DE3939779A1 - Verfahren und einrichtung zur umwandlung von waermeenergie in mechanische energie - Google Patents
Verfahren und einrichtung zur umwandlung von waermeenergie in mechanische energieInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
- F03G7/04—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using pressure differences or thermal differences occurring in nature
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
- F01K25/02—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for the fluid remaining in the liquid phase
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Umwandlung von Wärmeenergie in nutz
bare mechanische Energie.
Kraftmaschinen zur Umwandlung von Energie sind in un
terschiedlichen Ausgestaltungen, besonders als Wasser
kraft und Wärmekraftmaschinen, bekannt.
Die bisherigen Wärmekraftmaschinen bedürfen, um einen
wirtschaftlichen Betrieb zu ermöglichen, stets ein
großes Wärmegefälle für das Arbeitsmedium, das oftmals
nur mit aufwendigen Mitteln geschaffen werden kann.
Die Nutzung von Wärmeenergie relativ niederer Tempera
tur ist bis heute über Ansätze nicht hinausgekommen, da
zum Erreichen eines wirtschaftlichen Betriebes sehr
große und damit teuere Anlagen benötigt werden.
Ein Verfahren zur Nutzung kleiner Temperaturunterschiede
zur Energieumwandlung sowie eine Vorrichtung dazu wurde
bereits durch die DT-OS 21 78 824 bekannt. Eine wirt
schaftliche Anwendung dieses Verfahrens erscheint aber
nicht realisierbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaf
fen, um Wärmeenergie relativ niederer Temperatur in me
chanische Energie umzuwandeln, wobei ein neuer Weg be
schritten wird. Dabei soll vorallem ein wirtschaftlicher
Einsatz, ohne zu großen Bauaufwand möglich sein.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß als
Arbeitsmittel Flüssigkeiten, vorzugsweise niedersiedende
Flüssigkeiten eingesetzt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer beispiels
weisen Ausführungsform unter Bezugnahme auf ihre sche
matische Schnittansicht in der beiliegenden einzigen
Figur näher erläutert.
Die Kraftmaschine zur Umwandlung von Wärmeenergie in
mechanische Energie ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei
durch die Arbeitskolben (1; 2) eines kalten (3) und eines
warmen doppeltwirkenden Zylinders (4) getrennte Flüssig
keitsmassen von eben diesen Kolben (1; 2) abwechselnd
gegenläufig vom kalten (3) in den warmen Zylinder (4)
und umgekehrt befördert werden.
Im zwischen dem kalten (3) und dem warmen Zylinder (4)
angeordneten Gegenstrom - Wärmetauscher (5) bleibt, von
den beiden 4/2 Wegeventilen (1; 8) gesteuert, die Fließ
richtung der Arbeitsflüssigkeiten immer gleich, dadurch
werden Wärmeverluste vermieden.
Die beiden 4/2 Wegeventile (7; 8) werden über Steuer
nocken/Steuerkurven (9; 10) immer im oberen und unteren
Totpunkt der Kolben von der zugehörigen Kurbelwelle um
gesteuert.
Im Erhitzer (11) wird der Arbeitsflüssigkeit theoretisch
bei jedem Arbeitstakt die Wärmeenergie zugeführt, die
beim vorhergehenden Arbeitstakt als mechanische Energie
abgegeben wurde und die vom Gegenstrom - Wärmetauscher (5)
nicht getauschte, im Kühler (12) bei niederer Temperatur
abgeführte Wärmemenge.
Der kalte Kolben (1) läuft dem warmen Kolben (2) phasen
verschoben voraus. Diese Phasenverschiebung kann durch
Verdrehen des Kegelradgehäuses (15) mit dem Kegelrad (17)
auf den Kurbelwellen - Enden (13; 14) auch während des
Laufens erfolgen, damit kann der Vorlauf des kalten Kol
bens (1) den Betriebsbedingungen angepaßt werden.
Durch den phasenverschobenen Vorlauf des kalten Kolbens (1)
wird zwischen kaltem (1) und warmen Kolben (2) der Ar
beitsdruck aufgebaut und der Druck auf der Rückseite
der Kolben abgebaut.
Das Schwungrad (27) gibt der Maschine einen gleichför
migen Lauf.
Die Füllvolumen des kalten (3) und des warmen Zylinders (4)
sind auf gleiche Massen aber durch die Erwärmung des Ar
beitsmittel auf verschiedene Volumen ausgelegt, bei glei
chem Kolbenhub sind die Zylinderdurchmesser verschieden,
die abgegebene mechanische Energie resultiert aus der
unterschiedlichen Projektionsfläche der Kolben.
Um Maschinenschaden durch zu hohe Drücke auf der Hoch
druckseite zu vermeiden, ist ein mit einem auf den maxi
malen Betriebsdruck vorgefüllter Druckspeicher (28) vor
gesehen, welcher den schädlichen Überdruck aufnimmt.
Eine weitere Absicherung gegen zu hohe Drücke ist eine
druckabhängige Verstellung des phasenverschobenen Vor
laufs des kalten Kolbens. Die Übertragung des Drehmoments
der rechten Kurbelwellenseite auf die linke Kurbelwellen
seite erzeugt auf das Kegelradgehäuse (15) ein Gegen
drehmoment, welches entweder vom Verstellhebel (24) mit
Rastung (25) aufgenommen wird oder die Verstellung der
Phasenverschiebung erfolgt über einen druckabhängigen
Stellzylinder (26), der bei zu hohem Druck selbsttätig
reguliert.
Der Wirkungsgrad einer solchen Maschine hängt in hohem
Maße vom Wirkungsgrad des Gegenstrom-Wärmetauschers (5)
ab. Je höher der Wirkungsgrad, desto weniger Wärme muß
über den Kühler (12) als Abwärme abgeführt werden.
Claims (13)
1. Verfahren zur Umwandlung von Wärmeenergie in mecha
nische Energie,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei durch die Kolben (1; 2) eines kalten (3) und
eines warmen doppeltwirkenden Zylinders (4) getrennte
Massen eines flüssigen Arbeitsmittels von eben diesen
Arbeitskolben (1; 2) abwechselnd gegenläufig vom kalten
(3) in den warmen Zylinder (4) und umgekehrt befördert
werden. Da der kalte Kolben (1) dem warmen Kolben (2)
phasenverschoben vorausläuft, wird zwischen dem kalten
(1) und dem warmen Kolben (2) der Arbeitsdruck aufge
baut und der Druck auf der Rückseite der Kolben abge
baut. Die Füllvolumen des kalten (3) und des warmen
Zylinders (4) sind auf gleichen Massen aber durch die
Erwärmung des Arbeitsmittels auf verschiedene Volumen
ausgelegt, deshalb sind bei gleichem Kolbenhub die
Zylinderdurchmesser verschieden, die bei jedem Arbeits
takt erzeugte mechanische Energie resultiert aus der
unterschiedlichen Projektionsfläche der Kolben bei
gleichem Druck.
2. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Arbeitsmittel Flüssigkeiten, vorzugsweise
niedersiedende Flüssigkeiten verwendet werden.
3. Verfahren und Einrichtung nach Anspruch 7 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich zwischen dem kalten (3) und dem warmen Zy
linder (4) ein Gegenstrom - Wärmetauscher (5) befindet,
der dem vom warmen (4) in den kalten Zylinder (3)
fließenden Arbeitsmittel Wärme entzieht und dem kal
ten (3) in den warmen Zylinder (4) fließenden Arbeits
mittel in Richtung des Pfeiles (6) zuführt.
4. Verfahren und Einrichtung nach Anspruch 7 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß, gesteuert durch zwei 4/2 Wegeventile (7; 8) das
vom kalten (3) in den warmen Zylinder (4) und umge
kehrt fließenden Arbeitsmittel zur Vermeidung von
Wärmeverlusten im Gegenstrom - Wärmetauscher, immer
auf der gleichen Seite des Wärmetauschers in die
gleiche Richtung fließt.
5. Verfahren und Einrichtung nach Anspruch 7-4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden 4/2 Wegeventile (7, 8) zum Umsteuern
der Arbeitsmittelströme jeweils im oberen und unteren
Totpunkt der Arbeitskolben (1; 2) durch Steuernocken/
Steuerkurven (9; 10) von den zugehörigen Seiten der
Kurbelwellen umgesteuert werden.
6. Verfahren und Einrichtung nach Anspruch 1-5,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich am Ausgang des Gegenstrom-Wärmetauschers
zum warmen Zylinder (4) vor dem 4/2 Wegeventil (8)
ein Wärmetauscher (11) zum Erhitzen des in den war
men Zylinder (4) geförderten Arbeitsmittels befindet.
7. Verfahren und Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich am Ausgang des Gegenstrom - Wärmetauschers (5)
zum kalten Zylinder (3) vor dem 4/2 Wegeventil (7)
ein Wärmetauscher (12) zum Abführen der anfallenden
Abwärme befindet.
8. Verfahren und Einrichtung nach einem oder mehreren
der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Hälften der Kurbelwelle (13; 14) in
einem Kegelradgehäuse (15) durch Kegelräder (16; 17;
18) kraftschlüssig verbunden sind und daß durch Ver
drehen des Kegelradgehäuses (15) mit dem darin gela
gerten Kegelrad (17) in Richtung des Pfeiles (19)
die beiden Kurbeln (20; 21) zum Erreichen einer pha
senverschiebung der beiden, durch die Pleuel (22;
23) mit den Kurbeln (20; 21) verbundenen Kolben (1;
2), gegeneinander verstellt werden können.
9. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Kegelradgehäuse (15) zum Verstellen der pha
senverschiebung über einen Hebel (24) verstellbar ist
und daß dieser Hebel durch eine Rastung (25) oder
eine andere Vorrichtung feststellbar ist.
10. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Kegelradgehäuse (15) zum Verstellen der pha
senverschiebung von einem druckabhängigen Stellzy
linder (26) verstellt wird.
11. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Erreichen eines gleichförmigen Laufes der
Maschine ein Schwungrad (27) vorgesehen ist.
12. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Auffangen von eventuellen Druckspitzen im
Arbeitsmittel, zwischen dem Erhitzer (11) und dem
4/2 Wegeventil (8), ein Druckspeicher (28) ange
ordnet ist, der mit dem maximal zulässigen Druck
vorgefüllt ist und im Bedarfsfalle das überschüs
sige Arbeitsmittelvolumen aufnimmt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der warme Bereich (29) gegen Wärmeverluste iso
liert ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893939779 DE3939779A1 (de) | 1989-12-01 | 1989-12-01 | Verfahren und einrichtung zur umwandlung von waermeenergie in mechanische energie |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893939779 DE3939779A1 (de) | 1989-12-01 | 1989-12-01 | Verfahren und einrichtung zur umwandlung von waermeenergie in mechanische energie |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3939779A1 true DE3939779A1 (de) | 1991-06-06 |
Family
ID=6394605
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19893939779 Withdrawn DE3939779A1 (de) | 1989-12-01 | 1989-12-01 | Verfahren und einrichtung zur umwandlung von waermeenergie in mechanische energie |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3939779A1 (de) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1995003489A1 (en) * | 1993-07-23 | 1995-02-02 | Carding Specialists (Canada) Limited | Heat engine |
DE19921366A1 (de) * | 1999-05-10 | 2001-01-04 | Laufenberg Josef | Vorrichtung und Verfahren zur Energie-Produktivitätssteigerung mit Wärme-Kraftkopplung, Wärme-Zwischenspeicherung und Wärme im Nivo anhebende-, absenkende- sowie Rückübertragungs-Kreislaufführungen |
DE10042546A1 (de) * | 2000-08-30 | 2002-03-14 | Hermann Hiller | Verfahren und Vorrichtungen zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie durch Drucktrennung |
DE19957425C2 (de) * | 1998-12-02 | 2002-08-01 | Gerd Degener | Energiewandler zur Nutzung niederpotentieller Energieträger |
CN100337030C (zh) * | 2005-09-14 | 2007-09-12 | 于传祖 | 温差动力机 |
US8800280B2 (en) | 2010-04-15 | 2014-08-12 | Gershon Machine Ltd. | Generator |
US9540963B2 (en) | 2011-04-14 | 2017-01-10 | Gershon Machine Ltd. | Generator |
-
1989
- 1989-12-01 DE DE19893939779 patent/DE3939779A1/de not_active Withdrawn
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