WO2021228330A1 - Wärmekraftmaschine zum umwandeln von wärmeenergie in mechanische und/oder elektrische arbeit sowie verfahren zum umwandeln von wärmeenergie in mechanische und/oder elektrische arbeit - Google Patents

Wärmekraftmaschine zum umwandeln von wärmeenergie in mechanische und/oder elektrische arbeit sowie verfahren zum umwandeln von wärmeenergie in mechanische und/oder elektrische arbeit Download PDF

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WO2021228330A1
WO2021228330A1 PCT/DE2021/200032 DE2021200032W WO2021228330A1 WO 2021228330 A1 WO2021228330 A1 WO 2021228330A1 DE 2021200032 W DE2021200032 W DE 2021200032W WO 2021228330 A1 WO2021228330 A1 WO 2021228330A1
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thermal
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Volker BLAUFUSS
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Blaufuss Volker
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Definitions

  • Heat engine for converting thermal energy into mechanical and / or electrical work and methods for converting thermal energy into mechanical and / or electrical work
  • the invention relates to a heat engine for converting thermal energy into mechanical and / or electrical work with a fluid motor, in particular a hydraulic motor, a first working space and a first working space, the first working space being mechanically connected to the first working space with a first separating element and is spatially separated from the first active space and the working space is hydraulically connected to the fluid motor, wherein a working fluid can be received in the working space and fed to the fluid motor to drive the fluid motor and a first thermal fluid can be received in the active space, so that the working fluid is transferred to the first working space by means of the first thermal fluid the first separating element can be subjected to a pressure and / or negative pressure by means of absorbing and / or releasing the thermal energy through the first thermal fluid, so that the fluid motor can be subjected to thermal expansion, thermal contraction, evaporation and / or condensation with Dr uck or negative pressure applied working fluid is drivable.
  • a fluid motor in particular a hydraulic motor, a first working space and a first working space,
  • the invention also relates to a method for converting thermal energy into mechanical and / or electrical work by means of such a heat engine.
  • Known heat engines of the type mentioned and known methods for their operation often have complex energy converters, for example turbines.
  • known heat engines and methods for their operation in particular at working temperature ranges of less than 100 ° C., often cannot be used, since their degree of efficiency is then so low that the effort is no longer in an acceptable relationship to an achievable benefit.
  • Corresponding mechanical systems can only be produced as custom-made products and cannot be manufactured with commercially available elements. For this reason, in particular, smaller machine systems with an output ⁇ 10 kW are not available.
  • the object of the invention is to improve the state of the art.
  • a heat engine for converting thermal energy into mechanical and / or electrical work with a fluid motor, in particular a hydraulic motor, a first working space and a first working space, the first working space with a first separating element being mechanically connected to the first working space is connected and spatially separated from the first active space and the The working space is hydraulically connected to the fluid motor, wherein a working fluid can be received in the working space and fed to the fluid motor to drive the fluid motor and a first thermal fluid can be received in the first active space, so that the working fluid in the first working space by means of the first thermal fluid via the first separating element by means of a receiving and / or an output of the thermal energy by the first thermal fluid can be acted upon with a pressure and / or negative pressure, so that the fluid motor can be driven by means of the working fluid acted upon by the first thermal fluid through thermal expansion, thermal contraction, evaporation and / or condensation with pressure or negative pressure, wherein the first working space is arranged along a gravitational axis above the
  • Such an arrangement of the first working space opposite the first active space ensures that the first thermal fluid located in the first active space can always run downwards along the gravitation.
  • the first thermal fluid is used by means of an evaporation and / or a condensation during the operation of a corresponding heat engine.
  • condensed and thus liquid first thermal fluid can run down and / or drip off directly along gravitation and nevertheless remains separated from the working fluid.
  • a partially liquid and partially gaseous first thermal fluid can be used to convert the thermal energy
  • Working fluid can be supplied as a liquid medium to the fluid motor.
  • the heat engine thus operates at what is known as a climate-damaging minimum level (KML).
  • KML climate-damaging minimum level
  • Thermal energy can be any form of heat and / or “cold” that can be made available for conversion into mechanical and / or electrical work when the corresponding temperature is increased or decreased.
  • Electrode work describes, for example, energy made available by means of electrical current, which is then used or can be used to perform work.
  • a "fluid motor” can be any motor that uses a pressurized fluid or a moving fluid to perform mechanical work, for example the movement or pressure of a fluid, a rotation and / or a linear movement to produce.
  • a fluid motor is a so-called hydraulic motor which performs work by means of a hydraulic fluid.
  • a "work space” can be any closed and, for example, pressure-tight space in which a medium can be accommodated, which then performs work through pressure and / or movement.
  • An "active space” can analogously be any closed and, for example, pressure-tight space in which a medium can also exert or trigger pressure or movement, with the medium, for example, also completing a phase transition Phase.
  • a "separating element” is, for example, a pressure-tight element that separates the working space and the active space from each other and thereby enables a mechanical transfer of work and / or energy between the respective space to the respective other space Fluid or medium located in the respective spaces is prevented, so the separating element, for example, spatially separates the first working space from the first active space.
  • “Hydraulically connected” describes a state in which a medium, for example a fluid or a hydraulic oil, enables energy and / or work to be transferred by means of such a hydraulic connection.
  • a "working fluid” in the present case is, for example, a hydraulic oil, an oil or another fluid that is suitable for performing work and / or transmitting power through its movement or a corresponding pressure of the fluid, in particular the working fluid.
  • a “thermal fluid” can be any fluid that is suitable for absorbing and / or releasing thermal energy and, in particular, performing a phase transition or by means of thermal expansion and / or thermal contraction work or transferring power.
  • the thermal fluid is C0 2 , which is a has an advantageous relationship between the pressure increase and the temperature difference required for this and is also environmentally friendly, but any other fluid with corresponding properties can also be used here.
  • thermal expansion as well as “thermal contraction” describes the property of a fluid or any other substance to change its volume and thus also its specific weight when adding or removing thermal energy, in particular increasing it in the case of thermal expansion and in the case of Decrease heat contraction.
  • a corresponding fluid can thereby increase its volume and / or its pressure in a defined space through thermal expansion and thus provide the potential for performing work. The same applies to heat contraction, for example when work can be carried out as a result of negative pressure and / or volume reduction.
  • Evaporation and condensation describe a phase transition of a fluid or another substance between liquid and gaseous, with evaporation describing a transition from liquid to gaseous and condensation or condensation describing a phase transition from gaseous to liquid.
  • a “gravitational axis” describes, for example, an axis which is arranged along the effect of gravitation, for example the gravitational pull
  • the mathematically exact description of the respective gravitational direction is not to be taken into account, but in particular the potential difference which results from the arrangement of the working space in relation to the active space.
  • the fluid motor is hydraulically connected to a second working space so that the working fluid can be transferred through the fluid motor into the second working space, in particular a second active space with a second thermal fluid is mechanically connected to and spatially separated from the second working space by means of a second separating element, so that when the thermal energy is absorbed or released by the second thermal fluid by means of thermal expansion, thermal contraction, evaporation and / or condensation, the working fluid between the first The working space and the second working space can be transferred so that the fluid motor is driven.
  • the second working space is arranged along the axis of gravity above the second active space.
  • the thermal fluid arranged in the second active space below the second working space can be discharged and / or collected solely by gravity during condensation or cooling, so that the advantages of the above for the first working space also for the second working space and the second working space and the first effective space described arrangement apply.
  • the first active space and / or the second active space have a respective compensation space for receiving of condensed thermal fluid and / or cooled thermal fluid, the respective compensation space being arranged in particular along the axis of gravity below the first effective space and / or the second effective space, so that condensed and / or cooled thermal fluid flows directly into the respective compensation space by means of gravity.
  • the respective thermal fluid can be used both in the respective active space itself, in the compensation space and / or in another area of the heat engine, for example a line for guiding the thermal fluid, be heated or cooled to absorb or release thermal energy.
  • condensed first thermal fluid and / or cooled first thermal fluid and / or condensed second thermal fluid and / or cooled second thermal fluid from the respective compensation space for cooling and / or condensation of the thermal fluid located in the respective effective space with the respective effective space by means of a heat transfer medium can be brought into thermal connection, in particular by means of nozzles for spraying the respective heat fluid into the respective active space and / or by means of bringing the respective heat fluid into contact with the respective active space, for example in a heat exchanger.
  • a condensation and / or cooling of the respective thermal fluid can thus be promoted and / or accelerated, so that the heat engine can be operated at a higher operating speed, a better efficiency and / or a better power output.
  • a "compensation space” can be any space or container into which or into which a corresponding thermal fluid can flow.
  • a compensation space is a tank, a receiving space or a pipe for receiving the thermal fluid.
  • a “heat transfer medium” can be any device which is suitable for supplying heat between a corresponding active space and a corresponding thermal fluid transfer.
  • a heat transfer medium can be any device which is suitable for supplying heat between a corresponding active space and a corresponding thermal fluid transfer.
  • Heat transfer means realized in that appropriately condensed, liquid thermal fluid is sprayed into the active space by means of nozzles. Furthermore, a corresponding transfer of thermal energy can also be implemented by means of a heat exchanger, which is often also called a heat exchanger.
  • a heat exchanger which is often also called a heat exchanger.
  • the active space can be surrounded by condensed thermal fluid from the respective compensation space, for example by means of a double-walled design of the active space and in particular supported by a pump which pumps the thermal fluid.
  • the respective working space and / or respective working space is or are cylindrical and / or have the same diameter and / or the same cross section.
  • the first separating element and / or the second separating element is a membrane or a piston.
  • a corresponding piston in particular in a cylindrical working space and / or active space or in a cylinder, which is separated by the separating element both the working space and the Comprising active space, a corresponding piston can be introduced, which fulfills the function of a separating element.
  • a “membrane” is, for example, a thin structure with elastic properties which, like a film, has a large areal expansion in relation to its thickness and can freely perform elastic movements, in particular in a direction normal to its areal expansion
  • a membrane is, for example, a film formed from an elastomer, which for the present invention closes at its edge at a separating plane between the working space and the working space and thus mechanically connects the respective working space and the respective active space through their elasticity, but separates them spatially tight.
  • a “piston” can be any movable component which, together with a housing surrounding this component, forms a closed cavity, the volume of which changes as a result of the movement of the piston separates the working space from the active space.
  • a piston can be made of different materials, for example a metal or a light metal.
  • a working fluid is used in a Operating temperature of the heat engine, liquid fluid, in particular hydraulic oil, is added and / or a fluid or gaseous fluid that is liquid at an operating temperature of the heat engine, in particular a fluid that is liquid before the absorption of the thermal energy and gaseous fluid after the absorption of the thermal energy, is absorbed as the active fluid.
  • the working fluid for example a hydraulic oil
  • the working fluid is liquid at an operating temperature of the heat engine or in any area at any possible operating temperature of the heat engine. This ensures trouble-free hydraulic power transmission to the fluid motor.
  • a fluid can then also serve as a lubricant for the fluid motor, for example, and thus fulfill two functions at the same time.
  • the active fluid is a fluid which performs a so-called phase transition within the operating temperature window of the heat engine, i.e. in particular liquid before absorbing the thermal energy and gaseous after absorbing the thermal energy or before absorbing the thermal energy is solid and, after absorbing the thermal energy, is liquid or gaseous.
  • the corresponding ability to absorb and / or release thermal energy is, in particular, when the phase transition is exploited, significantly higher than just through thermal expansion or thermal contraction.
  • An "operating temperature” describes any temperature that can occur during operation of the heat engine. For example, such an operating temperature is within an operating temperature window of the heat engine, which is limited by a lowest possible operating temperature and a highest possible operating temperature of the heat engine.
  • a respective working pressure can be impressed on the first thermal fluid and / or the second thermal fluid by means of a compressor, so that a condensation point or sublimation point of the respective thermal fluid can be set in such a way that a working temperature range of the heat engine can be selected.
  • a “compressor” can be any technical device that is suitable for increasing or correspondingly reducing a working pressure, i.e. a pressure of the thermal fluid during its use in the heat engine a diaphragm compressor can be used.
  • a “working pressure” is, for example, a corresponding pressure which is applied to operate the heat engine in a specific temperature range.
  • a "condensation point" of the respective thermal fluid describes a combination of one corresponding pressure and a corresponding temperature at which the respective thermal fluid condenses, i.e. changes from a gaseous to a liquid state of aggregation.
  • This condensation point is heavily dependent on a corresponding pressure, for example the working pressure, and corresponding temperatures.
  • the condensation temperature of a respective fluid is reduced by increasing a corresponding working pressure, so that the phase transition of the thermal fluid from liquid to gaseous and from gaseous to liquid is carried out at correspondingly low temperatures.
  • the working temperature range of the heat engine and a correspondingly efficient operation of the engine with high efficiency can thus be set by means of the corresponding working pressure.
  • a “sublimation point” is a combination of a corresponding pressure and a corresponding temperature at which a transition from solid to liquid or gaseous or from gaseous or liquid to solid takes place, for example also at a triple point of a fluid.
  • a “working temperature range” describes a corresponding temperature window within which the heat engine can be operated efficiently.
  • the fluid motor is a hydraulic motor, in particular a gear motor, an impeller motor, an axial piston motor such as a linear piston drive or a radial piston motor, the fluid motor in particular being an electric generator for converting the thermal energy into electrical work of the fluid motor.
  • the object is achieved by a method for converting thermal energy into mechanical and / or electrical work by means of a
  • the working fluid is transferred into the second working space, wherein in particular after this step the second active space is heated or cooled with the second thermal fluid so that the second thermal fluid by thermal expansion, thermal contraction, evaporation and / or condensation exerts a force on the second separating element and a pressure on the working fluid in the second working space and the working fluid is passed from the second working space into the fluid motor, so that the fluid motor is driven and mechanical work performed.
  • the first thermal fluid and / or the second thermal fluid is heated and / or cooled with waste heat from a process, solar energy and / or by means of an atmospheric temperature difference.
  • Further advantageous energy sources for the heat engine and for driving a corresponding method can, for example, be the waste heat from a combustion process, solar thermal energy, geothermal energy or a be another heat source. Furthermore, when a thermal contraction is used, work can also be performed from a correspondingly low ambient temperature by cooling the corresponding thermal fluid.
  • the first thermal fluid and / or the second thermal fluid is used to cool the environment.
  • the environment can also be an area that needs to be cooled accordingly.
  • Figure 1 is a schematic representation of a
  • FIG. 2 is a schematic representation of a further heat engine with two working cylinders
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a further heat engine with two working cylinders and additional control technology.
  • a heat engine 101 has a working cylinder 103.
  • the working cylinder 103 is designed as a rotationally symmetrical cylinder and contains a space 105 and a space 107, the space 105 being separated from the space 107 by a piston 109 arranged in the working cylinder 103.
  • the piston 109 is also rotationally symmetrical and rests on an inner wall of the working cylinder 103 and can be moved within the working cylinder 103.
  • the space 105 is connected to a hydraulic motor 113 by means of a hydraulic line 111.
  • a hydraulic line 115 leads from the hydraulic motor 113 into a reservoir 117.
  • the hydraulic fluid 119 is contained in the space 105, the hydraulic lines 111 and 115, the hydraulic motor 113 and the reservoir 117.
  • the hydraulic fluid 119 is freely received in the reservoir 117, so that the hydraulic fluid 119 forms a surface 120.
  • the reservoir 117 is designed like a trough.
  • the hydraulic line 115 extends into the reservoir below the surface 120, so that a corresponding outlet area of the hydraulic line 115 is in each case below the surface 120 of the hydraulic fluid 119.
  • a working medium 125 which in the present case is CO2, since CO2 has an advantageous ratio of pressure increase to temperature increase and is also environmentally friendly.
  • a line 121 hydraulically connects the space 107 with an expansion tank 123.
  • the expansion tank 123 is a tank for the working medium 125 and, with the space 107 and the line 121, forms a closed system.
  • a heat supply 155 is thermally connected to the space 107 and thus also thermally to the working medium 125.
  • a heat supply 155 in the form of a burner is shown here by way of example, but any heat supply and / or heat source is suitable in an alternative.
  • the line 121 or the expansion tank 123 can also be heated, so that the working medium 125 is heated and, for example, the expansion tank 123 serves as a heat exchanger.
  • a heat engine 201 comprises two work areas.
  • a working cylinder 203 which is designed analogously to the working cylinder 103 of the heat engine 101, comprises a space 205 and a space 207, the space 205 being separated from the space 207 by means of a membrane 209.
  • the membrane 209 is liquid-tight and gas-tight and elastic in such a way that a mechanical coupling between the space 205 and the space 207 is provided by the elastic membrane 209.
  • Diaphragm 209 made of an elastomer namely made of rubber.
  • a hydraulic line 211 hydraulically connects the space 205 to a hydraulic motor 213.
  • the space 205 is arranged above the space 207.
  • the space 207 is connected to an expansion tank 223 by means of a line 221.
  • Working medium 225 located within the space 207 can flow off through the line 221 into the equalization tank 223, in particular if the working medium 225 is liquid.
  • a heat supply 255 is used to heat the space 207 and the working medium 225 located therein.
  • the line 221 or the expansion tank 223 can also be heated, so that the working medium 225 is heated and, for example, the expansion tank 223 serves as a heat exchanger.
  • the space 205, the hydraulic line 211 and the hydraulic motor 213 are filled with hydraulic fluid 229.
  • the working cylinder 233 forms a space 235 and a space 237, which, analogously to the working cylinder 203, are separated from one another by means of a membrane 239.
  • a line 241 connects the space 237 with an expansion tank 243.
  • the space 235 like the hydraulic line 215, is filled with the hydraulic oil.
  • the space 237 contains a working medium 245.
  • One Heat supply 255 is arranged for heating the room 207, and a heat supply 256 is arranged for heating the room 237.
  • the line 241 or the expansion tank 243 can also be heated so that the working medium 245 is heated and, for example, the expansion tank 243 serves as a heat exchanger.
  • the room 205 is arranged above the room 207, the room 235 above the room 237.
  • a heat engine 301 comprises two work areas.
  • a working cylinder 303 which is designed analogously to the working cylinder 103 of the heat engine 101, comprises a space 305 and a space 307, the space 305 being separated from the space 307 by a membrane 309.
  • the membrane 309 is liquid-tight and gas-tight and elastic in such a way that a mechanical coupling between the space 305 and the space 307 is provided by the elastic membrane 309.
  • the membrane 309 is formed from an elastomer.
  • a hydraulic line 311 hydraulically connects the space 305 with a hydraulic motor 313.
  • the space 305 is arranged above the space 307.
  • the space 307 is connected to an expansion tank 323 by means of a line 321.
  • Working medium 325 located within the space 307 can flow off through the line 321 into the compensation tank 323, in particular if the working medium 325 is liquid.
  • a heat supply 355 is used to heat the space 307 and the working medium 325 located therein.
  • the line 321 or the expansion tank 323 can also be heated, so that the working medium 325 is heated and, for example, the expansion tank 323 serves as a heat exchanger.
  • the space 305, the hydraulic line 311 and the hydraulic motor 313 are filled with hydraulic fluid 329.
  • Another hydraulic line 315 which leads to a working cylinder 333, is connected to the hydraulic motor 313.
  • the working cylinder 333 forms a space 335 and a space 337, which, analogously to the working cylinder 303, are separated from one another by means of a membrane 339.
  • a line 341 connects the space 337 with an expansion tank 343.
  • the space 335 like the hydraulic line 315, is filled with the hydraulic oil.
  • the space 337 contains a working medium 345.
  • a heat supply 355 is arranged for heating the room 307, and a heat supply 356 for heating the room 337.
  • the line 341 or the expansion tank 343 can also be heated, so that the working medium 345 is heated and, for example, the expansion tank 343 serves as a heat exchanger.
  • the room 305 is arranged above the room 307, the room 335 above the room 337.
  • the working medium contained in the expansion tank 323 can be conveyed to a spray nozzle 365.
  • the spray nozzle 365 is set up to spray condensed and cooled working medium and also heated working medium into the space 307 and thus to cool or heat the working medium 325 contained in the space 307.
  • condensed working medium can be fed from the expansion tank 343 by means of a pump 371 via the line 373 to a spray nozzle 375 and sprayed into the space 337.
  • a pressure generator 351 is connected to the respective expansion tanks 323 and 343 by means of lines 353 and 355, so that the working pressure in the expansion tanks 323 and 343 and thus in space 307 and in space 337 can be adjusted.
  • the working pressure can be increased or reduced in such a way that the working medium already undergoes a phase transition at lower temperatures.
  • the working range of the heat engine 301 can thus be freely set within wide limits.
  • the working medium 125 received in the heat engine 101 in the space 107 is heated by means of the heat supply 155. This leads to a thermal expansion of the working medium 125 and thus to a Displacement of the piston 109 in the direction of the hydraulic fluid 119 and the space 105.
  • the hydraulic fluid 119 is thus pressurized and pumped through the hydraulic line 111 and through the hydraulic motor 113 into the line 115 and thus into the reservoir 117.
  • the hydraulic fluid 119 flowing in this way drives the hydraulic motor 113 and thus provides work.
  • the heat engine 201 has two working cylinders, namely the working cylinder 203 and the working cylinder 233.
  • This heat engine 201 enables alternating operation; so that the membrane 209 transfers a corresponding expansion of the working medium 225 to the hydraulic fluid 219 and presses hydraulic fluid 219 through the hydraulic line 211 and the hydraulic motor 213 and the hydraulic line 215 into the space 235 of the working cylinder 233.
  • work can be carried out by means of the hydraulic motor 213.
  • the operation of the heat engine 301 is analogous to the operation of the heat engine 201, namely by means of an alternating supply of thermal energy by means of the heat supply 255 and the heat supply 256 in the respective working medium 325 and 345.
  • a cooling and condensation of the corresponding working medium 325 with the spray nozzle 365 and a condensation of the working medium 345 by means of the spray nozzle 375 can be promoted or accelerated, namely by the respective condensed and / or cooled working medium from the respective expansion tank 323 or 343 by means of the Pump 361 or 371 is pumped in and thus sprayed.
  • the working medium can be put under pressure or negative pressure by means of the pressure generator 351, so that the working point can be set by adjusting the condensation point of the respective working fluid.
  • the heat engine 301 can thus be used reliably and efficiently at different operating points and in different heat ranges. LIST OF REFERENCE NUMERALS 101 heat engine 103 working cylinder 105 space 107 space 109 piston
  • Expansion tank 345 Working medium 351
  • Pressure generator 353 line 355 line 361 pump 363 line 365 spray nozzle

Abstract

Es wird eine Wärmekraftmaschine zum Umwandeln von Wärmeenergie in mechanische und/oder elektrische Arbeit mit einem Fluidmotor, insbesondere einem Hydraulikmotor, einem ersten Arbeitsraum und einem ersten Wirkraum vorgeschlagen, wobei der erste Arbeitsraum mit einem ersten Trennelement mechanisch mit dem ersten Wirkraum verbunden und räumlich vom ersten Wirkraum getrennt ist und der Arbeitsraum mit dem Fluidmotor hydraulisch verbunden ist, wobei im Arbeitsraum ein Arbeitsfluid aufnehmbar und dem Fluidmotor zum Antrieb des Fluidmotors zuführbar und im Wirkraum ein Wärmefluid aufnehmbar ist, sodass das Arbeitsfluid im ersten Arbeitsraum mittels des Wärmefluids über das erste Trennelement mittels einem Aufnehmen und/oder einem Abgeben der Wärmeenergie durch das Wärmefluid mit einem Druck und/oder Unterdruck beaufschlagbar ist, sodass der Fluidmotor mittels des durch das Wärmefluid durch Wärmeausdehnung, Wärmekontraktion, Verdampfen und/oder Kondensation mit Druck oder Unterdruck beaufschlagten Arbeitsfluides antreibbar ist, wobei der erste Arbeitsraum entlang einer Gravitationsachse oberhalb des erster Wirkraumes angeordnet ist.

Description

Wärmekraftmaschine zum Umwandeln von Wärmeenergie in mechanische und/oder elektrische Arbeit sowie Verfahren zum Umwandeln von Wärmeenergie in mechanische und/oder elektrische Arbeit
[01] Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftmaschine zum Umwandeln von Wärmeenergie in mechanische und/oder elektrische Arbeit mit einem Fluidmotor, insbesondere einem Hydraulikmotor, einem ersten Arbeitsraum und einem ersten Wirkraum, wobei der erste Arbeitsraum mit einem ersten Trennelement mechanisch mit dem ersten Wirkraum verbunden und räumlich vom ersten Wirkraum getrennt ist und der Arbeitsraum mit dem Fluidmotor hydraulisch verbunden ist, wobei im Arbeitsraum ein Arbeitsfluid aufnehmbar und dem Fluidmotor zum Antrieb des Fluidmotors zuführbar und im Wirkraum ein erstes Wärmefluid aufnehmbar ist, sodass das Arbeitsfluid im ersten Arbeitsraum mittels des ersten Wärmefluides über das erste Trennelement mittels einem Aufnehmen und/oder einem Abgeben der Wärmeenergie durch das erste Wärmefluid mit einem Druck und/oder Unterdrück beaufschlagbar ist, sodass der Fluidmotor mittels durch das erste Wärmefluid durch Wärmeausdehnung, Wärmekontraktion, Verdampfen und/oder Kondensation mit Druck oder Unterdrück beaufschlagten Arbeitsfluides antreibbar ist.
[02] Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Umwandeln von Wärmeenergie in mechanische und/oder elektrische Arbeit mittels einer solchen Wärmekraftmaschine . [03] Bekannte Wärmekraftmaschinen der genannten Art sowie bekannte Verfahren zu deren Betrieb weisen häufig aufwändige Energiewandler, beispielsweise Turbinen, auf. Zudem sind bekannte Wärmekraftmaschinen und Verfahren zu deren Betrieb, insbesondere bei Arbeitstemperaturbereichen von weniger als 100 °C häufig nicht einsetzbar, da deren Wirkungsgrad dann so niedrig ist, dass der Aufwand nicht mehr in einem vertretbaren Verhältnis zu einem erzielbaren Nutzen steht.
[04] Entsprechende mechanische Anlagen sind nur als Sonderanfertigung realisierbar und können nicht mit handelsüblichen Elementen hergestellt werden. Aus diesem Grund sind insbesondere kleinere Maschinensysteme mit einer Leistung <10 kW nicht verfügbar.
[05] Weiterhin benötigen bekannte Systeme häufig eine aufwändige Schmierung und entsprechende Mittel zum Abscheiden eines Schmiermittels im Arbeitsfluidkreislauf, um den eigentlichen Wärmeprozess frei von Schmiermittel zu halten.
[06] Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
[07] Die Aufgabe wird gelöst durch eine Wärmekraftmaschine zum Umwandeln von Wärmeenergie in mechanische und/oder elektrische Arbeit mit einem Fluidmotor, insbesondere einem Hydraulikmotor, einem ersten Arbeitsraum und einem ersten Wirkraum, wobei der erste Arbeitsraum mit einem ersten Trennelement mechanisch mit dem ersten Wirkraum verbunden und räumlich vom ersten Wirkraum getrennt ist und der Arbeitsraum mit dem Fluidmotor hydraulisch verbunden ist, wobei im Arbeitsraum ein Arbeitsfluid aufnehmbar und dem Fluidmotor zum Antrieb des Fluidmotors zuführbar und im ersten Wirkraum ein erstes Wärmefluid aufnehmbar ist, sodass das Arbeitsfluid im ersten Arbeitsraum mittels des ersten Wärmefluides über das erste Trennelement mittels einem Aufnehmen und/oder einem Abgeben der Wärmeenergie durch das erste Wärmefluid mit einem Druck und/oder Unterdrück beaufschlagbar ist, sodass der Fluidmotor mittels des durch das erste Wärmefluid durch Wärmeausdehnung, Wärmekontraktion, Verdampfen und/oder Kondensation mit Druck oder Unterdrück beaufschlagten Arbeitsfluides antreibbar ist, wobei der erste Arbeitsraum entlang einer Gravitationsachse oberhalb des ersten Wirkraumes angeordnet ist.
[08] Eine derartige Anordnung des ersten Arbeitsraumes gegenüber dem ersten Wirkraum stellt sicher, dass das im ersten Wirkraum befindliche erste Wärmefluid stets entlang der Gravitation nach unten ablaufen kann. Dies ist insbesondere ein Vorteil, wenn während des Betriebs einer entsprechenden Wärmekraftmaschine das erste Wärmefluid mittels einem Verdampfen und/oder einer Kondensation genutzt wird. In diesem Fall kann kondensiertes und damit flüssiges erstes Wärmefluid direkt entlang der Gravitation nach unten ablaufen und/oder abtropfen und bleibt dennoch vom Arbeitsfluid getrennt. Somit kann ein beispielsweise im Arbeitstemperaturbereich der Wärmekraftmaschine teilweise flüssiges und teilweise gasförmiges erstes Wärmefluid zum Umwandeln der Wärmeenergie genutzt werden, wobei das Arbeitsfluid als flüssiges Medium dem Fluidmotor zugeführt werden kann. Damit sind Wärmeübergang sowie Umwandlung von Wärmeenergie und das Umwandeln der entsprechenden Energiemengen in mechanische und/oder elektrische Arbeit auch entsprechend der Betriebsmedien klar voneinander getrennt. Damit arbeitet die Wärmekraftmaschine in dieser und den weiteren beschriebenen Ausführungsformen auf einem sogenannten klimaschädlichen Minimal-Level (KML).
[09] Folgende Begriffe seien an dieser Stelle erläutert:
[10] „Wärmeenergie" kann jede Form von Wärme und/oder „Kälte" sein, welche bei einem Erhöhen oder bei einem Absenken der entsprechenden Temperatur zum Umwandeln in mechanische und/oder elektrische Arbeit zur Verfügung gestellt werden kann.
[11] „Mechanische Arbeit" beschreibt solche Arbeit, welche mittels einer Einwirkung einer Kraft auf einen Körper eine Verformung, eine Beschleunigung oder ein Anheben des Körpers bewirkt.
[12] „Elektrische Arbeit" beschreibt beispielsweise eine mittels elektrischen Stroms zur Verfügung gestellte Energie, welche dann zum Verrichten von Arbeit genutzt wird oder genutzt werden kann.
[13] Ein „Fluidmotor" kann jeder Motor sein, welcher ein unter Druck stehendes Fluid oder ein bewegtes Fluid dazu nutzt, entsprechend mechanische Arbeit zu verrichten, also beispielsweise die Bewegung oder den Druck eines Fluides dazu nutzt, eine Rotation und/oder eine Linearbewegung zu erzeugen. Insbesondere handelt es sich bei einem solchen Fluidmotor um einen sogenannten Hydraulikmotor, welcher Arbeit mittels eines Hydraulikfluides verrichtet.
[14] Ein „Arbeitsraum" kann jeder abgeschlossene und beispielsweise druckdichte Raum sein, in welchem ein Medium aufgenommen sein kann, welches dann Arbeit durch Druck und/oder Bewegung verrichtet.
[15] Ein „Wirkraum" kann analog dazu jeder abgeschlossene und beispielsweise druckdichte Raum sein, in welchem ein Medium ebenfalls Druck oder Bewegung ausüben oder auslösen kann, wobei das Medium beispielsweise auch einen Phasenübergang vollzieht. Dieser Phasenübergang kann dabei beispielsweise zwischen flüssiger Phase und gasförmiger Phase erfolgen.
[16] Ein „Trennelement" ist beispielsweise ein druckdichtes Element, welches den Arbeitsraum und den Wirkraum voneinander trennt und dabei ein mechanisches Übertragen von Arbeit und/oder Energie zwischen dem jeweiligen Raum zum jeweiligen anderen Raum ermöglicht, wobei jedoch insbesondere ein Übergang von in den jeweiligen Räumen befindlichen Fluides oder Mediums verhindert ist, also das Trennelement beispielsweise den ersten Arbeitsraum vom ersten Wirkraum räumlich trennt.
[17] „Hydraulisch verbunden" beschreibt einen Zustand, in welchem mittels eines Mediums, beispielsweise eines Fluides oder eines Hydrauliköls ein Übertragen von Energie und/oder Arbeit mittels einer solchen hydraulischen Verbindung ermöglicht ist. [18] Ein „Arbeitsfluid" ist beispielsweise im vorliegenden Fall ein Hydrauliköl, ein Öl oder ein anderes Fluid, welches dazu geeignet ist durch seine Bewegung oder einen entsprechenden Druck des Fluides, insbesondere des Arbeitsfluides, Arbeit zu verrichten und/oder Leistung zu übertragen.
[19] Ein „Wärmefluid" kann jedes Fluid sein, welches geeignet ist, Wärmeenergie aufzunehmen und/oder abzugeben und insbesondere eines Phasenübergangs oder mittels Wärmeausdehnung und/oder Wärmekontraktion Arbeit zu verrichten oder Leistung zu übertragen. Beispielsweise ist das Wärmefluid C02, welches ein vorteilhaftes Verhältnis zwischen Druckanstieg und dazu erforderlicher Temperaturdifferenz aufweist und zudem umweltverträglich ist. Hier kann jedoch auch jedes andere Fluid mit entsprechenden Eigenschaften eingesetzt werden.
[20] „Wärmeausdehnung" sowie „Wärmekontraktion" beschreibt die Eigenschaft eines Fluides oder jedes anderen Stoffes, sein Volumen und damit auch sein spezifisches Gewicht bei einem Hinzuführen oder einem Abführen von Wärmeenergie zu verändern, insbesondere im Falle der Wärmeausdehnung zu vergrößern und im Falle der Wärmekontraktion zu verkleinern. Ein entsprechendes Fluid kann dabei durch Wärmeausdehnung sein Volumen und/oder seinen Druck in einem definierten Raum erhöhen und damit Potenzial zum Verrichten von Arbeit bereitstellen. Gleiches gilt bei Wärmekontraktion, wenn beispielsweise durch einen entstehenden Unterdrück und/oder eine Volumenreduktion Arbeit verrichtet werden kann. [21] „Verdampfen" sowie „Kondensation" beschreibt einen Phasenübergang eines Fluides oder eines anderen Stoffes zwischen flüssig und gasförmig, wobei das Verdampfen einen Übergang von flüssig zu gasförmig beschreibt und Kondensation oder auch ein Kondensieren einen Phasenübergang von gasförmig zu flüssig beschreibt.
[22] Eine „Gravitationsachse" beschreibt im vorliegenden Fall beispielsweise eine Achse, welche entlang der Wirkung einer Gravitation, beispielsweise der Erdanziehung, angeordnet ist. Für die vorliegende Erfindung resultiert daraus, dass der erste Arbeitsraum oder ein Arbeitsraum jeweils in einem Bereich höheren Schwerepotenzials gegenüber einem jeweiligen Wirkraum angeordnet ist. Dabei ist insbesondere nicht die mathematisch exakte Beschreibung der jeweiligen Gravitationsrichtung zu beachten, sondern insbesondere der Potenzialunterschied, welcher sich aus der Anordnung des Arbeitsraums gegenüber dem Wirkraum ergibt.
[23] Um die Wärmekraftmaschine in einem intermittierenden Betrieb zuverlässig und wirksam betreiben zu können, ist der Fluidmotor hydraulisch mit einem zweiten Arbeitsraum verbunden, sodass das Arbeitsfluid durch den Fluidmotor hindurch in den zweiten Arbeitsraum überführbar ist, wobei insbesondere ein zweiter Wirkraum mit einem zweiten Wärmefluid mittels eines zweiten Trennelementes mechanisch mit dem zweiten Arbeitsraum verbunden und räumlich von diesem getrennt ist, sodass bei einem Aufnehmen oder Abgeben der Wärmeenergie durch das zweite Wärmefluid mittels Wärmeausdehnung, Wärmekontraktion, Verdampfen und/oder Kondensieren das Arbeitsfluid zwischen dem ersten Arbeitsraum und dem zweiten Arbeitsraum überführbar ist sodass der Fluidmotor angetrieben ist.
[24] In einer Ausführungsform ist dabei der zweite Arbeitsraum entlang der Gravitationsachse oberhalb des zweiten Wirkraums angeordnet.
[25] Somit kann auch das im zweiten Wirkraum angeordnete Wärmefluid unterhalb des zweiten Arbeitsraumes bei einem Kondensieren oder einem Abkühlen allein durch Gravitation abgeführt und/oder gesammelt werden, sodass auch für den zweiten Arbeitsraum und den zweiten Wirkraum die Vorteile der obig für den ersten Arbeitsraum und den ersten Wirkraum beschriebenen Anordnung gelten.
[26] Um entsprechend kondensiertes oder abgekühlte Wärmefluid aus dem Wirkraum aufnehmen und bevorraten zu können und damit insbesondere den Wirkraum frei von einer zu großen Menge von Wärmefluid zu halten, ist oder sind dem ersten Wirkraum und/oder dem zweiten Wirkraum ein jeweiliger Ausgleichsraum zum Aufnehmen von kondensiertem Wärmefluid und/abgekühlten Wärmefluid zugeordnet, wobei der jeweilige Ausgleichsraum insbesondere entlang der Gravitationsachse unterhalb des ersten Wirkraums und/oder des zweiten Wirkraums angeordnet ist, sodass kondensiertes und/oder abgekühltes Wärmefluid mittels Gravitation direkt in den jeweiligen Ausgleichsraum einfließt.
[27] Hierbei kann das jeweilige Wärmefluid sowohl im jeweiligen Wirkraum selbst, im Ausgleichsraum und/oder auch in einem anderen Bereich der Wärmekraftmaschine, beispielsweise einer Leitung zum Führen des Wärmefluids, erwärmt oder abgekühlt werden, um Wärmeenergie aufzunehmen oder abzugeben.
[28] In einer weiteren Ausführungsform ist kondensiertes erstes Wärmefluid und/oder abgekühltes erstes Wärmefluid und/oder kondensiertes zweites Wärmefluid und/oder abgekühltes zweites Wärmefluid aus dem jeweiligen Ausgleichsraum zum Abkühlen und/oder Kondensieren des im jeweiligen Wirkraum befindlichen Wärmefluides mit dem jeweiligen Wirkraum mittels eines Wärmeübertragungsmittels thermisch in Verbindung bringbar, insbesondere mittels Düsen zum Einsprühen des jeweiligen Wärmefluides in den jeweiligen Wirkraum und/oder mittels in Kontakt bringen des jeweiligen Wärmefluides mit dem jeweiligen Wirkraum, beispielsweise in einem Wärmeübertrager.
[29] Somit kann ein Kondensieren und/oder Abkühlen des jeweiligen Wärmefluides begünstigt und/oder beschleunigt werden, sodass die Wärmekraftmaschine mit einer höheren Betriebsgeschwindigkeit, einem besseren Wirkungsgrad und/oder einer besseren Leistungsausbeute betrieben werden kann.
[30] Ein „Ausgleichsraum" kann dabei jeder Raum oder jedes Behältnis sein, in welchen oder in welches entsprechendes Wärmefluid einfließen kann. Beispielsweise ist ein solcher Ausgleichsraum ein Tank, ein Aufnahmeraum oder auch ein Rohr zum Aufnehmen des Wärmefluides.
[31] Ein „Wärmeübertragungsmittel" kann dabei jede Einrichtung sein, welche geeignet ist Wärme zwischen einem entsprechenden Wirkraum und entsprechendem Wärmefluid zu übertragen. Beispielsweise ist ein solches
Wärmeübertragungsmittel dadurch realisiert, dass mittels Düsen entsprechend kondensiertes, flüssiges Wärmefluid in den Wirkraum eingesprüht wird. Weiterhin kann ein entsprechendes Übertragen von Wärmeenergie auch mittels eines Wärmeübertragers, welcher häufig auch Wärmetauscher genannt wird, realisiert sein. In diesem Fall kann beispielsweise eine Behälterwand oder eine Wand des Wirkraums in Form eines Wärmeübertragers oder
Wärmetauschers ausgeführt sein. Insbesondere kann dabei der Wirkraum von kondensiertem Wärmefluid aus dem jeweiligen Ausgleichsraum umspült sein, beispielsweise mittels einer doppelwandigen Ausführung des Wirkraumes und insbesondere unterstützt von einer Pumpe, welche das Wärmefluid pumpt.
[32] Um die Wärmekraftmaschine und einen entsprechenden Arbeitsraum und/oder entsprechenden Wirkraum günstig und vorteilhaft hersteilen zu können, ist oder sind der jeweilige Arbeitsraum und/oder jeweilige Wirkraum zylinderförmig und/oder weisen einen gleichen Durchmesser und/oder einen gleichen Querschnitt auf.
[33] Somit kann ein entsprechendes Trennelement vorteilhaft eingebracht oder auch bewegt werden.
[34] In einer Ausführungsform ist dabei das erste Trennelement und/oder das zweite Trennelement eine Membran oder ein Kolben.
[35] Insbesondere in einem zylinderförmigen Arbeitsraum und/oder Wirkraum oder in einem Zylinder, welcher getrennt durch das Trennelement sowohl den Arbeitsraum als auch den Wirkraum umfasst, kann ein entsprechender Kolben eingebracht sein, welcher die Funktion eines Trennelementes erfüllt.
[36] Eine „Membran" ist dabei beispielsweise eine dünne Struktur mit elastischen Eigenschaften, die beispielsweise wie eine Folie im Verhältnis zu ihrer Dicke eine große flächige Ausdehnung hat und dabei elastisch Bewegungen, insbesondere in einer Normalenrichtung zu Ihrer Flächenausdehung, frei durchführen kann. Eine solche Membran ist beispielsweise eine aus einem Elastomer gebildete Folie, welche an ihrem Rand für die vorliegende Erfindung an einer Trennebene zwischen Arbeitsraum und Wirkraum abschließt und somit den jeweiligen Arbeitsraum und den jeweiligen Wirkraum durch ihre Elastizität mechanisch miteinander verbindet, jedoch räumlich voneinander dicht trennt.
[37] Ein „Kolben" kann jedes bewegliche Bauteil sein, welches zusammen mit einem dieses Bauteil umgebenden Gehäuses einen abgeschlossenen Hohlraum bildet, dessen Volumen sich durch Bewegung des Kolbens verändert. Beispielsweise ist ein solcher Kolben ein innerhalb des zylinderförmig ausgebildeten Gehäuses beweglicher Metallzylinder, welcher den Arbeitsraum vom Wirkraum abtrennt. Ein solcher Kolben kann dabei aus unterschiedlichen Materialien, beispielsweise einem Metall oder einem Leichtmetall, hergestellt sein.
[38] Um die Wärmekraftmaschine besonders effizient betreiben zu können, ist als Arbeitsfluid ein bei einer Betriebstemperatur der Wärmekraftmaschine flüssiges Fluid, insbesondere ein Hydrauliköl aufgenommen und/oder ist als Wirkfluid ein bei einer Betriebstemperatur der Wärmekraftmaschine flüssiges Fluid oder gasförmiges Fluid, insbesondere ein vor dem Aufnehmen der Wärmeenergie flüssiges Fluid und nach dem Aufnehmen der Wärmeenergie gasförmiges Fluid, aufgenommen.
[39] Es hat sich dabei als Vorteil herausgestellt, dass das Arbeitsfluid, beispielsweise ein Hydrauliköl, bei einer Betriebstemperatur der Wärmekraftmaschine oder in jedem Bereich in jeder möglichen Betriebstemperatur der Wärmekraftmaschine flüssig ist. Damit ist eine störungsfreie, hydraulische Kraftübertragung zum Fluidmotor sichergestellt. Weiterhin kann ein solches Fluid dann auch entsprechend als Schmierstoff für beispielsweise den Fluidmotor dienen und damit zwei Funktionen gleichzeitig erfüllen.
[40] Dazu hat es sich als Vorteil erwiesen, dass das Wirkfluid ein Fluid ist, welches einen sogenannten Phasenübergang innerhalb des Betriebstemperaturfensters der Wärmekraftmaschine vollführt, also insbesondere vor dem Aufnehmen der Wärmeenergie flüssig und nach dem Aufnehmen der Wärmeenergie gasförmig oder vor dem Aufnehmen der Wärmeenergie fest und nach dem Aufnehmen der Wärmeenergie flüssig oder gasförmig ist. Die entsprechende Fähigkeit, Wärmeenergie aufzunehmen und/abzugeben ist insbesondere bei einem Ausnutzen des Phasenübergangs deutlich höher, als nur durch Wärmeausdehnung oder Wärmekontraktion. [41] Eine „Betriebstemperatur" beschreibt dabei jede Temperatur, welche bei einem Betrieb der Wärmekraftmaschine auftreten kann. Beispielsweise liegt eine solche Betriebstemperatur innerhalb eines Betriebstemperatur fensters der Wärmekraftmaschine, welches von einer niedrigstmöglichen Betriebstemperatur und einer höchstmöglichen Betriebstemperatur der Wärmekraftmaschine begrenzt ist.
[42] In einer weiteren Ausführungsform ist dem ersten Wärmefluid und/oder dem zweiten Wärmefluid mittels eines Kompressors ein jeweiliger Arbeitsdruck aufprägbar, sodass ein Kondensationspunkt oder Sublimationspunkt des jeweiligen Wärmefluides derart einstellbar ist, dass ein Arbeitstemperaturbereich der Wärmekraftmaschine wählbar ist.
[43] Ein „Kompressor" kann dabei jede technische Einrichtung sein, welche geeignet ist, einen Arbeitsdruck, also einen Druck des Wärmefluides während dessen Verwendung in der Wärmekraftmaschine, zu erhöhen oder auch entsprechend zu verringern. Insbesondere kann dazu ein Kolbenkompressor, ein Radialkompressor oder ein Membrankompressor eingesetzt werden.
[44] Ein „Arbeitsdruck" ist dabei beispielsweise ein entsprechender Druck, welcher zum Betrieb der Wärmekraftmaschine in einem bestimmten Temperaturbereich aufgeprägt wird.
[45] Ein „Kondensationspunkt" des jeweiligen Wärmefluides beschreibt dabei eine Zusammenstellung aus einem entsprechenden Druck und einer entsprechenden Temperatur, bei welchem das jeweilige Wärmefluid kondensiert, also von einem gasförmigen in einen flüssigen Aggregatszustand übergeht. Dieser Kondensationspunkt ist stark abhängig von einem entsprechenden Druck, beispielsweise dem Arbeitsdruck, sowie entsprechenden Temperaturen. Grundsätzlich wird dabei die Kondensationstemperatur eines jeweiligen Fluides durch das Erhöhen eines entsprechenden Arbeitsdrucks herabgesetzt, sodass der Phasenübergang des Wärmefluides von flüssig zu gasförmig und von gasförmig zu flüssig bei entsprechend niedrigen Temperaturen vollzogen wird. Damit ist der Arbeitstemperaturbereich der Wärmekraftmaschine und ein entsprechend effizienter Betrieb der Kraftmaschine mit hohem Wirkungsgrad durch den entsprechenden Arbeitsdruck einstellbar. Ein „Sublimationspunkt" ist dabei eine Zusammenstellung eines entsprechenden Druckes und einer entsprechenden Temperatur, bei welcher ein Übergang von fest zu flüssig oder gasförmig oder von gasförmig oder flüssig zu fest erfolgt, beispielsweise auch an einem Tripelpunkt eines Fluides.
[46] Ein „Arbeitstemperaturbereich" beschreibt dabei ein entsprechendes Temperaturfenster, innerhalb welchem die Wärmekraftmaschine effizient betrieben werden kann.
[47] Um die Wärmekraftmaschine effizient und mit günstigen, insbesondere normierten, Baugruppen aufbauen zu können, ist der Fluidmotor ein Hydraulikmotor, insbesondere ein Zahnradmotor, ein Flügelradmotor, ein Axialkolbenmotor wie ein linearer Kolbentrieb oder ein Radialkolbenmotor, wobei der Fluidmotor insbesondere einen elektrischen Generator zum Umwandeln der Wärmeenergie in elektrische Arbeit des Fluidmotors aufweist.
[48] Solche entsprechenden Fluidmotoren sind am Markt günstig und als Normkomponente zu beschaffen. Weiterhin eröffnet insbesondere die Zuordnung eines elektrischen Generators zum Fluidmotor und dessen Antrieb durch den Fluidmotor die Möglichkeit, die durch die
Wärmekraftmaschine bereitgestellte Arbeit elektrisch weiterzuleiten, zu speichern und gegebenenfalls zu nutzen.
[49] In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Umwandeln von Wärmeenergie in mechanische und/oder elektrische Arbeit mittels einer
Wärmekraftmaschine gemäß einer der vorig beschriebenen Ausführungsform oder mehrerer der vorig beschriebenen Ausführungsformen mit den Schritten:
- Aufbringen einer Temperaturdifferenz zwischen einer Umgebung und dem ersten Wärmefluid im ersten Wirkraum, sodass das Wärmefluid erwärmt, abgekühlt, verdampft und/oder kondensiert wird und eine Kraft auf das Trennelement und ein Druck auf das Arbeitsfluid im ersten Arbeitsraum ausübt,
- Überleiten des unter Druck stehenden Arbeitsfluides aus dem ersten Arbeitsraum in den Fluidmotor, sodass der Fluidmotor angetrieben wird und mechanische Arbeit verrichtet, sodass die Wärmeenergie in mechanische Arbeit umgewandelt wird. [50] Ein solches Verfahren ermöglicht das Umwandeln von Wärmeenergie insbesondere aus Wärmequellen geringer Wärmedifferenz oder in einem geringen Arbeitstemperaturfenster in mechanische und/oder elektrische Arbeit. Weiterhin werden die Vorteile der entsprechenden Wärmekraftmaschine vorteilhaft ausgenutzt.
[51] Um auch an einem Pendelbetrieb oder alternierenden Betrieb entsprechend mechanische Arbeit und/oder elektrische Arbeit bereitstellen zu können, wird das Arbeitsfluid in den zweiten Arbeitsraum übergeleitet, wobei insbesondere nach diesem Schritt der zweite Wirkraum mit dem zweiten Wärmefluid erwärmt oder abgekühlt wird, sodass das zweite Wärmefluid durch Wärmeausdehnung, Wärmekontraktion, Verdampfen und/oder Kondensieren eine Kraft auf das zweite Trennelement und einen Druck auf das Arbeitsfluid im zweiten Arbeitsraum ausübt und das Arbeitsfluid aus dem zweiten Arbeitsraum in den Fluidmotor geleitet wird, sodass der Fluidmotor angetrieben wird und mechanische Arbeit verrichtet.
[52] In einer Ausführungsform wird dabei das erste Wärmefluid und/oder das zweite Wärmefluid mit Abwärme eines Prozesses, Sonnenenergie und/oder mittels einer atmosphärischen Temperaturdifferenz erwärmt und/oder abgekühlt.
[53] Weitere vorteilhafte Energiequellen für die Wärmekraftmaschine und zum Antreiben eines entsprechenden Verfahrens können dabei beispielsweise die Abwärme aus einem Verbrennungsprozess, Solarthermie, Erdwärme oder eine andere Wärmequelle sein. Weiterhin kann bei Ausnutzung einer Wärmekontraktion durch ein Abkühlen des entsprechenden Wärmefluides auch aus entsprechend niedriger Umgebungstemperatur Arbeit verrichtet werden.
[54] Um dabei beispielsweise auch mittels der Wärmekraftmaschine Prozesskälte oder anderweitige Kälte bereitstellen zu können, wird das erste Wärmefluid und/oder das zweite Wärmefluid zum Abkühlen der Umgebung eingesetzt.
[55] Insbesondere ist dies möglich, wenn das Verdampfen des Wärmefluides ausgenutzt wird, beispielsweise ein entsprechender Wirkraum, in welchem das Wärmefluid verdampft wird, zum Abkühlen thermisch mit der Umgebung verbunden ist.
[56] Die Umgebung kann auch ein entsprechend zu kühlender Bereich sein. Analog gilt gleiches für das Ausnutzen von Wärme aus der Wärmekraftmaschine, welche beispielsweise abgeleitet werden kann.
[57] Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung einer
Wärmekraftmaschine mit einem
Arbeitszylinder,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Wärmekraftmaschine mit zwei Arbeitszylindern, sowie Figur 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Wärmekraftmaschine mit zwei Arbeitszylindern und zusätzlicher Steuerungstechnik.
[58] Eine Wärmekraftmaschine 101 weist einen Arbeitszylinder 103 auf. Der Arbeitszylinder 103 ist als rotationssymmetrischer Zylinder ausgebildet und enthält einen Raum 105 und einen Raum 107, wobei der Raum 105 vom Raum 107 durch einen im Arbeitszylinder 103 angeordneten Kolben 109 getrennt ist. Der Kolben 109 ist dabei ebenfalls rotationssymmetrisch und liegt an einer Innenwand des Arbeitszylinders 103 an und kann innerhalb des Arbeitszylinders 103 bewegt werden.
[59] Der Raum 105 ist mittels einer Hydraulikleitung 111 mit einem Hydraulikmotor 113 verbunden. Eine Hydraulikleitung 115 führt vom Hydraulikmotor 113 in ein Reservoir 117. Die Hydraulikflüssigkeit 119 ist im Raum 105, den Hydraulikleitungen 111 sowie 115, dem Hydraulikmotor 113 und dem Reservoir 117 enthalten.
[60] Im Reservoir 117 ist die Hydraulikflüssigkeit 119 dabei frei aufgenommen, sodass die Hydraulikflüssigkeit 119 eine Oberfläche 120 bildet. Das Reservoir 117 ist dabei wie eine Wanne ausgebildet. Die Hydraulikleitung 115 reicht unterhalb der Oberfläche 120 in das Reservoir herein, sodass ein entsprechender Auslassbereich der Hydraulikleitung 115 jeweils unterhalb der Oberfläche 120 der Hydraulikflüssigkeit 119 liegt. [61] Im Raum 107 unterhalb des Raumes 105 und durch den Kolben 109 vom Raum 105 getrennt, ist ein Arbeitsmedium 125 befindlich, welches im vorliegenden Fall CO2 ist, da CO2 ein vorteilhaftes Verhältnis aus Druckanstieg zu Temperaturerhöhung aufweist und zudem umweltverträglich ist.
[62] Eine Leitung 121 verbindet den Raum 107 hydraulisch mit einem Ausgleichsbehälter 123. Der Ausgleichsbehälter 123 ist ein Tank für das Arbeitsmedium 125 und bildet mit dem Raum 107 und der Leitung 121 ein geschlossenes System.
[63] Eine Wärmezuführung 155 ist thermisch mit dem Raum 107 und damit auch thermisch mit dem Arbeitsmedium 125 verbunden. Beispielhaft ist hier eine Wärmezuführung 155 in Form eines Brenners gezeigt, es eignet sich jedoch in einer Alternativen jede Wärmezuführung und/oder Wärmequelle. In einer Alternativen kann dabei auch die Leitung 121 oder der Ausgleichsbehälter 123 erwärmt werden, so dass das Arbeitsmedium 125 erwärmt wird und beispielsweise der Ausgleichsbehälter 123 als Wärmeübertrager dient.
[64] Eine Wärmekraftmaschine 201 umfasst zwei Arbeitsbereiche. Ein Arbeitszylinder 203, welcher analog zum Arbeitszylinder 103 der Wärmekraftmaschine 101 ausgebildet ist, umfasst einen Raum 205 sowie einen Raum 207, wobei der Raum 205 mittels einer Membran 209 vom Raum 207 abgetrennt ist. Die Membran 209 ist dabei flüssigkeits- und gasdicht und derart elastisch, dass eine mechanische Kopplung zwischen dem Raum 205 und dem Raum 207 durch die elastische Membran 209 gegeben ist. Vorliegend ist die Membran 209 aus einem Elastomer nämlich aus Gummi gebildet.
[65] Eine Hydraulikleitung 211 verbindet den Raum 205 hydraulisch mit einem Hydraulikmotor 213. Der Raum 205 ist oberhalb des Raumes 207 angeordnet. Der Raum 207 ist mittels einer Leitung 221 mit einem Ausgleichsbehälter 223 verbunden. Innerhalb des Raumes 207 befindliches Arbeitsmedium 225 kann dabei durch die Leitung 221 in den Ausgleichsbehälter 223 abfließen, insbesondere wenn das Arbeitsmedium 225 flüssig ist.
[66] Eine Wärmezuführung 255 dient dazu, den Raum 207 und das darin befindliche Arbeitsmedium 225 zu erwärmen. In einer Alternativen kann dabei auch die Leitung 221 oder der Ausgleichsbehälter 223 erwärmt werden, so dass das Arbeitsmedium 225 erwärmt wird und beispielsweise der Ausgleichsbehälter 223 als Wärmeübertrager dient.
[67] Der Raum 205, die Hydraulikleitung 211 sowie der Hydraulikmotor 213 sind mit Hydraulikflüssigkeit 229 gefüllt.
[68] Am Hydraulikmotor 213 ist eine weitere Hydraulikleitung 215 angeschlossen, welche zu einem Arbeitszylinder 233 führt. Der Arbeitszylinder 233 bildet dabei einen Raum 235 sowie einen Raum 237, welcher analog zum Arbeitszylinder 203 mittels einer Membran 239 voneinander getrennt sind. Eine Leitung 241 verbindet dabei den Raum 237 mit einem Ausgleichsbehälter 243. Der Raum 235 ist ebenso wie die Hydraulikleitung 215 mit dem Hydrauliköl gefüllt. Der Raum 237 enthält ein Arbeitsmedium 245. Eine Wärmezuführung 255 ist dabei zum Erwärmen des Raumes 207, eine Wärmezuführung 256 zum Erwärmen des Raumes 237 angeordnet. In einer Alternativen kann dabei auch die Leitung 241 oder der Ausgleichsbehälter 243 erwärmt werden, so dass das Arbeitsmedium 245 erwärmt wird und beispielsweise der Ausgleichsbehälter 243 als Wärmeübertrager dient.
[69] Der Raum 205 ist oberhalb des Raumes 207 angeordnet, der Raum 235 oberhalb des Raumes 237.
[70] Eine Wärmekraftmaschine 301 umfasst zwei Arbeitsbereiche. Ein Arbeitszylinder 303, welcher analog zum Arbeitszylinder 103 der Wärmekraftmaschine 101 ausgebildet ist, umfasst einen Raum 305 sowie einen Raum 307, wobei der Raum 305 mittels einer Membran 309 vom Raum 307 abgetrennt ist. Die Membran 309 ist dabei flüssigkeits- und gasdicht und derart elastisch, dass eine mechanische Kopplung zwischen dem Raum 305 und dem Raum 307 durch die elastische Membran 309 gegeben ist. Vorliegend ist die Membran 309 aus einem Elastomer gebildet.
[71] Eine Hydraulikleitung 311 verbindet den Raum 305 hydraulisch mit einem Hydraulikmotor 313. Der Raum 305 ist oberhalb des Raumes 307 angeordnet. Der Raum 307 ist mittels einer Leitung 321 mit einem Ausgleichsbehälter 323 verbunden. Innerhalb des Raumes 307 befindliches Arbeitsmedium 325 kann dabei durch die Leitung 321 in den Ausgleichsbehälter 323 abfließen, insbesondere wenn das Arbeitsmedium 325 flüssig ist. [72] Eine Wärmezuführung 355 dient dazu, den Raum 307 und das darin befindliche Arbeitsmedium 325 zu erwärmen. In einer Alternativen kann dabei auch die Leitung 321 oder der Ausgleichsbehälter 323 erwärmt werden, so dass das Arbeitsmedium 325 erwärmt wird und beispielsweise der Ausgleichsbehälter 323 als Wärmeübertrager dient.
[73] Der Raum 305, die Hydraulikleitung 311 sowie der Hydraulikmotor 313 sind mit Hydraulikflüssigkeit 329 gefüllt.
[74] Am Hydraulikmotor 313 ist eine weitere Hydraulikleitung 315 angeschlossen, welche zu einem Arbeitszylinder 333 führt. Der Arbeitszylinder 333 bildet dabei einen Raum 335 sowie einen Raum 337, welcher analog zum Arbeitszylinder 303 mittels einer Membran 339 voneinander getrennt sind. Eine Leitung 341 verbindet dabei den Raum 337 mit einem Ausgleichsbehälter 343. Der Raum 335 ist ebenso wie die Hydraulikleitung 315 mit dem Hydrauliköl gefüllt. Der Raum 337 enthält ein Arbeitsmedium 345. Eine Wärmezuführung 355 ist dabei zum Erwärmen des Raumes 307, eine Wärmezuführung 356 zum erwärmen des Raumes 337 angeordnet. In einer Alternativen kann dabei auch die Leitung 341 oder der Ausgleichsbehälter 343 erwärmt werden, so dass das Arbeitsmedium 345 erwärmt wird und beispielsweise der Ausgleichsbehälter 343 als Wärmeübertrager dient.
[75] Der Raum 305 ist oberhalb des Raumes 307 angeordnet, der Raum 335 oberhalb des Raumes 337. [76] Mittels einer Pumpe 361 kann im Ausgleichsbehälter 323 enthaltenes Arbeitsmedium an eine Sprühdüse 365 geleitet werden. Die Sprühdüse 365 ist dazu eingerichtet, kondensiertes und abgekühltes Arbeitsmedium und auch erwärmtes Arbeitsmedium in den Raum 307 einzusprühen und damit das im Raum 307 enthaltene Arbeitsmedium 325 abzukühlen oder zu erwärmen. Analog dazu kann aus dem Ausgleichsbehälter 343 mittels einer Pumpe 371 über die Leitung 373 zu einer Sprühdüse 375 kondensiertes Arbeitsmedium geführt werden und in den Raum 337 eingesprüht werden.
Weiterhin ist ein Druckerzeuger 351 mittels Leitungen 353 sowie 355 mit dem jeweiligen Ausgleichsbehältern 323 und 343 verbunden, sodass der Arbeitsdruck in den Ausgleichsbehältern 323 sowie 343 und damit im Raum 307 sowie im Raum 337 einstellbar ist. Insbesondere kann dabei der Arbeitsdruck derart erhöht oder reduziert werden, dass das Arbeitsmedium schon bei geringeren Temperaturen einen Phasenübergang vollzieht. Damit kann der Arbeitsbereich der Wärmekraftmaschine 301 in weiten Grenzen frei eingestellt werden.
[77] Der Betrieb der beschriebenen Wärmekraftmaschinen sowie ein Verfahren zum Betrieb der Wärmekraftmaschinen wird im Folgenden dargelegt:
[78] Das in der Wärmekraftmaschine 101 im Raum 107 aufgenommene Arbeitsmedium 125 wird mittels der Wärmezuführung 155 erwärmt. Dadurch kommt es zu einer Wärmeausdehnung des Arbeitsmediums 125 und damit zu einer Verschiebung des Kolbens 109 in Richtung der Hydraulikflüssigkeit 119 und des Raumes 105. Damit wird die Hydraulikflüssigkeit 119 unter Druck gesetzt, durch die Hydraulikleitung 111 und durch den Hydraulikmotor 113 in die Leitung 115 und damit in das Reservoir 117 gepumpt. Die so strömende Hydraulikflüssigkeit 119 treibt den Hydraulikmotor 113 an und stellt damit Arbeit zur Verfügung.
[79] Die Wärmekraftmaschine 201 weist wie beschrieben zwei Arbeitszylinder auf, nämlich den Arbeitszylinder 203 sowie den Arbeitszylinder 233. Mittels dieser Wärmekraftmaschine 201 ist ein alternierender Betrieb möglich, so kann mittels der Wärmezuführung 255 der Raum 207 und das darin enthaltene Arbeitsmedium 225 erwärmt werden, sodass die Membran 209 eine entsprechende Ausdehnung des Arbeitsmediums 225 auf die Hydraulikflüssigkeit 219 überträgt und Hydraulikflüssigkeit 219 durch die Hydraulikleitung 211 und den Hydraulikmotor 213 und die Hydraulikleitung 215 in den Raum 235 des Arbeitszylinders 233 drückt. Somit kann in einem ersten Schritt mittels des Hydraulikmotors 213 Arbeit verrichtet werden. Wird nun die Wärmezuführung 255 abgeschaltet und die Wärmezuführung 256 eingeschaltet, so wird umgekehrt das Arbeitsmedium 245 im Raum 237 des Arbeitszylinders 233 erwärmt und die Hydraulikflüssigkeit 219 aus dem Raum 235 mittels der Membran 239 zurück durch die Hydraulikleitung 215 und den Hydraulikmotor 213 und Hydraulikleitung 211 in den Raum 205 verbracht. Ein entsprechendes Abkühlen des Raumes 207, beispielsweise durch Umgebungskälte, liefert hier zusätzliche Antriebsenergie, sodass mittels des Hydraulikmotors 213 dann wiederum Arbeit verrichtet werden kann.
[80] Ein entsprechendes alternierendes Betreiben mittels der Wärmezuführung 255 und der Wärmezuführung 256 ist dann fortlaufend möglich.
[81] Der Betrieb der Wärmekraftmaschine 301 erfolgt analog dem Betrieb der Wärmekraftmaschine 201, nämlich mittels eines alternierenden Zuführens von Wärmeenergie mittels der Wärmezuführung 255 und der Wärmezuführung 256 in das jeweilige Arbeitsmedium 325 sowie 345.
[82] Weiterhin kann ein Abkühlen und Kondensieren des entsprechenden Arbeitsmediums 325 mit der Sprühdüse 365 sowie ein Kondensieren des Arbeitsmediums 345 mittels der Sprühdüse 375 begünstigt oder beschleunigt werden, indem nämlich jeweiliges kondensiertes und/oder abgekühltes Arbeitsmedium aus dem jeweiligen Ausgleichsbehälter 323 oder 343 mittels der Pumpe 361 oder 371 eingepumpt und damit eingesprüht wird.
[83] Weiterhin kann mittels des Druckerzeugers 351 das Arbeitsmedium unter Druck oder Unterdrück gesetzt werden, sodass der Arbeitspunkt mittels eines Einstellens des Kondensationspunktes der jeweiligen Arbeitsflüssigkeit einstellbar ist. Damit kann die Wärmekraftmaschine 301 an verschiedenen Arbeitspunkten und in verschiedenen Wärmebereichen zuverlässig und effizient eingesetzt werden. Bezugszeichenliste 101 Wärmekraftmaschine 103 Arbeitszylinder 105 Raum 107 Raum 109 Kolben
111 Hydraulikleitung 113 Hydraulikmotor 115 Hydraulikleitung 117 Reservoir
119 Hydraulikflüssigkeit
120 Oberfläche
121 Leitung
123 Ausgleichsbehälter 125 Arbeitsmedium 155 Wärmezuführung 201 Wärmekraftmaschine 203 Arbeitszylinder 205 Raum 207 Raum 209 Membran 211 Hydraulikleitung 213 Hydraulikmotor 215 Hydraulikleitung 221 Leitung
223 Ausgleichsbehälter
225 Arbeitsmedium
229 Hydraulikflüssigkeit 233 Arbeitszylinder 235 Raum 237 Raum 239 Membran 241 Leitung
243 Ausgleichsbehälter 245 Arbeitsmedium
255 Wärmezuführung
256 Wärmezuführung
301 Wärmekraftmaschine 303 Arbeitszylinder 305 Raum 307 Raum 309 Membran 311 Hydraulikleitung 313 Hydraulikmotor 315 Hydraulikleitung 321 Leitung
323 Ausgleichsbehälter
325 Arbeitsmedium
333 Arbeitsraum
335 Raum
337 Raum
339 Membran
341 Leitung
343 Ausgleichsbehälter 345 Arbeitsmedium 351 Druckerzeuger 353 Leitung 355 Leitung 361 Pumpe 363 Leitung 365 Sprühdüse
371 Pumpe 373 Leitung 375 Sprühdüse

Claims

Patentansprüche:
1. Wärmekraftmaschine (101. 201. 301) zum Umwandeln von
Wärmeenergie in mechanische und/oder elektrische Arbeit mit einem Fluidmotor (113, 213, 313), insbesondere einem
Hydraulikmotor (113, 213, 313), einem ersten Arbeitsraum
(105, 205, 305) und einem ersten Wirkraum (107, 207,
307), wobei der erste Arbeitsraum (105, 205, 305) mit einem ersten Trennelement (109, 209, 309) mechanisch mit dem ersten Wirkraum (107, 207, 307) verbunden und räumlich vom ersten Wirkraum (107, 207, 307) getrennt ist und der erste Arbeitsraum (105, 205, 305) mit dem
Fluidmotor (113, 213, 313) hydraulisch verbunden ist, wobei im ersten Arbeitsraum (105, 205, 305) ein
Arbeitsfluid (125, 225, 325) aufnehmbar und dem
Fluidmotor (113, 213, 313) zum Antrieb des Fluidmotors (113, 213, 313) zuführbar und im ersten Wirkraum (107,
207, 307) ein erstes Wärmefluid (119, 219, 319) aufnehmbar ist, sodass das Arbeitsfluid (125, 225, 325) im ersten Arbeitsraum (105, 205, 305) mittels des ersten
Wärmefluides (119, 219, 319) über das erste Trennelement
(109, 209, 309) mittels einem Aufnehmen und/oder einem
Abgeben der Wärmeenergie durch das Wärmefluid (119, 219,
319) mit einem Druck und/oder Unterdrück beaufschlagbar ist, sodass der Fluidmotor (113, 213, 313) mittels des durch das erste Wärmefluid (119, 219, 319) durch
Wärmeausdehnung, Wärmekontraktion, Verdampfen und/oder Kondensation mit Druck oder Unterdrück beaufschlagten Arbeitsfluides (125, 225, 325) antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Arbeitsraum (105, 205,
305) entlang einer Gravitationsachse oberhalb des erster Wirkraumes (107, 207, 307) angeordnet ist.
2. Wärmekraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidmotor (113, 213, 313) hydraulisch mit einem zweiten Arbeitsraum (235, 353) verbunden ist, sodass das Arbeitsfluid (119, 219, 319) durch den Fluidmotor (213, 313) hindurch in den zweiten
Arbeitsraum (235, 353) überführbar ist, wobei insbesondere ein zweiter Wirkraum (237, 373) mit einem zweiten Wärmefluid (245, 345) mittels eines zweiten
Trennelementes (239, 393) mechanisch mit dem zweiten
Arbeitsraum (235, 353) verbunden und räumlich von diesem getrennt ist, sodass bei einem Aufnehmen oder Abgeben der Wärmeenergie durch das zweite Wärmefluid (245, 345) mittels Wärmeausdehnung, Wärmekontraktion, Verdampfen und/oder Kondensieren das Arbeitsfluid (219, 319) zwischen dem ersten Arbeitsraum (205, 305) und dem zweiten Arbeitsraum (235, 353) überführbar ist, sodass der Fluidmotor (213, 313) angetrieben ist.
3. Wärmekraftmaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Arbeitsraum (235, 353) entlang der Gravitationsachse oberhalb des zweiten Wirkraums (235, 353) angeordnet ist.
4. Wärmekraftmaschine gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Wirkraum (107, 207, 307) und/oder dem zweiten Wirkraum (237, 337) ein jeweiliger Ausgleichsraum (223, 243, 323, 343) zum
Aufnehmen von kondensiertem jeweiligem Wärmefluid (225, 245, 325, 345) und/oder abgekühltem jeweiligem Wärmefluid
(225, 245, 325, 345) zugeordnet ist oder sind, wobei der jeweilige Ausgleichsraum (223, 243, 323, 343) insbesondere entlang der Gravitationsachse unterhalb des ersten Wirkraums (107, 207, 307) und/oder des zweiten Wirkraums (237, 337) angeordnet ist, sodass kondensiertes und/oder abgekühltes jeweiliges Wärmefluid (225, 245, 325, 345) mittels Gravitation direkt in den jeweiligen Ausgleichsraum (223, 243, 323, 343) einfließt.
5. Wärmekraftmaschine gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass kondensiertes erstes Wärmefluid (125, 225, 325) und/oder abgekühltes erstes
Wärmefluid (125, 225, 325) und/oder kondensiertes zweites
Wärmefluid (245, 345) und/oder abgekühltes zweites
Wärmefluid (245, 345) aus dem jeweiligen Ausgleichsraum
(123, 223, 243, 323, 343) zum Abkühlen und/oder
Kondensieren des im jeweiligen Wirkraum (207, 234, 307,
337) befindlichen jeweiligen Wärmefluides (225, 245, 325, 345) mit dem jeweiligen Wirkraum (207, 234, 307, 337) mittels eines Wärmeübertragungsmittels thermisch in Wirkverbindung bringbar ist, insbesondere mittels Düsen (365, 375) zum Einsprühen des jeweiligen Wärmefluides
(225, 245, 325, 345) in den jeweiligen Wirkraum (207,
234, 307, 337) und/oder mittels in Kontakt bringen des jeweiligen Wärmefluides (225, 245, 325, 345) mit dem jeweiligen Wirkraum (207, 234, 307, 337), beispielsweise in einem Wärmeübertrager.
6. Wärmekraftmaschine gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Arbeitsraum (105, 205, 235, 305, 335) und/oder der jeweilige Wirkraum
(107, 207, 234, 307, 337) zylinderförmig ist oder sind und/oder einen gleichen Durchmesser und/oder einen gleichen Querschnitt aufweisen.
7. Wärmekraftmaschine gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trennelement (109, 209, 309) und/oder das zweite Trennelement (239, 339) eine Membran oder ein Kolben ist.
8. Wärmekraftmaschine gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitsfluid ein bei einer Betriebstemperatur der Wärmekraftmaschine flüssiges Fluid, insbesondere ein Hydrauliköl, und/oder als Wirkfluid ein bei einer Betriebstemperatur der Wärmekraftmaschine flüssiges Fluid oder gasförmiges Fluid, insbesondere ein vor dem Aufnehmen der Wärmeenergie flüssiges Fluid und nach dem Aufnehmen der Wärmeenergie gasförmiges Fluid, aufgenommen ist oder sind.
9. Wärmekraftmaschine gemäße einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Wärmefluid (125, 225, 325) und/oder dem zweiten Wärmefluid (245, 345) mittels eines Kompressors (351) ein jeweiliger Arbeitsdruck aufprägbar ist, sodass ein
Kondensationspunkt des jeweiligen Wärmefluides derart einstellbar ist, dass ein Arbeitstemperaturbereich der Wärmekraftmaschine wählbar ist.
10. Wärmekraftmaschine gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidmotor ein Hydraulikmotor, insbesondere ein Zahnradmotor, ein Flügelradmotor, ein Axialkolbenmotor oder ein
Radialkolbenmotor, ist, wobei der Fluidmotor insbesondere einen elektrischen Generator zum Umwandeln der Wärmeenergie in elektrische Arbeit mittels des Fluidmotors aufweist.
11. Verfahren zum Umwandeln von Wärmeenergie in mechanische und/oder elektrische Arbeit mittels einer
Wärmekraftmaschine (101, 201, 301) gemäß einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 10, mit den Schritten:
- Aufbringen einer Temperaturdifferenz zwischen einer Umgebung und dem ersten Wärmefluid im ersten Wirkraum, sodass das Wärmefluid erwärmt, abgekühlt, verdampft und/oder kondensiert wird und eine Kraft auf das Trennelement und einen Druck auf das Arbeitsfluid im ersten Arbeitsraum ausübt, - Überleiten des unter Druck stehenden Arbeitsfluides aus dem ersten Arbeitsraum in den Fluidmotor, sodass der Fluidmotor angetrieben wird und mechanische Arbeit verrichtet , sodass die Wärmeenergie in mechanische Arbeit umgewandelt wird.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsfluid in den zweiten Arbeitsraum übergeleitet wird, wobei insbesondere nach diesem Schritt der zweite Wirkraum mit dem zweiten Wärmefluid erwärmt oder abgekühlt wird, sodass das zweite Wärmefluid durch Wärmeausdehnung, Wärmekontraktion, Verdampfen und/oder Kondensieren eine Kraft auf das zweite Trennelement und einen Druck auf das Arbeitsfluid im zweiten Arbeitsraum ausübt und das Arbeitsfluid aus dem zweiten Arbeitsraum in den Fluidmotor geleitet wird, sodass der Fluidmotor angetrieben wird und mechanische Arbeit verrichtet.
13. Verfahren gemäß Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wärmefluid und/oder das zweite Wärmefluid mit Abwärme eines Prozesses, Sonnenenergie und/oder mittels einer atmosphärischen Temperaturdifferenz erwärmt und/oder abgekühlt wird.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wärmefluid und/oder das zweite Wärmefluid zum Abkühlen der Umgebung eingesetzt wird.
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