[go: up one dir, main page]

DE102008060598A1 - Apparatus and method for compressing or compressing a gas - Google Patents

Apparatus and method for compressing or compressing a gas Download PDF

Info

Publication number
DE102008060598A1
DE102008060598A1 DE200810060598 DE102008060598A DE102008060598A1 DE 102008060598 A1 DE102008060598 A1 DE 102008060598A1 DE 200810060598 DE200810060598 DE 200810060598 DE 102008060598 A DE102008060598 A DE 102008060598A DE 102008060598 A1 DE102008060598 A1 DE 102008060598A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
adiabatic cylinder
cylinder
gaseous working
working fluid
adiabatic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE200810060598
Other languages
German (de)
Inventor
Andreas Guderat
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
THERMEA ENERGIESYSTEME GmbH
Original Assignee
THERMEA ENERGIESYSTEME GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by THERMEA ENERGIESYSTEME GmbH filed Critical THERMEA ENERGIESYSTEME GmbH
Priority to DE200810060598 priority Critical patent/DE102008060598A1/en
Priority to PCT/EP2009/066385 priority patent/WO2010063817A2/en
Publication of DE102008060598A1 publication Critical patent/DE102008060598A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/0005Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00 adaptations of pistons
    • F04B39/0011Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00 adaptations of pistons liquid pistons
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B45/00Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids
    • F04B45/02Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having bellows
    • F04B45/033Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having bellows having fluid drive
    • F04B45/0336Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having bellows having fluid drive the actuating fluid being controlled by one or more valves

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verdichtung oder Entspannung eines gasförmigen Arbeitsmittels mittels einer Hydraulikflüssigkeit, umfassend einen ersten adiabaten Zylinder (8, 108) und einen zweiten adiabaten Zylinder (7, 107), der mit dem ersten Zylinder (8, 108) über eine Einrichtung zur Zufuhr (11) oder Abfuhr (111) von Energie hydraulisch verbunden ist, wobei (a) sich in einem ersten Zustand das gasförmige Arbeitsmittel in dem ersten adiabaten Zylinder (8, 108) befindet und sich die Hydraulikflüssigkeit in dem zweiten adiabaten Zylinder (7, 107) befindet; (b) in einem ersten Schritt die Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten adiabaten Zylinder (7, 107) in den ersten adiabaten Zylinder (8, 108) geführt wird, wobei die Hydraulikflüssigkeit die Einrichtung zur Zufuhr (11) oder Abfuhr (111) von Energie passiert; (c) sich in einem zweiten Zustand das gasförmige Arbeitsmittel in dem zweiten adiabaten Zylinder (7, 107) befindet und sich die Hydraulikflüssigkeit in dem ersten adiabaten Zylinder (8, 108) befindet; (d) in einem zweiten Schritt die Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten adiabaten Zylinder (8, 108) in den zweiten adiabaten Zylinder (7, 107) geführt wird, wobei die Hydraulikflüssigkeit die Einrichtung zur Zufuhr (11) oder Abfuhr (111) von Energie passiert; und (e) der erste Schritt (b) unter Erreichen des zweiten Zustandes und anschließend der zweite Schritt (d) unter Erreichen des ersten Zustandes wiederholt ausgeführt werden.The invention relates to a device for compressing or relaxing a gaseous working fluid by means of a hydraulic fluid, comprising a first adiabatic cylinder (8, 108) and a second adiabatic cylinder (7, 107) connected to the first cylinder (8, 108) via a device is hydraulically connected to the supply (11) or discharge (111) of energy, wherein (a) in a first state the gaseous working fluid is in the first adiabatic cylinder (8, 108) and the hydraulic fluid in the second adiabatic cylinder (7 , 107); (B) in a first step, the hydraulic fluid from the second adiabatic cylinder (7, 107) in the first adiabatic cylinder (8, 108) is guided, wherein the hydraulic fluid passes through the means for supplying (11) or discharge (111) of energy ; (c) in a second state, the gaseous working fluid is in the second adiabatic cylinder (7, 107) and the hydraulic fluid is in the first adiabatic cylinder (8, 108); (D) in a second step, the hydraulic fluid from the first adiabatic cylinder (8, 108) in the second adiabatic cylinder (7, 107) is guided, wherein the hydraulic fluid passes through the means for supplying (11) or discharge (111) of energy ; and (e) repeatedly executing the first step (b) upon reaching the second state and then the second step (d) upon reaching the first state.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verdichtung oder Kompression eines gasförmigen Arbeitsmittels. Sie betrifft ferner ein Verfahren zur Verdichtung oder Kompression eines gasförmigen Arbeitsmittels.The The invention relates to an arrangement for compression or compression a gaseous working medium. It further relates to a method of compaction or compression a gaseous working medium.

Die Kompression oder Expansion von Gasen hat in der Energiewirtschaft eine bereite Anwendung gefunden. Beispielsweise wird die Expansion von Gasen in Verfahren zur Erzeugung von elektrischer oder mechanischer Energie aus anderen Energieformen wie beispielsweise Wärmeenergie verwendet. Bei sogenannten ORC-Prozessen (OCR = Organic Rankine Cycle), wird Wärmeenergie mittels eines gasförmigen oder flüssigen Arbeitsmittels, mit Ausnahme von Wasser, in elektrische Energie umgewandelt.The Compression or expansion of gases has in the energy industry found a ready application. For example, the expansion of gases in processes for the production of electrical or mechanical Energy from other forms of energy such as heat energy used. In so-called ORC processes (OCR = Organic Rankine Cycle), becomes heat energy by means of a gaseous or liquid Working fluid, with the exception of water, into electrical energy transformed.

Die Kompression von Gasen findet hingegen in Wärmepumpen Anwendung. In den Verdichtereinheiten der Wärmepumpen werden unter anderem Arbeitsmittel mit hohen Verdichtungsenddrücken und/oder großen Druckverhältnissen eingesetzt. Derartige Arbeitsmittel sind insbesondere Kohlendioxid oder Ammoniak. Ferner wird die Kompression von Gasen in einer Verdichtereinheit zur Energiespeicherung genutzt, wie dies beispielsweise in Druckluftspeichern der Fall ist. Ein weiteres Anwendungsgebiet der Kompression von Gasen ist die isotherme Verdichtung, bei der Trennung oder Abfuhr der Kompressionswärme erforderlich ist. Überdies werden Gase komprimiert, bei denen eine Explosionsgefährdung besteht.The Compression of gases, on the other hand, is used in heat pumps. In the Compressor units of heat pumps Among other things, work equipment with high compression pressures and / or huge pressures used. Such work equipment is in particular carbon dioxide or Ammonia. Further, the compression of gases in a compressor unit used for energy storage, as for example in compressed air storage the case is. Another application of the compression of Gases is the isothermal compression, during separation or discharge the compression heat is required. moreover Gases are compressed where there is a risk of explosion.

Zur Kompression von Gasen werden im Bereich von kleinen bis mittleren Leistungen vorwiegend Roll- und Hubkolbenverdichter eingesetzt, während im Bereich von mittleren bis großen Leistungen Schrauben- oder Turbomaschinen verwendet werden.to Compression of gases are in the range of small to medium Mainly used roll and reciprocating compressors, while in the range of medium to large power screw or Turbo machines are used.

Bei der Expansion von Gasen werden – insbesondere für OCR-Prozesse – im mittleren Leistungsbereich vorwiegend Hub- oder Drehkolbenmotoren und im großen Lei stungsbereich Turbo- oder Schraubenverdichter eingesetzt. Hingegen sind im kleinen Leistungsbereich, kleiner 10 kW elektrisch, bisher keine wirtschaftlichen Anlagen gebaut worden, bei denen ein ORC-Prozeß angewendet werden konnte. Lediglich auf Basis des Stirlingmotors wurden sogenannte „Mini-Blockheizkraftwerke” gebaut.at the expansion of gases - especially for OCR processes - in the middle Performance range mainly rotary or rotary piston engines and in the large Lei stungsbereich Turbo or screw compressor used. On the other hand, are in small Power range, smaller 10 kW electrical, so far no economic Plants were built, where an ORC process could be applied. Only on the basis of the Stirling engine so-called "mini combined heat and power plants" were built.

Die zur Kompression eingesetzten Vorrichtungen weisen jedoch gewisse Nachteile auf. Bei diesen Maschinen wird aufwendig mechanisch eine Volumenverdrängung durch Kolben erreicht, wozu oftmals der Einsatz von Schmieröl notwendig ist, um zum einen die Mechanik zu schonen und zum anderen eine bessere Dichtheit zwischen Kolben und Zylinderwand zu erreichen. Dies führt zu unnötigen Energieverlusten und Umweltbelastungen und macht solche Verdichter aufwendig und kostenintensiv. Selten erreichen diese Verdichterbauarten einen isentropen Wirkungsgrad von mehr als 75%.The However, devices used for compression have certain Disadvantages. In these machines is mechanically consuming a volume displacement achieved by pistons, which often requires the use of lubricating oil is, on the one hand to protect the mechanics and on the other a better one To achieve tightness between piston and cylinder wall. This leads to unnecessary energy losses and environmental pollution and makes such compressor consuming and expensive. Rarely do these compressor designs reach one isentropic efficiency of more than 75%.

Eine Ausnahme stellen allerdings Membran- und Turboverdichter dar. Beim Membranverdichter wird eine Membran mechanisch oder hydraulisch angetrieben, welche dann die Volumenverdrängung des Gases hervorruft. Diese Verdichter benötigen kein Schmieröl zur Abdichtung und erreichen durchaus isentrope Wirkungsgrade von 90%. Bei Turboverdichtern wird das zu komprimierende Gas durch ein Schaufelrad beschleunigt und anschließend in einem Diffusor die kinetische Energie in Druck umgewandelt. Dabei kommt selten der Einsatz von Schmieröl vor. Allerdings benötigen die Schaufelräder sehr hohe Drehzahlen, um auf annehmbare Wirkungsgrade zu kommen. Ferner müssen große Volumenströme gefördert werden, was wiederum den Einsatz solcher Maschinen auf große Leistungen einschränkt.A Exceptional, however, are membrane and turbo compressors Membrane compressor becomes a membrane mechanically or hydraulically driven, which then causes the volume displacement of the gas. These compressors do not need any oil for sealing and achieve quite isentropic efficiencies of 90%. In turbocompressors, the gas to be compressed is through a Accelerated paddle wheel and then in a diffuser the kinetic energy converted into pressure. It rarely comes the Use of lubricating oil in front. However, need the paddle wheels very high speeds in order to achieve acceptable efficiencies. Furthermore, must size flow rates promoted which, in turn, makes the use of such machines great on performance limits.

Auch die zur Expansion von Gasen bisher verwendeten Vorrichtungen weisen verschiedene Nachteile auf. Die im kleinen Leistungsbereich eingesetzten Stirling-Blockheizkraftwerke haben zwar gute Wirkungsgrade, allerdings ist bei diesen Anlagen die Leistungsdichte gerade im Niedertemperaturbereich verhältnismäßig schlecht. Aus diesem Grund sind derartige Anlagen oft groß und teuer, was sich wiederum negativ auf deren Wirtschaftlichkeit auswirkt. Bei ORC-Prozessen werden bedingt durch die Turbo- bzw. Schraubenverdichter nur wirtschaftliche Anlagen im mittleren und großen Leistungsbereich betrieben. Dies gilt ebenso bei der Kompression.Also have the devices used for the expansion of gases so far various disadvantages. The used in the small power range Stirling cogeneration Although have good efficiencies, but is in these plants the power density, especially in the low temperature range relatively poor. For this reason, such systems are often large and expensive, which in turn negative impact on their profitability. For ORC processes are due to the turbo or screw compressor only economic Facilities in the middle and large Power range operated. This also applies to compression.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere eine Vorrichtung zur Kompression bzw. Expansion eines Gases angegeben werden, die einen hohen Wirkungsgrad aufweist, kostengünstig realisiert werden kann und eine wirtschaftlich Anwendung insbesondere bei ORC-Prozessen in Anlagen mit kleinen und mittleren Leistungen im Niedertemperaturbereich ermöglicht. Ferner soll ein Verfahren zur Kompression bzw. Expansion eines Gases angegeben werden.task The invention is to the disadvantages of the prior art remove. It is intended in particular a device for compression or expansion of a gas can be specified, which has a high efficiency has realized cost-effective can be used economically and in particular with ORC processes in plants low and medium power in the low temperature range allows. Furthermore, a method for the compression or expansion of a gas be specified.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 7 und 9 bis 14.These The object is solved by the features of claims 1 and 8. Advantageous embodiments The inventions result from the features of claims 2 to 7 and 9 to 14.

Nach Maßgabe der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Verdichtung oder Entspannung eines gasförmigen Arbeitsmittels mittels einer Hydraulikflüssigkeit, umfassend einen ersten adiabaten Zylinder und einen zweiten adiabaten Zylinder, der mit dem ersten Zylinder über eine Einrichtung zur Zufuhr oder Abfuhr von Energie hydraulisch verbunden ist, vorgesehen, wobei

  • (a) sich in einem ersten Zustand das gasförmige Arbeitsmittel in dem ersten adiabaten Zylinder befindet und sich die Hydraulikflüssigkeit in dem zweiten adiabaten Zylinder befindet;
  • (b) in einem ersten Schritt die Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten adiabaten Zylinder in den ersten adiabaten Zylinder geführt wird, wobei die Hydraulikflüssigkeit die Einrichtung zur Zufuhr oder Abfuhr von Energie passiert;
  • (c) sich in einem zweiten Zustand das gasförmige Arbeitsmittel in dem zweiten adiabaten Zylinder befindet und sich die Hydraulikflüssigkeit in dem ersten adiabaten Zylinder befindet;
  • (d) in einem zweiten Schritt die Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten adiabaten Zylinder in den zweiten adiabaten Zylinder geführt wird, wobei die Hydraulikflüssigkeit die Einrichtung zur Zufuhr oder Abfuhr von Energie passiert; und
  • (e) der erste Schritt (b) unter Erreichen des zweiten Zustandes und anschließend der zweite Schritt (d) unter Erreichen des ersten Zustandes wiederholt ausgeführt werden.
According to the invention, a device for compressing or relaxing a gaseous working fluid by means of a hydraulic fluid, comprising a first adiabatic Zylin and a second adiabatic cylinder hydraulically connected to the first cylinder via means for supplying or discharging energy, wherein
  • (a) in a first state, the gaseous working fluid is in the first adiabatic cylinder and the hydraulic fluid is in the second adiabatic cylinder;
  • (B) in a first step, the hydraulic fluid from the second adiabatic cylinder is guided in the first adiabatic cylinder, wherein the hydraulic fluid passes through the means for supplying or dissipating energy;
  • (c) in a second state, the gaseous working fluid is in the second adiabatic cylinder and the hydraulic fluid is in the first adiabatic cylinder;
  • (D) in a second step, the hydraulic fluid from the first adiabatic cylinder is guided in the second adiabatic cylinder, wherein the hydraulic fluid passes through the means for supplying or dissipating energy; and
  • (E) the first step (b) upon reaching the second state and then the second step (d) are repeatedly executed upon reaching the first state.

Die Erfindung beruht auf der Expansion oder Kompression von Gasen durch Volumenverdrängung mit Hilfe einer Hydraulikflüssigkeit, die im Falle der Kompression durch eine Hydraulikpumpe eine Energiezufuhr infolge einer Druckerhöhung oder im Fall der Expansion durch einen Hydraulikmotor eine Energieabfuhr infolge einer Druckabsenkung erfährt.The Invention is based on the expansion or compression of gases Volume displacement with Help of a hydraulic fluid, which in the case of compression by a hydraulic pump, an energy supply due to an increase in pressure or in the case of expansion by a hydraulic motor, an energy dissipation experiences as a result of a reduction in pressure.

Das gasförmige Arbeitsmittel ist vorzugsweise ein technisches Gas, beispielsweise Kohlendioxid, Sauerstoff, Luft, Stickstoff, Argon, Ammoniak, Helium, Propan, Wasserstoff und/oder Distickstoffmonoxid. Bevorzugte gasförmige Arbeitsmittel sind Sauerstoff, Luft, Stickstoff und Kohlendioxid. Ein besonders bevorzugtes gasförmiges Arbeitsmittel ist Kohlendioxid. Das gasförmige Arbeitsmittel wird im folgenden auch als Gas bezeichnet.The gaseous Working means is preferably a technical gas, for example Carbon dioxide, oxygen, air, nitrogen, argon, ammonia, helium, Propane, hydrogen and / or nitrous oxide. Preferred gaseous working medium are oxygen, air, nitrogen and carbon dioxide. A special preferred gaseous Work equipment is carbon dioxide. The gaseous working fluid will be described below also referred to as gas.

Die Hydraulikflüssigkeit ist vorzugsweise Wasser. Der erste und zweite Zylinder haben vorzugsweise gleiche Innenvolumina.The hydraulic fluid is preferably water. The first and second cylinders are preferably same interior volumes.

Es kann vorgesehen sein, daß in den adiabaten Zylindern die Hydraulikflüssigkeit und das gasförmige Arbeitsmittel voneinander getrennt sind, um das Lösen des gasförmigen Arbeitsmittels in der Hydraulikflüssigkeit zu verhindern. Für diese Trennung kann in den Zylindern jeweils ein Trennelement, beispielsweise ein Kolben oder eine Membran, vorgesehen sein. Das Trennelement, das das gasförmige Arbeitsmittel vollständig von der Hydraulikflüssigkeit trennt, ist in dem Zylinder entlang der Längsachse beweglich, so daß sich dessen Position in Abhängigkeit von den Druckverhältnissen im Zylinder verändern kann.It can be provided that in the adiabatic cylinders, the hydraulic fluid and the gaseous working fluid are separated from each other to the dissolution of the gaseous working fluid in the hydraulic fluid to prevent. For this separation can in the cylinders each have a separating element, for example a piston or a membrane may be provided. The separator, the gaseous one Work equipment completely from the hydraulic fluid is movable in the cylinder along the longitudinal axis, so that its Position in dependence from the pressure ratios change in the cylinder can.

Unter einem adiabaten Zylinder wird hier ein Zylinder verstanden, der keinen oder einen möglichst geringen Wärmeaustausch mit der Umgebung aufweist. Dies kann durch eine Isolierung der Zylinder erreicht werden. In den Zylindern kann die Arbeitsgastemperatur durch Einbringung von Wärmeübertragern begrenzt werden.Under an adiabatic cylinder is here understood a cylinder that none or as small as possible heat exchange with the environment. This can be achieved by insulating the cylinders become. In the cylinders, the working gas temperature can be increased by introduction of heat exchangers be limited.

Die Begriffe „Kompression” und „Verdichtung” werden hier synonym verwendet. Ebenso werden die Begriffe „Expansion” und „Entspannung” synonym verwendet.The Terms "compression" and "compression" are used used synonymously here. Similarly, the terms "expansion" and "relaxation" become synonymous used.

Unter einem vollständig gefüllten Zylinder wird ein Zylinder verstanden, der entweder vollständig oder zumindest zu 98% mit dem gasförmigen Arbeitsmittel oder der Hydraulikflüssigkeit bei einer vorgegebenen Temperatur und einem vorgegebenen Druck gefüllt ist.Under one completely filled Cylinder is understood as a cylinder that is either complete or at least 98% with the gaseous Working fluid or hydraulic fluid at a given Temperature and a predetermined pressure is filled.

Die Vorrichtung weist einen vergleichsweise einfachen Aufbau auf, da alle verwendeten Komponenten Massenartikel und demnach kostengünstig beschaffbar sind. Ferner ist ein einfacher Umbau von der Vorrichtung zur Expansion eines Gases (= Expansionsmaschine) zur Vorrichtung zur Verdichtung eines Gases (= Kompressionsmaschine) oder umgekehrt möglich.The Device has a comparatively simple structure, since All components used mass-produced and therefore inexpensive to buy are. Furthermore, a simple conversion of the device for expansion a gas (= expansion machine) to the device for compression of a Gases (= compression machine) or vice versa possible.

Bei Anwendung von Wasserhydraulik wird eine Belastung durch Öl oder andere Schmier- und Arbeitstoffe vermieden. Mittels der Dimensionierung der beiden Zylinder sind unter Beachtung der Arbeitspunkte von Hydraulikpumpe bzw. Hydraulikmotor beliebige Druckverhältnisse wählbar. Es werden sehr gute maschinelle Wirkungsgrade von 90 bis 95% erreicht.at Application of water hydraulics becomes a burden of oil or others Lubricants and working materials avoided. By sizing the Both cylinders are in compliance with the operating points of hydraulic pump or hydraulic motor arbitrary pressure conditions selectable. It will be very good achieved machine efficiencies of 90 to 95%.

Die Erfindung ermöglicht erstmals eine wirtschaftliche Anwendung der Expansion von Gasen bei ORC-Prozessen mit kleiner und mittlerer Leistung im Niedertemperaturbereich (>= 200°C) bei Verwendung von Kohlendioxid (R744) als Arbeitsmittel. Unter kleiner Leistung werden hier ≤ 50 kW elektrisch, unter mittlerer Leistung : 51 kW ≥ Leistung elektrisch ≤ 500 kW verstanden.The Invention allows for the first time an economic application of the expansion of gases ORC processes with low and medium power in the low temperature range (> = 200 ° C) when used of carbon dioxide (R744) as working fluid. Under low power here ≤ 50 kW electric, under average power: 51 kW ≥ electric power ≤ 500 kW understood.

Vorrichtung zur Verdichtung eines Gases (Kompressionsmaschine)Device for compressing a gas (Compression engine)

In einer Ausführungsform ist die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Verdichtung des gasförmigen Arbeitsmittels gerichtet, bei der

  • – der erste adiabate Zylinder über ein erstes Ventil mit einer ersten Leitung verbunden ist, in die verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel aus dem ersten adiabaten Zylinder strömen kann (die erste Leitung wird im Zusammenhang mit der Verdichtung eines Gases auch als Druckleitung bezeichnet);
  • – der erste adiabate Zylinder über ein zweites Ventil mit einer zweiten Leitung verbunden ist, aus der entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel in den ersten adiabaten Zylinder strömen kann (die zweite Leitung wird im Zusammenhang mit der Verdichtung eines Gases auch als Saugleitung bezeichnet);
  • – der zweite adiabate Zylinder über ein drittes Ventil mit der ersten Leitung (Druckleitung) verbunden ist, in die verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel aus dem zweiten adiabaten Zylinder (7) strömen kann;
  • – der zweite adiabate Zylinder über ein viertes Ventil mit der zweiten Leitung (Saugleitung) verbunden ist, aus der entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel in den zweiten adiabaten Zylinder strömen kann;
  • – die Einrichtung zur Zufuhr von Energie eine Hydraulikpumpe ist, die den Druck der Hydraulikflüssigkeit, die die Hydraulikpumpe passiert, erhöht; wobei
  • – in dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand das erste, zweite, dritte und vierte Ventil der beiden Zylinder geschlossen ist;
  • – in dem ersten Schritt, in dem die Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten adiabaten Zylinder in den ersten adiabaten Zylinder geführt wird, (i) das gasförmige Arbeitsmittel in dem ersten adiabaten Zylinder (8) auf einen vorgegebenen Druck verdichtet wird, wobei sich, sobald das gasförmige Arbeitsmittel den vorgegebenen Druck erreicht hat, das erste Ventil öffnet, so daß das verdichtete gasförmige Arbeitsmittel isobar in die erste Leitung (Druckleitung) strömt; und (ii) der Druck in dem zweiten adiabaten Zylinder auf einen vorgegebenen Wert sinkt, wobei sich, sobald der vorgegebene Druck in dem zweiten adiabaten Zylinder erreicht ist, das vierte Ventil öffnet, so daß entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel aus der zweiten Leitung (Saugleitung) in den zweiten adiabaten Zylinder strömt; und
  • – in dem zweiten Schritt, in dem die Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten adiabaten Zylinder in den zweiten adiabaten Zylinder geführt wird, (i) das gasförmige Arbeitsmittel in dem zweiten adiabaten Zylinder auf einen vorgegebenen Druck verdichtet wird, wobei sich, sobald das gasförmige Arbeitsmittel den vorgegebenen Druck erreicht hat, das dritte Ventil öffnet, so daß das verdichtete gasförmige Arbeitsmittel isobar in die erste Leitung (Druckleitung) strömt; und (ii) der Druck in dem ersten adiabaten Zylinder auf einen vorgegebenen Wert sinkt, wobei sich, sobald der vorgegebene Druck in dem ersten adiabaten Zylinder erreicht ist, das zweite Ventil öffnet, so daß entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel aus der zweiten Leitung (Saugleitung) in den ersten adiabaten Zylinder strömt.
In one embodiment, the invention is directed to a device for compressing the gaseous working fluid, in which
  • - The first adiabatic cylinder is connected via a first valve to a first conduit into which compressed gaseous working fluid from the first adiabatic cylinder can flow (the first conduit is in connection with the compaction tion of a gas also referred to as a pressure line);
  • - The first adiabatic cylinder is connected via a second valve to a second line from which relaxed gaseous working fluid in the first adiabatic cylinder can flow (the second conduit is also referred to as suction in connection with the compression of a gas);
  • - The second adiabatic cylinder is connected via a third valve to the first line (pressure line), in the compressed gaseous working fluid from the second adiabatic cylinder ( 7 ) can flow;
  • - The second adiabatic cylinder is connected via a fourth valve to the second line (suction line), can flow from the relaxed gaseous working fluid in the second adiabatic cylinder;
  • The means for supplying energy is a hydraulic pump which increases the pressure of the hydraulic fluid passing through the hydraulic pump; in which
  • - In the first state and the second state, the first, second, third and fourth valve of the two cylinders is closed;
  • In the first step, in which the hydraulic fluid from the second adiabatic cylinder is guided into the first adiabatic cylinder, (i) the gaseous working fluid in the first adiabatic cylinder ( 8th ) is compressed to a predetermined pressure, wherein, once the gaseous working fluid has reached the predetermined pressure, the first valve opens, so that the compressed gaseous working fluid isobarically flows into the first conduit (pressure line); and (ii) the pressure in the second adiabatic cylinder decreases to a predetermined value, and as soon as the predetermined pressure in the second adiabatic cylinder is reached, the fourth valve opens so that expanded gaseous working fluid from the second conduit (suction conduit) enters the second adiabatic cylinder flows; and
  • - In the second step, in which the hydraulic fluid from the first adiabatic cylinder is fed into the second adiabatic cylinder, (i) the gaseous working fluid in the second adiabatic cylinder is compressed to a predetermined pressure, as soon as the gaseous working fluid exceeds the predetermined Pressure has reached, the third valve opens, so that the compressed gaseous working fluid isobarically flows into the first line (pressure line); and (ii) the pressure in the first adiabatic cylinder decreases to a predetermined value, and as soon as the predetermined pressure in the first adiabatic cylinder is reached, the second valve opens so that expanded gaseous working fluid from the second conduit (suction conduit) enters the first adiabatic cylinder flows.

Die Strömungsrichtung der Hydraulikflüssigkeit wird zweckmäßigerweise über zwei Dreiwegeventile bestimmt, die in der hydraulischen Verbindung zwischen dem ersten adiabaten Zylinder und dem zweiten adiabaten Zylinder angeordnet sind. Die beiden Dreiwegeventile werden gleichzeitig umgeschaltet, um die Strömungsrichtung zu ändern.The flow direction the hydraulic fluid is conveniently about two Three-way valves intended in the hydraulic connection between the first adiabatic cylinder and the second adiabatic cylinder are arranged. The two three-way valves are simultaneously switched to the flow direction to change.

Das erste, zweite, dritte und vierte Ventil sind zweckmäßigerweise Rückschlagventile.The First, second, third and fourth valves are expediently Check valves.

Die Steuerung des ersten, zweiten, dritten und vierten Ventils und der Dreiwegeventile kann über eine Steuereinheit erfolgen.The Control of the first, second, third and fourth valve and the Three-way valves can over a control unit.

Vorzugsweise ist die erste Leitung (Druckleitung), in der verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel strömt, über ein Expansionsventil mit der zweiten Leitung (2) verbunden, in dem das verdichtete gasförmige Arbeitsmittel entspannt wird, so daß das Arbeitsmittel im Kreislauf geführt wird.Preferably, the first line (pressure line), in which compressed gaseous working fluid flows, via an expansion valve with the second line ( 2 ), in which the compressed gaseous working fluid is expanded, so that the working fluid is recycled.

In einer Ausführungsform kann zumindest einem, vorzugsweise beiden Zylindern der Vorrichtung zum Verdichten eines Gases jeweils ein Wärmetauscher zugeordnet sein. Diese Ausführungsform ermöglicht eine isotherme Verdichtung des Gases. Die Hydraulikflüssigkeit, die aus einem Zylinder in den anderen Zylinder strömt, passiert den Wärmetauscher und wird dort abgekühlt. Anschließend wird sie über eine Düse in den Zylinder geleitet und dort versprüht. Auf diese Weise kann die Hydraulikflüssigkeit die bei der Verdichtung des Gases entstehende Kompressionswärme aufnehmen. Dabei erwärmt sich die Hydraulikflüssigkeit nur geringfügig. Das Gas nimmt lediglich den Anteil an Druckenergie auf und speichert diesen. Es nimmt nur einen geringen Teil der Kompressionswärme auf. Nach der Umschaltung der Strömungsrichtung der Hydraulikflüssigkeit passiert die Hydraulikflüssigkeit auf dem Weg von dem einen Zylinder zu dem anderen Zylinder erneut einen Wärmetauscher, in dem der Hydraulikflüssigkeit die Kompressionswärme wieder entzogen wird.In an embodiment can at least one, preferably both cylinders of the device for Compressing a gas to be assigned in each case a heat exchanger. This embodiment allows an isothermal compression of the gas. The hydraulic fluid, which flows from one cylinder into the other cylinder, happens the heat exchanger and is cooled down there. Subsequently she will over a nozzle passed into the cylinder and sprayed there. In this way, the Hydraulic fluid the absorb compression heat generated during the compression of the gas. It warms up the hydraulic fluid only slightly. The gas only absorbs the proportion of pressure energy and stores this. It absorbs only a small part of the heat of compression. After switching the flow direction the hydraulic fluid happens the hydraulic fluid on the way from one cylinder to the other cylinder again a heat exchanger, in the hydraulic fluid the compression heat is withdrawn again.

Vorrichtung zur Entspannung eines Gases (Expansionsmaschine)Device for relaxing a gas (Expander)

In einer Ausführungsform ist die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Entspannung des gasförmigen Arbeitsmittels gerichtet, bei der

  • – der erste adiabate Zylinder über ein erstes Ventil und ein erstes Dreiwegeventil mit einer ersten Leitung verbunden ist, aus der verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel in den erste adiabaten Zylinder strömen kann;
  • – der erste adiabate Zylinder über ein zweites Ventil und ein zweites Dreiwegeventil mit einer zweiten Leitung verbunden ist, in die entspanntes gasförmiges Arbeitsmittels aus dem ersten adiabaten Zylinder strömen kann;
  • – der zweite adiabate Zylinder über ein drittes Ventil und das erste Dreiwegeventil mit der ersten Leitung verbunden ist, aus der verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel in den zweiten adiabaten Zylinder strömen kann;
  • – der zweite adiabate Zylinder über ein viertes Ventil und das zweite Dreiwegeventil mit der zweiten Leitung verbunden ist, in die entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel in den zweiten adiabaten Zylinder strömen kann;
  • – die Einrichtung zur Abfuhr von Energie ein Hydraulikmotor ist, die den Druck der Hydraulikflüssigkeit, der den Hydraulikmotor passiert, verringert; wobei
  • – in dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand das erste, zweite, dritte und vierte Ventil der beiden Zylinder geschlossen ist;
  • – in dem ersten Schritt, in dem die Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten adiabaten Zylinder in den ersten adiabaten Zylinder geführt wird, (i) über das geöffnete dritte Ventil verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel aus der ersten Leitung in den zweiten adiabaten Zylinder strömt, so daß die Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten adiabaten Zylinder verdrängt wird und in den ersten adiabaten Zylinder strömt; und (ii) ent spanntes gasförmiges Arbeitsmittel aus dem ersten adiabaten Zylinder über das geöffnete zweite Ventil in die zweite Leitung strömt;
  • – in dem zweiten Schritt, in dem die Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten adiabaten Zylinder in den zweiten adiabaten Zylinder geführt wird, (i) über das geöffnete erste Ventil verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel in den ersten adiabaten Zylinder strömt, so daß die Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten adiabaten Zylinder verdrängt wird und in den zweiten adiabaten Zylinder strömt; und (ii) entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel aus dem zweiten adiabaten Zylinder über das geöffnete vierte Ventil in die zweite Leitung strömt.
In one embodiment, the invention is directed to a device for relaxing the gaseous working fluid, in which
  • - The first adiabatic cylinder is connected via a first valve and a first three-way valve with a first line from which compressed gaseous working fluid can flow into the first adiabatic cylinder;
  • - The first adiabatic cylinder via a second valve and a second three-way valve is connected to a second line, can flow into the relaxed gaseous working fluid from the first adiabatic cylinder;
  • The second adiabatic cylinder is connected via a third valve and the first three-way valve is connected to the first line, from which compressed gaseous working fluid can flow into the second adiabatic cylinder;
  • The second adiabatic cylinder is connected via a fourth valve and the second three-way valve is connected to the second line, into which relaxed gaseous working fluid can flow into the second adiabatic cylinder;
  • The means for dissipating energy is a hydraulic motor which reduces the pressure of the hydraulic fluid passing through the hydraulic motor; in which
  • - In the first state and the second state, the first, second, third and fourth valve of the two cylinders is closed;
  • - In the first step, in which the hydraulic fluid from the second adiabatic cylinder is guided into the first adiabatic cylinder, (i) via the opened third valve compressed gaseous working fluid from the first conduit into the second adiabatic cylinder, so that the hydraulic fluid from is displaced from the second adiabatic cylinder and flows into the first adiabatic cylinder; and (ii) entrained gaseous working fluid from the first adiabatic cylinder flows via the opened second valve into the second conduit;
  • In the second step, in which the hydraulic fluid is conducted from the first adiabatic cylinder into the second adiabatic cylinder, i) compressed gaseous working medium via the opened first valve flows into the first adiabatic cylinder, so that the hydraulic fluid from the first adiabatic cylinder is displaced and flows into the second adiabatic cylinder; and (ii) relaxed gaseous working fluid from the second adiabatic cylinder flows via the opened fourth valve into the second conduit.

Zweckmäßigerweise wird die Strömungsrichtung der Hydraulikflüssigkeit über zwei Dreiwegeventile bestimmt, die in der hydraulischen Verbindung zwischen dem ersten adiabaten Zylinder und dem zweiten adiabaten Zylinder angeordnet sind. Die Strömung des verdichteten gasförmigen Arbeitsmittels aus der ersten Leitung zum ersten adiabaten Zylinder oder zum zweiten adiabaten Zylinder wird durch das erste Dreiwegeventil bestimmt. Die Strömung des entspannten gasförmigen Arbeitsmittels aus dem ersten adiabaten Zylinder oder dem zweiten adiabaten Zylinder in die zweite Leitung wird durch das zweite Dreiwegeventil bestimmt. Diese vier Dreiwegeventile werden vorzugsweise synchron geschaltet, so daß die Strömungsrichtung der Hydraulikflüssigkeit sowie die Zufuhr von verdichtetem Arbeitsmittel und die Abfuhr von entspanntem Arbeitsmittel gleichzeitig geändert werden.Conveniently, becomes the flow direction the hydraulic fluid over two Three-way valves intended in the hydraulic connection between the first adiabatic cylinder and the second adiabatic cylinder are arranged. The flow of the compressed gaseous Working fluid from the first line to the first adiabatic cylinder or to the second adiabatic cylinder is through the first three-way valve certainly. The flow of the relaxed gaseous Working fluid from the first adiabatic cylinder or the second adiabatic Cylinder into the second line is through the second three-way valve certainly. These four three-way valves are preferably synchronous switched so that the flow direction the hydraulic fluid and the supply of compressed working fluid and the removal of relaxed work equipment at the same time.

Das erste, zweite, dritte und vierte Ventil sind zweckmäßigerweise Rückschlagventile.The First, second, third and fourth valves are expediently Check valves.

Die Steuerung des ersten, zweiten, dritten und vierten Ventils und der Dreiwegeventile kann über eine Steuereinheit erfolgen.The Control of the first, second, third and fourth valve and the Three-way valves can over a control unit.

Vorzugsweise ist die zweite Leitung, in der entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel strömt, über eine Hydraulikpumpe mit der ersten Leitung verbunden, in dem das ent spannte gasförmige Arbeitsmittel verdichtet wird, so daß das gasförmige Arbeitsmittel im Kreislauf geführt wird.Preferably is the second line, flows in the relaxed gaseous working fluid, over a Hydraulic pump connected to the first line in which the ent spanned gaseous Working fluid is compressed, so that the gaseous working fluid in the circulation guided becomes.

Nach Maßgabe der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Verdichtung oder Entspannung eines gasförmigen Arbeitsmittels mittels einer Hydraulikflüssigkeit in einer Vorrichtung, umfassend einen ersten adiabaten Zylinder und einen zweiten adiabaten Zylinder, der mit dem ersten Zylinder über eine Einrichtung zur Zufuhr oder Abfuhr von Energie hydraulisch verbunden ist, vorgesehen, wobei

  • (a) sich in einem ersten Zustand das gasförmige Arbeitsmittel in dem ersten adiabaten Zylinder befindet und sich die Hydraulikflüssigkeit in dem zweiten adiabaten Zylinder befindet;
  • (b) in einem ersten Schritt die Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten adiabaten Zylinder in den ersten adiabaten Zylinder geführt wird, wobei die Hydraulikflüssigkeit die Einrichtung zur Zufuhr oder Abfuhr von Energie passiert;
  • (c) sich in einem zweiten Zustand das gasförmige Arbeitsmittel in dem zweiten adiabaten Zylinder befindet und sich die Hydraulikflüssigkeit in dem ersten adiabaten Zylinder befindet;
  • (d) in einem zweiten Schritt die Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten adiabaten Zylinder in den zweiten adiabaten Zylinder geführt wird, wobei die Hydraulikflüssigkeit die Einrichtung zur Zufuhr oder Abfuhr von Energie passiert; und
  • (e) der erste Schritt (b) unter Erreichen des zweiten Zustandes und anschließend der zweite Schritt (d) unter Erreichen des ersten Zustandes wiederholt ausgeführt werden.
According to the invention there is further provided a method of compressing or relaxing a gaseous working fluid by means of a hydraulic fluid in a device comprising a first adiabatic cylinder and a second adiabatic cylinder hydraulically connected to the first cylinder via means for supplying or discharging energy , provided, wherein
  • (a) in a first state, the gaseous working fluid is in the first adiabatic cylinder and the hydraulic fluid is in the second adiabatic cylinder;
  • (B) in a first step, the hydraulic fluid from the second adiabatic cylinder is guided in the first adiabatic cylinder, wherein the hydraulic fluid passes through the means for supplying or dissipating energy;
  • (c) in a second state, the gaseous working fluid is in the second adiabatic cylinder and the hydraulic fluid is in the first adiabatic cylinder;
  • (D) in a second step, the hydraulic fluid from the first adiabatic cylinder is guided in the second adiabatic cylinder, wherein the hydraulic fluid passes through the means for supplying or dissipating energy; and
  • (E) the first step (b) upon reaching the second state and then the second step (d) are repeatedly executed upon reaching the first state.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt.The inventive method is preferably carried out with the device according to the invention.

Verfahren zur Verdichtung eines Gases mittels einer KompressionsmaschineMethod for compressing a gas by means of a compression machine

In einer Ausführungsform ist die Erfindung auf ein Verfahren zur Verdichtung des gasförmigen Arbeitsmittels gerichtet, bei dem

  • – der erste adiabate Zylinder über ein erstes Ventil mit einer ersten Leitung (Druckleitung) verbunden ist, in die verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel aus dem ersten adiabaten Zylinder strömen kann;
  • – der erste adiabate Zylinder über ein zweites Ventil mit einer zweiten Leitung (Saugleitung) verbunden ist, aus der entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel in den ersten adiabaten Zylinder strömen kann;
  • – der zweite adiabate Zylinder über ein drittes Ventil mit der ersten Leitung (Druckleitung) verbunden ist, in die verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel aus dem zweiten adiabaten Zylinder strömen kann;
  • – der zweite adiabate Zylinder über ein viertes Ventil mit der zweiten Leitung (Saugleitung) verbunden ist, aus der entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel in den zweiten adiabaten Zylinder strömen kann;
  • – die Einrichtung zur Zufuhr von Energie eine Hydraulikpumpe ist, die den Druck der Hydraulikflüssigkeit, die die Hydraulikpumpe passiert, erhöht; wobei
  • – in dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand das erste, zweite, dritte und vierte Ventil der beiden Zylinder geschlossen ist;
  • – in dem ersten Schritt, in dem die Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten adiabaten Zylinder in den ersten adiabaten Zylinder geführt wird, (i) das gasförmige Arbeitsmit tel in dem ersten adiabaten Zylinder auf einen vorgegebenen Druck verdichtet wird, wobei sich, sobald das gasförmige Arbeitsmittel den vorgegebenen Druck erreicht hat, das erste Ventil öffnet, so daß das verdichtete gasförmige Arbeitsmittel isobar in die erste Leitung strömt; und (ii) der Druck in dem zweiten adiabaten Zylinder auf einen vorgegebenen Wert sinkt, wobei sich, sobald der vorgegebene Druck in dem zweiten adiabaten Zylinder erreicht ist, das vierte Ventil öffnet, so daß entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel in den zweiten adiabaten Zylinder strömt; und
  • – in dem zweiten Schritt, in dem die Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten adiabaten Zylinder in den zweiten adiabaten Zylinder geführt wird, (i) das gasförmige Arbeitsmittel in dem zweiten adiabaten Zylinder auf einen vorgegebenen Druck verdichtet wird, wobei sich, sobald das gasförmige Arbeitsmittel den vorgegebenen Druck erreicht hat, das dritte Ventil öffnet, so daß das verdichtete gasförmige Arbeitsmittel isobar in die erste Leitung (Druckleitung) strömt; und (ii) der Druck in dem ersten adiabaten Zylinder auf einen vorgegebenen Wert sinkt, wobei sich, sobald der vorgegebene Druck in dem ersten adiabaten Zylinder erreicht ist, das zweite Ventil öffnet, so daß entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel in den ersten adiabaten Zylinder strömt.
In one embodiment, the invention is directed to a method of compressing the gaseous working fluid in which
  • - The first adiabatic cylinder is connected via a first valve to a first line (pressure line), can flow into the compressed gaseous working fluid from the first adiabatic cylinder;
  • - the first adiabatic cylinder over a second Valve with a second line (suction line) is connected, can flow from the relaxed gaseous working fluid in the first adiabatic cylinder;
  • - The second adiabatic cylinder is connected via a third valve to the first line (pressure line), can flow into the compressed gaseous working fluid from the second adiabatic cylinder;
  • - The second adiabatic cylinder is connected via a fourth valve to the second line (suction line), can flow from the relaxed gaseous working fluid in the second adiabatic cylinder;
  • The means for supplying energy is a hydraulic pump which increases the pressure of the hydraulic fluid passing through the hydraulic pump; in which
  • - In the first state and the second state, the first, second, third and fourth valve of the two cylinders is closed;
  • - In the first step, in which the hydraulic fluid from the second adiabatic cylinder is fed into the first adiabatic cylinder, (i) the gaseous Arbeitsmit tel in the first adiabatic cylinder is compressed to a predetermined pressure, wherein, as soon as the gaseous working fluid has reached predetermined pressure, the first valve opens, so that the compressed gaseous working fluid isobarically flows into the first conduit; and (ii) the pressure in the second adiabatic cylinder decreases to a predetermined value, and as soon as the predetermined pressure in the second adiabatic cylinder is reached, the fourth valve opens so that expanded gaseous working fluid flows into the second adiabatic cylinder; and
  • - In the second step, in which the hydraulic fluid from the first adiabatic cylinder is fed into the second adiabatic cylinder, (i) the gaseous working fluid in the second adiabatic cylinder is compressed to a predetermined pressure, as soon as the gaseous working fluid exceeds the predetermined Pressure has reached, the third valve opens, so that the compressed gaseous working fluid isobarically flows into the first line (pressure line); and (ii) the pressure in the first adiabatic cylinder decreases to a predetermined value, and as soon as the predetermined pressure in the first adiabatic cylinder is reached, the second valve opens so that expanded gaseous working fluid flows into the first adiabatic cylinder.

Die Strömungsrichtung der Hydraulikflüssigkeit wird zweckmäßigerweise über zwei Dreiwegeventile bestimmt, die in der hydraulischen Verbindung zwischen dem ersten adiabaten Zylinder und dem zweiten adiabaten Zylinder angeordnet sind. Die beiden Dreiwegeventile werden gleichzeitig umgeschaltet, um die Strömungsrichtung zu ändern.The flow direction the hydraulic fluid is conveniently about two Three-way valves intended in the hydraulic connection between the first adiabatic cylinder and the second adiabatic cylinder are arranged. The two three-way valves are simultaneously switched to the flow direction to change.

Das erste, zweite, dritte und vierte Ventil sind zweckmäßigerweise Rückschlagventile.The First, second, third and fourth valves are expediently Check valves.

Die Steuerung des ersten, zweiten, dritten und vierten Ventils und der Dreiwegeventile kann über eine Steuereinheit erfolgen.The Control of the first, second, third and fourth valve and the Three-way valves can over a control unit.

Vorzugsweise ist die erste Leitung (Druckleitung), in der verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel strömt, über ein Expansionsventil mit der zweiten Leitung (2) verbun den, in dem das verdichtete gasförmige Arbeitsmittel entspannt wird, so daß das Arbeitsmittel im Kreislauf geführt wird.Preferably, the first line (pressure line), in which compressed gaseous working fluid flows, via an expansion valve with the second line ( 2 ) verbun the, in which the compressed gaseous working fluid is released, so that the working fluid is recycled.

Das Verfahren zur Verdichtung des gasförmigen Arbeitsmittels wird nachfolgend ausführlicher beschrieben:
Das gasförmige Arbeitsmittel, welches den ersten adiabaten Zylinder vollständig füllt, wird durch eine Hydraulikflüssigkeit komprimiert, bis sich ein gewünschter Druck aufbaut. Gleichzeitig wird aus dem zweiten adiabaten Zylinder, welcher hydraulisch mit dem ersten adiabaten Zylinder verbunden ist, die Hydraulikflüssigkeit entnommen. Dadurch sinkt der Druck im zweiten adiabaten Zylinder auf einen gewünschten Wert. Ist dieser erreicht, öffnet sich das zweite Rückschlagventil und läßt Gas aus einer Saugleitung in den zweiten Zylinder einströmen. Die entnommene Hydraulikflüssigkeit fließt durch Leitungen zu einer Hydraulikpumpe, erfährt dort durch Energiezufuhr eine Druckerhöhung und wird anschließend dem ersten Zylinder wieder zugeführt.
The method of compressing the gaseous working fluid is described in more detail below:
The gaseous working fluid, which completely fills the first adiabatic cylinder, is compressed by a hydraulic fluid until a desired pressure builds up. At the same time, the hydraulic fluid is taken from the second adiabatic cylinder, which is hydraulically connected to the first adiabatic cylinder. This reduces the pressure in the second adiabatic cylinder to a desired value. When this is reached, the second check valve opens and allows gas to flow from a suction line into the second cylinder. The extracted hydraulic fluid flows through lines to a hydraulic pump, where it undergoes an increase in pressure by supplying energy and is then fed back to the first cylinder.

Ist im ersten Zylinder der gewünschte Druck erreicht, öffnet sich das dritte Rückschlagventil und läßt das komprimierte Gas isobar in eine Druckleitung entweichen. Ist dieser Vorgang abgeschlossen, stellen die beiden 3-Wege-Ventile die Strömungsrichtung der Hydraulikflüssigkeit nun so um, das nun aus dem vollständig mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten ersten Zylinder die Hydraulikflüssigkeit entnommen wird, über die Hydraulikpumpe fließt und in den zweiten Zylinder einströmt.is in the first cylinder the desired Pressure reached, opens the third check valve and leaves that compressed Gas isobar escaping into a pressure line. If this process is completed, ask the two 3-way valves the flow direction of the hydraulic fluid now so around, now out of the complete with hydraulic fluid filled first cylinder the hydraulic fluid is taken over the hydraulic pump flows and flows into the second cylinder.

Das in den zweiten Zylinder zuvor eingeströmte Gas aus der Saugleitung wird im zweiten Zylinder nun durch die Hydraulikflüssigkeit komprimiert. Dabei schließt sich das zweite Rückschlagventil an der Saugleitung. Wenn wieder ein gewünschter Druck erreicht ist, öffnet sich das erste Rückschlagventil am zweiten Zylinder und läßt das komprimierte Gas wiederum isobar entweichen. Gleichzeitig sinkt im ersten Zylinder, welchem die Hydraulikflüssigkeit entnommen wird, der Druck, bis sich ein viertes Rückschlagventil an der Saugleitung öffnet und Gas in den ersten Zylinder einströmen läßt.The in the second cylinder previously flowed gas from the suction line is now in the second cylinder by the hydraulic fluid compressed. It concludes the second check valve at the suction line. When a desired pressure is reached again, it opens the first check valve on the second cylinder, leaving the compressed gas again isobar escape. At the same time, in the first cylinder, which removed the hydraulic fluid is the pressure until a fourth check valve opens on the suction line and Gas flows into the first cylinder.

Ist der zweite Zylinder vollständig mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt, stellen wieder die beiden 3-Wege-Ventile die Strömungsrichtung um, so daß nun wieder die Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten Zylinder entnommen wird und in den ersten Zylinder einströmt. Damit schließt sich der Zyklus und eine fortwährende Komprimierung eines Gases ist damit gewährleistet.Is the second cylinder completely Hy? filled draulikflüssigkeit, again set the two 3-way valves, the flow direction, so that now again the hydraulic fluid is removed from the second cylinder and flows into the first cylinder. This closes the cycle and a constant compression of a gas is guaranteed.

In einer Ausführungsform ist zumindest einem, vorzugsweise beiden Zylindern der Vorrichtung zum Verdichten eines Gases jeweils ein Wärmetauscher zugeordnet. Diese Ausführungsform ermöglicht eine isotherme Verdichtung des Gases. Die Hydraulikflüssigkeit, die in aus einem Zylinder in den anderen Zylinder strömt, passiert den Wärmetauscher und wird dort abgekühlt. Anschließend wird sie über Düse in den Zylinder geleitet und dort versprüht. Auf diese Weise kann die Hydraulikflüssigkeit die bei der Verdichtung des Gases entstehende Kompressionswärme aufnehmen. Dabei erwärmt sich die Hydraulikflüssigkeit nur geringfügig. Das Gas nimmt lediglich den Anteil an Druckenergie auf und speichert diesen. Es nimmt nur einen geringen Teil der Kompressionswärme auf. Nach der Umschaltung der Strömungsrichtung der Hydraulikflüssigkeit passiert die Hydraulikflüssigkeit auf dem Weg von dem einen Zylinder zu dem anderen Zylinder erneut einen Wärmetauscher, in dem der Hydraulikflüssigkeit die Kompressionswärme wieder entzogen wird.In an embodiment is at least one, preferably two cylinders of the device for Compressing a gas each associated with a heat exchanger. These embodiment allows an isothermal compression of the gas. The hydraulic fluid, which flows in from one cylinder into the other cylinder, happens the heat exchanger and is cooled down there. Subsequently will she over the nozzle in the Cylinder passed and sprayed there. In this way, the hydraulic fluid absorb the compression heat generated during the compression of the gas. It warms up the hydraulic fluid only slightly. The gas only absorbs the proportion of pressure energy and stores this. It absorbs only a small part of the heat of compression. After switching the flow direction the hydraulic fluid happens the hydraulic fluid on the way from one cylinder to the other cylinder again a heat exchanger, in that of the hydraulic fluid the compression heat is withdrawn again.

Verfahren zur Entspannung eines Gases (Expansionsmaschine)Process for relaxing a gas (Expander)

In einer Ausführungsform ist die Erfindung auf ein Verfahren zur Entspannung des gasförmigen Arbeitsmittels gerichtet, bei dem

  • – der erste adiabate Zylinder über ein erstes Ventil und ein erstes Dreiwegeventil mit einer ersten Leitung verbunden ist, aus der verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel in den erste adiabaten Zylinder strömen kann;
  • – der erste adiabate Zylinder über ein zweites Ventil und ein zweites Dreiwegeventil mit einer zweiten Leitung verbunden ist, in die entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel aus dem ersten adiabaten Zylinder strömen kann;
  • – der zweite adiabate Zylinder über ein drittes Ventil und das erste Dreiwegeventil mit der ersten Leitung verbunden ist, aus der verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel in den zweiten adiabaten Zylinder strömen kann;
  • – der zweite adiabate Zylinder über ein viertes Ventil und das zweite Dreiwegeventil mit der zweiten Leitung verbunden ist, in die entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel in den zweiten adiabaten Zylinder strömen kann;
  • – die Einrichtung zur Abfuhr von Energie ein Hydraulikmotor ist, die den Druck der Hydraulikflüssigkeit, der den Hydraulikmotor passiert, verringert; wobei
  • – in dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand das erste, zweite, dritte und vierte Ventil der beiden Zylinder geschlossen ist;
  • – in dem ersten Schritt, in dem die Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten adiabaten Zylinder in den ersten adiabaten Zylinder geführt wird, (i) über das geöffnete dritte Ventil verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel aus der ersten Leitung in den zweiten adiabaten Zylinder strömt, so daß die Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten adiabaten Zylinder verdrängt wird und in den ersten adiabaten Zylinder strömt; und (ii) entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel aus dem ersten adiabaten Zylinder über das geöffnete zweite Ventil in die zweite Leitung strömt;
  • – in dem zweiten Schritt, in dem die Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten adiabaten Zylinder in den zweiten adiabaten Zylinder geführt wird, (i) über das geöffnete erste Ventil verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel in den ersten adiabaten Zylinder strömt, so daß die Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten adiabaten Zylinder verdrängt wird und in den zweiten adiabaten Zylinder strömt; und (ii) entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel aus dem zweiten adiabaten Zylinder über das geöffnete vierte Ventil in die zweite Leitung strömt.
In one embodiment, the invention is directed to a method of expanding the gaseous working fluid, in which
  • - The first adiabatic cylinder is connected via a first valve and a first three-way valve with a first line from which compressed gaseous working fluid can flow into the first adiabatic cylinder;
  • - The first adiabatic cylinder is connected via a second valve and a second three-way valve to a second line, can flow into the relaxed gaseous working fluid from the first adiabatic cylinder;
  • The second adiabatic cylinder is connected via a third valve and the first three-way valve is connected to the first line, from which compressed gaseous working fluid can flow into the second adiabatic cylinder;
  • The second adiabatic cylinder is connected via a fourth valve and the second three-way valve is connected to the second line, into which relaxed gaseous working fluid can flow into the second adiabatic cylinder;
  • The means for dissipating energy is a hydraulic motor which reduces the pressure of the hydraulic fluid passing through the hydraulic motor; in which
  • - In the first state and the second state, the first, second, third and fourth valve of the two cylinders is closed;
  • - In the first step, in which the hydraulic fluid from the second adiabatic cylinder is guided into the first adiabatic cylinder, (i) via the opened third valve compressed gaseous working fluid from the first conduit into the second adiabatic cylinder, so that the hydraulic fluid from is displaced from the second adiabatic cylinder and flows into the first adiabatic cylinder; and (ii) relaxed gaseous working fluid from the first adiabatic cylinder flows via the opened second valve into the second conduit;
  • In the second step, in which the hydraulic fluid is conducted from the first adiabatic cylinder into the second adiabatic cylinder, i) compressed gaseous working medium via the opened first valve flows into the first adiabatic cylinder, so that the hydraulic fluid from the first adiabatic cylinder is displaced and flows into the second adiabatic cylinder; and (ii) relaxed gaseous working fluid from the second adiabatic cylinder flows via the opened fourth valve into the second conduit.

Zweckmäßigerweise wird die Strömungsrichtung der Hydraulikflüssigkeit über zwei Dreiwegeventile bestimmt, die in der hydraulischen Verbindung zwischen dem ersten adiabaten Zylinder und dem zweiten adiabaten Zylinder angeordnet sind. Die Strömung des verdichteten gasförmigen Arbeitsmittels aus der ersten Leitung zum ersten adiabaten Zylinder oder zum zweiten adiabaten Zylinder wird durch das erste Dreiwegeventil bestimmt. Die Strömung des entspannten gasförmigen Arbeitsmittels aus dem ersten adiabaten Zylinder oder dem zweiten adiabaten Zylinder in die zweite Leitung wird durch das zweite Dreiwegeventil bestimmt. Diese vier Dreiwegeventile werden vorzugsweise synchron geschaltet, so daß die Strömungsrichtung der Hydraulikflüssigkeit sowie die Zufuhr von verdichtetem Arbeitsmittel und die Abfuhr von entspanntem Arbeitsmittel gleichzeitig geändert werden.Conveniently, becomes the flow direction the hydraulic fluid over two Three-way valves intended in the hydraulic connection between the first adiabatic cylinder and the second adiabatic cylinder are arranged. The flow of the compressed gaseous Working fluid from the first line to the first adiabatic cylinder or to the second adiabatic cylinder is through the first three-way valve certainly. The flow of the relaxed gaseous Working fluid from the first adiabatic cylinder or the second adiabatic Cylinder into the second line is through the second three-way valve certainly. These four three-way valves are preferably synchronous switched so that the flow direction the hydraulic fluid and the supply of compressed working fluid and the removal of relaxed work equipment at the same time.

Das ersten, zweiten, dritten und vierten Ventil sind zweckmäßigerweise Rückschlagventile.The First, second, third and fourth valves are expediently Check valves.

Die Steuerung des erste, zweite, dritte und vierte Ventils und der Dreiwegeventile kann über eine Steuereinheit erfolgen.The Control of the first, second, third and fourth valves and the three-way valves can over a control unit.

Vorzugsweise ist die zweite Leitung, in der entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel strömt, über eine Hydraulikpumpe mit der ersten Leitung verbunden, in dem das entspannte gasförmige Arbeitsmittel verdichtet wird, so daß das gasförmige Arbeitsmittel im Kreislauf geführt wird.Preferably is the second line, flows in the relaxed gaseous working fluid, over a Hydraulic pump connected to the first line in which the relaxed gaseous Working fluid is compressed, so that the gaseous working fluid in the circulation guided becomes.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen, die die Erfindung nicht einschränken sollen, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigenThe The invention is described below by means of embodiments which illustrate the invention do not restrict are explained in more detail with reference to the drawings. Show

1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Kompression eines Gases; 1 a first embodiment of an inventive arrangement for compressing a gas;

2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Expansion eines Gases; und 2 a second embodiment of an inventive arrangement for expansion of a gas; and

3 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zur isothermen Kompression eines Gases. 3 A third embodiment of an inventive arrangement for the isothermal compression of a gas.

Beispiel 1example 1

Die in 1 gezeigte Anordnung zur Kompression eines Gases ist ein Verdichter einer Wärmepumpe mit dem Kältemittel Kohlendioxid (R744, CO2) und einer hydraulischen Axialkolbenpumpe (hergestellt von der Fa. Danfoss, DE), welche als Hydraulikflüssigkeit (Hf) Wasser verwendet. Der erste Zylinder und der zweite Zylinder haben das gleiche Innenvolumen. Die Rückschlagventile öffnen oder schließen, wenn eine Druckdifferenz zwischen den Komponenten besteht, zwischen denen sie eingebaut sind. Bei Strömungswechsel, infolge der beiden 3-Wege-Ventile, schließen die Rückschlagventile, da die Druckdifferenz zusammenbricht.In the 1 shown arrangement for compressing a gas is a compressor of a heat pump with the refrigerant carbon dioxide (R744, CO 2 ) and a hydraulic axial piston pump (manufactured by the company. Danfoss, DE), which uses water as hydraulic fluid (Hf). The first cylinder and the second cylinder have the same internal volume. Open or close the check valves if there is a pressure difference between the components between which they are installed. When flow changes, due to the two 3-way valves, the check valves close because the pressure difference collapses.

Zustand vor Schritt 1a und 1bCondition before step 1a and 1b

Vor den Schritten 1a und 1b ist der zweite Zylinder 7 vollständig mit Wasser gefüllt, während der erste Zylinder 8 vollständig mit CO2 gefüllt ist. Die Rückschlagventile 3, 4, 5 und 6 sind geschlossen.Before steps 1a and 1b is the second cylinder 7 completely filled with water while the first cylinder 8th completely filled with CO 2 . The check valves 3 . 4 . 5 and 6 are closed.

Schritt 1aStep 1a

In einen vollständig mit CO2 gefüllten ersten Zylinder 8 strömt Hydraulikflüssigkeit ein und komprimiert das dort befindliche CO2, bis sich ein Druck von 95 bar aufbaut. Dabei erhöht sich die Temperatur des CO2 von anfangs 30°C auf 113°C. Sobald der Druck von 95 bar im ersten Zylinder 8 erreicht ist, öffnet sich das dritte Rückschlagventil (Rv) 6 und läßt das CO2 isobar in die Druckleitung (D1) 1 entweichen, dabei baut sich ein Druck von ca. 95 bar in der Druckleitung 1 auf.In a completely filled with CO 2 first cylinder 8th Hydraulic fluid flows in and compresses the CO 2 located there until a pressure of 95 bar builds up. The temperature of CO 2 increases from initially 30 ° C to 113 ° C. As soon as the pressure of 95 bar in the first cylinder 8th is reached, the third check valve (Rv) opens 6 and leaves the CO 2 isobaric in the pressure line (D1) 1 escape, it builds a pressure of about 95 bar in the pressure line 1 on.

Schritt 1bStep 1b

Gleichzeitig mit Schritt 1a wird dem zweiten Zylinder 7 die benötigte Hydraulikflüssigkeit entnommen, durch das 3-Wegeventil 9 geleitet und der Hydraulikpumpe (Hp) 11 zugeführt. Die Hydraulikpumpe 11 pumpt das Wasser auf einen Druck von 95 bar und läßt es über das 3-Wegeventil 10 in den ersten Zylinder 8 einströmen. Die dazu benötigte elektrische Leistung von 4,8 kW bekommt die Hydraulikpumpe 11 von einem Elektromotor 12. Während der Entnahme der Hydraulikflüssigkeit sinkt der Druck in dem zweiten Zylinder 7 auf 37,7 bar. Sobald der Druck von 37,7 bar im zweiten Zylinder 7 erreicht ist, öffnet sich das zweite Rückschlagventil 4 und läßt CO2 aus der Saugleitung (S1) 2 in den ersten Zylinder 7 einströmen.Simultaneously with step 1a becomes the second cylinder 7 The required hydraulic fluid is removed through the 3-way valve 9 directed and the hydraulic pump (Hp) 11 fed. The hydraulic pump 11 pumps the water to a pressure of 95 bar and leaves it via the 3-way valve 10 in the first cylinder 8th flow. The required electric power of 4.8 kW gets the hydraulic pump 11 from an electric motor 12 , During the removal of the hydraulic fluid, the pressure in the second cylinder decreases 7 to 37.7 bar. As soon as the pressure of 37.7 bar in the second cylinder 7 is reached, opens the second check valve 4 and leaves CO 2 from the suction line (S1) 2 in the first cylinder 7 flow.

Zustand nach Schritt 1a und 1bCondition after step 1a and 1b

Nach den Schritten 1a und 1b ist der zweite Zylinder 7 vollständig mit CO2 gefüllt, während der erste Zylinder 8 vollständig mit Wasser gefüllt ist. Die Rückschlagventile 3, 4, 5 und 6 sind geschlossen.After steps 1a and 1b, the second cylinder 7 completely filled with CO 2 while the first cylinder 8th completely filled with water. The check valves 3 . 4 . 5 and 6 are closed.

Schritt 2aStep 2a

In diesen Zustand ändern nun die beiden 3-Wegeventile 9 und 10 die Strömungsrichtung des Wassers; dabei schließen die Rückschlagventile 4 und 6, so daß nun das Wasser aus dem ersten Zylinder 8 über das 3-Wegeventil 10 durch die Hydraulikpumpe 11 strömt. In der Hydraulikpumpe 11 erfährt das Wasser eine Druckerhöhung von 37,7 bar auf 95 bar. Danach wird das Wasser durch das 3-Wegeventil 9 in den zweiten Zylinder 7 geleitet und komprimiert dort das CO2 von 37,7 auf 95 bar, wobei das CO2 seine Temperatur von 30°C auf 113°C ändert. Sobald der Druck von 95 bar im zweiten Zylinder 7 erreicht ist, öffnet sich das erste Rückschlagventil 3 und läßt wiederum das CO2 isobar in die Druckleitung 1 entweichen.In this state change now the two 3-way valves 9 and 10 the flow direction of the water; while closing the check valves 4 and 6 so that now the water from the first cylinder 8th via the 3-way valve 10 through the hydraulic pump 11 flows. In the hydraulic pump 11 the water experiences a pressure increase from 37.7 bar to 95 bar. Thereafter, the water is through the 3-way valve 9 in the second cylinder 7 conducts and compresses the CO 2 from 37.7 to 95 bar, the CO 2 changes its temperature from 30 ° C to 113 ° C. As soon as the pressure of 95 bar in the second cylinder 7 is reached, the first check valve opens 3 and in turn leaves the CO 2 isobaric in the pressure line 1 escape.

Schritt 2bStep 2b

Gleichzeitig mit Schritt 2a fällt im ersten Zylinder 8 hingegen der Druck. Sobald der Druck im zweiten Zylinder 37,7 bar erreicht hat, öffnet sich das vierte Rückschlagventil 5 und läßt CO2 aus der Saugleitung 2 in den Zylinder 8 einströmen. Sobald der zweite Zylinder 7 vollständig mit CO2 gefüllt, ändern die beiden 3-Wegeventile 9 und 10 die Strömungsrichtung der Hydraulikflüssigkeit, so daß nun das Wasser vom zweiten Zylinder 7 über die Hydraulikpumpe 11 zu dem ersten Zylinder 8 strömt.Simultaneously with step 2a falls in the first cylinder 8th however, the pressure. As soon as the pressure in the second cylinder reaches 37.7 bar, the fourth check valve opens 5 and leaves CO 2 from the suction line 2 in the cylinder 8th flow. As soon as the second cylinder 7 completely filled with CO 2 , change the two 3-way valves 9 and 10 the flow direction of the hydraulic fluid, so that now the water from the second cylinder 7 over the hydraulic pump 11 to the first cylinder 8th flows.

Zustand nach Schritt 2a und 2bCondition after step 2a and 2b

Nach den Schritten 2a und 2b ist der zweite Zylinder 7 vollständig mit Wasser gefüllt, während der erste Zylinder 8 vollständig mit CO2 gefüllt ist. Dieser Zustand entspricht somit dem Zustand vor den Schritten 1a und 1b. Die Rückschlagventile 3, 4, 5 und 6 sind geschlossen. Damit ist der Zyklus geschlossen und eine fortwährende Komprimierung des CO2 gewährleistet.After the steps 2a and 2b, the second cylinder 7 completely filled with water while the first cylinder 8th completely filled with CO 2 . This state thus corresponds to the state before steps 1a and 1b. The check valves 3 . 4 . 5 and 6 are closed. This completes the cycle and ensures continued compression of CO 2 .

Abkühlung und Entspannung des CO2 Cooling and relaxation of CO 2

Das in den Schritten 1a und 2a in Druckleitung 1 abgegebene, erhitzte CO2 wird in der Druckleitung 1 zu einem Gaskühler 13 geleitet und dort im Gegenstromprinzip mit Wasser auf 32°C gekühlt. Dabei erwärmt sich das Wasser und nimmt ca. 21 kW aus dem CO2 auf. Anschließend kann das Wasser einem Verbraucher 17 (beispielsweise einer Gebäudeheizung) zur Verfügung gestellt werden.That in steps 1a and 2a in pressure line 1 discharged, heated CO 2 is in the pressure line 1 to a gas cooler 13 passed and cooled there in countercurrent flow with water to 32 ° C. The water heats up and absorbs about 21 kW from the CO 2 . Subsequently, the water can be a consumer 17 (For example, a building heating) are provided.

Nachdem das CO2 im Gaskühler 13 21 kW an Wärmeleistung abgegeben hat, wird es von der Druckleitung 1 zum inneren Wärmeübertrager 14 geleitet. Dort erwärmt es im Gegenstrom das CO2 aus der Saugleitung 2, wobei sich das CO2 in der Druckleitung 1 von 32°C auf 20,7°C abkühlt. Anschließend gelangt das CO2 in der Druckleitung 1 zum Expansionsventil 15. Mittels des Expansionsventil 15 wird das CO2 in der Druckleitung 1 isenthalp von 95 bar auf 37,7 bar ins Zweiphasengebiet entspannt. Dabei gelangt das CO2 in Saugleitung 2.After the CO 2 in the gas cooler 13 21 kW of heat output, it is discharged from the pressure line 1 to the internal heat exchanger 14 directed. There it heats the CO 2 from the suction line in countercurrent 2 , where the CO 2 in the pressure line 1 from 32 ° C to 20.7 ° C cools. Subsequently, the CO 2 passes in the pressure line 1 to the expansion valve 15 , By means of the expansion valve 15 is the CO 2 in the pressure line 1 isenthalp from 95 bar to 37.7 bar relaxed in the two-phase area. The CO 2 enters the suction line 2 ,

Verdampfen und Erwärmen des CO2 Evaporation and heating of CO 2

In Saugleitung 2 wird das CO2 einem Verdampfer 16 zugeführt. Dieser entnimmt einem Brunnen 18 Wasser. Mit diesem Wasser wird das CO2 bei 3°C, wiederum im Gegenstromprinzip, verdampft und auf 6°C überhitzt, wobei das CO2 16,1 kW aus dem Brunnenwasser an Wärmeleistung aufnimmt.In suction line 2 the CO 2 becomes an evaporator 16 fed. This takes from a well 18 Water. With this water, the CO 2 at 3 ° C, again in countercurrent principle, evaporated and superheated to 6 ° C, the CO 2 16.1 kW from the well water absorbs heat output.

Nachdem das CO2 vollständig im Verdampfer 16 verdampft ist, wird es von der Saugleitung 2 zum inneren Wärmeübertrager 14 geleitet und dort von 6°C auf 30°C erwärmt und steht danach dem Hydraulikverdichter zur Verfügung.After the CO 2 completely in the evaporator 16 it evaporates, it is from the suction line 2 to the internal heat exchanger 14 and heated there from 6 ° C to 30 ° C and is then the hydraulic compressor available.

LeistungszahlenCOPs

Mit dieser Wärmepumpe lassen sich Wärmepumpenleistungszahlen von 4,3 realisieren (21 kW/4,8 kW = 4,3). Dies steht im Gegensatz zum Stand der Technik, welcher unter gleichen Bedingungen lediglich eine Leistungszahl von ca. 3,5 erreicht. Des Weiteren kann vollständig auf den Einsatz von Schmieröl verzichtet werden.With this heat pump heat pump performance figures can be of 4.3 (21 kW / 4.8 kW = 4.3). This is in contrast to the prior art, which under the same conditions only achieved a figure of merit of about 3.5. Furthermore, it can be completely up the use of lubricating oil be waived.

Beispiel 2Example 2

Die in 2 gezeigte Anordnung zur Expansion eines Gases ist eine Expansionsmaschine eines ORC-Prozesses mit dem Arbeitsmittel Kohlendioxid und einem hydraulischen Axialkolbenmotor (Hersteller: Fa. Danfoss, DE), welcher als Hydraulikflüssigkeit Wasser verwendet.In the 2 shown arrangement for expansion of a gas is an expansion machine of an ORC process with the working fluid carbon dioxide and a hydraulic axial piston motor (manufacturer: Fa. Danfoss, DE), which uses water as the hydraulic fluid.

Die in 2 gezeigte Anordnung entspricht im Wesentlichen der in 1 gezeigten Anordnung, außer daß die Rückschlagventile 103, 104, 105 und 106 an den Zylindern 107, 108 im Vergleich die Rückschlagventile 3, 4, 5 und 6 an den Zylindern 7, 8 in ihrer Strömungsrichtung getauscht werden und die Hydraulikpumpe 11 durch einen Hydraulikmotor (Hm) 111 ersetzt wird. Zusätzlich müssen noch die beiden 3-Wege-Ventile 119 und 120 jeweils in die Leitungen 101 und 102 eingebaut werden.In the 2 shown arrangement substantially corresponds to in 1 shown arrangement, except that the check valves 103 . 104 . 105 and 106 on the cylinders 107 . 108 in comparison the check valves 3 . 4 . 5 and 6 on the cylinders 7 . 8th be exchanged in their flow direction and the hydraulic pump 11 by a hydraulic motor (Hm) 111 is replaced. In addition, the two 3-way valves still need to be installed 119 and 120 each in the lines 101 and 102 to be built in.

Die Rückschlagventile öffnen oder schließen nur wenn eine Druckdifferenz zwischen den Komponenten besteht zwischen denen sie eingebaut sind. Bei Strömungswechsel, infolge der beiden 3-Wege-Ventile, schließen die Rückschlagventile, da die Druckdifferenz zusammenbricht.The Open check valves or just close if there is a pressure difference between the components between which they are installed. When flow changes, as a result of the two 3-way valves, close the check valves, because the pressure difference collapses.

Erwärmung und Kompression von CO2 Heating and compression of CO 2

In einer Hydraulikpumpe 15 wird flüssiges CO2 von 60 bar auf 100 bar komprimiert. Dabei erwärmt sich das CO2 von 19°C auf 26°C und nimmt eine Leistung von 4,5 kW von der Hydraulikpumpe 15, welche mit einem Wirkungsgrad von 95% arbeitet, auf.In a hydraulic pump 15 liquid CO 2 is compressed from 60 bar to 100 bar. The CO 2 heats up from 19 ° C to 26 ° C and consumes 4.5 kW from the hydraulic pump 15 , which works with an efficiency of 95%.

Anschließend wird das CO2 in Leitung 101 zu einem Wärmetauscher 117 geführt und dort im Gegenstrom von Wasser auf 60°C erwärmt und verdampft. Dabei entzieht das CO2 dem Wasser 157 kW an Wärmeleistung. Das Wasser stammt aus einer industriellen Abwärmequelle 118.Subsequently, the CO 2 is in line 101 to a heat exchanger 117 led and heated there in countercurrent of water to 60 ° C and evaporated. The CO 2 removes 157 kW of heat from the water. The water comes from an industrial waste heat source 118 ,

Zustand vor Schritt 1a und 1bCondition before step 1a and 1b

Vor den Schritten 1a und 1b ist der zweite Zylinder 7 vollständig mit Wasser gefüllt, während der erste Zylinder 8 vollständig mit CO2 gefüllt ist. Die Rückschlagventile 103, 104, 105 und 106 sind geschlossen.Before steps 1a and 1b is the second cylinder 7 completely filled with water while the first cylinder 8th completely filled with CO 2 . The check valves 103 . 104 . 105 and 106 are closed.

Schritt 1aStep 1a

Vom Wärmeaustauscher 117 gelangt das CO2 in Leitung 101 über das 3-Wege-Ventil 20 und das geöffnete Rückschlagventil 103 zum zweiten Zylinder 107. Der zweite Zylinder 107 ist nahezu vollständig mit Wasser gefüllt. Das dort nun eindringende CO2 verdrängt das Wasser mit 100 bar. Dieses Wasser wird nun über das 3-Wege-Ventil 109 zum Hydraulikmotor 111 geleitet, dort auf 60 bar entspannt und zum ersten Zylinder 108 über das 3-Wegeventil 110 geleitet (siehe Schritt 1b). Bei der Ent spannung gibt der Hydraulikmotor 111 14,9 kW Wellenleistung an den Generator 112 ab. Der Generator 112 wandelt dann die Wellenleistung in elektrische Leistung um. Dabei werden 14,2 kW elektrische Leistung einem Verbraucher zur Verfügung gestellt. Der Wirkungsgrad des Hydraulikmotors 111 beträgt dabei 92% und der des Generator 95%.From the heat exchanger 117 the CO 2 comes in line 101 via the 3-way valve 20 and the open check valve 103 to the second cylinder 107 , The second cylinder 107 is almost completely filled with water. The now penetrating CO 2 displaces the water with 100 bar. This water will now be via the 3-way valve 109 to the hydraulic motor 111 passed, there relaxed to 60 bar and the first cylinder 108 via the 3-way valve 110 directed (see step 1b). During decompression, there is the hydraulic motor 111 14.9 kW shaft power to the generator 112 from. The generator 112 then converts the shaft power into electrical power. 14.2 kW electrical power is provided to a consumer. The efficiency of the hydraulic motor 111 is 92% and the generator 95%.

Schritt 1bStep 1b

Gleichzeitig mit Schritt 1a füllt das im Hydraulikmotor 111 auf 60 bar entspannte Wasser den ersten Zylinder 108. Das dort befindliche CO2 wird über das geöffnete Rückschlagventil 105 und das Dreiwegeventil 119 isobar bei einem Druck von 60 bar in die Leitung 2 verdrängt.Simultaneously with step 1a, this fills in the hydraulic motor 111 at 60 bar relaxed water the first cylinder 108 , The CO 2 located there is over the open check valve 105 and the three-way valve 119 Isobar at a pressure of 60 bar in the line 2 repressed.

Zustand nach Schritt 1a und 1bCondition after step 1a and 1b

Nach den Schritten 1a und 1b ist der zweite Zylinder 7 vollständig mit CO2 gefüllt, während der erste Zylinder 8 nahezu vollständig mit Wasser gefüllt ist. Die Rückschlagventile 103, 104, 105 und 106 sind geschlossen.After steps 1a and 1b, the second cylinder 7 completely filled with CO 2 while the first cylinder 8th almost completely filled with water. The check valves 103 . 104 . 105 and 106 are closed.

Schritt 2aStep 2a

Sobald der erste Zylinder 108 nahezu vollständig mit Wasser gefüllt ist, ändern die 3-Wegeventile 109, 110 und 119, 120 die Strömungsrichtungen, so daß nun das CO2 aus Leitung 101 über das Dreiwegeventil 120 und das geöffnete Rückschlagventil 106 in den ersten Zylinder 108 einströmen kann und nun dort das Wasser verdrängt. Das Wasser wird so geleitet, das es über die 3-Wege-Ventile 109 und 110 und den Hydraulikmotor 111 zum den zweiten Zylinder 107 gelangt.As soon as the first cylinder 108 is almost completely filled with water, change the 3-way valves 109 . 110 and 119 . 120 the flow directions, so that now the CO 2 from line 101 over the three-way valve 120 and the open check valve 106 in the first cylinder 108 can flow in and now displaces the water there. The water is routed through the 3-way valves 109 and 110 and the hydraulic motor 111 to the second cylinder 107 arrives.

Schritt 2bStep 2b

Gleichzeitig mit Schritt 2a füllt das im Hydraulikmotor 111 auf 60 bar entspannte Wasser den zweiten Zylinder 107. Das dort befindliche CO2 wird über das geöffnete Rückschlagventil 104 und Dreiwegeventil 119 isobar bei einem Druck von 60 bar in die Leitung 2 verdängt.Simultaneously with step 2a fills that in the hydraulic motor 111 at 60 bar relaxed water the second cylinder 107 , The CO 2 located there is over the open check valve 104 and three-way valve 119 Isobar at a pressure of 60 bar in the line 2 verdängt.

Zustand nach Schritt 2a und 2bCondition after step 2a and 2b

Nach den Schritten 2a und 2b ist der zweite Zylinder 7 nahezu vollständig mit Wasser gefüllt, während der erste Zylinder 8 nahezu vollständig mit CO2 gefüllt ist. Die Rückschlagventile 103, 104, 105 und 106 sind geschlossen. Dieser Zustand entspricht somit dem Zustand vor den Schritten 1a und 1b. Damit ist der Zyklus geschlossen und eine fortwährende Entspannung des CO2 gewährleistet.After the steps 2a and 2b, the second cylinder 7 almost completely filled with water while the first cylinder 8th almost completely filled with CO 2 . The check valves 103 . 104 . 105 and 106 are closed. This state thus corresponds to the state before steps 1a and 1b. This completes the cycle and ensures continued relaxation of CO 2 .

Abkühlung und Verflüssigung des CO2 Cooling and liquefaction of CO 2

Über Leitung 102 gelangt nun das CO2 bei einem Druck von 60 bar und einer Temperatur von 23°C in den Kondensator 13. Dort wird es im Gegenstrom von Kühlturmwasser auf 19°C abgekühlt und verflüssigt. Anschließend gelangt das nun wieder flüssige CO2 zur Hydraulikpumpe 15.Via wire 102 The CO 2 now reaches the condenser at a pressure of 60 bar and a temperature of 23 ° C 13 , There it is cooled in countercurrent of cooling tower water to 19 ° C and liquefied. Subsequently, the now liquid CO 2 returns to the hydraulic pump 15 ,

Beispiel 2 zeigt, daß ein ORC-Prozeß, welcher mit der erfindungsgemäßen Anordnung zur Expansion eines Gases betrieben wird, durchaus im kleinen und mittleren Leistungsbereich und relativ niedrigen Temperaturen mit einfachen Mitteln technisch und wirtschaftlich realisierbar ist.example 2 shows that a ORC process which with the inventive arrangement operated for the expansion of a gas, quite small and medium power range and relatively low temperatures with simple means technically and economically feasible.

Beispiel 3Example 3

Die in 3 gezeigte Anordnung zur isothermen Kompression eines Gases entspricht der in 1 gezeigten Ausführungsform mit Ausnahme zwei zusätzlicher Wärmetauscher, durch die Hydraulikflüssigkeit 20, 25 zur Abkühlung geführt wird. Gleiche Bezugszeichen haben dieselbe Bedeutung wie in 1. Als gasförmiges Arbeitsmittel wird Luft eingesetzt. Die Hydraulikflüssigkeit ist Wasser.In the 3 shown arrangement for the isothermal compression of a gas corresponds to the in 1 shown embodiment, with the exception of two additional heat exchanger, by the hydraulic fluid 20 . 25 to cool down. Like reference numerals have the same meaning as in FIG 1 , Air is used as the gaseous working medium. The hydraulic fluid is water.

Zustand vor Schritt 1a und 1bCondition before step 1a and 1b

Vor den Schritten 1a und 1b ist der zweite Zylinder 7 vollständig mit der Hydraulikflüssigkeit gefüllt, während der erste Zylinder 8 vollständig mit Luft gefüllt ist. Die Rückschlagventile 3, 4, 5, und 6 sind geschlossen.Before steps 1a and 1b is the second cylinder 7 completely filled with the hydraulic fluid while the first cylinder 8th completely filled with air. The check valves 3 . 4 . 5 , and 6 are closed.

Schritt 1aStep 1a

In einen vollständig mit Luft gefüllten ersten Zylinder 8 strömt mittels Wärmetauscher 25 (siehe Schritt 1b) abgekühlte Hydraulikflüssigkeit über Düse 27 ein und komprimiert die dort befindliche Luft, bis sich ein erster vorgegebener Druck aufbaut. Die Kompressionswärme wird von der mittels Düse 27 versprühten Hydraulikflüssigkeit aufgenommen. Dabei erwärmt sich die Hydraulikflüssigkeit geringfügig, während die Luft lediglich den Anteil an Druckenergie aufnimmt und speichert und nur einen sehr geringen Teil der Kompressionswärme aufnimmt.In a completely filled with air first cylinder 8th flows through a heat exchanger 25 (see step 1b) cooled hydraulic fluid through nozzle 27 and compresses the air there, until a first predetermined pressure builds up. The heat of compression is from the nozzle 27 sprayed hydraulic fluid was added. In this case, the hydraulic fluid heats up slightly, while the air only absorbs and stores the proportion of pressure energy and absorbs only a very small part of the heat of compression.

Sobald der erste vorgegebene Druck im ersten Zylinder 8 erreicht ist, öffnet sich das dritte Rückschlagventil (Rv) 6 und läßt die Luft isobar in die Druckleitung (D1) 1 entweichen, dabei baut sich der erste vorgegebene Druck in der Druckleitung 1 auf.Once the first predetermined pressure in the first cylinder 8th is reached, the third check valve (Rv) opens 6 and leaves the air isobaric in the pressure line (D1) 1 escape, thereby the first predetermined pressure builds up in the pressure line 1 on.

Schritt 1bStep 1b

Gleichzeitig mit Schritt 1a wird dem zweiten Zylinder 7 die benötigte Hydraulikflüssigkeit entnommen, durch das geöffnete Rückschlagventil 22 und das 3-Wegeventil 9 geleitet und der Hydraulikpumpe (Hp) 11 zugeführt. Die Hydraulikpumpe 11 pumpt die Hydraulikflüssigkeit auf den ersten vorgegebenen Druck und läßt sie über das 3-Wegeventil 10 und das geöffnete Rückschlagventil 24 zu Wärmetauscher 25 strömen. Dabei ist Rückschlagventil 26 geschlossen, um ein direktes Eindringen der Hydraulikflüssigkeit in den ersten Zylinder 8 zu verhindern.Simultaneously with step 1a becomes the second cylinder 7 taken the required hydraulic fluid through the open check valve 22 and the 3-way valve 9 directed and the hydraulic pump (Hp) 11 fed. The hydraulic pump 11 pumps the hydraulic fluid to the first predetermined pressure and leaves it via the 3-way valve 10 and the open check valve 24 to heat exchanger 25 stream. This is a check valve 26 closed to allow direct entry of hydraulic fluid into the first cylinder 8th to prevent.

In Wärmetauscher 25 wird die Hydraulikflüssigkeit mit Kühlturmwasser, das eine niedrigere Temperatur als die Hydraulikflüssigkeit aufweist, im Gegenstromprinzip abgekühlt. Das Wasser stammt aus einem Kühlturm 21. Nach der Abkühlung der Hydraulikflüssigkeit in Wärmetauscher 25 strömt sie über die Düse 27 in den ersten Zylinder 8 ein (siehe Schritt 1a).In heat exchanger 25 becomes the hydraulic fluid cooled with cooling tower water, which has a lower temperature than the hydraulic fluid, cooled in the counterflow principle. The water comes from a cooling tower 21 , After cooling the hydraulic fluid in the heat exchanger 25 it flows over the nozzle 27 in the first cylinder 8th on (see step 1a).

Während der Entnahme der Hydraulikflüssigkeit sinkt der Druck in dem zweiten Zylinder 7 auf den zweiten vorgegebenen Druck, der niedriger als der erste vorgegebene Druck ist. Sobald der zweite vorgegebene Druck im zweiten Zylinder 7 erreicht ist, öffnet sich das zweite Rückschlagventil 4 und läßt Luft aus der Saugleitung (S1) 2 in den ersten Zylinder 7 einströmen.During the removal of the hydraulic fluid, the pressure in the second cylinder decreases 7 to the second predetermined pressure, which is lower than the first predetermined pressure. As soon as the second predetermined pressure in the second cylinder 7 is reached, opens the second check valve 4 and lets air out of the suction line (S1) 2 in the first cylinder 7 flow.

Zustand nach Schritt 1a und 1bCondition after step 1a and 1b

Nach den Schritten 1a und 1b ist der zweite Zylinder 7 vollständig mit Luft gefüllt, während der erste Zylinder 8 vollständig mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist. Die Rückschlagventile 3, 4, 5, und 6 sind geschlossen.After steps 1a and 1b, the second cylinder 7 completely filled with air while the first cylinder 8th completely filled with hydraulic fluid. The check valves 3 . 4 . 5 , and 6 are closed.

Schritt 2aStep 2a

In diesen Zustand ändern nun die beiden 3-Wegeventile 9 und 10 die Strömungsrichtung des Wassers; dabei schließen die Rückschlagventile 4, 6, 22 und 24, so daß nun die Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten Zylinder 8 über das geöffnete Rückschlagventil 26 und das 3-Wegeventil 10 durch die Hydraulikpumpe 11 strömt. Das geschlossene Rückschlagventil 22 verhindert ein direktes Eindringen der Hydraulikflüssigkeit in den zweiten Zylinder 7. In der Hydraulikpumpe 11 erfährt die Hydraulikflüssigkeit eine Druckerhöhung vom zweiten vorgegebenen Druck auf den ersten vorgegebenen Druck. Danach wird die Hydraulikflüssigkeit über das 3-Wegeventil 9 und das geöffnete Rückschlagventil 19 zu Wärmetauscher 21 geführt.In this state change now the two 3-way valves 9 and 10 the flow direction of the water; while closing the check valves 4 . 6 . 22 and 24 so that now the hydraulic fluid from the first cylinder 8th over the open check valve 26 and the 3-way valve 10 through the hydraulic pump 11 flows. The closed check valve 22 prevents direct penetration of the hydraulic fluid into the second cylinder 7 , In the hydraulic pump 11 the hydraulic fluid experiences an increase in pressure from the second predetermined pressure to the first predetermined pressure. Thereafter, the hydraulic fluid via the 3-way valve 9 and the open check valve 19 to heat exchanger 21 guided.

In Wärmetauscher 21 wird die Hydraulikflüssigkeit mit Kühlturmwasser, das eine niedrigere Temperatur als die Hydraulikflüssigkeit aufweist, im Gegenstromprinzip abgekühlt. Das Wasser stammt aus einen Kühlturm 21. Nach der Abkühlung der Hydraulikflüssigkeit in Wärmetauscher 21 strömt sie über die Düse 23 in den zweiten Zylinder 7 und komprimiert dort die Luft vom zweiten vorgegebenen Druck auf den ersten vorgegebenen Druck. Sobald der erste vorgegebene Druck im zweiten Zylinder 7 erreicht ist, öffnet sich das erste Rückschlagventil 3 und läßt wiederum die Luft isobar in die Druckleitung 1 entweichen.In heat exchanger 21 The hydraulic fluid is cooled with cooling tower water, which has a lower temperature than the hydraulic fluid, in countercurrent principle. The water comes from a cooling tower 21 , After cooling the hydraulic fluid in the heat exchanger 21 it flows over the nozzle 23 in the second cylinder 7 and there compresses the air from the second predetermined pressure to the first predetermined pressure. Once the first predetermined pressure in the second cylinder 7 is reached, the first check valve opens 3 and in turn leaves the air isobaric in the pressure line 1 escape.

Die Kompressionswärme wird von der mittels Düse 23 versprühten Hydraulikflüssigkeit aufgenommen. Dabei erwärmt sich die Hydraulikflüssigkeit geringfügig, während die Luft lediglich den Anteil an Druckenergie aufnimmt und speichert und nur einen sehr geringen Teil der Kompressionswärme aufnimmt.The heat of compression is from the nozzle 23 sprayed hydraulic fluid was added. In this case, the hydraulic fluid heats up slightly, while the air only absorbs and stores the proportion of pressure energy and absorbs only a very small part of the heat of compression.

Schritt 2bStep 2b

Gleichzeitig mit Schritt 2a fällt im ersten Zylinder 8 hingegen der Druck. Sobald der Druck im zweiten Zylinder den zweiten vorgegebenen Druck erreicht hat, öffnet sich das vierte Rückschlagventil 5 und läßt Luft aus der Saugleitung 2 in den Zylinder 8 einströmen. Sobald der zweite Zylinder 7 vollständig mit Luft gefüllt ist, ändern die beiden 3-Wegeventile 9 und 10 die Strömungsrichtung der Hydraulikflüssigkeit, so daß nun die Hydraulikflüssigkeit vom zweiten Zylinder 7 über die Hydraulikpumpe 11 und dem Wärmetauscher 21 zu dem ersten Zylinder 8 strömt und in diesen über Düse 27 eingeleitet wird.Simultaneously with step 2a falls in the first cylinder 8th however, the pressure. As soon as the pressure in the second cylinder has reached the second predetermined pressure, the fourth check valve opens 5 and lets air out of the suction line 2 in the cylinder 8th flow. As soon as the second cylinder 7 completely filled with air, change the two 3-way valves 9 and 10 the flow direction of the hydraulic fluid, so that now the hydraulic fluid from the second cylinder 7 over the hydraulic pump 11 and the heat exchanger 21 to the first cylinder 8th flows and in these over nozzle 27 is initiated.

Zustand nach Schritt 2a und 2bCondition after step 2a and 2b

Nach den Schritten 2a und 2b ist der zweite Zylinder 7 vollständig mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt, während der erste Zylinder 8 vollständig mit Luft gefüllt ist. Dieser Zustand entspricht somit dem Zustand vor den Schritten 1a und 1b. Die Rückschlagventile 3, 4, 5 und 6 sind geschlossen. Damit ist der Zyklus geschlossen und eine fortwährende Komprimierung des Luft unter Abfuhr an Kompressionswärme gewährleistet.After the steps 2a and 2b, the second cylinder 7 completely filled with hydraulic fluid while the first cylinder 8th completely filled with air. This state thus corresponds to the state before steps 1a and 1b. The check valves 3 . 4 . 5 and 6 are closed. This closes the cycle and ensures continuous compression of the air while dissipating heat of compression.

Weitere Bestandteile der dritten Ausführungsform der ErfindungOther components of the third embodiment the invention

Die übrigen Bestandteile und Verfahrensschritte sind in den Abschnitten „Abkühlung und Entspannung des CO2” und „Verdampfen und Erwärmen des CO2” des Beispiels 1 und in 3 beschrieben, wobei in Beispiel 3 Luft anstelle CO2 von als gasförmiges Arbeitsmittel eingesetzt wird. Alternativ kann an die Druckleitung 1 ein Speichergefäß beispielsweise für Luft (Druckluft) angebracht werden. Die Saugleitung würde dann der Atmosphäre die Ansaugluft entziehen. Die Abwärmequelle 21 (Kühlquelle) könnte ein Speichergefäß für Wasser sein, in dem das für die Kühlung der Hydraulik flüssigkeit benötigte Wasser gespeichert wird. An ihm könnten zusätzlich andere Abwärmequellen oder Solarkollektoren angeschlossen werden, die den Inhalt des Speichergefäßes bei Stillstand weiter erwärmen. Diese Wärme kann bei Bedarf später der gespeicherten Luft über Wärmetauscher wieder zurückgegeben werden, welche dann über einen Kraftprozeß beispielsweise den beschriebenen Entspannungsprozeß entspannt werden kann und zu einem sehr hohen Wirkungsgrad größer 80% (bei Berücksichtigung der kostenlosen Abwärmequelle) in elektrische oder mechanische Energie umgewandelt werden.The remaining ingredients and process steps are described in the sections "Cooling and Relaxation of CO 2 " and "Evaporation and Heating of CO 2 " of Example 1 and in 3 described, wherein in Example 3 air instead of CO 2 is used by as a gaseous working fluid. Alternatively, to the pressure line 1 a storage vessel for example for air (compressed air) are attached. The suction line would then extract the intake air from the atmosphere. The waste heat source 21 (Cooling source) could be a storage vessel for water, in which the liquid required for the cooling of the hydraulic fluid is stored. In addition, other waste heat sources or solar collectors could be connected to it, which further heat the contents of the storage vessel at standstill. This heat can be returned later, if required, the stored air through heat exchangers again, which can then be relaxed by a force process, for example, the relaxation process described and converted to a very high efficiency greater than 80% (taking into account the free waste heat source) into electrical or mechanical energy ,

11
Druckleitungpressure line
22
Saugleitungsuction
33
erstes Rückschlagventilfirst check valve
44
zweites Rückschlagventilsecond check valve
55
viertes Rückschlagventilfourth check valve
66
drittes Rückschlagventilthird check valve
77
zweiter Zylindersecond cylinder
88th
erster Zylinderfirst cylinder
99
3-Wege-Ventil3-way valve
1010
3-Wege-Ventil3-way valve
1111
Hydraulikpumpehydraulic pump
1212
Elektromotorelectric motor
1313
Gaskühlergas cooler
1414
innerer Wärmeübertragerinternal Heat exchanger
1515
Expansionsventilexpansion valve
1616
VerdampferEvaporator
1717
Verbraucherconsumer
1818
BrunnenFountain
1919
Rückschlagventilcheck valve
2020
Wärmetauscherheat exchangers
2121
Abwärmequellewaste heat source
2222
Rückschlagventilcheck valve
2323
Düse im zweiten Zylinder 7 Nozzle in the second cylinder 7
2424
Rückschlagventilcheck valve
2525
Wärmetauscherheat exchangers
2626
Rückschlagventilcheck valve
2727
Düse im zweiten Zylinder 8 Nozzle in the second cylinder 8th
101101
erste Leitungfirst management
102102
zweite Leitungsecond management
103103
erstes Rückschlagventilfirst check valve
104104
zweites Rückschlagventilsecond check valve
105105
viertes Rückschlagventilfourth check valve
106106
drittes Rückschlagventilthird check valve
107107
zweiter Zylindersecond cylinder
108108
erster Zylinderfirst cylinder
109109
3-Wege-Ventil3-way valve
110110
3-Wege-Ventil3-way valve
111111
Hydraulikmotorhydraulic motor
112112
Generatorgenerator
113113
Kondensatorcapacitor
114114
KühlwasserturmCooling tower
115115
Hydraulikpumpehydraulic pump
116116
Elektromotorelectric motor
117117
Wärmetauscherheat exchangers
118118
Abwärmequellewaste heat source
119119
zweites 3-Wege-Ventilsecond 3-way valve
120120
erstes 3-Wege-Ventilfirst 3-way valve

Claims (14)

Vorrichtung zur Verdichtung oder Entspannung eines gasförmigen Arbeitsmittels mittels einer Hydraulikflüssigkeit, umfassend einen ersten adiabaten Zylinder (8, 108) und einen zweiten adiabaten Zylinder (7, 107), der mit dem ersten Zylinder (8, 108) über eine Einrichtung zur Zufuhr (11) oder Abfuhr (111) von Energie hydraulisch verbunden ist, wobei (a) sich in einem ersten Zustand das gasförmige Arbeitsmittel in dem ersten adiabaten Zylinder (8, 108) befindet und sich die Hydraulikflüssigkeit in dem zweiten adiabaten Zylinder (7, 107) befindet; (b) in einem ersten Schritt die Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten adiabaten Zylinder (7, 107) in den ersten adiabaten Zylinder (8, 108) geführt wird, wobei die Hydraulikflüssigkeit die Einrichtung zur Zufuhr (11) oder Abfuhr (111) von Energie passiert; (c) sich in einem zweiten Zustand das gasförmige Arbeitsmittel in dem zweiten adiabaten Zylinder (7, 107) befindet und sich die Hydraulikflüssigkeit in dem ersten adiabaten Zylinder (8, 108), befindet; (d) in einem zweiten Schritt die Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten adiabaten Zylinder (8, 108) in den zweiten adiabaten Zylinder (7, 107) geführt wird, wobei die Hydraulikflüssigkeit die Einrichtung zur Zufuhr (11) oder Abfuhr (111) von Energie passiert; und (e) der erste Schritt (b) unter Erreichen des zweiten Zustandes und anschließend der zweite Schritt (d) unter Erreichen des ersten Zustandes wiederholt ausgeführt werden.Device for the compression or expansion of a gaseous working fluid by means of a hydraulic fluid, comprising a first adiabatic cylinder ( 8th . 108 ) and a second adiabatic cylinder ( 7 . 107 ), with the first cylinder ( 8th . 108 ) via a supply device ( 11 ) or removal ( 111 ) is hydraulically connected, wherein (a) in a first state the gaseous working fluid in the first adiabatic cylinder ( 8th . 108 ) and the hydraulic fluid in the second adiabatic cylinder ( 7 . 107 ) is located; (b) in a first step, the hydraulic fluid from the second adiabatic cylinder ( 7 . 107 ) in the first adiabatic cylinder ( 8th . 108 ), wherein the hydraulic fluid is the means for supplying ( 11 ) or removal ( 111 ) of energy passes; (c) in a second state, the gaseous working fluid in the second adiabatic cylinder ( 7 . 107 ) and the hydraulic fluid in the first adiabatic cylinder ( 8th . 108 ) is located; (d) in a second step, the hydraulic fluid from the first adiabatic cylinder ( 8th . 108 ) into the second adiabatic cylinder ( 7 . 107 ), wherein the hydraulic fluid is the means for supplying ( 11 ) or removal ( 111 ) of energy passes; and (e) repeatedly executing the first step (b) upon reaching the second state and then the second step (d) upon reaching the first state. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Verdichtung des gasförmigen Arbeitsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß – der erste adiabate Zylinder (8) über ein erstes Ventil (3) mit einer ersten Leitung (1) verbunden ist, in die verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel aus dem ersten adiabaten Zylinder (8) strömen kann; – der erste adiabate Zylinder (8) über ein zweites Ventil (4) mit einer zweiten Leitung (2) verbunden ist, aus der entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel in den ersten adiabaten Zylinder (8) strömen kann; – der zweite adiabate Zylinder (7) über ein drittes Ventil (6) mit der ersten Leitung (1) verbunden ist, in die verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel aus dem zweiten adiabaten Zylinder (7) strömen kann; – der zweite adiabate Zylinder (7) über ein viertes Ventil (5) mit der zweiten Leitung (2) verbunden ist, aus der entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel in den zweiten adiabaten Zylinder (7) strömen kann; – die Einrichtung zur Zufuhr (11) von Energie eine Hydraulikpumpe (11) ist, die den Druck der Hydraulikflüssigkeit, die die Hydraulikpumpe (11) passiert, erhöht; wobei – in dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand die Ventile (3, 4, 5, 6) der beiden Zylinder (7, 8) geschlossen sind; – in dem ersten Schritt, in dem die Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten adiabaten Zylinder (7) in den ersten adiabaten Zylinder (8) geführt wird, (i) das gasförmige Arbeitsmittel in dem ersten adiabaten Zylinder (8) auf einen vorgege benen Druck verdichtet wird, wobei sich, sobald das gasförmige Arbeitsmittel den vorgegebenen Druck erreicht hat, das erste Ventil (3) öffnet, so daß das verdichtete gasförmige Arbeitsmittel isobar in die erste Leitung (1) strömt; und (ii) der Druck in dem zweiten adiabaten Zylinder (7) auf einen vorgegebenen Wert sinkt, wobei sich, sobald der vorgegebene Druck in dem zweiten adiabaten Zylinder (7) erreicht ist, das vierte Ventil (5) öffnet, so daß entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel in den zweiten adiabaten Zylinder (7) strömt; und – in dem zweiten Schritt, in dem die Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten adiabaten Zylinder (8) in den zweiten adiabaten Zylinder (7) geführt wird, (i) das gasförmige Arbeitsmittel in dem zweiten adiabaten Zylinder (7) auf einen vorgegebenen Druck verdichtet wird, wobei sich, sobald das gasförmige Arbeitsmittel den vorgegebenen Druck erreicht hat, das dritte Ventil (6) öffnet, so daß das verdichtete gasförmige Arbeitsmittel isobar in die erste Leitung (1) strömt; und (ii) der Druck in dem ersten adiabaten Zylinder (8) auf einen vorgegebenen Wert sinkt, wobei sich, sobald der vorgegebene Druck in dem ersten adiabaten Zylinder (8) erreicht ist, das zweite Ventil (4) öffnet, so daß entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel in den ersten adiabaten Zylinder (8) strömt.Apparatus according to claim 1 for compressing the gaseous working fluid, characterized in that - the first adiabatic cylinder ( 8th ) via a first valve ( 3 ) with a first line ( 1 ) into the compressed gaseous working fluid from the first adiabatic cylinder ( 8th ) can flow; - the first adiabatic cylinder ( 8th ) via a second valve ( 4 ) with a second line ( 2 ) from the relaxed gaseous working fluid into the first adiabatic cylinder ( 8th ) can flow; The second adiabatic cylinder ( 7 ) via a third valve ( 6 ) with the first line ( 1 ) in the compressed gaseous working fluid from the second adiabatic cylinder ( 7 ) can flow; The second adiabatic cylinder ( 7 ) via a fourth valve ( 5 ) with the second line ( 2 ), from the relaxed gaseous working fluid into the second adiabatic cylinder ( 7 ) can flow; - the device for feeding ( 11 ) of energy a hydraulic pump ( 11 ), which is the pressure of the hydraulic fluid which is the hydraulic pump ( 11 ) happens, increased; wherein - in the first state and the second state, the valves ( 3 . 4 . 5 . 6 ) of the two cylinders ( 7 . 8th ) are closed; In the first step, in which the hydraulic fluid from the second adiabatic cylinder ( 7 ) in the first adiabatic cylinder ( 8th ), (i) the gaseous working fluid in the first adiabatic cylinder ( 8th ) is compressed to a pre-defined pressure, wherein, as soon as the gaseous working fluid has reached the predetermined pressure, the first valve ( 3 ) opens, so that the compressed gaseous working fluid isobaric in the first line ( 1 ) flows; and (ii) the pressure in the second adiabatic cylinder ( 7 ) decreases to a predetermined value, whereby, so soon the given pressure in the second adiabatic cylinder ( 7 ), the fourth valve ( 5 ) opens, so that relaxed gaseous working fluid in the second adiabatic cylinder ( 7 ) flows; and - in the second step, in which the hydraulic fluid from the first adiabatic cylinder ( 8th ) into the second adiabatic cylinder ( 7 ), (i) the gaseous working fluid in the second adiabatic cylinder ( 7 ) is compressed to a predetermined pressure, wherein, once the gaseous working fluid has reached the predetermined pressure, the third valve ( 6 ) opens, so that the compressed gaseous working fluid isobaric in the first line ( 1 ) flows; and (ii) the pressure in the first adiabatic cylinder ( 8th ) decreases to a predetermined value, whereby, as soon as the predetermined pressure in the first adiabatic cylinder ( 8th ), the second valve ( 4 ) opens, so that relaxed gaseous working fluid in the first adiabatic cylinder ( 8th ) flows. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrichtung der Hydraulikflüssigkeit über Dreiwegeventile (9, 10) bestimmt wird, die in der hydraulischen Verbindung zwischen dem ersten adiabaten Zylinder (8) und dem zweiten adiabaten Zylinder (7) angeordnet sind.Apparatus according to claim 2, characterized in that the flow direction of the hydraulic fluid via three-way valves ( 9 . 10 ) in the hydraulic connection between the first adiabatic cylinder ( 8th ) and the second adiabatic cylinder ( 7 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leitung (1), in der verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel strömt, über ein Expansionsventil (15) mit der zweiten Leitung (2) verbunden ist, in dem das verdichtete gasförmige Arbeitsmittel entspannt wird.Device according to Claim 2 or Claim 3, characterized in that the first line ( 1 ), in which compressed gaseous working fluid flows, via an expansion valve ( 15 ) with the second line ( 2 ), in which the compressed gaseous working fluid is released. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Entspannung des gasförmigen Arbeitsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß – der erste adiabate Zylinder (108) über ein erstes Ventil (103) und ein Dreiwegeventil (120) mit einer ersten Leitung (101) verbunden ist, aus der verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel in den ersten adiabaten Zylinder (108) strömen kann; – der erste adiabate Zylinder (108) über ein zweites Ventil (104) und ein Dreiwegeventil (119) mit einer zweiten Leitung (102) verbunden ist, in die entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel aus dem ersten adiabaten Zylinder (108) strömen kann; – der zweite adiabate Zylinder (107) über ein drittes Ventil (106) und dem Dreiwegeventil (120) mit der ersten Leitung (101) verbunden ist, aus der verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel in den zweiten adiabaten Zylinder (107) strömen kann; – der zweite adiabate Zylinder (107) über ein viertes Ventil (105) und dem Dreiwegeventil (119) mit der zweiten Leitung (102) verbunden ist, in die entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel in den zweiten adiabaten Zylinder (107) strömen kann; – die Einrichtung zur Abfuhr (111) von Energie ein Hydraulikmotor (111) ist, die den Druck der Hydraulikflüssigkeit, der den Hydraulikmotor (111) passiert, verringert; wobei – in dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand die Ventile (103, 104, 105, 106) der beiden Zylinder (107, 108) geschlossen sind; – in dem ersten Schritt, in dem die Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten adiabaten Zylinder (107) in den ersten adiabaten Zylinder (108) geführt wird, (i) über das geöffnete dritte Ventil (106) verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel aus der ersten Leitung (1) in den zweiten adiabaten Zylinder (107) strömt, so daß die Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten adiabaten Zylinder (107) verdrängt wird und in den ersten adiabaten Zylinder (108) strömt; und (ii) entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel aus dem ersten adiabaten Zylinder (108) über das geöffnete zweite Ventil (104) in die zweite Leitung (2) strömt; – in dem zweiten Schritt, in dem die Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten adiabaten Zylinder (108) in den zweiten adiabaten Zylinder (107) geführt wird, (i) über das geöffnete erste Ventil (103) verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel in den ersten adiabaten Zylinder (108) strömt, so daß die Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten adiabaten Zylinder (108) verdrängt wird und in den zweiten adiabaten Zylinder (107) strömt; und (ii) entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel aus dem zweiten adiabaten Zylinder (107) über das geöffnete vierte Ventil (105) in die zweite Leitung (2) strömt.Apparatus according to claim 1 for relaxing the gaseous working fluid, characterized in that - the first adiabatic cylinder ( 108 ) via a first valve ( 103 ) and a three-way valve ( 120 ) with a first line ( 101 ) from the compressed gaseous working fluid into the first adiabatic cylinder ( 108 ) can flow; - the first adiabatic cylinder ( 108 ) via a second valve ( 104 ) and a three-way valve ( 119 ) with a second line ( 102 ) in the relaxed gaseous working fluid from the first adiabatic cylinder ( 108 ) can flow; The second adiabatic cylinder ( 107 ) via a third valve ( 106 ) and the three-way valve ( 120 ) with the first line ( 101 ) from the compressed gaseous working fluid into the second adiabatic cylinder ( 107 ) can flow; The second adiabatic cylinder ( 107 ) via a fourth valve ( 105 ) and the three-way valve ( 119 ) with the second line ( 102 ) into the relaxed gaseous working fluid into the second adiabatic cylinder ( 107 ) can flow; - the means of removal ( 111 ) of energy a hydraulic motor ( 111 ) is the pressure of the hydraulic fluid, the hydraulic motor ( 111 ) happens, decreases; wherein - in the first state and the second state, the valves ( 103 . 104 . 105 . 106 ) of the two cylinders ( 107 . 108 ) are closed; In the first step, in which the hydraulic fluid from the second adiabatic cylinder ( 107 ) in the first adiabatic cylinder ( 108 ), (i) via the opened third valve ( 106 ) compressed gaseous working fluid from the first conduit ( 1 ) into the second adiabatic cylinder ( 107 ) flows, so that the hydraulic fluid from the second adiabatic cylinder ( 107 ) and in the first adiabatic cylinder ( 108 ) flows; and (ii) relaxed gaseous working fluid from the first adiabatic cylinder ( 108 ) via the opened second valve ( 104 ) into the second line ( 2 ) flows; In the second step, in which the hydraulic fluid from the first adiabatic cylinder ( 108 ) into the second adiabatic cylinder ( 107 ), (i) via the opened first valve ( 103 ) compressed gaseous working fluid into the first adiabatic cylinder ( 108 ) flows, so that the hydraulic fluid from the first adiabatic cylinder ( 108 ) and into the second adiabatic cylinder ( 107 ) flows; and (ii) relaxed gaseous working fluid from the second adiabatic cylinder ( 107 ) over the opened fourth valve ( 105 ) into the second line ( 2 ) flows. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrichtung der Hydraulikflüssigkeit über Dreiwegeventile (9, 10) bestimmt wird, die in der hydraulischen Verbindung zwischen dem ersten adiabaten Zylinder (8) und dem zweiten adiabaten Zylinder (7) angeordnet sind.Apparatus according to claim 5, characterized in that the flow direction of the hydraulic fluid via three-way valves ( 9 . 10 ) in the hydraulic connection between the first adiabatic cylinder ( 8th ) and the second adiabatic cylinder ( 7 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß – die Strömung des verdichteten gasförmigen Arbeitsmittels aus der ersten Leitung (101) zum ersten adiabaten Zylinder (108) oder zum zweiten adiabaten Zylinder (107) durch das Dreiwegeventil 20 bestimmt wird; – die Strömung des entspannten gasförmigen Arbeitsmittels aus dem ersten adiabaten Zylinder (108) oder dem zweiten adiabaten Zylinder (107) in die zweite Leitung (102) durch das Dreiwegeventil 19 bestimmt wird.Apparatus according to claim 4 or claim 5, characterized in that - the flow of the compressed gaseous working fluid from the first conduit ( 101 ) to the first adiabatic cylinder ( 108 ) or to the second adiabatic cylinder ( 107 ) through the three-way valve 20 is determined; The flow of the expanded gaseous working fluid from the first adiabatic cylinder ( 108 ) or the second adiabatic cylinder ( 107 ) into the second line ( 102 ) through the three-way valve 19 is determined. Verfahren zur Verdichtung oder Entspannung eines gasförmigen Arbeitsmittels mittels einer Hydraulikflüssigkeit in einer Vorrichtung, umfassend einen ersten adiabaten Zylinder (8, 108) und einen zweiten adiabaten Zylinder (7, 107), der mit dem ersten Zylinder (8, 108) über eine Einrichtung zur Zufuhr (11) oder Abfuhr (111) von Energie hydraulisch verbunden ist, wobei (a) sich in einem ersten Zustand das gasförmige Arbeitsmittel in dem ersten adiabaten Zylinder (8, 108) befindet und sich die Hydraulikflüssigkeit in dem zweiten adiabaten Zylinder (7, 107) befindet; (b) in einem ersten Schritt die Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten adiabaten Zylinder (7, 107) in den ersten adiabaten Zylinder (8, 108) geführt wird, wobei die Hydraulikflüssigkeit die Einrichtung zur Zufuhr (11) oder Abfuhr (111) von Energie passiert; (c) sich in einem zweiten Zustand das gasförmige Arbeitsmittel in dem zweiten adiabaten Zylinder (7, 107) befindet und sich die Hydraulikflüssigkeit in dem ersten adiabaten Zylinder (8, 108), befindet; (d) in einem zweiten Schritt die Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten adiabaten Zylinder (8, 108) in den zweiten adiabaten Zylinder (7, 107) geführt wird, wobei die Hydraulikflüssigkeit die Einrichtung zur Zufuhr (11) oder Abfuhr (111) von Energie passiert; und (e) der erste Schritt (b) unter Erreichen des zweiten Zustandes und anschließend der zweite Schritt (d) unter Erreichen des ersten Zustandes wiederholt ausgeführt werden.Method for compressing or relaxing a gaseous working fluid by means of a hydraulic fluid in a device comprising a first adiabatic cylinder ( 8th . 108 ) and a second adiabatic cylinder ( 7 . 107 ), with the first cylinder ( 8th . 108 ) via a supply device ( 11 ) or removal ( 111 ) is hydraulically connected, wherein (a) in a first state the gaseous working fluid in the first adiabatic cylinder ( 8th . 108 ) is located and the hydraulic fluid in the second adiabatic cylinder ( 7 . 107 ) is located; (b) in a first step, the hydraulic fluid from the second adiabatic cylinder ( 7 . 107 ) in the first adiabatic cylinder ( 8th . 108 ), wherein the hydraulic fluid is the means for supplying ( 11 ) or removal ( 111 ) of energy passes; (c) in a second state, the gaseous working fluid in the second adiabatic cylinder ( 7 . 107 ) and the hydraulic fluid in the first adiabatic cylinder ( 8th . 108 ) is located; (d) in a second step, the hydraulic fluid from the first adiabatic cylinder ( 8th . 108 ) into the second adiabatic cylinder ( 7 . 107 ), wherein the hydraulic fluid is the means for supplying ( 11 ) or removal ( 111 ) of energy passes; and (e) repeatedly executing the first step (b) upon reaching the second state and then the second step (d) upon reaching the first state. Verfahren nach Anspruch 8 zur Verdichtung des gasförmigen Arbeitsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß – der erste adiabate Zylinder (8) über ein erstes Ventil (3) mit einer ersten Leitung (1) verbunden ist, in die verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel aus dem erste adiabaten Zylinder (8) strömen kann; – der erste adiabate Zylinder (8) über ein zweites Ventil (4) mit einer zweiten Leitung (2) verbunden ist, aus der entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel in den ersten adiabaten Zylinder (8) strömen kann; – der zweite adiabate Zylinder (7) über ein drittes Ventil (6) mit der ersten Leitung (1) verbunden ist, in die verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel aus dem zweiten adiabaten Zylinder (7) strömen kann; – der zweite adiabate Zylinder (7) über ein viertes Ventil (5) mit der zweiten Leitung (2) verbunden ist, aus der entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel in den zweiten adiabaten Zylinder (7) strömen kann; – die Einrichtung zur Zufuhr (11) von Energie eine Hydraulikpumpe (11) ist, die den Druck der Hydraulikflüssigkeit, die die Hydraulikpumpe (11) passiert, erhöht; wobei – in dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand die Ventile (3, 4, 5, 6) der beiden Zylinder (7, 8) geschlossen sind; – in dem ersten Schritt, in dem die Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten adiabaten Zylinder (7) in den ersten adiabaten Zylinder (8) geführt wird, (i) das gasförmige Arbeitsmittel in dem ersten adiabaten Zylinder (8) auf einen vorgegebenen Druck verdichtet wird, wobei sich, sobald das gasförmige Arbeitsmittel den vorgegebenen Druck erreicht hat, das erste Ventil (3) öffnet, so daß das verdichtete gasförmige Arbeitsmittel isobar in die erste Leitung (1) strömt; und (ii) der Druck in dem zweiten adiabaten Zylinder (7) auf einen vorgegebenen Wert sinkt, wobei sich, sobald der vorgegebene Druck in dem zweiten adiabaten Zylinder (7) erreicht ist, das vierte Ventil (5) öffnet, so daß entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel in den zweiten adiabaten Zylinder (7) strömt; und – in dem zweiten Schritt, in dem die Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten adiabaten Zylinder (8) in den zweiten adiabaten Zylinder (7) geführt wird, (i) das gasförmige Arbeitsmittel in dem zweiten adiabaten Zylinder (7) auf einen vorgegebenen Druck verdichtet wird, wobei sich, sobald das gasförmige Arbeitsmittel den vorgegebenen Druck erreicht hat, das dritte Ventil (6) öffnet, so daß das verdichtete gasförmige Arbeitsmittel isobar in die erste Leitung (1) strömt; und (ii) der Druck in dem ersten adiabaten Zylinder (8) auf einen vorgegebenen Wert sinkt, wobei sich, sobald der vorgegebene Druck in dem ersten adiabaten Zylinder (8) erreicht ist, das zweite Ventil (4) öffnet, so daß entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel in den ersten adiabaten Zylinder (8) strömt.Method according to claim 8 for compressing the gaseous working medium, characterized in that - the first adiabatic cylinder ( 8th ) via a first valve ( 3 ) with a first line ( 1 ) into the compressed gaseous working fluid from the first adiabatic cylinder ( 8th ) can flow; - the first adiabatic cylinder ( 8th ) via a second valve ( 4 ) with a second line ( 2 ) from the relaxed gaseous working fluid into the first adiabatic cylinder ( 8th ) can flow; The second adiabatic cylinder ( 7 ) via a third valve ( 6 ) with the first line ( 1 ) in the compressed gaseous working fluid from the second adiabatic cylinder ( 7 ) can flow; The second adiabatic cylinder ( 7 ) via a fourth valve ( 5 ) with the second line ( 2 ), from the relaxed gaseous working fluid into the second adiabatic cylinder ( 7 ) can flow; - the device for feeding ( 11 ) of energy a hydraulic pump ( 11 ), which is the pressure of the hydraulic fluid which is the hydraulic pump ( 11 ) happens, increased; wherein - in the first state and the second state, the valves ( 3 . 4 . 5 . 6 ) of the two cylinders ( 7 . 8th ) are closed; In the first step, in which the hydraulic fluid from the second adiabatic cylinder ( 7 ) in the first adiabatic cylinder ( 8th ), (i) the gaseous working fluid in the first adiabatic cylinder ( 8th ) is compressed to a predetermined pressure, wherein, once the gaseous working fluid has reached the predetermined pressure, the first valve ( 3 ) opens, so that the compressed gaseous working fluid isobaric in the first line ( 1 ) flows; and (ii) the pressure in the second adiabatic cylinder ( 7 ) decreases to a predetermined value, whereby, as soon as the predetermined pressure in the second adiabatic cylinder ( 7 ), the fourth valve ( 5 ) opens, so that relaxed gaseous working fluid in the second adiabatic cylinder ( 7 ) flows; and - in the second step, in which the hydraulic fluid from the first adiabatic cylinder ( 8th ) into the second adiabatic cylinder ( 7 ), (i) the gaseous working fluid in the second adiabatic cylinder ( 7 ) is compressed to a predetermined pressure, wherein, once the gaseous working fluid has reached the predetermined pressure, the third valve ( 6 ) opens, so that the compressed gaseous working fluid isobaric in the first line ( 1 ) flows; and (ii) the pressure in the first adiabatic cylinder ( 8th ) decreases to a predetermined value, whereby, as soon as the predetermined pressure in the first adiabatic cylinder ( 8th ), the second valve ( 4 ) opens, so that relaxed gaseous working fluid in the first adiabatic cylinder ( 8th ) flows. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrichtung der Hydraulikflüssigkeit über Dreiwegeventile (9, 10) bestimmt wird, die in der hydraulischen Verbindung zwischen dem ersten adiabaten Zylinder (8) und dem zweiten adiabaten Zylinder (7) angeordnet sind.A method according to claim 9, characterized in that the flow direction of the hydraulic fluid via three-way valves ( 9 . 10 ) in the hydraulic connection between the first adiabatic cylinder ( 8th ) and the second adiabatic cylinder ( 7 ) are arranged. Verfahren nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leitung (1), in der verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel strömt, über ein Expansionsventil mit der zweiten Leitung (2) verbunden ist, in dem das verdichtete gasförmige Arbeitsmittel entspannt wird.Method according to Claim 9 or Claim 10, characterized in that the first line ( 1 ), in which compressed gaseous working fluid flows, via an expansion valve with the second line ( 2 ), in which the compressed gaseous working fluid is released. Verfahren nach Anspruch 8 zur Entspannung des gasförmigen Arbeitsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß – der erste adiabate Zylinder (108) über ein erstes Ventil (103) und ein Dreiwegeventil (120) mit einer ersten Leitung (101) verbunden ist, aus der verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel in den ersten adiabaten Zylinder (108) strömen kann; – der erste adiabate Zylinder (108) über ein zweites Ventil (104) und ein Dreiwegeventil (119) mit einer zweiten Leitung (102) verbunden ist, in die entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel aus dem ersten adiabaten Zylinder (108) strömen kann; – der zweite adiabate Zylinder (107) über ein drittes Ventil (106) und dem Dreiwegeventil (120) mit der ersten Leitung (101) verbunden ist, aus der verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel in den zweiten adiabaten Zylinder (107) strömen kann; – der zweite adiabate Zylinder (107) über ein viertes Ventil (105) und dem Dreiwegeventil (119) mit der zweiten Leitung (102) verbunden ist, in die entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel in den zweiten adiabaten Zylinder (107) strömen kann; – die Einrichtung zur Abfuhr (111) von Energie ein Hydraulikmotor (111) ist, die den Druck der Hydraulikflüssigkeit, der den Hydraulikmotor (111) passiert, verringert; wobei – in dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand die Ventile (103, 104, 105, 106) der beiden Zylinder (107, 108) geschlossen sind; – in dem ersten Schritt, in dem die Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten adiabaten Zylinder (107) in den ersten adiabaten Zylinder (108) geführt wird, (i) über das geöffnete dritte Ventil (106) verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel aus der ersten Leitung (1) in den zweiten adiabaten Zylinder (107) strömt, so daß die Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten adiabaten Zylinder (107) verdrängt wird und in den ersten adiabaten Zylinder (108) strömt; und (ii) entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel aus dem ersten adiabaten Zylinder (108) über das geöffnete zweite Ventil (104) in die zweite Leitung (2) strömt; – in dem zweiten Schritt, in dem die Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten adiabaten Zylinder (108) in den zweiten adiabaten Zylinder (107) geführt wird, (i) über das geöffnete erste Ventil (103) verdichtetes gasförmiges Arbeitsmittel in den ersten adiabaten Zylinder (108) strömt, so daß die Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten adiabaten Zylinder (108) verdrängt wird und in den zweiten adiabaten Zylinder (107) strömt; und (ii) entspanntes gasförmiges Arbeitsmittel aus dem zweiten adiabaten Zylinder (107) über das geöffnete vierte Ventil (105) in die zweite Leitung (2) strömt.Method according to claim 8 for relaxing the gaseous working medium, characterized in that - the first adiabatic cylinder ( 108 ) via a first valve ( 103 ) and a three-way valve ( 120 ) with a first line ( 101 ) from the compressed gaseous working fluid into the first adiabatic cylinder ( 108 ) can flow; - the first adiabatic cylinder ( 108 ) via a second valve ( 104 ) and a three-way valve ( 119 ) with a second line ( 102 ) in the relaxed gaseous working fluid from the first adiabatic cylinder ( 108 ) can flow; The second adiabatic cylinder ( 107 ) via a third valve ( 106 ) and the three-way valve ( 120 ) with the first line ( 101 ) from the compressed gaseous working fluid into the second adiabatic cylinder ( 107 ) can flow; The second adiabatic cylinder ( 107 ) via a fourth valve ( 105 ) and the three-way valve ( 119 ) with the second line ( 102 ) into the relaxed gaseous working fluid into the second adiabatic cylinder ( 107 ) can flow; - the means of removal ( 111 ) of energy a hydraulic motor ( 111 ) is the pressure of the hydraulic fluid, the hydraulic motor ( 111 ) happens, decreases; in which In the first state and the second state, the valves ( 103 . 104 . 105 . 106 ) of the two cylinders ( 107 . 108 ) are closed; In the first step, in which the hydraulic fluid from the second adiabatic cylinder ( 107 ) in the first adiabatic cylinder ( 108 ), (i) via the opened third valve ( 106 ) compressed gaseous working fluid from the first conduit ( 1 ) into the second adiabatic cylinder ( 107 ) flows, so that the hydraulic fluid from the second adiabatic cylinder ( 107 ) and in the first adiabatic cylinder ( 108 ) flows; and (ii) relaxed gaseous working fluid from the first adiabatic cylinder ( 108 ) via the opened second valve ( 104 ) into the second line ( 2 ) flows; In the second step, in which the hydraulic fluid from the first adiabatic cylinder ( 108 ) into the second adiabatic cylinder ( 107 ), (i) via the opened first valve ( 103 ) compressed gaseous working fluid into the first adiabatic cylinder ( 108 ) flows, so that the hydraulic fluid from the first adiabatic cylinder ( 108 ) and into the second adiabatic cylinder ( 107 ) flows; and (ii) relaxed gaseous working fluid from the second adiabatic cylinder ( 107 ) over the opened fourth valve ( 105 ) into the second line ( 2 ) flows. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrichtung der Hydraulikflüssigkeit über Dreiwegeventile (9, 10) bestimmt wird, die in der hydraulischen Verbindung zwischen dem ersten adiabaten Zylinder (8) und dem zweiten adiabaten Zylinder (7) angeordnet sind.A method according to claim 12, characterized in that the flow direction of the hydraulic fluid via three-way valves ( 9 . 10 ) in the hydraulic connection between the first adiabatic cylinder ( 8th ) and the second adiabatic cylinder ( 7 ) are arranged. Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß – die Strömung des verdichteten gasförmigen Arbeitsmittels aus der ersten Leitung (101) zum ersten adiabaten Zylinder (108) oder zum zweiten adiabaten Zylinder (107) durch das Dreiwegeventil 20 bestimmt wird; – die Strömung des entspannten gasförmigen Arbeitsmittels aus dem ersten adiabaten Zylinder (108) oder dem zweiten adiabaten Zylinder (107) in die zweite Leitung (102) durch das Dreiwegeventil 19 bestimmt wird.A method according to claim 12 or claim 13, characterized in that - the flow of the compressed gaseous working fluid from the first conduit ( 101 ) to the first adiabatic cylinder ( 108 ) or to the second adiabatic cylinder ( 107 ) through the three-way valve 20 is determined; The flow of the expanded gaseous working fluid from the first adiabatic cylinder ( 108 ) or the second adiabatic cylinder ( 107 ) into the second line ( 102 ) through the three-way valve 19 is determined.
DE200810060598 2008-12-05 2008-12-05 Apparatus and method for compressing or compressing a gas Withdrawn DE102008060598A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200810060598 DE102008060598A1 (en) 2008-12-05 2008-12-05 Apparatus and method for compressing or compressing a gas
PCT/EP2009/066385 WO2010063817A2 (en) 2008-12-05 2009-12-03 Device and method for compacting or compressing a gas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200810060598 DE102008060598A1 (en) 2008-12-05 2008-12-05 Apparatus and method for compressing or compressing a gas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102008060598A1 true DE102008060598A1 (en) 2010-06-10

Family

ID=42145558

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200810060598 Withdrawn DE102008060598A1 (en) 2008-12-05 2008-12-05 Apparatus and method for compressing or compressing a gas

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102008060598A1 (en)
WO (1) WO2010063817A2 (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2489840A1 (en) * 2010-12-08 2012-08-22 Ago Ag Energie + Anlagen Energy storage device and method for its operation
GB2504724A (en) * 2012-08-07 2014-02-12 Amitava Roy Gas compressor and cleaner with liquid piston
WO2014169108A3 (en) * 2013-04-12 2014-12-04 Eaton Corporation Pressure vessel having plurality of tubes for heat exchange
WO2014169113A3 (en) * 2013-04-12 2014-12-04 Eaton Corporation Pressure vessel graded media for heat exchange in a compression system
WO2016038041A1 (en) * 2014-09-08 2016-03-17 Pressure Wave Systems Gmbh Compressor device, cooling device equipped therewith, and method for operating the compressor device and the cooling device
US10408211B2 (en) 2013-07-12 2019-09-10 Eaton Intelligent Power Limited Hydraulic system for pressurization of gas with reduction of dead volume
RU2717186C1 (en) * 2019-08-08 2020-03-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Heat source
DE102019129495B3 (en) * 2019-10-31 2021-04-15 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Compressor arrangement, heat pump arrangement and method for operating the compressor arrangement
FR3152294A1 (en) * 2023-08-25 2025-02-28 Lalanne Pascal Compression or expansion device, with piston without axial symmetry, with forced external circulation, intended for pseudo-isothermal transformations.
DE102023135303A1 (en) 2023-12-15 2025-06-18 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Compressor arrangement, heat pump arrangement and method for operating a compressor arrangement and a heat pump arrangement
WO2025223840A1 (en) * 2024-04-24 2025-10-30 Christofer Gutmann Refrigerant circuit

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20240295350A1 (en) * 2021-02-04 2024-09-05 Storage Drop Ltd Systems and methods for compressing, storing, and expanding refrigerant in order to supply low-cost air conditioning
CN113757072A (en) * 2021-10-27 2021-12-07 郑立 A kind of ionic liquid hydrogen compressor and using method thereof
FR3141218B1 (en) * 2022-10-19 2024-10-18 Pierre Bignon Thermal compressor
CN116221067A (en) * 2023-01-10 2023-06-06 西安热工研究院有限公司 High-temperature air compressor and working method thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2772543A (en) * 1953-03-24 1956-12-04 Berry Frank Multiple hydraulic compressor in a refrigeration system

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1766998A (en) * 1928-09-07 1930-06-24 Heat Transfer Products Inc Apparatus for compressing substances
US5073090A (en) * 1990-02-12 1991-12-17 Cassidy Joseph C Fluid piston compressor
DE102008041939A1 (en) * 2008-09-10 2010-03-11 Ago Ag Energie + Anlagen A method of operating a heat pump or chiller or engine and heat pump or chiller and engine

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2772543A (en) * 1953-03-24 1956-12-04 Berry Frank Multiple hydraulic compressor in a refrigeration system

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2489840A1 (en) * 2010-12-08 2012-08-22 Ago Ag Energie + Anlagen Energy storage device and method for its operation
GB2504724A (en) * 2012-08-07 2014-02-12 Amitava Roy Gas compressor and cleaner with liquid piston
CN105392989B (en) * 2013-04-12 2018-01-02 伊顿公司 Pressure vessels with graded media for heat exchange in compression systems
WO2014169108A3 (en) * 2013-04-12 2014-12-04 Eaton Corporation Pressure vessel having plurality of tubes for heat exchange
CN105392989A (en) * 2013-04-12 2016-03-09 伊顿公司 Pressure vessel graded media for heat exchange in a compression system
WO2014169113A3 (en) * 2013-04-12 2014-12-04 Eaton Corporation Pressure vessel graded media for heat exchange in a compression system
US10408211B2 (en) 2013-07-12 2019-09-10 Eaton Intelligent Power Limited Hydraulic system for pressurization of gas with reduction of dead volume
CN107094367B (en) * 2014-09-08 2019-10-25 压力波系统股份有限公司 Compressor device, cooling device equipped with the compressor device, and method for operating the compressor device and the cooling device
JP2017528644A (en) * 2014-09-08 2017-09-28 プレッシャー・ウェーブ・システムズ・ゲーエムベーハーPressure Wave Systems Gmbh Compressor, cooling device with compressor, and method for operating compressor and cooling device
EP3434897A1 (en) * 2014-09-08 2019-01-30 Pressure Wave Systems GmbH Compressor device, a cooling device equipped with such a compressor device and a method for operating the compressor device and the cooling device
CN107094367A (en) * 2014-09-08 2017-08-25 压力波系统股份有限公司 Compressor set, the cooling device for being equipped with the compressor set and the method for operating the compressor set and the cooling device
WO2016038041A1 (en) * 2014-09-08 2016-03-17 Pressure Wave Systems Gmbh Compressor device, cooling device equipped therewith, and method for operating the compressor device and the cooling device
US11028841B2 (en) 2014-09-08 2021-06-08 Pressure Wave Systems Gmbh Cooling device equipped with a compressor device
RU2717186C1 (en) * 2019-08-08 2020-03-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Heat source
DE102019129495B3 (en) * 2019-10-31 2021-04-15 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Compressor arrangement, heat pump arrangement and method for operating the compressor arrangement
FR3152294A1 (en) * 2023-08-25 2025-02-28 Lalanne Pascal Compression or expansion device, with piston without axial symmetry, with forced external circulation, intended for pseudo-isothermal transformations.
WO2025045841A1 (en) * 2023-08-25 2025-03-06 Pascal Lalanne Forced external circulation compression or expansion device with elongate piston free of rotation symmetries, intended for pseudo-isothermal transformations
DE102023135303A1 (en) 2023-12-15 2025-06-18 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Compressor arrangement, heat pump arrangement and method for operating a compressor arrangement and a heat pump arrangement
WO2025223840A1 (en) * 2024-04-24 2025-10-30 Christofer Gutmann Refrigerant circuit

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010063817A2 (en) 2010-06-10
WO2010063817A3 (en) 2011-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008060598A1 (en) Apparatus and method for compressing or compressing a gas
EP3186506B1 (en) Device and method for storing energy
DE602004007792T2 (en) METHOD AND DEVICE FOR COMPRESSED AIR OPERATION OF A TOOL
DE102007006993B4 (en) Carbon dioxide operated vehicle air conditioning system and method of operating the air conditioning system
EP2823156B1 (en) System for storing and outputting thermal energy
EP2136040A2 (en) Low temperature power plant and method for operating a thermodynamic cycle
EP2698505A1 (en) Method for loading and discharging a heat exchanger and assembly for storing and discharging thermal energy suitable for this method
EP2574740A1 (en) Assembly for storing thermal energy
EP2653670A1 (en) Assembly for storing and emitting thermal energy with a heat storage device and a cold air reservoir and method for its operation
EP3559564B1 (en) Method and apparatus for generating process cold and process steam
DE102014118466B4 (en) Apparatus and method for temporarily storing gas and heat
DE10313850B4 (en) Refrigerant circuit with two-stage compression for a combined refrigeration system and heat pump operation, especially for motor vehicles
DE10242271B3 (en) Piston expander
EP2518423A2 (en) Method for heating heat transfer media and supercritical heat pump
DE102013114210B3 (en) Apparatus for compressing a gaseous fluid and method for operating the apparatus
DE102019002370A1 (en) Hydraulic piston device which can be used at least for the purpose of gas compression, compressed gas energy conversion device, compressed gas energy conversion heat exchanger device, compressed gas energy conversion heat exchanger pre-stage device and compressed gas energy conversion device
EP3775518B1 (en) Expanded gas turbine process with natural gas re-gasification
DE102024120662B3 (en) Device and method for compressing a medium
DE10245694A1 (en) Combined compression and liquefaction device for refrigeration medium in refrigeration or heat pump process
DE102023134303A1 (en) Method and device for energy generation using a cryogenic medium
DE19617361C1 (en) Flow machine for production of mechanical work from heat energy
DE4432559A1 (en) System generating mechanical energy from thermal energy
DE202013010352U1 (en) Cold head for cryogenic refrigerator
WO2018166763A1 (en) Heat engine
WO2025059785A1 (en) Liquid piston device and method for compressing and expanding a gas

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20120703