Die vorliegende Erfindung betrifft einen Energiewandler umfassend ein von einem Gehäuse umschlossenes konstantes Arbeitsvolumen, das durch eine Wärmetauscheranordnung in ein erstes konstantes Arbeitsvolumen und ein zweites konstantes Arbeitsvolumen unterteilt ist, und einen Verdrängerkörper, der beweglich gelagert ist und der zumindest teilweise das konstante Arbeitsvolumen begrenzt.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Energieumwandlung durch einen Energiewandler umfassend ein von einem Gehäuse umschlossenes konstantes Arbeitsvolumen, das durch eine Wärmetauscheranordnung in ein erstes konstantes Arbeitsvolumen und ein zweites konstantes Arbeitsvolumen unterteilt ist, und einen Verdrängerkörper, der beweglich gelagert ist und der zumindest teilweise das konstante Arbeitsvolumen begrenzt.

Aus der WO 2010/1 18736 A1 ist ein Energiewandler in Form einer Wärmekraftmaschine bekannt, bei der ein Arbeitsgas mithilfe zweier Verdrängerkolben durch eine eine Wärme- quelle und eine Wärmesenke umfassende Wärmetauscheranordnung hin- und herschiebbar ist. Die dabei auftretende temperaturbedingte Volumenänderung des Arbeitsgases kann zur Gewinnung mechanischer Arbeit durch einen mit dem Arbeitsvolumen gekoppelten Arbeitskolben genutzt werden, der aufgrund der induzierten Volumenänderung des in dem Arbeitsraum vorhandenen Arbeitsgases bewegt wird.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Energiewandler bereitzustellen, der einen einfacheren Aufbau ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Der gattungsgemäße Energiewandler wird durch die vorliegende Erfindung dadurch wei- terentwickelt, dass der Energiewandler eine Ventileinrichtung umfasst, die einen Zustrom eines Arbeitsmediums in das Arbeitsvolumen und einen Abstrom des Arbeitsmediums aus dem Arbeitsvolumen beeinflusst, und dass der Energiewandler dazu eingerichtet ist, Arbeitsmedium mit einer Temperatur Ti und einem Druck p^ über die Ventileinrichtung in das konstante Arbeitsvolumen saugen zu lassen und mit einer Temperatur T ₂ > Ti und einem Druck p ₂ > pi über die Ventileinrichtung wieder aus dem konstanten Arbeitsvolumen ausstoßen zu lassen. Mithilfe der Ventileinrichtung wird ein Austausch des in dem Arbeitsvolumen vorhandenen Arbeitsmediums möglich. Dem Arbeitsmedium, das mit einer Temperatur Ti und einem Druck p^ über die Ventileinrichtung in das konstante Arbeitsvolumen gesaugt wird und mit einer Temperatur T ₂ > Ti und einem Druck p ₂ > pi wieder aus dem konstanten Arbeitsvolumen ausgestoßen wird, wird thermische Energie zugeführt, die zu einem Druckanstieg führt. Bei einer anschließenden Entspannung des auf diese Weise komprimierten Arbeitsmediums kann mechanische Arbeit, beispielsweise mithilfe einer Turbine, gewonnen werden. Es kann somit auf einen beweglichen Arbeitskolben, der der Entnahme von Energie dient, verzichtet werden. Weiterhin kann durch das Zuführen des Arbeitsmediums mit der Temperatur Ti und dem Druck p^ auf eine Wärmesenke als Bestandteil der Wärmetauscheranordnung verzichtet werden. Als Wärmesenke kann stattdessen direkt die Umgebung des Energiewandlers genutzt werden. Beispielsweise kann, wenn als Arbeitsmedium Luft verwendet wird, die Temperatur Ti die Umgebungstemperatur des Energiewandlers sein und der Druck p^ der in der Nähe des Energiewandlers herr- sehende Umgebungsdruck. Durch den Verzicht auf den Arbeitskolben und die Wärmesenke wird der Aufbau des Energiewandlers gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Bauweisen vereinfacht.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Wärmetauscheranordnung eine Wärmequelle und einen Regenerator umfasst. Durch das Vorsehen des Regenerators in der Wärmetauscheranordnung kann in einfacher Weise die Effizienz des Energiewandlers erhöht werden. Insbesondere kann während der beim Betrieb des Energiewandlers zyklisch erfolgenden Abkühlung des Arbeitsmediums von der Temperatur T ₂ auf die Temperatur Ti bei dem Druck p^ thermische Energie in dem Regenerator gespeichert werden, die nicht un- genutzt an die Umgebung abgegeben werden muss, beispielsweise durch einen vollständigen Austausch des Arbeitsmediums. Durch den Regenerator kann somit die niedrige Temperatur Ti bei dem Druck p<i leichter erreicht werden, ohne eine Wärmesenke zu verwenden.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der Energiewandler dazu eingerichtet ist, das angesaugte Arbeitsmedium zumindest teilweise durch den Regenerator strömen zu lassen bevor es ausgestoßen wird. Das angesaugte Arbeitsmedium kann durch den Regenerator strömen bevor es ausgestoßen wird, beispielsweise aufgrund der räumlichen Anordnung der Ventile und/oder der Strömungswege des Arbeitsmediums innerhalb des Energiewandlers. Auf diese Weise kann der Regenerator gekühlt werden, so dass er sei- ne Funktion zur zyklischen Kühlung des gesamten Arbeitsmediums dauerhaft erfüllen kann.

Es kann vorgesehen sein, dass der Verdrängerkörper über eine um eine Achse drehbare Welle drehbar gelagert ist. Die drehbare Lagerung des Verdrängerkörpers ermöglicht in vorteilhafter Weise eine zyklische Verlagerung des Arbeitsvolumens im Inneren des Gehäuses, um ein zyklisches Hin- und Herschieben des Arbeitsmediums zu induzieren.

Nützlicherweise kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass das Arbeitsmedium durch das Drehen des Verdrängerkörpers um die Achse zwischen dem ersten Arbeits- volumen und dem zweiten Arbeitsvolumen hin- und herschiebbar ist, wobei das Arbeitsmedium durch die Wärmetauscheranordnung strömt. Auf diese Weise kann durch die Verlagerung des Arbeitsvolumens, die eine zyklische Bewegung des Arbeitsmediums induziert, bei geeigneter Anordnung der Wärmetauscheranordnung die Temperatur Ti und der Druck Ρ _Ϊ des in dem Arbeitsvolumen vorhandenen Arbeitsmediums durch einfaches Hin- und Herschieben des Arbeitsmediums in dem Arbeitsvolumen bei Durchtritt durch die Wärmetauscheranordnung zyklisch zur Temperatur T ₂ und dem Druck p ₂ verändert werden, wobei insbesondere T ₂ > Ti und p ₂ > pi gelten kann.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der Energiewandler weiterhin einen Druck- Speicher zur Aufnahme von aus dem Arbeitsvolumen ausgestoßenem Arbeitsmedium um- fasst. Durch das Vorsehen des Druckspeichers kann die gepulste Umwandlung thermischer Energie in nutzbare Druckenergie mit einer gleichmäßigen Bereitstellung von nutzbarer Druckenergie verbunden werden. Dem Druckspeicher ist in einfacher Weise kontinuierlich nutzbare Energie in Form des unter Druck stehenden Arbeitsmediums entnehmbar. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass der Energiewandler einen Anschluss zur Abgabe von unter Druck stehendem Arbeitsmedium umfasst. An dem Anschluss zur Abgabe von unter Druck stehendem Arbeitsmedium kann in einfacher Weise dem Energiewandler die nutzbare Energie in Form von unter Druck stehendem Arbeitsmedium entnommen werden.

In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass der Energiewandler weiterhin eine Turbine umfasst, die an den Anschluss zur Abgabe von unter Druck stehendem Arbeitsmedium gekoppelt ist. Die Turbine kann in effizienter Weise die in dem unter Druck ste- henden Arbeitsmedium vorhandene Energie in mechanische Arbeit umwandeln, die beispielsweise zur Erzeugung von Strom genutzt werden kann. Dabei kann die Turbine in einfacher Weise hinsichtlich ihres Effizienzmaximums an das über den Anschluss entnommene Arbeitsmedium angepasst sein. Alternativ ist auch denkbar, dass der Anschluss zur Abgabe von unter Druck stehendem Arbeitsmedium eine Düse umfasst, über die das Arbeitsmedium einen Rotor anströmt, der über die drehbare Welle mit dem Verdrängerkörper gekoppelt ist und diesen antreibt. Auf diese Weise kann bereits innerhalb des Energiewandlers die zum Betrieb des Energiewandlers notwendige mechanische Bewegungsenergie direkt dem durch den Energie- wandler bereitgestellten unter Druck stehenden Arbeitsmedium entnommen werden. Eine zusätzliche eventuell externe Turbine ist nicht notwendig. Dabei erzeugte überschüssige mechanische Energie kann in einfacher Weise an der durch den Rotor angetriebenen drehbaren Welle dem System entnommen werden. Beispielsweise kann ein Generator zur Stromerzeugung mit der drehbaren Welle verbunden sein, so dass der Energiewandler thermische in elektrische Energie umwandeln kann.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Ventileinrichtung selbststeuernde Ventile umfasst. Durch das Vorsehen von selbststeuernden Ventilen, die sich beispielsweise beim Vorliegen einer Druckdifferenz selbsttätig öffnen oder schließen können, kann in einfacher Weise die für den Energiewandler notwendige Ventileinrichtung bereitgestellt werden. Aufgrund der Selbststeuerung der Ventile kann auf eine zusätzliche externe Steuerung zur Synchronisierung der Ventileinrichtung mit dem Zuströmen und Abströmen von Arbeitsmedium in das Arbeitsvolumen und/oder aus dem Arbeitsvolumen während unterschiedlicher Arbeitszyklen des Energiewandlers verzichtet werden. Auch dies vereinfacht den Aufbau des Energiewandlers. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Ventileinrichtung fremdgesteuerte Ventile umfasst, die über eine Steuereinrichtung ansteuerbar sind. Durch das Vorsehen fremdgesteuerter Ventile kann die Effizienz des Energiewandlers weiter erhöht werden, da beispielsweise die Schaltzeitpunkte der fremdgesteuerten Ventile optimiert werden können. Gleichzeitig können die Öffnungsquerschnitte der fremdgesteuerten Ventile unabhängig von vorhandenen Druckdifferenzen festgelegt werden, da die zum Schalten notwendigen Kräfte extern erzeugt werden können. Beispielsweise können elektrische Schaltimpulse zur Steuerung verwendet werden, die die notwendigen Schaltkräfte unabhängig von einer eventuell vorhandenen Druckdifferenz vor und hinter dem Ventil bereitstellen.

Das gattungsgemäße Verfahren wird durch die vorliegende Erfindung dadurch weiterentwickelt, dass ein Zustrom eines Arbeitsmediums in das Arbeitsvolumen und ein Abstrom des Arbeitsmediums aus dem Arbeitsvolumen durch eine Ventileinrichtung beeinflusst wird, und dass Arbeitsmedium mit einer Temperatur ΤΊ und einem Druck über die Ven- tileinrichtung in das konstante Arbeitsvolumen gesaugt und mit einer Temperatur T ₂ > Ti und einem Druck p ₂ > pi über die Ventileinrichtung wieder aus dem konstanten Arbeitsvolumen ausgestoßen wird.

Auf diese Weise werden die Vorteile und Besonderheiten des erfindungsgemäßen Ener- giewandlers auch im Rahmen eines Verfahrens umgesetzt.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine seitliche Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Energiewandlers; Figur 2 eine seitliche Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Energiewandlers;

Figur 3 eine Schnittansicht senkrecht zu einer Achse durch einen Energiewandler zu einem ersten Zeitpunkt; Figur 4 eine Schnittansicht senkrecht zu einer Achse durch einen Energiewandler zu einem zweiten Zeitpunkt; und

Figur 5 einen Schnitt durch ein Gehäuse, einen Verdrängerkörper und eine Wärmetauscheranordnung einer weiteren Ausführungsform eines Energiewandlers.

In den folgenden Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichartige Teile.

Figur 1 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Energiewandlers 10. Der in Figur 1 dargestellte Energiewandler 10 umfasst ein Gehäuse 12. Das Gehäuse 12 umschließt ein konstantes Arbeitsvolumen 14. Das Arbeitsvolumen 14 kann beispielsweise zwischen einer Bodenplatte 46 des Gehäuses 12 und einer Deckenplatte 50 im Inneren des Gehäuses 12 liegen. Das Arbeitsvolumen 14 kann weiterhin zumindest teilweise von einem Verdrängerkolben 22 und einer Seitenwand 76 des Gehäuses 12 begrenzt sein. Im Inneren des Arbeitsvolumens 14 kann darüber hinaus eine Wärmetauscheranordnung 16 angeordnet sein, die das Arbeitsvolumen 14 in ein erstes konstantes Arbeitsvolumen 18 und ein zweites konstantes Arbeitsvolumen 20 unterteilen kann. Die Wärmetauscheranordnung 16 kann eine Wärmequelle 26 und einen Regenerator 28 umfassen, wobei der Regenerator 28 thermisch von der Wärmequelle 26 isoliert sein kann. Die Wärmequelle 26 kann in der Figur nicht dargestellte Anschlüsse umfassen, über die ein Wärmeträger zu- und abgeführt werden kann, um die Wärmequelle 26 beispielsweise auf einer konstanten Temperatur T ₂ zu halten. Die Wärmequelle 26 kann beispielsweise als Lamellenwärmetauscher ausgeführt sein. Auf diese Weise kann dem in dem Arbeitsvolumen 14 vorhandenen Arbeitsmedium thermische Energie zugeführt werden. Der Wärmeträger kann beispielsweise Kühlwasser eines Verbrennungsmotors sein, das noch nicht auf eine Umgebungstemperatur Ti abgekühlt ist. Im Inneren des Gehäuses 12 kann weiterhin ein Zentralkörper 48 angeordnet sein, welcher ebenfalls zur Begrenzung des Ar- beitsvolumens 14 dienen kann. Der Zentralkörper 48 kann beispielsweise direkt auf der Bodenplatte 46 des Gehäuses 12 angeordnet sein. In der Bodenplatte 46 des Gehäuses 12 und in der Deckenplatte 50 können weiterhin Ventile einer Ventileinrichtung 24 angeordnet sein, die ein Zuströmen von Arbeitsmedium in das Arbeitsvolumen 14 und ein Abströmen von Arbeitsmedium aus dem Arbeitsvolumen 14 beeinflussen können. Beispiels- weise können die in der Bodenplatte 46 angeordneten Ventile der Ventileinrichtung 24 selbststeuernde Ventile sein, die das Zuströmen von Arbeitsmedium in das Arbeitsvolu- men 14 erlauben, das heißt selbsttätig öffnen, wenn in dem Arbeitsvolumen 14 ein Druck p herrscht, der geringer ist als ein den Energiewandler 10 umgebender Umgebungsdruck Pi . Die in der Bodenplatte 46 angeordneten Ventile können daher beispielsweise einfache Rückschlagventile sein, die das Zuströmen von Arbeitsmedium in den Arbeitsraum 14 er- lauben und das Rückströmen von Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum 14 verhindern. Die Rückschlagventile können vorzugsweise einen möglichst großen Ventilquerschnitt freigeben, um eine geringe Drosselwirkung zu erzeugen, und zu diesem Zweck beispielsweise als Membranventile ausgeführt sein. Die Anzahl der Ventile der Ventileinrichtung 24 in der Bodenplatte 46 kann je nach Bedarf angepasst werden. Ebenso kann die Anzahl der Ven- tile der Ventileinrichtung 24 in der Deckenplatte 50 angepasst werden. Die in der Deckenplatte 50 angeordneten Ventile der Ventileinrichtung 24 können selbststeuernde Ventile sein, die das Abströmen von Arbeitsmedium aus dem Arbeitsvolumen 14 selbsttätig steuern. Zu diesem Zweck können die in der Deckenplatte 50 angeordneten Ventile der Ventileinrichtung 24 beispielsweise einfache Rückschlagventile sein, die aufgrund einer Druckdifferenz zwischen dem Arbeitsvolumen 14 und einem auf der anderen Seite der Deckenplatte 50 vorgesehenen Speichervolumen 34 öffnen beziehungsweise schließen. Das Speichervolumen 34 ist optional und kann zur Aufnahme und Zwischenspeicherung von unter erhöhtem Druck stehendem Arbeitsmedium dienen. Der Energiewandler 10 kann einen Anschluss 36 umfassen, an dem unter Druck stehendes Arbeitsmedium bereitgestellt werden kann. Das an dem Anschluss 36 bereitgestellte Arbeitsmedium kann insbesondere ein gegenüber dem Umgebungsdruck des Energiewandlers 10 erhöhtes Druckniveau p ₂ > pi bei einer Temperatur T ₂ >Ti aufweisen, wobei die Temperatur T ₂ die Temperatur des aus dem Arbeitsraum 14 ausgestoßenen Arbeits- mediums und die Temperatur Ti die Umgebungstemperatur des Energiewandlers 10 sein kann. Der Anschluss 36 kann eine Düse 40 umfassen, über die das bereitgestellte unter Druck stehende Arbeitsmedium ein Rotorblatt 56 eines Rotors 42 anströmen kann. Die Düse 40 kann verschließbar sein, um in einer Startphase einen anfänglichen Druckaufbau in dem Speichervolumen 34 zu beschleunigen. Die Drosselwirkung der Düse 40 kann so bemessen sein, dass das pro Zeiteinheit über die Düse 40 entweichende Volumen des Arbeitsmediums bei einem Druck p ₂ dem aus dem Arbeitsvolumen 14 nachgeförderten Volumen des Arbeitsmediums entspricht. Der Rotor 42 kann mit einer Welle 32 gekoppelt sein, die wiederum mit dem Verdrängerkörper 22 gekoppelt sein kann. Die Welle 32 kann beispielsweise in der Deckenplatte 50 mithilfe eines Lagers 52 drehbar um eine Achse 30 gelagert sein. Durch das Anströmen des Rotorblattes 56 mit Arbeitsmedium kann die Welle 32 über den Rotor 42 in Rotation um die Achse 30 versetzt werden, so dass der Verdrängerkörper 22 ebenfalls um die Achse 30 rotiert. Der Schwerpunkt des Verdrängerkörpers 22 kann, beispielsweise durch in der Figur nicht explizit dargestellte Ausgleichsgewichte, mit der Achse 30 zusammenfallen. Eine unerwünschte Unwucht, die bei der Rotation des Verdrängerkörpers 22 zu Vibrationen führen kann, kann auf diese Weise vermieden werden. Zur Reduzierung von Verwirbelungen, die die Effizienz des Antriebs des Rotors 42 durch das Anströmen des Rotorblattes 56 mit dem Arbeitsmedium reduzieren, kann eine Abdeckung 58 vorgesehen sein. Weiterhin kann ein Generator 54 vorgesehen sein, über den, beispielsweise zum Starten des Energiewandlers 10, die Welle 32 antreibbar sein kann. Der Generator 54 kann nach Beendigung der Startphase zur Entnahme von elektrischer Energie aus dem Energiewandler 10 verwendet werden.

Der Verdrängerkörper 22 kann weiterhin einen porösen Abschnitt 60 umfassen, der insbesondere das Abströmen von Arbeitsmedium aus dem Arbeitsvolumen 14 erleichtern kann, indem der poröse Abschnitt 60 eine direktere Verbindung zwischen dem Arbeitsvolumen 14 und den in der Deckenplatte 50 angeordneten Ventilen der Ventileinrichtung 24 ermöglichen kann. Es können bei Bedarf mehrere poröse Abschnitte 60 in dem Verdrängerkörper 22 vorgesehen sein. Abweichend von der Darstellung in Figur 1 ist es möglich, dass der Verdrängerkörper 22 den Raum zwischen der Deckenplatte 50 und der Wärmetauscheranordnung 16 vollständig ausfüllt, um ein Umströmen der Wärmetau- scheranordnung 16 beim Hin- und Herschieben von Arbeitsmedium in dem Arbeitsvolumen 14 zu verhindern. Weiterhin kann die Wärmetauscheranordnung 16 über eine in Figur 1 nicht dargestellte Lagerung, die beispielsweise in der Bodenplatte 46 angeordnet sein kann, drehbar um die Achse 30 gelagert sein. Es ergibt sich dadurch eine freie Drehbarkeit der Wärmetauscheranordnung 16 um die Achse 30 ohne einen zusätzlichen mechanischen Antrieb. Diese einfache drehbare Lagerung ist auch bei der zweiten Ausführungsform gemäß Figur 2 möglich und kann die dort beschriebene Mechanik zum Antrieb der Drehbewegung der Wärmetauscheranordnung 16 ersetzen.

Figur 2 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Energie- wandlers. Im Gegensatz zu der aus Figur 1 bekannten ersten Ausführungsform des Energiewandlers 10 ist an dem Anschluss 36 eine Turbine 38 angeschlossen, die beispielsweise mechanische oder elektrische Energie mithilfe des am Anschluss 36 bereitgestellten unter Druck stehenden Arbeitsmediums erzeugen kann. Weiterhin ist eine Steuereinrichtung 44 dargestellt, die über Steuerleitungen 62 Ventile der Ventileinrichtung 24 in der Bodenplatte 46 und der Deckenplatte 50 fremdsteuern kann. Die Steuerleitungen 62 können elektrische Steuerleitungen sein und die fremdgesteuerten Ventile der Ventileinrich- tung 24 können Magnetventile sein. Das Öffnen und Schließen der Ventile der Ventileinrichtung 24 kann somit unabhängig von den vorhandenen Druckniveaus in dem Arbeitsvolumen 14, in dem optionalen Speichervolumen 34 und in der Umgebung des Energiewandlers 10 erfolgen. Um den Verdrängerkörper 22 innerhalb des Arbeitsvolumens 14 zu bewegen, kann die mit dem Verdrängerkörper 22 gekoppelte Welle 32 beispielsweise mit- hilfe des Generators 54 elektrisch angetrieben sein. Die Welle 32 kann weiterhin mithilfe eines mechanischen Getriebes 64 und eines Trägers 66 dazu dienen, die Wärmetauscheranordnung 16 in dem Arbeitsvolumen 14 um die Achse 30 zu drehen. Dieser Antrieb der Wärmetauscheranordnung 16 in dem Arbeitsvolumen 14 und die drehbare Lagerung der Wärmetauscheranordnung 16 ist optional und kann in gleicher Weise auch bei der ersten Ausführungsform gemäß Figur 1 realisiert sein, beispielsweise um die Effizienz des Energiewandlers 10 zu erhöhen.

Die Funktionsweise der ersten Ausführungsform des Energiewandlers 10 gemäß Figur 1 und die Funktionswiese der zweiten Ausführungsform des Energiewandlers 10 gemäß Figur 2 werden in folgendem Zusammenhang mit Figur 3 erläutert.

Figur 3 zeigt eine Schnittansicht senkrecht zu der Achse 30 durch einen Energiewandler 10 zu einem ersten Zeitpunkt und Figur 4 zeigt eine Schnittansicht senkrecht zu der Achse 30 durch einen Energiewandler 10 zu einem zweiten Zeitpunkt. Die beiden Schnittansichten aus den Figuren 3 und 4 können ein und dieselbe Ansicht desselben Energiewandlers 10 zu verschiedenen Zeitpunkten sein. Die beiden verschiedenen Zeitpunkte können beispielsweise so gewählt sein, dass der Verdrängerkörper 22 sich im Inneren des Gehäuses 12 um 180° um die Achse 30 gedreht hat. Von dem Gehäuse 12 ist in der Schnittansicht, die den Energiewandler 10 im Bereich des Arbeitsvolumens 14 senkrecht zu der Achse 30 schneidet, lediglich die Seitenwand 76 sichtbar, welche beispielsweise eine Kreislinie darstellen kann, deren Mittelpunkt die Achse 30 bilden kann. Aufgrund der baulichen Ähnlichkeiten zwischen den in Figur 1 und Figur 2 dargestellten Ausführungsformen des Energiewandlers 10, können die Figur 3 und die Figur 4 sowohl eine Schnittansicht für Figur 1 als auch für Figur 2 sein. Konzentrisch zu der Seitenwand 76, das heißt mit dem gleichen Mittelpunkt, kann der Zentralkörper 48 im Inneren des Gehäuses 12 angeordnet sein, so dass das Arbeitsvolumen 14 in der Darstellung von Figur 3 oder Figur 4 nach außen teilweise durch die Seitenwand 76 begrenzt sein kann und nach innen teilweise durch den Zentralkörper 48 begrenzt sein kann. Der Bereich zwischen dem Zentralkörper 48 und der Wärmetauscheranordnung 16 kann mit dem ersten Arbeitsvolumen 18 identifizierbar sein. Der Bereich zwischen der Wärmetauscheranordnung 16 und der Seitenwand 76 kann mit dem zweiten Arbeitsvolumen 20 identifizierbar sein. Die Wärmetauscheranordnung 16, die die Wärmequelle 26 und den Regenerator 28 umfasst, kann in Figur 3 oder Figur 4 als Kreisring erkennbar sein, der zwischen dem Zentralkörper 48 und der Seitenwand 76 liegt. Zwischen der Wärmetauscheranordnung 16 und der Seitenwand 76 kann ein Teil des Verdrängerkörpers 22 liegen. Ein weiterer Teil des Verdrängerkörpers 22 kann zwischen dem Zentralköper 48 und der Wärmetauscheranordnung 16 liegen. Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, können die beiden Teile des Verdrängerkörpers 22 miteinander verbunden sein und miteinander gekoppelte Abschnitte des Verdrängerkörpers 22 darstellen. Der Verdrängerkörper 22 ist beweglich gelagert und kann beispielsweise um die Achse 30 drehbar sein. Die Wärmetauscheranordnung 16 kann die Wärmequelle 26 und den Regenerator 28 umfassen, wobei die kreisringförmige Wärmetauscheranordnung 16 in zwei im Wesentlichen gleich große Segmente oder Abschnitte unterteilt sein kann, die sich in radialer Richtung senkrecht zu der Achse 30 in der Anordnung von Wärmetauscher 26 und Regenerator 28 unterscheiden. Die beiden Teile der Wärmetauscheranordnung 16 können gleich groß und jeweils halbkreisförmig sein. Bei einem ersten Teil der Wärmetauscheranordnung 16 kann der Regenerator 28 radial nach außen zu der Seitenwand 76 hin orientiert sein, während die Wärmequelle 26 radial nach innen zu dem Zentralkörper 48 hin orientiert sein kann. Bei dem zweiten Teil der Wärmetauscheranordnung 16 kann die Anordnung gerade umgekehrt sein und der Regenerator 28 radial nach innen zu dem Zent- ralköper 48 hin orientiert sein, während die Wärmequelle 26 radial nach außen zu der Seitenwand 76 hin orientiert sein kann. Die beiden Teile des Verdrängerkörpers 22 können an die Form der beiden Teile der Wärmetauscheranordnung 16 angepasst sein und ebenfalls im Wesentlichen jeweils halbkreisförmig sein. Wie den Figuren 3 und 4 zu entnehmen ist, kann dies zur Folge haben, dass während einer Rotation des Verdrängerkörpers 22 um die Achse 30 das in dem Arbeitsvolumen 14 vorhandene Arbeitsmedium beim radialen Durchströmen der Wärmetauscheranordnung 16 entweder abgekühlt oder erwärmt wird. Die Abkühlung oder Erwärmung erfolgt unabhängig von der Orientierung des Verdrängerkörpers 22 relativ zu der Achse 30 gleichzeitig entlang des gesamten Umfangs der Wärmetauscheranordnung 16, wobei mit dem Umfang der Wärmetauscheranordnung 16 der Umfang um die Achse 30 gemeint sein kann. Figur 3 zeigt den Verdrängerkörper 22 in einer Position, bei der das in dem Arbeitsvolumen 14 vorhandene Arbeitsmedium erwärmt werden kann, wenn der Verdrängerkörper 22 weiter um die Achse 30 rotiert. Figur 4 zeigt den Verdrängerkörper 22 in einer Position, bei der das in dem Arbeitsvolumen 14 vorhandene Arbeitsmedium abgekühlt werden kann, wenn der Verdrängerkörper 22 weiter um die Achse 30 rotiert. Zu diesem Zweck können eine innere Schräge 72 und eine äußere Schräge 74 an dem Verdrängerkörper 22 vorgesehen sein, die das Arbeitsmedium während der Drehbewegung des Verdrängerkörpers 22 in radialer Richtung zwischen dem ersten Arbeitsvolumen 18 und dem zweiten Arbeitsvolumen 20 hin- und herschieben können. Beispielsweise kann in Figur 3 bei einer Rotation des Verdrängerkörpers 22 im Uhrzeigersinn in dem zweiten Arbeitsvolumen 20 vorhandenes Arbeitsmedium von der äuße- ren Schräge 74 in radialer Richtung durch die Wärmetauscheranordnung 16 nach innen in das erste Arbeitsvolumen 18 geschoben werden. Das erste Arbeitsvolumen 18 kann zu diesem Zweck beispielsweise gleichzeitig mit dem Verdrängerkörper 22 um die Achse 30 rotieren. Da die beiden Teile des Verdrängerkörpers 22 miteinander gekoppelt sind, kann für den Übertritt von Arbeitsmedium aus dem ersten Arbeitsvolumen 18 in das zweite Ar- beitsvolumen 20 und umgekehrt, eine lediglich radiale Verschiebung des Arbeitsmediums ausreichend sein. Der Übertritt in radialer Richtung von dem zweiten Arbeitsvolumen 20 in das erste Arbeitsvolumen 18 kann beispielsweise an der hierfür vorgesehenen äußeren Schräge 74 erfolgen. Dabei kann das Arbeitsmedium zuerst den Regenerator 28 durchströmen und dabei erwärmt werden. Im Anschluss kann beim Durchströmen der Wärme- quelle 26 der Wärmetauscheranordnung 16 beispielweise die Temperatur T ₂ bei dem Druck p ₂ erreicht werden. Gleichzeitig kann von dem anderen Teil des Verdrängerkörpers 22 an der inneren Schräge 72 auf der linken Seite des in Figur 3 dargestellten Energiewandlers 10 Arbeitsmedium aus dem ersten Arbeitsvolumen 18 durch die Wärmetauscheranordnung 16 in radialer Richtung nach außen in das zweite Arbeitsvolumen 20 ge- schoben werden. Auch dabei kann das Arbeitsmedium zunächst den Regenerator 28 und anschließend die Wärmequelle 26 durchströmen, wobei es sich erwärmen kann und beispielsweise ebenfalls die Temperatur T ₂ bei dem Druck p ₂ erreichen kann, wenn es das zweite Arbeitsvolumen 20 erreicht. Die Rotation des Verdrängerkörpers 22 kann somit einen gleichzeitigen Temperaturanstieg des Arbeitsmediums in dem ersten Arbeitsvolu- men 18 und dem zweiten Arbeitsvolumen 20 von dem anfänglich niedrigen Temperaturniveau Ti bei dem niedrigen Druck auf das höhere Temperaturniveau T ₂ bei dem höheren Druck p ₂ bewirken. Wenn sich der Verdrängerkörper 22 um 180° gedreht hat, kann er die in Figur 4 dargestellte Position erreicht haben. Der Erwärmungsprozess und der damit einhergehende Druckanstieg in dem gesamten Arbeitsvolumen 14 können zu dem in Figur 4 dargestellten Zeitpunkt zunächst beendet sein.

Die aus Figur 1 und Figur 2 bekannte Ventileinrichtung, das heißt beispielsweise in der Deckenplatte 50 angeordnete Ventile der Ventileinrichtung 24, kann genutzt werden, um Arbeitsmedium aus dem Arbeitsvolumen 14 bei dem höheren Druckniveau p ₂ zu entneh- men. Das komprimierte Arbeitsmedium, das über die Ventile der Ventileinrichtung 24 aus dem Arbeitsvolumen 14 bei dem Druckniveau p ₂ entnommen wird, kann im Folgenden beispielsweise zur Gewinnung mechanischer Arbeit verwendet werden.

Wenn der Verdrängerkörper 22 ausgehend von der in Figur 4 dargestellten Position wei- terbewegt wird, kann ein Abkühlungsprozess erfolgen, der prinzipiell umgekehrt zu der oben beschriebenen Erwärmung verlaufen kann. Die weitere Rotation der beiden Teile des Verdrängerkörpers 22 kann bewirken, dass das Arbeitsmedium von der inneren Schräge 72 oder der äußeren Schräge 74 in umgekehrter Richtung von dem ersten Arbeitsvolumen 18 in das zweite Arbeitsvolumen 20 oder von dem zweiten Arbeitsvolumen 20 in das erste Arbeitsvolumen 18 in Gegenrichtung zurückgeschoben wird. Dabei kann nach dem anfänglichen Durchströmen der Wärmequelle 26 der Regenerator 28 durchströmt werden, an den das Arbeitsmedium einen Teil seiner thermischen Energie abgibt. Dabei kann sich das Arbeitsmedium von der Ausgangstemperatur T ₂ abkühlen, bis es schließlich die Temperatur Ti < T ₂ erreicht. Das hierbei erreichte Druckniveau kann jedoch unterhalb des ursprünglichen Druckniveaus p^ liegen, da Arbeitsmedium bei dem gegenüber dem Ausgangsdruck p^ erhöhten Druckniveau p ₂ aus dem Arbeitsvolumen 14 abgeströmt sein kann. Dementsprechend kann neues Arbeitsmedium über die Ventile der Ventileinrichtung 24, beispielsweise die aus den Figuren 1 und 2 bekannten, in der Bodenplatte 46 angeordneten Ventile der Ventileinrichtung 24, in das Arbeitsvolumen 14 einströmen, um den entstandenen Unterduck auszugleichen.

Beispielsweise kann als Arbeitsmedium die den Energiewandler 10 umgebende Luft verwendet werden, so dass als Druckniveau und Temperaturniveau des nachströmenden Arbeitsmediums insbesondere der Umgebungsdruck und die Umgebungstemperatur des Energiewandlers 10 genutzt werden können. Der Umgebungsdruck und die Umgebungstemperatur, das heißt die Temperatur Ti und das Druckniveau p^ können somit die Wärmesenke für den Energiewandler 10 bilden, wobei als Wärmequelle eine beliebige thermische Quelle mit einem gegenüber der Umgebungstemperatur Ti erhöhten Temperaturniveau T ₂ > Ti genutzt werden kann. Die Temperatur T ₂ kann insbesondere nur geringfügig größer als Ti sein. Beispielsweise kann Abwärme eines industriellen Prozesses als Wärmequelle verwendet werden.

Um die Rotation des Verdrängerkörpers 22 in dem Gehäuse 12 mit einem möglichst geringen Energieaufwand zu realisieren, kann ein äußerer Spalt 68 zwischen dem äußeren Teil des Verdrängerkörpers 22 und der Seitenwand 76 vorgesehen sein, der in radialer Richtung so groß sein kann, dass eine abbremsende Wechselwirkung zwischen dem Verdrängerkörper 22 und der Seitenwand 76 verschwindet. In gleicher Weise kann ein innerer Spalt 70 mit ausreichender Spaltbreite zwischen dem Zentralkörper 48 und dem Verdrängerkörper 22 vorgesehen sein. Der äußere Spalt 68 und der innere Spalt 70 können insofern als Totvolumen des Energiewandlers 10 angesehen werden, wobei zur Ver- ringerung dieses Totvolumens eine Kopplung des Verdrängerkörpers 22 mit dem Zentralkörper 48 vorgesehen sein kann. In diesem Fall muss der Zentralkörper 48 gemeinsam mit dem Verdrängerkörper 22 drehbar um die Achse 30 gelagert sein. Das in dem inneren Spalt 68 und dem äußeren Spalt 70 vorhandene Volumen ist gegenüber dem übrigen Volumen des Arbeitsvolumens 14 vernachlässigbar klein.

Um eine möglichst gute Effizienz des Energiewandlers 10 zu erreichen, muss die Bewegung des Arbeitsmediums innerhalb des Arbeitsvolumens 14 im Wesentlichen in radialer Richtung senkrecht zu der Achse 30 verlaufen, wobei die radiale Bewegung des Arbeitsmediums insbesondere radial zu der Wärmetauscheranordnung 16 erfolgen muss. Eine Drehbewegung des Arbeitsmediums in dem Arbeitsvolumen 14 um die Achse 30 kann beispielsweise an der inneren Schräge 72 und der äußeren Schräge 74 durch die Drehbewegung des Verdrängerkörpers 22 induziert werden. Durch eine entsprechende Drehbarkeit der Wärmetauscheranordnung 16 relativ zu der Achse 30 kann eine solche unerwünschte Drehbewegung des Arbeitsmediums wieder ausgeglichen werden. Es ist möglich, die zum Ausgleich einer Drehbewegung des Arbeitsmediums notwendige Drehbewegung der Wärmetauscheranordnung 16 experimentell zu bestimmen. Da eine Drehbewegung des Arbeitsmediums um die Achse 30 durch die Drehbewegung des Verdrängerkörpers 22 induziert wird, ist zu ihrer Kompensation eine Kopplung der Wärmetauscheranordnung 16 an die den Verdrängerkörper 22 antreibende Welle 32 über ein mechanisches Getriebe 64 möglich, wie es im Zusammenhang mit Figur 2 bereits beschrieben ist. Die Übersetzung des mechanischen Getriebes 64 kann an die experimentell gemessene Rotation des Arbeitsmediums um die Achse 30 angepasst sein und diese ausgleichen. Es kann auch vorgesehen sein, der unerwünschten Drehbewegung des Arbeitsmediums um die Achse 30 mit einer anderen hierfür geeigneten Vorrichtung entge- genzuwirken. Beispielsweise können aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannte Schieber oder Gebläse vorgesehen sein, die beispielsweise in der WO 2010/1 18736 A1 beschrieben sind. Es ist auch möglich, den Regenerator 28 derart zu formen, dass er das ihn in radialer Richtung durchströmende Arbeitsmedium in radialer Richtung ablenkt. Die Ablenkung kann beispielsweise mithilfe von im Wesentlichen radial orientierten Fin- nen/Lamellen erfolgen, deren Enden in die Richtung gebogen sein können, in die das Arbeitsmedium umgeleitet werden soll. Die Finnen können beispielsweise leicht S-förmig sein. Die Ablenkung kann insbesondere in einer der unerwünschten Drehbewegung entgegengesetzten Richtung erfolgen. Möglich ist auch, die Wärmetauscheranordnung 16 frei um die Achse 30 drehbar zu gestalten, wie es beispielsweise im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben ist. In diesem Fall kann das durch die Wärmetauscheranordnung 16 strö- mende Arbeitsmedium die Rotation der Wärmetauscheranordnung 16 um die Achse 30 durch Impulsübertragung selbst induzieren. Die Wärmetauscheranordnung 16 kann einen Impuls in der Drehrichtung des Arbeitsmediums von dem Arbeitsmedium direkt aufnehmen während das Arbeitsmedium durch die Wärmetauscheranordnung 16 strömt. Die Drehbewegung der Wärmetauscheranordnung 16 und des Arbeitsmediums können auf diese Weise synchronisiert werden, ohne dass mechanische Komponenten notwendig sind, die zusätzliche Reibung erzeugen können. Weiterhin wird durch die Impulsübertragung auch die unerwünschte Drehbewegung des Arbeitsmediums um die Achse 30 gebremst. Aufgrund der verwendeten geringen Temperaturunterschiede kann der vorgeschlagene Energiewandler 10 kostengünstig aus nahezu beliebigen Materialien gefertigt sein. Die Bestandteile des Energiewandlers 10, insbesondere der Zentralkörper 48 und der Verdrängerkörper 22, können in einer kostengünstigen Leichtbauweise gefertigt sein, da beim Betrieb des Energiewandlers 10 nur geringe Druckdifferenzen auftreten. So wird bei- spielsweise das Arbeitsmedium nicht aufgrund der Bewegung des Verdrängerkörpers 22 innerhalb des Arbeitsvolumens 14 verdichtet, sondern expandiert vielmehr aufgrund der thermischen Ausdehnung bei dem bloßen Hin- und Herschieben des Arbeitsmediums zwischen dem ersten Arbeitsvolumen 18 und dem zweiten Arbeitsvolumen 20. Der dabei auftretende Druckanstieg ist aufgrund der nur geringen Temperaturerhöhung ebenfalls klein und kann je nach verwendeter Wärmequelle beispielsweise 10 Prozent betragen. Als wärmeisolierende und leichte Druckdifferenzen verkraftende Materialien, die die angestrebte kostengünstige Leichtbauweise ermöglichen, bieten sich insbesondere geschäumte Kunststoffe an, sofern sie eine ausreichende Formstabilität aufweisen. Beide Arbeitsvolumen können insbesondere das gleiche Volumen haben. Die Druckerhöhung des Ar- beitsmediums beim Hin- und Herschieben erfolgt aufgrund der aus der Temperaturerhöhung resultierenden thermischen Ausdehnung des Arbeitsmediums beim Durchströmen der Wärmetauscheranordnung 16. Um einen zur Energiegewinnung akzeptablen Wirkungsgrad des Energiewandlers 10 zu erreichen, kann das Arbeitsvolumen 14 groß gewählt sein. Insbesondere kann das Arbeitsvolumen 14 mehrere Kubikmeter betragen, so dass auch der Verdrängerkörper 22 eine entsprechende Größe erreichen muss. Figur 5 zeigt einen Schnitt durch ein Gehäuse 12 mit einem Verdrängerkörper 22 und einer Wärmetauscheranordnung 16 einer weiteren Ausführungsform eines Energiewandlers 10. Das Gehäuse 12 kann die Form eines Zylinders mit einer Aussparung an der Achse entlang haben. Der Verdrängerkörper 22 kann in den Stirnseiten des Zylinders angeordnet sein. Die Wärmetauscheranordnung 16 kann in zwei Abschnitte unterteilt sein, genau wie bei den aus den Figuren 1 bis 4 bekannten Ausführungsformen. Beide Abschnitte können in der Symmetriefläche senkrecht zu der Welle 32 angeordnet sein. Sie können durch einen Spalt getrennt sein, um Wärmeleitungsverluste zu vermeiden. Die beiden Abschnitte der Wärmetauscheranordnung 16 können azimutal jeweils einen Sektor von etwa 180° umfassen. Die Wärmetauscheranordnung 16 kann aus einer Wärmequelle 26 und einem Regenerator 28 bestehen. Die Wärmetauscheranordnung 16 kann zu dem in der Figur 5 dargestellten Zeitpunkt beispielsweise die Wärmequelle 26 auf der dem Arbeitsvolumen 14 zugewandten Seite und den Regenerator 28 auf der dem Arbeitsvolumen 14 abgewandten Seite haben. Die mit dem Verdrängerkörper 22 gekoppelte Welle 32 kann mit der geometrischen Achse des Gehäuses 12 zusammenfallen, so dass der Verdrängerkörper 22 gegenüber dem Gehäuse 12 azimutal rotieren kann. Da die beiden dargestellten Abschnitte des Verdrängerkörpers 22 mit gleicher Frequenz rotieren können, kann es zweckmäßig sein, dass sie einstückig gefertigt werden oder dass sie starr gekoppelt sind. Die beiden Abschnitte des Verdrängerkörpers 22 können jeweils einen konvexen und ei- nen konkaven Oberflächenbereich aufweisen, wobei die Höhe des konvexen bzw. die Tiefe des konkaven Bereiches annähernd einer Sinusfunktion des azimutalen Wnkels entsprechen kann. Die maximale Höhe des konvexen Bereiches kann so gewählt sein, dass die beiden Abschnitte des Verdrängerkörpers 22 in dem Bereich fast die Wärmetauscheranordnung 16 berühren bzw. an sie heranreichen. Der minimale Abstand zwischen den beiden Abschnitten des Verdrängerkörpers 22 und der Wärmetauscheranordnung 16 kann weniger als 1 % des Abstandes zwischen den beiden Abschnitten des Verdrängerkörpers 22 betragen. Die beiden Abschnitte des Verdrängerkörpers 22 können an der Seitenwand 76 des Gehäuses 12 entlang ein zylindrisches Kolbenhemd aufweisen, das verhindert, dass das Arbeitsmedium aus dem Gehäuse 12 entweicht. Ähnlich zu den aus den Figuren 1 bis 4 bekannten Ausführungsformen kann auch die in Figur 5 dargestellte Ausführungsform die Ventileinrichtung 24 umfassen, die ebenfalls den Zustrom/Abstrom von Arbeitsmedium in/aus dem Arbeitsvolumen 14 steuert oder regelt.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein. Bezugszeichenliste

10 Energiewandler

12 Gehäuse

14 Arbeitsvolumen

16 Wärmetauscheranordnung

18 erstes Arbeitsvolumen

20 zweites Arbeitsvolumen

22 Verdrängerkörper

24 Ventileinrichtung

26 Wärmequelle

28 Regenerator

30 Achse

32 Welle

34 Speichervolumen

36 Anschluss

38 Turbine

40 Düse

42 Rotor

44 Steuereinrichtung

46 Bodenplatte

48 Zentralkörper

50 Deckenplatte

52 Lager

54 Generator

56 Rotorblatt

58 Abdeckung

60 poröser Abschnitt

62 Steuerleitung

64 mechanisches Getriebe

66 Träger

68 äußerer Spalt

70 innerer Spalt

72 innere Schräge äußere Schräge Seitenwand