DE102013101214A1

DE102013101214A1 - Process for direct conversion of steam energy into mechanical energy and thermohydraulic arrangement for carrying out the process

Info

Publication number: DE102013101214A1
Application number: DE201310101214
Authority: DE
Inventors: Toralf Genz; Günther Eggert; Norbert Günther; Frank Wolff
Original assignee: EN3 GmbH
Current assignee: EN3 GmbH
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2014-08-07
Anticipated expiration: 2033-02-08
Also published as: DE102013101214B4; EP2765279A2; EP2765279A3

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein thermohydraulisches Dampfkraftsystem zur direkten Umwandlung von Dampfenergie in mechanische Energie, welches eine Anordnung von wenigstens zwei Druckbehältern für Arbeitsmedien nutzt, die abwechselnd gefüllt und durch Dampfdruck zur Nutzarbeit entleert werden. Für die vorliegende Erfindung wird die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Anordnung zu beschreiben, bei der der sonst übliche Kolben von Verdränger-Maschinen ersetzt werden kann und eine direkte Umwandlung von Dampfenergie in rotierende mechanische Nutzenergie ohne Zwischenschalten weiterer mechanischer Bauteile im Energiefluss erfolgt. Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren welches dadurch gekennzeichnet, dass in einem geschlossenen Kreislauf aus einem Arbeitsfluid Dampf erzeugt wird, welcher alternierend in die Druckbehälter gelangt, wodurch das in dem entsprechenden Druckbehälter befindliche Arbeitsfluid mit einem Druck beaufschlagt und als Flüssigkeitskörper in ein Hydroaggregat gedrückt wird, um dort in mechanische Energie umgewandelt zu werden und dass das dadurch entspannte Arbeitsfluid anschließend in den Kreislauf zurückgeführt wird. Das Verfahren wird durch eine erfindungsgemäße thermohydraulische Anordnung umgesetzt.The subject of the invention is a thermohydraulic steam power system for the direct conversion of steam energy into mechanical energy, which uses an arrangement of at least two pressure vessels for working media that are alternately filled and emptied by steam pressure for useful work. For the present invention, the task is to describe a method and an arrangement in which the otherwise common piston of displacement machines can be replaced and a direct conversion of steam energy into rotating mechanical useful energy takes place without the interposition of further mechanical components in the energy flow. The object is achieved by a method which is characterized in that steam is generated from a working fluid in a closed circuit, which alternately enters the pressure vessel, whereby the working fluid in the corresponding pressure vessel is pressurized and pressed into a hydraulic unit as a liquid body in order to be converted into mechanical energy and that the working fluid thus relaxed is then returned to the circuit. The method is implemented by a thermo-hydraulic arrangement according to the invention.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein thermohydraulisches Dampfkraftsystem zur direkten Umwandlung von Dampfenergie in mechanische Energie, welches eine Anordnung von wenigstens zwei Druckbehältern für Arbeitsmedien nutzt, die abwechselnd gefüllt und durch Dampfdruck zur Nutzarbeit entleert werden. The invention relates to a thermohydraulic steam power system for the direct conversion of steam energy into mechanical energy, which uses an arrangement of at least two pressure vessels for working media, which are alternately filled and emptied by steam pressure to Nutzarbeit.

Der übliche Weg zur Umwandlung von Dampfenergie in mechanische Energie besteht in der Verwendung von Kolbendampfmaschinen oder Dampfturbinen, in denen im Clausius-Rankine-Prozess durch eine Dampfentspannung die Umwandlung in mechanische Energie stattfindet. Die hierzu zur Verfügung stehenden Technologien und Mechanismen weisen einen hohen technischen Reifegrad auf. Je nach Anwendungsfall der durchzuführenden Umwandlung ist jedoch der notwendige bauliche und betriebstechnische Aufwand beträchtlich. Vor der Entwicklung der Dampfmaschinen- und Dampfturbinentechnik führte die beginnende Industrialisierung bereits zu Umwandlungstechnologien, die ohne die genannte Maschinentechnik auskamen. In englischen Bergwerken erfolgte bereits teilweise die Entwässerung mit Hilfe der Dampfkraft. Diese Technik ist bekannt unter der Bezeichnung kolbenlose Dampfpumpe. Sie wurde 1698 von Denis Papin entwickelt und 1699 von Thomas Savery zu weiterer Reife geführt. The usual way to convert steam energy to mechanical energy is to use piston steam engines or steam turbines in which the Clausius Rankine process converts to mechanical energy by vapor relaxation. The available technologies and mechanisms have a high degree of technical maturity. Depending on the application of the conversion to be carried out, however, the necessary structural and operational expenses are considerable. Before the development of steam engine and steam turbine technology, the beginning of industrialization already led to conversion technologies that could do without the aforementioned machine technology. In English mines already partially the drainage with the help of steam power. This technique is known as piston-less vapor pump. It was developed in 1698 by Denis Papin and led in 1699 by Thomas Savery to further maturity.

Auch mit dem Siegeszug der Dampfmaschinen- und Dampfturbinentechnik blieben in einigen Anwendungsgebieten Aufgaben der Dampfpumpentechnik erhalten. In der chemischen Industrie erfolgt auch heute aus Gründen der Explosionssicherheit der Einsatz sogenannter Duplexpumpen dann, wenn explosible Flüssigkeiten wie beispielsweise Benzin zu fördern sind. Even with the triumphal procession of steam engine and steam turbine technology tasks of the vapor pump technology remained in some applications. In the chemical industry today, for reasons of explosion safety, the use of so-called duplex pumps takes place when explosive liquids such as gasoline are to be promoted.

Darstellung der Erfindung Presentation of the invention

Für die vorliegende Erfindung wird die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Anordnung zu beschreiben, bei der der sonst übliche Kolben von Verdränger-Maschinen ersetzt werden kann und eine direkte Umwandlung von Dampfenergie in rotierende mechanische Nutzenergie ohne Zwischenschalten weiterer mechanischer Bauteile im Energiefluss erfolgt. For the present invention, the object is to describe a method and an arrangement in which the otherwise conventional piston can be replaced by positive displacement machines and a direct conversion of steam energy into rotating mechanical useful energy without interposition of other mechanical components in the energy flow.

Die dieser Aufgabenstellung entsprechende Lösung ist das technische Analogon zur direkten Umwandlung der Energie eines strömenden Dampfkörpers in rotierende mechanische Nutzenergie in einer Dampfturbine. The solution corresponding to this task is the technical analogue for directly converting the energy of a flowing steam body into rotating mechanical useful energy in a steam turbine.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zur direkten Umwandlung von Dampfenergie in mechanische Energie, welches eine Anordnung von wenigstens zwei Druckbehältern für Arbeitsmedien nutzt, die abwechselnd gefüllt und durch Dampfdruck zur Nutzarbeit entleert werden und dadurch gekennzeichnet, dass in einem geschlossenen Kreislauf aus einem Arbeitsfluid Dampf erzeugt wird, welcher alternierend in die Druckbehälter gelangt, wodurch das in dem entsprechenden Druckbehälter befindliche Arbeitsfluid mit einem Druck beaufschlagt und als Flüssigkeitskörper in ein Hydroaggregat gedrückt wird, um dort in mechanische Energie umgewandelt zu werden und dass das dadurch entspannte Arbeitsfluid anschließend in den Kreislauf zurückgeführt wird. The object is achieved by a method for the direct conversion of steam energy into mechanical energy, which uses an arrangement of at least two pressure vessels for working media, which are alternately filled and emptied by steam pressure to Nutzarbeit and characterized in that in a closed circuit of a working fluid Steam is generated, which alternately enters the pressure vessel, whereby the working fluid in the corresponding pressure vessel is pressurized and pressed as a liquid body in a hydraulic unit to be converted there into mechanical energy and that thereby relaxed working fluid then in the circuit is returned.

Für das Verfahren werden alle im Prozess angeordneten Ventile zeitgleich derart gesteuert, dass in einem ersten Prozesstakt ein erster Druckbehälter mit dem in einem Dampferzeuger erzeugten Dampf beaufschlagt wird, und zeitgleich und parallel dazu ein zweiter Druckbehälter mit dem Arbeitsfluid aus einem Sammelbehälter gefüllt wird, wodurch der in dem zweiten Druckbehälter befindliche restliche Dampf aus dem zweiten Druckbehälter in einen Kondensator geleitet und dort verflüssigt wird und als Kondensat des Arbeitsfluides in den Sammelbehälter zurück geführt wird und damit sowohl für das Befüllen der Druckbehälter als auch für den Dampferzeuger wieder bereit steht. Bei Erreichen eines minimalen Füllstandes des Arbeitsfluides in dem ersten Druckbehälter werden in einem nächsten Prozesstakt die Funktionen aller Ventile im Block umgeschaltet, so dass im ersten und im zweiten Druckbehälter die Prozessabläufe getauscht werden. For the process, all valves arranged in the process are controlled at the same time such that in a first process cycle, a first pressure vessel is charged with the steam generated in a steam generator, and at the same time and parallel to a second pressure vessel is filled with the working fluid from a collecting container, whereby the located in the second pressure vessel remaining vapor from the second pressure vessel is passed into a condenser and liquefied there and is returned as condensate of the working fluid in the sump and thus is ready for both the filling of the pressure vessel and the steam generator again. Upon reaching a minimum level of the working fluid in the first pressure vessel, the functions of all valves in the block are switched in a next process cycle, so that the process cycles are exchanged in the first and in the second pressure vessel.

Für ein erstes Ausführungsbeispiel werden die Ventile über eine gemeinsame Ventilsteuereinrichtung betätigt, so dass eine synchrone Steuerung der Dampf- und Medienströme in Abhängigkeit von den Füllständen der Druckbehälter erfolgt. For a first embodiment, the valves are actuated via a common valve control device, so that a synchronous control of the steam and media flows takes place as a function of the fill levels of the pressure vessels.

Es wird für ein weiteres Ausführungsbeispiel als Arbeitsfluid ein 2-Phasen-Fluid verwendet, welches in seiner dampfförmigen Phase den erzeugten Druck auf einen Flüssigkeitskörper aus dem gleichen Arbeitsfluid überträgt. For a further exemplary embodiment, a two-phase fluid is used as the working fluid, which in its vapor phase transfers the pressure generated to a fluid body from the same working fluid.

Ein anderes Ausführungsbeispiel verwendet als Arbeitsfluid ein 2-Phasen-Fluid, welches in seiner dampfförmigen Phase den erzeugten Druck auf einen Füssigkeitskörper überträgt, der aus einem zweiten Arbeitsfluid besteht, welches mit dem ersten Arbeitsfluid in keiner im Prozess auftretenden Phase lösbar, emulgierbar oder mischbar ist. es soll eine stoffliche und thermische Trennung der unterschiedlichen Arbeitsfluide erfolgen. Als erstes Arbeitsfluid wird beispielsweise Wasser und als zweites Arbeitsfluid Paraffinöl verwendet. Another embodiment uses as working fluid a 2-phase fluid which in its vapor phase transfers the pressure generated to a body of liquid consisting of a second working fluid which is solubilizable, emulsifiable or miscible with the first working fluid in any phase occurring in the process , It should be a material and thermal separation of the different working fluids. For example, water is used as the first working fluid and paraffin oil is used as the second working fluid.

Für eine weitere Ausführungsform sind die Druckbehälter extern beheizbar, so dass durch eine Wärmezufuhr während der Expansion des Dampfes eine isotherme Expansion erreicht wird. For a further embodiment, the pressure vessels are externally heated, so that an isothermal expansion is achieved by a heat supply during the expansion of the vapor.

Die erfindungsgemäße thermohydraulische Anordnung zur direkten Umwandlung von Dampfenergie in mechanische Energie nutzt mindestens zwei Druckbehälter für Arbeitsmedien, die abwechselnd gefüllt und durch Dampfdruck zur Nutzarbeit entleert werden. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem geschlossenen Kreislauf ein Dampferzeuger, welcher mit einem Arbeitsfluid aus einem Sammelbehälter gespeist wird, mit den Druckbehältern verbunden ist, so dass diese alternierend mit einem Dampf des Arbeitsfluides beaufschlagt werden. Die Druckbehälter sind ihrerseits mit dem Sammelbehälter für das erste Arbeitsfluid oder für ein zweites Arbeitsfluid, mit einem Kondensator und mit einem Hydroaggregat verbunden. Sowohl der Kondensator als auch das Hydroaggregat sind ebenfalls mit dem Sammelbehälter verbunden. The thermohydraulic arrangement according to the invention for the direct conversion of steam energy into mechanical energy uses at least two pressure vessels for working media, which are alternately filled and emptied by the vapor pressure to the useful work. It is characterized in that in a closed circuit, a steam generator, which is fed with a working fluid from a collecting container, is connected to the pressure vessels, so that they are acted upon alternately with a vapor of the working fluid. The pressure vessels are in turn connected to the reservoir for the first working fluid or for a second working fluid, with a condenser and with a hydraulic unit. Both the condenser and the hydraulic unit are also connected to the sump.

In dem geschlossenen Kreislauf sind Ventile zwischengeschaltet, die über eine Umschalteinrichtung, welche mit dem Hydroaggregat in Wirkverbindung steht, gleichzeitig im Block geschaltet werden. Die zwischengeschalteten Ventile sind für eine Ausführungsform in einer Ventilsteuereinrichtung zusammenfasst und werden in Abhängigkeit von den Füllständen in den Druckbehältern im Block gesteuert. In the closed circuit valves are interposed, which are connected via a switching device, which is in operative connection with the hydraulic unit, simultaneously in the block. The interposed valves are summarized in one embodiment in a valve control device and are controlled in dependence on the levels in the pressure vessels in the block.

Die Druckbehälter sind von gerader zylindrischer Gestalt und in zwei Arbeitsbereiche unterteilt. Die Arbeitsbereiche der Druckbehälter sind für eine erste Ausführungsform durch jeweils einen beweglichen Schwimmer unterteilt, wobei sich unterhalb des Schwimmers das Arbeitsfluid und oberhalb des Schwimmers der Dampf befindet. The pressure vessels are of straight cylindrical shape and divided into two working areas. The working areas of the pressure vessels are subdivided by a respective movable float for a first embodiment, wherein below the float the working fluid and above the float is the steam.

Die Schwimmer sind der Querschnittsform der Druckbehälter dichtend angepasst und liegen wärmedämmend auf dem Arbeitsfluid schwimmend auf, so dass ein unmittelbarer Temperaturausgleich zwischen Dampf und dem Arbeitsfluid verhindert wird. Die Schwimmer sind mit einer mittigen Öffnung versehen, in welcher ein doppeltes, ebenfalls schwimmendes, selbsttätiges Plattenventil angeordnet ist. The floats are sealingly adapted to the cross-sectional shape of the pressure vessel and are heat-insulating floating on the working fluid, so that an immediate temperature compensation between steam and the working fluid is prevented. The floats are provided with a central opening in which a double, also floating, automatic plate valve is arranged.

In einer weiteren Ausführungsform ist zur Trennung für das das erste und das zweite Arbeitsfluid als Abscheider der Sammelbehälter angeordnet, wobei der Sammelbehälter für das Arbeitsfluid über eine Speisepumpe mit dem Dampferzeuger verbunden ist und für das Arbeitsfluid über eine Förderpumpe und ein Ventil mit den Druckbehältern verbunden ist. In a further embodiment, the separator for the first and the second working fluid is arranged as a separator, the collecting container for the working fluid is connected via a feed pump to the steam generator and is connected to the working fluid via a feed pump and a valve to the pressure vessels ,

Ein Druckspeicher steht mit dem Hydroaggregat in Wirkverbindung, um Druckschwankungen in der Anordnung auszugleichen. A pressure accumulator is in operative connection with the hydraulic unit to compensate for pressure fluctuations in the arrangement.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt im Folgenden. Der Dampfdruck wirkt auf einen Flüssigkeitskörper, der infolge des Dampfdrucks in ein Hydroaggregat geleitet wird. Die Energiewandlung vom Arbeitsvermögen des Dampfdrucks in mechanisches Arbeitsvermögen findet direkt in dem Hydroaggregat statt. Damit bilden der Flüssigkeitskörper im Verbund mit einem Hydromotor oder einer Hydroturbine eine Kraftmaschine mit der Funktion eines Dampfexpanders. The basic idea of the invention lies below. The vapor pressure acts on a body of liquid, which is passed as a result of the vapor pressure in a hydraulic unit. The energy conversion from the working capacity of the steam pressure to mechanical working capacity takes place directly in the hydraulic unit. Thus, the fluid body in combination with a hydraulic motor or a hydroturbine form an engine with the function of a steam expander.

In den bekannten Dampfturbinen wirkt dagegen der Dampfdruck auf einen mechanischen Verdränger-Kolben, der seinerseits mit einem mechanischen Triebwerk verbunden ist (was diese Wirkungskette als Kraftmaschine charakterisiert). In the known steam turbines, however, the vapor pressure acts on a mechanical displacement piston, which in turn is connected to a mechanical engine (which characterizes this chain of effects as an engine).

Ein weiterer Gedanke der Erfindung ist es, dass der durch die Hydroaggregat geführte Flüssigkeitskörper anschließend wieder dem Arbeitsprozess zugeführt wird, wobei er sowohl seinen anfänglichen Charakter als inkompressibler Flüssigkeitskörper behält als auch als Kesselmedium für die Dampferzeugung verwendet werden kann, wie auch in flexibler Umkehrung, dass der bei der Verdrängung des Flüssigkeitskörpers kondensierende Dampf zum Flüssigkeitskörper hinzugefügt wird. Another idea of the invention is that the liquid body guided through the hydraulic unit is subsequently returned to the working process, both retaining its initial character as an incompressible liquid body and being used as a boiler medium for steam generation, as well as in a flexible reversal the vapor condensing upon displacement of the liquid body is added to the liquid body.

Erfindungsgemäß ist, fußend auf der von Thomas Savery geschaffenen Anordnung von zwei Druckbehältern für Flüssigkeitskörper, die abwechselnd gefüllt und durch den Dampfdruck zur Nutzarbeit entleert werden, eine Ventilsteuereinrichtung im System angeordnet, die von dem Hydroaggregat mechanisch angetrieben, aktiviert wird, abhängig von den Füllständen in den Druckbehältern und die die Steuerfunktionen für das Füllen, Öffnen, Entlüften dieser Druckbehälter sowie die Rückleitung des Dampfkondensats bzw. eines Teils des Flüssigkeitskörpers in den Dampfkreislauf übernimmt. According to the invention, based on the arrangement created by Thomas Savery of two pressure vessels for liquid body, which are alternately filled and emptied by the vapor pressure for Nutzarbeit, a valve control device is arranged in the system, which is mechanically driven by the hydraulic unit, activated, depending on the levels in the pressure vessels and the control functions for filling, opening, venting of these pressure vessels and the return of the steam condensate or a part of the liquid body in the steam cycle takes over.

In einer Ausführungsform arbeitet die Anordnung mit nur einem Medium, welches in zwei Phasen, flüssig und dampfförmig, im System zirkuliert. Und in einer weiteren Ausführungsform arbeitet die Anordnung mit zwei unterschiedlichen Medien, die miteinander nicht mischbar oder löslich sind, wobei eines der Medien wiederum in dampfförmiger und flüssiger Phase zum Einsatz kommt und das zweite Medium nur als Verdränger-Flüssigkeitskörper eingesetzt wird. In einem Abscheide-Behälter trennen sich beide flüssigen Medien nach dem Durchlaufen des Prozesses so, dass sie separat dem Dampferzeuger als auch den Druckbehältern zugeführt werden können. In one embodiment, the arrangement operates with only one medium which circulates in the system in two phases, liquid and vapor. And in another embodiment, the assembly operates with two different media which are immiscible or soluble with each other, one of the media again being used in the vapor and liquid phases, and the second medium being used only as the displacer fluid body. In a separation vessel, after passing through the process, both liquid media separate so that they can be fed separately to the steam generator as well as to the pressure vessels.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist es, dass es keine Leistungsbegrenzung nach oben gibt. A significant advantage of the invention is that there is no performance limitation upwards.

Ausführung der Erfindung Embodiment of the invention

Die erfindungsgemäße Lösung wird an Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierzu zeigt The solution according to the invention will be described by embodiments. This shows

1 ein erstes Ausführungsbeispiel zur direkten Umwandlung von Dampfenergie in mechanische Energie, 1 a first embodiment for the direct conversion of steam energy into mechanical energy,

2 ein weiteres Ausführungsbeispiel zur direkten Umwandlung von Dampfenergie in mechanische Energie und 2 Another embodiment for direct conversion of steam energy into mechanical energy and

3 eine detaillierte Darstellung des Schwimmers. 3 a detailed view of the float.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung zur direkten Umwandlung von Dampfenergie in mechanische Energie. Ein Dampferzeuger 1 ist über eine Dampfleitung 2 mit einer Ventilsteuereinrichtung 3 verbunden. Ein Sammelbehälter 16 für ein Arbeitsfluid 19 ist über eine Speiseleitung 18 ebenfalls mit dem Dampferzeuger 1 verbunden. In der Speiseleitung 18 ist eine Speisepumpe 17 angeordnet. Der Sammelbehälter 16 ist über eine Füll-Leitung 11, in welcher eine Förderpumpe 10 angeordnet ist, mit einem Ventil 301 verbunden, um die Druckbehälter 601 und 602 abwechselnd mit dem Arbeitsfluid 19 zu füllen. 1 shows an inventive arrangement for the direct conversion of steam energy into mechanical energy. A steam generator 1 is over a steam line 2 with a valve control device 3 connected. A collection container 16 for a working fluid 19 is via a feed line 18 also with the steam generator 1 connected. In the feed line 18 is a feed pump 17 arranged. The collection container 16 is via a filling pipe 11 in which a feed pump 10 is arranged with a valve 301 connected to the pressure vessel 601 and 602 alternating with the working fluid 19 to fill.

Die Druckbehälter 602 und 601 sind in zwei Arbeitsbereiche durch einen Schwimmer 222 bzw. 221 unterteilt, wobei sich im unteren Bereich das Arbeitsfluid 19 und im oberen Bereich der Dampf 191 des Arbeitsfluides 19 befindet. The pressure vessels 602 and 601 are in two work areas by a float 222 respectively. 221 subdivided, wherein in the lower part of the working fluid 19 and at the top of the steam 191 of the working fluid 19 located.

Das Ventil 301 ist einerseits über eine Füll-Leitung 202 mit dem Druckbehälter 602 und andererseits über eine Füll-Leitung 201 mit dem Druckbehälter 601 verbunden. Eine Medienleitung 702 verbindet den Druckbehälter 602 im Bereich des Arbeitsfluides 19 mit dem Steuerventil 303, welches seinerseits über eine Medienleitung 8 mit einer Hydroaggregat 5, insbesondere einem Hydromotor oder einer Hydroturbine, verbunden ist. Ebenso ist der Druckbehälter 601 über eine Medienleitung 701 mit dem Steuerventil 303 verbunden. Oberhalb des Schwimmers 222 bzw. 221 im Druckbehälter 602 bzw. 601 führt jeweils eine Dampfleitung 122 bzw. 121 zum Ventil 302. Dieses ist mit einem Dampfkondensator 13 über eine Dampfleitung 131 verbunden. Der Dampfkondensator 13 wiederum hat eine Verbindung über eine Fluidleitung 132 zum Sammeltank 16. The valve 301 is on the one hand via a filling line 202 with the pressure vessel 602 and on the other hand via a filling line 201 with the pressure vessel 601 connected. A media line 702 connects the pressure vessel 602 in the field of working fluid 19 with the control valve 303 , which in turn has a media line 8th with a hydraulic unit 5 , in particular a hydraulic motor or a hydroturbine, is connected. Likewise, the pressure vessel 601 via a media line 701 with the control valve 303 connected. Above the float 222 respectively. 221 in the pressure vessel 602 respectively. 601 each leads a steam line 122 respectively. 121 to the valve 302 , This is with a steam condenser 13 over a steam line 131 connected. The steam condenser 13 in turn has a connection via a fluid line 132 to the collection tank 16 ,

Das Hydroaggregat 5 ist mit der Ventilsteuereinrichtung 3 über einen Antrieb 4 verbunden, welcher mit einer Umschalteinrichtung 21 für die Ventilsteuereinrichtung 3 versehen ist. Eine Leitung 15 führt von einem Druckspeicher 14 zum Hydroaggregat 5. The hydraulic unit 5 is with the valve control device 3 via a drive 4 connected, which with a switching device 21 for the valve control device 3 is provided. A line 15 leads from a pressure accumulator 14 to the hydraulic unit 5 ,

2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Die Anordnung ist prinzipiell die gleiche wie in 1. Für dieses Ausführungsbeispiel werden zwei Arbeitsfluide 19 und 20 mit unterschiedlicher Dichte verwendet, wobei das Arbeitsfluide 19 eine höhere Dichte aufweist als das Arbeitsfluid 20. Im Sammelbehälter 16 kommt es aufgrund der unterschiedlichen Fluid-Eigenschaften nicht zu einer Durchmischung der Arbeitsfluide. Das Arbeitsfluid 20 ist oberhalb des Arbeitsfluides 19 angeordnet. Auch ist es bei dieser Ausführungsform nicht notwendig, in den Druckbehältern 603 und 604 Schwimmer vorzusehen, da der Dampf 191 des Arbeitsfluides 19 wiederum eine geringere Dichte als das Arbeitsfluid 20 aufweist und somit keine Durchmischung erfolgt. Die Arbeitsfluide 19 und 20 sind so gewählt, dass eine stoffliche und thermische Trennung erfolgt und sich im Sammelbehälter 16 so entmischen, dass sie durch die Pumpen 10 und 17 getrennt wieder den Kreisläufen zugeführt werden können. Eine geeignete Kombination solcher Medien ist beispielsweise Wasser und Paraffinöl. 2 shows a further embodiment. The arrangement is basically the same as in 1 , For this embodiment, two working fluids 19 and 20 used with different density, the working fluids 19 has a higher density than the working fluid 20 , In the collection container 16 Due to the different fluid properties, mixing of the working fluids does not occur. The working fluid 20 is above the working fluid 19 arranged. Also, in this embodiment, it is not necessary in the pressure vessels 603 and 604 Floats provide, as the steam 191 of the working fluid 19 again a lower density than the working fluid 20 and thus no mixing takes place. The working fluids 19 and 20 are chosen so that a material and thermal separation takes place and in the sump 16 so demix them through the pumps 10 and 17 can be fed back to the circuits separately. A suitable combination of such media is, for example, water and paraffin oil.

Zur Sicherung einer bestmöglichen Expansion des Dampfes 191 kann in den oberen Bereichen der Druckbehälter 601, 602, 603 und 604 durch jeweils eine externe Heizung Wärmeenergie zugeführt werden, was hier nicht weiter dargestellt werden soll. Dadurch wird die Wärmeabstrahlung nach außen so weit ausgeglichen, dass eine isotherme Expansion stattfindet. To ensure the best possible expansion of the steam 191 Can in the upper areas of the pressure vessel 601 . 602 . 603 and 604 Heat energy is supplied by an external heating, which should not be shown here. As a result, the heat radiation is compensated to the outside so far that an isothermal expansion takes place.

3 zeigt einen Schwimmer 22 im Detail, welcher in dem Druckbehälter 601 als Schwimmer 221 und in dem Druckbehälter 602 als Schwimmer 222 bezeichnet wird. Der Schwimmer 22 hat eine mittige Öffnung 23, in welcher ein doppeltes, ebenfalls schwimmendes, selbsttätiges Plattenventil 24 in der Art angeordnet ist, dass beim Füllvorgang der Druckbehälter 601 und 602 das Arbeitsfluid 19 durch die Öffnung 23 des Schwimmers 22 hindurch fließen kann. Das Plattenventil 24 sichert während des Füllvorgangs eines Druckbehälters das Aufschwimmen des Schwimmers auf dem Flüssigkeitskörper des Arbeitsfluides 19. 3 shows a swimmer 22 in detail, which in the pressure vessel 601 as a swimmer 221 and in the pressure vessel 602 as a swimmer 222 referred to as. The swimmer 22 has a central opening 23 , in which a double, also floating, automatic plate valve 24 is arranged in the manner that during the filling process of the pressure vessel 601 and 602 the working fluid 19 through the opening 23 of the swimmer 22 can flow through it. The plate valve 24 ensures during the filling of a pressure vessel, the floating of the float on the liquid body of the working fluid 19 ,

Das Verfahren für die Anordnung nach 1 kann folgendermaßen beschrieben werden. Das Arbeitsfluid 19 wird über die Speiseleitung 18 und die Speisepumpe 17 zum Dampferzeuger 1 geleitet. Der im Dampferzeuger 1 infolge einer Zufuhr von thermischer Energie erzeugte Dampf 191 des Arbeitsfluides 19 wird über die Dampfleitung 2, das geöffnete Ventil 301 und die Füll-Leitung 202 zum Druckbehälter 602 geführt. Der Druckbehälter 602 ist in zwei Arbeitsbereiche, welche übereinander liegen, unterteilt. Im unteren Arbeitsbereich befindet sich das Arbeitsfluid 19, das durch den Druck des oberhalb des Schwimmers 222 einströmenden Dampfes 191 über die Leitung 702, das Ventil 303 und die Leitung 8 zum Hydroaggregat 5 (z.B. ein Hydromotor bzw. eine Hydroturbine) geführt wird. Das Hydroaggregat 5 setzt die Energie des Arbeitsfluides 19 in mechanische Energie um. Das Ventil 302 in Richtung Druckbehälter 602 ist geschlossen. The method for the arrangement according to 1 can be described as follows. The working fluid 19 is via the feed line 18 and the feed pump 17 to the steam generator 1 directed. The in the steam generator 1 Steam generated due to a supply of thermal energy 191 of the working fluid 19 is via the steam line 2 , the open valve 301 and the filling pipe 202 to the pressure vessel 602 guided. The pressure vessel 602 is divided into two work areas, which are superimposed. In the lower working area is the working fluid 19 . that by the pressure of above the float 222 incoming steam 191 over the line 702 , the valve 303 and the line 8th to the hydraulic unit 5 (For example, a hydraulic motor or a hydroturbine) is performed. The hydraulic unit 5 sets the energy of the working fluid 19 into mechanical energy. The valve 302 in the direction of the pressure vessel 602 is closed.

Nach dieser Energieumwandlung wird das nun drucklose Arbeitsfluid 19 über die Medienleitung 9 in den Sammelbehälter 16 zurückgeführt. After this energy conversion, the now pressureless working fluid 19 over the media line 9 in the collection container 16 recycled.

Zeitgleich und parallel zu diesem Ablauf wird der zweite Druckbehälter 601 über das erste Ventil 301 mit dem Arbeitsfluid 19 aus dem Sammelbehälter 16 gefüllt. Hierzu fördert die Pumpe 10 das Arbeitsfluid 19 über die Füll-Leitung 11, das Ventil 301 und die Leitung 201 in den Druckbehälter 601. Der in 3 detailiert gezeigte Schwimmer 221 öffnet das Plattenventil 24, so dass das Arbeitsfluid 19 hindurch fließen kann. Gleichzeitig wird der restliche Dampf 191, der sich in Druckbehälter 601 befindet, über die Leitung 121, das Ventil 302 und die Leitung 131 zum Kondensator 13 gedrückt. Im Kondensator 13 erfolgt die Kondensation des Dampfes 191 zu dem flüssigen Arbeitsfluid 19, welches über die Leitung 132 in den Sammelbehälter 16 zurück geführt wird. At the same time and parallel to this process, the second pressure vessel 601 over the first valve 301 with the working fluid 19 from the collection container 16 filled. For this purpose, the pump promotes 10 the working fluid 19 via the filling line 11 , the valve 301 and the line 201 in the pressure vessel 601 , The in 3 detailed shown floats 221 opens the plate valve 24 so that the working fluid 19 can flow through it. At the same time, the rest of the steam 191 who is in pressure vessel 601 is located, over the line 121 , the valve 302 and the line 131 to the condenser 13 pressed. In the condenser 13 the condensation of the steam takes place 191 to the liquid working fluid 19 which over the line 132 in the collection container 16 is led back.

Ist im ersten Druckbehälter 602 ein minimaler Füllstand des Arbeitsfluides 19 erreicht, erfolgt über die Umschalteinrichtung 21 eine Umschaltung der Ventilsteuereinrichtung 3 mit den Ventilen 301, 302 und 303, so dass das Hydroaggregat 5 aus dem Druckbehälter 601 mit dem Arbeitsfluid 19 betrieben wird. Die Umschaltung der Ventilsteuereinrichtung 3 erfolgt entsprechend des minimalen Füllstandes des Arbeitsfluides 19 in dem jeweiligen Druckbehälter 601 oder 602 abwechselnd. Is in the first pressure vessel 602 a minimum level of working fluid 19 achieved, via the switching device 21 a changeover of the valve control device 3 with the valves 301 . 302 and 303 so that the hydraulic unit 5 from the pressure vessel 601 with the working fluid 19 is operated. The switching of the valve control device 3 occurs according to the minimum level of the working fluid 19 in the respective pressure vessel 601 or 602 alternately.

Druckschwankungen während des Umschaltvorgangs oder aus anderen Gründen werden durch den Druckspeicher 14 über die Leitung 15 ausgeglichen. Pressure fluctuations during the switching process or for other reasons are caused by the pressure accumulator 14 over the line 15 balanced.

Der Antrieb der Pumpen 10 und 17 sowie der Umschalteinrichtung 21 kann mechanisch durch das Hydroaggregat 5 erfolgen. Somit kann das System alternativ ohne elektrische Hilfsenergie angefahren und betrieben werden. The drive of the pumps 10 and 17 and the switching device 21 can mechanically through the hydraulic unit 5 respectively. Thus, the system can alternatively be started up and operated without auxiliary electric power.

Das Verfahren für die Anordnung nach 2 ist in seiner Wirkungsweise ähnlich dem Verfahren nach 1. Die Anordnung nach 2 wird mit zwei unterschiedlichen Arbeitsfluiden 19 und 20 betrieben. Dabei ist das Arbeitsfluid 19 mit der höheren Dichte für den Dampferzeuger 1 geeignet, während das Arbeitsfluid 20 Schmiereigenschaften hat, die für den Betrieb der Hydroaggregat 5, in diesem Fall ein Hydromotor, erforderlich sind. The method for the arrangement according to 2 is similar in its mode of action to the method 1 , The arrangement after 2 comes with two different working fluids 19 and 20 operated. This is the working fluid 19 with the higher density for the steam generator 1 suitable while the working fluid 20 Lubricating properties has to ensure the operation of the hydraulic unit 5 , in this case a hydraulic motor, are required.

Nach dem Durchlaufen aller Prozessphasen müssen sich die Arbeitsfluide 19 und 20 vollständig entmischen, so dass sie getrennt durch die Pumpen 10 und 17 zu ihren spezifischen Anwendungen Dampferzeuger 1 und Hydroaggregat 5 transportiert werden können. After going through all the process phases, the working fluids must 19 and 20 completely demix, leaving them separated by the pumps 10 and 17 to their specific applications steam generators 1 and hydraulic unit 5 can be transported.

Die Arbeitsfluide 19 und 20 sind so gewählt, dass sie miteinander nicht mischbar sind und sich im Sammelbehälter 16 so entmischen, dass sie durch die Pumpen 10 und 17 getrennt wieder den Kreisläufen zugeführt werden können. Eine geeignete Kombination solcher Medien ist Wasser und Paraffinöl. The working fluids 19 and 20 are chosen so that they are immiscible with each other and in the collection container 16 so demix them through the pumps 10 and 17 can be fed back to the circuits separately. A suitable combination of such media is water and paraffin oil.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Dampferzeuger steam generator
2 2: Dampfleitung zwischen Dampferzeuger 1 und Ventilsteuereinrichtung 3 Steam line between steam generator 1 and valve control device 3
201 201: Füll-Leitung zwischen Ventil 301 und den Druckbehältern 601, 603 Fill line between valve 301 and the pressure vessels 601 . 603
202 202: Füll-Leitung zwischen Ventil 302 und den Druckbehältern 602, 604 Fill line between valve 302 and the pressure vessels 602 . 604
203 203: Füll-Leitung zwischen Ventil 30 und den Druckbehältern 605 Fill line between valve 30 and the pressure vessels 605
204 204: Füll-Leitung zwischen Ventil 31 und den Druckbehältern 606 Fill line between valve 31 and the pressure vessels 606
3 3: Ventilsteuereinrichtung Valve control device
301 301: Ventil für die Dampfzufuhr zu den Druckbehältern 601, 602, 603, 604 Valve for steam supply to the pressure vessels 601 . 602 . 603 . 604
302 302: Ventil für die Dampfführung zum Kondensator 13 Valve for steam supply to the condenser 13
303 303: Ventil für die Fluidführung zur Hydroaggregat 5 Valve for the fluid guide to the hydraulic unit 5
4 4: Antrieb der Ventilsteuereinrichtung 3 von der Hydroaggregat 5 Drive the valve control device 3 from the hydraulic unit 5
5 5: Hydroaggregat hydraulic unit
601 601: Druckbehälter für das Arbeitsfluid 19 Pressure vessel for the working fluid 19
602 602: Druckbehälter für das Arbeitsfluid 19 Pressure vessel for the working fluid 19
603 603: Druckbehälter für das Arbeitsfluid 20 Pressure vessel for the working fluid 20
604 604: Druckbehälter für das Arbeitsfluid 20 Pressure vessel for the working fluid 20
701 701: Medienleitung von den Druckbehältern 601, 603 zum Steuerventil 303 Media line from the pressure vessels 601 . 603 to the control valve 303
702 702: Medienleitung von den Druckbehältern 602, 604 zum Steuerventil 303 Media line from the pressure vessels 602 . 604 to the control valve 303
8 8th: Medienleitung vom Steuerventil 303 zur Hydroaggregat 5 Media line from the control valve 303 to the hydraulic unit 5
9 9: Medienleitung von der Hydroaggregat 5 zum Sammeltank 16 Media line from the hydraulic unit 5 to the collection tank 16
10 10: Förderpumpe feed pump
11 11: Füll-Leitung Fill line
121 121: Dampfleitung vom Druckbehälter 601, 603 zum Ventil 302 Steam line from the pressure vessel 601 . 603 to the valve 302
122 122: Dampfleitung vom Druckbehälter 602, 604 zum Ventil 302 Steam line from the pressure vessel 602 . 604 to the valve 302
13 13: Dampfkondensator steam condenser
131 131: Dampfleitung vom Ventil 302 zum Kondensator 13 Steam line from the valve 302 to the condenser 13
132 132: Fluidleitung vom Kondensator 13 zum Sammelbehälter 16 Fluid line from the condenser 13 to the collection container 16
14 14: Druckspeicher accumulator
15 15: Leitung vom Druckspeicher 14 zum Hydroaggregat 5 Line from pressure accumulator 14 to the hydraulic unit 5
16 16: Sammelbehälter Clippings
17 17: Speisepumpe feed pump
18 18: Speiseleitung feeder
19 19: Arbeitsfluid working fluid
191 191: Dampf 191 des Arbeitsfluides 19 steam 191 of the working fluid 19
20 20: zweites Arbeitsfluid, bei Verwendung von 2 unterschiedlichen Fluiden gemäß 2 second working fluid when using 2 according to different fluids 2
21 21: Umschalteinrichtung für die Ventilsteuereinrichtung 3 Switching device for the valve control device 3
22 22: Schwimmer swimmer
221 221: Schwimmer im Druckbehälter 601 Float in the pressure vessel 601
222 222: Schwimmer im Druckbehälter 602 Float in the pressure vessel 602
23 23: Öffnung im Schwimmer Opening in the float
24 24: Plattenventil im Schwimmer Plate valve in the float

Claims

Process for the direct conversion of steam energy into mechanical energy, which uses an arrangement of at least two pressure vessels for working media, which are alternately filled and emptied by steam pressure to the useful work, characterized in that in a closed circuit of a working fluid ( 19 ) Steam ( 191 ), which alternately into the pressure vessel ( 601 . 602 ; 603 . 604 ), whereby the in the corresponding pressure vessel ( 601 ; 603 or 602 ; 604 ) working fluid ( 19 ; 20 ) is subjected to a pressure and as a liquid body in a hydraulic unit ( 5 ) is pressed there to be converted into mechanical energy and that thereby relaxed working fluid ( 19 ; 20 ) is then returned to the circulation.

A method according to claim 1, characterized in that all arranged in the process valves ( 301 . 302 . 303 ) are controlled at the same time such that in a first process cycle a first pressure vessel ( 602 ; 604 ) with the in a steam generator ( 1 ) generated steam ( 191 ) is applied, and at the same time and in parallel to a second pressure vessel ( 601 ; 603 ) with the working fluid ( 19 ; 20 ) from a collecting container ( 16 ), whereby in the second pressure vessel ( 601 ; 603 ) remaining vapor ( 191 ) from the second pressure vessel ( 601 ; 603 ) into a capacitor ( 13 ) and is liquefied there and as condensate of the working fluid ( 19 ) in the collecting container ( 16 ) and thus both for the filling of the pressure vessel ( 601 . 602 ; 603 . 604 ) as well as for the steam generator ( 1 ) is ready again, and that upon reaching a minimum level of the working fluid ( 19 ; 20 ) in the first pressure vessel ( 602 ; 604 ) in a next process cycle the functions of all valves ( 301 . 302 . 303 ) are switched in the block, so that the process cycles are exchanged in the first and in the second pressure vessel.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the valves ( 301 . 302 . 303 ) via a common valve control device ( 3 ), so that a synchronous control of the steam and media streams in dependence on the levels of the pressure vessel ( 601 . 602 ; 603 . 604 ) he follows.

Process according to claim 1 or 2, characterized in that as working fluid ( 19 ) a 2-phase fluid is used, which in its vapor phase ( 191 ) the pressure generated on a body of liquid from the same working fluid ( 19 ) transmits.

Process according to claim 1 or 2, characterized in that as working fluid ( 19 ) a 2-phase fluid is used, which in its vapor phase ( 191 ) transfers the generated pressure to a body of liquid which consists of a second working fluid ( 20 ), which with the first working fluid ( 19 ) is soluble, emulsifiable or miscible in any phase occurring in the process.

A method according to claim 5, characterized in that a material and thermal separation of the different working fluids ( 19 . 20 ) he follows.

A method according to claim 5 or 6, characterized in that as the first working fluid ( 19 ) Water and as a second working fluid ( 20 ) Paraffin oil is used.

Method according to one of the preceding claims 1 to 7, characterized in that the pressure vessels ( 601 . 602 ; 603 . 604 ) are externally heated, so that by a supply of heat during the expansion of the vapor ( 191 ) an isothermal expansion is achieved.

Thermohydraulic arrangement for the direct conversion of steam energy into mechanical energy, which uses at least two pressure vessels for working media, which are alternately filled and emptied by steam pressure to the useful work, characterized in that in a closed circuit a steam generator ( 1 ), which with a working fluid ( 19 ) from a collecting container ( 16 ), with the pressure vessels ( 601 . 602 ; 603 . 604 ) so that they alternate with a vapor ( 191 ) of the working fluid ( 19 ), and the pressure vessels ( 601 . 602 ; 603 . 604 ) in turn with the collecting container ( 16 ) for the working fluid ( 19 ) or for a second working fluid ( 20 ), with a capacitor ( 13 ) and with a hydraulic unit ( 5 ), that both the capacitor ( 13 ) as well as the hydraulic unit ( 5 ) with the collecting container ( 16 ) are connected.

Thermohydraulische arrangement according to claim 9, characterized in that in the closed circuit valves ( 301 . 302 . 303 ), which are connected via a switching device ( 21 ), which with the hydraulic unit ( 5 ) is in operative connection, are switched simultaneously in the block.

Thermohydraulische arrangement according to claim 9, characterized in that the intermediate valves ( 301 . 302 . 303 ) in a valve control device ( 3 ) are summarized and depending on the levels in the pressure vessels ( 601 . 602 ; 603 . 604 ) in the block.

Thermohydraulische arrangement according to claim 9, characterized in that the pressure vessel ( 601 . 602 ; 603 . 604 ) of straight cylindrical shape and divided into two working areas.

Thermohydraulische arrangement according to claim 9 or 12, characterized in that the working areas of the pressure vessel ( 602 ; 601 ) by a respective movable float ( 22 ; 222 ; 221 ), below the float ( 22 ; 222 ; 221 ) the working fluid ( 19 ) and above the float ( 22 ; 222 ; 221 ) the steam ( 191 ) is located.

Thermohydraulische arrangement according to claim 13, characterized in that the float ( 22 ; 222 ; 221 ) the cross-sectional shape of the pressure vessel ( 602 ; 601 ) are sealingly adapted and heat-insulating on the working fluid ( 19 ) float so that an immediate temperature balance between steam and the working fluid ( 19 ) is prevented.

Thermohydraulische arrangement according to claim 13 or 14, characterized in that the float ( 22 ; 222 ; 221 ) with a central opening ( 23 ), in which a double, also floating, automatic plate valve ( 24 ) is arranged.

Thermohydraulische arrangement according to claim 9, characterized in that the working fluid ( 19 ) is a 2-phase fluid which in its vapor phase ( 191 ) the pressure generated on a body of liquid from the same working fluid ( 19 ) transmits.

Thermohydraulische arrangement according to claim 9, characterized in that the working fluid ( 19 ) is a 2-phase fluid which in its vapor phase ( 191 ) transfers the generated pressure to a body of liquid which consists of a second working fluid ( 20 ), which reacts with the working fluid ( 19 ) is soluble, emulsifiable or miscible in any phase occurring in the process.

Thermohydraulische arrangement according to claim 17, characterized in that the different working fluids ( 19 . 20 ) are separated materially and thermally.

Thermohydraulische arrangement according to claim 17 or 18, characterized in that the first working fluid ( 19 ) Water and the second working fluid ( 20 ) Paraffin oil is.

Thermohydraulische arrangement according to claim 9 or claims 16 to 18, characterized in that for the separation of the first working fluid ( 19 ) and the second working fluid ( 20 ) as a separator of the collecting container ( 16 ) is arranged, wherein the collecting container ( 16 ) for the working fluid ( 19 ) via a feed pump ( 17 ) is connected to the steam generator and for the working fluid ( 20 ) via a delivery pump ( 10 ) and the valve ( 301 ) with the pressure vessels ( 603 . 604 ) connected is.

Thermohydraulische arrangement according to claim 9, characterized in that a pressure accumulator ( 14 ) with the hydraulic unit ( 5 ) is operatively connected to compensate for pressure fluctuations in the arrangement.