DE4238572A1 - Conversion of heat into mechanical energy - based on expansion and contraction-working fluid on heating and near-freezing - Google Patents

Conversion of heat into mechanical energy - based on expansion and contraction-working fluid on heating and near-freezing

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DE4238572A1
DE4238572A1 DE19924238572 DE4238572A DE4238572A1 DE 4238572 A1 DE4238572 A1 DE 4238572A1 DE 19924238572 DE19924238572 DE 19924238572 DE 4238572 A DE4238572 A DE 4238572A DE 4238572 A1 DE4238572 A1 DE 4238572A1
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Abstract

A process is claimed for converting heat into mechanical energy, for generating alternative energy or general energy requirements, esp. for utilising renewable heat sources, pref. by making use of natural temp. difference in the low-temp. range, using a liq. working medium that expands and contracts on alternate heating and cooling in a pressure-stable chamber. The process is characterised in that the working medium in one working cycle is cooled down to its m.pt. and its heat of fusion is withdrawn; the amt. of heat withdrawn is limited so that the working medium remains flowable and the flowability of the working medium is utilised to increase the heat exchange per unit area; and the expansion vol. on heating the working medium is used for mechanical work. ADVANTAGE - Preventing the working medium from solidifying increases the no. of cycles that can be completed in a given time (cf. DE 2814215).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energiewandlung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for energy conversion according to the Preamble of claim 1.

Die Verbrennung fossiler Brennstoffe wird aus Gründen, die allgemein bekannt sind, zu reduzieren gesucht.The burning of fossil fuels is for reasons that are general are known to seek to reduce.

Die Nutzung erneuerbarer Wärmequellen zur Erzeugung von Ersatzenergie für den allgemeinen Energiebedarf ist daher Gegenstand zahlreicher bekannter Vorschläge.The use of renewable heat sources to generate replacement energy for general energy requirements is therefore the subject of numerous known suggestions.

Mit der DE-Schrift 28 14 215 machte der Erfinder einen diesbezüglichen Vorschlag.With the DE document 28 14 215, the inventor made one in this regard Suggestion.

Die Erfindung hat eine Weiterentwicklung dieses Vorschlages zum Gegenstand.The invention has a further development of this proposal Object.

Die DE-Schrift 28 14 215 schlägt ein Verfahren zur Energiewandlung vor, bei dem ein Arbeitsmittel verwendet wird, das im Schmelzbereich durch Erwärmen und Kühlen in druckstabilen Kammern abwechselnd verflüssigt und verfestigt wird, wobei die Druckenergie des hierbei entstehenden Expansionsvolumens zur Energieleistung verwendet wird.DE 28 28 215 proposes a method for energy conversion before, using a working medium in the melting range alternately by heating and cooling in pressure-stable chambers is liquefied and solidified, the pressure energy of this emerging expansion volume is used for energy performance.

Die wechselnde Verflüssigung und Verfestigung des Arbeitsmittels gemäß dieses Verfahrens erfordert eine besonders gestaltete Wärmeaustauschkammer für das Arbeitsmittel, um einwandfreie Strömungsvorgänge für das Expansions- und Kontraktionsvolumen zu gewährleisten. Bei einer derart gestalteten Wärmeaustauschkammer ruht das Arbeitsmittel in dem Bereich der Kammer, in dem der Wärmeaustausch stattfindet. Außerdem kommen bei dem Verfahren gemäß DE 28 14 215 Arbeitsmittel zur Anwendung, die schlechte Wärmeleiter sind und zudem die Eigenschaft besitzen, eine starke Grenzschicht zu bilden.The changing liquefaction and solidification of the work equipment according to this method requires a specially designed heat exchange chamber for the work equipment to ensure perfect flow processes to ensure for the expansion and contraction volume. With such a heat exchange chamber, the working medium is at rest in the area of the chamber where the heat exchange takes place. In addition, in the process according to DE 28 14 215 Tools for use that are poor heat conductors and also have the property of forming a strong boundary layer.

Diese Verhältnisse haben zur Folge, daß die notwendige Wärmeaustauschleistung pro Flächeneinheit, die für eine wirtschaftliche Anwendung des Verfahrens nötig wäre, nicht erreicht wird. Es ist danach nicht möglich, eine ausreichende Anzahl von Arbeitszyklen pro Zeiteinheit zu erzielen.These conditions have the consequence that the necessary heat exchange performance per unit area, for an economic Application of the procedure would be necessary is not achieved. It is afterwards not possible a sufficient number of work cycles to achieve per unit of time.

Arbeitsmittel, die gemäß dem Verfahren nach DE 28 14 215 zur Anwendung kommen, weisen jedoch einige Eigenschaften auf, die zur Gewinnung großer nutzbarer Energiemengen, insbesondere durch Nutzung von in der Natur auftretenden Temperaturunterschieden des Niedertemperaturbereichs, günstige Voraussetzungen bilden. Work equipment that according to the method according to DE 28 14 215 Application come, however, have some properties that Obtaining large usable amounts of energy, especially through Use of temperature differences occurring in nature Low temperature range, create favorable conditions.  

Diese Eigenschaften bestehen insbesondere darin:These characteristics consist in particular:

  • 1. Erzeugung eines großen Expansionsvolumens bei verhältnismäßig geringem Schmelzwärmebedarf,1. Generate a large expansion volume at proportional low heat requirement,
  • 2. Erzeugung eines hohen Expansionsdruckes bei einer verhältnismäßig kleinen Temperaturerhöhung des Arbeitsmittels,2. Generation of a high expansion pressure at a relative small increase in temperature of the work equipment,
  • 3. Wählbarkeit des Arbeitsmittels je nach Temperaturlage des Heiz- und Kühlmittels.3. Selectability of the work equipment depending on the temperature of the heating and Coolant.

Gelingt es, die Wärmeaustauschleistung pro Flächeneinheit unter Anwendung eines solchen Arbeitsmittels erheblich zu verbessern und dabei gleichzeitig einwandfreie Strömungsverhältnisse für das Kontraktions- und Expansionsvolumen zu gewährleisten, so besteht Aussicht darauf, daß ein solches Arbeitsmedium als Mittel zur Energiewandlung von praktisch unerschöpflichen Wärmemengen Eingang in die Praxis findet.It succeeds in using the heat exchange performance per unit area to significantly improve such work equipment while doing so perfect flow conditions for the contraction and expansion volume to ensure, there is a prospect that a such working medium as a means of converting energy from practical inexhaustible amounts of heat find their way into practice.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Vorschlag zur Lösung dieses Problems zu machen.The object of the invention is to provide a proposal for solving this Problems.

Ziel der Erfindung ist es hierbei, die Anzahl der Arbeitszyklen pro Zeiteinheit einer hydraulischen Wärmekraftmaschine erheblich zu steigern.The aim of the invention is to determine the number of work cycles per unit time of a hydraulic heat engine significantly increase.

Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß ein flüssiges Arbeitsmittel im Zyklus eines Arbeitskreislaufs bis auf den Schmelzpunkt herab gekühlt wird und dem Arbeitsmittel Schmelzwärme entzogen wird, wobei der Entzug von Schmelzwärme derart begrenzt wird, so daß das Arbeitsmittel strömungsfähig bleibt und die Strömungsfähigkeit des Arbeitsmittels dazu genutzt wird, den Wärmeaustausch pro Flächeneinheit erheblich zu steigern und die räumliche Ausdehnung bei Erwärmung des Arbeitsmittels zur mechanischen Arbeitsleistung verwendet wird.To achieve the object of the invention, the invention proposes that a liquid working fluid in the cycle of a working cycle is cooled down to the melting point and the working fluid is heat of fusion is withdrawn, the withdrawal of heat of fusion being limited in this way is so that the working fluid remains fluid and the fluidity of the working fluid is used for heat exchange per unit area and the spatial expansion when the work equipment heats up to mechanical work performance is used.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich wie folgt zusammenfassen:The advantages of the method according to the invention can be as follows sum up:

Anhand von Prinzipversuchen wurde gefunden, daß ein Arbeitsmittel, wie Paraffin, das bei beispielsweise 10°C fest ist, über eine weite Strecke des Schmelzbereichs beim Entzug von Schmelzwärme seine Strömungsfähigkeit beibehält und hierbei ein großes Kontraktionsvolumen aufweist. Dieses Kontraktionsvolumen ist, bei entsprechend kleinerem Kühlbedarf, nicht ganz so groß wie bei einer durch Kühlung herbeigeführten Verfestigung des Arbeitsmittels.Based on principle tests, it was found that a work tool like paraffin, which is solid at 10 ° C, for example, over a wide range Range of the melting range when heat is withdrawn from its flowability maintains and has a large contraction volume.  This contraction volume is, with a correspondingly smaller cooling requirement, not quite as large as with solidification brought about by cooling of the work equipment.

Auf dieses maximale Kontraktionsvolumen pro Arbeitszyklus verzichtet das erfindungsgemäße Verfahren und legt statt dessen Priorität auf eine Steigerung der Wärmeaustauschleistung pro Flächeneinheit.This maximum contraction volume per work cycle is waived the method according to the invention and instead places priority on one Increase in heat exchange performance per unit area.

Die Beibehaltung der Strömungsfähigkeit des Arbeitsmittels infolge eines besonders dosierten Schmelzwärmeentzugs erlaubt es, mittels entsprechender Maßnahmen die Wärmeaustauschleistung pro Flächeneinheit erheblich zu steigern.Maintaining the fluidity of the working fluid as a result a specially dosed extraction of melting heat allows, by means of appropriate Measures the heat exchange performance per unit area to increase significantly.

Bei gleichem Bauvolumen, d. h. gleichem Arbeitsmittelvolumen eines Wärmetauschers ist auf diese Weise gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Mehrfaches des Expansionsvolumens pro Zeiteinheit unter gleich hohem Arbeitsmitteldruck erzielbar.With the same volume, d. H. same volume of work equipment In this way, the heat exchanger is in accordance with the method according to the invention a multiple of the expansion volume per unit of time under the same high working fluid pressure achievable.

Dies ist gleichbedeutend mit einer mehrfachen Steigerung der Anzahl der Arbeitszyklen pro Zeiteinheit und somit der Leistung der Wärmekraftmaschine.This is equivalent to a multiple increase in the number the work cycles per unit of time and thus the performance of the heat engine.

Der Arbeitsmittel-Wärmetauscher bildet bei einer hydraulischen Wärmekraftmaschine ein kostenintensives Bauteil. Unter Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung schrumpft die Baugröße des Wärmetauschers bei gleicher Leistung der Wärmekraftmaschine auf einen Bruchteil. Danach bietet eine hydraulische Wärmekraftmaschine gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, insbesondere zur Nutzung von erneuerbaren Wärmequellen des Niedertemperaturbereichs, wie dem Oberflächen- und Tiefenwasser tropischer Gewässer, auf der Grundlage erster Prinzipversuche ein interessantes Ergebnis im Hinblick auf die Kosten pro Kilowattstunde.The working fluid heat exchanger forms a hydraulic one Heat engine is an expensive component. Under application of the method according to the invention shrinks the size of the heat exchanger at the same power of the heat engine on one Fraction. After that, a hydraulic heat engine offers according to the inventive method, in particular for the use of renewable Heat sources of the low temperature range, such as the surface and deep water of tropical waters, based on initial trials an interesting result in terms of cost per kilowatt hour.

Das Verfahren gemäß der Erfindung gestattet es, das Arbeitsmittel in der Kammer, in der der Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsmittel und dem Heiz- und/oder Kühlmittel stattfindet, in Strömung zu versetzen, wodurch die Grenzschicht weitgehend zerstört wird, was einen sprunghaften Anstieg der Wärmeaustauschleistung pro Flächeneinheit bewirkt. Der Energiebedarf zur Umwälzung des Arbeitsmittels im Wärmetauscher ist hierbei verhältnismäßig gering. The method according to the invention allows the work equipment in the chamber where the heat exchange between the working fluid and the heating and / or coolant takes place to flow, which largely destroys the boundary layer, which makes a leap Increase in heat exchange performance per unit area. The energy required to circulate the working fluid in the heat exchanger is relatively small.  

Zum Wärmeaustausch bietet sich hierfür ein System an, in dessen Wärmeaustauschkammer auf der Seite des Arbeitsmittels besonders geformte rippenartige Gebilde vorgesehen sind, die in Wärmeleitkontakt mit der Wand oder den Wänden der Kammer stehen, durch die hindurch der Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsmittel und dem Heiz- und/oder Kühlmittel stattfindet.For heat exchange there is a system in which Heat exchange chamber on the side of the work equipment especially Shaped rib-like structures are provided, which are in thermal contact stand with the wall or walls of the chamber through which through the heat exchange between the work equipment and the Heating and / or coolant takes place.

Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erübrigt es sich, die Wärmeaustauschkammer in zwei Bereiche zu unterteilen, wie dies bei wechselnder Verflüssigung und Verfestigung des Arbeitsmittels notwendig ist, wobei der eine Bereich für den Wärmeaustausch wirksam ist und der andere Bereich, in dem das Expansions- und Kontraktionsvolumen strömt, für den Wärmeaustausch unwirksam ist.According to the method according to the invention, there is no need for Divide the heat exchange chamber into two areas, like this at alternating liquefaction and solidification of the work equipment necessary one area is effective for heat exchange and the other area where the expansion and contraction volume flows for the heat exchange is ineffective.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, den ganzen Kammerquerschnitt für den Wärmeaustausch zu nutzen. Gemäß dem neuen Verfahren strömt das Expansions- und Kontraktionsvolumen in vorteilhafter Weise über den ganzen Querschnitt der Wärmeaustauschkammer.The method according to the invention enables the entire chamber cross section to use for heat exchange. According to the new procedure the expansion and contraction volume flows in an advantageous manner over the entire cross section of the heat exchange chamber.

Vorteilhaft läßt sich hierbei das Expansions- und Kontraktionsvolumen, sowie das mittels einer Umwälzpumpe im Wärmetauscher in Bewegung gesetzte Arbeitsmittel derart leiten, so daß sich die jeweiligen Volumenströme addieren.The expansion and contraction volume can be advantageously and that by means of a circulation pump in the heat exchanger in motion set the work equipment in such a way that the respective Add volume flows.

Unter Anwendung eines Arbeitsmittels, das ein schlechter Wärmeleiter ist, wie es bei dem Verfahren gemäß der Erfindung zur Anwendung kommt, ist eine weitere Steigerung der Wärmeaustauschleistung pro Flächeneinheit zwecks Steigerung der Anzahl der Arbeitszyklen pro Zeiteinheit, erzielbar, indem das Arbeitsmittel mit einem pulverförmigen Stoff vermischt wird, der ein guter Wärmeleiter ist, wie zum Beispiel Kupfer, Aluminium, Graphit u. a.Using a working fluid that is a poor heat conductor is how it is applied to the method according to the invention is a further increase in heat exchange performance per Area unit to increase the number of work cycles per Unit of time, achievable by working with a powder Material is mixed, which is a good heat conductor, such as for example copper, aluminum, graphite and the like. a.

Als Arbeitsmittel für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich im Prinzip alle Stoffe, unabhängig von ihrer chemischen Zusammensetzung, die im Schmelzbereich bei Abkühlung oberhalb des Fließgrenzpunktes ein reichliches Kontraktionsvolumen aufweisen.Are suitable as tools for the inventive method in principle all substances, regardless of their chemical composition, those in the melting range when cooling above the yield point have an ample contract volume.

Die nachstehende Tabelle gibt Beispiele solcher gemäß der Erfindung geeigneter Arbeitsmittel an.The table below gives examples of those according to the invention suitable work equipment.

Bei den angegebenen Stoffen handelt es sich um Paraffine. Stoffe dieser Art sind in großen Mengen verhältnismäßig billig herstellbar. Physikalisch und chemisch sind die Stoffe problemlos. So ist zu erwarten, daß die Gewinnung mechanischer Energie aus ihrer durch Erwärmung unter hohem Druck erfolgenden räumlichen Ausdehnung problemlos und kostengünstig machbar ist.The specified substances are paraffins. Substances of this type can be produced relatively cheaply in large quantities. The substances are physically and chemically problem-free. It can be expected that the extraction of mechanical energy from their spatial expansion caused by heating under high pressure is easily and inexpensively feasible.

Die erfindungsgemäß gewonnene mechanische Energie kann natürlich in an sich bekannter Weise in elektrische Energie oder andere Energiearten umgewandelt werden.The mechanical energy obtained according to the invention can of course in a manner known per se into electrical energy or other types of energy being transformed.

Ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of a device for performing the The inventive method is explained in more detail with reference to the drawing. It shows

Fig. 1 eine hydraulische Wärmekraftmaschine schematisch mit 1 Stück Arbeitsmittel-Wärmetauscher. Diese Darstellung dient der Erläuterung der Grundfunktion der mit Fig. 5 dargestellten Wärmekraftmaschine, die mehrere Wärmetauscher aufweist, Fig. 1 shows a hydraulic heat engine schematically with 1 piece of working fluid heat exchanger. This representation serves to explain the basic function of the heat engine shown in FIG. 5, which has several heat exchangers,

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Wärmeaustauschrohr nach Schnittlinie 2-2 in Fig. 1, Fig. 2 shows a cross section through a heat exchange tube according to section line 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaubild eines Arbeitskreislaufs gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit Darstellung der Beziehung: Temperatur-Volumendifferenz, Fig. 3 is a diagram of an operating circuit according to the inventive method, illustrating the relationship: temperature difference in volume,

Fig. 4 eine Veranschaulichung des Arbeitskreislaufs gemäß Fig. 3, mit Darstellung der Beziehung: Arbeitsmitteldruck-Volumendifferenz, FIG. 4 is an illustration of the working circuit according to FIG. 3, showing the relationship: working medium pressure volume difference,

Fig. 5 die hydraulische Wärmekraftmaschine gemäß Fig. 1, jedoch mit mehreren Arbeitsmittel-Wärmetauschern, Fig. 5, the hydraulic heat engine shown in FIG. 1, but with a plurality of working fluid heat exchangers,

Fig. 6 und 7 jeweils ein Schaubild über das Expansionsvolumen des Arbeitsmittels mehrerer zusammengeschalteter Arbeitsmittel- Wärmetauscher. FIGS. 6 and 7 are each a diagram over the expansion volume of the working medium a plurality of interconnected Work Equipment heat exchanger.

Für die Wärmekraftmaschine gemäß Fig. 1 ist als Heiz- und Kühlmittel jeweils ein flüssiger Wärmeträger vorgesehen.For the heat engine according to FIG. 1, a liquid heat transfer medium is provided as the heating and cooling agent.

Zweckmäßig kann hierfür das Oberflächenwasser und das Tiefenwasser eines tropischen Gewässers genutzt werden.Surface water and deep water can be used for this purpose of a tropical body of water.

Das Heiz- und Kühlwasser strömt abwechselnd durch Einlaßrohre 10, 12 in das Wasserführungsgehäuse 14, in dem ein Wärmetauscher 16 für das Arbeitsmittel angeordnet ist.The heating and cooling water flows alternately through inlet pipes 10 , 12 into the water guide housing 14 , in which a heat exchanger 16 for the working medium is arranged.

Durch das Rohr 10, dessen Durchfluß eine Regelklappe 10′ steuert, strömt das Heizwasser. Das Kühlwasser strömt durch das Rohr 12, dessen Durchfluß mittels der Regelklappe 12′ steuerbar ist.Through the tube 10 , the flow of a control valve 10 'controls, the heating water flows. The cooling water flows through the tube 12 , the flow of which is controllable by means of the control valve 12 '.

Das Heiz- und Kühlwasser durchströmt den Wärmetauscher 16 und strömt auf der Seite 18 in Richtung des Pfeils 20 ab.The heating and cooling water flows through the heat exchanger 16 and flows out on the side 18 in the direction of the arrow 20 .

Der Wärmetauscher 16 ist druckstabil ausgebildet und ist in jeder Phase des Arbeitskreislaufs mit Arbeitsmittel vollständig gefüllt. Er besteht aus einer Anzahl Wärmeaustauschrohre 22, die mit ihren Enden in ein rechtes und linkes Sammelrohr 24, 26 münden. Die Sammelrohre sind an ihrem einen Ende 24′, 26′ verschlossen. Am anderen Ende sind sie durch ein Kurzschlußrohr 28 miteinander verbunden. In das Kurzschlußrohr ist eine Umwälzpumpe 30 für das Arbeitsmittel eingebaut. Mittels des Rohres 28 ist ein kurzgeschlossener Kreislauf 29 für das Arbeitsmittel im Wärmetauscher 16 geschaffen. Hierbei durchströmt das Arbeitsmittel den Wärmetauscher in Richtung der Pfeile 32, 34, 36, 38.The heat exchanger 16 is designed to be pressure-stable and is completely filled with working fluid in every phase of the working cycle. It consists of a number of heat exchange tubes 22 , the ends of which open into a right and left header tube 24 , 26 . The manifolds are closed at one end 24 ', 26 '. At the other end, they are connected to one another by a short-circuit tube 28 . A circulation pump 30 for the working fluid is installed in the short-circuit tube. A short-circuited circuit 29 for the working medium in the heat exchanger 16 is created by means of the tube 28 . Here, the working fluid flows through the heat exchanger in the direction of arrows 32 , 34 , 36 , 38 .

Die Umwälzung des Arbeitsmittels im Wärmetauscher 16 mittels der Umwälzpumpe 30 erfolgt im Betrieb der Wärmekraftmaschine ununterbrochen. Hierbei kann die Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsmittels vorteilhaft variiert sein. Näheres hierzu ist unter Bezugnahme auf das Schaubild gemäß Fig. 3 an anderer Stelle beschrieben.The circulation of the working medium in the heat exchanger 16 by means of the circulation pump 30 takes place continuously during the operation of the heat engine. The flow rate of the working fluid can advantageously be varied here. More on this is described elsewhere with reference to the diagram of FIG. 3.

Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielbare Strömung des Arbeitsmittels in den Wärmeaustauschrohren 22 bewirkt in Verbindung mit einer an sich bekannten Einlage in der Wärmeaustauschkammer 22′ eine weitgehende Zerstöruung der Grenzschicht des Arbeitsmittels und somit eine erhebliche Steigerung der Wärmeaustauschleistung pro Flächeneinheit.The achievable by means of the inventive method flow of the working fluid in the heat exchange tubes 22 , in conjunction with a known insert in the heat exchange chamber 22 'causes extensive destruction of the boundary layer of the working fluid and thus a significant increase in the heat exchange performance per unit area.

Mit Fig. 2 ist das Wärmeaustauschrohr 22 im Schnitt dargestellt. Die schraffiert dargestellte Fläche veranschaulicht die Wärmeaustauschkammer 22′ des Rohres 22, in der sich das Arbeitsmittel befindet und in der die Einlage angeordnet ist. Die Einlage im Rohr 22 besteht zweckmäßig aus einem rippenartigen Gebilde. Sie steht mit der Rohrwand 22′′, durch die hindurch der Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsmittel und dem Heiz- und Kühlmittel stattfindet, in Wärmeleitkontakt.With FIG. 2, the heat exchange pipe 22 is shown in section. The hatched area illustrates the heat exchange chamber 22 'of the tube 22 in which the working fluid is located and in which the insert is arranged. The insert in the tube 22 expediently consists of a rib-like structure. It is in thermal contact with the tube wall 22 '', through which the heat exchange between the working fluid and the heating and cooling medium takes place.

Für das Expansionsvolumen, welches das Arbeitmittel im Wärmetauscher 16 bei Erwärmung entwickelt, weist die Wärmekraftmaschine gemäß Fig. 1 zwei Leitungen 40, 56 auf. In die Leitung 40 ist ein Regelorgan 42 zur Regelung des Strömungsdurchgangs dieser Leitung eingebaut. Durch die Leitung 40 strömt ein Expansionsvolumen, das durch einen etwa konstanten Druck gekennzeichnet ist, in Richtung des Pfeils 44, zu einer Arbeitsmaschine 46. Diese treibt über eine Welle 48 einen Generator 50 zur Erzeugung elektrischen Stroms.For the expansion volume which the working medium develops in the heat exchanger 16 when heated, the heat engine according to FIG. 1 has two lines 40 , 56 . A control element 42 for regulating the flow passage of this line is installed in line 40 . An expansion volume, which is characterized by an approximately constant pressure, flows through line 40 in the direction of arrow 44 to a working machine 46 . This drives a generator 50 for generating electrical current via a shaft 48 .

Die Arbeitsweise der Arbeitsmaschine 46 kann gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens verschiedenartig sein. Gemäß der Zeichnung ist als Arbeitsmaschine 46 ein Flüssigkeitsmotor vorgesehen, dessen Kolben das Arbeitsmittel direkt beaufschlagt.The working machine 46 can operate in various ways according to the inventive method. According to the drawing, a liquid motor is provided as the working machine 46 , the piston of which acts directly on the working medium.

Nach Umwandlung der Druckenergie des Expansionsvolumens konstanten Drucks mittels der Arbeitsmaschine 46 in Rotationsenergie, strömt das Arbeitsmittel über eine Leitung 52, in Richtung des Pfeils 53, in einen Sammelbehälter 54.After the pressure energy of the expansion volume of constant pressure has been converted into rotational energy by means of the working machine 46 , the working medium flows via a line 52 , in the direction of the arrow 53 , into a collecting container 54 .

Die zweite Leitung 56 ist für ein Expansionsvolumen vorgesehen, das durch einen fallenden Druck gekennzeichnet ist. Die Regelung dieses Volumenstroms erfolgt durch ein in die Leitung 56 eingebautes Regelorgan 58. Die Druckenergie des die Leitung 56 in Richtung des Pfeils 57 durchströmenden Expansionsvolumens wird in der Arbeitseinheit 60 in mechanische Energie umgewandelt und sodann mittels eines Generators 61 in elektrischen Strom. Danach strömt das Arbeitsmittel über die Leitung 62 in Richtung des Pfeils 63 ebenfalls in den Sammelbehälter 54. The second line 56 is provided for an expansion volume, which is characterized by a falling pressure. This volume flow is regulated by a control element 58 built into the line 56 . The pressure energy of the expansion volume flowing through the line 56 in the direction of the arrow 57 is converted into mechanical energy in the working unit 60 and then into electrical current by means of a generator 61 . The working fluid then flows via the line 62 in the direction of the arrow 63 likewise into the collecting container 54 .

Über die Art und Weise der Umwandlung der Druckenergie des Expansionsvolumens fallenden Drucks in mechanische Energie, was ohne weiteres machbar ist, sind keine Angaben gemacht, da dies nicht zur Aufgabe der Erfindung zählt.About the way of converting the pressure energy of the expansion volume falling pressure in mechanical energy what is readily Feasible, no information is given as this is not a task of the invention counts.

Von dem Sammelbehälter 54 strömt das Arbeitsmittel über eine Rückförderleitung 64, deren Durchgang ein Regelorgan 66 steuert, zurück in den Wärmetauscher 16. Die Rückförderung des Arbeitsmittels erfolgt hierbei mittels der Rückförderpumpe 68, die in die Leitung 64 eingebaut ist.The working fluid flows from the collecting container 54 back into the heat exchanger 16 via a return line 64 , the passage of which controls a regulating element 66 . The return of the working fluid takes place here by means of the return pump 68 , which is installed in the line 64 .

Die Leitungen 40 und 56 für das Expansionsvolumen konstanten und fallenden Drucks sind mit dem rechten Sammelrohr 24 des Wärmetauschers verbunden, während die Rückförderleitung 64 in das linke Sammelrohr 26 mündet. Auf diese Weise wird erreicht, daß die verschiedenen Volumenströme des Arbeitsmittels, das Expansionsvolumen konstanten und fallenden Drucks, das Kontraktionsvolumen und der durch die Umwälzpumpe 30 herbeigeführte Volumenstrom, die gleiche Strömungsrichtung gemäß Pfeil 34 in den Wärmetauscherrohren 22 aufweisen.The lines 40 and 56 for the constant and falling pressure expansion volume are connected to the right manifold 24 of the heat exchanger, while the return line 64 opens into the left manifold 26 . In this way it is achieved that the different volume flows of the working medium, the expansion volume constant and falling pressure, the contraction volume and the volume flow brought about by the circulation pump 30 have the same flow direction according to arrow 34 in the heat exchanger tubes 22 .

Das Schaubild gemäß Fig. 3 veranschaulicht einen Arbeitskreislauf gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei sich die Beziehung Temperatur/Volumendifferenz darstellt.The diagram according to FIG. 3 illustrates a working cycle according to the method according to the invention, the relationship between temperature and volume difference being shown.

Die Abszisse trägt Temperaturgrade, die Ordinate die Volumendifferenz ΔV für das Expansions- und Kontraktionsvolumen des im Wärmetauscher 16 befindlichen Arbeitsmittels.The abscissa carries degrees of temperature, the ordinate the volume difference .DELTA.V for the expansion and contraction volume of the working medium located in the heat exchanger 16 .

In dem Schaubild bedeutet die Strecke B-Z das Kontraktionsvolumen eines Volumens Arbeitsmittel im Schmelzbereich, wenn diesem die ganze Schmelzwärme entzogen worden ist. Am Punkt B ist das Arbeitsmittel flüssig, am Punkt Z ist es verfestigt. Der Punkt, an dem das Arbeitsmittel eben noch wahrnehmbar fließt, ist auf der Strecke B-Z mit einem "X" markiert und mit dem Buchstaben F bezeichnet. F steht hierbei für Fließgrenzpunkt.In the diagram, the distance B-Z means the contraction volume a volume of work equipment in the melting range, if this the whole Heat of fusion has been removed. At point B is the work equipment liquid, at point Z it is solidified. The point at which the work equipment flows just noticeably, is on the route B-Z marked with an "X" and labeled with the letter F. F stands here for yield point.

Das ganze Kontraktionsvolumen des Schmelzbereichs gemäß der Strecke B-Z wird gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht genutzt. Das gemäß der Erfindung genutzt Kontaktionsvolumen im Schmelzbereich stellt sich an Hand der Strecke B-C dar. In diesem Bereich ist das Arbeitsmittel flüssig, d. h. strömungsfähig, wobei diesem lediglich ein Teil der Schmelzwärme entzogen worden ist.The total contraction volume of the melting range according to the distance B-Z is not used according to the method according to the invention. The contact volume used according to the invention in the melting range is shown on the route B-C. In this area it is Working fluid, d. H. flowable, this only  part of the heat of fusion has been removed.

Der Punkt C liegt ein Stück oberhalb des Fließgrenzpunktes F.The point C is a little above the yield point F.

Die Strecke A-B veranschaulicht ebenfalls ein Kontraktionsvolumen. Es betrifft dies die Kontraktion des Arbeitsmittels oberhalb des Schmelzbereichs. Die Strecken A-B und B-C unterscheiden sich durch verschiedene Wärmeinhalte und einem verschieden großen Kontraktionsvolumen pro Volumeneinheit Arbeitsmittel.The route A-B also illustrates a contraction volume. This affects the contraction of the working fluid above the Melting range. The routes A-B and B-C differ by different heat contents and a different contraction volume per volume of work equipment.

Das Arbeitsmittel weist während den verschiedenen Phasen des Arbeitskreislaufs verschieden hohe Temperaturen und folglich verschiedene Viskositätsgrade auf. Die Viskosität des Arbeitsmittels ist um so höher, je mehr Wärme dem Arbeitsmittel während der Kühlphase entzogen worden ist. Vorteilhaft können diese Verhältnisse auf die Weise berücksichtigt werden, indem die Fördermenge der Umwälzpumpe 30 entsprechend geregelt wird. Wird eine solche Regelung der Umwälzmenge des Arbeitsmittels durchgeführt, dann weist das Arbeitsmittel in dem kurzgeschlossenen Kreislauf 29 dementsprechend am Punkt C des Arbeitskreislaufs die niedrigste Strömungsgeschwindigkeit im Wärmeaustauschkanal 22′ auf.The working fluid has different temperatures and consequently different degrees of viscosity during the different phases of the working cycle. The viscosity of the working fluid is higher the more heat is removed from the working fluid during the cooling phase. These conditions can advantageously be taken into account by regulating the delivery rate of the circulation pump 30 accordingly. If such a regulation of the amount of circulation of the working medium is carried out, then the working medium in the short-circuited circuit 29 accordingly has the lowest flow velocity in the heat exchange channel 22 'at point C of the working circuit.

Die übrigen Betriebspunkte des Schaubildes gemäß Fig. 3 sind unter Einbeziehung der Wärmekraftmaschine gemäß Fig. 1 erläutert.The other operating points of the diagram according to FIG. 3 are explained with the inclusion of the heat engine according to FIG. 1.

Am Punkt A des Arbeitskreislaufs ist das Arbeitsmittel im Wärmetauscher 16 drucklos und weist hierbei die kleinste Dichte und eine Temperatur auf, die geringfügig unter der Höchsttemperatur liegt, die das Arbeitsmittel im Arbeitskreislauf aufweist. Am Punkt A beginnt die Kühlung des Arbeitsmittels im Wärmetauscher 16. Die Kühlung erfolgt über die Strecke A-B-C. Die Regelklappe 12′ des Kühlwasserrohres 12 ist hierbei, wie strichpunktiert eingezeichnet, geöffnet, die Regelklappe 10′ des Rohres 10 ist geschlossen.At point A of the working cycle, the working fluid in the heat exchanger 16 is depressurized and has the lowest density and a temperature that is slightly below the maximum temperature that the working fluid has in the working cycle. At point A, the cooling of the working fluid in the heat exchanger 16 begins. The cooling takes place over the route ABC. The control flap 12 'of the cooling water pipe 12 is here, as shown in dash-dotted lines, opened, the control flap 10 ' of the pipe 10 is closed.

Während des Kühlens sind die beiden Regelorgane 42 und 58 für das Expansionsvolumen konstanten und fallenden Drucks geschlossen, während das Regelorgan 66 in der Rückförderleitung 64 geöffnet ist. Entsprechend des Kontraktionsvolumens des Arbeitsmittels im Wärmetauscher 16 fördert die Rückförderpumpe 68 während der Kühlphase Arbeitsmittel aus dem Sammelbehälter 54 in den Wärmetauscher 16. During cooling, the two regulating elements 42 and 58 are closed for the expansion volume of constant and falling pressure, while the regulating element 66 in the return line 64 is open. Corresponding to the contraction volume of the working medium in the heat exchanger 16 , the return pump 68 conveys working medium from the collecting container 54 into the heat exchanger 16 during the cooling phase.

Am Punkt C ist die Kühlung beendet und es beginnt die Heizphase, die sich über die Strecke C-D-E erstreckt. Über diese Strecke expandiert das Arbeitsmittel im Wärmetauscher 16 infolge der Erwärmung. Während der Heizphase ist die Regelklappe 10′ des Heizwasserrohres 10 geöffnet, während die Regelklappe 12′ des Rohres 12 geschlossen ist. Über die Strecke C-D sind die drei Regelorgane 42, 58 und 66 geschlossen. Das Arbeitsmittel im Wärmetauscher 16, das somit keinen Ausgang besitzt, expandiert im Wärmetauscher bis zu einem vorbestimmten Druck, der am Punkt D erreicht ist. An diesem Punkt öffnet das Regelorgan 42 den Durchgang der Leitung 40 für das Expansionsvolumen konstanten Drucks, während die beiden anderen Regelorgane 58 und 66 geschlossen bleiben. Über die Strecke D-E strömt das Expansionsvolumen aus dem Wärmetauscher 16 über die Leitung 40 unter konstanten Druck und etwa konstanten Volumen zur Arbeitsmaschine 46 und gibt dort seine Druckenergie ab.The cooling is ended at point C and the heating phase begins, which extends over the CDE section. The working medium in the heat exchanger 16 expands over this distance as a result of the heating. During the heating phase, the control flap 10 'of the heating water pipe 10 is open, while the control flap 12 ' of the pipe 12 is closed. The three control elements 42 , 58 and 66 are closed over the distance CD. The working medium in the heat exchanger 16 , which thus has no outlet, expands in the heat exchanger to a predetermined pressure which has been reached at point D. At this point, the regulator 42 opens the passage of the line 40 for the constant pressure expansion volume, while the other two regulators 58 and 66 remain closed. Over the distance DE, the expansion volume flows from the heat exchanger 16 via the line 40 under constant pressure and approximately constant volume to the working machine 46 and releases its pressure energy there.

Am Punkt E endet die Heizphase des Arbeitsmittels, das nun die höchste Temperatur im Arbeitskreislauf aufweist. An diesem Punkt wird das Regelorgan 42 geschlossen und das Regelorgan 58 für das Expansionsvolumen fallenden Drucks geöffnet. Das Regelorgan 66 bleibt geschlossen. Die Regelorgane 42, 58, 66 befinden sich hierbei in der strichpunktierten Lage. Am Punkt E weist das Arbeitsmittel im Wärmetauscher 16 noch den maximalen Betriebsdruck auf und ist hierbei stark komprimiert. Am Punkt E beginnend entspannt sich das Arbeitsmittel im Wärmetauscher 16 durch das Öffnen des Regelorgans 58 elastisch bis auf einen Minimaldruck, der am Punkt A vorliegt. Das Expansionsvolumen fallenden Drucks strömt hierbei über die Leitung 56 zur Arbeitseinheit 60, wo die Umwandlung der Druckenergie dieses Volumens in mechanische Arbeit erfolgt.The heating phase of the working fluid ends at point E, which now has the highest temperature in the working cycle. At this point the regulator 42 is closed and the regulator 58 is opened for the expansion volume of falling pressure. The control element 66 remains closed. The control members 42 , 58 , 66 are in the dash-dot position. At point E, the working fluid in the heat exchanger 16 still has the maximum operating pressure and is strongly compressed. Starting at point E, the working fluid in the heat exchanger 16 relaxes elastically by opening the control member 58 to a minimum pressure that is present at point A. The expansion volume of falling pressure flows here via line 56 to work unit 60 , where the conversion of the pressure energy of this volume into mechanical work takes place.

Am Punkt A befindet sich das gesamtee Expansionsvolumen der Strecke D-E-A im Sammelbehälter 54, das dann während der Kühlphase wieder in den Wärmetauscher 16 zurückgefördert wird.At point A, the entire expansion volume of the route DEA is in the collecting container 54 , which is then conveyed back into the heat exchanger 16 during the cooling phase.

Das Schaubild gemäß Fig. 4 zeigt den Arbeitskreislauf gemäß Fig. 3 hinsichtlich der Beziehung Druck/Volumendifferenz.The diagram according to FIG. 4 shows the working circuit according to FIG. 3 with regard to the relationship pressure / volume difference.

Die Volumendifferenz ΔV stellt sich auf der Ordinate, der Arbeitsmitteldruck auf der Abszisse dar. The volume difference ΔV is on the ordinate, the working fluid pressure on the abscissa.  

Die Buchstaben A bis E in Fig. 4 haben die gleiche Bedeutung wie im Schaubild gemäß Fig. 3. Die Funktion des Arbeitskreislaufs gemäß Fig. 4 ist daher der vorstehenden Beschreibung zu entnehmen.The letters A to E in FIG. 4 have the same meaning as in the diagram according to FIG. 3. The function of the working circuit according to FIG. 4 can therefore be gathered from the above description.

Im Schaubild gemäß Fig. 4 stellt die mit den Strecken A-B-C-D-E-A eingerahmte Fläche die theoretische Arbeitsleistung eines Arbeitskreislaufs dar.In the diagram according to FIG. 4, the area framed with the lines ABCDEA represents the theoretical work performed by a working cycle.

Die Wärmekraftmaschine gemäß Fig. 5 entspricht im prinzipiellen Aufbau und Funktion der Wärmekraftmaschine gemäß Fig. 1, mit dem Unterschied, daß 6 Wärmetauscher, wie 16, für das Arbeitsmittel vorgesehen sind. Damit wird erreicht, daß das Expansionsvolumen des Arbeitsmittels ohne Unterbrechung strömt und eine stetige Arbeitsleistung der Wärmekraftmaschine erzielt wird.The heat engine according to FIG. 5 corresponds in principle to the structure and function of the heat engine according to FIG. 1, with the difference that 6 heat exchangers, such as 16 , are provided for the working medium. This ensures that the expansion volume of the working fluid flows without interruption and that the heat engine achieves a constant work output.

Die Wärmetauscher 80, 90, 100, 110, 120, 130 in Fig. 5 entsprechen in allen Einzelheiten dem Wärmetauscher 16 in Fig. 1.The heat exchangers 80, 90, 100, 110, 120, 130 in FIG. 5 correspond in all details to the heat exchanger 16 in FIG. 1.

Jeder der Wärmetauscher 80 bis 130 weist eine Leitung 81, 91, 101, 111, 121, 131 für das Expansionsvolumen konstanten Drucks auf, mit einem in jede Leitung eingebauten Regelorgan 82, 92, 102, 112, 122, 132 zur Steuerung dieses Expansionsvolumens. Die Leitungen 81 bis 131 münden in eine Sammelleitung 140, die über eine Leitung 142 mit einer Arbeitsmaschine 144 verbunden ist. Diese treibt über eine Welle 146 einen Generator 148 mit konstanter Drehzahl. Von der Arbeitsmaschine 144 strömt das abgearbeitete Arbeitsmittel über eine Leitung 150 in einen Sammelbehälter 152.Each of the heat exchangers 80 to 130 has a line 81, 91, 101, 111, 121, 131 for the expansion volume of constant pressure, with a control element 82, 92, 102, 112, 122, 132 built into each line for controlling this expansion volume. The lines 81 to 131 open into a collecting line 140 which is connected to a work machine 144 via a line 142 . This drives a generator 148 at a constant speed via a shaft 146 . The processed working medium flows from the working machine 144 via a line 150 into a collecting container 152 .

Die Leitungen 83, 93, 103, 113, 123, 133 der Wärmetauscher 80 bis 130 sind für das Expansionsvolumen fallenden Drucks vorgesehen. Zur Regelung dieses Volumens weisen die Leitungen 83 bis 133 Regelorgane 84, 94, 104, 114, 124, 134 auf. Die Leitungen 83 bis 133 münden in eine Sammelleitung 154. Diese steht über eine Leitung 156 mit der Arbeitseinheit 158 in Verbindung, die das Expansionsvolumen fallenden Drucks in mechanische Energie wandelt und danach in elektrischen Strom. Von der Arbeitseinheit 158 strömt das abgearbeitete Arbeitsmittel über eine Leitung 160 ebenfalls in den Sammelbehälter 152. The lines 83, 93, 103, 113, 123, 133 of the heat exchangers 80 to 130 are provided for the expansion volume of falling pressure. To control this volume, the lines 83 to 133 have regulating elements 84, 94, 104, 114, 124, 134 . Lines 83 to 133 open into a collecting line 154 . This is connected via a line 156 to the working unit 158 , which converts the expansion volume of falling pressure into mechanical energy and then into electrical current. The processed working medium flows from the working unit 158 via a line 160 likewise into the collecting container 152 .

Von dem Sammelbehälter 152 strömt das Arbeitsmittel über eine Leitung 162 und eine Sammelleitung 164, sowie über Leitungen 85, 95, 105, 115, 125, 135, die an der Sammelleitung 164 angeschlossen sind, zurück in die Wärmetauscher 80 bis 130. Die Rückförderung des Arbeitsmittels erfolgt hierbei über eine in die Leitung 162 eingebaute Rückförderpumpe 166, während die Regelung des zurückströmenden Arbeitsmittels durch Regelorgane 86, 96, 106, 116, 126, 136 erfolgt, die in die Leitungen 85 bis 135 eingebaut sind.The working medium flows from the collecting container 152 via a line 162 and a collecting line 164 , as well as via lines 85, 95, 105, 115, 125, 135 , which are connected to the collecting line 164 , back into the heat exchangers 80 to 130 . The return of the working fluid takes place here via a return pump 166 built into the line 162 , while the regulation of the flowing back working fluid takes place by regulating elements 86, 96, 106, 116, 126, 136 , which are built into the lines 85 to 135 .

Fig. 5 zeigt jeden der Wärmetauscher 80 bis 130 in einer verschiedenen Position des Arbeitskreislaufs gemäß Fig. 3. FIG. 5 shows each of the heat exchangers 80 to 130 in a different position of the working circuit according to FIG. 3.

Die Wärmetauscher 80, 90, 100 befinden sich der Kühlphase gemäß der Strecke A-B-C in Fig. 3. Den Wärmetauschern strömt hierbei Kühlwasser über die Kühlwasserrohre 97, 97, 107 zu. Der Wärmetauscher 80 befindet sich am Anfang, der Wärmetauscher 90 in der Mitte und der Wärmetauscher 100 am Ende der Kühlphase. Die Regelorgane 82, 92, 102 und 84, 94, 104 für das Expansionsvolumen konstanten und fallenden Drucks sind hierbei, wie dargestellt, geschlossen. Die Regelorgane 86, 96, 106 in den Rückförderleitungen 85, 95, 105 sind geöffnet. Dabei fördert die Rückförderpumpe 166 Arbeitsmittel aus dem Sammelbehälter 152 über die Leitung 162 in Richtung des Pfeils 163 und den Leitungen 164 und 85 bis 105 zurück in die Wärmetauscher 80 90 und 100.The heat exchangers 80, 90, 100 are in the cooling phase according to the section ABC in FIG. 3. In this case, cooling water flows to the heat exchangers via the cooling water pipes 97, 97, 107 . The heat exchanger 80 is at the beginning, the heat exchanger 90 in the middle and the heat exchanger 100 at the end of the cooling phase. The control members 82, 92, 102 and 84, 94, 104 for the expansion volume of constant and falling pressure are closed, as shown. The control elements 86, 96, 106 in the return lines 85, 95, 105 are open. The return pump 166 conveys working fluid from the collecting container 152 via the line 162 in the direction of the arrow 163 and the lines 164 and 85 to 105 back into the heat exchangers 80 90 and 100 .

Der Wärmetauscher 110 befindet sich in der nächsten Phase des Arbeitskreislaufs, gemäß der Strecke C-D in Fig. 3. Die Regelorgane 112, 114, 116 der Leitungen 111, 113, 115 sind hierbei geschlossen. Über die Heizwasserrohre 118 strömt dem Wärmetauscher 110 Heizwasser zu. Das Arbeitsmittel im Wärmetauscher expandiert hierbei in dem Wärmetauscher 110 bis zu einem vorbestimmten Druck, der am Punkt D erreicht ist. Am Punkt D beginnt sodann für den Wärmetauscher 110 die nächste Phase des Arbeitskreislaufs, was durch eine entsprechende Steuerung bewirkt wird.The heat exchanger 110 is in the next phase of the working cycle, according to the section CD in FIG. 3. The regulating members 112, 114, 116 of the lines 111, 113, 115 are closed in this case. Heating water flows to the heat exchanger 110 via the heating water pipes 118 . The working medium in the heat exchanger expands in the heat exchanger 110 up to a predetermined pressure, which is reached at point D. At point D, the next phase of the working cycle then begins for the heat exchanger 110 , which is brought about by a corresponding control.

Der Wärmetauscher 120 befindet sich in der Phase D-E des Arbeitskreislaufs, wobei dem Wärmetauscher Heizwasser über die Heizwasserrohre 128 zuströmt. Die Regelorgane 124, 126 sind hierbei geschlossen, während das Regelorgan 122 für das Expansionsvolumen konstanten Drucks geöffnet ist. The heat exchanger 120 is in phase DE of the working circuit, heating water flowing to the heat exchanger via the heating water pipes 128 . The regulating members 124, 126 are closed, while the regulating member 122 is open for the expansion volume of constant pressure.

Das Expansionsvolumen dieses Wärmetauschers strömt über die Leitungen 121, 140, 142 in Richtung des Pfeils 143 zu der Arbeitsmaschine 144, überträgt dort seine Druckenergie und strömt dann unter niedrigem Druck über die Leitung 150 in Richtung des Pfeils 151 in den Sammelbehälter 152.The expansion volume of this heat exchanger flows via lines 121, 140, 142 in the direction of arrow 143 to the working machine 144 , transfers its pressure energy there and then flows under low pressure via line 150 in the direction of arrow 151 into the collecting container 152 .

Der Wärmetauscher 130 schließlich befindet sich in der letzten Phase des Arbeitskreislaufs gemäß der Strecke E-A. Die Regelorgane 132, 136 der Leitungen 131, 135 sind hierbei geschlossen, während das Regelorgan 134 für das Expansionsvolumen fallenden Drucks geöffnet ist. Dieses Expansionsvolumen strömt über die Leitungen 133, 154, 156 in Richtung des Pfeils 157 zur Arbeitseinheit 158, gibt dort seine Druckenergie ab und strömt anschließend über die Leitung 160 in Richtung des Pfeils 161 ebenfalls in den Auffangbehälter 152. Als nächstes beginnt für den Wärmetauscher 130 die Kühlphase usw.Finally, the heat exchanger 130 is in the last phase of the working cycle according to the route EA. The control elements 132, 136 of the lines 131, 135 are closed, while the control element 134 is open for the expansion volume of falling pressure. This expansion volume flows via the lines 133, 154, 156 in the direction of the arrow 157 to the working unit 158 , releases its pressure energy there and then flows via the line 160 in the direction of the arrow 161 likewise into the collecting container 152 . Next, the cooling phase begins for the heat exchanger 130 , etc.

In dem Schaubild gemäß Fig. 6 bedeutet ein Abschnitt, wie 120′, die Strecke D-E im Arbeitskreislauf gemäß Fig. 3, in dem ein Wärmetauscher, wie 120, ein Expansionsvolumen unter konstanten Druck und konstanten Volumen erzeugt.In the graph of FIG. 6 as 120, 3, a portion means' the distance DE in the working circuit of FIG. In which generates a heat exchanger such as 120, an expansion volume under constant pressure and constant volume.

Die Abschnitte 130′, 120′, 110′, 100′, 90′, 80′ veranschaulichen, indem diese direkt aneinander anschließen, die Stetigkeit und Reihenfolge, mit welcher die 6 Wärmetauscher der Wärmekraftmaschine gemäß Fig. 5 das Expansionsvolumen konstanten Drucks erzeugen.The sections 130 ', 120', 110 ', 100', 90 ', 80' illustrate by connecting them directly to one another, the continuity and order with which the 6 heat exchangers of the heat engine according to FIG. 5 generate the expansion volume of constant pressure.

Im Schaubild gemäß Fig. 7 bedeutet ein Abschnitt, wie 130′′, die Strecke E-A in Fig. 3, in der ein Wärmetauscher, wie 130, ein Expansionsvolumen fallenden Drucks erzeugt.In the diagram according to FIG. 7, a section such as 130 ′ ′ means the distance EA in FIG. 3, in which a heat exchanger, such as 130 , generates an expansion volume of falling pressure.

Das Schaubild veranschaulicht an Hand der Abschnitte 130′′, 120′′, 110′′, 100′′, 90′′, 80′′, indem auch diese direkt aneinander anschließen, ebenfalls die Stetigkeit und Reihenfolge, mit welcher die Wärmetauscher das Expansionsvolumen fallenden Drucks erzeugen.Using the sections 130 '', 120 '', 110 '', 100 '', 90 '', 80 '' , the diagram also illustrates the continuity and sequence with which the heat exchangers expand the volume by connecting them directly to one another generate falling pressure.

An Hand der vorstehend beschriebenen Wärmekraftmaschine, die eine der möglichen konstruktiven Ausführungsformen für das Verfahren gemäß der Erfindung darstellt, ist es ohne weiteres möglich für die Nutzung verschiedener Wärmequellen unter Verwendung eines entsprechenden Arbeitsmittels gemäß der Erfindung, jede Art einer hierfür in Frage kommenden hydraulischen Wärmekraftmaschine konstruktiv günstig zu gestalten.Using the heat engine described above, the one the possible constructive embodiments for the method  according to the invention, it is readily possible for the use of different heat sources using one corresponding work equipment according to the invention, any type of hydraulic heat engine in question for this structurally cheap.

Claims (25)

1. Verfahren zur Umwandlung von calorischer Energie in mechanische Energie, zur Erzeugung von Ersatzenergie für den allgemeinen Energiebedarf, insbesondere durch Nutzung erneuerbarer Wärmequellen, vorzugsweise durch Nutzung von in der Natur auftretenden Temperaturunterschieden des Niedertemperaturbereichs, unter Anwendung eines flüssigen Arbeitsmittels, das in druckstabilen Kammern durch abwechselndes Erwärmen und Kühlen expandiert und kontraktiert, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Arbeitsmittel im Zyklus eines Arbeitskreislaufs bis auf den Schmelzpunkt herab gekühlt wird und dem Arbeitsmittel Schmelzwärme entzogen wird, wobei der Entzug von Schmelzwärme derart begrenzt wird, so daß das Arbeitsmittel strömungsfähig bleibt und die Strömungsfähigkeit des Arbeitsmittels dazu eingesetzt wird, um den Wärmeaustausch pro Flächeneinheit erheblich zu steigern und das Expansionsvolumen bei Erwärmung des Arbeitsmittels zur mechanischen Arbeitsleistung verwendet wird.1.Procedure for converting caloric energy into mechanical energy, for producing substitute energy for general energy requirements, in particular through the use of renewable heat sources, preferably through the use of temperature differences occurring in nature in the low-temperature range, using a liquid working fluid in pressure-stable chambers alternating heating and cooling expands and contracts, characterized in that the liquid working fluid is cooled down to the melting point in the cycle of a working cycle and heat of fusion is withdrawn from the working fluid, the withdrawal of melting heat being limited in such a way that the working fluid remains fluid and the The fluidity of the working fluid is used to significantly increase the heat exchange per unit area and the expansion volume is used to heat the working fluid for mechanical work. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Arbeitsmittel, das beim Entzug von Schmelzwärme über eine weite Strecke (B-C) des Schmelzbereichs eine strömungsfähige Beschaffenheit beibehält und hierbei stark kontraktiert und bei kleiner Temperaturerhöhung unter hohem Druck expandiert.2. The method according to claim 1, characterized by a working fluid that takes a long time to remove heat from the melt Range (B-C) of the melting range a fluid nature maintains and contracted strongly and with a small temperature increase expands under high pressure. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in einer vollständig gefüllten und hierbei geschlossenen Wärmeaustauschkammer (22′) im gekühlten Zustand befindliche Arbeitsmittel, bei Erwärmung pro Grad Celsius im Mittel eine Drucksteigerung von mindestens 10 kp/cm² bis 40 kp/cm² und mehr bewirkt.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that in a completely filled and closed heat exchange chamber ( 22 ') in the cooled state working medium, with heating per degree Celsius, an average pressure increase of at least 10 kp / cm² to 40 kp / cm² and more. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung im Zyklus eines Arbeitskreislaufs ein Stück vor Erreichen des Fließgrenzpunktes (F) des Arbeitsmittels endet.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the cooling in the cycle of a working cycle a bit before reaching of the flow limit point (F) of the work equipment ends. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsmittel Pentadekan (C15 H32), Hexadekan (C16 H34), Heptadekan (C17 H36), Oktadekan (C18 H38) usw. zur Arbeitsleistung verwendet wird. 5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that Pentadecane (C15 H32), hexadecane (C16 H34), Heptadekan (C17 H36), Oktadekan (C18 H38) etc. for work performance is used.   6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel in einem Wärmetauscher (z. B. 16, 120) mittels einer Umwälzpumpe (30) in einem kurz geschlossenen Umwälzkreislauf (29), zwecks Steigerung der Wärmeaustauschleistung pro Flächeneinheit, umgewälzt wird.6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the working medium in a heat exchanger (z. B. 16 , 120 ) by means of a circulation pump ( 30 ) in a short-circulating circuit ( 29 ), in order to increase the heat exchange performance per unit area, circulated becomes. 7. Verfahren nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsmittels in der Wärmeaustauschkammer (22′) bei ansteigendem Strömungswiderstand vermindert wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the flow rate of the working fluid in the heat exchange chamber ( 22 ') is reduced with increasing flow resistance. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Arbeitsmittel-Wärmetauscher (z. B. 16, 120) vier Arten von Hauptströmungen des Arbeitsmittels auftreten, und zwar Strömung durch ein Expansionsvolumen mit konstanten Druck (D-E), Strömung durch ein Expansionsvolumen mit fallendem Druck (E-A), Strömung durch Rückförderung des Arbeitsmittels während der Kontraktion (A-B-C) und Strömung des Arbeitsmittels im Umwälzkreislauf (29).8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in a working fluid heat exchanger (z. B. 16 , 120 ) four types of main flows of the working medium occur, namely flow through an expansion volume with constant pressure (DE), flow through an expansion volume with falling pressure (EA), flow by returning the working fluid during the contraction (ABC) and flow of the working fluid in the circulation circuit ( 29 ). 9. Verfahren nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsvolumen und das Kontraktionsvolumen des Arbeitsmittels, sowie der Volumenstrom des Umwälzkreislaufs (29) die Wärmeaustauschkammer (22′) in die gleiche Richtung (34) durchströmt.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the expansion volume and the contraction volume of the working fluid, as well as the volume flow of the circulation circuit ( 29 ) flows through the heat exchange chamber ( 22 ') in the same direction ( 34 ). 10. Verfahren nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptvolumenströme während den einzelnen Phasen des Arbeitskreislaufs, wie das Expansionsvolumen konstanten Drucks (D-E) und der Volumenstrom des Umwälzkreislaufs (29), einander überlagert strömen.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the main volume flows during the individual phases of the working circuit, such as the expansion volume constant pressure (DE) and the volume flow of the circulation circuit ( 29 ), superimposed on one another. 11. Verfahren nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Expansions- und Kontraktionsvolumen des Arbeitsmittels, sowie der Volumenstrom des Umwälzkreislaufs (29), die Wärmeaustauschkammer (22′) im Schnitt quer zur Hauptströmung des Arbeitsmittels über den ganzen Kammerquerschnitt durchströmen.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the expansion and contraction volume of the working fluid, as well as the volume flow of the circulation circuit ( 29 ), flow through the heat exchange chamber ( 22 ') in section transverse to the main flow of the working fluid over the entire chamber cross section. 12. Verfahren nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Arbeitskreislauf 4 Phasen aufweist, und zwar eine Kühlphase (A-B-C), eine Druckaufbauphase (C-D), eine Expansionsphase unter konstantem Arbeitsmitteldruck (D-E) und eine Expansionsphase unter fallendem Arbeitsmitteldruck (E-A). 12. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that a working cycle has 4 phases, namely a cooling phase (A-B-C), a pressure build-up phase (C-D), an expansion phase under constant working fluid pressure (D-E) and an expansion phase under falling working fluid pressure (E-A).   13. Verfahren nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Kopplung mehrerer Arbeitsmittel-Wärmetauscher (z. B. 80 bis 130) eine Strömung des Expansionsvolumens erzeugt wird, die stetig den Antrieb mindestens einer Arbeitsmaschine (z. B. 46, 60) bewirkt.13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a flow of the expansion volume is generated by coupling several working fluid heat exchangers (z. B. 80 to 130 ), the drive of at least one machine (z. B. 46 , 60 ) causes. 14. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher (z. B. 80, 90) innerhalb einer Wärmetauschergruppe ihr Expansionsvolumen zueinander in einer zeitlich versetzten Folge abgeben.14. Device for performing the method according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchangers (z. B. 80 , 90 ) within a heat exchanger group their expansion volume to each other in a chronologically offset sequence. 15. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Wärmetauscher einer Wärmetauschergruppe auf die Anzahl der Phasen des Arbeitskreislaufs abgestimmt ist, so daß während jeder Phase des Arbeitskreislaufs mindestens ein Wärmetauscher (z. B. 80, 90) mit seinem Expansionsvolumen mindestens eine Arbeitsmaschine (144, 158) treibt.15. Device for carrying out the method according to one of the preceding claims, characterized in that the number of heat exchangers of a heat exchanger group is matched to the number of phases of the working cycle, so that at least one heat exchanger (e.g. 80 , 90 ) drives at least one machine ( 144, 158 ) with its expansion volume. 16. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung des Arbeitsmittels zwischen dem Arbeitsmittel-Wärmetauscher (z. B. 80, 90) und der Einrichtung (144, 158) zur Umwandlung hydraulischer Energie in mechanische Energie über drei Leitungswege erfolgt, wobei während der Expansionsphase (D-E-A) das Expansionsvolumen über zwei Strömungswege geleitet ist und dem Wärmetauscher während der Kühlphase über einen Strömungsweg Arbeitsmittel zuströmt.16. Device for performing the method according to one of the preceding claims, characterized in that the flow of the working fluid between the working fluid heat exchanger (z. B. 80 , 90 ) and the device ( 144, 158 ) for converting hydraulic energy into mechanical energy takes place via three conduit paths, with the expansion volume being directed over two flow paths during the expansion phase (DEA) and working fluid flowing into the heat exchanger via a flow path during the cooling phase. 17. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des zwischen einem Arbeitsmittel-Wärmetauscher (z. B. 80, 90) und einer Einrichtung (144, 158) zur Umwandlung hydraulischer Energie in mechanische Energie strömenden Arbeitsmittels, mittels dreier Regelorgane (82, 84, 86) erfolgt.17. Device for performing the method according to one of the preceding claims, characterized in that the control of the flowing between a working fluid heat exchanger (z. B. 80 , 90 ) and a device ( 144, 158 ) for converting hydraulic energy into mechanical energy Work equipment, by means of three control elements ( 82 , 84 , 86 ). 18. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsmittel- Wärmetauscher (z. B. 16) jede Phase des Arbeitskreislaufs der Reihe nach durchläuft. 18. Device for performing the method according to one of the preceding claims, characterized in that the working fluid heat exchanger (z. B. 16 ) passes through each phase of the working cycle in order. 19. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsvolumen des Arbeitsmittels eine Arbeitsmaschine (z. B. 46) direkt beaufschlagt.19. Device for performing the method according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion volume of the working medium acts directly on a working machine (for example 46 ). 20. Verfahren nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung der Druckenergie des Expansionsvolumens konstanten Drucks (D-E) und des Expansionsvolumens fallenden Drucks (E-A) des Arbeitsmittels in mechanische Energie voneinander getrennt vorgenommen wird.20. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the conversion of the pressure energy of the expansion volume constant pressure (D-E) and the expansion volume falling Pressure (E-A) of the working fluid in mechanical energy from each other is made separately. 21. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsmittel und dem Heiz- und/oder Kühlmittel ein an sich bekanntes Wärmeaustauschsystem vorgesehen ist, das in einer Wärmeaustauschkammer (22′) rippenartige Gebilde aufweist, die in wärmeleitender Verbindung mit der Wand (22′′) der Wärmeaustauschkammer stehen, durch die hindurch der Wärmeaustausch stattfindet.21. Device for performing the method according to one of the preceding claims, characterized in that a heat exchange system known per se is provided for the heat exchange between the working medium and the heating and / or cooling medium, which has rib-like structures in a heat exchange chamber ( 22 ') , which are in heat-conducting connection with the wall ( 22 '') of the heat exchange chamber through which the heat exchange takes place. 22. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der mit Arbeitsmittel gefüllten Wärmeaustauschkammer (22′) über den ganzen Kammerquerschnitt, bezogen auf eine Schnittebene quer zur Hauptströmung des Arbeitsmittels ein intensiver Wärmeaustausch stattfindet.22. Device for carrying out the method according to one of the preceding claims, characterized in that an intensive heat exchange takes place within the heat exchange chamber filled with working fluid ( 22 ') over the entire chamber cross section, based on a sectional plane transverse to the main flow of the working fluid. 23. Verfahren nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsdruck, unter dem das Arbeitsmittel eine Arbeitsmaschine treibt bis zu 600 kp/cm² und mehr beträgt.23. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the operating pressure under which the working fluid a working machine drives up to 600 kp / cm² and more. 24. Verfahren nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Aufheizung des Arbeitsmittels mittels des Oberflächenwassers und die Kühlung mittels des Tiefenwassers eines tropischen Gewässers vorgenommen wird.24. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the heating of the Working tools by means of surface water and cooling by means of of the deep water of a tropical body of water. 25. Verfahren nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel mit einem pulverförmigen Stoff vermischt ist, der ein guter Wärmeleiter ist, wie Kupfer, Aluminium, Graphit usw.25. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the working fluid with a powdery substance is mixed, which is a good heat conductor, such as copper, aluminum, Graphite etc.
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