DE102005039270B4

DE102005039270B4 - Anordnung und Verfahren zur mehrfachen Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie, Abspeichern der mechanischen Energie, und Umwandeln der gespeicherten Energie in elektrische Energie

Info

Publication number: DE102005039270B4
Application number: DE102005039270A
Authority: DE
Inventors: Waldemar Seidler
Original assignee: Individual
Current assignee: Seidler Waldemar 92724 Trabitz De
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2010-07-08
Anticipated expiration: 2025-08-20
Also published as: DE102005039270A1

Abstract

Verfahren zur Speicherung und Rückgewinnung von einer einer Wärmespeichereinrichtung (B) zugeführten Wärmeenergie, wobei die Wärmespeichereinrichtung (B) zumindest eine Ausdehnungseinheit (P) gemäß Patent 10 2004 007 605 und erste bis N-te Teilwärmespeicher (B1–B19) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
(a) dass die zumindest eine Ausdehnungseinheit (P) auf eine vorbestimmte Starttemperatur aufgeheizt wird,
(b) dass die ersten bis N-ten Teilwärmespeicher (B1–B19) auf jeweils eine vorbestimmte erste bis N-te Speichertemperatur (nach Tabelle 1, 10) aufgeheizt werden, wobei die erste bis N-te Speichertemperatur (nach Tabelle 1, 10) vom ersten bis zum N-ten Teilwärmespeicher (B1–B19) stufenweise abnehmen,
(c) dass die ersten bis N-ten Teilwärmespeicher (B1–B19) beginnend mit dem ersten Teilwärmespeicher (B1) nacheinander mit der zumindest einen Ausdehnungseinheit (P) in Wärmeaustauschbeziehung gebracht werden und jeweils nach Erreichen einer resultierenden ersten bis N-ten Ausgleichstemperatur (nach Tabelle 2, 11) des jeweiligen ersten bis N-ten Teilwärmespeichers (B1–B19) wieder getrennt werden, wodurch die Starttemperatur der zumindest einen Ausdehnungseinheit (P)...

Description

Vorliegendes Patent ist ein Zusatzpatent zum Patent 10 2004 007 605 . Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. eine Anordnung dafür.
Aus der DE 82 20 033 U1 ist eine Wärmekraftmaschine bekannt, bei der eine Vielzahl einseitig an einem Rahmen befestigter dehnfähiger Behälter mit Zahnstangen eine gemeinsame Welle antreiben. Durch eine derartige Konstruktion ergibt sich eine Addition der von den Behältern auf die Welle ausgeübten Kräfte.
Gegenstand der DE 198 22 847 A1 betrifft maschinelle Einrichtungen, die die Dehnung von Fasern ausnutzen, wobei mit einem Streifen von 5 m in einem Gehäuse mit 25 Umlenkrollen eine Ausdehnung von 200 mm erreicht werden kann.
Des weiteren ist aus der US 4 055 954 eine Vorrichtung bekannt, bei der ein einziger, an einem Rahmen befestigter dehnfähiger Behälter bei seiner Ausdehnung einen Hebel bewegt.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren vorzuschlagen, bei dem durch Erhitzen einer Mehrzahl von Körpern aufgrund der Wärmeausdehnung des Materials eine Längung der Körper erreicht wird, die zum Verrichten einer Arbeit, z. B. eines Hubes und zur Umwandlung von Energie ausgebildet ist. Des weiteren soll mit der Erfindung eine Einrichtung vorgeschlagen werden, mit der ein Misch- und Wärmeaustauschvorgang in Verbindung mit der Energiegewinnung durch Wärmeausdehnung erzielt wird.
Gemäß der Erfindung wird dies mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 1 erreicht. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Prinzip der Erfindung besteht darin, dass in einem Rahmensystem mindestens ein durch Beheizen in der Länge ausdehnbarer Körper, vorzugsweise eine Mehrzahl von Ausdehnungskörpern, aus Metall bzw. anderem durch Wärme ausdehnbarem Material vorgesehen sind, die wahlweise parallel oder hintereinander bzw. in Kaskade geschaltet sind, wobei im Falle der Hintereinanderschaltung der Anfang des ersten Körpers fest mit einem starren Rahmen verbunden ist, derart, dass das entgegengesetzte Ende des ersten Körpers aufgrund der Aufheizung um einen Betrag X aufgrund der Wärmeausdehnung gelängt wird, dass diese Längung auf den nächstfolgenden Körper übertragen und der Längung hinzuaddiert wird, die aufgrund der Aufheizung des zweiten Körpers erzielt wird usw., so dass bei einer Anzahl von n-Körpern am Ende des nten Körpers der n-fache Wert einer einzelnen Längung abgenommen werden kann, also n mal X. Um die Wärmeausdehnung der einzelnen beheizten Ausdehnungskörper, z. B. Hohlrohre in vollem Umfang ausnutzen und am Ende addieren zu können, sind jeweils zwei benachbart angeordnete Körper 1 und 2 über eine Wippenanordnung mit dem Rahmen fest, untereinander jedoch gelenkig verbunden, ebenso wie das Ende des zweiten Körpers mit dem Ende des dritten Körpers und der Anfang des dritten Körpers mit dem Anfang des vierten Körpers, usw..
Während der Eingang als feste Verbindung zwischen Rahmen und erstem Körper ausgebildet ist, ist der Ausgang des letzten Körpers mit einer Arbeitsvorrichtung, z. B. einer Hubvorrichtung, einer Presse oder dergl. verbunden, die die durch die Ausdehnung der Körper erzielten Weg mal Kraft in an der Arbeitsvorrichtung ausgeübte Arbeit umwandelt.
Der Rahmen ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er abschnittweise aufgebaut ist. Das obere un das untere horizontale Querteil des Rechteckrahmens werden jeweils durch eine Spannvorrichtung mit den beiden vertikalen U-förmigen Rahmenteilen fest verspannt, so dass der Rahmen in gespanntem Zustand weitestgehend starr ist. Zumindest im oberen und im unteren Bereich ist der Rahmen gegenüber den Ausdehnungskörpern durch eine thermische Isolierung abgedichtet. Der Rahmen besteht aus Metall und ist so ausgelegt, dass er ebenfalls beheizt ist, so dass er in beheiztem Zustand und bei gleichzeitig abgekühlten Ausdehnungskörpern eine Längung erfährt, die zusätzlich zu der Längung der beim Beheizen der Ausdehnungskörper erzielten Ausdehnung für die Energiegewinnung genutzt werden kann. Hierbei ist der Rahmen auf der Außenseite isoliert. Oberes wie unteres horizontales Rahmenteil sind unabhängig davon isoliert und beheizbar, sind jedoch nur dann beheizt, wenn die Ausdehnungskörper unbeheizt sind, und umgekehrt.
Die Anordnung nach der Erfindung besteht aus einer Mehrzahl von voneinander getrennten Einheiten, deren jede eine Mehrzahl von Hohlrohren oder entsprechenden Ausdehnungskörpern aufweist. Die einzelnen Einheiten sind voneinander getrennt, so dass die Einheiten jeweils paarweise untereinander beheizt werden bzw. unbeheizt bleiben, d. h., dass eine Einheit beheizt wird, während die andere Einheit des gleichen Paares unbeheizt bleibt. Die Zwischenräume zwischen den Rohren und den Rahmenteilen jeder Einheit sind vorzugsweise mit Fluid gefüllt, so dass die für die Beheizung der Hohlrohre verwendete Heizenergie aus einem Heizungssystem in Form einer Heizanlage eines Gebäudes zusätzlich genutzt werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Aufheizung der parallel oder in Kaskade geschalteten Ausdehnungskörper von einem Beheizungssystem aus vorzunehmen, das z. B. in einem Gebäude als Heizanlage vorhanden ist und von dem die Heizenergie für die erfindungsgemäße Anordnung nochmals genutzt wird, das aber auch eine elektrische oder eine beliebige andere hierfür geeignete Wärmequelle bzw. Aufheizvorrichtung sein kann. Für einen kontinuierlichen Dauerbetrieb werden jeweils Paare von Einheiten der erfindungsgemäßen Anordnung verwendet, wobei eine Einheit erhitzt wird, während die andere abkühlt. Die Beheizung der Ausdehnungskörper. z. B. Hohlrohre, innerhalb jeder Einheit erfolgt vorzugsweise über Heißfluid aus einer herkömmlichen Heizanlage.
Zur Optimierung der Wärmenutzung wird nach der Erfindung eine Misch- und Wärmeaustauscheinrichtung vorgeschlagen, mit der die bei einer Abkühlung der Ausdehnungseinheiten auftretende Wärmeenergie zur anderweitigen Nutzung, um eine Energieeinsparung zu erzielen, die z. B. zur Raumerwärmung genutzt werden kann. Bei der Aufheizung einer Ausdehnungs-einheit für die Energiegewinnung tritt eine Periode der Abkühlung auf, während der die anfallende Wärme in der Regel ungenutzt bleibt und damit verloren geht. Mischt man diese Wärme durch stufenweises Mischen und Wärmetauschen mit anderen Wärmespeichern und nutzt man das Temperaturgefälle zwischen den einzelnen Wärmespeichern, indem man einen Temperaturausgleich zwischen beiden herbeiführt, kann die beim Abkühlen der Wärmespeicher frei werdende Wärme z. B. von einem strömenden Medium aufgenommen werden, während parallel dazu durch Mischen von Medien höherer und niedrigerer Temperatur im Wärmespeicher in Verbindung mit Ausdehnungseinheiten und durch Ausnutzen der Längungen und Kürzungen der Ausdehnungskörper Arbeit geleistet wird, die in mechanische oder elektrische Energie umgewandelt wird.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, die aufeinanderfolgenden Phasen des Ausdehnens und Zusammenziehens des Ausdehnungssystems in einer Misch- und Wärmeaustauschanordnung ablaufen zu lassen. Dadurch werden die Arbeitshübe aufgrund der Ausdehnung der Ausdehnungskörper bei deren Erwärmung und des Zusammenziehens der Ausdehnungskörper bei deren Abkühlung in Teilschritte unterteilt, die in Verbindung mit in Temperaturstufen abnehmenden und zunehmenden Schritten der Misch- und Wärmetauschvorrichtung durchgeführt werden. Die Vielzahl von übereinander oder in Kreisform (9 oder 14) angeordneten Wärmetausch-Vorrichtungen werden dabei auf in Temperaturstufen zunehmende bzw. abnehmende, z. B. thermostatgesteuerte Temperaturwerte nacheinander in Wärmetausch mit der Ausdehnungsvorrichtung gebracht, derart, dass in abnehmenden bzw. zunehmenden Temperaturstufen die Teilwärmespeicher bzw. deren in Behältern isoliert angeordneten Teilwärmespeichern durch Wärmeübertragung einen stufenweisen Temperaturausgleich entsprechend den in den Tabellen 1–4 der Zeichnung angegebenen Werten bewirken, wobei bei Erreichen des niedrigen Temperaturwertes (Tabelle 2) eine Temperaturrückführung im letzten Teilwärmespeicher auf den für den Beginn des entgegengesetzten Zyklus erforderlichen Temperaturwert durch Wärmeentzug erfolgt, der Wärmeaustausch der Teilwärmespeicher mit der Ausdehnungseinheit in aufsteigender Reihenfolge durch Temperaturausgleich zwischen dem jeweiligen unteren Teilwärmespeicher und der Ausdehnungseinheit erzielt wird, und bei Erreichen des oberen Temperaturwertes (Tabelle 3) eine Wärmezufuhr auf den erforderlichen oberen Temperaturwert in der Tabelle an die Ausdehnungseinheit vorgenommen wird, und dass dann der Zyklus wiederholt und kontinuierlich weitergeführt wird. Grundsätzlich gibt in dem einen Zyklus die Ausdehnungseinheit P Wärme an den jeweiligen Teilwärmespeicher ab, während im entgegengesetzten Zyklus der entsprechende Teilwärmespeicher Wärme an die Ausdehnungseinheit gibt. Dabei findet jeweils ein Temperaturausgleich bzw. ein Mischen zwischen einer höheren mit einer niedrigeren Temperatur statt. Hat die Ausdehnungseinheit P am oberen Ende des Zyklus den oberen Temperaturwert erreicht, muss eine Nachheizung auf den Temperaturwert stattfinden, bei dem der nächste Zyklus beginnt.
Dabei tritt bei abnehmenden Temperaturen in den Teilwärmespeichern ein Wärmetausch von der Ausdehnungseinheit höherer Temperatur im Vergleich zu dem jeweiligen Teilwärmespeicher ein, indem (entsprechend 9) die Teilwärmespeicher nacheinander mit der Ausdehnungseinheit in Wärmetausch gebracht werden und bei steigender Temperatur in den Teilwärmespeichern ein Wärmetausch von dem jeweiligen Teilwärmespeicher höherer Temperatur auf die Ausdehnungseinheit stattfindet, und die jeweiligen Teilwärmespeicher nacheinander mit der Ausdehnungseinheit in Wärmetausch gebracht werden. Die Misch- bzw. Wärmetauschanordnung arbeitet mit der von außen auf die erforderliche Temperatur beheizten Ausdehnungseinheit im Wärme-austausch mit den vorgeheizten Teilwärmespeichern zwischen den wärmeübertragenden Ausdehnungseinheiten. Die Vorheizung kann dabei durch eine beliebige, z. B. elektrische Heizquelle erfolgen.
Eine Alternative hierzu ist z. B. in 14 dargestellt, bei der die Ausdehnungseinheit mit einzelnen Teilwärmespeichern in Kreisringform geschaltet ist, deren jeder ein Fluid als Wärmeträger aufweist, und die über Ventile, Leitungen und Pumpen nacheinander an die Ausdehnungseinheit für den Wärmeaustausch anschließbar sind.
Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung zum Erzeugen von Energie in seitlicher Ansicht,
2 eine Schnittansicht längs der Linie I-I der 1,
3 ein Paar von im Gegentakt arbeitenden Einheiten, die mit einer bestehenden Heißfluidanlage kombiniert sind bzw. von dieser Anlage aus beheizt werden,
4 eine weitere Ausführungsform der Erfindung in Abänderung der Darstellung nach 1 mit einer kombinierten Gebläse- und Warmwasser-Beheizung,
5 eine Darstellung der Anordnung nach 4 in einer um 90° gedrehten Ansicht,
6 eine Parallelschaltung der Ausdehnungskörper,
7 eine Gesamtansicht einer Misch- und Wärmetauschanordnung der Erfindung,
8 eine Detaildarstellung der Wärmetauschanordnung der 7,
9 eine Darstellung einer weiteren Ausführung einer Misch- und Wärmetauschanordnung nach der Erfindung für eine Anordnung nach 1,
10 eine Tabelle 1 der Temperaturen, auf die die Teilwärmespeicher B1–B19 vorerwärmt werden,
11 eine Tabelle 2 mit der Temperatur der Ausdehnungseinheit P und der Teilwärmespeicher B1–B19,
12 eine der Tabelle 2 entsprechende Tabelle 3 mit stufenweise ansteigenden Temperaturen,
13 eine Gesamttabelle 4, die die Tabellen 2 und 3 miteinander kombiniert, und
14 eine andere Ausführungsform einer Misch- und Wärmetauschanordnung nach der Erfindung.
Eine Grundeinheit I der erfindungsgemäßen Anordnung besteht aus einem massivem Rechteckrahmen 1 mit einem U-förmigen Rahmenteil 2, dessen freie Schenkel 3, 4 am oberen und am unteren Ende jeweils einen Querbalken 5, 5' aufweisen, durch den der Rahmen 1 geschlossen wird. Die Verbindung der Enden des Balkens 5 mit den freien Enden der Schenkel 3, 4 erfolgt über lösbare Buchsen 6, 6' mit Spannvorrichtungen 7, 7' und Schraubbolzen 8, 8' sowie Isolierung 9, 9' zwischen den Querbalken 5, 5' und den Schenkeln 3, 4. Der Rahmen 1 mit Querbalken 5, 5' ist durch eine Isolierung 10, 10' thermisch isoliert, die verhindert, dass Wärme aufgrund der Beheizung der Ausdehnungskörper 12 an die Querbalken 5, 5' übertragen wird. Die Querbalken 5, 5' können ebenfalls als Ausdehnungskörper ausgebildet sein und sind wärmeisoliert. Zusätzlich ist der gesamte Rechteckrahmen außen durch eine isolierende Ummantelung, die schematisch mit M bezeichnet ist, gegen Wärmeverlust aus dem Inneren geschützt. Im Rahmeninneren 11 sind die Ausdehnungskörper 12, 13, 14, 15 parallel zueinander bzw. übereinander angeordnet dargestellt, die als Hohlrohre oder als Vollkörper aus Eisen, Stahl oder entsprechendem Material bestehen, ausgebildet sein können. Die vordere Stirnseite 16 des Hohlrohres 12 ist bei 17 über eine starre Verbindung 18 bei 19 mit dem Rahmenteil 2 fest verbunden. Die hintere Stirnseite 20 weist eine mittige Befestigungsstelle 21 auf, an der ein Verbindungsarm 22 über eine Gelenkstelle 23 mit einem Hebelarm 24 verbunden ist, der bei 25 mittig gelagert ist. Die Lagerstelle 25 ist bei 26 gelenkig mit dem Rahmenteil 3 verbunden, und das entgegengesetzte Ende des Hebelarmes 24 besitzt eine Gelenkstelle 27, an der ein Verbindungsarm 28 angelenkt ist, dessen anderer Endpunkt bei 29 mit der hinteren Stirnseite 30 des benachbarten Ausdehnungskörpers 13 gelenkig befestigt ist. Die Vorrichtung 20–30 stellt somit eine Mehrfach-Wippenanordnung dar, deren Schwenklager starr mit dem Rahmen 1 und deren beide Anlenkstellen 21 und 30 mit zwei benachbarten Ausdehnungskörpern 12, 13 verbunden sind. Damit die Ausdehnungskörper während des Aufheizvorganges ihre parallele Position zueinander beibehalten, sind Vorkehrungen für eine geradlinige Zwangsführung getroffen, z. B. Rollenführungen oder Gleitführungen R zwischen den jeweils zwei einander zugewandten, benachbarten Mantelflächen; diese Führungen haben die Funktion von Abstandshaltern.
Die Ausdehnungskörper, von denen in 1 vier, nämlich 12–15 dargestellt sind, deren Anzahl in der Praxis jedoch erheblich größer sein kann, sind zueinander in Kaskade geschaltet, so dass die Wippen 31 bzw. 32 jeweils die vorderen Stirnseiten 33 und 34 bzw. die hinteren Stirnseiten 35 und 36 miteinander verbinden. Diese Wippen 31 und 32 sind in entsprechender Weise wie die Wippenanordnung W1 aufgebaut und arbeiten in gleicher Weise. Über sie werden die Ausdehnungshübe der einzelnen Ausdehnungskörper übertragen, wobei diese Hübe sich addieren.
Die vordere Stirnfläche 37 des letzten Ausdehnungskörpers 15 ist mit einem Arm 38 fest verbunden, der durch das Rahmenteil 2 über eine Abdichtvorrichtung 39 verbunden ist und eine Arbeitsfläche 40 beaufschlagt, z. B. eine Hubvorrichtung 41. Die Gesamtausdehnung der Hubzylinder 12–15, die am stirnseitigen Ende 37 des letzten Ausdehnungskörpers 15 erzielt wird, wird als Wegstrecke über den Arm 38 auf die Platte 40 übertragen, so dass die Platte 40 um eine Strecke angehoben wird, die dem n-fachen des Ausdehnungsweges der n Ausdehnungskörper entspricht.
Anstatt die Ausdehnungskörper 12 in Kaskade bzw. in Serie zu schalten, können diese Ausdehnungskörper auch parallel zueinander angeordnet werden, wobei dann die Ausdehnung eines jeden Körpers unabhängig von den anderen abgenommen und genutzt wird (wie z. B. 6 zeigt).
Die Beheizung der Ausdehnungskörper 12–15 nach der Darstellung in den 3 und 4 erfolgt von einem Heizkessel 42 einer Heißfluid-Heizanlage, z. B. eines Wohngebäudes (nicht dargestellt) aus, von der über eine Pumpe 43 in einer Heizleitung 44 Heißfluid, das zur Beheizung von Heizkörpern 45 im Gebäude dient, zur Beheizung der Körper 12–15 abgezweigt wird, und das mittels einer weiteren Pumpe 43' in den Kreislauf durch die Körper 12–15 mindestens eines Paares von Einheiten I und II in Umlauf gesetzt wird. Vom Heizkessel 42 verläuft eine Leitung 47 zum Eingang in die Einheit II. Das Heißfluid umströmt die Körper 12–15 der Einheit II und fließt über eine Leitung 48 wieder zum Heizkessel 42 zurück. Von der Leitung 47 zweigt eine Leitung 49 ab, die an den Eingang der Einheit I geführt ist und den Ausgang der Einheit I über die Rückleitung 50 verlässt, die mit der Rückleitung 48 der Einheit II verbunden ist. Eine Rücklaufleitung 46 ist vom Heizkörper 45 mit der Leitung 51 verbunden, die in die Leitung 47 mündet und über den Zweig 52 Teil der Leitung 59 ist. Des weiteren ist ein Zweig 53 der Leitung 47 mit der Leitung 49 verbunden.
Um die Körper 12–15 der Einheiten I und II abwechselnd aufheizen und abkühlen zu können, sind Ventile 55–58 in die Durchflussleitungen eingeschaltet, und zwar Ventil 55 in die Leitung 51, Ventil 56 in die Leitung 53, Ventil 57 in die Leitung 52 und Ventil 58 in die Leitung 47. Ein Thermometer 59 mißt die Ausgangstemperatur der Einheiten I und II. Die Betriebsweise zur Aufheizung der Einheit I und zur gleichzeitigen Abkühlung der Einheit II verläuft dabei so, dass Ventil 55 geöffnet, Ventil 56 geschlossen, Ventil 57 geschlossen und Ventil 58 offen ist. Die umgekehrte Ventilposition gilt, wenn Einheit I abgekühlt und Einheit II aufgeheizt werden soll, und zwar im entgegengesetzten Zyklus.
Die Ausführungsform nach den 4 und 5 stellt eine Weiterentwicklung der Anordnung nach 3 dar, nämlich die Ausbildung eines Raumheizkörpers, wie er z. B. in 3 mit 45 angedeutet ist. Dabei entspricht die Heißfluidleitung 60 mit im Zuge dieser Leitung eingeschalteter Pumpe 61 der Leitung 43 in 3 und die Kaltfluidableitung 62 der Leitung 46 in 3. Der Heizkörper 63 besteht seinerseits aus zwei Einheiten 64, 65, die ähnlich aufgebaut sind wie die Einheiten I und II der Anordnung nach den 1 bzw. 3.
Die beiden plattenförmigen Einheiten 64, 65 nach den 4 und 5 bestehen jeweils aus einem äußeren Rahmen 66, 66' und einer nach oben und nach unten isolierenden Lage 67, 68, 67', 68' sowie stehenden inneren und äußeren Lagen 69, 70, 69', 70' aus Isoliermaterial, einem Innensystem aus parallelen Ausdehnungskörpern, 71, 72, 73, 74, die von Heißfluid von unten nach oben fließend im Parallel betrieb und abwechselnd zueinander durchflossen werden, wobei das für die Erwärmung dienende Heißfluid nach dem Durchströmen der Ausdehnungskörper abgekühlt durch die Leitung 62 wieder abgeführt wird. Die isolierenden Innen- und Außenwände 69, 70 weisen Öffnungen 75, 76, 75', 76' auf, die mit Hilfe von Schiebern 77, 78, 77', 78' oder entsprechenden Verschlüssen verschlossen werden. Ein Gebläse 79 dient dazu, die durch das Fluid erzeugte Wärme an den Ausdehnungskörpern durch die Öffnungen der die jeweilige Einheit umschließenden Wand nach außen abzuführen und den umgebenden Raum zu erwärmen.
Die beiden Heizkörperrahmen 66, 66' der Einheiten 64, 65 mit ihren Isolierungen 67, 67' sind parallel und symmetrisch zueinander angeordnet und weisen einen Eingang 80, 80' für das Heißfluid-Zuleitungsrohr 81, 81' auf, das in den unteren Ausdehnungskörper 62 mündet. Das Heißfluid durchströmt das System von Ausdehnungskörpern in den beiden Einheiten von unten nach oben und verlässt das oberste Hohlrohr über den Ausgang 83. Die Heißfluid-Ableitrohre 84, 84' münden in das Fluid-Rückführrohr 62, das Fluid wird in den Heizkessel zurückgeführt und für den erneuten Umlauf wieder aufgeheizt.
In den Heißfluid-Zulaufleitungen 80, 80' sind Absperrventile 85, 85', in den Ablaufleitungen 84, 84' Absperrventile 88, 88' angeordnet. Die Verschlussvorrichtungen bzw. Schieberklappen 77, 78 an den Außen- und Innenseiten der Einheiten sind vorgesehen, um entsprechende Warmluftströme zu sperren oder freizugeben, und werden von dem Gebläse in Umlauf gesetzt, um den im Inneren der Heizkörpereinheiten entstehenden Wärmefluss zu steuern.
Die Anordnung nach den 4 und 5 arbeitet in der Weise, dass zum Aufheizen der Einheit 64 und zum gleichzeitigen Abkühlen der Einheit 65 die Ventile 85 und 88 geöffnet, die Ventile 85' und 88' geschlossen, die Schieber 77' und 78' geöffnet und die Schieber 77, 78 geschlossen werden. Für den umgekehrten Arbeitszyklus, nämlich Aufheizen der Einheit 65 und Abkühlen der Einheit 64 werden die Positionen der Ventile und der Schieber vertauscht. Die Ausdehnungskörper 71–74, die durch Aufheizung eine Ausdehnung erfahren, stehen miteinander durch eine flexible, die Ausdehnung aufnehmende Vorrichtung 89, z. B. durch eine flexible Membran, in Verbindung, damit ein störungsfreier Durchfluß von Heißfluid sichergestellt ist. Mit 90 ist in den 4 und 5 ein geschlossenes Luftrohr dargestellt, das die Rohre 71–74 durchsetzt; die darin enthaltene Luft dient als Puffer für das die Rohre 71–74 durchströmende Fluid.
6 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Anordnung nach 1. Die Ausdehnungskörper 91, 91', 91'' in Form von Stangen, Rohren oder dergl. sind parallel zueinander angeordnet und arbeiten im Gegensatz zu der in 1 dargestellten Kaskadenanordnung in paralleler Betriebsweise. Die Stangen sind in Führungsrollen 92 geführt und am einen Ende am Rahmen bei 93 festgelegt. Das andere Ende ist mit einer Zylinder-Kolbenanordnung 94 verbunden. Die aufgrund der Beheizung der Ausdehnungskörper 91 erzielte Längerung und Kürzung wird hierbei in der Zylinder-Kolbenanordnung 94 z. B. hydraulisch realisiert, wobei jeder Zylinder an den beiden Endstellen des Kolbens mit zwei Leitungssystemen 95, 96 in Verbindung steht und das aus dem Zylinder abgegebene Fluid durch Ventile 97, 98 so gesteuert wird, dass bei A und B der gemeinsame hydraulische Druck aus den Zylindern 94 für die Energiegewinnung genutzt werden kann.
Die Anlage nach 9 umfasst eine Aufheizvorrichtung WS, eine Anordnung P mit Ausdehnungskörpern aufgrund einer Erwärmung, und einen Wärmespeicher B, der aus Teilwärmespeichern B1–B19 besteht, die mit einem Fluid gefüllt sind. Die Aufheizvorrichtung WS besitzt eine Heizvorrichtung 101, die z. B. auf einen Temperaturwert von 120° aufgeheizt und bei der dieser Temperaturwert konstant aufrecht erhalten wird, ferner aus einer Isolierung 102, die die Heizvorrichtung 101 allseitig umschließt, und einer Öffnungsstelle 103 zum Ein- und Ausführen von 101.
Die Anordnung P besteht aus einer Anzahl von Ausdehnungskörpern 104 in Form von Rohren, Stangen, Platten oder dergl. (wie im Hauptpatent dargestellt), die vorzugsweise massiv ausgebildet sind und die mit der Aufheizvorrichtung WS in Wärmeüber tragungskontakt gebracht bzw. angedockt sind, aus einer Isolierung 105 und einer Öffnungsstelle 106 der Isolierung, durch die hindurch die Heizvorrichtung 101 in die Anordnung P eingeführt wird.
Mit B ist ein Wärmespeicher bezeichnet, der aus verschiedenen, übereinander angeordneten Teilwärmespeichern B1–B19, die jeweils aus einem Speicherelement 107, einer allseitigen Isolierung 108, einer Führung 109, die das Speicherelement 107 gegenüber dem Wärmespeicher B verschiebt, und einer Öffnungsstelle 110 der Isolierung 108, durch die der Aufheizkörper den Behälter verlassen und wieder zurückkehren kann, besteht. Auf seiner Rückseite ist der Wärmespeicher B mit Hilfe einer Befestigungsvorrichtung 111 mit einer Hubvorrichtung 112 verbunden, die z. B. in Form einer Hubkette bzw. eines Hubseiles 113 ausgebildet ist, die über Antriebsräder 114 und einen Führungsschlitten 115 geführt ist, derart, dass B schrittweise im Takt der Anpassung der Höhenstellung der Teilwärmespeicher B1–B19 auf die Position der Anordnung P angehoben bzw. abgesenkt wird, so dass stufenweise die Aufheizelemente der Teilkammern zugeordnet werden. Auf der entgegengesetzten Seite von B ist an der Hubvorrichtung ein Gegengewicht 116 zum Gewichtsausgleich von B vorgesehen.
Der Betriebsablauf der Anordnung nach 9 ist folgender: Die Aufheizvorrichtung WS wird auf eine konstante Temperatur von z. B. 120° aufgeheizt. Parallel dazu wird B mit seinen Teilwärmespeichern B1–B19 auf von Teilwärmespeicher zu Teilwärmespeicher fallende bzw. steigende Temperaturwerte erhitzt, wobei die jeweilige Temperatur vom obersten bis zum untersten Teilwärmespeicher abnimmt, wie in Tabelle 1 der 10 dargestellt ist. Nach dem Aufheizvorgang von WS und B wird die Heizvorrichtung 101 von A aus ihrer Isolierung heraus bewegt und unter gleichzeitigem Öffnen der isolierendne Hülle 105 an die Anordnung P bzw. deren Wärmetauschplatte 104 angedockt bzw. in unmittelbaren physischen Kontakt mit den Ausdehnungskörpern 104 gebracht, die durch die Vorrichtung 101 rasch auf eine Temperatur von z. B. 120° aufgeheizt wird. Sobald diese Temperatur erreicht ist, wird die Vorrichtung 101 zurück in die Isolierhülle 102 von WS gebracht und die Isolier hülle 102 an der Stelle 103 geschlossen. Anschließend wird aus B der Teilwärmespeicher B1 aus der Isolierung heraus und über die Anordnung 104 bewegt, und in Wärme-tauschkontakt damit gebracht, so dass B1 durch P auf einen Temperaturwert gebracht wird, der z. B. den in Tabelle 2 angegebenen Werten für alle Teilwärmespeicher B1–B19 nacheinander entspricht. Nach der Wärmeübergabe wird B1 wieder in die Ausgangsposition in B zurückgeführt, die Isolierhülle von P und auch von B wird wieder geschlossen. Der bei P auftretende Temperaturunterschied wird zur Erwärmung der Ausdehnungskörper in P verwendet.
Der vorbeschriebene Vorgang des Wärmetauschens läuft für sämtliche weiteren Teilwärmespeicher B2–B19 in einem kontinuierlichen Zyklus wiederholt ab, wobei der gesamte Wärmespeicher B angehoben bzw. abgesenkt wird, um die Teilwärmespeicher von B auf gleiche Höhe mit der Anordnung P zu bringen, und anschließend in umgekehrter Reihenfolge bewegt, beginnend mit B18 und endend mit B1, wie in Tabelle 3 gezeigt, mit dem Unterschied, dass die jeweiligen Teilwärmespeicher B1.... unterhalb der Anordnung P zur Wärmeübertragung in Kontakt mit P gebracht werden.
Die Erfindung ist nicht auf die im Ausführungsbeispiel 9 beschriebene Darstellung beschränkt. So kann beispielsweise die Anordnung P, die vorstehend als stationär bezeichnet ist, beweglich ausgeführt sein und in B bzw. die einzelnen Teilwärmespeicher B1–B19 verfahren werden, oder aber die Aufheizvorrichtung WS kann stationär ausgebildet sein und die Anordnung P zur Wärmeübertragung verfahren und in Wärmeübertragungskontakt gebracht werden.
Funktionsweise der Anordnung
Die Darstellung der Gesamtanlage nach 7 in Verbindung mit 14 zeigt neunzehn Behälter B1–B19 in einer Ringschaltung (Kreis B). Diese Zahl 19 ist variabel und kann in der Praxis erheblich größer sein, z. B. 100. Je mehr Wärmespeicher vorhanden sind, umso mehr Energie kann eingespart werden. Jeder Wärmespeicher (14a) als Bauteil N ist als Doppelbehälter B0 und B01 ausgebildet. Dabei ist der Behälter B0 in den Behälter B01 eingebaut. B01 ist nach außen vollständig isoliert. B0 besitzt einen Ventilanschluss V und ist mit Flüssigkeit oder Gas gefüllt, das die Eigenschaft einer hohen Wärmespeicherkapazität hat. Behälter B01 hat zwei Ventilanschlüsse V, V und ist mit einem Fluid hoher Wärmeleitfähigkeit gefüllt. Im Kreis B ist eine Ausdehnungseinheit P eingesetzt. Die Ausdehnungseinheit P der Vorrichtung B ist in einem Behälter R angeordnet (7). Behälter R ist in einen Behälter C eingesetzt. Behälter R besitzt sechs Ventilanschlüsse (V0, V0, V27, V28, V51, V52). An den Behälter R ist ein Kolbenzylinder T mit zwei Anschlussventilen V5 und V6 angeschlossen. Die Ausdehnungseinheit P ist am Ende mit einer Ausdehnungsstange AS verbunden, die eine Wärmeisolierung IS besitzt. Diese Isolierung soll verhindern, dass Wärme auf den Kolbenzylinder Z übergeht. Der Kolbenzylinder Z besitzt zwei Kammern 1K und 2K. Jede dieser Kammern besitzt zwei Anschlussventile, nämlich 1K die Ventile V2, V4 und 2K die Ventile V1, V3 und hat eine vordere und eine hintere Endlage. Der Behälter C ist mit einem Kolbenzylinder H verbunden und besitzt zwei Anschlussventile V7 und V8. Behälter C ist vollständig isoliert. Im Kreis B (B1–B19) sind drei Leitungen angeschlossen, die mit der Ausdehnungseinheit P und den Behältern C und R verbunden sind. Ventile sind in der 7 generell als Ziffern im Kreis dargestellt, so dass 7 Ventil 7 bedeutet.
Die Baueinheit WS (14/1 und 7), die nach außen vollständig isoliert ist, besteht aus zwei Wärmetauschern LT und WPS, die im Behälter LB angeordnet sind. WPS hat zwei Anschlüsse A15 und A26. LT hat ebenfalls zwei Anschlüsse A1 und A16. Behälter LB ist mit einem Fluid, wahlweise einer Flüssigkeit oder einem Gas, gefüllt, das die Eigenschaft einer hohen Wärmespeicherkapazität hat. LB ist im Behälter LW angeordnet. LW hat zwei Anschlüsse A8 und A9. LW ist mit Gas oder Flüssigkeit einer hohen Wärmeleitfähigkeit gefüllt. Baueinheit K (7) ist eine Pumpe mit vier Leitungsanschlüssen A60, A61, A6, A7. Die Anschlüsse A4 und A5 sind mit dem Wärmetauscher WPK verbunden, die Anschlüsse A60 und A61 mit dem Wärmetauscher ROM (7).
Baueinheit WT (7 und 14/1) ist ein vollständig isolierter Behälter mit Anschluss ANS und mi Ansaugdurchgang LUF. Im Behälter WT sind vier Wärmetauscher eingebaut, nämlich ASP (Anschluss A3 und Auspuff), WSS (Anschluss A14 und A17), ABK (zwei Anschlüsse mit A4 und A5 und mit Pumpe P2) und WPK (zwei Anschlüsse mit A6 und A7). Die Baueinheit WS ist an die Baueinheit WT angeschlossen. A2 ist mit A3 und A14 mit A15 verbunden.
Baueinheit F2 (7) ist ein Kolbenzylinder mit zwei Anschlüssen A17 und A18. A17 ist mit dem Kolbenzylinder H über das Ventil V7 verbunden, der Kolbenzylinder T über das Ventil V5 mit dem Anschluss A17. Anschluss A18 ist mit Anschluss A19 verbunden.
Baueinheit J1 und Baueinheit J2 (7) bestehen jeweils aus drei Zylindern W, W1, W2. Jeder Zylinder besitzt eine Kolbenstange, die durch einen Träger miteinander verbunden sind. Auf diesem Träger kann eine Last L sitzen. Der Querschnitt des Zylinders W ist größer als der Querschnitt der Zylinder W1 und W2, weil dort mehr Volumen benötigt wird. Jedem Zylinder sind Ventile (V9–V16) zugeordnet. Ventil V11 und Ventil V16 sind durch Anschluss A10 mit dem Behälter F1 verbunden. Die Baueinheiten J1 und J2 haben die Aufgabe, mechanische Energie zu speichern.
Baueinheit F1 ist ein Vorratsbehälter mit zwei Anschlüssen A10 und A11. Behälter F1 ist vollständig isoliert. Er hat die Aufgabe, die Zylinder W, W1, W2 und Z mit Flüssigkeit oder Gas zu speisen.
Baueinheit M besteht aus zwei Zylindern mit jeweils zwei Anschlüssen (V21–V24). Diese Ventile sind elektronisch gesteuert und vergleichbar mit Ein- und Auslassventilen eines Fahrzeugmotors. Diese zwei Zylinder sind durch eine Kurbelwelle KU1 miteinander verbunden, auf der ein Zahnrad N befestigt ist.
Baueinheit D ist ein Kolbenzylinder mit zwei Anschlüssen V19 und V20, die ebenfalls elektronisch gesteuert sind. Der Zylinder D ist an die Kurbelwelle KU2 angeschlossen, auf der ein Zahnrad N2 befestigt ist.
Baueinheit G ist ein Kolbenzylinder mit zwei Anschlüssen V17 und V18, die ebenfalls elektronisch gesteuert sind. Der Kolbenzylinder G ist an die Kurbelwelle KU3 angeschlossen, auf der ein Zahnrad N3 befestigt ist.
Die Baueinheit WEL ist eine Welle, auf der drei Zahnräder (N4–N6) und fünf Kupplungen (0–5) angeordnet sind. Zahnrad N1 ist über einen Zahnriemen mit N6, Zahnrad N2 über einen Zahnriemen mit N5 und Zahnrad N3 über einen Zahnriemen mit N4 verbunden.
Die Baueinheit H besitzt zwei Kolben KO (Doppelkolben), die mit einer Kolbenstange ST verbunden sind. Dadurch entstehen zwei Kolbenräume. Die Trennwand der Kolbenräume ist isoliert. Diese Isolierung IS darf keine Wärme leiten. Die Kolbenstange ST muss aus nicht wärmeleitendem Material bestehen. Die Baueinheit H besitzt zwei Ventile V7 und V8. Baueinheit T entspricht Baueinheit H (anstatt Ventilen V7 und V8 sind bei Baueinheit T Ventile V5 und V6 vorhanden).
Beschreibung des Arbeitsablaufes 1 der Anlage (Inbetriebnahme):
Zur Inbetriebnahme der Anlage (und damit zu deren Aufheizung) sind alle Ventile geschlossen. Die Anfangstemperatur beträgt z. B. 15°. Die Kammer 1K des Zylinders Z ist mit Flüssigkeit, z. B. Öl gefüllt. Zylinder H mit Kammer 3K und Zylinder T mit Kammer 4K sind mit Gas gefüllt, das vom Zylinder F2 stammt. Die Ventile V1, V4, V10 und V11 öffnen, die Kupplungen 0 und 3 sind eingekuppelt, die Kupplungen 1, 2 und 4 sind ausgekuppelt. Die Baueinheit M treibt den Generator E an. Diese Baueinheit ist in der Lage, mechanische Arbeit vergleichbar einem Viertakt-Motor zu verrichten, z. B. Treibstoff zu verbrennen oder Arbeit (ohne Treibstoff) im Sinne eines Kompressors zu verrichten, nämlich Luft zu verdichten und hohen Druck zu erzeugen, was zu einem sehr hohen Temperaturanstieg führen kann (z. B. von 20° auf 900°C).
Baueinheit M startet mit Treibstoff. Die Ventile V22 und V24 sind durch eine Leitung ANS miteinander verbunden. Der Kolbenzylinder von M kann von der Baueinheit WT über den Eingang LUF Luft ansaugen. Die Abgase strömen durch die Ventile V21, V23 in die Leitungsanschlüsse A1 zum Wärmetauscher LT und über den Auspuff ASP ins Freie. Der Motor M läuft und erzeugt Strom über den Generator E. Durch den Wärmetauscher LT wird der Speicher LB aufgeheizt. Der Behälter LW nimmt die Wärme auf. Die erwärmte Flüssigkeit oder das erwärmte Gas wird von LW über die Anschlüsse A8 und A9 zum Behälter R mit den Ventilanschlüssen V27 und V28 gepumpt (Pumpe P3). Im Wärmespeicher WS steigt die Temperatur an. Es erfolgt ein Wärmeaustausch von Behälter R (7), aus den Vorrichtungen P und Behälter C. Die Ventile V0, V0 und die Ventile des Wärmespeichers B (14) aus B19, nämlich V48, V48, V48 öffnen. Die Pumpe P1 wird angeschaltet. B19 wird auf 20° aufgeheizt. Anschließend werden die Ventile V48, V48 an B19 geschlossen. Die Ventile von B18, nämlich V47, V47, V47 öffnen, bis B18 auf 25° aufgeheizt ist. Die Ventile V47, V47, V47 von B18 schließen usw. Dabei erhöht sich die Temperatur in Bx jeweils um weitere Temperaturstufen von z. B. 5°C (siehe Tabelle 1 der 10). Wenn B1 die Temperatur von 110° erreicht hat, schaltet die Pumpe P1 ab und die Ventile V29, V29, V29 werden geschlossen. Auf diese Weise wird die Ausdehnungs-einheit P mit ihren Behältern C und R auf 120° aufgeheizt. Dann wird die Pumpe P3 ausgeschaltet. Die Ventile V27 und V28 schließen. Der Antrieb M wird abgeschaltet. Die Kupplung 2 wird eingelegt und die Kupplung 3 entkuppelt. Die Ausdehnungseinheit P ist voll ausgefahren. Dadurch fährt der Zylinder Z auf die Nullposition der Kammer (1K geht in die vordere Endlage 0). Durch Vorschieben des Zylinders Z wird Druck erzeugt. Der Druck setzt sich über Leitungen in die Baueinheit J1 der Zylinder W1 und W2 fort. Die Zylinder heben ein Gewicht L an. Gleichzeitig wird im Bauteil J1 der Zylinder W mit Flüssigkeit aus dem Behälter F1 und die Kammer 2K des Zylinders Z durch Ventil V1 mit Flüssigkeit aus dem Behälter F1 befüllt. Die Ventile V1 und V4 werden geschlossen. Die Ventile des Zylinders Z, nämlich V2 und V4 werden geöffnet. Die Zylinder H und T sind in ihrer oberen Endlage, wobei das Volumen größer ist als von D. Durch diesen Druck des Gases in H und T ist die Temperatur stark angestiegen. Anschließend werden die Ventile V6 und V8 geöffnet. Ventil V19 des Zylinders D wird geöffnet, der Zylinder D fährt dadurch in die untere Endlage mit der Folge, dass die Kurbelwelle KU2 sich dreht. Ventil V18 wird geschlossen und V20 geöffnet. Dadurch geht der Kolben des Zylinders D in die obere Endlage. Das heiße Gas wird durch die Wärmetauscher WPS und WSS geleitet. Das abgekühlte Gas strömt in den Zylinder von F2. Ventil V20 wird geschlossen. Der Ablauf wiederholt sich, bis die Kammern 3K und 4K leer sind. Der Zylinder von F2 nimmt seine obere Endlage ein. Jetzt schließen die Ventile H und T, nämlich V6, V8, und V7, V5 öffnen. Die Kupplung 2 wird entkuppelt. Die Ventile V19, V20 schließen. Die Baueinheit D kommt zum Stillstand.
Die Ausdehnungseinheit P und ihre Behälter C und R sind auf 120° erwärmt. Sie müssen wieder auf 20° reduziert werden, und dies geschieht durch Mischen der Temperatur in den Teilwärmespeichern B1–B19, wie Tabelle 1 der 10 zeigt.
Arbeitsablauf 2 (Abkühlen – Reduzieren der Temperatur von 120°C auf 20°C)
Die Ventile V0, V0 der Ausdehnungseinheit P werden geöffnet, ebenso die Ventile von B1, nämlich V29, V29, V29. Die Pumpe 1 läuft an. Die Temperatur der Ausdehnungseinheit P (120°) wird mit der Temperatur von B1, die 110°C beträgt, gemischt. Dadurch ergibt sich in B1 und in der Ausdehnungseinheit P eine Temperatur von 115°C. Dann werden die Ventile von B1, nämlich V29, V29, V29 geschlossen und die Ventile von B2, nämlich V30, V30, V30 geöffnet. Die Temperatur des Behälters B2, die 105° beträgt, wird mit der Temperatur der Ausdehnungseinheit P von 115° gemischt. Dadurch ergibt sich in B2 und in P eine Temperatur von 110°. Die Ventile von B2, nämlich V30, V30, V30 werden geschlossen und die Ventile von B3, nämlich V31, V31, V31 geöffnet. Die Temperatur von B3 von 100° wird mit der Temperatur der Ausdehnungseinheit P von 110° gemischt. Dadurch ergibt sich in B3 und in P eine Temperatur von 105°C. Anschließend werden die Ventile von B3, nämlich V31, V31, V31 geschlossen. Dieser Vorgang wird fortlaufend bis B19 wiederholt. Dann haben die Ausdehnungseinheit P und B19 eine Temperatur von 25°C erreicht. Die Ventile V0, V0 der Ausdehnungseinheit P und von B19, nämlich V48, V48, V48 werden geschlossen. Dadurch schaltet die Pumpe P1 ab. Die Ventile der Ausdehnungseinheit P, nämlich V51, V52 werden geöffnet und die Pumpe P2 wird eingeschaltet. Dadurch wird das Fluid durch eine Leitung in den Wärmetauscher ABK gefördert und die Temperatur des Fluids der Ausdehnungseinheit P in den Behältern C und R auf 20° reduziert. Dann werden die Ventile V51, V52 der Ausdehnungseinheit P in den Behältern C und R geschlossen. Gleichzeitig kehren die Kolben der Zylinder H und T in ihre Ausgangsposition zurück. Dies geschieht durch Füllen mit Gas aus dem Zylinder F2 über die Ventile V5, V7. Je näher die Kolben 3K, 4K der Ausgangsposition kommen, umso mehr Gas strömt in die Zylinder H und T. Dieses Gas stammt vom Kolben des Zylinders F2. Danach werden die Ventile V7, V8, V5 und V6 geschlossen und die Ventile V49, V50 des Behälters B19 geöffnet. Dadurch kann mit Hilfe der Pumpe P2 (die noch läuft) und des Wärmetauschers ABK Wärme getauscht werden. Dies führt dazu, dass die Temperatur in B19 von 25° auf 20°C sinkt. Anschließend werden die Ventile V49 und V50 geschlossen und die Pumpe P2 wird abgeschaltet (Tabelle 2, 11).
Durch Abkühlen der Ausdehnungseinheit P wird mechanische Arbeit geleistet, indem der Kolben des Zylinders Z in die hintere Endlage der Kammer 2K, Stellung 0, bewegt worden ist. Gleichzeitig wird die Kammer 1K des Zylinders Z mit Flüssigkeit aus dem Behälter F1 gefüllt. Die Ventile des Kolbenzylinders Z, nämlich V2 und V3 werden geschlossen und die Ventile V4, V1 geöffnet. Die Temperatur jedes einzelnen Wärmespeichers B und der Ausdehnungseinheit P ergibt sich aus der 11, Tabelle 2 und der 13, Tabelle 4.
Arbeitsablauf 3 (Erhöhung der Temperatur der Einheit P von 20° auf 120°)
Am Ende der Abkühlperiode muss die Temperatur der Ausdehnungseinheit P mit ihren Behältern C und R von 20° auf 120°C erhöht werden. Dabei wird die Temperatur der Ausdehnungseinheit P mit der eines jeden Teilwärmespeichers B18 bis B1 gemischt. Dies geschieht in der Weise, dass mit dem Behälter B18 begonnen wird. Dabei werden die Ventile V0, V0 der Ausdehnungseinheit P geöffnet. Gleichzeitig öffnen die Ventile V47, V47, V47 des Behälters B18 und die Pumpe P1 läuft an. Dadurch werden die entsprechenden beiden Temperaturen gemischt, d. h. die Temperatur der Ausdehnungseinheit P von 20° wird mit der Temperatur von B18 von 30° gemischt und es stellt sich in B18 und in P eine Temperatur von 25°C ein. Anschließend werden die Ventile V47, V47, V47 geschlossen und die Ventile von B17, nämlich V46, V46, V46 geöffnet. Dann wird die Temperatur der Ausdehnungseinheit P von 25°C mit der Temperatur von B17 von 35° gemischt. Dadurch ergibt sich in der Ausdehnungseinheit P und in B17 ein Temperaturwert von 30°. Nun werden in B17 die Ventile V46, V46, V46 geschlossen. Dann öffnen die Ventile V45, V45, V45 von B16 und die Mischung verläuft wie vorstehend beschrieben. Dieser Mischvorgang der Temperaturen zwischen Ausdehnungseinheit P und den einzelnen Teilwärmespeichern von B läuft so lange ab, bis B1 erreicht ist. Dann haben Ausdehnungseinheit P und B1 eine Temperatur von 110°C erreicht, wie 12 Tabelle 3 angibt.
Danach schließen die Ventile V29, V29, V29 von B1 und die Ventile V0, V0 der Ausdehnungseinheit P. Die Pumpe 1 schaltet ab. Da die Einheit P jedoch eine Temperatur von 120° benötigt, muss die Tempertur um 10° erhöht werden. Dies geschieht dadurch, dass die Ventile V27, V28 der Ausdehnungseinheit P geöffnet werden. Anschließend läuft die Pumpe P3 an und damit wird Wärme aus dem Speicher WS gepumpt, bis die Ausdehnungseinheit P die Temperatur von 120° erreicht hat. Dies wird über einen Wärmefühler gesteuert. Danach schließen die Ventile V27, V28 und die Pumpe P3 schaltet ab. Durch Erwärmen der Ausdehnungseinheit P mit ihren Behältern C und R wird mechanische Arbeit geleistet, d. h. der Kolben des Zylinders Z fährt in die vordere Endlage der Kammer 1K mit Stellung 0. Durch das Vorschieben des Kolbens des Zylinders Z wird Druck erzeugt, der bewirkt, dass in der Baueinheit J1 das Gewicht L angehoben wird. Gleichzeitig wird die Kammer 2K des Zylinders Z mit Flüssigkeit aus dem Behälter F1 gefüllt. Dann werden die Ventile V1, V4 geschlossen und die Ventile V2, V3 geöffnet. Aufgrund der Erwärmung fahren die Zylinder H und T in die vordere Endlage bzw. werden hochgefahren und erzeugen in 3K und 4K einen hohen Druck. Dieser Druck bewirkt, dass das Gas in den Kammern 3K und 4K komprimiert wird. Dadurch steigt die Temperatur des Gases stark an. Dieses Gas wird nun in den Zylinder D transportiert, indem die Ventile V6, V8 der Zylinder H und T geöffnet werden. Gleichzeitig wird das Ventil V19 des Zylinders D geöffnet und die Kupplung 2 eingelegt. Der Zylinder D fährt aus und die Kurbelwelle 2 wird angetrieben. Hat der Zylinder seine Endlage erreicht, wird das Ventil V19 geschlossen und das Ventil 20 des Zylinders geöffnet. Durch Öffnen des Ventils fährt der Kolben des Zylinders wieder zurück und das heiße Gas wird in den Wärmetauscher WPS geleitet, durchströmt den Wärmetauscher WPS und gelangt in den Wärmetauscher WSS, wobei das Gas abkühlt. Von dort wird das Gas in den Zylinder F2 geleitet.
Der gesamte Vorgang wird anschließend in der vorbeschriebenen Weise wiederholt, solange bis der Druck in der Kammer 3K und 4K des Zylinders H und T mit dem Druck im Zylinder F2 übereinstimmt, d. h. gleich groß ist. Ist der Druck gleich, schließen die Ventile V6 und V8, die Ventile V7 und V5 der Zylinder H und T werden geöffnet und die Kupplung 2 wird ausgekuppelt.
Die Ventile V10, V11 der Baueinheit J1 werden geschlossen, die Ventile V9, V16 der Baueinheit J2 geöffnet. Aufgrund der folgenden Arbeitsabläufe wird die mechanische Arbeit von der Ausdehnvorrichtung P in der Baueinheit J2 gespeichert.
Der Kolben des Zylinders G befindet sich in der oberen Endlage. Das Ventil V18 der Baueinheit G ist mit den Baueinheiten J1 und J2 durch die Ventile V12, V13, V14, V15 verbunden. Jetzt kann die mechanische Energie der Baueinheit J1 Arbeit leisten. An der unteren Kolben- und Zylinderfläche W, W1, W2 ist die hoch verdichtete Flüssigkeit durch die an der Kolbenstange befestigten Träger mit der Last L wirksam. Das Ventil V17 der Baueinheit G ist mit dem Anschluss A11 des Vorratsbehälters F1 verbunden. Der Kolben des Zylinders G kann nunmehr die von J1 oder J2 gelieferte mechanische Energie in Bewegungsenergie umsetzen.
Ventil V17 des Kolbenzylinders G wird geschlossen, Ventil V18 wird geöffnet. Die Ventile V12 und V13 der Baueinheit J1 werden geöffnet. Nun wird der Kolben der Baueinheit G nach unten gedrückt. Hat er die untere Endlage erreicht, wird Ventil V18 geschlossen und Ventil V17 geöffnet. Durch eine Schwungscheibe wird der Kolben wieder in die obere Endlage gedrückt, und die Flüssigkeit wird in den Vorratsbehälter F1 transportiert. Das Ventil wird wieder geschlossen und Ventil V18 geöffnet. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis der Vorrat der Baueinheiten J1 oder J2 erschöpft ist. Die erzeugte Bewegung der Baueinheiten G, D und M kann durch Kupplungen beliebig miteinander verbunden werden. Zum Beispiel sind die Kupplungen 1, 3 eingekuppelt, während die Kupplungen 0, 2 und 4 ausgekuppelt sind. Dies bedeutet, dass in der Baueinheit M Luft hoch verdichtet werden kann, wodurch Wärme erzeugt wird. Die Baueinheit M kann ohne Treibstoff entsprechend einem Viertakt-Motor arbeiten (Ansaugen, Verdichten, dritter Takt entfällt, Ausstoßen). Das Ansaugen der Luft erfolgt stets durch die Ventile V22, V24 des Behälters WT. Das Ausstoßen der heißen Luft erfolgt durch die Ventile V21, V23 des Wärmetauschers LT. Von dort gelangt sie in den Wärmetauscher ASP und strömt durch einen Auspuff ins Freie. Der Wärmetauscher LT nimmt dabei den größten Teil der Wärme auf. Die restliche Wärme, die sich noch im Wärmetauscher ASP befindet, wird durch Ansaugen der Warmluft von WT wieder in die Kolben geleitet.

Claims

Verfahren zur Speicherung und Rückgewinnung von einer einer Wärmespeichereinrichtung (B) zugeführten Wärmeenergie, wobei die Wärmespeichereinrichtung (B) zumindest eine Ausdehnungseinheit (P) gemäß Patent 10 2004 007 605 und erste bis N-te Teilwärmespeicher (B1–B19) aufweist, dadurch gekennzeichnet, (a) dass die zumindest eine Ausdehnungseinheit (P) auf eine vorbestimmte Starttemperatur aufgeheizt wird, (b) dass die ersten bis N-ten Teilwärmespeicher (B1–B19) auf jeweils eine vorbestimmte erste bis N-te Speichertemperatur (nach Tabelle 1, 10) aufgeheizt werden, wobei die erste bis N-te Speichertemperatur (nach Tabelle 1, 10) vom ersten bis zum N-ten Teilwärmespeicher (B1–B19) stufenweise abnehmen, (c) dass die ersten bis N-ten Teilwärmespeicher (B1–B19) beginnend mit dem ersten Teilwärmespeicher (B1) nacheinander mit der zumindest einen Ausdehnungseinheit (P) in Wärmeaustauschbeziehung gebracht werden und jeweils nach Erreichen einer resultierenden ersten bis N-ten Ausgleichstemperatur (nach Tabelle 2, 11) des jeweiligen ersten bis N-ten Teilwärmespeichers (B1–B19) wieder getrennt werden, wodurch die Starttemperatur der zumindest einen Ausdehnungseinheit (P) stufenweise auf eine der N-ten Ausgleichstemperatur entsprechende Temperatur reduziert wird, (d) dass die der N-ten Ausgleichstemperatur entsprechende Temperatur der zumindest einen Ausdehnungseinheit (P) auf eine vorgegebene Endtemperatur abgekühlt wird, (e) dass der die N-te Ausgleichstemperatur aufweisende N-te Teilwärmespeicher (B19) auf den vorbestimmten N-ten Speichertemperaturwert abgekühlt wird, (f) dass in umgekehrter Reihenfolge, beginnend mit dem N-1-ten Teilwärmespeicher (B18) die ersten bis N-1-ten Teilwärmespeicher (B1–B18) nacheinander mit der zumindest einen die Endtemperatur aufweisenden Ausdehnungseinheit (P) in Wärmeaustauschbeziehung gebracht werden und jeweils nach Erreichen einer resultierenden ersten bis N-1-ten weiteren Ausgleichstemperatur (nach Tabelle 4, 13) des jeweiligen ersten bis N-1-ten Teilwärmespeichers (B1–B18) wieder getrennt werden, wodurch die Endtemperatur der zumindest einen Ausdehnungseinheit (P) stufenweise auf eine der ersten Ausgleichstemperatur entsprechende Temperatur erhöht wird, (g) dass die zumindest eine Ausdehnungseinheit (P) von der ersten Ausgleichstemperatur auf die vorgegebene Starttemperatur aufgeheizt wird und (h) die vorstehenden Schritte (c)–(g) kontinuierlich und fortlaufend wiederholt werden.
Verfahren zur Speicherung und Rückgewinnung von einer einer Wärmespeichereinrichtung (B) zugeführten Wärmeenergie, wobei die Wärmespeichereinrichtung (B) zumindest eine Ausdehnungseinheit (P) gemäß Patent 10 2004 007 605 und erste bis N-te Teilwärmespeicher (B1–B19) aufweist, dadurch gekennzeichnet, (a) dass die zumindest eine Ausdehnungseinheit (P) auf eine vorbestimmte Starttemperatur aufgeheizt wird, (b) dass die ersten bis N-ten Teilwärmespeicher (B1–B19) auf jeweils eine vorbestimmte erste bis N-te Speichertemperatur (nach Tabelle 1, 10) aufgeheizt werden, wobei die erste bis N-te Speichertemperatur (nach Tabelle 1, 10) vom ersten bis zum N-ten Teilwärmespeicher (B1–B19) stufenweise zunehmen, (c) dass die ersten bis N-ten Teilwärmespeicher (B1–B19) beginnend mit dem ersten Teilwärmespeicher (B1) nacheinander mit der zumindest einen Ausdehnungseinheit (P) in Wärmeaustauschbeziehung gebracht werden und jeweils nach Erreichen einer resultierenden ersten bis N-ten Ausgleichstemperatur (nach Tabelle 2, 11) des jeweiligen ersten bis N-ten Teilwärmespeichers (B1–B19) wieder getrennt werden, wodurch die Starttemperatur der zumindest einen Ausdehnungseinheit (P) stufenweise auf eine der N-ten Ausgleichstemperatur entsprechende Temperatur erhöht wird, (d) dass die der N-ten Ausgleichstemperatur entsprechende Temperatur der zumindest einen Ausdehnungseinheit (P) auf eine vorgegebene Endtemperatur aufgeheizt wird, (e) dass der die N-te Ausgleichstemperatur aufweisende N-te Teilwärmespeicher (B19) auf den vorbestimmten N-ten Speichertemperaturwert erhöht wird, (f) dass in umgekehrter Reihenfolge, beginnend mit dem N-1-ten Teilwärmespeicher (B18) die ersten bis N-1-ten Teilwärmespeicher (B1–B18) nacheinander mit der zumindest einen die Endtemperatur aufweisenden Ausdehnungseinheit (P) in Wärmeaustauschbeziehung gebracht werden und jeweils nach Erreichen einer resultierenden ersten bis N-1-ten weiteren Ausgleichstemperatur (nach Tabelle 4, 13) des jeweiligen ersten bis N-1-ten Teilwärmespeichers (B1–B18) wieder getrennt werden, wodurch die Endtemperatur der zumindest einen Ausdehnungseinheit (P) stufenweise auf eine der ersten Ausgleichstemperatur entsprechende Temperatur reduziert wird, (g) dass die zumindest eine Ausdehnungseinheit (P) von der ersten Ausgleichstemperatur auf die vorgegebene Starttemperatur abgekühlt wird und (h) die vorstehenden Schritte (c)–(g) kontinuierlich und fortlaufend wiederholt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufheizen der zumindest einen Ausdehneinheit (P) auf die vorbestimmte Starttemperatur und/oder zum Aufheizen der ersten bis N-ten Teilwärmespeicher (B1–B19) auf die erste bis N-te Speichertemperatur von einer Wärmespeichereinheit (WS) Wärmenergie zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufheizen der zumindest einen Ausdehnungseinheit (P) von der ersten Ausgleichstemperatur auf die vorgegebene Starttemperatur von einer Wärmespeichereinheit (WS) Wärmenergie zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abkühlen der zumindest einen Ausdehnungseinheit (P) von der ersten Ausgleichstemperatur auf die vorgegebene Starttemperatur an eine Wärmetauschereinheit (WT) Wärmenergie abgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abkühlen der die N-te Ausgleichstemperatur aufweisenden Ausdehnungseinheit (P) auf eine vorgegebene Endtemperatur und/oder zum Abkühlen des die N-te Ausgleichstemperatur aufweisenden N-ten Teilwärmespeichers (B19) auf die vorbestimmte N-te Speichertemperatur an eine Wärmetauschereinheit (WT) Wärmeenergie abgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Wärmeaustauschvorgang jedem ersten bis N-ten Teilwärmespeicher (B1–B19) zunächst jeweils dieselbe Wärmeenergie zugeführt und anschließend jedem ersten bis N-ten Teilwärmespeicher (B1–B19) jeweils dieselbe Wärmeenergie wiederum entzogen wird, wobei die ersten bis N-ten Teilwärmespeicher (B1–B19) zur Aufnahme und Abgabe jeweils derselben Wärmeenergie ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch das stufenweise Abkühlen und/oder Aufheizen durch die zumindest eine Ausdehnungseinheit (P) mechanische Energie erzeugt wird, welche in zumindest einer mechanische Energiespeicheranordnung (J1, J2) gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in der zumindest einen mechanischen Energiespeicheranordnung (J1, J2) gespeicherte mechanische Energie mittels einer Verdichteranordnung (G, D, M) in Wärmeenergie umgewandelt wird, welche der Wärmespeichereinheit (WS) und anschließend der Wärmetauschereinheit (WT) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Energie über zumindest einen in der Ausdehnungseinheit (P) vorgesehenen Ausdehnungskörper (12, 13, 14, 15) erzeugt wird, der sich bedingt durch das stufenweise Abkühlen und Aufheizen der Ausdehnungseinheit (P) schrittweise ausdehnt bzw. zusammenzieht.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Energie über einen mit einem freien Ende des Ausdehnungskörpers (12, 13, 14, 15) verbundenen, doppelt wirkenden Kolbenzylinder (Z) mit Doppelkammer (2K, 1K) erfasst und dessen Kolbenbewegungen ventilgesteuert über einen Fluidbehälter (F1) und Fluidleitungen auf die zumindest eine mechanische Energiespeicheranordnung (J1, J2) übertragen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Wärmeaustausch zwischen der zumindest einen Ausdehnungseinheit (P) und jeweils dem ersten bis N-ten Teilwärmespeicher (B1–B19) die Ausdehnungseinheit (P) in einem nach außen vollständig isolierten ersten Doppelbehälter (R, C) angeordnet wird und der erste bis N-te Teilwärmespeicher (B1–B19) jeweils als nach außen vollständig isolierte Doppelbehälter (N, B0, B01) ausgebildet werden, wobei der die Ausdehnungseinheit (P) aufnehmende Doppelbehälter (R, C) einen inneren Behälter (R) und einen äußeren Behälter (C) und der erste bis N-te Teilwärmespeicher (B1–B19) jeweils einen inneren Behälter (B0) und einen äußeren Behälter (B01) aufweist, die jeweils mit einem Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit oder einem Gas gefüllt sind.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der die Ausdehnungseinheit (P) umgebende innere Behälter (R) mit einem Fluid hoher Wärmeleitfähigkeit und der die Ausdehnungseinheit (P) umgebende äußere Behälter (C) mit einem Fluid hoher Wärmekapazität gefüllt werden, wobei der innere Behälter (R) und der äußere Behälter (C) gegenseitig isoliert sind.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Behälter (B0) eines Teilwärmespeichers (B1–B19) mit einem Fluid hoher Wärmekapazität und der äußere Behälter (B01) eines Teilwärmespeichers (B1–B19) mit einem Fluid hoher Wärmeleitfähigkeit gefüllt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum Wärmeaustausch jeweils der die Ausdehnungseinheit (P) umgebende inne re Behälter (R) mit jeweils dem äußeren Behälter (B01) des ersten bis N-ten Teilwärmespeichers (B1–B19) und der die Ausdehnungseinheit (P) umgebende äußere Behälter (R) mit jeweils dem inneren Behälter (B01) des ersten bis N-ten Teilwärmespeichers (B1–B19) über ein Ventilsystem (V0, V) verbunden werden, wobei der innere Behälter (R) und der äußere Behälter (C) gegenseitig isoliert sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die nach außen vollständig isolierte Wärmespeichereinheit (WS) mittels zwei in einem Behälter (LB) angeordnete Wärmetauscher (LT, WPS) realisiert wird, wobei der Behälter (LB) mit einem Fluid hoher Wärmespeicherkapazität gefüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschereinheit (WT) in einem vollständig isolierten Behälter (LB) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschereinheit (WT) mittels vier Wärmetauscher (ASP, WSS, ABK, WPK) realisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschereinheit (WT) der Wärmespeichereinheit (WS) nachgeschaltet wird, wobei ein Großteil der rückgewonnenen Wärmeenergie in der Wärmespeichereinheit (WS) gespeichert wird und die verbleibende Restwärmeenergie zumindest teilweise mittels der Wärmetauschereinheit (WT) rückgewonnen bzw. in dieser gespeichert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich mechanische Energie dadurch erzeugt wird, dass der innere Behälter (R) mit einem Kolbenzylinder (T) und der äußere Behälter (C) mit einem weiteren Kolbenzylinder (H) verbunden werden, und hierdurch die temperaturbe dingte Volumenänderung des zumindest einen in der Ausdehnungseinheit (P) vorgesehenen Ausdehnungskörpers (12, 13, 14, 15) und/oder die temperaturbedingte Volumenausdehnung des im inneren und/oder äußeren Behälter (R, C) geführten Fluids in mechanische Energie umgewandelt wird und die Kolbenzylinder (T, H) gegenläufig betrieben werden.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der an den inneren und äußeren Behälter (C, R) angeschlossene Kolbenzylinder (H, T) das im Kolben befindliche Fluid unter Druck erhitzt wird, dass mittels dem erhitzen unter Druck stehenden Fluid in der Verdichteranordnung (D) eine mechanische Kraft erzeugt wird, wobei die Wärmeenergie des Fluids mittels zumindest einem in der Wärmespeichereinheit (WS) vorgesehenen Wärmetauscher (LT, WPS) rückgewonnen wird sowie das im Rahmen der Rückgewinnung abgekühlte Fluid einem Kolbenzylinder (F2) mit einem variablen Kolbenvolumen zugeführt wird, welcher mit den an den inneren und äußeren Behälter (C, R) angeschlossenen Kolbenzylindern (H, T) verbindbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeichereinheit (WS) über zumindest einen der Wärmetauscher (LT, WPS) die im aufgeheizten Fluid enthaltende Wärmeenergie aufnimmt und speichert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass mittels zumindest einer in der Verdichteranordnung (G, D, M) vorgesehenen Kolben-Zylindereinheit (D), welche mit den zwei Kolbenzylindern (H, T) und der Wärmespeichereinheit (WS) verbunden wird, die im erhitzten Fluid enthaltene mechanische Energie in elektrische Energie und/oder Wärmeenergie umgewandelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der aufgrund der stufenweisen Abgabe von Wärmeenergie der zumindest einen Ausdehnungseinheit (P) an die Teilwärmespeicher (B1–B19) ent stehende Volumenausdehnung des im äußeren Behälter (C) geführten Fluids im angeschlossenen Kolbenzylindern (H) ein Druck aufgebaut und eine hohe Temperatur erzeugt wird und der aufgebaute Druck der in der Verdichteranordnung (G, D, M) vorgesehenen Kolben-Zylindereinheit (D) zur Umwandlung in mechanische Energie zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der aufgrund der stufenweisen Aufnahme von Wärmeenergie der zumindest einen Ausdehnungseinheit (P) von den Teilwärmespeichern (B1–B18) entstehende Volumenausdehnung des im inneren Behälter (R) geführten Fluids im angeschlossenen Kolbenzylindern (T) ein Druck aufgebaut und eine hohe Temperatur erzeugt wird und der aufgebaute Druck der in der Verdichteranordnung (G, D, M) vorgesehenen Kolben-Zylindereinheit (D) zur Umwandlung in mechanische Energie zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (ABK) der Wärmetauschereinheit (WT) über Leitungen (A4, A5) an die Ausdehnungseinheit (P) und an zumindest den N-ten Teilwärmespeicher (B19) angeschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass wobei die Wärmetauschereinheit (WT) eine Luftansaugung (LUF) aufweist und über einen Gasauslass (ASPUF) mit dem Freien verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilsteuersystem die Wärmezu- und abfuhr in die bzw. von den Teilwärmespeicher(n) (B1–B19) gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche abgeschlossenen Einheiten der Wärmespeichereinrichtung (B) und/oder die gesamte Wärmespeichereinrichtung (B) vollständig wärmeisoliert ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten bis N-ten Teilwärmespeicher (B1–B19) baugleich ausgebildet werden.
Anordnung zum mehrfachen Umwandeln von Wärmeenergie in mechanische Energie und vice versa, Abspeichern der mechanischen Energie und/oder Wärmeenergie, nach Patent 10 2004 007 605 , gekennzeichnet durch a) eine einen stabilen, geschlossenen, isolierten Rahmen aufweisenden Ausdehnungseinheit (P), wobei der Rahmen ein oberes horizontales Querteil und unteres horizontales Querteil aufweist, die gegenseitig isoliert sind, b) eine Anordnung von beheizten, in Kaskade geschalteten Ausdehnungskörpern, deren erster an seiner vorderen Stirnseite fest mit dem Rahmen verbunden ist, dessen hintere Stirnseite mit der hinteren Stirnseite dem nachgeschalteten, zweiten Ausdehnungskörper, die vordere Stirnseite des zweiten Ausdehnungskörpers mit der vorderen Stirnseite der (n-1)ten Ausdehnungskörpers, die hintere Stirnseite des (n-1)ten Ausdehnungskörpers mit der hinteren Stirnseite des n-ten Ausdehnungskörpers, und die vordere Stirnseite des n-ten Ausdehnungskörpers mit dem starren Rahmen fest verbunden ist, c) Hebelanordnungen mit Gelenkverbindungen, die jeweils zwei benachbarte vordere und abwechselnd hintere Stirnseiten zweier benachbarter Ausdehnungskörper mittig mit dem Rahmen verbinden, d) eine Vorrichtung zum Beheizen der oder zum Zuführen von Wärmeenergie an die Ausdehnungskörper, und e) eine mit dem letzten n-ten Ausdehnungskörpers an der vorderen Stirnseite verbundene Kraftumwandlungsvorrichtung, an die die Summe der Ausdehnungshübe der n Ausdehnungskörper direkt oder über eine Übersetzungsvorrichtung abgedichtet übertragen wird, wobei die Aufheizung der Ausdehnungskörper mit Rahmen durch ein beliebiges Heizmittel, z. B. heißes Fluid, elektrische Beheizung oder dergl., und der Energieträger in Form eines Fluids über ein Heizsystem mit Heizmittelzu- und -abführungen erfolgt, und die Ausdehnungs einheiten abwechselnd in beheiztem und abgekühltem Zustand betrieben werden.
Anordnung zum mehrfachen Umwandeln von Wärmeenergie in mechanische Energie und vice versa, Abspeichern der mechanischen Energie und/oder Wärmeenergie, nach DE-Patent 10 2004 007 605 , gekennzeichnet durch a) eine einen stabilen, geschlossenen, isolierten Rahmen aufweisenden Ausdehnungseinheit (P), wobei der Rahmen ein oberes horizontales Querteil und unteres horizontales Querteil aufweist, die gegenseitig isoliert sind, b) eine Mehrzahl von n parallel zueinander geschalteten, durch zugeführte Wärmeenergie beheizbare Ausdehnungskörper, an deren vorderen Stirnseite je eine Zylinder-/Kolbenanordnung vorgesehen ist, der Kolben die durch Erwärmung erzielte Längung des Ausdehnungskörpers aufnimmt, sowie über Hydrauliksteuerung den Kolbenhub in beiden Bewegungsrichtungen in Hydraulikdruck umwandelt und in einer Arbeitsmaschine nutzt, c) eine Vorrichtung zum Beheizen der oder zum Zuführen von Wärme an die Ausdehnungskörper, und d) eine mit der Stirnseiten des n-ten Ausdehnungskörpers verbundene Hubvorrichtung, an die die Summe der Ausdehnungshübe der in den Ausdehnungseinheiten direkt oder über eine Übersetzungsvorrichtung abgedichtet übertragen wird, wobei die Aufheizung der Ausdehnungskörper durch heißes Fluid, durch elektrische Beheizung oder dergl. erfolgt und der Energieträger in Form eines Fluids über ein Heizsystem mit Heizmittelzu- und -abführungen geführt ist.
Anordnung nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung ein Heizkessel einer Heizanlage, z. B. für ein Gebäude ist, die in herkömmlicher Weise Heizkörper einer zentralen Fluid-Heizung speist, und dass vom Heizkessel Fluid-Leitungen heiße Flüssigkeit oder heißes Gas in den unteren Eingang einer Einheit zu- und aus dem oberen Ausgang einer weiteren Einheit ab und zum Heizkessel geführt sind, um die Ausdehnungseinheiten der ersten Einheit aufzuheizen, und gleichzeitig im Gegentakt phasenversetzt abge kühltes Fluid durch die zweite Einheit geführt und in den Heizkessel zurückgeführt wird.
Anordnung nach Anspruch 31, 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass zur Optimierung der Nutzung und zum Speichern, Mischen sowie Wärmetauschen der zugeführten Wärmeenergie zumindest einer Ausdehnungseinheit (P) einer aus einer Vielzahl von Teilwärmespeichern (B1–B19) bestehenden Wärmespeichereinrichtung (B) zugeordnet ist, die durch die Wärmespeichereinheit (WS) auf in Stufen voneinander abweichende Temperaturwerte aufgeheizt sind, die nacheinander und fortlaufend mit der zumindest einen Ausdehnungseinheit (P) zur Übertragung und zum Wärmetausch zusammengeführt werden.
Anordnung nach einem der Ansprüche 31–34, gekennzeichnet durch a) einen am Energie abgebenden Ende der Ausdehnungseinheit (P) angeordneten, doppelt wirkenden Kolbenzylinder (Z) mit Doppelkammer (2K, 1K), dessen Kolbenbewegungen ventilgesteuert über einen Fluidbehälter (F1) und Fluidleitungen auf eine mechanische Energiespeicheranordnung (J1, J2) übertragen werden, die die in der Ausdehnungseinheit (P) erzeugte mechanische Energie speichert, b) zwei an die Ausdehnungseinheit (P) angeschlossene Doppelkolben-Zylinderanordnungen (H, T), die mit einem Gas-Kolbenzylinder (F2) mit variablem Volumen verbunden sind, deren Zylinder (T) über den Zylinder (F2) mit der Wärmespeichereinheit (WS) verbunden ist, c) die Wärmespeichereinheit (WS), die Wärme vom Wärmetauscher (LT, WTS) aufnimmt, das aufgeheizte Fluid einem Behälter (R) der Ausdehnungseinheit (P) zuführt, und die an die Teilwärmespeicher (B1, B19) der Wärmespeichereinrichtung (B) Wärme abgibt oder aufnimmt, d) eine Doppelkolben-Zylindereinheit (M), die an den Kolbenzylinder und eine Kurbelwelle (Ku1) sowie an die Wärmespeichereinheit (WS) angeschlossen ist, e) eine Kolben-Zylindereinheit (G), die mit der Baueinheit (J1, J2) verbunden ist, und deren Kolben die von der Baueinheit (J1, J2) gelieferte mechanische Energie in Bewegungsenergie umsetzt, und f) eine Kolben-Zylindereinheit (D), die mit der Doppelkolben-Zylinderanordnung (H, T) verbunden und an eine Wärmetauschereinheit (WT) angeschlossen ist.
Anordnung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeichereinheit (WS) zwei Wärmetauscher (LT, WPS) in einem Behälter (LB) aufweist, der mit einem Fluid hoher Temperatur und hoher Wärmespeicherkapazität gefüllt ist, und dass der Behälter (LB) in einem Behälter (LW) angeordnet, der mit einem Fluid hoher Wärmeleitfähigkeit gefüllt ist.
Anordnung nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierte Wärmespeichereinheit (WS) mit der aus vier Wärmetauschern (ASP, WSS, ABK, WPK) bestehenden Wärmetauschereinheit (WT) verbunden ist, dass ein erster Wärmetauscher (WPK) über Leitungen (A6, A7) mit einer Pumpeneinheit (K) verbunden ist, ein zweiter Wärmetauscher (ABK) über Leitungen (A4, A5) an die Ausdehnungseinheit (P) und den Teilwärmespeicher (B19) angeschlossen ist, ein dritter Wärmetauscher (ASP) mit dem Gasauslass (ASPUF) ins Freie verbunden ist, und ein vierter Wärmetauscher (WSS) über eine Leitung (A19) mit der Baueinheit (F2) verbunden ist sowie von der Zylindereinheit (D) über den Wärmetauscher (WPS) der Wärmespeichereinheit (WS) heißes Fluid aufnimmt, das nach Abkühlung im vierten Wärmetauscher (WSS) der Baueinheit (F2) zugeführt wird, wobei das Ansaugen der Luft über die Wärmetauschereinheit (WT) sowie das Auslassen der heißen Luft über einen der Wärmetauscher (LT) der Wärmespeichereinheit (WS) erfolgt, der Wärmetauscher (LT) den größten Teil der Wärmeenergie abgibt und der Wärmespeichereinheit (WS) den größten Teil der Wärmeenergie zuführt und die Restwärmeenergie in der Wärmetauschereinheit (WT) zumindest teilweise zurückgewonnen wird, und wobei die hierzu benötigte Energie von der mechanischen Energiespeicheranordnung (J1, J2) oder von den Doppelkolben-Zylinderanordnungen (H, T) geliefert wird.
Anordnung nach einem der Ansprüche 35–37, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnungseinheit (P) in einem Doppelbehälter (R, C) angeordnet ist, der nach außen vollständig isoliert ist, dass der innere Behälter (R) mit einem Fluid hoher Wärmekapazität und der äußere Behälter (C) mit einem Fluid hoher Wärmeleitfähigkeit gefüllt ist, daß der innere Behälter (R) mit dem Kolbenzylinder (T) und der äußere Behälter (C) mit dem Kolbenzylinder (H) verbunden ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 35–38, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilsteuersystem zur Steuerung der Zu- und Abfuhr von Wärmeenergie in die und aus den Teilwärmespeichern (B1–B19) der Wärmespeicheranordnung (B) vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 34–39, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Ausdehnungseinheit (P) und/oder die Teilwärmespeicher (B1–B19) beweglich angeordnet sind, wobei diese unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 31–40, dadurch gekennzeichnet, dass alle in sich abgeschlossenen Einheiten wärmeisoliert ausgebildet sind.