DE10209998B4 - Gas expansion element for an arrangement for converting thermal into motor energy - Google Patents
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Abstract
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 (1), der über einen Flüssigkolben (4) mit der Anordnung wirksam verbunden ist und jeweils eine obere Einspritzöffnung (2, 3) für Warmwasser sowie für Kaltwasser und eine untere mit einem Arbeitskreislauf (14) verbundene Wasserablauföffnung (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkolben (4) innerhalb des Druckbehälters (1) vorgesehen ist.Gas expansion element for an arrangement for converting thermal into motor energy, in particular for a hot water engine, consisting of a closed pressure container (1) filled with a gas or gas mixture, which is effectively connected to the arrangement via a liquid piston (4) and each has an upper injection opening (2, 3) for hot water and for cold water and a lower water drain opening (12) connected to a working circuit (14), characterized in that the liquid piston (4) is provided inside the pressure container (1).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf 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 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.The invention relates to a Gas expansion element for an arrangement for converting thermal into motor energy, especially for a hot water engine consisting of one with a gas or gas mixture filled closed pressure vessel, the over a liquid piston is effectively connected to the arrangement and each has an upper injection opening for hot water and for cold water and has a lower water drain opening connected to a working circuit.
Aus der
Im Weiteren offenbart die 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 Druckbehälter ist über einen verschiebbaren Kolben mit der Anordnung wirksam verbunden und weist jeweils eine obere Einspritzöffnung für Warmwasser sowie für Kaltwasser und eine untere Wasserablauföffnung auf. Der Kolben ist als Flüssigkolbenpumpe ausgebildet, die eingangsseitig mit der Wasserablauföffnung des Druckbehälters, der ein Wasserzulauf eines Arbeitskreislaufes zugeordnet ist, und ausgangsseitig mit einem Wasserablauf des Arbeitskreislaufes verbunden ist.WO 00/53898 also discloses a gas expansion element for an arrangement for converting thermal into motor energy, in particular for one Hot water engine consisting of one with a gas or gas mixture filled closed pressure vessel. The pressure vessel is over a slidable piston effectively connected to the arrangement and each has an upper injection opening for hot water and for cold water and a lower water drain opening. The piston is a liquid piston pump trained, the input side with the water drain opening of the Pressure vessel, which is assigned a water inlet of a working circuit, and connected on the output side to a water drain of the working circuit is.
Ferner zeigt die
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Gasausdehnungselement der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei einem einfachen Aufbau einen relativ hohen Wirkungsgrad aufweist.It is an object of the invention To create gas expansion element of the type mentioned, the has a relatively high efficiency with a simple structure.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Flüssigkolben innerhalb des Druckbehälters vorgesehen ist.According to the invention the object is achieved in that the liquid piston inside the pressure vessel is provided.
Durch die Anordnung des Flüssigkolbens innerhalb des Druckbehälters ist es nicht erforderlich, eine zusätzliche Komponente, beispielsweise eine separate Flüssigkolbenpumpe, zur Übertragung der Expansionsenergie des komprimierbaren Gases bzw. Gasgemischs auf ein nichtkomprimierbares Medium sowie dessen Rückstellung vorzusehen. Darüber hinaus werden Energieverluste aufgrund von Übertragungswegen vermieden. Das bei der Zufuhr von Kaltwasser kontraktierende und bei der Zufuhr von Warmwasser expandierende Gas, beispielsweise Luft, beaufschlagt direkt den Flüssigkolben bzw. wird von dem Flüssigkolben beaufschlagt, der Arbeit verrichtet, die dem Arbeitskreislauf zur Umwandlung der thermischen Energie zugeführt wird.Due to the arrangement of the liquid piston inside the pressure vessel it is not necessary to add an additional component, for example a separate liquid piston pump, for transmission the expansion energy of the compressible gas or gas mixture to a non-compressible medium and its resetting provided. About that In addition, energy losses due to transmission paths are avoided. That contracting with the supply of cold water and with the supply of Hot water expanding gas, such as air, is applied directly the liquid piston or is from the liquid piston pressurized, who does the work that goes into the work cycle Conversion of thermal energy is supplied.
Bevorzugt schwimmt auf der druckbeaufschlagten Oberfläche des Flüssigkolbens eine von dem Gas oder Gasgemisch beaufschlagte druckbeständige Trennschicht. Die Trennschicht definiert im Wesentlichen die von dem Gas bzw. Gasgemisch direkt beaufschlagte Fläche des Flüssigkolbens und sorgt für eine gleichmäßige Kraftübertragung.Preferably floats on the pressurized surface of the liquid piston a pressure-resistant separating layer acted upon by the gas or gas mixture. The separation layer essentially defines that of the gas or The gas mixture directly acts on the surface of the liquid piston and ensures even power transmission.
Zweckmäßigerweise ist die Trennschicht zu der Innenwandung des Druckbehälters geringfügig beabstandet. Durch die Beabstandung der Trennschicht ist sichergestellt, dass das in den Druckbehälter eingesprühte Warm- oder Kaltwasser über die Wasserablauföffnung abgeleitet wird, weshalb der Flüssigkolben in einer nicht von dem Gas beaufschlagten Ausgangslage einen konstanten Pegel aufweist und der Druckbehälter oberhalb der Trennschicht vollständig mit dem Gas bzw. Gasgemisch gefüllt ist.The separating layer is expedient to the inner wall of the pressure vessel slightly spaced. The spacing of the separating layer ensures that that into the pressure vessel sprayed Hot or cold water over the water drain opening is derived, which is why the liquid piston in a starting position not acted upon by the gas a constant Level and the pressure vessel completely above the separation layer filled with the gas or gas mixture is.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Trennschicht als ein eine druckfeste Außenhaut und einen Schwimmerkern umfassender Kegel ausgebildet. Der Kegel begünstigt eine Verwirbelung des in den Druckbehälter eingesprühten Warm- bzw. Kaltwassers mit dem Gas, so dass eine schnelle Erwärmung bzw. Abkühlung des Gases erfolgt.According to an advantageous embodiment the invention is the release layer as a pressure-resistant outer skin and a cone comprising a float core. The cone favored a swirling of the warm sprayed into the pressure vessel or cold water with the gas, so that rapid heating or cooling down of the gas.
Um einen verhältnismäßig stabilen Aufbau des Kegels bei einer relativ dünnen Ausbildung der Außenhaut zu erzielen, stützt sich vorzugsweise die Außenhaut unmittelbar auf dem Schwimmerkern ab. Der Schwimmerkern stabilisiert sonach die Außenhaut des Kegels.In order to achieve a relatively stable structure of the cone with a relatively thin design of the outer skin, the outer skin is preferably supported directly on the float core. The float core thus stabilizes the outside skin of the cone.
Zur schnellen Ableitung des in den Druckbehälter eingesprühten Kalt- oder Warmwassers ist zweckmäßigerweise die Außenhaut aus einem wasserabweisenden und hitzebeständigen Material gefertigt. Darüber hinaus schützt das hitzebeständige Material der Außenhaut den Schwimmerkörper vor einer temperaturbedingten Beschädigung. Vorzugsweise besteht die Außenhaut aus einem nichtrostenden Stahl, einer Titan- oder Aluminiumlegierung.For quick derivation of the in the pressure vessel sprayed The outer skin is expediently cold or hot water made from a water-repellent and heat-resistant material. About that also protects the heat-resistant material the outer skin the float body from temperature-related damage. Preferably there is the outer skin made of stainless steel, a titanium or aluminum alloy.
Damit eine thermische Trennung zwischen dem eingesprühten Kalt- oder Warmwasser und dem Flüssigkolben weitgehend sichergestellt ist, besteht vorteilhafterweise der Schwimmkern aus einem Polyvinylchlorid- oder Polyurethan-Hartschaum.So that a thermal separation between the sprayed Cold or hot water and the liquid piston is largely ensured, there is advantageously the floating core made of a polyvinyl chloride or rigid polyurethane foam.
Um das Ablaufen des eingesprühten Kalt- oder Warmwassers von dem Kegel zu begünstigen und eine relativ große Auftriebsfläche zur Verfügung zu stellen, ist bevorzugt die Spitze des Kegels in Richtung der oberen Einspritzöffnungen ausgerichtet.To drain the sprayed cold or To favor hot water from the cone and a relatively large one lifting surface available to is preferably the tip of the cone towards the top Injection ports aligned.
Damit der Kegel einen relativ großen Auftrieb erfährt, weist der Kegel einen auf der Oberfläche des Flüssigkolbens schwimmenden zylindrischen Ansatz auf, dessen Außendurchmesser dem größten Durchmesser des Kegels entspricht.So that the cone experiences a relatively large buoyancy, points the cone one on the surface of the liquid piston floating cylindrical approach whose outer diameter is the largest diameter of the cone.
Nach einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist dem Ke gel eine Führungseinrichtung zur zentrischen Lagezentrierung des Kegels innerhalb des Druckbehälters zugeordnet. Somit nimmt der Kegel stets eine definierte Lage innerhalb des Druckbehälters ein und ein seitliches Kippen des Kegels ist ausgeschlossen.After a further development of the inventive idea is the Ke gel a guide assigned to the centering of the cone within the pressure vessel. Thus, the cone always has a defined position within the pressure vessel and lateral tipping of the cone is impossible.
Vorzugsweise umfasst die Führungseinrichtung eine an dem Kegel befestigte Führungsstange, die in einer in dem Druckbehälter angeordneten Führungshülse verschiebbar gelagert ist. Die Führungseinrichtung ist somit vollständig innerhalb des Druckbehälters angeordnet.The guide device preferably comprises a guide rod attached to the cone, the in one in the pressure vessel arranged guide sleeve slidable is stored. The leadership facility is therefore complete inside the pressure vessel arranged.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Führungseinrichtung ein Wegmeßsystem zugeordnet. Mittels dieses Wegmeßsystems ist die Position des Kegels und damit auch die Lage des Flüssigkolbens innerhalb des Druckbehälters stets genau zu bestimmen. Nach einer Kopplung des Wegmeßsystems mit einer entsprechenden Steuerung der Einspritzdüsen erfolgt eine Einspritzung von Kalt- oder Warmwasser in Abhängigkeit von der Lage des Flüssigkolbens. Das Wegmeßsystem ist beispielsweise als induktiver Wegaufnehmer ausgebildet und sendet ein elektrisches Signal an die Steuereinheit, die Stellorgane zum Öffnen und Schließen von Ventilen ansteuert.In a further embodiment of the invention is the leader a measuring system assigned. The position of the Cone and thus always the position of the liquid piston within the pressure vessel to determine exactly. After coupling the measuring system with an appropriate control of the injection nozzles an injection of cold or hot water depending on the position of the liquid piston. The measuring system is designed, for example, as an inductive displacement transducer and sends one electrical signal to the control unit, the actuators for opening and Conclude controlled by valves.
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, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the above not only mentioned features and to be explained below in the specified combination, but also in others Combinations can be used without the scope of the present Leaving invention.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbei spieles unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert. Die einzige Fig. zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gasausdehnungselementes mit zugeordneten Komponenten.The invention is explained below of an execution example with reference to the related Drawing closer explained. The only FIG. Shows a schematic representation of a gas expansion element according to the invention with assigned components.
Ein zylindrischer Druckbehälter
An der Spitze
Um Luft
Nach dem Druckanstieg und dem durch
die Flüssigkolbendispla zierung
hervorgerufenen Druckabfall im Druckbehälter sowie nach einer entsprechenden
Reduzierung der Temperatur fällt
Wasser aus, das über
die Außenhaut
Zum Kontrahieren der Luft
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