WO2008077899A2 - Wärmekraftmaschine - Google Patents

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WO2008077899A2
WO2008077899A2 PCT/EP2007/064375 EP2007064375W WO2008077899A2 WO 2008077899 A2 WO2008077899 A2 WO 2008077899A2 EP 2007064375 W EP2007064375 W EP 2007064375W WO 2008077899 A2 WO2008077899 A2 WO 2008077899A2
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Robert Lloyd
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I-Sol Ventures Gmbh
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Definitions

  • thermal energy An alternative form of energy that could be used to drive a machine is thermal energy.
  • a suitable separator may include a filter, network, screen, float, precipitator, settler, or centrifugal separator.
  • the conveying means for conveying the heat transfer material to a collecting vessel may comprise a screw conveyor, a conveyor belt, a pump or a gravity feed system and may comprise more than one latter.
  • the radiator may comprise, for example, a heat exchanger, a refrigeration system, a condenser, a heat sink, or air cooling vanes. There may be more than one cooler provided.
  • the gas may have a temperature of between about 0 ° C and about 100 ° C, typically about 50 ° C when entering the mixing chamber, and the heat transfer material may have a temperature of between about 150 ° C and about 400 ° C , preferably about 300 ° C, when it enters the mixing chamber.
  • the engine may be a piston engine or a turbine or a turbine runner.
  • the machine of this embodiment additionally includes a reflux system for refluxing the heat transfer material and the gas for recycling in the machine.
  • a system comprising: a heater for heating the heat transfer material to at least a first temperature, a machine including a mixing chamber for producing a mixture of the heat transfer material at the first temperature and a liquid at a second temperature the first temperature is higher than the second temperature and, optionally, a reflux system for refluxing at least one of the heat transfer material and the liquid,
  • the expansion of the fluid may be due to the heating of a gas or due to the volatilization of a liquid or due to both the heating of a gas and the volatilization of a liquid.
  • the expansion may be used to drive, for example, one or more pistons that are part of a reciprocating engine or may be used to drive a turbine or other engine that is capable of being driven by the expansion of a fluid.
  • the method comprises: heating a heat transfer material to a temperature of between about 200 ° C. and about 400 ° C., normally about 300 ° C., the heat transfer material comprising a plurality of spherical graphite particles having an average diameter of less than about 1 micron; preparing a mixture of the heat transfer material and a gas which is non-reactive with the heat transfer material up to about 400 ° C, the gas having a temperature of between about 0 ° C and about 100 ° C, normally about 50 ° C, and the use expanding the mixture to drive an engine, wherein the expansion is a result of heating the gas, at least partially depositing the heat transfer material and the fluid, compressing the gas after deposition, conveying the heat transfer material to a collection vessel, for example a screw conveyor.
  • the mixing chamber may contain one or more pistons so that the mixture drives the mixture as the mixture expands.
  • the mixture may be connected to a chamber that includes one or more pistons such that the mixture drives the mixture as the mixture expands.
  • the mixing chamber may be connected to the chamber, which comprises one or more pistons around at least one hose, pipe, hole or other connecting means.
  • the tube, tube, hole or other connection means may comprise a one-way valve that allows the mixture to pass from the mixing chamber to the chamber with one or more pistons.
  • the mixing chamber may be connected to a chamber having at least one turbine blade.
  • the mixing chamber may be connected to the chamber with at least one turbine blade around at least one hose, pipe, hole or other connecting means, and the hose, the tube, the hole or other connecting means may be arranged to direct the mixture directly towards the at least one turbine blade.
  • the fluid at the second temperature may be a liquid capable of forming a vapor upon contact with the heat transfer material at the first temperature.
  • the liquid may be a non-oxidizing liquid and may be, for example, water or a volatile organic liquid. If the liquid or vapor is flammable, the oxygen is preferably at least partially secreted by the machine.
  • the ratio of the heat transfer material entering the mixing chamber to liquid entering the mixing chamber is normally between about 10 4 : 1 and about 10 4 : 5 by volume or between 10 4 : 2 and about 10 4 : 4 and may be about 10 4 : 1, 10 4 : 2, 10 4 : 3, 10 4 : 4 or 10 4 : 5 by volume.
  • the proportion of liquid in the gas / liquid mixture can between about 0.1 and about 10 percent by volume or between about 0.2 percent and about 5 percent, or between about 0.3 percent and about 4 percent, or between about 0.4 and about 2 percent, or between about 0.5 and about 1 percent May be percent by volume and may be about 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 2, 3, 4, 5 , 6, 7, 8, 9 or 10% by volume or may contain a different proportion.
  • the fluid is normally stable in the presence of the heat transfer material at the first temperature and does not chemically react with the heat transfer material at the first temperature.
  • the particle size of a single particle is considered to be the maximum dimension of this particle.
  • the particles may be spherical, or they may have another shape, for example an ellipsoid, ring, globally flattened, ovate, conical, dome-shaped, cylindrical or polyhedral, such as cube-shaped, rectangular prismatic, triangular prism-shaped or polyhedral between 4 and 60 or more areas or they may have a different shape, or they may have an irregular shape, or they may have a mixture of different shapes.
  • the particles may be porous or non-porous and may be hollow or not hollow.
  • the low temperature heat storage may be at a temperature of between about 200 ° C. and about 1500 ° C., and or between about 200 ° C. and about 1000 ° C., or between about 200 ° C. and about 500 ° C., or between about 200 ° C.
  • the machine according to the present invention has several advantages, including: the components of the mixture used in the machine do not react chemically with each other and therefore can be recycled; the mixture used in the machine has a high relative density relative to the fluid alone, and as a result, the mixture in motion has a relatively high
  • the separation of the mixture used in the machine is for example with a centrifugal separator due to the difference in the relative density of the Fluids and the heat transfer material at the first temperature relatively easy to apply and
  • Figure 1 is a diagrammatic representation of a machine according to the present invention
  • Figure 2 is a diagrammatic representation of a reverse flow system for an engine according to the present invention, wherein the fluid is a gas at the second temperature
  • Figure 3 is a diagrammatic representation of a reverse flow system for an engine according to the present invention, wherein the fluid is a liquid at the second temperature
  • Figure 4 is a diagrammatic representation of a machine according to the present invention wherein the fluid is a mixture of a gas and a liquid at the second temperature
  • Figures 5a to g illustrate a disassembled turbine engine for use in the present invention
  • Figure 5h is an exploded view of the impellers of the turbine engine in Figures 5a to 5g;
  • the return flow system 200 additionally includes a conveyor 250 for conveying the heat transfer material to the hopper 120 of FIG. 1, and the tube 258 connects the trap 210 to the conveyor 250.
  • the conveyor 250 may include, for example, a screw conveyor or conveyor and is through the tube 122 connected to the hopper 120 of Fig. 1.
  • the heat transfer material comprises a plurality of particles.
  • the particles preferably have an average size of less than about 1 micron, and preferably between about 0.5 and 1 micron.
  • the particles are preferably spherical and are made of graphite having a purity of greater than about 95 weight percent, and preferably greater than about 99 weight percent.
  • the gas is preferably a noble gas and may be, for example, nitrogen, carbon dioxide, helium, neon or argon. A commonly used gas is nitrogen.
  • the reflux system 300 includes a separator 210 for at least partially separating the heat transfer material and the vaporized liquid, and providing a condenser 330 which at least partially condenses the vaporized liquid to a liquid state.
  • the separator 210 is connected to the motor 115 of FIG. 1 through the tube 118.
  • the separator 210 may be a centrifugal separator and optionally heated to prevent condensation.
  • the pump 340 is provided to pump the liquid through the tube 124 to the storage vessel 125 of FIG.
  • the tube 352 connects the separator 210 to the condenser 330, and the tube 354 connects the condenser 330 to the pump 340.
  • the reflux system 300 additionally includes a conveyor 250 for conveying the heat transfer material to the hopper 120 of FIG. 1, the tube 258 connecting the separator 210 with the conveyor 250.
  • the conveyor 250 may comprise, for example, a screw conveyor or conveyor belt and is connected by the tube 122 to the hopper 120 of FIG.
  • the engine 15 may be any engine capable of being driven by the expansion of a fluid are and is suitably a piston engine or a turbine.
  • the machine 400 additionally includes a mechanism 135 for controlling the rate of entry of the heat transfer material into the mixing chamber 110.
  • the rate of entry of the spray into the mixing chamber 110 is controlled by an atomizer 440.
  • the tube 112 connects the hopper 120 to the mechanism 135 and the heater 105 for heating the heat transfer material surrounds a portion of the tube 112.
  • the tubes 412 and 414 connect the plunger 425 and the reservoir 430 to the atomizer 440, respectively Mixing chamber 110 with engine 1 15.
  • Engine 400 additionally includes a reflux system 450 for the reflux of the heat transfer material, the gas, and the liquid for recycling.
  • valve motor 665 rotates the valve shaft 660, thereby causing the graphite valve 645 to transfer a specified amount of hot graphite from the graphite inlet tube 635 into the mixing tube 640. Further rotation of the shaft 660 causes the graphite valve 645 to close, sealing the graphite inlet tube 635 against back pressure and also causing the gas valve 655 to transfer a fixed volume of gas into the mixing tube 640. If necessary, additional gas is provided by the high pressure gas pipe 750. The gas sweeps the graphite in the tube 640 into the chamber 615 of the reservoir 700 through the inlet 616, causing the piston 625 to move upwardly to maintain an approximately constant pressure in the chamber 615.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Maschine, umfassend eine Mischkammer und einen Energieumwandler. Die Mischkammer ist derart gestaltet, um eine Mischung eines Wärmeübertragungsmaterials bei einer ersten Temperatur mit einem Fluid bei einer zweiten Temperatur herzustellen, wobei die erste Temperatur höher ist, als die zweite Temperatur. Der Energieumwandler ist zum Umwandeln einer Ausdehnungsenergie der Mischung in der Mischkammer in nutzbare mechanische Energie angepasst.

Description

Wärmekraftmaschine Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mit Thermalenergie betriebene Maschine.
Allgemeiner Stand der Technik
Verbrennungskraftmaschinen werden weitgehend zu Transportzwecken, zum Erzeugen von Elektrizität und zu anderen Zwecken eingesetzt. Diese Maschinen verwenden chemische Energie, die durch die Verbrennung eines Kraftstoffes in der Maschine freigesetzt werden. Die Verbrennung erzeugt sich ausdehnende Gase, die eine mechanische Kraft zum Antrieb der Maschine bereitstellen. Solche Maschinen produzieren jedoch Nebenprodukte, von denen viele gesundheitsschädlich und/oder Schadstoffe sind. Darüber hinaus stellen die Kohlenwasserstoff- Kraftstoffe für diese Maschinen eine nicht erneuerbare Ressource dar.
Es sind viele Versuche unternommen worden, die Nachteile von Verbrennungskraftmaschinen zu überwinden, bis heute sind jedoch keine davon gänzlich zufrieden stellend ausgefallen. Zu den vorgeschlagenen Alternativen zählen elektrische Maschinen, Wasserstoff- Kraftstoffzellenmaschinen und Wasserstoff-Verbrennungsmaschinen.
Ein Nachteil der mit Kraftstoffzellen angetriebenen Fahrzeuge ist, dass diese erwartungsgemäß wesentlich mehr kosten, als herkömmliche Fahrzeuge, sofern diese überhaupt auf dem Markt erhältlich sind. Alternativen zu Petroleumkraftstoffen, wie Wasserstoff, sind wahrscheinlich e- benfalls relativ teuer und erfordern eine erhebliche Infrastruktur, um einen zweckmäßigen Bedarf der Fahrzeuge decken zu können.
Eine weitere Erwägung ist die Fahrzeugreichweite. Ein typisches Fahrzeug mit herkömmlicher Verbrennungskraftmaschine hat eine Reichweite zwischen Tankfüllungen von ungefähr 550 km. Wenn derart modifiziert, um das Gewicht und den Rollwiderstand zu reduzieren, kann die Reichweite auf etwa 850 km verlängert werden. Elektrofahrzeuge können weder die eine noch die andere Reichweite erreichen und ausgenommen eines Durchbruchs in der Batterietechnologie, werden sie diese Reichweiten sehr wahrscheinlich nie erreichen. Leichtgewichtige Kraftstoffzellen-Fahrzeuge mit an Bord gelagertem Wasserstoff haben Reichweiten von etwa 650 km, zwar vergleichbar mit derzeitigen Fahrzeugen, jedoch ein Drittel weniger als ähnlich leichtgewichtige herkömmliche Fahrzeuge. Kraftstoffzellen-Fahrzeuge, die Wasserstoff aus Benzin „umwandeln", weisen eine bessere Reichweite auf (1340 km).
Ein weiterer Nachteil der Technologien, die die Verbrennungskraftmaschine verdrängen wollen ist, dass Autofahrer ständig höhere Leistungen ihrer Fahrzeuge verlangen. In diesem Sinne können Elektrofahrzeuge lediglich etwa eine Stunde lang mit den mit Verbrennungskraftma- schinen angetriebenen Fahrzeugen mithalten. Rasches Anlassen und hohe Geschwindigkeit entleeren rasch den Strom aus den Batterien von Elektrofahrzeugen, wodurch ihre Reichweite weitaus reduziert wird.
Eine letzte Erwägung gilt der Sicherheit. Bei einem Unfall können die mit Säure gefüllten Batterien lecken und mit Druck beaufschlagte Kanister mit Wasserstoff können explodieren. Das Neuaufladen der Batterie und Neuauffüllen von mit Druck beaufschlagten Tanks stellt erhebliche Sicherheitsrisiken dar, die derzeit nur wenige Leute bereit sind zu tragen. Das zum Kompensieren des zusätzlichen Gewichts von Kraftstoffzellen und Batterien vorgeschlagene beträchtliche Leichtgewicht macht diese Fahrzeuge bei einem Aufprall mit anderen Fahrzeugen oder feststehenden Objekten weniger sicher.
Eine alternative Form an Energie, die zum Antrieb einer Maschine verwendet werden könnte, ist die Thermalenergie.
Es besteht daher ein Bedarf an einer Maschine, die unter Anwendung von Thermalenergie angetrieben werden kann und keine Verbrennung von Kraftstoffen erfordert. Es besteht ein zusätzlicher Bedarf einer solchen Maschine, die durch Umrüstung existierender Maschinen hergestellt werden kann, die derzeit unter Anwendung von Kraftstoffverbrennung angetrieben werden.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, wenigstens einen der oben genannten Nachteile zu überwinden oder im Wesentlichen zu verbessern. Eine weitere Aufgabe ist, wenigstens eines der oben genannten Bedürfnisse zu befriedigen.
Zusammenfassung der Erfindung
In einem weitesten Aspekt der Erfindung wird eine Maschine bereitgestellt, umfassend: ein Mittel zum Herstellen einer Mischung eines Wärmeübertragungsmaterials bei einer ersten Temperatur mit einem Fluid bei einer zweiten Temperatur, wobei die erste Temperatur höher ist, als die zweite Temperatur und ein Mittel zum Umwandeln einer Energie der Ausdehnung der Mischung in eine nutzbare mechanische Energie.
Das Mittel zum Herstellen der Mischung kann eine Mischkammer umfassen.
Bei einer Ausführungsform wird eine Maschine bereitgestellt, umfassend: a) eine Mischkammer zum Herstellen einer Mischung eines Wärmeübertragungsmaterials bei einer ersten Temperatur mit einem Fluid bei einer zweiten Temperatur, wobei die erste Temperatur höher ist, als die zweite Temperatur und b) einen Energieumwandler zum Umwandeln einer Energie der Ausdehnung der Mischung in der Mischkammer in eine brauchbare mechanische Energie.
Das Fluid und das Wärmeübertragungsmaterial sollten bei der ersten Temperatur nicht miteinander reagierend und bei der ersten Temperatur stabil sein.
Der Energieumwandler kann mit der Mischkammer verbunden sein. In diesem Zusammenhang bezieht sich der Begriff „nicht reagierend" auf eine Situation, in welcher die beiden Substanzen chemisch nicht miteinander reagieren, um eine neue chemische Einheit zu erzeugen. Der Begriff „stabil" bezieht sich auf eine Situation, in der die Substanzen chemisch nicht reagieren, um eine neue chemische Einheit zu erzeugen, es zersetzt sich zum Beispiel nicht.
Die Maschine kann zusätzlich eine Heizung zum Erwärmen des Wärmeübertragungsmaterials auf wenigstens die erste Temperatur umfassen. Der Energieumwandler kann einen Motor umfassen, der mit der Mischkammer verbunden ist, wobei der Motor in der Lage ist, durch die Mischung angetrieben zu werden, während sich die Mischung ausdehnt. Das Fluid kann aus einem nicht oxidierenden Gas bestehen. Die zweite Temperatur kann zwischen etwa 0 0C und etwa 100 0C betragen. Die erste Temperatur kann höher als etwa 200 0C sein. Der Unterschied zwischen der zweiten Temperatur und der ersten Temperatur kann höher als etwa 25 Grad Celsius sein.
Die Maschine kann zusätzlich das Wärmeübertragungsmaterial und/oder das Fluid umfassen. Jedes kann unabhängig in der Mischkammer oder in einem anderen Teil der Maschine oder in sowohl der Mischkammer als auch in einem anderen Teil der Maschine enthalten sein. Das Wärmeübertragungsmaterial kann eine Vielzahl an Feststoffpartikeln umfassen. Die Partikel können eine Durchschnittsgröße von weniger als etwa 10 Mikron aufweisen. Sie können im Wesentlichen kugelförmig sein. Sie können beispielsweise aus Kohlenstoffpartikeln mit einem Prozentsatz an Kohlenstoff von mehr als 95 Gewichts- oder Volumenprozent bestehen. Das Wärmeübertragungsmaterial und das Fluid können derart gestaltet sein, dass wenn das Wärmeübertragungsmaterial bei der ersten Temperatur mit dem Fluid bei der zweiten Temperatur zum Herstellen einer Mischung gemischt wird, die Mischung in der Lage ist sich auszudehnen, um eine mechanische Energie bereitzustellen.
Die Maschine kann weiterhin ein Sammelgefäß für das Wärmeübertragungsmaterial umfassen. Das Sammelgefäß kann eine Heizung zum Erwärmen des Wärmeübertragungsmaterials umfassen. Die Maschine kann weiterhin ein Fluid-Sammelgefäß für das Fluid umfassen. Die Mischkammer kann einen Speicher zum Aufrechterhalten eines ungefähr konstanten Drucks umfassen, der auf das Mischen des Fluids und des Wärmeübertragungsmaterials beaufschlagt wird. Die Maschine kann weiterhin einen Zufuhrregler zum Regeln der Zufuhrrate der Flüssigkeit und/oder des Wärmeübertragungsmaterials zur Mischkammer umfassen. Die Maschine kann weiterhin einen Kühler zum Abkühlen der Mischkammer umfassen.
Der Energieumwandler kann entweder einen Kolbenmotor oder eine Turbine oder ein bewegliches Teil entweder eines Kolbenmotors oder einer Turbine umfassen.
Die Maschine kann zusätzlich ein Rückflusssystem für den Rückfluss von wenigstens dem Wärmeübertragungsmaterial oder dem Fluid zur Wiederverwertung in der Maschine umfassen. Das Rückflusssystem kann ein oder mehrere der Nachfolgenden umfassen: c) einen Abscheider zum wenigstens teilweisen Abscheiden des Wärmeübertragungsmaterials und des Fluids; d) einen Kühler zum Abkühlen des Fluids; e) ein Beförderungsmittel zum Befördern des Wärmeübertragungsmaterials in ein Sammelgefäß und f) Schläuche und/oder Rohre, die die oben genannten Komponenten verbinden sowie das Rückflusssystem mit den anderen Komponenten der Maschine verbinden.
Bei dem Fluid kann es sich um ein Gas bei der zweiten Temperatur handeln und das Rückflusssystem kann weiterhin einen Verdichter zum Verdichten des Gases umfassen, nachdem es aus dem Abscheider ausgetreten ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine Maschine bereitgestellt, umfassend: eine Mischkammer zum Herstellen einer Mischung eines Wärmeübertragungsmaterials bei einer ersten Temperatur mit einem Fluid bei einer zweiten Temperatur, wobei die erste Temperatur höher ist, als die zweite Temperatur, einen Energieumwandler zum Umwandeln einer Energie der Ausdehnung der Mischung in eine nutzbare mechanische Energie und ein Rückflusssystem für den Rückfluss von wenigstens dem Wärmeübertragungsmaterial oder dem Fluid.
Die Erfindung stellt ebenfalls ein Verfahren zum Betrieb einer Maschine bereit, wobei die Maschine (i) eine Mischkammer zum Herstellen einer Mischung eines Wärmeübertragungsmaterials bei einer ersten Temperatur mit einem Fluid bei einer zweiten Temperatur, wobei die erste Temperatur höher ist, als die zweite Temperatur und (ii) einen Energieumwandler zum Umwan- dein einer Energie der Ausdehnung der Mischung in der Mischkammer in eine nutzbare mechanische Energie umfasst, wobei das Verfahren folgendes umfasst: a) das Erwärmen des Wärmeübertragungsmaterials auf wenigstens die erste Temperatur; b) das Herstellen einer Mischung des Wärmeübertragungsmaterial bei einer ersten Temperatur mit einem Fluid, wobei das Fluid eine zweite Temperatur hat, die niedriger als die erste Temperatur ist und c) das Umwandeln einer Energie der Ausdehnung der Mischung in der Mischkammer in nutzbare mechanische Energie; wobei das Fluid und das Wärmeübertragungsmaterial bei der ersten Temperatur nicht miteinander reagieren und bei der ersten Temperatur stabil sind.
Schritt c) kann die Verwendung der Ausdehnung der Mischung zum Antrieb eines Motors umfassen, wobei die Ausdehnung eine Folge von Schritt b) ist. Die Ausdehnung der Mischung kann aufgrund der Erwärmung eines Gases, der Verflüchtigung einer Flüssigkeit oder sowohl der Erwärmung eines Gases als auch der Verflüchtigung einer Flüssigkeit auftreten. Schritt c) kann die Anwendung der Energie der Ausdehnung umfassen, um einen oder mehrere Kolben anzutreiben, die Teil eines Kolbenmotors sind oder um eine Turbine anzutreiben.
Das Verfahren kann zusätzlich das Regeln der Eintrittsrate der Flüssigkeit und/oder des Wärmeübertragungsmaterials in die Mischkammer umfassen. Das Verfahren kann zusätzlich den Schritt des Rückflusses von wenigstens dem Wärmeübertragungsmaterial und dem Fluid zur Wiederverwertung in der Maschine umfassen. Der Schritt des Rückflusses kann ein oder mehrere des nachfolgenden umfassen: g) das wenigstens teilweise Abscheiden des Wärmeübertragungsmaterials und des Fluids, h) das Abkühlen des Fluids und i) das Befördern des Wärmeübertragungsmaterials in ein Sammelgefäß.
Schritt a) kann das Erwärmen des Wärmeübertragungsmaterials auf eine Temperatur von zwischen etwa 200 0C und etwa 400 0C umfassen. Die zweite Temperatur kann zwischen etwa 0 0C und etwa 100 0C betragen.
Die Erfindung stellt ebenfalls ein System bereit, umfassend eine Maschine und einen Regler zum Regeln von wenigstens einem Betriebsparameter der Maschine, wobei die Maschine (i) eine Mischkammer zum Herstellen einer Mischung eines Wärmeübertragungsmaterials bei einer ersten Temperatur mit einem Fluid bei einer zweiten Temperatur, wobei die erste Temperatur höher ist, als die zweite Temperatur und (ii) einen Energieumwandler zum Umwandeln einer Energie der Ausdehnung der Mischung in der Mischkammer in eine nutzbare mechanische E- nergie umfasst.
Der wenigstens eine Betriebsparameter kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: der ersten Temperatur, der zweiten Temperatur, der Temperatur einer Heizung zum Erwärmen des Wärmeübertragungsmaterials auf die erste Temperatur, der Eintrittsrate des Fluids in die Mischkammer, der Eintrittsrate des Wärmeübertragungsmaterials in die Mischkammer, des Drucks in der Mischkammer und einer Kombination aus einer oder mehreren dieser.
Es wird ebenfalls ein Fahrzeug oder ein Stromerzeuger bereitgestellt, umfassend eine Maschine, wobei die Maschine (i) eine Mischkammer zum Herstellen einer Mischung eines Wärmeübertragungsmaterials bei einer ersten Temperatur mit einem Fluid bei einer zweiten Temperatur, wobei die erste Temperatur höher ist, als die zweite Temperatur und (ii) einen Energieum- wandler zum Umwandeln einer Energie der Ausdehnung der Mischung in der Mischkammer in eine nutzbare mechanische Energie umfasst.
Es wird ebenfalls eine Mischung zur Verwendung in einer Maschine bereitgestellt, wobei die
Mischung folgendes umfasst: eine Vielzahl von Kohlenstoffpartikeln, wobei die Partikel eine Durchschnittsgröße von weniger als 10 Mikron aufweisen und ein Fluid, wobei die Kohlenstoffpartikel eine Temperatur von wenigstens 200 0C aufweisen und die Art der Flüssigkeit und der Kohlenstoffpartikel derart beschaffen ist, dass sie stabil sind und bei der Temperatur der Mischung nicht miteinander reagieren.
Die relative Dichte der Mischung bei der Temperatur der Kohlenstoffpartikel und bei einem Druck von einer Atmosphäre kann höher als etwa 0,5 liegen. Der Anteil der Kohlenstoffpartikel in der Mischung kann höher als etwa 30 Volumenprozent liegen.
Bei einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Maschine bereitgestellt, umfassend: eine Heizung zum Erwärmen des Wärmeübertragungsmaterials auf wenigstens eine erste Temperatur; eine Mischkammer zum Herstellen einer Mischung des Wärmeübertragungsmaterials bei der ersten Temperatur und einem Fluid bei einer zweiten Temperatur, wobei die erste Temperatur höher ist, als die zweite Temperatur und einen Motor, der mit der Mischkammer verbunden ist, wobei der Motor in der Lage ist, durch die Mischung angetrieben zu werden, während sich die Mischung ausdehnt.
Das Fluid und das Wärmeübertragungsmaterial reagieren nicht miteinander bei der ersten Temperatur und sind bei der ersten Temperatur stabil. Bei dem Fluid kann es sich um ein nicht oxidierendes Fluid oder um eine Mischung aus nicht oxidierenden Fluiden handeln. Bei der zweiten Temperatur kann es sich bei dem Fluid um Gas, eine Flüssigkeit oder einen Dampf o- der eine Mischung derer handeln. Das Fluid kann zum Beispiel Stickstoff, Wasser oder eine Wasser-/Stickstoffmischung umfassen. Die zweite Temperatur kann zwischen etwa 0 0C und etwa 100 0C und kann zum Beispiel bei etwa 50 0C liegen und die erste Temperatur kann höher sein als etwa 200 0C und kann zum Beispiel bei etwa 300 0C liegen. Der Unterschied zwischen der zweiten Temperatur und der ersten Temperatur kann höher liegen, als etwa 26 Grad Celsius und kann zum Beispiel bei etwa 250 Grad Celsius liegen.
Das Wärmeübertragungsmaterial kann ein Feststoff sein und kann eine Vielzahl von Partikeln umfassen. Die Partikel können eine Durchschnittsgröße von weniger als etwa 10 Mikron aufweisen und haben normalerweise eine Durchschnittsgröße von weniger als etwa 1 Mikron. Die Partikel können eine relative Dichte von mehr als etwa 1 aufweisen und haben normalerweise eine relative Dichte von mehr als etwa 2. Die Partikel können kugelförmig sein oder eine andere Form aufweisen (zum Beispiel eiförmig, kugelförmig abgeflacht, ringförmig, etc.) oder sie können eine Mischung aus Formen aufweisen. Wenigstens einige der Partikel können Kohlenstoffpartikel sein und der Kohlenstoff kann in Form von Graphit bestehen und kann in Form von py- rolytischem Graphit bestehen. Bei den Kohlenstoffpartikeln kann es sich um gereinigte Kohlenstoffpartikel handeln und sie können einen Prozentsatz an Kohlenstoff aufweisen, der höher liegt, als etwa 95 Gewichts- oder Volumenprozent. Alternativ kann das Wärmeübertragungsmaterial eine Flüssigkeit sein, die bei der ersten Temperatur im Wesentlichen nichtflüchtig ist.
Die Maschine kann ebenfalls ein Sammelgefäß für das Wärmeübertragungsmaterial umfassen, das ein Füllschacht, ein Kasten, ein Behälter, ein Trichter, ein Silo, eine Speicherkammer oder eine andere Art von Sammelgefäß ist. Die Heizung kann zum Beispiel eine elektrische Heizung, einen Wärmetauscher, einen Kessel, einen Ofen, einen gasbefeuerten Warmlufterzeuger oder einen Brenner, einen Heizblock umfassen oder kann zum Beispiel ein Apparat gemäß WO 95/25416 sein, der hiermit unter Bezugnahme einbezogen ist. Die Heizung kann zwischen dem Sammelgefäß und der Mischkammer angeordnet sein oder das Sammelgefäß kann zwischen der Heizung und der Mischkammer angeordnet sein. Alternativ kann das Sammelgefäß beheizt werden und die Heizung und das Sammelgefäß können daher übereinstimmend sein. Die Heizung kann in der Mischkammer oder benachbart zur Mischkammer oder nicht benachbart zur Mischkammer angeordnet sein und sie kann in die Mischkammer integriert oder separat von derselben angeordnet sein. Die Maschine kann einen oder mehrere Schläuche oder Rohre umfassen, die die Heizung mit der Mischkammer, das Sammelgefäß mit der Mischkammer und/oder das Sammelgefäß mit der Heizung verbinden. Die Mischkammer kann einen Verdichter zum Aufrechterhalten eines ungefähr konstanten Drucks umfassen, der auf das Mischen der Flüssigkeit und des Wärmeübertragungsmaterials beaufschlagt wird. Alternativ kann ein Verdichter separat von der Mischkammer bereitgestellt werden.
Die Maschine kann zusätzlich einen Zufuhrregler zum Regeln der Zufuhrrate des Fluids und/oder des Wärmeübertragungsmaterials aufweisen. Der Zufuhrregler kann ein oder mehrere Ventile, Absperrhähne, Zapfhähne, Abflusshähne, Regelröhren-Engstellen oder andere geeignete Mittel umfassen.
Es kann ein Kühler zum Abkühlen der Mischkammer bereitgestellt sein. Geeignete Kühler können zum Beispiel aus einem Wärmetauscher, einer Kälteanlage, einem Kühlkörper, einem Kühler oder Luftkühlungsleitschaufeln oder einem oder mehreren dieser bestehen, andere Arten von Kühlern können jedoch ebenfalls eingesetzt werden. Der Motor kann jeder beliebige Motor sein, der in der Lage ist, durch die Ausdehnung eines Fluids angetrieben zu werden und kann zum Beispiel aus einem Kolbenmotor oder einer Turbine bestehen. Der Motor kann ein bewegliches Teil einer Turbine sein, zum Beispiel der Läufer einer Turbine, wobei die Mischkammer ebenfalls Bestandteil der Turbine ist. Die Turbine kann sich in einer Kammer befinden.
Die Maschine kann zusätzlich ein Rückflusssystem zum Rückfluss wenigstens des Wärmeübertragungsmaterials und des Fluids zur Wiederverwertung in der Maschine umfassen. Das Rückflusssystem kann ein oder mehrere der nachfolgenden umfassen: einen Abscheider für das wenigstens teilweise Abscheiden des Wärmeübertragungsmaterials und des Fluids, einen Kühler zum Abkühlen des Fluids, ein Beförderungsmittel zum Befördern des Wärmeübertragungsmaterials in ein Sammelgefäß und
Schläuche und/oder Rohre, die die oben genannten Komponenten verbinden und das Rückflusssystem an die anderen Komponenten der Maschine verbinden.
Das Rückflusssystem kann ebenfalls eine oder mehrere zusätzliche Komponenten umfassen, zum Beispiel die in den Ausführungsformen dieses Aspekts der Erfindung beschriebenen.
Die Schläuche und/oder Rohre können einen Schlauch oder ein Rohr umfassen, das den Motor mit dem Abscheider verbindet, zum Beispiel die Mischkammer mit dem Abscheider verbindet oder einen Verdichter mit dem Abscheider verbindet oder einen Zylinder eines Kolbenmotors mit dem Abscheider verbindet oder eine Kammer mit dem Läufer einer Turbine mit dem Abscheider verbindet. Sie können ebenfalls einen oder mehrere Schläuche oder ein Rohr umfassen, das den Abscheider mit einem Kühler oder einem Verdichter verbindet, einen Schlauch oder ein Rohr, das einen Verdichter mit einem Kühler verbindet, einen Schlauch oder ein Rohr, das einen Verdichter mit einem Sammelgefäß verbindet, einen Schlauch oder ein Rohr, das einen Kühler mit einem Sammelgefäß verbindet, einen Schlauch oder ein Rohr, das einen Verdichter mit einem Kondensator verbindet, einen Schlauch oder ein Rohr, das einen Kondensator mit einem Sammelgefäß verbindet, einen Schlauch oder ein Rohr, das den Abscheider mit einem Beförderungsmittel zum Befördern des Wärmeübertragungsmaterials mit einem Sammelgefäß verbindet und einen Schlauch oder ein Rohr, das das Beförderungsmittel mit einem Sammelgefäß verbindet.
Die Maschine kann zusätzlich Schläuche oder Rohre umfassen, die ein Sammelgefäß für die Flüssigkeit mit der Mischkammer verbinden und ein Sammelgefäß für das Wärmeübertragungsmaterial mit der Mischkammer und/oder mit der Heizung verbinden. Die Schläuche oder Rohre können Ventile zum Regeln des Durchflusses des Materials durch die Rohre aufweisen.
Ein geeigneter Abscheider kann zum Beispiel einen Filter, ein Netzwerk, ein Sieb, eine Schwimmvorrichtung, einen Ausfällapparat, eine Absetzvorrichtung oder einen Zentrifugalabscheider umfassen. Das Beförderungsmittel zum Befördern des Wärmeübertragungsmaterials zu einem Sammelgefäß kann eine Förderschnecke, ein Förderband, eine Pumpe oder ein Gefällefördersystem umfassen und kann mehr als eins letzterer umfassen. Der Kühler kann zum Beispiel einen Wärmetauscher, eine Kälteanlage, einen Kondensator, einen Kühlkörper oder Luftkühlungsleitschaufeln umfassen. Es kann mehr als ein Kühler bereitgestellt werden.
Bei einer ersten Ausführungsform des ersten Aspekts handelt es sich bei dem Fluid um ein Gas bei der zweiten Temperatur. Das Gas kann ein nicht oxidierendes Gas und kann ein Edelgas sein. Das Gas kann zum Beispiel Stickstoff, Kohlendioxid, Helium, Neon oder Argon sein oder es kann aus einer Mischung aus nicht oxidierenden Gasen bestehen. Bei dieser Ausführungsform kann das Fluid in einem Gasbehälter aufbewahrt sein, bevor es in die Mischkammer eintritt, zum Beispiel in einem verdichteten Gaszylinder, einer Blase, einem Ballon, einem Druckgasbehälter oder einem anderen geeigneten Gasbehälter. Die Maschine kann ein Rückflusssystem wie zuvor in dieser Spezifikation beschrieben umfassen. Das Rückflusssystem kann ebenfalls einen Verdichter zum Verdichten des Gases umfassen, nachdem es aus dem Abscheider ausgetreten ist. Zwischen dem Abscheider und dem Verdichter kann ein Kühler bereitgestellt sein und es kann zwischen dem Verdichter und dem Gasbehälter ein Kühler bereitgestellt sein. Bei einer zweiten Ausführungsform des ersten Aspekts ist das Fluid eine Flüssigkeit bei der zweiten Temperatur, wobei die Flüssigkeit in der Lage ist, einen Dampf bei Kontakt mit dem Wärmeübertragungsmaterial bei der ersten Temperatur zu bilden. Die Flüssigkeit kann eine nicht oxidierende Flüssigkeit sein und kann zum Beispiel Wasser oder eine flüchtige organische Flüssigkeit sein. Bei dieser Ausführungsform wird das Fluid in einem Flüssigkeitsbehälter vor Eintritt in die Mischkammer, zum Beispiel in einem Sammelbehälter, einem Tank, einer Kammer, einer Flasche, einem Fass, einer Wanne, einem Gefäß oder einem anderen Flüssigkeitsbehälter, gelagert. Bei dieser Ausführungsform kann die Maschine ein Rückflusssystem wie zuvor in dieser Spezifikation beschrieben umfassen. Das Rückflusssystem kann ebenfalls einen Kondensator zum Kondensieren des Dampfes umfassen, der aus dem Abscheider austritt und es können Mittel vorhanden sein, um die Flüssigkeit zum Flüssigkeitsbehälter zurückzuführen.
Bei einer dritten Ausführungsform des ersten Aspekts ist das Fluid eine Mischung aus einem Gas, wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben und einer Flüssigkeit, wie bei der zweiten Ausführungsform beschrieben. Das Gas und die Flüssigkeit können bei der ersten Temperatur nicht miteinander reagierend sein und sind bei der ersten Temperatur stabil. Das Fluid kann zum Beispiel ein Spray, ein Aerosol, ein Dunst, ein Nebel oder eine andere Gas- /Flüssigkeitsmischung sein. Die Flüssigkeit wird in einem Flüssigkeitsbehälter aufbewahrt, zum Beispiel in einem Sammelbehälter, einem Tank, einer Kammer, einer Flasche, einem Fass, einer Wanne, einem Gefäß oder einem anderen Flüssigkeitsbehälter. Das Gas kann in einem Gasbehälter aufbewahrt sein, zum Beispiel in einem verdichteten Gaszylinder, einer Blase, einem Ballon, einem Gasdruckgefäß oder einem anderen geeigneten Gasbehälter. Bei dieser Ausführungsform können Mittel zum Erzeugen einer Gas-/Flüssigkeitsmischung enthalten sein und die Mittel können aus einer Sprühdüse, einem Sprühkopf, einem Vernebler, einem Zerstäuber oder anderen Mitteln zum Erzeugen einer Gas-/Flüssigkeitsmischung bestehen. Die Maschine kann ein Rückflusssystem umfassen. Das Rückflusssystem kann einen Kondensator zum wenigstens teilweisen Kondensieren des Dampfes, der aus dem Abscheider austritt und zum wenigstens teilweisen Abscheiden der Flüssigkeit vom Gas. Alternativ kann der Abscheider einen Kondensator umfassen. Es kann ebenfalls ein Verdichter zum Verdichten des Gases vorhanden sein, nachdem es aus dem Kondensator ausgetreten ist.
Bei einer bestimmten Ausführungsform des ersten Aspekts umfasst die Maschine folgendes: eine Heizung zum Erwärmen eines Wärmeübertragungsmaterials auf wenigstens eine erste Temperatur, eine Mischkammer zum Herstellen einer Mischung des Wärmeübertragungsmaterials bei der ersten Temperatur und eines Gases bei einer zweiten Temperatur, wobei die erste Temperatur höher ist, als die zweite Temperatur, wobei das Wärmeübertragungsmaterial eine Vielzahl von kugelförmigen Kohlenstoffpartikel mit einem durchschnittlichen Durchmesser von weniger als 1 Mikron umfasst und das Gas wenigstens bis zu 200 0C nicht mit dem Wärmeübertragungsmaterial reagiert, einen Motor, der mit der Mischkammer verbunden ist, wobei der Motor in der Lage ist, durch die Mischung angetrieben zu werden, während sich die Mischung ausdehnt und als Option, einen Gasbehälter, zum Beispiel ein Gasdruckgefäß zum Lagern des Gases bevor es in die Mischkammer eintritt.
Bei Verwendung kann das Gas eine Temperatur von zwischen etwa 0 0C und etwa 100 0C aufweisen, normalerweise etwa 50 0C, wenn es in die Mischkammer eintritt und das Wärmeübertragungsmaterial kann eine Temperatur von zwischen etwa 150 0C und etwa 400 0C aufweisen, vorzugsweise etwa 300 0C, wenn es in die Mischkammer eintritt. Der Motor kann ein Kolbenmotor oder eine Turbine oder ein Turbinenläufer sein. Die Maschine dieser Ausführungsform um- fasst zusätzlich ein Rückflusssystem zum Rückfluss des Wärmeübertragungsmaterials und des Gases zur Wiederverwertung in der Maschine. Bei dieser Ausführungsform umfasst das Rückflusssystem folgendes: einen Abscheider, zum Beispiel einen Zentrifugalabscheider zum wenigstens teilweisen Abscheiden des Wärmeübertragungsmaterials und des Gases, einen Verdichter zum Verdichten des Gases, nachdem es aus dem Abscheider ausgetreten ist, einen Kühler zwischen dem Abscheider und dem Verdichter und als Option einen zweiten Kühler zwischen dem Verdichter und dem Gasbehälter, ein Beförderungsmittel, zum Beispiel eine Förderschnecke, zum Befördern des
Wärmeübertragungsmaterials zu einem Sammelgefäß und
Schläuche und/oder Rohre, die die Komponenten der Maschine verbinden.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine Maschine bereitgestellt, umfassend: eine Heizung zum Erwärmen eines Wärmeübertragungsmaterials auf wenigstens eine erste Temperatur, eine Mischkammer zum Herstellen einer Mischung des Wärmeübertragungsmaterials bei der ersten Temperatur und eines Gases bei einer zweiten Temperatur, wobei die erste Temperatur höher ist, als die zweite Temperatur, wobei das Wärmeübertragungsmaterial eine Vielzahl von kugelförmigen Kohlenstoffpartikel mit einem durchschnittlichen Durchmesser von weniger als 1 Mikron umfasst und das Gas wenigstens bis zu 200 0C nicht gegenüber des Wärmeübertragungsmaterials reagiert, einen Motor, der mit der Mischkammer verbunden ist, wobei der Motor in der Lage ist, durch die Mischung angetrieben zu werden, während sich die Mischung ausdehnt und als Option, einen Gasbehälter, zum Beispiel ein Gasdruckgefäß zum Lagern des Gases bevor es in die Mischkammer eintritt, einen Abscheider zum wenigstens teilweisen Abscheiden des Wärmeübertragungsmaterials und des Gases, einen Verdichter zum Verdichten des Gases, nachdem es aus dem Abscheider ausgetreten ist, einen Kühler zwischen dem Abscheider und dem Verdichter und als Option einen zweiten Kühler zwischen dem Verdichter und dem Gasbehälter, ein Beförderungsmittel zum Befördern des Wärmeübertragungsmaterials zu einem Sammelgefäß und Schläuche und/oder Rohre, die die Komponenten der Maschine verbinden.
Bei einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein System bereitgestellt, umfassend: eine Heizung zum Erwärmen des Wärmeübertragungsmaterials auf wenigstens eine erste Temperatur, eine Maschine, umfassend eine Mischkammer zum Herstellen einer Mischung des Wärmeübertragungsmaterials bei der ersten Temperatur und einer Flüssigkeit bei einer zweiten Temperatur, wobei die erste Temperatur höher ist, als die zweite Temperatur und als Option ein Rückflusssystem zum Rückfluss wenigstens eines des Wärmeübertragungsmaterials und der Flüssigkeit,
wobei der Motor in der Lage ist, durch die Mischung angetrieben zu werden, während sich die Mischung ausdehnt.
Bei einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Antrieb einer Maschine bereitgestellt, umfassend die nachfolgenden Schritte:
Erwärmen eines Wärmeübertragungsmaterials auf wenigstens eine erste Temperatur,
Herstellen einer Mischung des Wärmeübertragungsmaterials auf die erste Temperatur mit einem Fluid, wobei das Fluid bei einer zweiten Temperatur ist, die niedriger liegt, als die erste Temperatur und
Verwendung der Ausdehnung der Mischung zum Antrieb eines Motors, wobei die Ausdehnung eine Folge der Mischung ist. Der Schritt des Erwärmens kann durch eine Heizung erfolgen, die zum Beispiel aus einer elektrischen Heizung, einem Wärmetauscher, einem Kessel, einem Ofen, einem gasbefeuerten Warmlufterzeuger oder einem Brenner, einem Heizblock oder zum Beispiel einem Apparat gemäß WO 95-25416 bestehen kann.
Die Ausdehnung des Fluids kann aufgrund des Erwärmens eines Gases oder aufgrund der Verflüchtigung einer Flüssigkeit oder aufgrund sowohl des Erwärmens eines Gases als auch der Verflüchtigung einer Flüssigkeit erfolgen. Die Ausdehnung kann verwendet werden, um zum Beispiel einen oder mehrere Kolben anzutreiben, die Teil eines Kolbenmotors sind oder kann verwendet werden, um eine Turbine oder einen anderen Motor anzutreiben, der in der Lage ist, durch die Ausdehnung eines Fluids angetrieben zu werden.
Das Verfahren kann zusätzlich das Regeln der Eintrittsrate des Fluids und/oder des Wärmeübertragungsmaterials in die Mischkammer umfassen. Das Regeln kann durch eine oder mehrere Ventile, Absperrhähne, Zapfhähne, Abflusshähne, Regelröhren-Engstellen oder andere geeignete Mittel erfolgen.
Das Verfahren kann zusätzlich den Rückfluss wenigstens eines des Wärmeübertragungsmaterials und des Fluids zur Wiederverwertung in der Maschine umfassen. Der Rückfluss kann eines oder mehrere der nachfolgenden umfassen: das wenigstens teilweise Abscheiden des Wärmeübertragungsmaterials und des
Fluids, das Abkühlen des Fluids und das Befördern des Wärmeübertragungsmaterials zu einem Sammelgefäß.
Der Rückfluss kann ebenfalls einen oder mehrere zusätzliche Schritte umfassen, die nachfolgend in dieser Spezifikation beschrieben werden.
Bei einer ersten Ausführungsform des dritten Aspekts ist das Fluid ein Gas bei der zweiten Temperatur. Bei dem Gas kann es sich um ein Edelgas handeln. Das Gas kann zum Beispiel Stickstoff, Kohlendioxid, Helium, Neon oder Argon oder eine Mischung aus nicht oxidierenden Gasen sein. Bei dieser Ausführungsform kann das Verfahren den Rückfluss wenigstens eines des Wärmeübertragungsmaterials und des Fluids zur Wiederverwertung in der Maschine, wie zuvor in dieser Spezifikation beschrieben, umfassen. Der Rückfluss kann ebenfalls das Verdichten des Gases umfassen, nachdem es wenigstens teilweise vom Wärmeübertragungsmaterial abgeschieden worden ist. Der Schritt des Abkühlens des Fluids kann an einem oder mehreren Zeitpunkten, ausgewählt aus entweder vor dem Verdichten, während dem Verdichten und nach dem Verdichten, durchgeführt werden. Bei einer zweiten Ausführungsform des dritten Aspekts ist das Fluid eine Flüssigkeit bei der zweiten Temperatur, wobei die Flüssigkeit in der Lage ist, einen Dampf bei Kontakt mit dem Wärmeübertragungsmaterial bei der ersten Temperatur zu bilden. Die Flüssigkeit kann eine nicht oxidierende Flüssigkeit sein und kann zum Beispiel Wasser oder eine flüchtige organische Flüssigkeit sein. Bei dieser Ausführungsform kann das Verfahren den Rückfluss wenigstens einer der Wärmeübertragungsmaterials und der Flüssigkeit zur Wiederverwertung in der Maschine, wie zuvor in dieser Spezifikation beschrieben, umfassen. Das Abkühlen kann das Kondensieren des Dampfes umfassen, nachdem er wenigstens teilweise vom Wärmeübertragungsmaterial abgeschieden worden ist und der Rückfluss kann ebenfalls den Rückfluss der Flüssigkeit in einen Flüssigkeitsbehälter umfassen.
Bei einer dritten Ausführungsform des dritten Aspekts besteht das Fluid aus einer Mischung eines Gases, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben und einer Flüssigkeit, wie in der zweiten Ausführungsform beschrieben. Das Gas und die Flüssigkeit können miteinander nicht reagierend bei der ersten Temperatur und stabil bei der ersten Temperatur sein. Die Flüssigkeit kann zum Beispiel ein Spray oder ein Aerosol, ein Dunst, ein Nebel, ein Schaum oder eine andere Gas-/Flüssigkeitsmischung sein. Bei dieser Ausführungsform umfasst das Verfahren das Erzeugen einer Gas-/Flüssigkeitsmischung und das Erzeugen kann durch eine Sprühdüse oder einen Zerstäuber oder durch andere Mittel zum Erzeugen einer Gas-/Flüssigkeitsmischung erfolgen. Bei dieser Ausführungsform kann das Verfahren den Rückfluss wenigstens eines Wärmeübertragungsmaterials und die Flüssigkeit zur Wiederverwertung in der Maschine, wie zuvor in dieser Spezifikation beschrieben, umfassen. Der Rückfluss kann das wenigstens teilweise Kondensieren des Dampfes umfassen, nachdem die Flüssigkeit wenigstens teilweise vom Wärmeübertragungsmaterial abgeschieden worden ist und kann den Rückfluss der Flüssigkeit in einen Flüssigkeitsbehälter umfassen. Der Rückfluss kann ebenfalls das Verdichten des Gases umfassen, nachdem es wenigstens teilweise vom Wärmeübertragungsmaterial abgeschieden worden ist. Der Schritt des Abkühlens der Flüssigkeit kann an einem oder mehreren Zeitpunkten, ausgewählt aus entweder vor dem Verdichten, während dem Verdichten und nach dem Verdichten, durchgeführt werden.
Bei einer bestimmten Ausführungsform umfasst das Verfahren die nachfolgenden Schritte: das Erwärmen eines Wärmeübertragungsmaterials auf eine Temperatur von zwischen etwa 200 0C und etwa 400 0C, normalerweise auf etwa 300 0C, wobei das Wärmeübertragungsmaterial eine Vielzahl von kugelförmigen Graphitpartikel mit einem durchschnittlichen Durchmesser von weniger als etwa 1 Mikron umfasst; das Herstellen einer Mischung des Wärmeübertragungsmaterials und eines Gases, das gegenüber dem Wärmeübertragungsmaterial bis zu etwa 400 0C nicht reagierend ist, wobei das Gas eine Temperatur von zwischen etwa 0 0C und etwa 100 0C, normalerweise etwa 50 0C hat und die Verwendung der Ausdehnung der Mischung zum Antrieb eines Motors, wobei die Ausdehnung eine Folge des Erwärmens des Gases ist.
Das Verfahren umfasst zusätzlich den Rückfluss des Wärmeübertragungsmaterials und des Gases zur Wiederverwertung in der Maschine. Der Rückfluss umfasst folgendes: das wenigstens teilweise Abscheiden des Wärmeübertragungsmaterials und des
Fluids, zum Beispiel die Verwendung eines Zentrifugalabscheiders, das Verdichten des Gases nach dem Abscheiden, das Abkühlen des Gases nach dem Abscheiden und vor dem Verdichten und als
Option ebenfalls das Abkühlen des Gases nach dem Verdichten und dem Befördern des Wärmeübertragungsmaterials zu einem Sammelgefäß.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren folgendes: das Erwärmen eines Wärmeübertragungsmaterials auf eine Temperatur von zwischen etwa 200 0C und etwa 400 0C, normalerweise auf etwa 300 0C, wobei das Wärmeübertragungsmaterial eine Vielzahl von kugelförmigen Graphitpartikeln mit einem durchschnittlichen Durchmesser von weniger als etwa 1 Mikron umfasst; das Herstellen einer Mischung des Wärmeübertragungsmaterials und eines Gases, das gegenüber dem Wärmeübertragungsmaterial bis zu etwa 400 0C nicht reagierend ist, wobei das Gas eine Temperatur von zwischen etwa 0 0C und etwa 100 0C, normalerweise etwa 50 0C hat und die Verwendung der Ausdehnung der Mischung zum Antrieb eines Motors, wobei die Ausdehnung eine Folge des Erwärmens des Gases ist, das wenigstens teilweise Abscheiden des Wärmeübertragungsmaterials und des Fluids, das Verdichten des Gases nach dem Abscheiden, das Befördern des Wärmeübertragungsmaterials zu einem Sammelgefäß, zum Beispiel unter Anwendung einer Förderschnecke.
Bei einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein System bereitgestellt, umfassend eine Maschine gemäß der Erfindung und einen Regler zum Regeln wenigstens eines Betriebsparameters der Maschine. Der wenigstens eine Betriebsparameter kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus der ersten Temperatur, der zweiten Temperatur, der Temperatur der Heizung, der Eintrittsrate des Fluids in die Mischkammer, der Eintrittsrate des Wärmeübertragungsmaterials in die Mischkammer, des Drucks in der Mischkammer, der zeitlichen Koordinierung der Übertragung der Mischung zum Motor sowie einer Kombination einem oder mehreren dieser. Es können auch andere Betriebsparameter durch den Regler geregelt werden. Bei dem Regler kann es sich um einen Computer, eine freiprogrammierbare Steuerung (PLC) oder eine andere Art von Regler handeln.
Diese Erfindung betrifft ebenfalls eine Maschine oder ein System beim Betrieb unter Anwendung des Verfahrens des dritten Aspekts, des Verfahrens des dritten Aspekts bei Anwendung zum Betrieb einer Maschine oder eines Systems und ebenfalls eines Fahrzeugs oder eines E- lektrogenerators, umfassend eine Maschine oder ein System gemäß der Erfindung.
Bei einem fünften Aspekt der Erfindung wird eine Mischung zu Verwendung in einer Maschine bereitgestellt, wobei die Mischung nachfolgendes umfasst: eine Vielzahl von Kohlenstoffpartikeln, wobei die Partikel eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger als etwa 10 Mikron aufweisen und eine Flüssigkeit,
wobei die Mischung eine Temperatur von wenigstens etwa 200 0C hat und die Art der Flüssigkeit und der Kohlenstoffpartikel derart gestaltet ist, dass sie bei der Temperatur der Mischung stabil sind und nicht miteinander reagieren.
Die Mischung kann homogen oder heterogen sein. Die relative Dichte der Mischung bei der ersten Temperatur und 1 Atmosphärendruck kann höher als etwa 0,5 liegen. Der Anteil der Kohlenstoffpartikel in der Mischung kann höher als etwa 30 Volumenprozent sein. Das Fluid kann ein nicht oxidierendes Fluid sein. Das Fluid kann ein Gas oder ein Dampf oder kann aus einer Mischung aus Fluiden bestehen, die jeweils ein Gas oder ein Dampf sind. Die Kohlenstoffpartikel können gereinigte Kohlenstoffpartikel sein, und sie können einen Prozentsatz an Kohlenstoff von mehr als etwa 95 % enthalten. Sie können hauptsächlich Graphit umfassen, und bei dem Graphit kann es sich um pyrolytisches Graphit handeln. Sie können eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger als etwa 10 Mikron aufweisen und haben normalerweise eine Durchschnittsgröße von weniger als etwa 1 Mikron. Sie können kugelförmig sein oder eine andere Form aufweisen, zum Beispiel eiförmig, kugelförmig abgeflacht oder ringförmig.
Bei einem sechsten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Mischung zur Verwendung in einer Maschine bereitgestellt, wobei das Verfahren das Mischen eines Fluids mit einer zweiten Temperatur vor dem Mischen und eine Vielzahl von Kohlenstoffpartikeln umfasst, wobei die Partikel eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger als etwa 10 Mikron aufweisen und eine erste Temperatur vor dem Mischen haben, wobei: die Art des Fluids derart beschaffen ist, dass die Flüssigkeit bei der ersten Temperatur stabil ist und das Fluid und die Kohlenstoffpartikel nicht miteinander reagieren, das Fluid ein Gas oder ein Dampf bei der ersten Temperatur ist und die erste Temperatur höher ist, als die zweite Temperatur.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Im Sinne dieser Spezifikation bezieht sich ein Fluid entweder auf ein Gas oder eine Flüssigkeit und ein Gas bezieht sich auf ein Gas, einen Dampf oder eine Mischung aus einem Gas und einem Dampf. In dieser Spezifikation bezieht sich der Begriff "stabil" auf eine Situation, in welcher die Substanz chemisch nicht reagiert, um eine neue chemische Einheit zu erzeugen, zum Beispiel zerfällt diese nicht. Es versteht sich, dass eine minderwertige Reaktion (zum Beispiel ein Zerfall) toleriert werden kann, und der Begriff „stabil" sollte daher so verstanden werden, dass er sich auf eine Stabilität von wenigstens etwa 95 % oder wenigstens etwa 96, 97, 98, 99, 99,5, 99,6, 99,7, 99,8 oder 99,9 % bezieht, das heißt die Substanz reagiert oder zerfällt auf einen Grad von weniger als etwa 5, 4, 3, 2, 1 , 0,5, 0,4, 0,3, 0,2 oder 0, 1 %.
Die Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch das Herstellen einer Mischung eines Wärmeübertragungsmaterials und einem Fluid in einer Mischkammer betrieben, wobei das Wärmetransfermaterial bei einer ersten Temperatur beim Eintritt in die Mischkammer ist und das Fluid bei einer zweiten Temperatur beim Eintritt in die Mischkammer ist, wobei die zweite Temperatur niedriger ist, als die erste Temperatur. Das Fluid wird durch das Wärmeübertragungsmaterial erwärmt, wobei die Erwärmung zu einer Ausdehnung der Mischung führt. Die Ausdehnung kann eingesetzt werden, um Strom an einen Motor bereitzustellen, der Teil der Maschine ist. Die Ausdehnung kann eine Folge der Thermalausdehnung eines Gases oder der Verdampfung eines Fluids oder beider sein. Die Ausdehnung kann nicht aufgrund einer chemischen Wechselwirkung zwischen dem Wärmeübertragungsmaterial und dem Fluid erfolgen. Das Wärmeübertragungsmaterial und das Fluid können außerstande sein, miteinander unter den Bedingungen bezüglich der Mischkammer zu reagieren. Sie können gegenseitig inert sein. Die Ausdehnung eines Gases kann in etwa der Zustandsgieichung für ideale Gase entsprechen, wobei P. V/T eine Konstante ist. Dadurch resultiert eine Erhöhung der Temperatur in eine Erhöhung des Volumens bei einem konstanten Druck. Wenn eine Flüssigkeit verdampft, nimmt der daraus entstehende Dampf ein weitaus größeres Volumen ein, als die ursprüngliche Flüssigkeit beim gleichen Druck. In beiden Fällen kann die resultierende Ausdehnung eingesetzt werden, um einen Motor anzutreiben. Bei der Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Ausdehnung des Fluids durch die Übertragung von Wärmeenergie von dem Wärmeübertragungsmaterial verursacht. Da das Wärmeübertragungsmaterial während der gesamten Zeit, in welcher es in der Mischkammer vorhanden ist, in Kontakt mit dem Fluid steht, wird Ausdehnungsenergie kontinuierlich erzeugt und als Folge wird Strom während des gesamten Zeitraums erzeugt, in welchem das Fluid und das Wärmeübertragungsmaterial in der Mischkammer vorhanden sind. Dies steht beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine gegenüber, bei welcher eine anfängliche Zündung die E- nergie bereitstellt, der Strom sich jedoch verringert, während sich der Zylinder (die Mischkammer) aufgrund der Bewegung des darin angeordneten Kolbens ausdehnt. Normalerweise verbleibt die Stromerzeugung in der Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung bei wenigstens 70 % des Maximalstroms im ganzen Zyklus oder wenigstens etwa 75, 80, 85 oder 90 % des Maximums.
Die Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei ungefähr konstantem Druck arbeiten. Die Maschine kann einen Speicher zur Unterbringung der anfänglichen Ausdehnung der Mischung aufweisen, die dann wie erforderlich an die Maschine übertragen wird. Bei einer Maschine mit einem Kolbenmotor kann die sich ausdehnende Mischung zum Beispiel an jeden Zylinder bereitgestellt werden, wenn sich der Kolben mittig oder etwa über der genauen Mitte befindet. Jeder Zylinder kann einen separaten Speicher haben, ein einzelner Speicher kann jedoch konfiguriert sein, um mehr als einen Zylinder eines Kolbenmotors zu versorgen. Falls es sich bei dem Motor um einen Turbinenmotor handelt, kann ebenfalls ein wie oben beschriebener Speicher vorhanden sein, obwohl es in diesem Fall nicht notwendig ist, einen Speicher aufzuweisen. Bei einer Maschine mit einem Turbinenmotor ohne Speicher kann die sich ausdehnende Mischung direkt von der Mischkammer zu den Leitschaufeln der Turbine laufen, was zu einer kontinuierlichen Rotation der Turbine führt.
Die Mischkammer kann einen oder mehrere Kolben enthalten, sodass die Mischung die Mischung antreibt, während sich die Mischung ausdehnt. Die Mischung kann mit einer Kammer verbunden sein, die einen oder mehrere Kolben derart umfasst, dass die Mischung die Mischung antreibt, während sich die Mischung ausdehnt. Die Mischkammer kann mit der Kammer verbunden sein, die einen oder mehrere Kolben um wenigstens einen Schlauch, ein Rohr, ein Loch oder andere Verbindungsmittel umfasst. Der Schlauch, das Rohr, das Loch oder die anderen Verbindungsmittel können ein Einwegeventil umfassen, das es der Mischung ermöglicht, von der Mischkammer zur Kammer mit einem oder mehreren Kolben zu laufen. Die Mischkammer kann mit einer Kammer mit wenigstens einem Turbinenblatt verbunden sein. Die Mischkammer kann mit der Kammer mit wenigstens einem Turbinenblatt um wenigstens einen Schlauch, ein Rohr, ein Loch oder andere Verbindungsmittel verbunden sein und der Schlauch, das Rohr, das Loch oder die anderen Verbindungsmittel können derart angeordnet sein, um die Mischung direkt in Richtung des wenigstens einen Turbinenblatts zu lenken.
Die relative Dichte der Mischung oder des Fluids und des Wärmeübertragungsmaterials bei der ersten Temperatur und 1 Atmosphärendruck kann höher als etwa 0,5 oder höher als etwa 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1 , 1 ,1 , 1 ,2, 1 ,3, 1 ,4 oder 1 ,5 sein. Die relative Dichte der Mischung kann zwischen etwa 0,5 und etwa 1 ,5 oder zwischen etwa 0,6 und etwa 1 ,3 oder zwischen etwa 0,7 und etwa 1 ,1 oder zwischen etwa 0,8 und etwa 1 oder zwischen etwa 0,5 und etwa 1 oder zwischen etwa 0,5 und etwa 0,8 oder zwischen etwa 0,8 und etwa 1 oder zwischen etwa 1 und etwa 1 ,5 oder zwischen etwa 1 ,2 und etwa 1 ,5 liegen und kann bei etwa 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1 , 1 ,1 , 1 ,2, 1 ,3, 1 ,4 oder 1 ,5 liegen. Der Anteil an Wärmeübertragungsmaterial in der Mischung kann höher als etwa 30 Volumenprozent oder höher als etwa 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70 oder 75 % bei der ersten Temperatur und 1 Atmosphärendruck sein und kann zwischen etwa 30 und etwa 80 % oder zwischen etwa 40 und etwa 75 % oder zwischen etwa 50 und etwa 70 % oder zwischen etwa 30 % und etwa 50 % oder zwischen etwa 30 % und etwa 40 % oder zwischen etwa 50 % und etwa 80 % oder zwischen etwa 60 % und etwa 80 % liegen und kann etwa 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75 oder 80 Volumenprozent bei der ersten Temperatur und 1 Atmosphärendruck sein.
Das Fluid kann ein nicht oxidierendes Fluid sein. Bei der zweiten Temperatur kann es sich bei dem Fluid um ein Gas handeln und kann ein Edelgas sein und kann zum Beispiel Stickstoff, Kohlendioxid, Helium, Neon oder Argon sein oder kann eine Mischung aus nicht oxidierenden Gasen sein.
Alternativ kann das Fluid bei der zweiten Temperatur eine Flüssigkeit sein, die in der Lage ist, einen Dampf bei Kontakt mit dem Wärmeübertragungsmaterial bei der ersten Temperatur zu bilden. Bei der Flüssigkeit kann es sich um eine nicht oxidierende Flüssigkeit handeln und kann zum Beispiel Wasser oder eine flüchtige organische Flüssigkeit sein. Falls die Flüssigkeit oder der Dampf entflammbar ist, wird der Sauerstoff vorzugsweise zumindest teilweise von der Maschine abgesondert. Das Verhältnis des Wärmeübertragungsmaterials, das in die Mischkammer eintritt, zu Flüssigkeit, die in die Mischkammer eintritt, liegt normalerweise bei zwischen etwa 104: 1 und etwa 104:5 des Volumens oder zwischen 104:2 und etwa 104:4 und kann etwa 104: 1 , 104:2, 104:3, 104:4 oder 104:5 des Volumens betragen.
Als weitere Alternative kann das Fluid bei der zweiten Temperatur eine Mischung aus einem Gas und einer Flüssigkeit sein. Das Gas und die Flüssigkeit sind bei der ersten Temperatur nicht miteinander reagierend und sind stabil bei der ersten Temperatur. Das Fluid kann zum Beispiel ein Spray oder ein Aerosol oder ein Dunst oder ein Nebel oder eine andere Gas- /Flüssigkeitsmischung sein. Der Anteil an Flüssigkeit in der Gas-/Flüssigkeitsmischung kann zwischen etwa 0,1 und etwa 10 Volumenprozent oder zwischen etwa 0,2 % und etwa 5 % oder zwischen etwa 0,3 % und etwa 4 % oder zwischen etwa 0,4 und etwa 2 % oder zwischen etwa 0,5 und etwa 1 Volumenprozent sein und kann etwa 0,1 , 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 Volumenprozent sein oder kann einen anderen Anteil enthalten. Das Fluid ist normalerweise in Anwesenheit des Wärmeübertragungsmaterials bei der ersten Temperatur stabil und reagiert chemisch nicht mit dem Wärmeübertragungsmaterial bei der ersten Temperatur.
Das Wärmeübertragungsmaterial kann ein Feststoff sein und kann eine Vielzahl von Partikeln umfassen. Wenigstens einige der Partikel können Kohlenstoffpartikel sein. Die Kohlenstoffpartikel können gereinigte Kohlenstoffpartikel sein, und sie können einen Prozentsatz an Kohlenstoff von mehr als etwa 95 % oder mehr als etwa 96, 97, 98, 99, 99,5, 99,6, 99,7, 99,8, 99,9, 99,95, 99,99, 99,995 oder 99,999 % auf Gewichts-, Volumen- oder Molbasis aufweisen und sie können einen Prozentsatz an Kohlenstoff von etwa 95 % oder etwa 96, 97, 98, 99, 99,5, 99,6, 99,7, 99,8, 99,9, 99,95, 99,99, 99,995, 99,999 oder 100 % auf Gewichts-, Volumen- oder Molbasis aufweisen. Die Kohlenstoffpartikel können hauptsächlich Graphit umfassen und können mehr als etwa 70 Massen- oder Volumenprozent Graphit oder mehr als etwa 75, 80, 85, 90, 95 oder 99 Massen- oder Volumenprozent Graphit enthalten und können etwa 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99, 99,5, 99,9 oder 100 Massen- oder Volumenprozent Graphit enthalten. Bei dem Graphit kann es sich um pyrolytisches Graphit handeln. Die Kohlenstoffpartikel können eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger als etwa 10 Mikron oder weniger als etwa 5, 2, 1 , 0,9, 0,8, 0,7, 0,6, 0,5, 0,4, 0,3, 0,2 oder 0,1 Mikron aufweisen. Sie können eine durchschnittliche Partikelgröße von zwischen etwa 0,1 und etwa 10 Mikron oder zwischen etwa 0,2 und etwa 5 Mikron oder zwischen etwa 0,3 und etwa 3 Mikron oder zwischen etwa 0,4 und etwa 2 Mikron oder zwischen etwa 0,5 und etwa 1 Mikron oder zwischen etwa 0,1 und etwa 5 Mikron oder zwischen etwa 0,1 und etwa 1 Mikron oder zwischen etwa 0,5 und etwa 10 Mikron oder zwischen etwa 1 und etwa 10 Mikron oder zwischen etwa 1 und etwa 5 Mikron aufweisen und sie können eine durchschnittliche Partikelgröße von etwa 0,1 , 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1 , 1 ,5, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 Mikron aufweisen. Zum Zwecke dieser Spezifikation gilt die Partikelgröße eines einzelnen Partikels als die maximale Dimension dieses Partikels. Die Partikel können kugelförmig sein, oder sie können eine andere Form aufweisen, zum Beispiel ein Ellipsoid, Ring, kugelförmig abgeflacht, eiförmig, kegelförmig, kuppeiförmig, zylindrisch oder vielflächig sein, wie zum Beispiel würfelförmig, rechteckig prismenförmig, dreieckig prismenför- mig oder vielflächig mit zwischen 4 und 60 oder mehr Flächen oder sie können eine andere Form aufweisen, oder sie können eine unregelmäßige Form aufweisen, oder sie können eine Mischung aus verschiedenen Formen aufweisen. Die Partikel können porös oder nicht porös sein und können hohl oder nicht hohl sein. Das Verfahren gemäß der Erfindung umfasst den Schritt des Mischens des Wärmeübertragungsmaterials bei der ersten Temperatur mit einem Fluid, wobei das Fluid bei einer zweiten Temperatur ist, die geringer ist, als die erste Temperatur. Der Unterschied zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur kann höher als etwa 25 Grad Celsius sein oder höher als etwa 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300, 400, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 2500 oder 3000 Grad Celsius sein. Der Unterschied kann zwischen etwa 25 und etwa 3000 Grad Celsius oder zwischen etwa 30 und etwa 2000 Grad Celsius oder zwischen etwa 35 und etwa 1000 Grad Celsius oder zwischen etwa 40 und etwa 500 Grad Celsius oder zwischen etwa 50 und etwa 200 Grad Celsius oder zwischen etwa 25 und etwa 200 Grad Celsius oder zwischen etwa 25 und etwa 100 Grad Celsius oder zwischen etwa 100 und etwa 500 Grad Celsius oder zwischen etwa 200 und etwa 400 Grad Celsius oder zwischen etwa 1000 und etwa 3000 Grad Celsius oder zwischen etwa 2000 und etwa 3000 Grad Celsius sein und kann etwa 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300, 400, 500, 750, 1000, 1250, 1500, 1750, 2000, 2250, 2500, 2750 oder 3000 Grad Celsius sein. Die zweite Temperatur kann zwischen etwa 0 0C und etwa 100 0C oder zwischen etwa 10 0C und etwa 90 0C oder zwischen etwa 20 0C und etwa 80 0C oder zwischen etwa 30 0C und etwa 70 0C oder zwischen etwa 50 0C und etwa 60 0C oder zwischen etwa 0 0C und etwa 50 0C oder zwischen etwa 0 0C und etwa 25 0C oder zwischen etwa 25 0C und etwa 50 0C oder zwischen etwa 50 0C und etwa 100 0C oder zwischen etwa 75 0C und etwa 100 0C sein und kann etwa 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50, 60, 70, 80, 90 oder 100 0C sein, obwohl sie in manchen Fällen unter etwa 0 0C oder über etwa 100 0C liegt. Die erste Temperatur kann mehr als etwa 200 0C oder mehr als etwa 220, 240, 260, 280, 300, 320, 340, 360, 380, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1250, 1500, 1750, 2000, 2500 oder 3000 0C sein oder kann zwischen etwa 200 0C und etwa 3000 0C oder zwischen etwa 200 0C und etwa 2500 0C oder zwischen etwa 200 0C und etwa 2000 0C oder zwischen etwa 200 0C und etwa 1500 0C oder zwischen etwa 200 0C und etwa 1000 0C oder zwischen etwa 200 0C und etwa 500 0C oder zwischen etwa 200 0C und etwa 350 0C oder zwischen etwa 250 0C und etwa 350 0C oder zwischen etwa 250 0C und etwa 500 0C oder zwischen etwa 300 0C und etwa 500 0C oder zwischen etwa 300 0C und etwa 400 0C sein oder kann etwa 200 0C oder etwa 220, 240, 260, 280, 300, 320, 340, 360, 380, 400, 450, 500, 700, 700, 800, 900, 1000, 1250, 1500, 1750, 2000, 2500 oder 3000 0C sein.
Das Wärmeübertragungsmaterial kann durch eine Heizung auf eine erste Temperatur erwärmt werden, die zum Beispiel eine Elektroheizung, ein Wärmetauscher, ein Kessel, ein Ofen, ein gasbefeuerter Warmlufterzeuger oder ein Brenner, ein Heizblock oder zum Beispiel ein Apparat gemäß WO 95/25416 sein kann. Die Heizung kann einen hochtemperaturbeständigen Wärmespeicher und einen niedertemperaturbeständigen Wärmespeicher umfassen, wobei der Niedertemperatur-Wärmespeicher eingesetzt wird, um das Wärmeübertragungsmaterial zu erwärmen und der hochtemperaturbeständige Wärmespeicher eingesetzt wird, um den Niedertemperatur- Wärmespeicher zu erwärmen. Der hochtemperaturbeständige Wärmespeicher kann eine Temperatur von zwischen etwa 1500 0C und etwa 3000 0C oder zwischen etwa 1750 0C und etwa 2750 0C oder zwischen etwa 2000 0C und etwa 2500 0C oder zwischen etwa 2000 0C und etwa 3000 0C oder zwischen etwa 1500 0C und etwa 2500 0C aufweisen und kann etwa 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2100, 2200, 2300, 2400, 2500, 2600, 2700, 2800, 2900 oder 3000 0C aufweisen. Der Niedertemperatur-Wärmespeicher kann eine Temperatur von zwischen etwa 200 0C und etwa 1500 0C, und oder zwischen etwa 200 0C und etwa 1000 0C oder zwischen etwa 200 0C und etwa 500 0C oder zwischen etwa 200 0C und etwa 400 0C oder zwischen etwa 500 0C und etwa 1500 0C oder zwischen etwa 1000 0C und etwa 1500 0C oder zwischen etwa 300 0C und etwa 1000 0C oder zwischen etwa 300 0C und etwa 500 0C aufweisen und kann etwa 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1 100, 1200, 1300, 1400 oder 1500 0C aufweisen. Der hochtemperaturbeständige Wärmespeicher kann durch einen Thermalstromleiter mit dem Niedertemperatur- Wärmespeicher verbunden sein, und der Thermalstromleiter kann einen Schalter umfassen, sodass der Thermalanschluss zwischen den hochtemperaturbeständigen und Niedertemperatur-Wärmespeichern ausgeschaltet werden kann. Der Schalter kann durch ein Thermostat oder durch einen Temperatursensor, zum Beispiel einem Thermometer oder einem Thermoelement aktivierbar sein.
Das Verfahren kann zusätzlich den Rückfluss wenigstens eines des Wärmeübertragungsmaterials und des Fluids zur Wiederverwertung in der Maschine umfassen. Der Rückfluss kann eines oder mehrere der folgenden umfassen: das wenigstens teilweise Abscheiden des Wärmeübertragungsmaterials und des
Fluids, das Abkühlen des Fluids und das Befördern des Wärmeübertragungsmaterials zu einem Sammelgefäß.
Das wenigstens teilweise Abscheiden des Wärmeübertragungsmaterials und des Fluids kann in einem Abscheider durchgeführt werden, zum Beispiel in einem Filter, einem Netzwerk, einem Sieb, einer Schwimmvorrichtung, einem Ausfällapparat oder einem Zentrifugalabscheider oder in einem anderen Abscheider, der zum Abscheiden eines Schwebfeststoffes von einem Fluid geeignet ist.
Falls es sich bei dem Fluid um ein Gas bei der zweiten Temperatur handelt, kann diese unter Anwendung eines Kühlers abgekühlt werden, der zum Beispiel ein Wärmetauscher, eine Kälteanlage oder eine andere geeignete Art von Kühler sein kann oder durch eine Kombination solcher Kühler. Sie kann dann unter Anwendung eines Verdichters verdichtet werden. Das Verdichten eines Gases erhöht normalerweise seine Temperatur und deshalb kann ebenfalls ein zweiter Kühlungsschritt durchgeführt werden, bevor das verdichtete Gas zum Sammelgefäß zurückgeführt wird. Das Sammelgefäß kann zum Beispiel eine Druckgasflasche, eine Blase, ein Ballon, ein Druckgasbehälter oder ein anderer geeigneter Gasbehälter sein.
Falls das Fluid eine Flüssigkeit bei der zweiten Temperatur ist, kann dieses durch Befolgen des Schritts des wenigstens teilweisen Abscheidens auf eine Temperatur bei oder unter der Temperatur abgekühlt werden, bei der diese kondensiert. Die Temperatur kann bei der zweiten Temperatur liegen, oder sie kann eine beliebige Temperatur zwischen der zweiten und der ersten Temperatur sein. Nach der wenigstens teilweisen Kondensation des Fluids in eine Flüssigkeit kann die Flüssigkeit zum Flüssigkeitsbehälter zurückgeführt werden, der zum Beispiel ein Sammelbehälter, ein Tank, eine Kammer, eine Flasche, ein Fass, eine Wanne, ein Gefäß oder ein anderer Flüssigkeitsbehälter sein kann. Es kann ein zweiter Kühlungsschritt zum Abkühlen der Flüssigkeit auf etwa die zweite Temperatur stattfinden. Der zweite Kühlungsschritt sollte durchgeführt werden, bevor die Flüssigkeit in die Mischkammer eintritt und sollte durchgeführt werden bevor oder nachdem die Flüssigkeit zum Flüssigkeitsbehälter zurückgeführt wird.
Falls das Fluid eine Mischung aus einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid umfasst, wobei das erste Fluid ein Gas bei der zweiten Temperatur ist und das zweite Fluid eine Flüssigkeit bei der zweiten Temperatur ist, kann die Mischung nach dem wenigstens teilweisen Abscheiden auf eine Temperatur oder unter die Temperatur abgekühlt werden, bei der das zweite Fluid kondensiert. Die Temperatur kann die zweite Temperatur sein oder sie kann eine beliebige Temperatur zwischen der zweiten und der ersten Temperatur sein. Nach dem wenigstens teilweisen Kondensieren des zweiten Fluids in eine Flüssigkeit kann die Flüssigkeit zum Flüssigkeitsbehälter zurückgeführt werden, der zum Beispiel ein Sammelbehälter, ein Tank, eine Kammer, eine Flasche, ein Fass oder ein anderer geeigneter Flüssigkeitsbehälter sein kann. Das erste Fluid kann unter Anwendung eines Verdichters verdichtet werden, und als Option kann ebenfalls ein zweiter Kühlungsschritt durchgeführt werden, bevor das verdichtete Gas zu einem Sammelgefäß zurückgeführt wird. Falls es sich bei dem zweiten Fluid um ein Gemisch handelt, wird das Gemisch normalerweise auf eine Temperatur oder unter die Temperatur abgekühlt, bei der die niedrigste Kondensationskomponente des Gemischs kondensiert. Falls zum Beispiel die zweite Temperatur 50 0C ist und das Fluid ein Gas bei der zweiten Temperatur sowohl als auch eine erste Flüssigkeit, die bei 70 0C kondensiert und eine zweite Flüssigkeit umfasst, die bei 80 0C kondensiert, dann sollte der Schritt des Abkühlens ein Abkühlen auf eine Temperatur von 70 0C oder darunter umfassen. Es kann ein zweiter Kühlungsschritt zum Abkühlen der Flüssigkeit auf etwa die zweite Temperatur stattfinden. Der zweite Kühlungsschritt sollte durchgeführt werden, bevor die Flüssigkeit in die Mischkammer eintritt und sollte durchgeführt werden, bevor oder nachdem die Flüssigkeit zum Flüssigkeitsbehälter zurückgeführt wird. Während das Fluid in dem Rückflussverfahren abgekühlt wird, wird sein Volumen reduziert. Dies kann zu einem Druckabfall führen, wodurch der Durchtritt des heißen Fluids und des Wärmeübertragungsmaterials vom Motor zum Rückflusssystem unterstützt wird.
In der Mischkammer gemäß der vorliegenden Erfindung vermischt sich das Wärmeübertragungsmaterial bei der ersten Temperatur mit dem Fluid bei der zweiten Temperatur, wobei die erste Temperatur höher ist, als die zweite Temperatur. Dadurch resultiert die Wärmeübertragung in einen Verlust an Wärmeenergie (für gewöhnlich das Abkühlen) aus dem Wärmeübertragungsmaterial und gewinnt an Wärmeenergie (Erwärmungs- und/oder Phasenänderung) des Fluids. Wenn das Wärmeübertragungsmaterial vom Fluid abgeschieden wird, wird es auf wenigstens die erste Temperatur zur Wiederverwertung neu erwärmt. Dadurch wird die in dem Wärmeübertragungsmaterial erhaltene Wärmeenergie in der Maschine erhalten. Auf der anderen Seite wird das Fluid zur zweiten Temperatur zurückgeführt, was zu einem Verlust an Wärmeenergie führen kann. Dieser Verlust geht der Maschine verloren, er ist jedoch relativ gering, da die Thermalmasse des Fluids für gewöhnlich weit geringer ist, als die Thermalmasse des Wärmeübertragungsmaterials. Dadurch stellt die vorliegende Erfindung eine effiziente Energieumwandlung bereit, da während ihres Betriebs nur sehr wenig Energie verloren geht.
Der Motor gemäß der Erfindung kann jeder geeignete Motor sein, der in der Lage ist, durch eine Mischung des Fluids und des Wärmeübertragungsmaterials angetrieben zu werden während sich die Mischung ausdehnt und kann zum Beispiel ein Kolbenmotor oder ein Turbinenmotor sein. Insbesondere im Fall eines Kolbenmotors, jedoch als Option auch im Fall eines Turbinenmotors, kann ein Speicher zur Aufnahme von Veränderungen im Volumen der Mischung verwendet werden, ohne den Druck im Wesentlichen zu verändern. Dies kann besonders dann nützlich sein, wenn der Motor eine intermittierende Zufuhr der Mischung erfordert, wie es bei einem Kolbenmotor der Fall ist. Die Konstruktion des Speichers kann derart beschaffen sein, dass sie das Abscheiden der Mischung verhindert.
Die Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung hat mehrere Vorteile, die folgendes einschließen: die Komponenten der in der Maschine verwendeten Mischung reagieren nicht chemisch miteinander und können daher wiederverwertet werden; die in der Maschine verwendete Mischung hat eine hohe relative Dichte relativ zum Fluid allein und als Folge hat die Mischung in Bewegung eine relativ hohe
Eigendynamik, die eine größere Leistung bereitstellt; das Abscheiden der in der Maschine verwendeten Mischung ist zum Beispiel mit einem Zentrifugalabscheider aufgrund des Unterschieds der relativen Dichte des Fluids und des Wärmeübertragungsmaterials bei der ersten Temperatur relativ einfach anzuwenden und
Graphitpartikel, die in den Motor eintreten, können als ein Schmiermittel fungieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Form der vorliegenden Erfindung wird nun beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
Figur 1 eine Diagrammdarstellung einer Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist; Figur 2 eine Diagrammdarstellung eines Rückflusssystems für eine Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist, wobei das Fluid ein Gas bei der zweiten Temperatur ist; Figur 3 eine Diagrammdarstellung eines Rückflusssystems für eine Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist, wobei das Fluid eine Flüssigkeit bei der zweiten Temperatur ist; Figur 4 eine Diagrammdarstellung einer Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist, wobei das Fluid eine Mischung aus einem Gas und einer Flüssigkeit bei der zweiten Temperatur ist; Figuren 5a bis g einen zerlegten Turbinenmotor zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung darstellen;
Figur 5h eine auseinandergezogene Ansicht der Laufräder des Turbinenmotors in Fig. 5a bis 5g darstellt;
Figur 6a eine Diagrammdarstellung eines Teils einer Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist, die einen Speicher mit Gewichten zum Regeln des Drucks sowie mit einem Zufuhrregler zum Regeln der Zufuhrrate des Fluids und des Wärmeübertragungsmaterials darstellt; Figur 6b eine Diagrammdarstellung eines Teils einer Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist, die einen gasbetriebenen Speicher und einen Zufuhrregler zum Regeln der Zufuhrrate des Fluids und des Wärmeübertragungsmaterials darstellt und
Figur 7 eine Diagrammdarstellung einer zur Anwendung in der vorliegenden Erfindung geeigneten Turbine ist, die einer Dampfturbine ähnlich ist.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 umfasst die Maschine 100 eine Heizung 105 zum Erwärmen eines Wärmeübertragungsmaterials, eine Mischkammer 110 zum Mischen des Wärmeübertragungsmaterials und eines Fluids sowie einen Motor 115, der mit der Mischkammer 110 verbunden ist, wobei der Motor 115 in der Lage ist, durch eine Mischung des Fluids und des Wärmeübertragungsmaterials angetrieben zu werden, während sich die Mischung ausdehnt. Die Maschine 100 umfasst ebenfalls einen Füllschacht 120 zum Speichern des Wärmeübertragungsmaterials und ein Gefäß 125 zum Speichern des Fluids. Falls es sich beim Fluid um ein Gas handelt, ist das Gefäß 125 ein Gasbehälter, zum Beispiel ein Druckgasgefäß, und falls es sich beim Fluid um eine Flüssigkeit handelt, ist das Gefäß 125 ein Flüssigkeitsbehälter, zum Beispiel ein Sammelbehälter. Die Heizung 105 kann zum Beispiel eine elektrische Heizung oder einen Brenner, oder einen Heizblock umfassen oder kann in geeigneter Weise eine Vorrichtung gemäß WO 95/25416 sein. In einer Vorrichtung gemäß WO 95/25416 wird eine Graphitmasse auf einer Temperatur zwischen 2000 0C und 3000 0C gehalten, normalerweise bei etwa 2500 0C, die auch als ein Wärmespeicher zum Erwärmen des Wärmeübertragungsmaterials oder zum Erwärmen eines sekundären Wärmespeichers verwendet werden kann, der auf einer Temperatur zwischen etwa 250 0C und 350 0C gehalten wird, normalerweise bei etwa 300 0C, der sodann zum Erwärmen des Wärmeübertragungsmaterials verwendet werden kann. Die Heizung 105 ist zwischen dem Füllschacht 120 und der Mischkammer 110 angeordnet. Die Mischkammer 110 ist dicht am Motor 115 angeordnet, um Leistungsverluste zwischen diesen auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Der Motor 115 kann jeder beliebige Motor sein, der in der Lage ist, durch die Ausdehnung eines Fluids angetrieben zu werden und ist in geeigneter Weise ein Kolbenmotor oder eine Turbine. Die Maschine 100 weist zusätzlich ein Ventil 130 und einen Mechanismus 135 zum Regeln der Eintrittsrate jeweils des Gases und des Wärmeübertragungsmaterials in die Mischkammer 110 auf. Das Rohr 112 verbindet den Füllschacht 120 mit dem Mechanismus 135 und die Heizung 105 zum Erwärmen des Wärmematerials umgibt einen Teil des Rohrs 1 12. Das Rohr 1 14 verbindet das Gefäß 125 mit 110 und das Ventil 130 ist im Rohr 114 angeordnet. Das Rohr 116 verbindet die Mischkammer 110 mit dem Motor 115. Die Maschine 100 umfasst zusätzlich ein Rückflusssystem 150 für den Rückfluss des Wärmeübertragungsmaterials und des Fluids zur Wiederverwertung. Die Rohre 118 und 122 verbinden jeweils den Motor 115 und den Füllschacht 120 mit dem Rückflusssystem 150 und das Rohr 124 verbindet das Rückflusssystem 150 mit dem Gefäß 125.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Wärmeübertragungsmaterial eine Vielzahl von Partikeln. Die Partikel haben vorzugsweise eine Durchschnittsgröße von weniger als etwa 1 Mikron und vorzugsweise von zwischen etwa 0,5 und 1 Mikron. Die Partikel sind vorzugsweise kugelförmig und bestehen aus pyrolytischem Graphit mit einer Reinheit von mehr als etwa 95 Gewichtsprozent und vorzugsweise von mehr als etwa 99 Gewichtsprozent. Das Fluid kann ein Edelgas und zum Beispiel Stickstoff, Kohlendioxid, Helium, Neon oder Argon sein. Ein für gewöhnlich verwendetes Gas ist Stickstoff. Alternativ kann das Fluid eine verdampfbare Flüssigkeit sein, die bei der Temperatur des Wärmeübertragungsmaterials nicht auf das Wärmeübertragungsmaterial reagiert und kann zum Beispiel Wasser sein.
Ein Verfahren zum Betrieb der Maschine 100 umfasst das Erwärmen des Wärmeübertragungsmaterials, das im Füllschacht 120 bei zwischen etwa 250 0C und etwa 350 0C und vorzugsweise bei etwa 300 0C gespeichert wurde, indem das Wärmeübertragungsmaterial durch die Heizung 105 durch das Rohr 112 geführt wird. Das Ventil 130 und der Mechanismus 135 werden verwendet, um die Eintrittsrate jeweils des Fluids und des Wärmeübertragungsmaterials in die Mischkammer 110 zu regeln. Falls es sich bei dem Fluid um ein Gas handelt, wird der Anteil des Wärmeübertragungsmaterials gegenüber der Gesamtmenge des Wärmeübertragungsmaterials plus des Fluids, das in die Mischkammer 110 eintritt, auf zwischen etwa 50 und etwa 80 Volumenprozent, normalerweise auf zwischen etwa 60 und 70 Volumenprozent, geregelt. Falls es sich bei dem Fluid um eine Flüssigkeit handelt, liegt das Verhältnis des Wärmeübertragungsmaterials, das in die Mischkammer 110 eintritt, zur Flüssigkeit, die in die Mischkammer 110 eintritt, normalerweise bei zwischen etwa 104: 1 und etwa 104:5 des Volumens und kann etwa 104:2 des Volumens betragen. Das Wärmeübertragungsmaterial vermischt sich mit dem Fluid in der Mischkammer 110, wobei das Fluid bei zwischen etwa 0 0C und etwa 50 0C und vorzugsweise bei etwa 25 0C liegt. Die Ausdehnung der Fluid-
/Wärmeübertragungsmaterialmischung, die entweder durch Erwärmen eines Gases oder durch Verdampfen einer Flüssigkeit durch das Wärmeübertragungsmaterial verursacht wird, hat zur Folge, dass die Mischung rasch durch das Rohr 116 zum Motor 115 durchtritt und eine Leistung bereitstellt, die zum Antrieb des Motors 115 verwendet wird.
Das Verfahren umfasst zusätzlich den Rückfluss des Wärmeübertragungsmaterials und des Gases zur Wiederverwertung in der Maschine 100. Das Rückflusssystem 150 scheidet das Fluid vom Wärmeübertragungsmaterial ab und führt das Wärmeübertragungsmaterial zum Füllschacht 120 durch das Rohr 122 und das Fluid zum Gefäß 125 durch das Rohr 124 zurück.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 umfasst das Rückflusssystem 200 einen Abscheider 210 zum wenigstens teilweisen Abscheiden des Wärmeübertragungsmaterials und des Gases, einen Verdichter 220 zum Verdichten des Gases, nachdem es aus dem Abscheider 210 ausgetreten ist, und Wärmetauscher 230 und 240 zum Abkühlen des Gases. Der Abscheider 210 ist durch das Rohr 118 mit dem Motor 115 von Fig. 1 verbunden. Der Abscheider 210 kann zum Beispiel ein Zentrifugalabscheider sein. Der Wärmetauscher 230 ist zwischen dem Abscheider 210 und dem Verdichter 220 angeordnet und jeweils durch die Rohre 252 und 254 mit diesen verbunden, und der Wärmetauscher 240 ist zwischen dem Verdichter 220 und dem Druckgasgefäß 125 von Fig. 1 angeordnet und jeweils durch die Rohre 256 und 124 mit diesen verbunden. Das Rückflusssystem 200 umfasst zusätzlich ein Beförderungsmittel 250 zum Befördern des Wärmeübertragungsmaterials zum Füllschacht 120 von Fig. 1 und das Rohr 258 verbindet den Abscheider 210 mit dem Beförderungsmittel 250. Das Beförderungsmittel 250 kann zum Beispiel eine Förderschnecke oder ein Förderband umfassen und ist durch das Rohr 122 mit dem Füllschacht 120 von Fig. 1 verbunden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Wärmeübertragungsmaterial eine Vielzahl von Partikeln. Die Partikel haben vorzugsweise eine Durchschnittsgröße von weniger als etwa 1 Mikron und vorzugsweise zwischen etwa 0,5 und 1 Mikron. Die Partikel sind vorzugsweise kugelförmig und bestehen aus Graphit mit einer Reinheit von mehr als etwa 95 Gewichtsprozent und vorzugsweise von mehr als etwa 99 Gewichtsprozent. Das Gas ist vorzugsweise ein Edelgas und kann zum Beispiel Stickstoff, Kohlendioxid, Helium, Neon oder Argon sein. Ein für gewöhnlich verwendetes Gas ist Stickstoff.
Im Betrieb tritt eine Mischung des Wärmeübertragungsmaterials und des Gases durch das Rohr 118 in das Rückflusssystem 200 ein und wird in einen Abscheider 210 weitergeleitet, der das Wärmeübertragungsmaterial und das Gas wenigstens teilweise abscheidet. Das Gas tritt sodann durch das Rohr 252 in den Wärmetauscher 230 ein, der das Gas abkühlt. Es wird dann durch das Rohr 254 in den Verdichter 220 geführt, in dem es auf einen Druck von zwischen 1 und 2 Atmosphären, normalerweise von etwa 1 ,5 Atmosphären, verdichtet wird. Es wird dann durch das Rohr 256 in den Wärmetauscher 240 geführt, in dem die durch die Verdichtung erzeugte Hitze abgeführt wird. Schließlich wird das abgekühlte, verdichtete Gas durch das Rohr 124 in das Speichergefäß 125 von Fig. 1 geführt. Das Wärmeübertragungsmaterial, das vom Abscheider 210 abgeschieden worden ist, wird durch das Rohr 258 zur Förderschnecke 250 geführt, das es über das Rohr 122 zum Füllschacht 120 von Fig. 1 befördert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 umfasst das Rückflusssystem 300 einen Abscheider 210 zum wenigstens teilweisen Abscheiden des Wärmeübertragungsmaterials und der verdampften Flüssigkeit und es wird ein Kondensator 330 bereitgestellt, der die verdampfte Flüssigkeit wenigstens teilweise auf einen flüssigen Zustand kondensiert. Der Abscheider 210 ist durch das Rohr 118 mit dem Motor 115 von Fig. 1 verbunden. Der Abscheider 210 kann zum Beispiel ein Zentrifugalabscheider sein und als Option erwärmt werden, um eine Kondensation zu verhindern. Die Pumpe 340 wird bereitgestellt, um die Flüssigkeit durch das Rohr 124 zum Speichergefäß 125 von Fig. 1 zu pumpen. Das Rohr 352 verbindet den Abscheider 210 mit dem Kondensator 330 und das Rohr 354 verbindet den Kondensator 330 mit der Pumpe 340. Das Rückflusssystem 300 umfasst zusätzlich ein Beförderungsmittel 250 zum Befördern des Wärmeübertragungsmaterials zum Füllschacht 120 von Fig. 1 , das Rohr 258 verbindet den Abscheider 210 mit dem Beförderungsmittel 250. Das Beförderungsmittel 250 kann zum Beispiel eine Förderschnecke oder ein Förderband umfassen und ist durch das Rohr 122 mit dem Füllschacht 120 von Fig. 1 verbunden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Wärmeübertragungsmaterial eine Vielzahl von Partikeln. Die Partikel haben vorzugsweise eine Durchschnittsgröße von weniger als etwa 1 Mikron und vorzugsweise zwischen etwa 0,5 und 1 Mikron. Die Partikel sind vorzugsweise ku- gelförmig und bestehen aus Graphit mit einer Reinheit von mehr als etwa 95 Gewichtsprozent und vorzugsweise von mehr als etwa 99 Gewichtsprozent. Bei der Flüssigkeit kann es sich um jede beliebige Flüssigkeit handeln, die unter den in der Maschine herrschenden Bedingungen stabil und in der Lage ist, bei Kontakt mit dem Wärmeübertragungsmaterial zu verdampfen und kann zum Beispiel Wasser sein.
Im Betrieb tritt eine Mischung des Wärmeübertragungsmaterials und der verdampften Flüssigkeit durch das Rohr 118 in das Rückflusssystem 300 ein und wird in einen Abscheider 210 weitergeleitet, der das Wärmeübertragungsmaterial und die verdampfte Flüssigkeit wenigstens teilweise abscheidet. Die verdampfte Flüssigkeit tritt sodann durch das Rohr 352 in den Kondensator 330 ein, der die verdampfte Flüssigkeit wenigstens teilweise in einen flüssigen Zustand kondensiert. Die resultierende Flüssigkeit tritt dann durch das Rohr 354 in die Pumpe 340 ein, die sie durch das Rohr 124 zum Speichergefäß 125 von Fig. 1 pumpt. Das Wärmeübertragungsmaterial, das durch den Abscheider 210 abgeschieden worden ist, wird dann durch das Rohr 258 zur Förderschnecke 250 geführt, die sie über das Rohr 122 zum Füllschacht 120 von Fig. 1 befördert.
Unter Bezugnahme auf Fig.4 umfasst die Maschine 400 eine Heizung 105 zum Erwärmen eines Wärmeübertragungsmaterials, einen Zerstäuber 440 zum Erzeugen eines Sprays der Flüssigkeit und des Gases, eine Mischkammer 1 10 zum Mischen des Wärmeübertragungsmaterials und des Sprays sowie einen Motor 115, der mit der Mischkammer 110 verbunden ist, wobei der Motor 115 in der Lage ist, durch die Mischung aus dem Gas und der Flüssigkeit und dem Wärmeübertragungsmaterials angetrieben zu werden, während sich das Gas ausdehnt und die Flüssigkeit verdunstet. Die Maschine 400 umfasst ebenfalls einen Füllschacht 120 zum Speichern des Wärmeübertragungsmaterials, ein Druckgasgefäß 425 zum Speichern des Gases und einen Sammelbehälter 430 zum Speichern der Flüssigkeit. Die Pumpe 435 wird bereitgestellt, um Flüssigkeit vom Sammelbehälter 430 zum Zerstäuber 440 zu pumpen. Die Heizung 105 kann zum Beispiel eine elektrische Heizung oder einen Brenner umfassen oder kann in geeigneter Weise eine Vorrichtung gemäß WO 95/25416 sein. In einer Vorrichtung gemäß WO 95/25416 wird eine Graphitmasse auf einer Temperatur zwischen 2000 0C und 3000 0C gehalten, normalerweise bei etwa 2500 0C beibehalten, die auch als ein Wärmespeicher zum Erwärmen des Wärmeübertragungsmaterials oder zum Erwärmen eines sekundären Wärmespeichers verwendet werden kann, der auf einer Temperatur zwischen etwa 250 0C und 350 0C gehalten wird, normalerweise bei etwa 300 0C, der sodann zum Erwärmen des Wärmeübertragungsmaterials verwendet werden kann. Die Heizung 105 ist zwischen dem Füllschacht 120 und der Mischkammer 110 angeordnet. Die Mischkammer 110 ist dicht am Motor 115 angeordnet, um Leistungsverluste zwischen diesen auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Der Motor 1 15 kann jeder beliebige Motor sein, der in der Lage ist, durch die Ausdehnung eines Fluids angetrieben zu werden und ist in geeigneter Weise ein Kolbenmotor oder eine Turbine. Die Maschine 400 weist zusätzlich einen Mechanismus 135 zum Regeln der Eintrittsrate des Wärmeübertragungsmaterials in die Mischkammer 110 auf. Die Eintrittsrate des Sprays in die Mischkammer 1 10 wird durch einen Zerstäuber 440 geregelt. Das Rohr 112 verbindet den Füllschacht 120 mit dem Mechanismus 135 und die Heizung 105 zum Erwärmen des Wärmeübertragungsmaterials umgibt einen Teil des Rohrs 112. Die Rohre 412 und 414 verbinden jeweils das Druckgasgefäß 425 und den Sammelbehälter 430 mit dem Zerstäuber 440. Das Rohr 116 verbindet die Mischkammer 110 mit dem Motor 1 15. Die Maschine 400 umfasst zusätzlich ein Rückflusssystem 450 für den Rückfluss des Wärmeübertragungsmaterials, des Gases und der Flüssigkeit zur Wiederverwertung. Das Rückflusssystem 450 umfasst einen Abscheider 455 zum wenigstens teilweisen Abscheiden des Wärmeübertragungsmaterials vom Dampf und dem Gas, einen Kondensator 460 zum Kondensieren des Dampfes, der aus dem Abscheider 455 austritt, wodurch die Flüssigkeit wenigstens teilweise vom Gas abgeschieden wird, und eine Pumpe 465 zur Rückführung der Flüssigkeit zum Sammelbehälter 430. Der Abscheider 455 kann zum Beispiel ein Zentrifugalabscheider sein. Der Abscheider 455 ist durch das Rohr 118 mit dem Motor 115 und durch das Rohr 452 mit dem Kondensator 460 verbunden. Der Kondensator 460 ist durch das Rohr 454 mit dem Verdichter 470 und durch das Rohr 456 mit der Pumpe 465 verbunden. Das Rohr 458 verbindet den Verdichter 470 mit dem Wärmetauscher 480. Das Rohr 462 verbindet den Wärmetauscher 480 mit dem Druckgasgefäß 425 und das Rohr 464 verbindet die Pumpe 465 mit dem Sammelbehälter 430. Der Verdichter 470 wird ebenfalls zum Verdichten des Gases bereitgestellt, nachdem es im Kondensator 460 wenigstens teilweise von der Flüssigkeit abgeschieden worden ist und der Wärmetauscher 480 wird zum Abkühlen des Gases bereitgestellt. Das Rückflusssystem 450 umfasst zusätzlich ein Beförderungsmittel 250 zum Befördern des Wärmeübertragungsmaterials zum Füllschacht 120, wobei das Rohr 258 den Abscheider 455 und das Beförderungsmittel 250 verbindet. Das Beförderungsmittel 250 kann zum Beispiel eine Förderschnecke oder ein Förderband umfassen und ist durch das Rohr 122 mit dem Füllschacht 120 verbunden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Wärmeübertragungsmaterial eine Vielzahl von Partikeln. Die Partikel haben vorzugsweise eine Durchschnittsgröße von weniger als etwa 1 Mikron und vorzugsweise zwischen etwa 0,5 und 1 Mikron. Die Partikel sind vorzugsweise kugelförmig und bestehen aus Graphit mit einer Reinheit von mehr als etwa 95 Gewichtsprozent und vorzugsweise von mehr als etwa 99 Gewichtsprozent. Das Gas ist vorzugsweise ein E- delgas und kann zum Beispiel Stickstoff, Kohlendioxid, Helium, Neon oder Argon sein. Ein normalerweise verwendetes Gas ist Stickstoff. Bei der Flüssigkeit kann es sich um jede beliebige Flüssigkeit handeln, die unter den in der Maschine herrschenden Bedingungen stabil und in der Lage ist, bei Kontakt mit dem Wärmeübertragungsmaterial zu verdampfen und kann zum Beispiel Wasser sein. Ein Verfahren zum Betrieb der Maschine 400 umfasst das Erwärmen des Wärmeübertragungsmaterials, das in einem Füllschacht 120 bei zwischen etwa 250 0C und etwa 350 0C und bevorzugt etwa 300 0C gespeichert wurde, indem das Wärmeübertragungsmaterial durch die Heizung 105 durch das Rohr 112 geführt wird. Der Mechanismus 135 wird verwendet, um die Eintrittsrate des Wärmeübertragungsmaterials in die Mischkammer 110 zu regeln. Gas wird vom Druckbehälter 425 durch das Rohr 412 zum Zerstäuber 440 geführt und die Pumpe 435 pumpt Flüssigkeit vom Sammelbehälter 430 durch das Rohr 414 zum Zerstäuber 440. Der Zerstäuber 440 wird verwendet, um ein Spray der Flüssigkeit und des Gases zu erzeugen. Das Verhältnis der Flüssigkeit im Spray liegt normalerweise bei etwa 0,1 und etwa 10 Volumenprozent und kann bei etwa 1 Volumenprozent liegen. Das Verhältnis des Wärmeübertragungsmaterials zum Spray, das in die Mischkammer 310 eintritt, liegt normalerweise zwischen etwa 4:1 und etwa 20:1 des Volumens und kann bei zwischen etwa 5:1 und etwa 10:1 des Volumens liegen. Das erwärmte Wärmeübertragungsmaterial vermischt sich sodann mit dem Spray in der Mischkammer 110, wobei das Spray eine Temperatur von zwischen etwa 0 0C und etwa 50 0C und bevorzugt von etwa 25 0C hat. Die Ausdehnung der Spray-
/Wärmeübertragungsmaterialmischung, die durch das Erwärmen des Gasanteils im Spray durch das Wärmeübertragungsmittel und durch Verdampfen des Flüssigkeitsanteils im Spray erzeugt wird, führt dazu, dass die Mischung rasch zum Motor 115 geführt wird und dem Motor 115 Stromleistung zur Verfügung gestellt wird.
Das Verfahren umfasst zusätzlich den Rückfluss des Wärmeübertragungsmaterials, wobei das Gas und die Flüssigkeit das Rückflusssystem 450 verwenden. Eine Mischung des Wärmeübertragungsmaterials, des Gases und der verdampften Flüssigkeit tritt vom Motor 115 durch das Rohr 118 in das Rückflusssystem 450 ein und wird zu einem Abscheider 455 geführt, der das Wärmeübertragungsmaterial wenigstens teilweise vom Gas und der verdampften Flüssigkeit abscheidet. Das Gas und die verdampfte Flüssigkeit werden sodann durch das Rohr 452 zum Kondensator 460 geführt, der die verdampfte Flüssigkeit wenigstens teilweise in einen flüssigen Zustand kondensiert. Die resultierende Flüssigkeit wird dann durch das Rohr 456 zur Pumpe 465 geführt, die sie durch das Rohr 464 in den Sammelbehälter 430 pumpt. Das Gas tritt aus dem Kondensator 460 aus und wird sodann durch das Rohr 454 zum Verdichter 470 geführt, in dem es auf einen Druck von zwischen 1 und 2 Atmosphären verdichtet wird, normalerweise auf etwa 1 ,5 Atmosphären. Es wird sodann durch das Rohr 458 zum Wärmetauscher 480 geführt, in dem die durch das Verdichten erzeugte Hitze abgeführt wird. Schließlich wird das abgekühlte, verdichtete Gas durch das Rohr 462 in den Druckgasbehälter 425 geführt. Das Wärmeübertragungsmaterial, das vom Abscheider 455 abgeschieden worden ist, wird durch das Rohr 258 zur Förderschnecke 250 geführt, das es über das Rohr 122 zum Füllschacht 120 befördert. Figuren 5a bis g stellen einen zerlegten Turbinenmotor 500 zur Verwendung in einer Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung dar. In den Figuren 5a bis g umfasst der Motor 500 eine Mischkammer 510 zum Mischen des Wärmeübertragungsmaterials und eines Fluids und einen Läufer 520, der, wenn der Motor 500 zusammengebaut ist, in den Raum 549 passt. Der Raum 549 ist durch Löcher 530 mit der Mischkammer 510 verbunden. Die Mischkammer 510 ist ringförmig ausgebildet und hat eine Eintrittsöffnung 525 zur Aufnahme des Wärmeübertragungsmaterials und des Fluids. Der Läufer 520 weist radiale Laufräder 540 auf, die es dem Läufer 520 ermöglichen, sich um die Welle 545 zu drehen, der durch das Ausdehnen der Mischung in der Mischkammer 510 angetrieben wird. Die Löcher 530 sind winkelförmig angeordnet, um die sich ausdehnende Mischung zu den Flächen 547 der Laufräder 540 hin zu leiten. Die Maschine 500 weist ebenfalls eine Austrittsöffnung 550 auf, die es der Mischung ermöglicht, vom Raum 549 zu einem Abscheider (nicht dargestellt) geführt zu werden. Im Betrieb treten das Fluid bei einer Temperatur von zwischen etwa 0 und 50 0C und das Wärmeübertragungsmaterial bei einer Temperatur von etwa 350 0C durch die Eintrittsöffnung 525 in die Mischkammer 510 ein. Die resultierende Ausdehnung der Mischung treibt diese vorwärts durch die Löcher 530, sodass diese auf die Flächen 547 der Laufräder 540 einwirkt, die Teil des Läufers 520 sind. Die Eigendynamik der Mischung wird auf den Läufer 520 übertragen, wodurch dieser damit fortfährt zu rotieren. Die Mischung tritt sodann aus der Öffnung 550 aus, von der aus sie in einen Abscheider (nicht dargestellt) zur Wiederverwertung geführt wird.
Figur 5h stellt eine auseinandergezogene Ansicht der Laufräder des Turbinenmotors 500 von Fig. 5a bis 5g dar. In Figur 5h ist der Läufer 520 derart ausgelegt, um in Richtung des Pfeils 552 zu rotieren. Pfeile 555 zeigen die Flussrichtung der Mischung von der Mischkammer 510 durch die Löcher 530 zum Raum 549 an. Pfeile 560 zeigen die Flussrichtung der Mischung an, nachdem diese auf die Flächen 547 eingewirkt hat. Dadurch treten im Betrieb das Fluid bei einer Temperatur von zwischen etwa 0 und 50 0C und das Wärmeübertragungsmaterial bei einer Temperatur von etwa 350 0C in die Mischkammer 510 ein und werden durch die Löcher 530 geführt. Die Löcher 530 lenken die Mischung zu den Flächen 547 und die Eigendynamik der Mischung hat zur Folge, dass der Läufer 520 in Richtung des Pfeils 552 rotiert. Die Rotation des Läufers 520 treibt die Mischung vorwärts in Richtung der Pfeile 560, die diese in Richtung der Austrittsöffnung (nicht in Fig. 5h dargestellt) führt. Das Abkühlen der Mischung im Rückflusssystem (nicht dargestellt) hat eine nachfolgende Volumenreduktion der Mischung zur Folge, die den Fluss der Mischung vom Raum 549 zur Austrittsöffnung verbessert.
Figur 6a ist eine Diagrammdarstellung eines Teils einer Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung, die einen Speicher 600 mit Gewichten 605, die an Hebel 610 befestigt sind, um den Druck in der Kammer 615 zu regeln, und ein Zufuhrsystem 630 zum Regeln der Zufuhrrate eines Fluids und eines Wärmeübertragungsmaterials zur Kammer 615 darstellt. In Figur 6a weist der Speicher 600 einen Hebel 610 auf, der drehbar an der Welle 620 befestigt und über das Kabel 612 mit dem Gehäuse 614 verbunden ist. Der Hebel 610 ist über die Welle 620 mit dem isolierten Kolben 625 verbunden, um dessen Bewegung zu steuern. Die Kammer 615 befindet sich im Innern des unteren Abschnitts des Gehäuses 614. Die Kammer 615 weist einen bogenförmigen Bereich 612 auf, um die Zirkulation einer Mischung aus Fluid und Wärmeübertragungsmaterial zu unterstützen und das Abscheiden der Mischung zu verhindern. Das Gehäuse 614 weist eine Mischungseintrittsöffnung 616 auf, um das Fluid und das Wärmeübertragungsmaterial vom Zufuhrsystem 630 zur Kammer 615 einzulassen und hat eine Mischungsaustrittsöffnung 617, die von der Kammer 615 zu einem Motor (nicht dargestellt) führt. Das Zufuhrsystem 630 umfasst ein Graphit-Entrittsrohr 635, das mit dem Mischungsrohr 640 durch den Graphit-Drehventil 645 verbunden ist, und ein Gas-Eintrittsrohr 650, das durch einen Gas- Drehventil 655 mit dem Mischungsrohr 640 verbunden ist. Sowohl das Graphit-Ventil 645 als auch das Gasventil 655 sind an der Ventilwelle 660 angeordnet, der durch den Ventilmotor 665 angetrieben wird, sodass die Rotation der Welle 660 koordinierte Öffnungen und Schließungen der Ventile 645 und 655 zur Folge hat. Das Mischungsrohr 640 ist mit der Mischungseintrittsöffnung 616 verbunden und wird mit einem Volumenregler 670 bereitgestellt, der in der Lage ist, sich entlang der Welle 660 zu bewegen, um die Druckveränderungen im Mischungsrohr 640 aufnehmen zu können.
Im Betrieb rotiert der Ventilmotor 665 die Ventilwelle 660 und hat zur Folge, dass das Graphitventil 645 eine festgelegte Menge an heißem Graphit vom Graphit-Eintrittsrohr 635 in das Mischungsrohr 640 überträgt. Die weitere Rotation der Welle 660 hat zur Folge, dass sich das Graphitventil 645 schließt, wodurch das Graphit-Eintrittsrohr 635 gegen einen Gegendruck versiegelt und ebenfalls dazu führt, dass das Gasventil 655 ein festgelegtes Volumen an Gas in das Mischungsrohr 640 überträgt. Das Gasvolumen fegt das Graphit im Rohr 640 in die Kammer 615 durch die Eintrittsöffnung 616 hindurch, was zur Folge hat, dass sich der Kolben 625 nach oben bewegt, um einen ungefähr konstanten Druck in der Kammer 615 aufrechtzuerhalten. Falls vom Motor erforderlich, mit dem die Austrittsöffnung 617 verbunden ist, wird die Mischung aus Gas und Graphit vorwärts aus der Kammer 615 zum Motor getrieben und der Kolben 625 bewegt sich aufgrund des durch die Gewichte 605 und des Hebels 610 bereitgestellten Drucks nach unten, wodurch das Volumen der Kammer 615 reduziert und ein ungefähr konstanter Druck darin aufrechterhalten wird. Der Gasvolumenregler 670 ist in der Lage, sich entlang der Welle 660 zu bewegen, um einen ungefähr konstanten Druck in dem Mischungsrohr 640 aufrechtzuerhalten. Dadurch kann die Ausdehnung des Gases im Rohr 640 durch die Bewegung des Reglers 670 in Richtung des Motors 665 aufgenommen werden. Die Geschwindigkeit des Ventilmotors 665 regelt die Bereitstellungsrate des Gases und des Graphits zum Motor, mit welchem die Austrittsöffnung 617 verbunden ist. Figur 6b ist eine Diagrammdarstellung eines Teils einer Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung, die einen gasbetriebenen Speicher 700 und ein Zufuhrsystem 630 zum Regeln der Zufuhrrate eines Fluids und eines Wärmeübertragungsmaterials zur Kammer 615 regelt. In Figur 6b umfasst der Speicher 700 eine Druckeinstellkammer 705, eine Mischkammer 615 und einen isolierten Kolben 625 innerhalb eines Gehäuses 714. Die Kammer 615 weist einen bogenförmigen Bereich 612 auf, um die Zirkulation einer Mischung aus Fluid und Wärmeübertragungsmaterial zu unterstützen und das Abscheiden der Mischung zu verhindern. Das Gehäuse 714 weist einen Gaseinlass 710 und einen Gasauslass 715 auf, um den Einlass und Auslass des Gases zur und aus der Kammer 705 zu erlauben. Das Gas in der Kammer 705 ermöglicht die Bewegung des Kolbens 625, um den Druck in der Kammer 615 bei einem ungefähr konstanten Wert aufrechtzuerhalten. Der Gasauslass 715 ist mit dem Gaseinlassrohr 650 des Zufuhrsystems 630 verbunden. Das Gehäuse 714 weist ebenfalls eine Mischungseintrittsöffnung 616 auf, um Fluid und Wärmeübertragungsmaterial aus dem Zufuhrsystem 630 in die Kammer 615 zuzulassen, sowie eine Mischungsauslassöffnung 617, die von der Kammer 615 in einen Motor (nicht dargestellt) führt. Das Zufuhrsystem 630 umfasst ein Graphit-Eintrittsrohr 635, das mit dem Mischungsrohr 640 durch den Grapit-Drehventil 645 verbunden ist und ein Gaseintrittsrohr 650, das mit dem Mischungsrohr 640 durch den Gas-Drehventil 655 verbunden ist. Sowohl das Graphitventil 645 und das Gasventil 655 sind an der Ventilwelle 660 angeordnet, die durch den Ventilmotor 665 angetrieben wird, sodass die Rotation der Welle 660 koordinierte Öffnungen und Schließungen der Ventile 645 und 655 zur Folge hat. Ein Hochdruck-Gasrohr 750 wird bereitgestellt, um Zusatzgas zu liefern, um den erforderlichen Druck in der Kammer 615 während dem Betrieb bereitzustellen. Das Mischungsrohr 640 wird ebenfalls mit einem Volumenregler 670 bereitgestellt, der in der Lage ist, sich entlang der Welle 660 zu bewegen, um die Druckveränderungen im Mischungsrohr 640 aufnehmen zu können.
Im Betrieb rotiert der Ventilmotor 665 die Ventilwelle 660 und hat dadurch zur Folge, dass das Graphitventil 645 eine festgelegte Menge an heißem Graphit vom Graphit-Eintrittsrohr 635 in das Mischungsrohr 640 überträgt. Eine weitere Rotation der Welle 660 hat zur Folge, dass sich das Graphitventil 645 schließt, wodurch das Graphit-Eintrittsrohr 635 gegen einen Gegendruck versiegelt und ebenfalls dazu führt, dass das Gasventil 655 ein festgelegtes Volumen an Gas in das Mischungsrohr 640 überträgt. Falls nötig, wird zusätzliches Gas durch das Hochdruck- Gasrohr 750 zur Verfügung gestellt. Das Gas fegt das Graphit im Rohr 640 in die Kammer 615 des Speichers 700 durch die Eintrittsöffnung 616 hindurch, was zur Folge hat, dass sich der Kolben 625 nach oben bewegt, um einen ungefähr konstanten Druck in der Kammer 615 aufrechtzuerhalten. Falls vom Motor erforderlich, mit dem die Austrittsöffnung 617 verbunden ist, wird die Mischung aus Gas und Graphit vorwärts aus der Kammer 615 zum Motor getrieben und der Kolben 625 bewegt sich aufgrund des durch das Gas in Kammer 705 bereitgestellten Drucks nach unten, wodurch das Volumen der Kammer 615 reduziert und ein ungefähr kon- stanter Druck darin aufrechterhalten wird. Der Gasvolumenregler 670 ist in der Lage, sich entlang der Welle 660 zu bewegen, um einen ungefähr konstanten Druck im Mischungsrohr 640 aufrechtzuerhalten. Dadurch kann die Ausdehnung des Gases im Rohr 640 durch die Bewegung des Reglers 670 in Richtung des Motors 665 aufgenommen werden. Die Geschwindigkeit des Ventilmotors 665 regelt die Bereitstellungsrate des Gases und des Graphits zum Motor, mit welchem die Austrittsöffnung 617 verbunden ist.
Figur 7 stellt eine Turbine, die einer Dampfturbine ähnlich ist, dar, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist. In Figur 7 umfasst die Turbine 800 ein Gehäuse 810 mit einem Einlass 815 zur Aufnahme einer erwärmten Mischung aus Wärmeübertragungsmaterial und Gas. Die erwärmte Mischung bewegt sich durch die Turbine 800 in Richtung der Pfeile 820. Die Turbine 800 hat eine Axialwelle 825 mit beweglichen Laufrädern 830 bis 834, die daran befestigt sind. Die Laufräder 830 bis 834 sind derart geformt, dass, wenn die Mischung aus der Richtung des Einlasses 815 auf diese einwirkt, eine Kraft erzeugt wird, die dazu neigt, die Laufräder in Richtung des Pfeils 835 zu drehen. Die Form der Laufräder 830 bis 834 ist außerdem derart gestaltet, dass der Mischung ermöglicht wird, sich zur nachgeschalteten Seite des Laufrads zu bewegen, nachdem sie auf dieses eingewirkt hat. Die Laufräder 830 bis 834 können zum Beispiel propellerförmige Laufräder sein. Die Turbine 800 weist zusätzlich feststehende Laufräder 840 bis 844 auf, die Löcher (nicht dargestellt) zum Führen der Mischung auf die jeweiligen beweglichen Laufräder 830 bis 834 in rechten Winkeln haben, um die maximale Menge an Kraft an die beweglichen Laufräder 830 bis 834 übertragen zu können. Es besteht ein feststehendes Laufrad 840 bis 844, das jedem beweglichen Laufrad 830 bis 834 jeweils vorgeschaltet (das heißt auf der Einlassseite) ist. Im Betrieb werden erwärmtes Wärmeübertragungsmaterial und kühles Gas in einer Mischkammer (nicht dargestellt) gemischt und die Mischung aus Gas und Wärmeübertragungsmaterial dehnt sich durch den Einlass 815 in die Turbine 800 aus. Die Mischung wird durch Löcher in feststehenden Laufrädern 840 geführt, um auf bewegliche Laufräder 830 in rechten Winkeln einzuwirken. Nachdem sie durch die beweglichen Laufräder 830 durchgetreten ist, wird die Mischung durch Löcher in dem feststehenden Laufrad 841 geführt, um auf das bewegliche Laufrad 831 in rechten Winkeln einzuwirken. Auf ähnliche Weise tritt die Mischung aufeinander folgend durch die Laufräder 842, 832, 843, 833, 844 und 843 in Richtung der Pfeile 820 hindurch und tritt schließlich zum Abscheiden in einem Abscheider (nicht dargestellt) aus der Turbine 800 aus. Während die Mischung auf die beweglichen Laufräder 830 und 834 einwirkt, vermittelt sie diesen Laufrädern eine Eigendynamik, wodurch die Welle 835 in Richtung des Pfeils 835 gedreht wird.

Claims

Patentansprüche
1. Maschine, umfassend:
• eine Mischkammer zum Herstellen einer Mischung eines Wärmeübertragungsmaterials bei einer ersten Temperatur mit einem Fluid bei einer zweiten Temperatur, wobei die erste Temperatur höher ist, als die zweite Temperatur und einen Energieumwandler zum Umwandeln einer Ausdehnungsenergie der Mischung in der Mischkammer in nutzbare mechanische Energie.
2. Maschine nach Anspruch 1 , zusätzlich umfassend eine Heizung zum Erwärmen des Wärmeübertragungsmaterials auf wenigstens die erste Temperatur.
3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Energieumwandler einen Motor umfasst, der mit der Mischkammer verbunden ist, wobei der Motor in der Lage ist, durch die Mischung angetrieben zu werden, während sich die Mischung ausdehnt.
4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei es sich bei dem Fluid um ein nicht oxidierendes Gas handelt.
5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Temperatur bei zwischen etwa 0 0C und etwa 100 0C liegt.
6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Temperatur höher ist, als etwa 200 0C.
7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Unterschied zwischen der zweiten Temperatur und der ersten Temperatur höher als etwa 25 Grad Celsius ist.
8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Wärmeübertragungsmaterial eine Vielzahl von Feststoffpartikeln umfasst.
9. Maschine nach Anspruch 8, wobei die Partikel eine Durchschnittsgröße von weniger als etwa 10 Mikron aufweisen.
10. Maschine nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei die Partikel im Wesentlichen kugelförmig sind.
11. Maschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Partikel Kohlenstoffpartikel mit einem Prozentsatz an Kohlen von mehr als 95 Gewichts- oder Volumenprozent sind.
12. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , weiterhin umfassend ein Sammelgefäß für das Wärmeübertragungsmaterial.
13. Maschine nach Anspruch 12, wobei das Sammelgefäß eine Heizung zum Erwärmen des Wärmeübertragungsmaterials umfasst.
14. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, weiterhin umfassend ein Fluid- Sammelgefäß für das Fluid.
15. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Mischkammer einen Speicher zum Aufrechterhalten eines ungefähr konstanten Drucks beim Mischen des Fluids und des Wärmeübertragungsmaterials umfasst.
16. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bi 15, weiterhin umfassend einen Zufuhrregler zum Regeln der Zufuhrrate des Fluids und/oder des Wärmeübertragungsmaterials zur Mischkammer.
17. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 16, weiterhin umfassend einen Kühler zum Abkühlen der Mischkammer.
18. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei der Energieumwandler entweder einen Kolbenmotor oder eine Turbine oder ein bewegliches Teil entweder eines Kolbenmotors oder einer Turbine umfasst.
19. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 18, zusätzlich umfassend ein Rückflusssystem für den Rückfluss wenigstens eines des Wärmeübertragungsmaterials und des Fluids zur Wiederverwertung in der Maschine.
20. Maschine nach Anspruch 19, wobei das Rückflusssystem eines oder mehrere der nachfolgenden umfasst:
• einen Abscheider zum wenigstens teilweisen Abscheiden des Wärmeübertragungsmaterials und des Fluids;
• einen Kühler zum Abkühlen des Fluids; ein Beförderungsmittel zum Befördern des Wärmeübertragungsmaterials zu einem Sammelgefäß und
Schläuche und/oder Rohre, die die oben genannten Komponenten verbinden und das Rückflusssystem an die anderen Komponenten der Maschine verbinden.
21. Maschine nach Anspruch 19 oder Anspruch 20, wobei das Fluid ein Gas bei der zweiten Temperatur ist und das Rückflusssystem weiterhin einen Verdichter zum Verdichten des Gases umfasst, nachdem es aus dem Abscheider ausgetreten ist.
22. Verfahren zum Betrieb einer Maschine, wobei die Maschine (i) eine Mischkammer zum Herstellen einer Mischung eines Wärmeübertragungsmaterials bei einer ersten Temperatur mit einem Fluid bei einer zweiten Temperatur ist, wobei die erste Temperatur höher ist, als die zweite Temperatur und (ii) einen Energieumwandler zum Umwandeln einer Ausdehnungsenergie der Mischung in der Mischkammer zu einer nutzbaren mechanischen Energie umfasst, wobei das Verfahren folgendes umfasst: a) das Erwärmen des Wärmeübertragungsmaterials auf wenigstens die erste Temperatur; b) das Herstellen einer Mischung des Wärmeübertragungsmaterials bei der ersten Temperatur mit einem Fluid, wobei das Fluid bei einer zweiten Temperatur liegt, die geringer ist, als die erste Temperatur und c) das Umwandeln einer Ausdehnungsenergie der Mischung in der Mischkammer in eine nutzbare mechanische Energie; wobei das Fluid und das Wärmeübertragungsmaterial bei der ersten Temperatur gegenseitig nicht reagierend und bei der ersten Temperatur stabil sind.
23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei Schritt c) die Anwendung der Ausdehnung der Mischung umfasst, um einen Motor anzutreiben, wobei die Ausdehnung eine Folge von Schritt b) ist.
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, wobei die Ausdehnung der Mischung aufgrund des Erwärmens eines Gases, der Verflüchtigung einer Flüssigkeit oder sowohl dem Erwärmen eines Gases als auch der Verflüchtigung einer Flüssigkeit erfolgt.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei Schritt c) die Verwendung der Ausdehnungsenergie umfasst, um einen oder mehrere Kolben anzutreiben, die Teil eines Kolbenmotors sind, oder um eine Turbine anzutreiben.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, zusätzlich umfassend das Regeln der Eintrittsrate des Fluids und/oder des Wärmeübertragungsmaterials in die Mischkammer.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, zusätzlich umfassend den Schritt des Rückflusses wenigstens eines des Wärmeübertragungsmaterials und des Fluids zur Wiederverwertung in der Maschine.
28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei der Schritt des Rückflusses eines oder mehrere der nachfolgenden umfasst: d) das wenigstens teilweise Abscheiden des Wärmeübertragungsmaterials und des Fluids, e) das Abkühlen des Fluids und f) das Befördern des Wärmeübertragungsmaterials zu einem Sammelgefäß.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 28, wobei Schritt a) das Erwärmen des Wärmeübertragungsmaterials auf eine Temperatur von zwischen etwa 200 0C und etwa 400 0C umfasst.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 29, wobei die zweite Temperatur zwischen etwa 0 0C und etwa 100 0C liegt.
31. System, umfassend eine Maschine und einen Regler zum Regeln von wenigstens einem Betriebsparameter der Maschine, wobei die Maschine (i) eine Mischkammer zum Herstellen einer Mischung eines Wärmeübertragungsmaterials bei einer ersten Temperatur mit einem Fluid bei einer zweiten Temperatur umfasst, wobei die erste Temperatur höher ist, als die zweite Temperatur, und (ii) einen Energieumwandler zum Umwandeln einer Ausdehnungsenergie der Mischung in der Mischkammer in eine nutzbare mechanische Energie.
32. System nach Anspruch 31 , wobei wenigstens ein Betriebsparameter ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:
• der ersten Temperatur, der zweiten Temperatur,
• der Temperatur einer Heizung zum Erwärmen des Wärmeübertragungsmaterials auf die erste Temperatur,
• der Eintrittsrate des Fluids in die Mischkammer, der Eintrittsrate des Wärmeübertragungsmaterials in die Mischkammer,
• dem Druck in der Mischkammer und einer Kombination aus einem oder mehreren dieser.
33. Fahrzeug oder ein anderer Elektrogenerator, umfassend eine Maschine, wobei die Maschine (i) eine Mischkammer zum Herstellen einer Mischung des Wärmeübertragungsmaterials bei einer ersten Temperatur mit dem Fluid bei einer zweiten Temperatur umfasst, wobei die erste Temperatur höher ist, als die zweite Temperatur, und (ii) einen Energieumwandler zum Umwandeln einer Ausdehnungsenergie der Mischung in der Mischkammer in nutzbare mechanische Energie.
34. Mischung zur Verwendung in einer Maschine, wobei die Mischung folgendes umfasst:
• eine Vielzahl von Kohlenstoffpartikeln, wobei die Partikel eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger als etwa 10 Mikron aufweisen und
• ein Fluid, wobei die Kohlenstoffpartikel bei einer Temperatur von wenigstens 2000C liegen und die Art des Fluids und der Kohlenstoffpartikel derart beschaffen ist, dass sie stabil sind und bei der Temperatur der Mischung nicht miteinander reagieren.
35. Mischung nach Anspruch 34, wobei die relative Dichte der Mischung bei der Temperatur der Kohlenstoffpartikel und bei einem Druck von einer Atmosphäre höher als etwa 0,5 ist.
36. Mischung nach Anspruch 34 oder Anspruch 35, wobei der Anteil an Kohlenstoffpartikeln in der Mischung höher liegt, als etwa 30 Volumenprozent.
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