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Patent Searching and Data


Title:
REVERSE OSMOSIS DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/008075
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for carrying out a reverse osmosis on a medium for separation, driven by a hydrostatic pressure using a conventional reverse osmosis device (26) with a pressure side and a product side, which are both separated by means of a semi-permeable membrane. The medium for separation on the pressure side is pressurised by means of a pressure-generating device (5, 7, 19, 21, 5', 7'). The pressure-generating device (5, 7, 19, 21, 5', 7') contains a pressure-liquefying working medium with a critical temperature between 20 and 100 °C, in which a pressure increase and volume increase may be generated by heating for application to the medium for separation.

Inventors:
REICHWEIN DIETRICH (AT)
PETERS OLAF (AT)
Application Number:
PCT/EP2001/008371
Publication Date:
January 30, 2003
Filing Date:
July 19, 2001
Export Citation:
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Assignee:
REICHWEIN DIETRICH (AT)
PETERS OLAF (AT)
International Classes:
B01D61/10; F02G1/043; F02G1/044; F03G7/04; (IPC1-7): B01D61/10; F02G1/044; F03G6/00
Foreign References:
ES2114759A11998-06-01
US4883823A1989-11-28
DE2525534A11976-12-16
DE2510168A11976-09-16
Other References:
CHILDS W D ET AL: "VARI-RO solar-powered desalting technology", DESALINATION, ELSEVIER SCIENTIFIC PUBLISHING CO, AMSTERDAM, NL, vol. 125, no. 1-3, 1 November 1999 (1999-11-01), pages 155 - 166, XP004202647, ISSN: 0011-9164
Attorney, Agent or Firm:
PFENNING, MEINING & PARTNER GBR (München, DE)
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Claims:
'Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Durchführung einer durch einen hydrostatischen Druck betriebenen Umkehrosmose eines zu trennenden Mediums mit einer herkömmlichen Umkehrosmosevorrichtung (26) mit einer Druckseite und einer Produktseite, die beide durch eine semipermeable Membran getrennt sind und wobei das zu trennende Medium auf der Druckseite mittels einer Druckerzeugungsvorrich tung (5,7, 19,21, 5', 7') mit Druck beaufschlag bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerzeugungsvorrichtung (5,7, 19,21, 5', 7') ein druckverflüssigtes Arbeitsmittel mit ei ner kritischen Temperatur zwischen 20 und 100 °C enthält, in dem durch Erwärmung eine Druckerhö hung und Volumenvergrößerung zur Beaufschlagung des zu trennenden Mediums erzeugbar ist.
2. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, da durch gekennzeichnet, daß die Druckerzeugungsvor richtung (5,7, 19,21, 5', 7') eine Wärmekraftma schine aufweist, bei der das Arbeitsmittel in ei nem Kreisprozeß zwischen einer niedrigeren Tempe ratur T2 und einer höheren Temperatur Ti führbar ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerzeu gungsvorrichtung (5,7, 19,21, 5', 7') mit einem Sollarkollektor (1) verbunden ist, um das Ar beitsmittel auf die Temperatur T1 zu erwärmen.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerzeu gungsvorrichtung (5,7, 19,21, 5', 7') mit einem Medium der Temperatur T2 verbunden ist, um das Arbeitsmittel auf die Temperatur T2 abzukühlen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das Arbeitsmittel mittels einer piezoelektrischer Wärmepumpe oder einem Pel tierelement erwärmt und/oder gekühlt wird.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerzeu gungsvorrichtung (5,7, 19,21, 5', 7') eine Pumpe (19,21) aufweist, die saugseitig mit einem Reser voir (22) für das zu trennende Medium und aus stoßseitig mit der Umkehrosmosevorrichtung (26) verbunden ist.
7. 'Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, da durch gekennzeichnet, daß die Pumpe (19,21) einen Pumpenzylinder (19) mit doppelwirkendem Pumpen kolben (21) aufweist, wobei der Innenraum des Pumpenzylinders (19) beidseitig zu dem Pumpenkol ben (21) jeweils mit dem Reservoir (22) für das zu trennende Medium und mit der Umkehrosmosevor richtung (26) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, da durch gekennzeichnet, daß der doppelwirkende Pum penkolben (21) auf jeder seiner beiden Seiten mit einem Arbeitskolben (7, 7') eines Arbeitszylin ders (5,5') verbunden und durch diese bewegbar ist, wobei die Arbeitszylinder (5, 5') mit dem Arbeitsmittel gefüllt sind. <BR> <BR> <P>9.
9. Vorrichtung nach dem Anspruch, da durch gekennzeichnet, daß der doppelwirkende Pum penkolben (21) auf jeder seiner beiden Seiten über je eine Ausgleichsvorrichtung (18, 18') mit dem jeweiligen Arbeitskolben (7, 7') des jeweili gen Arbeitszylinders (5, 5') verbunden ist.
10. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, da durch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsvorrich tung (18, 18') ein Federelement, beispielsweise eine Schraubenfeder, ist.
11. Vorrichtung nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ar beitszylinder (5, 5') jeweils mit einem Vorrats behälter (31) für das Arbeitsmittel verbunden sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitszylinder (5, 5') und/oder die Vorratsbehälter (31) für das Arbeitsmittel mit je zwei Wärmetauschern (2, 2', 11, 11') derart verbunden sind, daß das Arbeits mittel in jedem Arbeitszylinder (5, 5') und/oder in dem Vorratsbehälter in einem der Wärmetauscher (2, 2') auf die Temperatur T1 und in dem anderen Wärmetauscher (11, 11') auf auf die Temperatur T2 bringbar ist.,.
13. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, da durch gekennzeichnet, daß je einer der Wärmetau scher (2, 2') über eine Ringleitung mit dem Sol larkollektor (1) verbunden und der Sollarkollek tor (1) sowie die Wärmetauscher (2, 2') mit einem Medium der Temperatur T1 durchströmbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß je einer der Wärmetauscher (11, 11') über eine Ringleitung von dem Medium der Temperatur T2 durchströmbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurchgekennzeichnet, daß zwischen der Druckerzeugungsvorrichtung (5,7, 19,21, 5', 7') und der Umkehrosmosevorrichtung (26) ein Windkes sel (25) für das zu trennende Medium angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß dem Arbeitsmit tel Wärme zwischen 20 °C unterhalb seiner kriti schen Temperatur und 40 °C oberhalb seiner kriti schen Temperatur zuführbar ist.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß dem Arbeitsmit tel Wärme zwischen 10 °C unterhalb seiner kriti schen Temperatur und seiner kritischen Temperatur zuführbar ist.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmit tel Chlortrifluormethan, Kohlendioxyd, Ethan, Acetylen, Stickoxydul, Methylfluorid, Chlorwaser stoff und/oder Bromtrifluormethan enthält.
19. Verfahren zur Durchführung einer einer durch ei nen hydrostatischen Druck betriebenen Umkehrosmo se, wobei das zu trennende Medium der Druckseite einer semipermeablen Membran in einer Umkehrosmo sevorrichtung (26) unter Druck zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, d a ß zur Erzeugung des Drucks ein druckverflüssigtes Arbeitsmittel mit einer kritischen Temperatur zwischen 20 und 100 °C erwärmt wird, wobei eine Druckerhöhung und Volumenvergrößerung des Ar beitsmittels erzeugt und das zu trennende Medium mit dem so erzeugten Druck des Arbeitsmittels beaufschlagt wird.
20. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, da durch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel in einem Kreisprozeß zwischen einer niedrigeren Tem peratur T2 und einer höheren Temperatur Ti geführt wird.
21. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme zur Erwärmung des Arbeitsmittels mit einem Sol larkollektor (1) erzeugt und auf das Arbeitsmit tel übertragen wird..
22. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, da durch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel an schließend an eine Erwärmung auf die Temperatur T2 abgekühlt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel mittels einer piezoelektrischen Wärmepumpe und/oder einem Peltierelement erwärmt und/oder abgekühlt wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, da durch gekennzeichnet, daß der von dem Arbeitsmit tel bei dessen Erwärmung erzeugt Druckerhöhung und Volumenvergrößerung eine Pumpe (19,21) an treibt, die das zu trennende Medium ansaugt und unter Druck zu der Umkehrosmosevorrichtung (26) transportiert.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, da durch gekennzeichnet, daß das zu trennende Medium mit einer Pumpe (19,21) mit einem Pumpenzylinder (19) mit doppelwirkendem Pumpenkolben (21) ge pumpt wird, wobei der Pumpenzylinder (19) in ei nem Hub auf seiner einen Seite zu trennendes Me dium ansaugt und auf der anderen Seite angesaugte zu trennendes Medium ausstößt und auf seinem Rückweg auf der einen Seite das angesauge, zu trennende Medium ausstößt und auf der anderen Seite zu trennendes Medium ansaugt. <BR> <BR> <P>26.
26. Verfahren nach dem Anspruch, da durch gekennzeichnet, daß der doppelwirkende Pum penkolben (21) in seine beiden Richtungen jeweils mittels eines Arbeitskolbens (7, 7') eines Ar beitszylinders (5,5') bewegt wird, wobei die Ar beitszylinder (5, 5') mit dem Arbeitsmittel ge füllt sind.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, da durch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel mit tels eines ersten Wärmetauschers auf die Tempera tur T1 und/oder mittels eines zweiten Wärmetau schers auf die Temperatur T2 gebracht wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 27, da durch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel auf eine Temperatur zwischen 20 °C unterhalb seiner kritischen Temperatur und 40 °C oberhalb seiner kritischen Temperatur erwärmt wird.
29. Verfahren nach dem Anspruch, da durch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel auf eine Temperatur zwischen 10 °C unterhalb seiner kritischen Temperatur und seiner kritischen Tem peratur erwärmt wird.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsmittel Chlortrifluormethan, Kohlendioxyd, Ethan, Acety len, Stickoxydul, Methylfluorid, Chlorwaserstoff und/oder Bromtrifluormethan verwendet wird.
31. Verwendung einer Vorrichtung oder eines Verfah rens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Entsalzung von Wasser, insbesondere von Meerwas ser sowie zur Gewinnung von Süßwasser, insbeson dere von Trinkwasser.
Description:
Umkehrosmosevorrichtung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einer Vor- richtung zur Durchführung eines durch einen hydrosta- tischen Druck betriebenen Membrantrennverfahrens wie der Umkehrosmose. Derartige Membranfiltrationsverfah- ren beruhen auf der Anwendung einer semipermeablen Membran, wobei die Umkehr der normalen Osmose unter Überwindung des osmotischen Druckes durch einen höhe- ren Druck erzwungen wird. Dabei wird druckseitig das von. seinen Bestandteilen zu trennende Medium, gewöhn- lich eine Flüssigkeit wie Salzwasser und dergleichen, mit einem hohen Druck beaufschlagt, so daß die Mole- küle des Mediums durch die semipermeable Membran ent- gegen dem osmotischen Druck hindurchgedrückt werden.

Die technische Membrananordnung geschieht beispiels- weise in Modulen, wobei beispielsweise Platten-, Wik- kel-, Rohr-, Kapillar-oder Hohlfasermodule verwendet werden.

Derartige Umkehrosmosevorrichtungen werden im großen Maßstab bei der Trinkwassergewinnung durch Meerwasse- rentsalzung und durch Aufbereitung von Brackwasser, bei der Entgiftung und dem Recycling von Abwässern, beispielsweise aus galvanotechnischen Betrieben, bei der Entfernung von Farbstoffen aus Abwässern der Tex- tilfärberei oder dem Aufbereiten von Kesselspeisewas- ser bei der Gewinnung von hochreinem Wasser z. B. für die Elektroindustrie und chemische Labors sowie in der pharmazeutischen und kosmetischen Industrie. ein- gesetzt. Es gibt auch Anwendungen im Bereich der Nah- rungsmittelindustrie, z. B. bei der Konzentrierung von Fruchtsäften.

Umkehrosmosevorrichtungen erfordern die Erzeugung ei- nes hohen Druckes, um den osmotischen Druck an der semipermeablen Membran zu kompensieren. Herkömmliche Verfahren erfordern hier einen hohen Energieeinsatz.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Durchführung einer Umkehrosmose zur Verfügung zu stellen, bei der der erforderliche Druck mit geringem Energiebedarf erzeugt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach Patent- anspruch 1 sowie das Verfahren nach Patentanspruch 19 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Vorrich- tung und dieses Verfahrens sowie Verwendungen dieser Verfahren und Vorrichtungen werden in den weiteren Ansprüchen gegeben.

Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für eine Entsalzungsanlage unter Ausnutzung von Sola- renergie zur Druckerzeugung mittels eines Kreispro- zesses. Die Umkehrosmosevorrichtung, beispielsweise das Modul, das die semipermeable Membran enthält,

kann herkömmlicher beliebiger Konstruktion sein, wie es eine Vielzahl derartiger Umkehrosmosemodule auf dem Markt gibt.

Entscheidend für die vorliegende Erfindung ist dabei die Erkenntnis, daß die Druckerzeugung mittels eines druckverflüssigten Arbeitsmittels erfolgen kann.

Weist dieses eine kritische Temperatur zwischen 20 und 100 °C auf, so erfolgt im Bereich um die kriti- sche Temperatur bei Erwärmung eine sehr starke Druk- kerhöhung und Volumenvergrößerung des Arbeitsmittels.

Diese Druckerhöhung und Volumenvergrößerung, die be- reits durch Erwärmung des Arbeitsmittels um wenige Grad Celsius erzeugt wird, genügt um das zu trennende Medium mit einem ausreichenden Druck zur Durchführung der Umkehrosmose zu beaufschlagen.

So erfolgt beispielsweise bei der Erwärmung von druckverflüssigtem CÜ2 von 25 °C auf 55 °C eine Volu- menänderung um das 2,3fache unter Erhöhung des Druk- kes von 65,6 kg/cm2 auf 100 kg/cm2. Mittels dieses Druckes läßt sich nun das zu trennende Medium unter hohem Druck zu der semipermeablen Membran pumpen.

Vorteilhafterweise kann die zur Erwärmung des Ar- beitsmittels erforderliche Wärme durch Verwendung von Solarenergie erzeugt werden. Besonders geeignet sind hierbei selbstverständlich kostengünstige und im Auf- bau einfache und wartungsarme Solarkollektoren. Jede andere Möglichkeit zur Erzeugung von Solarenergie, beispielsweise auf dem Umweg über Solarzellen und der Erzeugung von elektrischem Strom ist jedoch auch ge- eignet, jedoch weniger energieeffizient.

Vorteilhafterweise wird eine Kolbenhubmaschine ver- wendet, um den Druck des Arbeitsmittels, das als Zy-

linderfüllung vorliegt, auf das zu trennende Medium zu übertragen. Wesentlich ist dabei die Auswahl des Dehnungsvolumens, das nicht nur durch die Größe des Kolbenzylinders und die Größe des Hubkolbens bestimmt wird, sondern es ist auch möglich, das Innenvolumen des Zylinders über eine Verbindungsleitung mit einem Reservoir an Arbeitsmittel zu verbinden. In diesem Falle genügt es, das in dem Reservoir befindliche Ar- beitsmittel zu erwärmen, so daß dieses in den Zylin- der einströmt und dort Druck auf den Kolben ausübt.

In diesen vorteilhaften Varianten stützt sich die Er- findung zum einen auf die Verbindung der Solarwärme- druckerzeugung mit einer Umkehrosmosevorrichtung als auch auf die Bestimmung des Kolbenhubes durch die Auswahl des Dehnungsvolumens des Arbeitsmittels im Verhältnis zur wirksamen Kolbenfläche über gegebenen- falls zusätzliche Arbeitsmittelreservoire.

Der Energiebedarf wird vorteilhafterweise durch eine arbeitsleistende, periodisch wirkenden Wärmekraftma- schine mit flüssigen/festen arbeitsleistenden Wärme- trägern gedeckt. Das Arbeitsmittel selbst wird, ähn- lich dem Kreisprozeß nach Stirling, nicht periodisch ausgetauscht. Statt dessen wird ein Wärmestrom vom Wärmebad T, durch das Arbeitsmittel periodisch wech- selnd nach dem Wärmebad T2 geführt. Mithin ist die zur Verfügung stehende Arbeit mit dem thermischen Wirkungsgrad (T1-T2)/T1 bestimmt. Als Arbeitsmittel wird bevorzugter Weise C02 im flüssigem Aggregatzu- stand angewendet. Grundsätzlich sind auch Arbeitsmit- tel wie in den DE'25 25 534 C3 und DE 23 58 959 C3 angeführt, im Kreisprozeß einsetzbar.

Da aber die Ausdehnung im flüssigen Aggregatzustand entsprechend den jeweiligen Stoffwerten begrenzt ist,

wird vorteilhafterweise erfindungsgemäß das Volumen des Arbeitsmittels so gewählt, daß in den Grenzen von T1 nach T2 beziehungsweise T2 nach T, die eintretende Volumenänderung in Abstimmung mit der Kolbenfläche den geforderten Kolbenweg ergibt. Der Kolbenquer- schnitt wird durch die jeweils geforderte Kolbenkraft bestimmt.

Periodisch arbeitende Wärmekraftmaschinen mit einem Kreisprozeß nach Kirchhoff (s. DE 25 25 534) haben wegen der engen Grenzen und geringen Temperaturdiffe- renzen von T2 nach T1 einen geringen thermischen Wir- kungsgrad und darüber hinaus wegen der begrenzten Wärmetauschgeschwindigkeit geringe Arbeitsgeschwin- digkeiten, södaß ihre Anwendungen nur bei Ausnutzung von Abfallwärme oder kostenloser Solarenergie tech- nisch bzw. wirtschaftlich vertretbar ist.

In Verbindung mit Umkehrosmoseanlagen bietet sich die kostenlos zur Verfügung stehende Solarenergie an. Der geringe Wirkungsgrad wird durch entsprechende Dimen- sionierung der Absorberfläche (Kollektorflächen) aus- geglichen. Da nur statische Drücke benötigt werden, kann der geringen Arbeitsgeschwindigkeit durch weite- re parallel geschaltete Pumpeinrichtungen Rechnung getragen werden.

Im folgenden werden einige Beispiele erfindungsgemä- ßer Vorrichtungen sowie erfindungsgemäßer Verfahrens- führungen beschrieben werden.

Es zeigen Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der vorlie- genden Erfindung ; Fig. 2 eine Variante zu der Ausführungsform in Fig. 1 ; Fig. 3 ein T-S-Diagramm, das die Verfahrensführung erläutert ; Fig. 4 die Temperatur-, Druck-, Volumen-, Enthal- pie-und Entropie-Verhältnisse an bestimm- ten Punkten aus Fig. 3 ; und Fig. 5 eine Erläuterung der einzelnen Arbeits- schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Fig. 3.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Umkehrosmosevor- richtung.

Hierbei ist ein Solarkollektor 1 über die Leitungen 3,4 bzw. 3', 4'mit Wärmetauschern 2 bzw. 2'verbun- den. Diese Wärmetauscher sind ihrerseits wiederum über eine Zuleitung 9, 9'und eine Ableitung 8, 8' und eine Umwälzpumpe 10, 10'mit je einem Arbeitszy- linder 5, bzw. 5'verbunden, in dem ein Hubzylinder 7, bzw. 7'läuft. Der Hubzylinder 5, 5'weist ein In- nenvolumen 6, 6'auf, das mit einem druckverflüssig- ten Arbeitsmittel mit einer kritischen Temperatur zwischen 20 und 100 °C, hier mit C02 mit einer kriti- schen Temperatur von 31 °C, gefüllt ist.

Das Arbeitsmittel kann nun über den Solarkollektor 1 und die Wärmetauscher 2, 2'in den Zylindern 5, 5'

auf die Temperatur T1 des Solarkollektors bzw. nahezu auf diese Temperatur erwärmt werden. Dabei dehnt es sich aus und schiebt den jeweiligen Hubzylinder 7, 7' nach außen.

In umgekehrter Weise wird das Arbeitsmedium über Lei- tungen 12,13 und eine Umwälzpumpe 14 bzw. Leitungen 12', 13'und Umwälzpumpe 14'aus den beiden Arbeits- zylindern 6, bzw. 6'durch Wärmetauscher 11, 11'ge- leitet. Dort wird es auf eine Temperatur T2 eines Wärmebades 15 bzw. 15'abgekühlt. Der Wärmetauscher ist hierzu auf seiner anderen Seite über Leitungen 16,16'und 17, 17'mit den Wärmebädern 15, 15'ver- bunden.

Es ist nun also möglich, zeitgleich durch Betrieb der Wärmepumpen 10 und 14'das Arbeitsmittel in dem Ar- beitszylinder 6 auf die Temperatur Tj. zu erwärmen und gleichzeitig das Arbeitsmittel in dem Arbeitszylinder 6'auf die Temperatur T2 abzukühlen. In einem nach- folgenden Schritt kann dann das Arbeitsmittel in dem Arbeitszylinder 6 auf die Temperatur T2 durch Betrieb der Umwälzpumpe 14 abgekühlt und das Arbeitsmittel in dem Arbeitszylinder 6'durch Betrieb der Umwälzpumpe 10'auf die Temperatur T1 erwärmt werden. Hierdurch wird eine gleichsinnige Bewegung der Arbeitskolben 7, 7'bewirkt.

Zwischen diesen beiden Arbeitskolben 7, 7'ist ver- bunden über Ausgleichsvorrichtungen 18, 18', bei- spielsweise Schraubenfedern, eine Pumpe angeordnet, die einen Zylinder 19 mit doppelwirkendem Pumpenkol- ben 21 aufweist. Dieser Pumpenkolben 21 wird nun durch die gleichsinnige Bewegung der Arbeitskolben 7, 7'hin und her bewegt. Ein Dichtring 33, der in der Mitte des Kolbens 21 angeordnet ist, unterteilt das

Innenvolumen des Zylinders 19 in zwei Teilvolumina 20, 20', die sich jeweils zu beiden Seiten des Dich- trings 33 in Richtung der Hin-und Herbewegung des Kolbens 21 erstrecken. Jedes dieser beiden Volumina 20, 20'ist über eine Saugleitung 23 mit einem Salz- wasser (SW)-Reservoir 22 verbunden. Die Saugleitung kann von dem Salzwasserreservoir 22 über eine gewisse Strecke als gemeinsame Saugleitung 23 geführt werden, bevor sie in zwei Saugteilleitungen 23a und 23b auf- getrennt wird, die zu den jeweiligen Volumina 20, 20' führen. In den Saugteilleitungen 23a, 23b ist jeweils ein Rückschlagventil 24, 24'angeordnet, das verhin- dert, daß Salzwasser aus dem Zylinder 19 zum Salzwas- serreservoir 22 zurückfließen kann.

Weiterhin sind die Teilvolumina 20, 20'jeweils über eigene Druckleitung 27a, 27b, die zu einer gemeinsa- men Druckleitung 27 zusammengeführt werden, mit der herkömmlichen Umkehrosmoseeinrichtung 26 verbunden.

Bei der Umkehrosmoseeinrichtung 26 handelt es sich beispielsweise um ein Modul, das eine semipermeable Membran aufweist. Das Modul besitzt einen Ablauf 30 druckseitig zu der semipermeablen Membran und einen Ablauf 29 auf der anderen Seite der semipermeablen Membran zur Entnahme von entsalztem Wasser (EW). Über den Ablauf 30 kann salzangereichertes Salzwasser aus der Umkehrosmoseeinrichtung 26 abgelassen und zum Salzwasserreservoir 22, beispielsweise einem Meer, zurückgeführt werden.

Auch in den Teilleitungen 27a und 27b sind Rück- schlagventile 28, 28'angeordnet, die verhindern, daß unter Druck zu der Umkehrosmoseeinrichtung 26 gepump- tes Salzwasser in den Zylinder 19 zurückfließen kann.

Bewegt sich nun der Pumpenkolben 21 gemäß dem Doppel- pfeil A in dem Zylinder 19 hin und her, so wird bei einer Bewegung in Richtung des Zylinders 5 das in dem Volumen 20 befindliche Salzwasser unter hohem Druck durch die Leitung 27a, 27 zu der Umkehrosmoseeinrich- tung 26 gedrückt. Zugleich wird in das Volumen 20' über die Leitung 23,23b und das Rückschlagventil 24' aus dem Salzwasserreservoir 22 Salzwasser angesaugt.

Bei der Rückbewegung des Pumpenkolben 21 in Richtung des Kolbens 5'aufgrund einer Ausdehnung des Arbeits- mittels in dem Kolben 5 und einem Zusammenziehen des Arbeitsmittels in dem Kolben 5'wird nun das so ange- saugte Salzwasser aus dem Teilvolumen 20'über die Leitungen 27b, 27 zu der Umkehrosmoseeinrichtung 26 gedrückt. Zugleich wird nun Salzwasser aus dem Reser- voir 22 in das Teilvolumen 20 über die Leitung 23, 23a angesaugt.

Um die Bedingungen einer rhythmisch arbeitenden Wär- mekraftmaschine zu erfüllen, sind die Umwälzpumpen 10 und 14'bzw. 14 und 10'wechselweise in Betrieb. Das Arbeitsmedium wird in den Zylindervolumina 6, 6' wechselweise auf das. Temperaturniveau T1 erwärmt, be- ziehungsweise auf das Temperaturniveau T2 abgekühlt.

Dabei wird jeweils ein Zylindervolumen auf T1 erwärmt und das gegenüberliegende Zylindervolumen auf T2 ge- kühlt. Je nach den Stoffwerten des gewählten Arbeits- mediums erfolgen im Bereich der angegebenen Grenzen im TS-Diagramm Ausdehnung und Zusammenziehung des Ar- beitsmittels im Rhythmus der Wärmezufuhr und Wärmeab- fuhr.

Die Ausdehnungsarbeit erfolgt durch Erwärmen des Ar- beitsmittels über die Umwälzpumpe 10, 10'und den Wärmetauscher 2, 2'auf das Temperaturniveau T1, wäh-

rend über die Umwälzpumpe 14,14'das Arbeitsmedium mittels Wärmetauscher 11, 11'auf das Temperaturni- veau T2 gebracht wird.

Beim Rückführen auf das untere Temperaturniveau T2 wird keine Arbeit geleistet. Die nutzbare Arbeit ent- steht aus dem Wechselspiel von T2 nach T1 mit dem ma- ximalen thermischen Wirkungsgrad il gemäß Carnot il = (T1-T2)/T1 Es soll an dieser Stelle jedoch darauf hingewiesen werden, daß das Arbeitsmittel in den Volumina 6, 6' der Zylinder 5, 5'selbstverständlich auch über pie- zoelektrisch wirkende Wärmepumpen, die je nach Strom- richtung die Wärmestromrichtung steuern, oder über Peltier-Elemente zwischen zwei Temperaturen T1 und T2 geführt werden können. In diesem Falle können dann die Solaranlage 1, mit den nachgeordneten Wärmetau- schern 2, 2'sowie die Wärmebäder 15, 15'mit den vorgelagerten Wärmepumpen 11, 11'entfallen.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Beispiel für eine erfin- dungsgemäße Vorrichtung, wobei diese vollständig der in Fig. 1 entspricht, mit Abweichungen im Bereich der Arbeitskolben 5, 5'. Dabei ist in Fig. 2 lediglich der Bereich des Arbeitskolbens 5 dargestellt, während selbstverständlich der Bereich des Arbeitskolbens 5' in entsprechender Weise aufgebaut sein kann. In sämt- lichen Figuren bezeichnen gleiche oder ähnliche Be- zugszeichen gleiche oder ähnliche Bauelemente.

Im Unterschied zu Fig. 1 sind nunmehr die Wärmetau- scher 2 und 11 nicht unmittelbar mit dem Innenvolumen 6 des Arbeitszylinders 5 verbunden. Denn der Arbeits- zylinder 5 und sein Innenvolumen sind über eine Lei- tung 32 mit einem Vorratsreservoir 31 für das Ar-

beitsmittel verbunden. Nunmehr wird dieses Reservoir 31 über die Leitungen 9,8 bzw. 12 und 13 mit den Wärmetauschern 2 und 11 verbunden.. Es erfolgt folg- lich eine Erwärmung bzw. Abkühlung des Arbeitsmittels in dem Reservoir 31. Da dieses jedoch mit dem Ar- beitsmittel in dem Innenvolumen 6 des Arbeitszylin- ders 5 über eine Leitung 32 kommuniziert, führt eine Druckerhöhung und Volumenausdehnung in dem Reservoir 31 zu einem Kolbenhub des Zylinders 5. Entscheidend ist hierbei nun, daß mittels des Reservoirs 31 das Volumen des Arbeitsmittels so gewählt werden kann, daß in den Grenzen von T1 nach T2 bzw. T2 nach T1 die eintretende Volumenänderung in Abstimmung mit der Kolbenfläche des Kolbens 7 den erforderlichen Kolben- weg ergibt. Der Kolbenquerschnitt des Kolbens 7 wird durch die jeweils erforderliche Kolbenkraft bestimmt.

In der Fig. 2 wird daher das Volumen des Arbeitsmit- tels vorwiegend außerhalb des Arbeitszylinders 5 in dem Reservoir 31 rhythmisch über die Wärmetauscher 2 und 11 auf T1 erwärmt und auf T2 abgekühlt, so daß die gewonnene Arbeitshublänge mittels Volumenzu- wachs/-Minderung und wirksamer Kolbenfläche beliebig und unabhängig vom Zylindervolumen des Zylinders 5 bestimmt werden kann.

Fig. 3 zeigt ein T-S-Diagramm für Kohlendioxid als Arbeitsmittel, wobei die gewählte Verfahrensführung des Kreisprozesses für die Fig. 1 und 2 durch eine gepunktete Linie längs der besonderen Betriebspunkten 1 bis 5 eingezeichnet ist.

Fig. 4 und Fig. 5 zeigen zum einen die jeweiligen physikalischen Werte des Betriebsmittels an diesen Punkten (Fig. 4) sowie die Zustandsänderung für die einzelnen Prozeßschritte gemäß dem Kreisprozeß, wie

er in Fig. 3 dargestellt ist (Fig. 5).

Die folgende Erläuterung erfolgt beispielhaft anhand des Zylinders 5 aus Fig. 1. Beginnend mit dem Ar- beitsmittel mit einer niedrigen Temperatur an dem Punkt 1 erfolgt eine isochore Temperaturerhöhung von 25 auf 34 °C vom Punkt 1 nach Punkt 2, wobei der Druck von 65,6 kg/cm2 auf 100 kg/cm2 steigt. Hierbei wird lediglich ein hoher Druck aufgebaut. Im folgen- den Schritt von Punkt 2 nach Punkt 3 wird eine isoba- re Temperaturerhöhung von 34 auf 55 °C durchgeführt, wobei sich das Volumen von 1,4 1/kg auf 3,3 1/kg er- höht. Hier erfolgt also eine Volumenausdehnung, die zu einem Kolbenhub des Arbeitskolben 7 führt. Dieser Kolbenhub bei einem Druck von 100 kg/cm2 führt zu ei- ner Kompression des in dem Arbeitszylinder. 19 in der Kammer 20'angesaugten Salzwassers und Ausstoß dieses Salzwassers unter hohem Druck durch die Leitung 27b in Richtung der Umkehrosmosevorrichtung 26.

Im Anschluß an Punkt 3 wird eine isochore Abkühlung des Arbeitsmittels von 55 auf 25 °C durchgeführt, wo- durch auch der Druck wieder auf 65,6 kg/cm2 sinkt.

Diese isochore Abkühlung erfolgt bis zum Punkt 5, an den sich dann eine isotherme Kompression anschließt.

Dabei bleibt der Druck von 65,6 kg/cm2 konstant, die Temperatur beträgt 25 °C und die Verdichtung erfolgt von 3,3 1/kg auf 1,4 1/kg. Damit ist das Arbeitsmit- tel wieder im ursprünglichen Zustand und der Kolben 7 gleitet in seine linke Ausgangsstellung zurück. Dabei wird in die Kammer 20'Salzwasser durch die Leitung 23b, 23 aus dem Salzwasserreservoir 22 angesaugt. Nun kann der nächste Zyklus beginnen.

Werden die beiden Zylinder 5 und 5'bezüglich der Verfahrensführung von Betriebspunkt 1 bis 3 bzw. 3 bis 1 entgegengesetzt geführt, so erfolgt eine konti- nuierliche hin-und hergehende Pumpbewegung des Pump- zylinders 19 und eine Führung der gesamten Druckbe- aufschlagung des angesaugten Salzwassers im Kreispro- zeß.