DE102010005232A1

DE102010005232A1 - Arrangement for converting thermal into motor energy

Info

Publication number: DE102010005232A1
Application number: DE201010005232
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2011-09-08
Also published as: WO2011088821A3; EP2526281A2; WO2011088821A2

Abstract

Eine Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie umfasst mindestens zwei Druckbehälter (1, 2), die jeweils mindestens eine obere Einspritzoffnung (3, 4) für ein warmes und/oder kaltes Fluid (29) aufweisen, und jeweils eine mit einem Arbeitskreislauf (6) gekoppelte Flussigkolbenpumpe (11) innerhalb der Druckbehälter (1, 2). Der Arbeitskreislauf (6) steht über eine Trennungseinrichtung (34) mit der Flüssigkolbenpumpe (11) in Stromungsverbindung, damit sowohl eine thermische als auch eine stoffliche Trennung gegeben ist.An arrangement for converting thermal energy into motor energy comprises at least two pressure vessels (1, 2), each of which has at least one upper injection opening (3, 4) for a hot and / or cold fluid (29), and one with a working circuit ( 6) coupled liquid piston pump (11) within the pressure vessel (1, 2). The working circuit (6) is in flow connection with the liquid piston pump (11) via a separation device (34), so that there is both thermal and material separation.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie mit mindestens zwei Druckbehaltern, die jeweils mindestens eine obere Einspritzoffnung für ein warmes und/oder kaltes Fluid aufweisen, und mit jeweils einer mit einem Arbeitskreislauf gekoppelten Flüssigkolbenpumpe innerhalb der Druckbehalter.The invention relates to an arrangement for converting thermal into motor energy with at least two pressure vessels, each having at least one upper Einspritzoffnung for a hot and / or cold fluid, and each having a coupled with a working cycle liquid piston pump within the pressure vessel.

Die DE 197 19 190 A1 offenbart eine Anordnung zum Umwandeln von thermischer in elektrische Energie, die aus einem Arbeitskreislauf mit einem Arbeitsfluid zum Antrieb einer Stromungsmaschine und aus einer Vielzahl von abwechselnd von einem kalten und warmen Medium durchstromten Warmetauschern besteht. In den Wärmetauschern ist jeweils ein sich in Abhängigkeit von der Temperatur des Mediums ausdehnendes und zusammenziehendes Ausdehnungselement angeordnet, dessen temperaturbedingte Ausdehnungen und Kontraktionen über einen Puffer-Speicher dem Arbeitskreislauf zugeführt werden. Zur Speicherung einer Kraft ist jedem Wärmetauscher ein als Feder ausgebildeter Puffer-Speicher zugeordnet, wobei jede Feder mit dem Kolben eines Druckzylinders verbunden ist, dessen Arbeitsraum jeweils über steuerbare Ventile über Saug- und Druckleitungen mit einem Arbeits-Ölkreislauf verbunden ist, der eine Turbine mit einem Generator antreibt.The DE 197 19 190 A1 discloses an arrangement for converting thermal to electrical energy consisting of a working cycle with a working fluid for driving a flow machine and a plurality of heat exchangers alternately flowed through by a cold and warm medium. In each of the heat exchangers, an expansion element which expands and contracts as a function of the temperature of the medium is arranged, the temperature-related expansions and contractions of which are fed to the working cycle via a buffer reservoir. For storing a force each heat exchanger is associated with a designed as a spring buffer memory, each spring is connected to the piston of a pressure cylinder whose working space is connected via controllable valves via suction and discharge lines with a working oil circuit having a turbine with drives a generator.

Im Weiteren ist aus der, WO 00/53898 ein Gasausdehnungselement für eine Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie, insbesondere für einen Warmwassermotor, bestehend aus einem mit einem Gas oder Gasgemisch gefüllten geschlossenen Druckbehälter, der über einen verschiebbaren Kolben mit der Anordnung wirksam verbunden ist, bekannt. Der Druckbehälter weist eine obere Einspritzöffnung für Heiß- und Kaltwasser und eine untere Wasserablauföffnung auf. Der Warmwassermotor umfasst jeweils Zweiergruppen von Druckbehaltern mit zugeordneten Flussigkolbenpumpen, die einen Arbeitskreislauf einer Wasserturbine beaufschlagen. Wahrend eines ersten Kreisprozesses ist in dem ersten Druckbehalter ein warmes, expandierendes Gas oder Gasgemisch vorhanden und der zweite Druckbehalter enthält ein kaltes, kontraktierendes Gas oder Gasgemisch. Bei einem folgenden zweiten Kreisprozess wird das Gas oder Gasgemisch des ersten Druckbehälters durch Einspritzen von kaltem Wasser abgekuhlt und das Gas oder Gasgemisch des zweiten Druckbehalters durch Einspritzen von Heißwasser erwarmt, damit sich die Gasvolumina entsprechend ändern. Somit wird beispielsweise das gesamte noch Heißwasser enthaltende Gasgemisch in dem ersten Druckbehälter mit kaltem Wasser ausgespult, bis die Temperatur in diesem Druckbehalter auf eine Ausgangshohe zuruckgefuhrt ist. Hierbei geht die noch vorhandene Wärmeenergie verloren.Furthermore, from the, WO 00/53898 a gas expansion element for an arrangement for converting thermal into motor energy, in particular for a hot water engine, consisting of a filled with a gas or gas mixture closed pressure vessel, which is connected via a displaceable piston with the arrangement, known. The pressure vessel has an upper injection opening for hot and cold water and a lower water drain opening. The hot water engine comprises two groups of pressure vessels with associated Flussigkolbenpumpen that act on a working cycle of a water turbine. During a first cycle process, a warm, expanding gas or gas mixture is present in the first pressure vessel and the second pressure vessel contains a cold, contracting gas or gas mixture. In a subsequent second cycle, the gas or gas mixture of the first pressure vessel is cooled by injecting cold water and the gas or gas mixture of the second pressure vessel is heated by injecting hot water, so that the gas volumes change accordingly. Thus, for example, the entire still containing hot water gas mixture is rinsed in the first pressure vessel with cold water until the temperature is zurückuckuhrt in this pressure vessel to an initial level. Here, the remaining heat energy is lost.

Des Weiteren offenbart die DE 102 09 998 A1 ein Gasausdehnungselement für eine Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie, bestehend aus einem mit einem Gasgemisch gefüllten geschlossenen Druckbehälter, der über einen Flüssigkolben mit der Anordnung wirksam verbunden ist und jeweils eine obere Einspritzöffnung für Warmwasser sowie für Kaltwasser und eine untere mit einem Arbeitskreislauf verbundene Wasserablauföffnung aufweist. Der Flüssigkolben ist innerhalb des Druckbehälters vorgesehen und auf der druckbeaufschlagten Oberfläche des Flüssigkolbens schwimmt eine von dem Gas oder Gasgemisch beaufschlagte druckbeständige Trennschicht. Ein solches Gasausdehnungselement ist auch aus der US 3 608 311 A1 bekannt Hierbei steht der Flussigkolben über jeweils eine Öffnung mit einem Vorlauf und einem Rücklauf eines Arbeitskreislaufes sowie mit den Einspritzoffnungen für Warm- und Kaltwasser in Verbindung. Diese Gasausdehnungselemente sind insofern nachteilig, als das bei der Zufuhr von Warmwasser expandierende Gas den Flussigkolben nur unzureichend beaufschlagt und eine verhaltnismäßig große Wärmemenge des gespritzten Warmwassers in den Flüssigkolben eingetragen wird und damit nicht mehr zur Expansion des Gases zur Verfügung steht, weshalb die Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie einen relativ geringen Wirkungsgrad aufweist.Furthermore, the DE 102 09 998 A1 a gas expansion element for a device for converting thermal into motor energy, consisting of a filled with a gas mixture closed pressure vessel, which is connected via a liquid piston with the arrangement and each having an upper injection port for hot water and cold water and a lower connected to a working circuit Has water drainage opening. The liquid piston is provided within the pressure vessel and floats on the pressurized surface of the liquid piston acted upon by the gas or gas mixture pressure-resistant separation layer. Such a gas expansion element is also from the US Pat. No. 3,608,311 A1 In this case, the Flussigkolben is in each case via an opening with a flow and a return of a working circuit and with the Einspritzoffnungen for hot and cold water in combination. These gas expansion elements are disadvantageous in that when the supply of hot water expanding gas to the Flussigkolben insufficiently applied and a relatively large amount of heat of the injected hot water is introduced into the liquid piston and thus is no longer available for expansion of the gas, which is why the arrangement for converting from thermal to motor energy has a relatively low efficiency.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen gegenüber dem Stand der Technik erhohten Wirkungsgrad aufweist.It is an object of the invention to provide an arrangement of the type mentioned, which has an increased efficiency over the prior art.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Arbeitskreislauf über eine Trennungseinrichtung mit der Flussigkolbenpumpe in Stromungsverbindung steht, damit sowohl eine thermische als auch eine stoffliche Trennung gegeben ist.According to the invention the object is achieved in that the working circuit via a separation device with the Flussigkolbenpumpe is in flow communication, so that both a thermal and a material separation is given.

Aufgrund dieser Maßnahme ist es möglich, für den Arbeitskreislauf und die Flüssigkolbenpumpe jeweils das optimale Medium zu wahlen. Im Arbeitkreislauf befindet sich ein Motor, der insbesondere zum Antrieb eines Generators über ein Getriebe geeignet ist und dessen wesentliche Eigenschaft ist, die hydraulische Energie der Flüssigkolbenpumpe in mechanische Arbeit umzusetzen. Mit der stofflichen Trennung und der Auswahl auch unterschiedlicher Fluide geht die Erhohung des Wirkungsgrades der gesamten Anordnung einher, wobei der Wirkungsgrad noch dadurch gesteigert wird, dass durch die Trennungseinrichtung eine thermische Trennung realisiert ist. Die Trennungseinrichtung kann beliebig ausgestaltet sein, wobei lediglich die Übertragung der Bewegung der Flussigkolben der Flüssigkolbenpumpe auf den entsprechend zirkulierenden Arbeitkreislauf realisiert sein muss. Die Trennvorrichtung kann beispielsweise auch durch eine impermeable Schwingungsmembran realisiert sein. Selbstverständlich kann die gesamte Anordnung mit einem oder mehreren, so genannten ORC-Arbeitsmedien gefüllt sein, die an Temperatur- und Druckeigenschaften des Organic-Rankine-Cycle-Kreisprozesses angepasst sind. Solche Arbeitsmedien sind dem Fachmann hinreichend bekannt und werden fortlaufend durch neue Entwicklungen bereichert.Due to this measure, it is possible to select the optimal medium for the working cycle and the liquid piston pump. In the working cycle is a motor which is particularly suitable for driving a generator via a gear and whose essential property is to convert the hydraulic energy of the liquid piston pump into mechanical work. With the material separation and the selection of different fluids, the increase in the efficiency of the entire arrangement is accompanied, the efficiency is further increased by the fact that a thermal separation is realized by the separation device. The separation device can be configured as desired, wherein only the transmission of the movement of the Flussigkolben the Liquid piston pump must be realized on the corresponding circulating working cycle. The separation device may for example also be realized by an impermeable vibration membrane. Of course, the entire assembly may be filled with one or more so-called ORC working media adapted to the temperature and pressure characteristics of the Organic Rankine Cycle cycle. Such working media are well known to those skilled in the art and are continuously enriched by new developments.

Vorzugsweise ist die Trennungseinrichtung als ein jedem Druckbehälter auslassseitig nachgeschalteter Doppelkolbenzylinder ausgebildet. Über die Kolbenstange sind die Fluide getrennt und das Fluid auf der Seite der Flüssigkolbenpumpe ist zu dem Arbeitskreislauf beabstandet, womit eine wesentliche thermische Trennung einhergeht. Die Warmeübertragung über die Zylinderwand bleibt vorliegend unberucksichtigt, da sie verhaltnismaßig gering ist und nach kurzer Zeit einen stabilen Zustand einnimmt. Die Warmeübertragung an die Umgebung kann durch eine einfache Isolierung des Zylinders minimiert werden. Durch die beiden abgedichtet im Doppelkolbenzylinder gefuhrten Kolben ist eine stoffliche Trennung der verwendeten Fluide mit einfachen Mitteln bewerkstelligt. Beispielsweise kann im Bereich der Druckbehalter und damit der Flussigkolbenpumpe Wasser und im Arbeitskreislauf Ol verwendet werden.Preferably, the separation device is designed as a double piston cylinder downstream of each pressure vessel on the outlet side. About the piston rod, the fluids are separated and the fluid on the side of the liquid piston pump is spaced from the working circuit, which is associated with a significant thermal separation. The heat transfer via the cylinder wall remains presently considered, since it is relatively low ratio and assumes a stable state after a short time. Heat transfer to the environment can be minimized by simply insulating the cylinder. The two pistons, which are sealed in the double-piston cylinder, provide a material separation of the fluids used with simple means. For example, water can be used in the area of the pressure vessel and thus of the liquid piston pump and in the working cycle oil.

Zweckmaßigerweise ist zwischen dem Druckbehalter und dem Doppelkolbenzylinder ein Ventil angeordnet. Das Ventil stellt sicher, dass sich im geöffneten Zustand ein Druck des Flussigkolbens in den Doppelkolbenzylinder fortpflanzt und den Kolben bewegt, um eine Strömung im Arbeitskreislauf zu erzeugen. Bei einem geschlossenen Ventil ist die Duckubertragung aus dem Arbeitskreislauf auf den Flüssigkolben verhindert, was beispielsweise bei Wartungsarbeiten erforderlich sein kann.Expediently, a valve is arranged between the pressure vessel and the double piston cylinder. The valve ensures that in the open state, a pressure of the liquid piston propagates into the double piston cylinder and moves the piston to create a flow in the working circuit. In a closed valve, the Duckubertragung is prevented from the working circuit to the liquid piston, which may be required for example during maintenance.

In Ausgestaltung weist der Doppelkolbenzylinder einen Ablass für Leckage auf. Eine geringe Undichtigkeit der Kolben bzw. Kolbenringe an einer Innenwand des Doppelkolbenzylinders mit einem entsprechenden Übertritt von Fluid in den Bereich der die beiden Kolben verbindenden Kolbenstange ist nicht komplett zu verhindern. Diese Leckage wird durch einen entsprechenden Ablass aus dem Doppelkolbenzylinder abgeleitet und wirkt sich nicht storend auf den Betrieb des Doppelkolbenzylinders aus.In an embodiment, the double piston cylinder has a drain for leakage. A slight leakage of the piston or piston rings on an inner wall of the double-piston cylinder with a corresponding transfer of fluid into the region of the piston rod connecting the two pistons can not be completely prevented. This leakage is derived by a corresponding discharge from the double piston cylinder and does not interfere with the operation of the double piston cylinder.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei einer Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie mit mindestens zwei Druckbehältern, die jeweils mindestens eine obere Einspritzöffnung für ein warmes und/oder kaltes Fluid aufweisen, und mit jeweils einer mit einem Arbeitskreislauf gekoppelten Flüssigkolbenpumpe innerhalb der Druckbehalter alternativ dadurch gelöst, dass die Flüssigkolbenpumpe mit einem doppelt wirkenden Kolben in einem ersten Zylinder zusammenwirkt, der über eine Kolbenstange mit einem doppelt wirkenden Kolben in einem zweiten Zylinder verbunden ist.The object underlying the invention is in an arrangement for converting thermal into motor energy with at least two pressure vessels, each having at least one upper injection port for a hot and / or cold fluid, and each with a coupled with a working cycle liquid piston pump within the pressure vessel alternatively achieved in that the liquid piston pump cooperates with a double-acting piston in a first cylinder which is connected via a piston rod with a double-acting piston in a second cylinder.

Über diese Kolben-Zylinder-Anordung wird Energie der Flüssigkolbenpumpe, die nicht zum Antrieb des Arbeitkreislaufes dient, für weitere Funktionen, beispielsweise zum Pumpen von Fluiden, innerhalb der Anordnung genutzt, womit eine Erhohung des Wirkungsgrades der Anordnung einhergeht. Die Kolben-Zylinder-Anordung reduziert die Energie, die der Anordnung von außen zugeführt werden muss und fangt im Wesentlichen Druckspitzen innerhalb der Anordnung ab, die bei der Einspeisung von Warmwasser in den die Druckbehalter und die Flussigkolbenpumpen beaufschlagenden Dampfkreislauf entstehen.Through this piston-cylinder arrangement energy of the liquid piston pump, which does not serve to drive the working circuit, for other functions, such as for pumping fluids, used within the arrangement, which is associated with an increase in the efficiency of the arrangement. The piston-cylinder assembly reduces the energy that must be supplied to the assembly from the outside and substantially captures pressure spikes within the assembly resulting from the injection of hot water into the steam circuit impinging the pressure vessels and the liquid piston pumps.

Selbstverstandlich ist es für den Fachmann möglich, samtliche oder einzelne Kolben, die im Zusammenhang mit der Erfindung verwendet werden, durch eintsprechende Membranen zu ersetzen.Of course, it is possible for the skilled person to replace all or individual pistons, which are used in connection with the invention, by atsprechende membranes.

Nach einer Weiterbildung ist der erste Zylinder auf der einen Seite des Kolbens über eine Druckluftleitung mit einem Windkessel und auf der anderen Seite mit der Flüssigkolbenpumpe und mindestens einem Vorratsbehalter für das Fluid verbunden. In dem ersten Zylinder wird die Druckluft, die für die gesamte Ventilsteuerung und zur Erhohung des Ladedrucks der Anordnung benötigt wird, erzeugt, indem eine Druckubertragung durch das nicht zum Betrieb des Arbeitskreislaufes genutzte Fluid erfolgt.According to a development, the first cylinder is connected on one side of the piston via a compressed air line with a Windkessel and on the other side with the liquid piston pump and at least one Vorratsbehalter for the fluid. In the first cylinder, the compressed air, which is required for the entire valve control and to increase the boost pressure of the assembly, generated by a pressure transfer is made by the not used for the operation of the working fluid circuit.

Bevorzugt ist der zweite Zylinder auf der einen Seite des Kolbens mit der Heizeinrichtung für das Fluid verbunden und auf der anderen Seite durch ein Druckgas, insbesondere Inertgas, beaufschlagt. Die Seite des Kolbens im zweiten Zylinder, die mit Druckgas beaufschlagt ist, korrespondiert zu der Seite des Kolbens im ersten Zylinder, die mit Druckluft beaufschlagt ist. Demzufolge entsprechen die Seiten der Kolben, die mit Fluid beaufschlagt sind, einander.Preferably, the second cylinder is connected on one side of the piston to the heating device for the fluid and acted upon on the other side by a pressurized gas, in particular inert gas. The side of the piston in the second cylinder, which is acted upon by compressed gas, corresponds to the side of the piston in the first cylinder, which is acted upon by compressed air. As a result, the sides of the pistons, which are charged with fluid, correspond to each other.

Vorteilhafterweise ist der Arbeitskreislauf mit einer Arbeitsflüssigkeit gefüllt, die insbesondere eine hohere Viskositat als das Fluid aufweist. Die relativ hohe Viskositat des Fluids im Arbeitskreislauf wirkt sich günstig auf den Antrieb eines dort vorhandenen Motors aus. Vorzugsweise ist in den Arbeitskreislauf ein mit einem Generator verbundener, Hydraulikmotor eingesetzt. Der Hydraulikmotor ist insbesondere als ein Zahnradmotor ausgebildet und wird durch die Stromung des Arbeitskreislaufes in Rotation versetzt, um den Generator anzutreiben.Advantageously, the working circuit is filled with a working fluid, which in particular has a higher viscosity than the fluid. The relatively high viscosity of the fluid in the working cycle has a favorable effect on the drive of an existing there motor. Preferably, a hydraulic motor connected to a generator is used in the working cycle. The hydraulic motor is designed in particular as a geared motor and is rotated by the flow of the working circuit in order to drive the generator.

Bevorzugt ist das Fluid Wasser oder eine Pentan, Toluol oder Silikonöl enthaltende organische Substanz. Solche organischen Substanzen finden im Kraftwerksbetrieb im so genannten Organic Rankine Cycle (ORC) Verwendung und haben den Vorteil, dass sie bei Umgebungsdruck bereits bei verhaltnismaßig geringen Temperaturen verdampfen. Zweckmaßigerweise ist die Arbeitsflüssigkeit Ol. The fluid is preferably water or an organic substance containing pentane, toluene or silicone oil. Such organic substances are used in power plant operation in the so-called Organic Rankine Cycle (ORC) use and have the advantage that they evaporate at ambient pressure even at relatively low temperatures. Expediently, the working fluid is oil.

Zur weitergehenden Steigerung der Leistung der Anordnung ist nach einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens zwischen jeweils zwei Druckbehaltern eine Kurzschlussrohrleitung mit mindestens einem steuerbaren Ventil zum Druckausgleich zwischen den Druckbehaltern nach dem Verrichten der Arbeit des Gases vorgesehen. Am Ende der Arbeitsphase herrscht zwischen den beiden Druckbehältern eine Druckdifferenz, die durch das warme Gas des einen Druckbehalters und das kalte Gas des anderen Druckbehälters bedingt ist. Mit dem Druckausgleich findet eine Warmestromung statt, wodurch die noch vorhandene Wärmeenergie in dem einen Druckbehalter zur Erwarmung des Gases des anderen Druckbehalters bis zu einer Ausgleichtemperatur ausgenutzt wird. Gleichzeitig steigt die Gasmenge in dem Druckbehalter mit dem expandierenden Gas, womit eine Steigerung der Druckdifferenz zwischen den beiden Druckbehältern und damit eine Leistungserhöhung einhergeht.To further increase the performance of the arrangement, a short-circuit pipe with at least one controllable valve for pressure equalization between the pressure vessels after performing the work of the gas is provided according to an advantageous development of the invention between each two pressure vessels. At the end of the working phase prevails between the two pressure vessels, a pressure difference, which is due to the warm gas of a pressure vessel and the cold gas of the other pressure vessel. With the pressure equalization takes place a heat flow, whereby the remaining heat energy is utilized in the one pressure vessel for heating the gas of the other pressure vessel to an equilibrium temperature. At the same time increases the amount of gas in the pressure vessel with the expanding gas, which is accompanied by an increase in the pressure difference between the two pressure vessels and thus an increase in performance.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations. The scope of the invention is defined only by the claims.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausfuhrungsbeispieles unter Bezugnahme auf die zugehorige Zeichnung naher erlautert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemaßen Anordnung.The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings. The sole figure of the drawing shows a schematic representation of the inventive arrangement.

Die Anordnung umfasst zwei Druckbehälter 1, 2, die jeweils eine obere Einspritzöffnung 3 für warmes Wasser sowie eine obere Einspritzoffnung 4 für kaltes Wasser und an ihren unteren Enden einen Anschlussstutzen 5 zur Verbindung mit einem Arbeitskreislauf 6 aufweisen. Die Einspritzöffnung 4 für warmes Wasser steht über eine Leitung 7 mit einer Heizeinrichtung 8 und die Einspritzöffnung 4 für kaltes Wasser steht über eine Leitung 9 mit einer Kuhleinrichtung 10 in Verbindung.The arrangement comprises two pressure vessels 1 . 2 each having an upper injection port 3 for warm water as well as an upper injection opening 4 for cold water and at its lower ends a connecting piece 5 for connection to a working cycle 6 exhibit. The injection opening 4 for hot water is over a pipe 7 with a heater 8th and the injection port 4 for cold water is over a pipe 9 with a cooling device 10 in connection.

In jedem Druckbehalter 1, 2 ist eine Flussigkolbenpumpe 11 ausgebildet, wozu jeder Druckbehalter 1, 2 eine mit einer Bohrung 12 versehene horizontale Wandung 13 aufweist. Oberhalb der Wandung 13 ist das inerte Gas und unterhalb der Wandung 13 die Flüssigkolbenpumpe 11 vorhanden. In die Bohrung 12 der Wandung 13 ist ein Schwimmerventil eingesetzt, das in den Bereich der Flüssigkolbenpumpe 11 ragt, um deren Fullstand zu begrenzen.In every pressure vessel 1 . 2 is a liquid piston pump 11 trained, including every pressure vessel 1 . 2 one with a hole 12 provided horizontal wall 13 having. Above the wall 13 is the inert gas and below the wall 13 the liquid piston pump 11 available. Into the hole 12 the wall 13 There is a float valve inserted in the area of the liquid piston pump 11 protrudes to limit their fullness.

Der Anschlussstutzen 5 jedes Druckbehalters 1, 2 ist zum einen unter Zwischenschaltung eines Ventils 14 und eines nachgeordneten Doppelkolbenzylinders 15 mit dem Arbeitskreislauf 6 und zum anderen unter Zwischenschaltung von Ruckschlagventilen 16 mit einem doppelt wirkenden Kolben 17 in einem ersten Zylinder 18 verbunden, der über eine Kolbenstange 19 mit einem doppelt wirkenden Kolben 20 in einem zweiten Zylinder 21 verbunden ist.The connecting piece 5 every pressure vessel 1 . 2 is on the one hand with the interposition of a valve 14 and a downstream double piston cylinder 15 with the working cycle 6 and on the other with the interposition of non-return valves 16 with a double-acting piston 17 in a first cylinder 18 connected, via a piston rod 19 with a double-acting piston 20 in a second cylinder 21 connected is.

Der erste Zylinder 18 ist auf der Seite des Kolbens 17, die mit dem Anschlussstutzen 5 gekoppelt ist, über ein Rückschlagventil 22 mit einem ersten Vorratsbehalter 23 für ein Fluid 29, das vorliegend als Wasser ausgebildet ist, verbunden, der über eine Druckgasleitung 24 mit einem Gasbehalter 25 für ein Inertgas 26 in Verbindung steht. Der erste Vorratsbehalter 23 ist mit einem ebenfalls mit dem Inertgas 26 beaufschlagten zweiten Vorratsbehälter 27 für das Fluid 29 gekoppelt, der über Rohrleitungen 28 zum einen mit dem Anschlussstutzen 5 und zum anderen mit der Kühleinrichtung 10 in Verbindung steht, um den Ladedruck zu erhohen. Im Weiteren ist der erste Zylinder 18 auf der dem Anschlussstutzen 5 gegenüberliegenden Seite des Kolbens 17 zur Erzeugung von Druckluft für die Pneumatikbauteile der Anordnung über eine Druckluftleitung 30 mit einem Windkessel 31 verbunden, wobei die Druckluftleitung 30 einen Einlass 32 für die Zufuhr von Luft aus der Umgebung aufweist. Der zweite Zylinder 21 ist auf der dem ersten Zylinder 18 zugewandten Seite des Kolbens 20 ventilgesteuert über Fluidleitungen 33 mit der Heizeinrichtung 8 gekoppelt und auf der gegenuberliegenden Seite des Kolbens 20 mit dem Inertgas 26 beaufschlagt, wozu der zweite Zylinder 21 über die Druckgasleitung 24 sowohl mit dem Gasbehälter 25 als auch mit den Vorratsbehältern 23, 27 in Verbindung steht.The first cylinder 18 is on the side of the piston 17 that with the connecting piece 5 is coupled via a check valve 22 with a first storage container 23 for a fluid 29 , which in the present case is designed as water, connected, via a compressed gas line 24 with a gas container 25 for an inert gas 26 communicates. The first storage container 23 is with a likewise with the inert gas 26 acted upon second reservoir 27 for the fluid 29 coupled via piping 28 on the one hand with the connecting piece 5 and on the other with the cooling device 10 communicates to increase the boost pressure. Next is the first cylinder 18 on the connecting piece 5 opposite side of the piston 17 for generating compressed air for the pneumatic components of the arrangement via a compressed air line 30 with a wind boiler 31 connected, the compressed air line 30 an inlet 32 for supplying air from the environment. The second cylinder 21 is on the first cylinder 18 facing side of the piston 20 valve-controlled via fluid lines 33 with the heater 8th coupled and on the opposite side of the piston 20 with the inert gas 26 what is the second cylinder 21 via the compressed gas line 24 both with the gas container 25 as well as with the storage containers 23 . 27 communicates.

Die die Druckbehälter 1, 2 mit dem Arbeitskreislauf 6 koppelnden Doppelkolbenzylinder 15 sind Bestandteile einer Trennungseinrichtung 34, die sowohl eine thermische als auch eine stoffliche Trennung der Medien des Arbeitskreislaufes 6 und der Flussigkolbenpumpe 11 bewirkt und dennoch die von der Flüssigkolbenpumpe 11 geleistete Arbeit auf den Arbeitskreislauf 6 überträgt, der mit in einem Tank 35 bevorratetem Ol befullt ist. In den Arbeitskreislauf 6 ist ein Hydraulikmotor 36 eingesetzt.The pressure vessels 1 . 2 with the working cycle 6 coupling double piston cylinder 15 are components of a separation device 34 , which is both a thermal and a material separation of the media of the working cycle 6 and the Flussigkolbenpumpe 11 causes and still from the liquid piston pump 11 Work done on the work cycle 6 who is carrying in a tank 35 stockpiled oil is filled. In the work cycle 6 is a hydraulic motor 36 used.

Zu Beginn des Betriebs der Anordnung findet zunachst ventilgesteuert über eine Kurzschlussrohrleitung 38 ein Druckausgleich zwischen den Druckbehaltern 1 und 2 statt. Das Einspritzen von warmem Fluid 29 in den Druckbehalter 2 bewirkt ein Expandieren des in diesem Druckbehalter 2 vorhandenen Inertgases 26, durch das der verschiebbare Kolben der Flussigkolbenpumpe 11 verlagert wird. Ein Druck, dessen Verwertung im Arbeitskreislauf 6 technisch nicht sinnvoll ist, wird zum Antrieb der Kolben 17, 20 in dem ersten Zylinder 17 und dem zweiten Zylinder 20 genutzt, um zum einen Druckluft zu erzeugen und zum anderen das erwarmte Fluid 29 gegen die Wirkung des Inertgases 26 zu entspannen. Mit dem Druckanstieg in dem Druckbehälter 2 wird der Doppelkolbenzylinder 15 zur Displazierung seines Doppelkolbens 39 ebenfalls mit Druck beaufschlagt. Durch den Hub des Doppelkolbens 39 wird das Ol im Arbeitskreislauf 6 zum Antrieb des Hydraulikmotors 36 in Bewegung gesetzt, um rotatorische Arbeit zu verrichten. Nach dem Druckanstieg und dem nach der Kolbendisplazierung der Flussigkolbenpumpe 11 des Druckbehalters 2 entsprechenden Druckabfall in diesem Druckbehalter 2 fallt Fluid 29 aus, das über die Bohrung 12 in die Flussigkolbenpumpe 11 geleitet wird.At the beginning of the operation of the arrangement is initially valve controlled via a short-circuit pipe 38 a pressure equalization between the pressure vessels 1 and 2 instead of. The injection of warm fluid 29 in the pressure vessel 2 causes an expansion of the in this pressure vessel 2 existing inert gas 26 , through which the displaceable piston of the Flussigkolbenpumpe 11 is relocated. A pressure, its utilization in the working cycle 6 not technically meaningful, is used to drive the piston 17 . 20 in the first cylinder 17 and the second cylinder 20 used to generate on the one hand compressed air and on the other hand, the heated fluid 29 against the action of the inert gas 26 to relax. With the pressure rise in the pressure vessel 2 becomes the double piston cylinder 15 for the displacement of his double piston 39 also pressurized. Through the stroke of the double piston 39 the oil is in the working cycle 6 for driving the hydraulic motor 36 set in motion to do rotatory work. After the pressure increase and after the piston dispensing the Flussigkolbenpumpe 11 of the pressure vessel 2 corresponding pressure drop in this pressure vessel 2 drops fluid 29 out, over the hole 12 in the Flussigkolbenpumpe 11 is directed.

Gleichzeitig wird in der Kuhleinrichtung 10 aufbereitetes kaltes Fluid 29 über die entsprechende Einspritzoffnung 4 in den Druckbehalter 1 gespritzt, das ebenfalls über die 12 in die Flussigkolbenpumpe 11 geleitet wird. Beim Einsprühen des kalten Fluides 29 in diesen Druckbehalter 1 kontraktiert das Inertgas 26 und verrichtet ebenfalls über den verschiebbaren Kolben der entsprechenden Flussigkolbenpumpe 11 Arbeit, indem der entsprechende Doppelkolbenzylinder 15 ebenfalls mit Druck beaufschlagt und durch den Hub des Doppelkolbens 39 wird das Öl im Arbeitskreislauf 6 zum Antrieb des Hydraulikmotors 36 in Bewegung gesetzt. Nach der Ubertragung der nutzbaren Expansions- bzw. Kontraktionsarbeit des Inertgases 29 erfolgt wiederum ein Druckausgleich zwischen den Druckbehältern 1, 2.At the same time, in the cooler 10 processed cold fluid 29 via the appropriate injection opening 4 in the pressure vessel 1 sprayed, which also over the 12 in the Flussigkolbenpumpe 11 is directed. When spraying the cold fluid 29 in this pressure vessel 1 contracted the inert gas 26 and also performs on the displaceable piston of the corresponding Flussigkolbenpumpe 11 Work by the corresponding double-piston cylinder 15 also pressurized and by the stroke of the double piston 39 the oil is in the working cycle 6 for driving the hydraulic motor 36 set in motion. After the transfer of the usable expansion or contraction work of the inert gas 29 in turn, a pressure equalization between the pressure vessels 1 . 2 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Druckbehälterpressure vessel
22: Druckbehälterpressure vessel
33: EinspritzoffnungEinspritzoffnung
44: EinspritzoffnungEinspritzoffnung
55: Anschlussstutzenspigot
66: ArbeitskreislaufWorking circuit
77: Leitungmanagement
88th: Heizeinrichtungheater
99: Leitungmanagement
1010: Kuhleinrichtungcooling device
1111: FlussigkolbenpumpeFlussigkolbenpumpe
1212: Bohrungdrilling
1313: Wandungwall
1414: VentilValve
1515: DoppelkolbenzylinderDouble piston cylinders
1616: RuckschlagventilCheck valve
1717: Kolbenpiston
1818: erster Zylinderfirst cylinder
1919: Kolbenstangepiston rod
2020: Kolbenpiston
2121: zweiter Zylindersecond cylinder
2222: Rückschlagventilcheck valve
2323: erster Vorratsbehälterfirst storage tank
2424: DruckgasleitungPressure gas line
2525: Gasbehältergas tank
2626: Inertgasinert gas
2727: zweiter Vorratsbehaltersecond storage container
2828: Rohrleitungenpiping
2929: Fluidfluid
3030: DruckluftleitungCompressed air line
3131: WindkesselAir collectors
3232: Einlassinlet
3333: Fluidleitungenfluid lines
3434: Trennungseinrichtungseparating means
3535: Tanktank
3636: Zahnradpumpegear pump
3737
3838: KurzschlussrohrleitungBypass pipe
3939: Doppelkolbendouble piston

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19719190 A1 [0002]
WO 00/53898 [0003]
DE 10209998 A1 [0004]
US 3608311 A1 [0004]

Claims

Arrangement for converting thermal into motor energy with at least two pressure vessels ( 1 . 2 ), each having at least one upper injection opening ( 3 . 4 ) for a warm and / or cold fluid ( 29 ), and with one each with a working cycle ( 6 ) coupled piston piston pump ( 11 ) within the pressure vessel ( 1 . 2 ), characterized in that the working cycle ( 6 ) via a separation device ( 34 ) with the liquid piston pump ( 11 ) is in flow communication, so that both a thermal and a material separation is given.

Arrangement according to claim 1, characterized in that the separation device ( 34 ) as each pressure vessel ( 1 . 2 ) outlet side downstream double piston cylinder ( 15 ) is trained.

Arrangement according to claim 2, characterized in that between the pressure vessel ( 1 . 2 ) and the double piston cylinder ( 15 ) a valve ( 14 ) is arranged.

Arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the double-piston cylinder ( 15 ) has a drain for leakage.

Arrangement according to the preamble of claim 1, characterized in that the liquid piston pump ( 11 ) with a double-acting piston ( 17 ) in a first cylinder ( 18 ) cooperating via a piston rod ( 19 ) with a double-acting piston ( 20 ) in a second cylinder ( 21 ) connected is.

Arrangement according to claim 5, characterized in that the first cylinder ( 18 ) on one side of the piston ( 17 ) via a compressed air line ( 30 ) with a wind boiler ( 31 ) and on the other side with the Flussigkolbenpumpe ( 11 ) and at least one storage container ( 23 . 27 ) for the fluid ( 29 ) connected is.

Arrangement according to claim 5, characterized in that the second cylinder ( 21 ) on one side of the piston ( 20 ) with a heating device ( 8th ) for the fluid ( 29 ) and on the other side by a compressed gas, in particular inert gas ( 15 ), is charged.

Arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the working cycle ( 6 ) is filled with a working fluid which in particular has a higher viscosity than the fluid ( 29 ) having.

Arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the working cycle ( 6 ) a hydraulic motor connected to a generator ( 36 ) is used.

Arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the fluid ( 29 ) Is water or a pentane, toluene or silicone oil-containing organic substance.

Arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the Arbeitsflussigkeit is oil.

Arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that between the two pressure vessels ( 1 . 2 ) a short circuit pipeline ( 38 ) with at least one controllable valve for pressure equalization between the pressure vessels ( 1 . 2 ) after performing the work of the fluid ( 29 ) is provided.