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Title:
HEAT ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/166763
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a high-pressure gas drive unit consists of high-pressure accumulators (1a-1h) having installed registers, in which gas having high pressure in the initial state is contained. In the case of half of the high-pressure accumulators, heat is supplied by means of registers, and this leads to an increase in pressure. The other accumulators are cooled. The corresponding pressure difference of the gas is used to move the pistons of a plurality of compressors (2i-2l), which are connected in series with lines (22). For this purpose, gas is used in the first and last cylinder chambers (4) of the compressors (2i, 2l) and subsequently liquid. By opening and closing valves (14-21) of the high-pressure accumulators, which are each under pressure, piston movement is produced by means of gas pressure and liquid pressure in both directions. By means of attached cylinders (5, 7) on the compressors (2i-2l), the pistons contained therein are moved, which suck in respiratory air and supply and start up compressed-air-operated technical devices therewith. By compressing and expanding the air, heat and cooling can be produced. The compressors can also be used as a water piston pump (21).

Inventors:
DANIEL, Erwin (Neustiftgasse 51/6+7, 1070 Wien, 1070, AT)
Application Number:
EP2018/054210
Publication Date:
September 20, 2018
Filing Date:
February 21, 2018
Export Citation:
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Assignee:
DANIEL, Erwin (Neustiftgasse 51/6+7, 1070 Wien, 1070, AT)
International Classes:
F04B17/00; F03G6/00; F03G7/04
Domestic Patent References:
WO2016182436A12016-11-17
Foreign References:
AT514222A12014-11-15
US2991003A1961-07-04
AT511637A12013-01-15
Attorney, Agent or Firm:
BEER & PARTNER PATENTANWÄLTE KG (Lindengasse 8, 1070 Wien, 1070, AT)
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Claims:
Ansprüche :

Hochdruck-Gas-Antriebseinheit, mit der auf Basis von

Temperatur- und Druckunterschieden in

Hochdruckwärmetauschern (la-h)über Verdichter (2i-l) eine Kompression von Gas erfolgt, das zum Antrieb von

pressluftabhängigen Geräten sowie zur Wärme und

Kälteerzeugung dient, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verdichter (2i-21) durch Leitungen in Serie verbunden sind und der Antrieb der Kolben in den Zylindern (3) durch

Flüssigkeit, welche von den Verdichtern (2i) und (21) ausgeht, erfolgt.

Hochdruck-Gas-Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb im ersten Verdichter (2i) und im letzten Verdichter (21) der Serie der Kolben im Zylinder (4) in der Vorwärtsbewegung durch Gas und in der Rückwärtsbewegung durch Flüssigkeit (3) erfolgt.

Hochdruck-Gas-Antriebseinheit nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass sich die Hochdruckwärmetauscher (la-d) mit dem Zylinder (4) des Verdichters (2i) und die

Hochdruckwärmetauscher (le-h) mit dem Zylinder (h) des Verdichters (21) im geschlossenen Gaskreislauf befinden.

Hochdruck-Gas-Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (21) zur Wassergewinnung als Kolbenpumpe im Sekundärkreislauf

Anwendung findet.

Verfahren zum Betreiben einer Hochdruck-Gas- Antriebseinheit, mit der auf Basis von Temperatur- und Druckunterschieden in Hochdruckwärmetauschern (la-h) über Verdichter (2i-l) Gas komprimiert wird, das zum

Antrieb von pressluftabhängigen Geräten sowie zur Wärme und Kälteerzeugung genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere durch Leitungen in Serie verbundene Verdichter (2i- 21) verwendet und die Kolben in den Zylindern (3) durch Flüssigkeit, welche von den Verdichtern (2i) und (21) ausgeht, angetrieben werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Verdichter (2i) und im letzten Verdichter (21) der Serie der Kolben im Zylinder (4) in der Vorwärtsbewegung durch Gas angetrieben und in der Rückwärtsbewegung durch Flüssigkeit (3) angetrieben wird.

Description:
WÄRMEKRAFTMASCHINE

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Gasantriebseinheit, mit der auf Basis von Temperatur- und Druckunterschieden in

Hochdruckwärmetauschern Gas komprimierbar ist, welches zum Antrieb von technischen Vorrichtungen dient.

Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Einheit.

Aus der US 5 259363, der AT 410 966 B, der AT 511637 und der AT 511077 A4 sind Anlagen zur Solargewinnung bekannt. Darin wird eine Vorrichtung zum Verdichten eines Gases mittels

Sonnenenergie und/oder Umgebungswärme oder Industrie-Abwärme beschrieben, wobei ein erster Wärmetauscher auf hohem

Temperaturniveau und ein zweiter Wärmetauscher auf niedrigem Temperaturniveau und dazwischen ein Kolbenverdichter zur Abgabe mechanischer Energie vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Hochdruck-Gas- Antriebseinheit möglichst energieeffizient betreiben zu können.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einer Hochdruck- Gas-Antriebseinheit, welche die Merkmale des Anspruches 1 aufweist .

Des Weiteren wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gelöst, welches die Merkmale des Anspruches 5 aufweist.

Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sin Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung zielt darauf ab, dass je nach Leistung und

Anforderung mehrere Kolbenverdichter in Serie angeordnet werden Die einzelnen Zylinder sind in einem Primärkreislauf durch Leitungen verbunden und mit einer Flüssigkeit gefüllt, die den Druck auf die Kolben ausübt.

Die vorderste und letzte Zylinderkammer der in Serie

angeordneten Verdichter ist mit Gas gefüllt, welches in den Wärmetauschern durch Ausdehnung erzeugt wird und wechselseitig zum Antrieb der in weiterer Folge flüssigkeitsbetriebener Kolben dient .

Der Vorteil besteht darin, dass mehrere Verdichter mit

wesentlich weniger Gasmenge angetrieben werden können.

In der variablen Anzahl von Hochdruck-Wärmetauschern wird durch Wärmeeinwirkung Gasdruck erzeugt, bei weiteren Wärmetauschern entsteht durch Wärmeentzug Druckabfall.

Dieser Druckunterschied wird als Antrieb von Verdichtern

verwendet, welche im Primärkreislauf aus einem Zylinder

bestehen, in dem sich ein Kolben befindet. An beiden Seiten sind räumlich getrennte Zylinder angebaut mit kleineren Kolben. Eine Schubstange, die beidseitig am großen Kolben angebracht und mit den Kolben in den angebauten Zylinder verbunden ist, bewegt die kleineren Kolben im Sekundärkreislauf vor- und rückwärts.

Im sekundären Kreislauf wird durch die Vor-und Rückwärts- Bewegung der kleineren Kolben in den Zylindern über eine

Ansaugleitung Atemluft angesaugt und zu den Verbrauchern über Druckleitungen befördert. Zur Wasserversorgung können die

Verdichter auch als Kolbenpumpe Verwendung finden.

Die Größe der einzelnen Zylinder und Kolben zueinander sind variabel und richten sich nach dem erforderlichen Volumen und Druck. Die einzelnen Sekundär-Zylinder können auch miteinander verbunden werden, um größere Drücke und Volumen zu erzielen. Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung weiter erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Anlage.

Die Antriebseinheit, deren Anzahl je nach Leistungsanforderung variabel sein kann, besteht aus acht Hochdruckspeichern

1 a, b, c, d, e, f, g, h, mit Wärme und Kälte leitenden Registern mit Zuleitungen 23, die wechselseitig aufgewärmt und abgekühlt werden. Die Hochdruckspeicher 1 a,b,c,d befinden sich mit der Zylinderkammer 4 des Verdichters 2i im geschlossenen Kreislauf, ebenso die Hochdruckspeicher 1 e,f,g,h mit der Zylinderkammer 4 des Verdichters 21.

Das Gas in den Hochdruckspeichern la, lc, lf, lh, wird durch Sonnenenergie, Industrie-Abwärme und sonstige Wärmeerzeuger erwärmt, was zu Druckanstieg führt. In den Hochdruckspeichern lb, ld, le, lg, wird durch geringere Umgebungstemperatur,

Kühlwasser, Windeinfluss , Industriekühlung abgekühlt, was

Druckabfall bewirkt.

Nach Beendigung eines Zyklus wird die Temperatur in den

Speichern von warm auf kalt und umgekehrt gewechselt. Der entstehende Druckunterschied wird für den Antrieb von Kolben in den Verdichtern verwendet.

Die Zylinderkammern 4 der Verdichter 2i und 21 können auch mit einer flexiblen dehnbaren Blase ausgestattet sein

(Zieharmonikaeffekt) , um ein Eindringen von Flüssigkeit in den Gaskreislauf zu verhindern.

Primärkreislauf :

Das Ventil 14 des Hochdruckspeichers la und das Ventil 18 des Hochdruckspeichers le werden gleichzeitig geöffnet und das unter höherem Druck stehende Gas des Speichers la strömt durch die Leitung 24h in die vordere Zylinderkammer 4 des Verdichters 2i.

Durch den Gasdruck auf den darin befindlichen Kolben wird dieser bewegt und die Flüssigkeit hinter dem Kolben aus der

Zylinderkammer 3, die verdrängt wird, strömt durch die Leitung 22 in die nächste Zylinderkammer 3 des Verdichters 2j, wodurch wieder der Kolben bewegt wird und in weiterer Folge durch

Weiterleiten auch die übrigen Kolben der Verdichter 2k und 21 bewegt werden. In der letzten Kammer 4 des Verdichters 21 befindet sich keine Flüssigkeit, sondern Gas wie beim ersten Verdichter 2i. Dieses Gas wird durch die Leitung 24 und das geöffnete Ventil 18 in den Hochdruckspeicher le gedrückt.

Nachdem der Kolben die Endstelle erreicht hat, werden die

Ventile 14 und 18 geschlossen und die Ventile 19 und 15 der Hochdruckspeicher lf und lb werden geöffnet. Der aufgeheizte Speicher lf, der jetzt unter höherem Druck wie der Speicher lb steht, befördert das Gas über die Leitung 24 in die

Zylinderkammer 4 des Verdichters 21 und der Vorgang der

Kolbenbewegungen in den einzelnen Verdichtern beginnt von Neuem in die Gegenrichtung.

Dieser Vorgang wird solange wiederholt bis ein Druckausgleich hergestellt ist und keine Kolbenbewegung mehr stattfindet.

Die Ventile 19 und 15 werden geschlossen und die Ventile 16 und 20 des aufgeheizten Speichers lc und des gekühlten Speichers lg werden geöffnet. Der Vorgang beginnt von Neuem in die eine

Richtung. Nach Schließen der Ventile 16 und 20 und Öffnen der Ventile 21 und 17 von den Speichern lh und ld beginnt der

Vorgang in die Gegenrichtung. Zwischenzeitlich wird das Gas in den Hochdruckspeichern le, lb, aufgeheizt und in den

Hochdruckspeichern lf, la, abgekühlt. Ein neuer Vorgang kann beginnen . Sekundärkreislauf :

Durch die Kolbenbewegung wird durch einzelne Ansaugleitungen 8,10, die auch gemeinsam für mehrere Verdichter vorhanden sein können, in den Zylindern 5,7, Atemluft angesaugt und entweder sofort zu den Verbrauchern 11 zugeführt oder in weitere Zylinder 100 geleitet, um höhere Drücke oder Volumen zu erzielen. Ansaug- und Druckleitungen sind mit Rückschlagventilen ausgestattet. Die Verdichter sind auch als Kolben-Wasserpumpe verwendbar. Über die Leitung 9, 12 wird Wasser in die Zylinder 6, 60 angesaugt und über die Druckleitung 13 zu den Verbrauchern geleitet.

Die komprimierte Atemluft kann zum Antrieb von Stromgeneratoren oder pressluftbetriebenen Werkzeugen, Turbinen, Kühlen durch Entspannen der Luft, Erwärmen durch Pressung, Speichern der Luft und überall dort, wo Pressluft erforderlich ist, herangezogen werden .

Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel wie folgt

beschrieben werden:

Eine Hochdruck-Gas-Antriebseinheit besteht aus acht

Hochdruckspeichern la-h mit eingebauten Registern, in denen sich Gas mit hohem Druck im Ausgangszustand befindet.

Bei vier Hochdruckspeichern wird über Register Wärme zugeführt, was zur Druckerhöhung führt, die anderen vier Speicher werden gekühlt. Der entsprechende Druckunterschied des Gases wird dazu verwendet, die Kolben in vier Verdichtern 2i-l, die in Serie mit Leitungen 22 verbunden sind, zu bewegen.

Dazu wird in der ersten und letzten Zylinderkammer 4 der

Verdichter 2i, 21 Gas verwendet und in der Folge Flüssigkeit. Durch Öffnen und Schließen von Ventilen 14-21 der

Hochdruckspeicher, die jeweils unter Druck stehen, wird eine Kolbenbewegung durch Gas- und Flüssigkeits-Druck in beiden

Richtungen hergestellt. Durch angebaute Zylinder 5,7 an den Verdichtern 2i-l werden die darin befindlichen Kolben bewegt, welche Atemluft ansaugen und damit pressluftbetriebene technische Vorrichtungen versorgen und in Betrieb nehmen. Durch Pressen und Entspannen der Luft kann Wärme und Kühlung

hergestellt werden. Die Verdichter können auch als Wasser Kolbenpumpe 21 verwendet werden.

Bezugs zeichenliste :

LEGENDE

1 Druckspeicher mit Warm-Kalt Register a b c d e f g h

2 Verdichter i j k 1

3 Primär Zylinder mit Kolben und Flüssigkeitsfüllung

4 Primär Zylinder mit Kolben und Gasfüllung

5 Sekundär Zylinder mit Luft geringerer Druck

6 Sekundär Zylinder mit Wasser geringerer Druck

60 Sekundär Zylinder mit Wasser höherer Druck

7 Sekundär Zylinder mit Luft höherer Druck

8 Luft Ansaugöffnung

9 Wasser Ansaugöffnung

10 Luft Ansaugleitung Sekundär

100 Luft Verbindungsleitung Sekundär

11 Luft Druckleitung Sekundär

12 Wasser Ansaugleitung Sekundär

13 Wasser Druckleitung Sekundär

14-21 Wechselseitige Absperrventile

22 Verdichter Verbindungsleitung Primär

23 Warm-Kalt Register Anspeiseleitung

24 Gasgefüllte Verbindungsleitung

25 Sekundär Zylinder