen Wirkungsgrad aufweist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Druckbehälter eine mit einer Bohrung versehene horizontale Wandung aufweist, wobei sich oberhalb der Wandung ein Gas oder Gasgemisch und unterhalb der Wandung die Flüssigkolbenpumpe befindet.
Mit der horizontalen Wandung wird eine thermische Trennung zwischen den abwechselnd mit einem warmen bzw. kalten Fluid beaufschlagten Gas und der Flüssigkolbenpumpe erzielt. Hierbei bildet die Bohrung eine Art Sumpf, der ein Überströmen des gasförmigen Mediums in den Bereich der Flüssigkolbenpumpe reduziert und damit einen Wärmeübergang zwischen der Luft und dem Flüssigkolben vermindert, wobei ausfallendes Kondensat durch die Bohrung in den Flüssigkolben gelangt. Des Weiteren stellt die örtliche Begrenzung durch die Wandung ein schnelles Durchdringen des Gases mit dem warmen bzw. kalten Fluid zur Expansion bzw. Kontraktion' der Luft sicher.
Bevorzugt erweitert sich die Bohrung in Richtung des mit Gas gefüllten Abschnittes des Druckbehälters konisch. Durch die Konizität der Bohrung, die sich bis annähernd an die Wand des Druckbehälters erstreckt, ist das Sammeln und Ableiten von Kondensat aus dem mit Gas gefüllten Abschnitt des Druckbehälters begünstigt, wobei sich die Bohrung aufgrund ihres zylindrischen Teils günstig auf den Wärmeübergang zwischen dem Gas und dem Flüssigkolben auswirkt. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in die Wandung ein Schwimmerventil mit der Bohrung zur Füllstandsbegrenzung der Flüssigkolbenpumpe eingesetzt. Das Schwimmerventil gibt beim Expandieren des Gases im Druckbehälter die Bohrung frei, damit eine Beaufschlagung der Flüssigkolbenpumpe stattfindet, und verschließt die Bohrung beim Erreichen eines Maximalfüllstandes der Flüssigkolbenpumpe, um ein Überströmen der Flüssigkeit in den mit Gas gefüllten Bereich des Druckbehälters zu verhindern.
Vorzugsweise umfasst das Schwimmerventil einen in die Wandung eingeschraubten Korb zur Aufnahme einer Kunststoffku- gel, wobei der Korb den zylindrischen Teil der Bohrung aufweist. Die Kunststoffkugel hat eine geringere Dichte als die Flüssigkeit der Flüssigkolbenpumpe und ist derart bemessen, dass sie die Bohrung verschließt.
Um die Kunststoffkugel des Schwimmerventils vor einer thermischen Beschädigung bei einer Gasbeaufschlagung mit dem warmen Fluid zu schützen, trägt in Ausgestaltung der Korb einen über Distanzbuchsen befestigten Schirm, der in den mit Gas oder Gasgemisch gefüllten Bereich des Druckbehälters ragt. Der Schirm kann beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gefertigt sein und verhindert die direkte Beaufschlagung der Kunststoffkugel mit dem Fluid. Des Weiteren trägt der Schirm zu einer Verteilung des in den Druckbehälter eingespritzten Fluids bei, das demnach das Gas innerhalb des Druckbehälters relativ schnell durchdringt . Zweckmäßigerweise weist der Druckbehälter an seinem unteren Ende einen Anschlussstutzen zur Verbindung mit einer Vorlaufleitung des Arbeitskreislaufes auf. Vorteilhafterweise ist der Anschlussstutzen mit einem Rücklauf des Arbeits- kreislaufes gekoppelt. In dieser Kombination, in der sowohl die Vorlaufleitung als auch die Rücklaufleitung des Arbeitskreislaufes mit dem Anschlussstutzen verbunden sind, ist der Flüssigkolben bzw. die Füllstandshöhe innerhalb der Flüssigkolbenpumpe durch eine relativ einfache Schwimmerschaltung zu erfassen bzw. durch das Schwimmerventil zu begrenzen. Alternativ dazu ist die Rücklaufleitung des Arbeitskreislaufes, insbesondere unter Zwischenschaltung eines steuerbaren Ventils, mit einer zu der Einspritzöffnung für das kalte Fluid oder zu einem Vorratsbehälter für das Fluid führenden Leitung verbunden. Das Fluid in der Rücklaufleitung des Arbeitskreislaufes befindet sich auf einem relativ niedrigen Temperaturniveau und kann als kaltes Fluid in den Druckbehälter geleitet werden, um ein Kontrahieren des darin befindlichen Gases zu bewirken.
Um die translatorische Bewegung der Flüssigkolbenpumpe in eine rotatorische Bewegung umzuwandeln, führt die Vorlaufleitung zu einer Turbine, von der die Rücklaufleitung abgeht .
Zum Laden des Speisewasserkreislaufs und zum Druckausgleich innerhalb der Anordnung ist vorzugsweise die Vorlaufleitung über eine Leitung an den Vorratsbehälter angeschlossen. Der Füllstand des Vorratsbehälters ist mit einem eingesetzten Schwimmerventil regulierbar. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung geht von dem Vorratsbehälter eine Leitung ab, die unter Zwischenschaltung von Ventilen zu einer Heiz- und einer Kühleinrichtung für das Fluid verzweigt. Hierbei können die Ventile beispielsweise als relativ einfache Rückschlagventile ausgebildet sein, um das Gas innerhalb des Druckbehälters druckgesteuert abwechselnd mit warmem oder kaltem Fluid zu beaufschlagen, wobei selbstverständlich auch die Anordnung eines gesteuerten Mehrwege-Ventils denkbar ist. Zweckmäßigerweise sind die Heiz- und die Kühleinrichtung jeweils unter Zwischenschaltung eines gesteuerten Ventils mit einer der Einspritzöffnungen gekoppelt.
Vorzugsweise ist das Fluid Wasser oder eine Pentan, Toluol oder Silikonöl enthaltende organische Substanz. Solche organischen Substanzen finden im Kraftwerksbetrieb im so genannten Organic Rankine Cycle (ORC) Verwendung und haben den Vorteil, dass sie bei Umgebungsdruck bereits bei verhältnismäßig geringen Temperaturen verdampfen.
Zur weitergehenden Steigerung der Leistung der Anordnung ist nach einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens zwischen jeweils zwei Druckbehältern eine Kurzschlussrohrleitung mit mindestens einem steuerbaren Ventil zum Druckausgleich zwischen den Druckbehältern nach dem Verrichten der Arbeit des Gases vorgesehen. Am Ende der Arbeitsphase herrscht zwischen den beiden Druckbehältern eine Druckdifferenz, die durch das warme Gas des einen Druckbehälters und das kalte Gas des anderen Druckbehälters bedingt ist. Mit dem Druckausgleich findet eine Wärmeströmung statt, wodurch die noch vorhandene Wärmeenergie in dem ei- nen Druckbehälter zur Erwärmung des Gases des anderen Druckbehälters bis zu einer Ausgleichtemperatur ausgenutzt wird. Gleichzeitig steigt die Gasmenge in dem Druckbehälter mit dem expandierenden Gas, womit eine Steigerung der Druckdifferenz zwischen den beiden Druckbehältern und damit eine Leistungserhöhung einhergeht.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der vorliegenden Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit II gemäß Fig. 1 im Teilschnitt,
Fig. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung der Einzelheit III gemäß Fig. 2,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Darstellung nach Fig. 3 und Fig. 5 eine Prinzipdarstellung eines Druck-Zeit- Diagramms der Anordnung nach Fig. 1.
Die Anordnung umfasst vier Druckbehälter 1, 2, 3, 4, die jeweils eine obere Einspritzöffnung 5 für warmes Wasser sowie eine obere Einspritzöffnung 6 für kaltes Wasser und an ihren unteren Enden einen Anschlussstutzen 7 zur Verbindung mit einem Arbeitskreislauf 8 aufweisen. Die Einspritzöffnung 5 für warmes Wasser steht über eine Leitung 9 mit einer eingesetzten Heizeinrichtung 10 mit einem zugeordneten als Rückschlagventil ausgebildeten Ventil 11 in Verbindung, das über eine Leitung 14 mit einem als Überströmbehälter dienenden Vorratsbehälter 15 für den Ladekreislauf gekoppelt ist. Im Weiteren ist die Leitung 14 über ein weiteres als Rückschlagventil ausgebildetes Ventil 37 über eine mit einer Kühleinrichtung 13 gekoppelte Leitung 12 mit der Einspritzöffnung 6 für kaltes Wasser verbunden. Der Anschlussstutzen 7 jedes Druckbehälters 1, 2, 3, 4 mündet zum einen unter Zwischenschaltung eines Rückschlagventils 16 in eine Vorlaufleitung 17 und zum anderen in eine ebenfalls ein Rückschlagventil 18 aufweisende Rücklaufleitung 19 des Arbeitskreislaufes 8, wobei die Vorlaufleitung 17 sowohl mit einer Turbine 20 als auch unter Zwischenschaltung eines Rückschlagventils 24 mit dem Vorratsbehälter 15 gekoppelt ist. Die die Druckbehälter 1, 2, 3, 4 verbindende Rücklauf- leitung 19 ist unter Zwischenschaltung eines steuerbaren als Zwei-Wege-Ventil ausgestalteten Ventils 22 mit der Turbine 20 verbunden.
Innerhalb eines jeden Druckbehälters 1, 2, 3, 4 ist eine mit dem Arbeitskreislauf 8 gekoppelte Flüssigkolbenpumpe 25 ausgebildet. Hierzu weist jeder Druckbehälter 1, 2, 3, 4 eine mit einer Bohrung 26 versehene horizontale Wandung 27 auf, wobei oberhalb der Wandung 27 das Gas und unterhalb der Wandung 27 die Flüssigkolbenpumpe 25 vorhanden ist. Die Bohrung 26 erweitert sich innerhalb der Wandung 27 in Richtung des mit Gas gefüllten Abschnittes des Druckbehälters 1, 2, 3, 4 konisch bis zur Innenwandung des Druckbehälters 1, 2, 3, 4, um anfallendes Kondensat zu sammeln und zur Flüssigkolbenpumpe 25 zu leiten. In die in den Druckbehälter 1, 2, 3, 4 eingeschweißte Wandung 25 ist ein Schwimmerventil 28 eingeschraubt, das in den Bereich der Flüssigkolbenpumpe 25 ragt, um deren Füllstand zu begrenzen. Die obere Stirnseite 30 des Schwimmerventils 28 ist korrespondierend zu dem konischen Verlauf der Bohrung 26 ausgebildet und schließt bündig damit ab. Des Weiteren befindet sich der zylindrische Teil 29 der Bohrung 26 zentrisch in dem Schwimmerventil 28. In der oberen Stirnseite 30 des Schwimmerventils 28 befinden sich zwei zueinander beabstandete Sacklöcher 31 für ein Einschraubwerkzeug. In einem Korb 32 des Schwimmerventils 28, der mit einem Deckel 33 verschlossen ist, ist eine Kunststoffkugel 34 angeordnet, die zum Verschließen der Bohrung 26 beim Erreichen eines maximalen Füllstandes der Flüssigkolbenpumpe 25 dient. Um die Kunststoffkugel 34 vor einer thermischen Belastung beim Einspritzen des warmen Fluids in den Druckbehälter 1, 2, 3, 4 zu schützen, ist auf der oberen Stirnseite 30 des Schwimmerventils 28 ein im Wesentlichen rechteckförmiger Schirm 35 über Distanzbuchsen 36 angeschraubt.
Zu Beginn des Betriebs der Anordnung findet zunächst ventilgesteuert ein Druckausgleich zwischen den Druckbehältern 1 und 2 statt, wie es durch Pfeil A in Fig. 3 symbolisiert ist. Der Pfeil B weist auf den Zeitpunkt hin, bei dem warmes Wasser in den Druckbehälter 3 eingespritzt wird, das ein Expandieren des in diesem Druckbehälter 3 vorhandenen Gases bewirkt. Durch das expandierende Gas wird der verschiebbare Kolben der Flüssigkolbenpumpe 25 verlagert, der somit translatorische Arbeit verrichtet, die über die Vorlaufleitung 17 des Arbeitskreislaufes 8 der Turbine 20 zur Umwandlung in rotatorische Arbeit zugeführt wird. Nach dem Druckanstieg und dem nach der Kolbendisplazierung der Flüssigkolbenpumpe 25 des Druckbehälters 3 entsprechenden Druckabfall in diesem Druckbehälter 3 fällt Wasser aus, das über die Bohrung 26 in die Flüssigkolbenpumpe 25 geleitet wird. Gleichzeitig wird, wie durch Pfeil C angegeben, in der Kühleinrichtung 13 aufbereitetes Kaltwasser über die entsprechende Einspritzöffnung 6 in den Druckbehälter 4 gespritzt. Beim Einsprühen des Kaltwassers in diesen Druckbehälter 4 kontraktiert das Gas und verrichtet ebenfalls über den verschiebbaren Kolben der entsprechenden Flüssigkolbenpumpe 25 Arbeit. Während dieser Phase befinden sich die Druckbehälter 1, 2 auf einem Druckniveau, das ihrem Ausgleichsdruck entspricht. Nach der Übertragung der nutzbaren Expansions- bzw. Kontraktionsarbeit des Gases erfolgt ein Druckausgleich zwischen den Druckbehältern 3, 4, wobei gleichzeitig in den Druckbehälter 1 kaltes Wasser und in den Druckbehälter 2 warmes Wasser eingeleitet wird, so dass deren zugeordneten Flüssigkolbenpumpen 25 Kontraktionsbzw. Expansionsarbeit verrichten. Der Zeitpunkt des Ein- spritzens von kaltem Wasser in den Druckbehälter 1 ist durch den Pfeil D und der des Einspritzens von warmem Wasser in den Druckbehälter 2 durch den Pfeil E dargestellt. Das steuerbare Ventil 22 in der Rücklaufleitung 19 ist derart geschaltet, dass es verhindert, dass Wasser in die Druckbehälter 1, 2, 3, 4 gelangt, solange zwischen jeweisl zwei Druckbehältern 1, 2, 3, 4 ein Druckausgleich herrscht.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie mit mindestens einem Druckbehälter (1, 2, 3, 4), der mindestens eine obere Einspritzöffnung (5, 6) für ein warmes und/oder kaltes Fluid aufweist, und mit einer mit einem Arbeitskreislauf (8) gekoppelten Flüssigkolbenpumpe (25) innerhalb des Druckbehälters (1, 2, 3, 4) , dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (1, 2, 3, 4) eine mit einer Bohrung (26) versehene horizontale Wandung (27) aufweist, wobei sich oberhalb der Wandung (27) ein Gas oder Gasgemisch und unterhalb der Wandung (27) die Flüssigkolbenpumpe (25) befindet.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bohrung (26) in Richtung des mit Gas gefüllten Abschnittes des Druckbehälters (1, 2, 3, 4) konisch erweitert.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Wandung (27) ein Schwimmerventil (28) mit der Bohrung (26) zur Füllstandsbegrenzung der Flüssigkolbenpumpe (25) eingesetzt ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwimmerventil (28) einen in die Wandung (27) eingeschraubten Korb (32) zur Aufnahme einer Kunststoffkugel (34) umfasst, wobei der Korb (32) den zylindrischen Teil (29) der Bohrung (26) aufweist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Korb (32) einen über Distanzbuchsen (36) befestigten Schirm (35) trägt, der in den mit Gas oder Gasgemisch gefüllten Bereich des Druckbehälters (1, 2, 3, 4) ragt.
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (1, 2, 3, 4) an seinem unteren Ende einen Anschlussstutzen (7) zur Verbindung mit einer Vorlaufleitung (17) des Arbeitskreislaufes (8) aufweist .
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussstutzen (7) mit einer Rücklaufleitung (19) des Arbeitskreislaufes (8) gekoppelt ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufleitung (19) des Arbeitskreislaufes (8), insbesondere unter Zwischenschaltung eines steuerbaren Ventils, mit einer zu der Einspritzöffnung (6) für das kalte Fluid oder zu einem Vorratsbehälter (15) für das Fluid führenden Leitung verbunden ist.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlaufleitung (17) zu einer Turbine (20) führt, von der die Rücklaufleitung (19) abgeht .
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlaufleitung (17) über eine Leitung an den Vorratsbehälter (15) angeschlossen ist.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Vorratsbehälter (15) eine Leitung (14) abgeht, die unter Zwischenschaltung von Ventilen (11, 37) zu einer Heiz- (10) und einer Kühleinrichtung (13) für das Fluid verzweigt.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz- (10) und die Kühleinrichtung (13) jeweils unter Zwischenschaltung eines gesteuerten Ventils mit einer der Einspritzöffnungen (5, 6) gekoppelt sind.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Wasser oder eine Pen- tan, Toluol oder Silikonöl enthaltende organische Substanz ist.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeweils zwei Druckbehältern (1, 2, 3, 4) eine Kurzschlussrohrleitung mit mindestens einem steuerbaren Ventil zum Druckausgleich zwischen den Druckbehältern (1, 2, 3, 4) nach dem Verrichten der Arbeit des Gases vorgesehen ist.
PCT/DE2005/000037 2004-01-24 2005-01-13 Anordnung zum umwandeln von thermischer in motorische energie WO2005071232A1 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE502005007700T DE502005007700D1 (de) 2004-01-24 2005-01-13 Anordnung zum umwandeln von thermischer in motorische energie
US10/587,235 US7506509B2 (en) 2004-01-24 2005-01-13 System for converting thermal to motive energy
JP2006549853A JP4625029B2 (ja) 2004-01-24 2005-01-13 熱を動力に変換するシステム
CA2554204A CA2554204C (en) 2004-01-24 2005-01-13 System for converting thermal to motive energy
EP05700542A EP1706601B1 (de) 2004-01-24 2005-01-13 Anordnung zum umwandeln von thermischer in motorische energie
NO20063317A NO328702B1 (no) 2004-01-24 2006-07-18 System for omforming av termisk energi til mekanisk energi.

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004003694.2 2004-01-24
DE102004003694A DE102004003694A1 (de) 2004-01-24 2004-01-24 Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2005071232A1 true WO2005071232A1 (de) 2005-08-04

Family

ID=34800983

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2005/000037 WO2005071232A1 (de) 2004-01-24 2005-01-13 Anordnung zum umwandeln von thermischer in motorische energie

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7506509B2 (de)
EP (1) EP1706601B1 (de)
JP (1) JP4625029B2 (de)
CA (1) CA2554204C (de)
DE (2) DE102004003694A1 (de)
NO (1) NO328702B1 (de)
WO (1) WO2005071232A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2929381A1 (fr) * 2008-04-01 2009-10-02 Centre Nat Rech Scient Installation pour la production de froid, de chaleur et/ou de travail
JP2009539005A (ja) * 2006-06-01 2009-11-12 インターナショナル・イノヴェーションズ・リミテッド 熱エネルギを機械的仕事に変換する方法及び装置
US8800280B2 (en) 2010-04-15 2014-08-12 Gershon Machine Ltd. Generator
US9540963B2 (en) 2011-04-14 2017-01-10 Gershon Machine Ltd. Generator

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2771812A1 (en) * 2009-08-24 2011-03-03 Benoit Janvier Method and system for generating high pressure steam
DE102010005232A1 (de) * 2010-01-21 2011-09-08 Gerhard Stock Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie
US20120085097A1 (en) * 2010-10-06 2012-04-12 Chevron U.S.A. Inc. Utilization of process heat by-product
US10947926B1 (en) * 2019-08-21 2021-03-16 Taiwan Happy Energy Co., Ltd. Devices, systems, and methods for generating power
CN111237021B (zh) * 2020-01-13 2022-06-28 北京工业大学 一种用于有机朗肯循环的小压差蒸气直驱高增压比工质泵
DE102020006494A1 (de) 2020-05-26 2021-12-02 Gerhard Stock Kleinkraftwerk mit äußerer Verbrennung
US11874041B2 (en) * 2020-12-16 2024-01-16 Taiwan Happy Energy Co., Ltd. Pumps, air conditioning systems, and methods for extracting heat

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0043879A2 (de) * 1980-07-16 1982-01-20 Thermal Systems Limited. Hubkolbenmaschine mit äusserer Verbrennung sowie Verfahren zu deren Betrieb
US5074110A (en) * 1990-10-22 1991-12-24 Satnarine Singh Combustion engine
DE10133153C1 (de) * 2001-07-07 2002-07-11 Gerhard Stock Anordnung von Gasausdehnungselementen und Verfahren zum Betreiben der Anordnung
EP1159512B1 (de) * 1999-03-05 2003-10-08 Gerhard Stock Gasausdehnungselement für eine anordnung zum umwandeln von thermischer in motorische energie, insbesondere für einen warmwassermotor

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3237523A (en) * 1963-10-14 1966-03-01 Globe Hoist Co Low liquid level control valve
US3608311A (en) * 1970-04-17 1971-09-28 John F Roesel Jr Engine
SE9303680L (sv) * 1993-05-25 1994-11-26 Haakan Ingvast Produktutveckli Vätskeburet system med anordning för avgasning av vätskan
US5647734A (en) * 1995-06-07 1997-07-15 Milleron; Norman Hydraulic combustion accumulator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0043879A2 (de) * 1980-07-16 1982-01-20 Thermal Systems Limited. Hubkolbenmaschine mit äusserer Verbrennung sowie Verfahren zu deren Betrieb
US5074110A (en) * 1990-10-22 1991-12-24 Satnarine Singh Combustion engine
EP1159512B1 (de) * 1999-03-05 2003-10-08 Gerhard Stock Gasausdehnungselement für eine anordnung zum umwandeln von thermischer in motorische energie, insbesondere für einen warmwassermotor
DE10133153C1 (de) * 2001-07-07 2002-07-11 Gerhard Stock Anordnung von Gasausdehnungselementen und Verfahren zum Betreiben der Anordnung

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009539005A (ja) * 2006-06-01 2009-11-12 インターナショナル・イノヴェーションズ・リミテッド 熱エネルギを機械的仕事に変換する方法及び装置
FR2929381A1 (fr) * 2008-04-01 2009-10-02 Centre Nat Rech Scient Installation pour la production de froid, de chaleur et/ou de travail
WO2009144402A2 (fr) * 2008-04-01 2009-12-03 Centre National De La Recherche Scientifique Installation pour la production de froid, de chaleur et/ou de travail
WO2009144402A3 (fr) * 2008-04-01 2012-02-02 Centre National De La Recherche Scientifique Installation pour la production de froid, de chaleur et/ou de travail
US8800280B2 (en) 2010-04-15 2014-08-12 Gershon Machine Ltd. Generator
US9540963B2 (en) 2011-04-14 2017-01-10 Gershon Machine Ltd. Generator

Also Published As

Publication number Publication date
DE502005007700D1 (de) 2009-08-27
NO328702B1 (no) 2010-04-26
JP4625029B2 (ja) 2011-02-02
DE102004003694A1 (de) 2005-11-24
US20080016867A1 (en) 2008-01-24
CA2554204C (en) 2013-10-15
EP1706601A1 (de) 2006-10-04
US7506509B2 (en) 2009-03-24
EP1706601B1 (de) 2009-07-15
NO20063317L (no) 2006-08-10
CA2554204A1 (en) 2005-08-04
JP2007518923A (ja) 2007-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1706601B1 (de) Anordnung zum umwandeln von thermischer in motorische energie
DE19715359C2 (de) Vorrichtung zum Erwärmen von Waschflüssigkeit einer Scheibenwaschanlage
DE102010005232A1 (de) Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie
DE19654037C1 (de) Anlage zur Gewinnung von Wärme aus Solarenergie
EP1159512B1 (de) Gasausdehnungselement für eine anordnung zum umwandeln von thermischer in motorische energie, insbesondere für einen warmwassermotor
DE2744952C2 (de) Solare Pumpanlage zum Pumpen von Flüssigkeiten
DE2806656C2 (de) Wärmespeicheranlage
DE202011050318U1 (de) Einrichtung zur Energieerzeugung unter Nutzung der Auftriebskraft
DE19931069C2 (de) Sonnenkollektor-Vorrichtung
AT412998B (de) Solaranlage
DE102012110812A1 (de) Biogasreaktor mit einer Überdruck-Unterdrucksicherung
DE2248333A1 (de) Entlueftungsapparat bei waermetauschern
EP3329110B1 (de) Hydrostirling-maschine
EP0011286B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Wasserstrahlpumpe
DE3744487A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur foerderung von siedefaehigen fluessigkeiten
DE2919263A1 (de) Waermekraftmaschine
LU503094B1 (de) Speicherkraftwerk, insbesondere Druckspeicherkraftwerk, sowie Verfahren zum Betrieb eines Speicherkraftwerks
DE3046601A1 (de) "speicher fuer eine fluessigkeit"
DE102011010669A1 (de) Pufferspeicher
AT375171B (de) Waermeumsetzer, insbesondere sonnenenergieabsorber
DE10209998B4 (de) Gasausdehnungselement für eine Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie
DE20011845U1 (de) Vorrichtung zur Aufnahme der Wasserausdehnung
DE3003007C2 (de) Verfahren zum Speichern von Niedertemperaturwärme im Erdreich
DE3001725C2 (de) Latentwärmespeicher
DE57202C (de) Ammoniakdampfmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2005700542

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2554204

Country of ref document: CA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2006549853

Country of ref document: JP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2005700542

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 10587235

Country of ref document: US

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 10587235

Country of ref document: US