DE2919263A1

DE2919263A1 - Waermekraftmaschine

Info

Publication number: DE2919263A1
Application number: DE19792919263
Authority: DE
Inventors: Dieter Knauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-05-12
Filing date: 1979-05-12
Publication date: 1980-11-13
Also published as: JPS55160178A; DE2919263C2

Description

Wärmekraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftmaschine, ?:.it mindestens einem zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Arbeit dienenden, temper?»turabhängig arbeitenden Ausdehnungskörper aus und/oder mit einem Medium, das sich innerhalb eines Arbeitstemperaturbereiches bei einer unteren Temperatur unter Kraft entwicklung zusammenzieht und bei einer oberen Temperatur unter Kraftentwicklung ausdehnt, mit einer Heiz- und Kühleinrichtung zur zyklischen Aufheizung bzw. Abkühlung des Ausdehnungskörpers und mit mindestens einer, über die Translationsbewegung des Ausdehnungskörpers rotatorisch antreibbaren Antriebswelle wobei der Ausdehnungskörper mechanisch mit mindestens einem vorzugsweise beidseitig beaufschlagbaren Kolben eines Flüssigkeits-Kolben-Zylinder-Aggregates zur gleichsinnigen Verschiebung des Kolbens gekoppelt ist.
Derartige Wärmekraftmaschinen haben den Zweck, vor allem aus Abwärme und natürlichen Wärmeenergiepotentialdifferenzen wie sie z.B. zwischen relativ warmem Oberflächenwasser und relativ kaltem Tiefenwasser eines Flusses oder Meeres vorhanden sind, bei Temperaturdifferenzen von 2 bis 3 Grad Kelvin, mechanische und elektrische Energie zu erzeugen.
Es ist bekannt, zur Lösung dieser Aufgabe Wärmekraftmaschinen mit festen, flüssigen und gasförmigen Ausdehnungskörpern zu verwenden. Dabei ist der Raumbedarf derartiger Wärmekraftmaschinen jedoch vielfach noch sehr groß und der erreichbare Wirkungsgrad und die erreichbare Kapazität noch gering.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Wärmekraftmaschinen aus sehr wenig Einzelteilen herzustellen und damit einfach und weitgehend wartungsfrei zu gestalten, den Wirkungsgrad zu erhöhen, den Raumbedarf bei vorgegebener Kapazität auf ein Minimum zu begrenzen und die erreichbare Kapazität wesentlich zu steigern. Auf diese Art und Weise wird die Wärmekraftmaschine komak.ter, billiger und damit wirtschaitlicher.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens zwei einseitig und wechselweise mit der Druckmittelflüssigkeit des Flüssigkeits-Kolben-Zylinder-Aggregates beaufs chlagbare Arbeitskolben zweier Arbeitskolben-Zylinder-Aggregate vorgesehen sind, die mittels je einer Druckmittelleitung mit je einem Druckraum des Bliissigkeits-Kolben-Zylinder Aggregates verbunden sind, daß bei einer den Druckraum verkleinernden Verschiebetätigkeit des Arbeitskolbens Druckmittelflüssigkeit aus dem Druckraum des Arbeitskolben-Zylinder-Aggregates ausgestoßen wird und daß bei einer den Druckraum vergrößernden Verschiebetätigkeit des Arbeitskolbens Druckmittelflüssigkeit in den Druckraum des Arbeitskolben-Zylinder-Aggregates hineingesogen wird und daß zumindest eine mit der ausgestoßenen Druckmittelflüssigkeit beaufschlagbare Turbine vorgesehen ist, die an einer Antriebswelle befestigt ist und auf diese Antriebswelle arbeitet.
In einer derartigen Ausführungsform sind Druckmittelleitungen nur in einem sehr geringen Umfang nötig, da der Druckmitteltransport aus dem Flüssigkeits-Kolben-Zylinder-Aggregat zum und Arbeitskolben-Zylinder-Aggregat zurück zum Flüssigkeits-Kolben-Zylinder Aggregat in'ein und derselben Druckmittelleitung erfolgt. Gleichzeitig sind in diesem Bereich weder Ventile noch Ventilsteuerungseinrichtungen notwendig. Außerdem ist eine problemlose Koppelung mehrerer temperaturabhängig arbeitender Ausdehnungskörper möglich, so daß diese zusammen auf ein einziges Flüssigkeits-Kolben-Zylinder-Aggregat einwirken können. Dadurch wird eine den Ausdehnungskörpern entsprechende Zahl von Flüssigkeits-Kolben-Zylinder-Aggregaten und daran angeschlossenen Arbeitskolben-Zylinder-Aggregaten eingespart.
Somit können Raumbedarf und Kosten verringert werden.
Die während des Betriebes auftretenden rmeverluste sind sehr gering, da einerseits wenig bewegte Teile, drei sich bewegende Kolben, vorhanden sind und.andererseits kein Druckenergiespeicher mit zwangsläufig auftretenden Kompressionswtrmeverlusten vorhanden ist. Damit wird der Wirkungsgrad der Warmekraftmaschine verbessert. Eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Wärmekraftmaschine erfolgt ebenfalls durch die Einbindung einer Turbine in das Gesamtsystem, da diese einen sehr hohen eigenen Wirkungsgrad im Bereich von 90 bis 95 % besitzt.
Gleichzeitig können durch den Einsatz einer Turbine die Leistungen von beliebig vielen Flüssigkeits-Kolben-Zylinder-Aggregaten an ein und denselben Generator weitergegeben werden, so daß dessen Kapazität sehr groß sein kann. Dies wird dadurch erreicht, daß einer Turbine eine entsprechend große Zahl an Düsen zugeordnet wird, so daß diese Turbine mit Druckmedium aus einer Vielzahl von Arbeitskolben-Z-ylinder-Aggregaten beaufschlagt werden kann. Durch den Einsatz einer Turbine wird auf äußerst einfache Art und Weise eine sehr hohe Drehzahl des mit der Turbinenwelle verbundenen Generators erzielt, ohne daß dabei Übersetzungseinrichtungen irgendwelcher Art verwendet werden müssen.
Die Tatsache, daß die beiden Arbeitskolben-Zylinder-Aggregate wechselweise mit Druckmittelflüssigkeit beaufschlagt werden, garantiert eine ständige und gleichmäßige Energiezufuhr zur Turbine und damit eine gleichmäßige Energieerzeugung eines mit der Turbine verbundenen Generators.
Es ist von Vorteil, daß die beiden nicht mit dem Flüssigkeits-Kolben-Zylinder-Aggregat verbundenen Enden der beiden Druckmittelleitungen als Führungsteile ausgebildet sind, in welchen die zapfenartigen Teile der Arbeitskolben gefiihrt sind.
In einer derartigen Ausführungsform ist eine störungsfreie Führung des Arbeitskolbens dadurch gewshrleistet, daß dieser einerseits im Bereich seines zapfenartigen Teiles und andererseits im Bereich seines scheibenartigen Teiles geführt ist.
Es ist vorteilhaft, daß die beiden Druckflxchen der beiden zapfenartigen Teile der Arbeitskolben um ein Vielfaches kleiner sind als die Druckfl.achen des Kolbens vom Flüssigkeits-Kolben-Zylinder-Aggregat. Die Längenausdehnung des temperaturabhängig arbeitenden Ausdehnungskörpers ist -bei Erwärmen und Abkühlen desselben äußerst gering, d.h. sie bewegt sich im Bereich von Millimetern oder auch darunter. Um die dabei vom Ausdehnungskörper verrichtete Arbeit nutzen zu können, muß die vorhandene Längenveränderung vergrößert werden. Dies geschieht am einfachsten dadurch, indem man das Prinzip einer Hydraulik-Presse in umgekehrter Weise verwendet, so daß durch einen kleinen Verschiebeweg eines großflächigen Kolbens ein mittels Druckmediumleitung an diesen gekoppelter Kolben mit kleiner Arbeitsfläche einen großen Weg zurücklegt.
Es ist von Vorteil, daß die Druckräume der Arbeitskolben-Zylinder-Aggregate als Speicherbehälter f;ir die Druckmittelfliissigkeit dienen, mit welcher die Turbine beaufschlagbar ist.
In einer derartigen Ausfiihrungsform werden keine zusätzlichen Speicherbeh.'lter benötigt. Damit fallen Transportleitungen zwischen Speicherbehälter und Druckraum sowie zugeordnete Absperrventile ebenfalls weg. Auf diese Art und Weise wird Raum und Material gespart.
Es ist vorteilhaft, daß vorzugsweise an den den Druckflbchen der Arbeitskolben gegenüberliegenden Wänden der Druckräume je eine Austrittsöffnung angebracht ist, deren '»uerschnittsfläche vorzugsweise um ein Vielfaches kleiner ist als die Druckfläche der Arbeitskolben. Wird der Arbeitskolben um eine Strecke der länge s bewegt, so wird dabei eine Volumenmenge an Druckmittelflüssigkeit mitbewegt, welche sich als Produkt aus der Strecke s und der Arbeitskolbenfläche F berechnet. Diese Volumenmenge wird in einem Zeitraum t aus dem Druckraum ausgestoßen. Je kleiner dabei die Querschnittsfläche der Austrittsöffnung ist, um so höher muß zwangsläufig die Austrittsgeschwindigkeit und damit die kinetische Energie des ausgestoßenen Druckmediums sein, die an eine nachgeschaltete Turbine weitergegeben werden kann.
Es ist vorteilhaft, daß die Druckflächen der Arbeitskolben gleich groß sind und daß die Querschnitte der Austrittsöffnungen gleich groß sind. Auf diese Art und Weise ist gewährleistet, daß aus verschiedenen Austrittsöffnungen pro Zeiteinheit immer dieselbe Druckmittelmenge mit derselben Geschwindigkeit ausgestoßen wird und damit immer eine gleichgroße Energiemenge zur Verfügung steht. Damit ist eine in Takte aufgegliederte Arbeitsweise bei konstanter Energieaufnahme der Turbine möglich.
die Es ist von Vorteil, daß Austrittsn;ffnungen als Düsen ausgebildet sind, die mit je einem Rückschlagventil versehen sind.
Mit Hilfe von Düsen ist die Bildung eines exakt gerichteten Druckmediumstrahles möglich, so daß die Turbine an einer exakt bestimmbaren Stelle mit Druckmedium beaufschlagt werden kann. Das im Bereich der Düse angebrachte Rückschlagventil verhindert, daß bei einer Vergrößerung des Druckraumes durch die Düsenöffnung hindurch Luft in denselben hineingesogen werden kann.
Es ist vorteilhaft, daß die von der Turbine ablaufende Flüssigkeit in einem Vorratsbehälter aufgefangen wird und daß der Vorratsbehälter mittels ie einer Transportleitung mit dem Druckraum je eines Arbeitskolben-Zylinder-Aggregates verbunden ist. Auf diese Art und Weise wird ein Druckmittelkreislauf Druckraum, Düse, Turbine, Vorratsbehälter, Druckraum gebildet, so daß es möglich ist, mit einer begrenzten Menge an Druckmittelflüssigkeit auszukommen. Somit sind keine besonderen Einrichtungen zur Zuführung des Druckmittels von außen hin zur Wärmekraftmaschine notwendig, die zusätzlichen Raum benötigen und zusätzliche Kosten verursachen würden.
Es ist vorteilhaft, daß jede Transportleitung mit einem Rückschlagventil versehen ist. In einer derartigen Ausführungsform ist garantiert, daß bei einer Verkleinerung des Druckraumes nur durch die dafür vorgesehene Düse Druckmedium ausgestoßen wird, so daß die Turbine mit dem gesamten ausgestoßenen Druckmedium beaufschlagt wird.
Es ist vorteilhaft, daß der Abstand des oberen Endunktes des temperaturabhängig arbeitenden Ausdehnungskörpers von der unteren Zylinderwand des Flüssigkeitolben-Zylinder-Aggregates unveränderbar fixiert ist. Eine derartige Ausführungsform garantiert, daß bei einer Längenveränderung des Ausdehnungskörpers die Druckmittelflüssigkeit des Flüssigkeits-Kolben-Zylinder-Aggregates und nicht der Zylinder desselben bewegt wird.
Selbstverstandlich ist der Abstand der Flüssigkeits-tolben-Zylinder-Aggregate von den Arbeitskolben-Zylinder-Aggregaten in entsprechender Weise zu fixieren.
Es ist von Vorteil, daß der Ausdehnungskörper sich über den gesamten Bereich seiner Längserstreckung in einem Arbeitsmediumbehälter befindet, der im Bereich des unteren Randes des Ausdehnungskörpers fest verschlossen ist und im Bereich des oberen Randes des Ausdehnungskörpers über seine gesamte Querschnittsfläche geöffnet ist In einer derartigen Ausführungsform wird die gesamte zur Verfiigung stehende Oberfläche des temperaturabhängig arbeitenden Ausdehnungskörpers mit Arbeitsmedium beaufschlagt. Damit ist die vom Ausdehnungskörper pro Zeiteinheit aufgenommene bzw.
abgegebene Wärmeenergie so groß als möglich und damit seine an das Flüssigkeits-Kolben-Zylinder-Aggregat abgegebene Leistung auch.
Es ist vorteilhaft, daß der Boden des Heizmediumspeicherbehälters und der Boden des Kühlmediumspeicherbehälters sich oberhalb des oberen Endes des temperaturabhnngig arbeitenden Ausdehnungskörpers befinden. In einer derartigen Ausf'ihrunssform ist garantiert, daß bei Bedarf die gesamte sich im eizmediumspeicherbehälter befindende IIeizmediummenge und die esamte sich im Kühlmediumspeicherbehälter befindende Kizhlmediummenge dem sich im Arbeitsmediumbehälter befindenden Ausdehnungskörper zugeführt werden kann.
Es ist von Vorteil, daß der Boden des Heizmediumsmmelbehälters und der Boden des Kühlmediumsammelbehälters sich in Abstand vom unteren Ende des temperaturabhängig arbeitenden Ausdehnungskörpers befinden. In einer derartigen Ausfihruncsform ist es bei entsprechend gewähltem Abstand garantiert-, daß die gesamte sich im Arbeitsmediumbehalter befindende Kilhlmediumflüssigkeit vom Kühlmediumsammelbehälter aufgenommen werden kann und daß die gesamte sich im Arbeitsmediumbehälter befindende Heizmediumflüssigkeit vom Heizmediumsammelbehälter auf genommen werden kann.
Es ist von Vorteil, daß sich zwischen Heizmediumspeicherbehälter und Kühlmediumspeicherbehälter ein Verteilerraum befindet, der eine direkte Verlängerung des Arbeitsmediumbehältersvertikal nach oben darstellt. Eine derartige Ausführungsform garantiert, daß das Heizmedium und das Kühlmedium dem Arbeitsmediumbehälter gleichmäßig über dessen ganzen Querschnitt verteilt zugeführt werden. Damit wird auch der Ausdehnungskörper selber gleichmäßig über seinen ganzen Querschnitt mit Ileizmedium bzw. Kühlmedium beaufschlagt. Damit erfolgt aber auch ein Erwärmen bzw, Abkühlen des Ausdehnungsisörrers und somit ein Ausdehnen und Zusammenziehen gleichmäßig über den gesamten Bereich seines Querschnittes. Ein Verdrehen oder ein Verbiegen des Ausdehnungskörpers ist dadurch ausgeschlossen. Der Ausdehnungskörper ist in der Regel als Rohrbündel ausgebildet, so daß bei kleinem Volumen eine möglichst große Oberfläche vorhanden ist. Wird der AusdehnunSs'«örper gleichmäßig über seinen gesamten Querschnitt mit Heizmedium bzw. Kühlmedium beaufschlngt, wird die gesamte sich innerhalb des Ausdehnungskörpers befindende Luft vom einfließenden Heizmedium bzw. Kühlmedium nach außen aus dem Arbeitsmediumbehälter herausgedrückt. Damit kann der Wärmeübergang zwischen Ausdehnungskörer und Heizmedium bzw. Kühlmedium durch eingeschlossene Luftblasen nicht beeintr-chtigt werden.
Es ist von Vorteil, daß zwischen Verteilerraum und Heizmediumspeicherbehnlter eine in Öffnungsstellung und in Schließstellung bewegbare Verschließeinrichtung und zwischen Verteilerraum und Kühlmediumspeicherbeh''lter eine in Öffnungsstellung und in Schliestellung bewegbare Verschlieeinrichtung vorhanden ist.
Eine derartige Ausführungsform ermöglicht es, dem Arbeitsmediumbehälter in kürzester Zeit eine entsprechende Menge an Heizmedium bzw. Kühlmedium zuzuführen. Damit wird der Zeitraum, den der temperaturabhängig arbeitende Ausdehnungskörper zur Wärmeenergieaufnahme bzw. zur Wärmeenergieabgabe benötigt, so klein als möglich gehalten, so daffl ahe von ihm abgegebene Leistung dem möglichen Maximalwert annähert.
Es ist von Vorteil, daß der Vorgang des Befüllens des Arbeitsmediumbehälters mit Heizmedium oder Kühlmedium gleichzeitig mit dem Vorgang des Entleerens des Arbeitsmediumbehälters von Heizmedium oder Kühlmedium erfolgt. In einer derartigen Ausfíihrungsform wird der Zeitraum des Entleerens des Arbeitsmediumbehälters und der Zeitraum des Befüllen des Arbeitsmerliumbehälters so gering als möglich gehalten. Dies geschieht dadurch, daß das aus dem Arbeitsmediumbehälter hinausfließende Arbeitsmedium durch das Gewicht des in den Arbeitsmediumbehälter hineinfließenn Arbeitsmediums beim Vorgang des Hinausflie!4,ens beschleunigt wird. Gleichzeitig wird aber auch der Vorgang des Hineinfließens von Arbeitsmedium in den Arbeitsmediumbehälter beschleunigt. Auf diese Art und Weise wird der Zeitraum, den der tempraturabhängig arbeitende Ausdehnungskörper zur Wärmeenergieaufnahme bzw. zur Wärmeenergieabgabe benötigt, so klein als möglich gehalten, so daf3 die von ihm abgegebene Leistung sich dem möglichen Maxiamalwert annähert.
Gleichzeitig vollzieht sich die Wärmeenergieaufnahme bzw. die Wärmeenergieabgabe in etwa gleichförmig, da nicht das gesamte Volumen des Ausdehnungskörpers schlagartig erwarmt bzw. abgekühlt wird, sondern ein immer größer werdender Volumenanteil des Ausdehnungskörpers sich erwärmt bzw. abkühlt. Dies hat zur Folge, daß der Ausdehnungslförper sich in etwa gleichförmig zusammenzieht und ausdehnt, so daß die auf die Kolben-Zylinder-Aggregate wirkenden Kräfte in etwa immer gleich groß sind und nicht mehr zwischen Spitzenwerten einerseits und Kleinstwerten andererseits schwanken.
Es ist von Vorteil, daß der Arbeitsmediumbehälter an seinem seitlichen unteren Rand zwei Öffnungen besitzt, durch welche hindurch Heizmedium und Kühlmedium dem entsprechenden Sammelbehälter zuführbar sind und daß die Offnungen mit Verschließeinrichtungen, die aus einer Schließstellung in eine dffnungsstellung und umgekehrt bewegt werden können, verschliebar sind.
In einer derartigen Ausführungsform ist das im Arbeitsmediumbehälter befindliche Heizmedium oder Kühlmedium schnellstmöglich dem entsprechenden Sa<nmelbehälter zuführbar. Damit wird die Leistungsaufnahme und gleichzeitig die Leistungsabgabe des Ausdehnungskörpers sehr giinstig beeinflubt. Wichtig ist dabei, daß die Öffnungsstellung der Verschließeinrichtungen sich oberhalb der zu verschließenden Öffnungen befindet, so daß die Verschließeinrichtungen während des Entleerungsvorganges des Arbeitsmediumbehälters sich mit der von oben nach unten abb auenden Arbeitsmediumsäule des zu entleerenden Arbeitsmediums mitbewegen können. Damit wird erreicht, daß das zu entleerende Arbeitsmedium vollständig aus dem Arbeitsmediumbehälter hinausgedriickt wird, ohne daß dabei das in den Arbeitsmediumbehälter hineinfließende Arbeitsmedium unkontrolliert aus diesem ausfließen kann.
Wirkungsweise Ist der Arbeitsmediumbehälter 11 mit Kühlmedium gefüllt und hat das Kühlmedium dem temperaturabhängig arbeitenden Ausdehnungskörper 10 soviel an Wn;rmeenergie entzogen, daß der Temperaturunterschied zwischen Kühlmedium und temperaturabhängig arbeitenden Ausdehnungskörper 10 vernachlässigbar klein ist, wird die Verschließeinrichtung 15 des Heizmediumspeichers19 gleichzeitig mit der Verschließeinrichtung 18 des Arbeitsmediumbehalters 11 und dabei schlagartig von der Schließstellung in die Öffnungsstellung gebracht.
Damit fließt das Kühlmedium aus dem Arbeitsmediumbehälter 11 in den auf seiner Oberseite geöffneten Kühlmediumsammelbehälter 22. Gleichzeitig flieht das Heizmedium aus dem Heizmediumspeicher 19 durch den Verteilerraum 13 in den Arbeitsmediumbehälter 11 und drückt dabei mit seiner FlSissigkeitssäule auf das abflieBende Kühlmedium und beschleunigt dieses beim Abfließen.
Gleichzeitig wird der temperaturabhängig arbeitende Ausdehnungskörper 10 schon beim Abfließen des Kühlmediums durch das nachfließende Heizmedium über einem immer größer werdenden Längenbereich erwhrmt und dehnt sich infolgedessen aus.
Besitzt die Fliissigkeitssaule des Kühlmediums eine Höhe, die nur wenig größer ist als die Höhe der Öffnung 82, die von der in Öffnungsstellung befindlichen Verschließeinrichtung 18 freigegeben wird, dann wird die Verschließeinrichtung 18 entsprechend der Abbaugeschwindigkeit der Kühlmediumsäulein Schließstellung bewegt. Damit ist garantiert, daß die gesamte tühlmediummenge aus dem Arbeitsmediumbehälter 11 in den Eühlmediumsammelbehälter 22 transportiert wird, ohne daß Heizmedium aus dem Arbeitsmediumbehälter nach außen gelangt. Gleichzeitig mit der Verschließeinrichtung 18 des Arbeitsmediumbehälters 11 wird die Verschließeinrichtung 15 des Heizmediumspeichers 19 in Schließstellung gebracht. Im Gegensatz zur Verschlieeinrichtung 18 wird die Verschließeinrichtung 15 jedoch schlagartig in Schließstellung gebracht. Damit ist garantiert, daß bei vollkommen mit Heizmedium gefülltem Arbeitsmediumbehälter 11 der Verteinerraum 13 völlig entleert ist.
Die Ausdehnung des sich bereits beim Abfließen des 'ihlmediums erwirmenden Ausdehnungskörpers 10 wird von einem tJbertragungsstab 31 auf den Kolben 35 dan Flüssigkeits-Kolben-Zylinder-Aggregates 32 übertragen und damit wird der Kolben 55 um eine bestimmte Strecke in Ausdehnungsrichtung des Ausdehnungskörpers 10 bewegt. Gleichzeitig wird eine bestimmte Volumenmenge des im Druckraum 34 sich befindenden Druckmediums von dem sich bewegenden Kolben 35 aus dem Druckraum 34 hinaus und in die Druckmittelleitung 39 hinein gedrückt. Dadurch wird der zapfenartige Teil 41 des Arbeitskolbens 45 an seiner Druckfläche 43 mit Druckmittel beaufschlagt. Damit wird der Kolben 45 in den Druckraum 51 des Arbeitskolben-Zylinder-Aggregates 49 hineingedrückt, wobei sich der Druckraum 51 verkleinert und eine entsprechende Volumenmenge an Druckmittelflissigkeit durch die Düse 61 ausgestoßen wird. Dabei ist das RUckschlagventil 63 geöffnet und das Rückschlagventil 81 geschlossen. Mit dieser ausgestoßenen Druckmittelflüssigkeit wird die Turbine 75 beaufschlagt, wobei ihr dadurch Bewegunasenergie zugeführt wird.
Während der Druckraum 34 durch die Bewegung des Kolbens 35 verkleinert wurde, hat sich der Druckraum 33 durch Hie Bewegung des Kolbens 35 vergrößert. Dadurch wurde Druckmittelflissigkeit aus der Druckmittelleitung 38 in den Druckraum 33 hineingesogen und gleichzeitig der Arbeitskolben 44 mit seinem zapfenartigen Teil 40 in die Druckmittelleitung 38 hineinbewegt.
Gleichzeitig wurde damit der Druckraum 50 des Arbeitskolben-Zylinder-Aggregates 48 vergrößert und in den sich vergrößernden Druckraum 50 durch die Transportleitung 68 aus dem Vorratsbehält er 70 Druclrmittelflüs sigkeit eingesogen. Dabei ist das Rückschlagventil 80 der Transportleitung 68 geöffnet.und das Rückschlagventil 62 der Diise 60 geschlossen.
Hat der Ausdehnungskörper 10 dem Heizmedium soviel Wärmeenergie entzogen, dat' der Temperaturunterschied zwischen tieizmedium und Ausdehnungskörper 10 vernachlässigbar klein ist, wird die Verschließeinrichtung 16 des Kühlmediumseichers 20 gleichzeitig mit der Verschließeinrichtung 17 des Arbeitsmediumbehälters 11 und dabei schlagartig von der Schließstellung in die Öffnungsstellung gebracht.
Damit fließt das Heizmedium aus dem Arbeitsmediumbehälter 11 in den auf seiner 0bersite geöffneten Heizmediumsammelbehälter 21. Gleizeitig fließt das Kühlmedium aus dem Kühlmediumspeicher 20 durch den Verteilerraum 13 in den Arbeitsmediumbehälter 11 und drückt dabei mit seiner Flüssigkeitssaule auf das abfließende Heizmedium und beschleunigt dieses beim Abfliel3en.
Gleichzeitig wird der temDeraturabhängig arbeitende Ausdehnungsköroer 10 schon beim Abfließen des Heizmediums durch das nachflie;ende Kühlmedium über einen immer größer werdenden Längenbereich abgekühlt und zieht sich infolgedessen -zusamen, Besitzt die ständig niederer werdende Flüssigkeitssäule des Heizmediums eine Höhe, die nur wenig gröber ist als die Höhe der Öffnung 83, die von der in Öffnungsstellung befindlichen Verschließeinrichtung 17 freigegeben wird, darin wird die Verschließeinrichtung 17 entsrrechend der Abbaugeschwindigkeit der Heizmediumsäule in Schliestellung bewegt. Damit ist garantiert, daß die gesamte Heizmediummenge aus dem Arbeitsmediumbehälter 11 in den Heizmediumsammelbehälter 21 transportiert wird, ohne daß Kühlmedium aus dem Arbeitsmediumbehälter 11 nach außen gelangt.
Gleichzeitig mit der Verschliel3einrichtung 17 des Arbeitsmediumbehälters 11 wird die Verschließeinrichtung 16 des Kiihlmediumspeichers 20 in Schließstellung gebracht. Im Gegensatz zur Verschließeinrichtung 17 wird die Verschließein richtung 16 jedoch schlagartig in Schließstellung gebracht. Damit ist garantiert, daß bei vollkommen mit Kühlmedium gefülltem Arbeitsmediumbehälter 11 der Verteilerraum 13 völlig entleert ist.
Das Zusammenziehen des sich bereits beim Abfließen des Heizmediums abkühlendem Ausdehnungskörpers 10 wird von einem Übertragungsstab 71 auf den Kolben 35 5 des Fliissigkeits-Kolben-Zylind er-Aggregates 32 übertragen und damit wird der Kolben 35 um eine bestimmte Strecke in Zusammenziehrichtung des Ausdehnungskörpers 10 bewegt. Gleichzeitig wird eine bestimmte Volumenmenge des im Druckraum 33 sich befindenden Druckmediums von dem sich bewegenden Kolben 35 aus dem Druckraum 33 hinaus und in die Druckmittelleitung 38 hinein gedrficlst. Dadurch wird der zapfenartige Teil 40 des Arbeitskolbens 44 an seiner Druckflache 42 mit Druckmittelflüssigkeit beaufschlagt. Damit wird der Arbeitskolben 44 in den Druckraum 50 des Arbeitskolben-Zylinder-Aggregates 48 hineingedrückt, wobei sich der Druckraum 50 verkleinert und eine entsprechende Volumenmenge an Druckmittelflüssigkeit durch die Düse 60 ausgestoßen wird. Dabei ist das Rückschlagventil 62 geöffnet und das Rüctcschlagventil 80 geschlossen. Mit dieser ausgesto4,4enen Druckmittelflüssigkeit wird die Turbine 75 beaufschlagt, wobei ihr dadurch Bewegirngsener gie zugeführt wird.
Während der Druckraum 33 durch die Bewegung des Kolbens 35 verkleinert wurde, hat sich der Druckraum 34 vergröfert. Dadurch wurde Druckmittelfllissigkeit als der Druckmittelleitung 39 in den Druckraum 34 hineingesogen und gleichzeitig der Arbeitskolben 45 mit seinem zapfenartigen Teil 41 in die Druckmittelleitung 39 hineinbewegt. Gleichzeitig wurde damit der Druckraum 51 des Arbeitskolben-Zylinder-Aggregates 49 vergrößer und in den sich vergrößernden Druckraum 51 durch die Transport leitung 69 aus dem Vorratsbehälter 70 Druckmittelflüssigkeit eingesogen. Dabei war das Rückschlagventil 81 der Transportleitung 69 geöffnet und das Rückschlagventil 63 der Düse 61 geschlossenC Die Erfindung ist nachfolgend anhand einer Zeichnung dargestellt und näher erläutert. Es zeigt: Figur 1 : Einen vertikalen Schnitt durch die Warmekraftmaschine.
Dabei befindet sich der vertikal stehende temperaturabhängig arbeitende Ausdehnungskörper 10 innerhalb eines Arbeitsmediumbehälters 11, der an seinem unteren Ende über den ganzen Bereich seiner Querschnittsfläche geschlossen und an seinem oberen Ende über den ganzen Bereich seiner Querschnittsflnche geöffnet ist. Der Ausdehnungskörper 10 ist im Bereich seines oberen Endes 85 mittels einer gitterartigen Befestigungsvorrichtung 12 an dem Arbeitsmediumbehälter 11 befestigt. Am oberen Ende 85 des Ausdehnungskörpers 10 schließt sich ein Verteilerraum 13 an den Arbeitsmediumbehälter 11 an. Der Verteilerraum 13 grenzt mit seiner linken Seite an den Heizmediumspeicherbehälter 19 und mit seiner rechten Seite an den Kühlmediumsneicherbehälter 20. Zwischen Heizmediumspeicherbehälter 19 und Verteilerraum 13 befindet sich eine Verschliel;leinrichtung 15 und zwischen Kühlmediumspeicherbehälter 20 und Verteilerraum 13 befindet sich eine Verschliel3einrichtung 16. Im Bereich seines unteren Randes besitzt der Arbeitsmediumbehälter 11 zwei Öffnungen 83, 82, die mittels je einer Verschlieüeinrichtung 17 und 18 verschließbar und öffenbar sind. Unterhalb des unteren Endes 84 des Ausdehnunfflskörpers 10 schließt sich links vom Arbeitsmediumbehälter 11 ein Heizmediumsammelbehälter 21 und rechts vom Arbeitsmediumbehälter 11 ein Kühlmediumsammelbehälter 22 an.
Dem Heizmediumspeicherbehälter 19 wird mittels der Heizmediumleitung 23 Heizmedium zugeführt, dem Kühlmediumspeicherbehälter 20 wird mittels der Kühlmediumleitung 24 Kühlmedium zugefilhrt. Aus dem Heizmediumsammelbehälter 21 wird mittels der Heizmediumleitung 29 Heizmedium abgefiihrt. Aus dem Kühlmediumsammelbehälter 22 wird mittels der Kühlmediumleitung 30 Kühlmedium abgef iihrt .
Der Ausdehnungskörper 10 ist mittels eines Übertra'rt'ngsstabes 31 mit dem Kolben 35 des Flü.ssigkeits-Kolben-Zylinder-Agregates 32 verbunden, das einen oberen Truckraum 33 und einen unteren Druckraum 34 besitzt. Der Kolben 35 besitzt eine Druckfläche 36 und eine Druckfl,iche 37. Der Zylinder des Flüssigkeits-Kolben-Zylinder-Aggregates 32 besitt eine untere Zylinderwand 86. Das Flüssigkeits-Kolben-Zylinder-Aggregat 32 ist mit der Druckmittelleitung 38 und mit der Druckmittelleitung 39 verbunden. Die Druckmittelleitung 38 mündet in den Druckraum 33 und die Druckmittelleitung 39 mündet in den Druckraum 34. In der Druckmittelleitung 38 ist der zapfenartige Teil 40 des Arbeitskolbens 44 gefiihrt. Der zapfenartige Teil 40 besitzt dabei eine Drucl=-fläche 42. In der Druckmittelleitung 39 ist der zapfenartige Teil 41 des Arbeitskolbens 45 gefiihrt. Der zapfenartige Teil 41 besitzt dabei eine Druckfläche 43.
Das Arbeitskolben-Zylinder-Aggregat 48 besitzt einen Arbeitskolben 44 mit einer DruckSlsche 46 und einem Druckraum 50, welcher eine Austrittsöffnung 64 mit einer daran angebrachten Düse 60 besitzt. In diese Düse 60 ist ein Riickschlagventil 62 integriert. Außerdem besitzt der Druckraum 50 eine weitere Austrittsöffnung 66 mit einer daran angebrachten Transportleitung 68, in welche ein Riickschlagventil 80 integriert ist. Die Transportleitung 68 mündet in den Vorratsbehsilter 70.
Das Arbeitskolben-Zylinder-Aggregat 49 besitzt einen Arbeitskolben 45 mit einer Druckfläche 47 und einem Druckraum 51, welcher eine Austrittsöffnung 65 mit einer daran angebrachten Düse 61 besitzt. In diese Düse 61 ist ein Rückschlagventil 67 integriert. Außerdem besitzt der Druckraum 51 eine weitexe Austrittsöffung 67 mit einer daran angebracten Transportleitung 69, in welcher ein Rückschlagventil 81 angebracht ist. Die Transportleitung 69 mündet in den Vorratsbehälter 70.
In einem bestimmten Abstand von den beiden Arbeitskolben-Zylinder-Aggragaten 48, 49 ist eine Turbine 75 angebracht, die auf einer Antriebswelle 76, befestigt ist.
Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Wärmekraftmaschine, mit mindestens einem zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Arbeit dienenden, temperaturabhängig arbeitenden Ausdehnungskörper aus und/oder mit einem Medium, das sich innerhalb eines Arbeitstemperaturbereiches bei einer unteren Temperatur unter Kraf tentwicklung zusammenzeiht und bei einer oberen Temperatur unter Kraftentwicklung ausdehnt, mit einer Heiz- und Kühleinrichtung zur zyklischen Auf heizung bzw. Abkühlung des Rusdehnung slcörper s und mit mindestens einer, über. die Translationsbewegung des Ausdehnungskörpers rotatorisch antreibbaren Antriebswelle, wobei der Ausdehnungskörper mechanisch mit mindestens einem vorzugsweise beidseitig beaufschlagbaren Kolben eines F'lüssigkeits-Kolben-Zylinder-Aggregates zur gleichsinnigen Verschiebung des Kolbens gekoppelt is, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß mindestens zwei einseitig und wechselweise mit der Druckmittelflüssigkeit des FlLissigkeits-Kolben-zylinder Aggregates (32) beaufschlagbare Arbeitskolben (44,45) zweier Arbeitskolben-Zylinder-Aggregate (48, 49) vorgesehen sind, die mittels je einer Druckmittelleitung (38,39) mit je einem Druckraum (33,34) des Flüssigkeits-Kolben-Zylinder-Aggregates (32) verbunden sind, daß bei einer den Druckraum (50,51) verkleinernden Verschiebetätigkeit des Arbeitskolbens (44,45) Druckmittelflüssigkeit aus dem Druckraum (50,51) des Arbeitskolben-Zylinder-Aggregates (48,49) ausgestoßen wird und daß bei einer den Druckraum (50,51) vergrößernden Verschiebetätigkeit des Arbeitskolbens (44,45) Druckmittelflüssiqkelt in den Druckraum (50,51) des ?.rbeitskolben-Zylinder-Aggregates (48,49) hineingesoqen wird nd daß zumindest eine mit der ausgestoßenen Druckmittelflüssigkeit beaufschlagbare Turbine (75) vorgesehen ist die an einer Antriebswelle (76) befestigt ist und auf diese Antriebswelle (76) arbeitet.
2. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die beiden nicht mit dem Flüssigkeits-Kolben-Zylinder-Aggregat (32) verbundenen Enden der beiden Druckmittelleitungen (38,39) als Führungsteile ausaebildet sind, in welchen die zapfenartigen Teile (40,41) der Arbeitskolben (44,45) geführt sind.
3. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 und 2 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die beiden Druckf lächen (42,43) der beiden zapfenartigen Teile (40,41) der Arbeitskolben (44,45) um ein Vielfaches kleiner sind als die Druckflächen (36,37) des Kolbens (35) vom Flüssiglceits-Kolben-Zylinder-Aggregat (32).
4. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Druckräume (50,51) der Arbeitskolben-Zylinder-Aggregate (48,49) als Speicheroehälter für die Druckmittelflüssigkeit dienen, mit welcher die Turbine (75) beaufschlagbar ist.
5. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß vorzugsweise an den den Druckflächen (46,47) der Arbeitskolben (44,45) gegenüberliegenden Wänden der Druckräume (50,51) je eine Austrittsöffnung (64,65) angebracht ist, deren Querschnittsfläche vorzugsweise um ein Vielfaches kleiner ist, als die Druckf lächen (46,47) der Arbeitskolben (44,45).
6. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 5 d a d u r c 1 z e -k e n n z e i c h n e t , daß die Druckflächen (46,4S?) der Arbeitskolben (44,45) gleich groß sind und daß die Querschnitte der Austrittsöffnungen (64,65) ebenfalls gleich groß sind.
7. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 5 und 6 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Austrittsöffnungen (64,65) als Düsen (60,61) ausgebildet sind, die mit je einem Rückschlagventil (62,63) versehen sind.

8. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 4 d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die von der Turbine (75) ablaufende Flüssigkeit in einem Vorratsbehälter (70) aufgefangen wird und daß der Vorratsbehälter (70) mittels je einer Transportleitung (68,69) mit dem Druckraum (50,51) je eines Arbeitskolben-Zylinder-Aggregates (48,49) verbunden ist 9. llJärmekraftmaschine nach Anspruch 8 d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß jede Transportleitung (68,69) mit einem Rückschlagventil (80,81) versehen ist.

10. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Abstand des oberen Punktes (85) des temperaturabhängig arbeitenden Ausdehnunqskörpers (10) von der unteren Zylinderwand (86) des Flüssigkeits-Kolben-Zylinder-Aggregates (32) unveränderbar fixiert ist.

11. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Ausdehnungskörper (10) sich über den gesamten Bereich seiner Längserstrec'ung in einem Arbeitsrnediumbehälter (11) befindet, der im Bereich des unteren andes (oil) des Ausdehnungskürpers (10) fest verschlossen ist und im Bereich des oberen Randes (85) des Ausdehnungskörpers (10) über seine gesamte uerschnittsfläche geöffnet ist.

12. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß der Boden des Ileizmediumspeicherbehälters (19) und der Boden des Kühlmediumspeic- erbehälters(0) sich oberhalb des oberen Endes (85) des Ausdehnunqskörpers (10) befinden.

13. Wärmekraftmas-hine nach Anspruch 1 d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Boden des eizmediumsammelbehälters (21) und der Boden des Kühlmediumsamnelbehälters (22) sich in Abstand vom unteren Ende (84) des Ausdehnungskörpers (10) befinden.

14. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 11 d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß sich zwischen Heizmediumspeicherbehälter (19) und Kühlmediumspeicherbehälter (20) ein Verteilerraum (13) befindet, der eine direkte Verlängerung des Arbeitsmediumbehälters (11) vertikal nach oben darstellt.

15. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 14 d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zwischen Verteilerraum (13) und Heizmediumspeicherbehälter (19) eine in Öffnungsstellung und in Schließstellung bewegbare Verschließeinrichtung (15) und zwischen Verteilerraum (13) und Kühlmediumspeicherbehälter (20) eine in öffnungsstellung und in Schließstellung bewegbare Verschließeinrichtung (16) vorhanden ist.

16. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 12 bis 15 d a d u r c h g e k e n n e i c h n e t , daß der Vorgang des Befüllens des Arbeitsmediumbehälters (11) mit Heizmedium oder Kühlmedium gleichzeitig mit dem Vorgang des Entleerens des Arbeitsmediumbehälters (11) von Heizmedium oder Kühlmedium erfolgt.

17. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 11 d a d u r c h g e -k e n n z e i c k n e t , daß der Arbeitsmediumbehälter (11) an seinem seitlichen unteren Rand zwei Öffnungen (82,83) besitzt, durch die hindurch Heizmedium und Kühlmedium dem entsprechenden Sammelbehälter (21,22) zuführbar sind und daß die Öffnungen (82,83) mittels Verschließeinrichtungen (18,17), die aus einer Schließstellung in eine Öffnungsstellung und umgekehrt bewegt werden können, verschließbar sind.