[0001] Gegenstand der Erfindung ist ein Dampfkraftsystem zur direkten thermohydraulischen
oder thermopneumatischen Umwandlung von Dampfenergie in Druck-Energie auf ein Fördermedium.
[0002] Der übliche Weg zur Umwandlung von Dampfenergie in eine andere Energieform besteht
in der Verwendung von Kolbendampfmaschinen oder Dampfturbinen, in denen im Clausius-Rankine-Prozess
durch eine Dampfentspannung die Umwandlung in mechanische Energie stattfindet. Die
hierzu zur Verfügung stehenden Technologien und Mechanismen weisen einen hohen technischen
Reifegrad auf. Je nach Anwendungsfall der durchzuführenden Umwandlung ist jedoch der
notwendige bauliche und betriebstechnische Aufwand beträchtlich. Vor der Entwicklung
der Dampfmaschinen- und Dampfturbinentechnik führte die beginnende Industrialisierung
bereits zu Umwandlungstechnologien, die ohne die genannte Maschinentechnik auskamen.
In englischen Bergwerken erfolgte bereits teilweise die Entwässerung mit Hilfe der
Dampfkraft. Diese Technik ist bekannt unter der Bezeichnung kolbenlose Dampfpumpe.
Sie wurde 1698 von Denis Papin entwickelt und 1699 von Thomas Savery zu weiterer Reife
geführt.
[0003] Auch mit dem Siegeszug der Dampfmaschinen- und Dampfturbinentechnik blieben in einigen
Anwendungsgebieten Aufgaben der Dampfpumpentechnik erhalten. In der chemischen Industrie
erfolgt auch heute aus Gründen der Explosionssicherheit der Einsatz sogenannter Duplexpumpen
dann, wenn explosible Flüssigkeiten wie beispielsweise Benzin zu fördern sind.
[0004] Die Patentveröffentlichungen
DE 1751862 A,
DE 69914738 T2 und
US 5211017 A zeigen Lösungen mit zwei Kreiskolbenmaschinen des Typs "Wankel-Motor" mit jeweils
zwei Arbeitskammern, wobei in einem geschlossenen Kreislauf die Einlassöffnungen mit
den Auslassöffnungen der jeweils anderen Kammer verbunden sind.
[0005] In
US 5165238 A wird eine Wärmekraftmaschine des Wankel-Typs offenbart, welche in Verbindung mit
einer externen im Wesentlichen stationären Wärmequelle steht. Die Wärmequelle erwärmt
ein Hochdruckgas, wodurch der Rotor angetrieben wird.
[0006] Für die vorliegende Erfindung wird sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine
Anordnung aufzuzeigen, bei der die Druckenergie von Dampf mittels Rotationskolbenmaschinen
(RKM), zu einer direkten Übertragung des Dampfdrucks auf ein Arbeitsmedium wie beispielsweise
Wasser oder Druckluft eingesetzt wird, ohne dass wie in sonst üblicher Weise die Druckkräfte
des Dampfes über ein mechanisches Triebwerk, also indirekt, auf eine Pumpe oder einen
Verdichter geführt werden.
[0007] Die erfindungsgemäße Lösung geht von der Grundeigenschaft einer Vielzahl von Rotationskolbenmaschinen
aus, dass der Kolben in Bezug auf eine zentrale Drehachse keine rückkehrende Bewegung
ausführt. Beispielsweise trifft dies auf die Gruppe der Kreiskolbenmaschinen zu, zu
der auch die bekannte Wankel-Maschine gehört. Diese Eigenschaft haben auch Flügelzellenmaschinen,
bei denen die Flügelzellen des Rotors einen festen Winkelabstand besitzen.
[0008] Das erfindungsgemäße Verfahren zur direkten Umwandlung von Dampfenergie in Druck-Energie
auf ein Fördermedium ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem geschlossenen Kreislauf
aus einem Arbeitsmedium Dampf erzeugt wird, welcher alternierend in mindestens zwei
miteinander verbundene Rotationskolbenmaschinen geleitet wird, wodurch die Druck-Energie
auf das Fördermedium auf der Kolbengegenseite des durch einen Rotationskolben abgegrenzten
Arbeitsraum übertragen wird und zur weiteren Verwendung bereit gestellt wird, und
dass das entspannte Arbeitsmedium in den Kreislauf zurückgeführt wird.
[0009] Das Verfahren läuft nach folgenden Schritten ab. Der durch den Rotationskolben abgegrenzte
Arbeitsraum der ersten Rotationskolbenmaschine wird in einer ersten Prozessphase mit
dem dampfförmigen Arbeitsmedium gefüllt, wodurch die Druck-Energie auf das Fördermedium
auf der Kolbengegenseite übertragen wird, und in einem Druckspeicher gespeichert wird.
Zeitgleich wird in der zweiten Rotationskolbenmaschine ein Unterdruck erzeugt, so
dass dort frisches Fördermedium angesaugt wird, und gleichzeitig das entspannte Arbeitsmedium
in den Kreislauf zurück geführt wird. Über eine Ventilsteuerung werden in einer nächsten
Prozessphase die Funktionen einzelner Ventile im Block in Gegenrichtung umgeschaltet,
so dass die erste und die zweite Rotationskolbenmaschine ihre Funktionen tauschen.
[0010] Beide Rotationskolbenmaschinen sind über eine gemeinsame Steuerwelle oder kinematisch
gleichwertige Elemente verbunden, um einen synchronen Bewegungsablauf zu erreichen.
[0011] In einer ersten Ausführungsform arbeiten beide Rotationskolbenmaschinen um vorzugsweise
90 Grad versetzt im Drehumlauf. Jeweils vier im Prozess angeordnete Ventile arbeiten
zusammen in der Art, dass diese Ventile abwechselnd im Block geöffnet und geschlossen
werden.
[0012] In einer zweiten Ausführungsform arbeiten beide Rotationskolbenmaschinen ohne Winkelversatz
oder einen Winkelversatz von 180 Grad im Drehumlauf. Die im Prozess angeordnete Ventile
werden gleichzeitig im Block geschaltet, wenn die Rotationskolben der Rotationskolbenmaschinen
ein Drehung von jeweils etwa 180 Grad erreicht haben, Jeweils zwei Ventile arbeiten
paarweise zusammen. Die paarweise zusammenwirkenden Ventile sind als Doppelventile
mit zusammengefassten Funktionen ausgeführt.
[0013] Als Arbeitsmedium wird ein 2-Phasen-Fluid, beispielsweise Wasser verwendet. Als Fördermedium
wird ein 1-Phasen-Fluid, wie Wasser oder Paraffinöl, oder es wird Luft verwendet.
[0014] Die erfindungsgemäße Anordnung ist gekennzeichnet dadurch, dass in einem geschlossenen
Kreislauf ein Dampferzeuger, welcher mit einem Arbeitsfluid aus einem Sammelbehälter
gespeist wird, mit mindestens zwei Rotationskolbenmaschinen verbunden ist, so dass
diese alternierend mit einem Dampf des Arbeitsfluides beaufschlagt werden, wodurch
ein Fördermedium, welches abwechselnd in den Rotationskolbenmaschinen bereit steht,
mit einem Druck beaufschlagt wird und dadurch zur weiteren Verwendung verfügbar ist,
und dass die Rotationskolbenmaschinen ihrerseits mit einem Kondensator in Verbindung
stehen, welcher seinerseits mit dem Sammelbehälter verbunden ist. Die Rotationskolbenmaschinen
sind über eine gemeinsame Steuerwelle oder kinematisch gleichwertige Elemente verbunden.
Der Dampferzeuger ist über eine Speiseleitung mit Einlassöffnungen der Rotationskolbenmaschinen
verbunden. Ein Druckspeicher ist einerseits über eine Druckleitung mit dem Sammelbehälter
und andererseits über eine Medienleitung mit Auslassöffnungen verbunden. Der Kondensator
ist über eine Medienleitung mit den Auslassöffnungen verbunden und das Fördermedium
wird über eine Medienleitung zu den Einlassöffnungen geführt.
[0015] Die Rotationskolbenmaschinen sind jeweils in zwei Arbeitsbereiche mit kinematisch
gleicher Funktion durch Rotationskolben unterteilt.
[0016] Bei diesen Maschinen hat ein rotierender Kolben eine vom Dampfdruck beaufschlagte
Seite, während die Gegenseite dazu eingesetzt werden kann, ein anders Medium, ein
sogenanntes Fördermedium (beispielsweise angesaugte Luft oder ein Fluid), zu verschieben.
Hierbei ist die Drehachse des Rotors lediglich ein Element der Bewegungssteuerung
des Rotors, sie dient nicht der Leistungsabnahme.
[0017] Bedingt durch die Rotationsbewegung des Kolbens wird nach einem bestimmten Drehwinkel,
in einem Bereich von etwa 180 Winkelgrad, die bisher vom Dampfdruck beaufschlagte
Kolbenseite zu einer Kolbenseite, die ein Ausgangsmedium zu verschieben hat.
[0018] Zur erfindungsgemäßen Lösung gehört, dass, ausgehend von den zwei Zustandsphasen
des Arbeitsmediums, flüssig und dampfförmig, nach Abschluss der Expansion des Dampfes
auf der Dampfseite des Kolbens eine Phase erfolgt, bei der der Dampf kondensiert.
[0019] Der entspannte Dampf wird mittels einer Kondensationspumpe durch einen Kondensator
gesaugt und auf bzw. unter Kondensationstemperatur abgekühlt, so dass ein Unterdruck
auf der ehemals Dampf,- jetzt Kondensatseite des Kolbens entsteht.
[0020] In einem Ausführungsbeispiel sind beide Rotationskolbenmaschinen um vorzugsweise
90 Grad versetzt im Drehumlauf angeordnet. In den Medien-und Druckleitungen sind Ventile
angeordnet, wobei jeweils vier Ventile abwechselnd im Block geöffnet und geschlossen
werden.
[0021] In einem zweiten Ausführungsbeispiel sind beide Rotationskolbenmaschinen ohne Winkelversatz
oder einen Winkelversatz von 180 Grad im Drehumlauf angeordnet. In den Medien- und
Druckleitungen sind Ventile angeordnet, die paarweise zusammenwirken und nach jeweils
ca. 180 Winkelgrad der Kolbenbewegung von der Stellung "geöffnet" in die Stellung
"geschlossen" bzw. umgekehrt als Ventilgruppe "im Block" umgeschaltet werden. Die
paarweise zusammenwirkenden Ventile sind für eine weitere Ausführungsform als Doppelventile
ausgeführt.
[0022] Die Umschaltung der Ventile bewirkt, dass während der Kondensation nicht erneut Dampf
auf die ehemals dampfbeaufschlagte Kolbenseite strömt, sondern das vorgesehene Fördermedium.
[0023] Beide Rotationskolbenmaschinen sind über eine gemeinsame Steuerwelle so verbunden,
dass die Bewegung der Kolben stets synchrone Bewegungen durchlaufen. Eine Leistungsübertragung
zwischen beiden Rotationskolbenmaschinen findet dabei nicht statt. In der idealen
Rotationskolbenmaschine erfolgt die Steuerung des Synchronlaufs der Kolben frei von
Kräften.
[0024] Ergänzend zu den erfindungsgemäßen Merkmalen gehört, dass das Verfahren und die Anordnung
der Elemente keine prinzipielle Leistungsbegrenzung aufweisen.
Ausführung der Erfindung
[0025] Die erfindungsgemäße Lösung wird anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Die
Beschreibung stellt die Arbeitsphasen des Verfahrens und der Anordnung in den Figuren
1 bis7 dar. Hierzu zeigen für das erste Ausführungsbeispiel
Figur 1 eine Anordnung der ersten Prozessphase für RKM mit um ca. 90 Grad versetzten
Rotationskolben,
Figur 2 zweite Prozessphase für RKM mit um ca. 90 Grad versetzten Rotationskolben,
Figur 3 dritte Prozessphase für RKM mit um ca. 90 Grad versetzten Rotationskolben,
Figur 4 vierte Prozessphase für RKM mit um ca. 90 Grad versetzten Rotationskolben,
und für das zweite Ausführungsbeispiel
Figur 5 erste Prozessphase für RKM ohne Winkelversatz der Rotationskolben bzw. einen
Winkelversatz von 180 Grad,
Figur 6 zweite Prozessphase für RKM ohne Winkelversatz
Dazu zeigt Figur 7 die Ablaufschemen der Prozessphasen für die Anordnungen nach den
Figuren 1 bis 6, wobei Figur 7a die Ablaufschemen für RKM mit um ca. 90 Grad versetzten
Rotationskolben und Figur 7b die Ablaufschemen für RKM ohne Winkelversatz der Rotationskolben
beinhalten.
[0026] Die Grundanordnung der Elemente für eine Anordnung von Rotationskolbenmaschinen mit
um ca. 90 Grad versetzten Kolben wird anhand von Figur 1 beschrieben. Die Anordnung
besteht in der Hauptsache aus zwei Rotationskolbenmaschinen 101 und 102, einem Dampferzeuger
1, einem Druckspeicher 12, einem Kondensator 13 und einem Sammelbehälter 16, welche
über Medienleitungen und Ventile miteinander verbunden sind.
[0027] Die Rotationskolbenmaschine 101 ist mit der Rotationskolbenmaschine 102 über eine
Steuerwelle 5 kinematisch verbunden. Durch die Steuerwelle 5 wird für beide Rotationskolbenmaschinen
ein synchroner Bewegungsablauf erreicht.
[0028] Eine nähere Beschreibung der Funktionsweise der Rotationskolbenmaschinen soll hier
nicht erfolgen. Die verwendete Rotationskolbenmaschine entspricht im Aufbau prinzipiell
der bekannten Wankel-Maschine. Der hauptsächliche Unterschied besteht darin, dass
ein Zweieck-Kolben in einer Laufbahn mit der Kontur einer einbogigen Trochoide arbeitet.
Die Rotationskolbenmaschine selbst ist nicht Gegenstand der Erfindung.
[0029] Dem Dampferzeuger 1 wird ein Arbeitsmedium 19 über eine Kesselspeisepumpe 17 und
eine Druckleitung 18 aus dem Sammelbehälter 16 zugeleitet. Das Arbeitsmedium 19 ist
beispielsweise ein 2-Phasen-Arbeitsfluid, insbesondere Wasser wie beispielsweise Kondensat
und/oder Kesselwasser.
[0030] In der ersten Prozessphase, wie in Figur 1 gezeigt, ist die Rotationskolbenmaschine
101 über die Medienleitung 8, den Knotenpunkt 201, das Ventil 701 und die Einlassöffnung
402 mit dem Dampferzeuger 1 verbunden. Zugleich ist die Rotationskolbenmaschine 101
über die Auslassöffnung 401, das Ventil 705, den Knotenpunkt 203 und die Medienleitung
10 mit dem Druckspeicher 12 verbunden.
[0031] Die Rotationskolbenmaschine 102 ist über die Einlassöffnung 404, den Knotenpunkt
202, dem Ventil 704 und die Medienleitung 9 mit dem Fördermedium, beispielsweise der
freien Atmosphäre, verbunden. Weiter ist die Rotationskolbenmaschine 102 über die
Auslassöffnung 403, den Knotenpunkt 204, das Ventil 708 und die Kondensatleitung 11
mit dem Kondensator 13 verbunden. Der Kondensator 13 ist mit einer Kondensatpumpe
14 über die Kondensatleitung 15 mit dem Sammelbehälter 16 verbunden.
[0032] Um die einzelnen Prozessphasen besser darstellen zu können, sind Markierungen 301,
302, 303 und 304 auf den Rotationskolben 31 und 32 angebracht. Für den Rotationskolben
31 ist die Markierung 301 hell und die Markierung 302 dunkel eingezeichnet, auf dem
Rotationskolben 32 ist die Markierung 303 hell und die Markierung 304 dunkel eingezeichnet.
Diese Markierungen dienen lediglich der Veranschaulichung.
[0033] Das erste Ausführungsbeispiel stellt in Figur1 die erste Prozessphase dar. Der Dampf
des Arbeitsmediums 19 gelangt vom Dampferzeuger 1 über die Einlassöffnung 402 in die
Arbeitskammer oberhalb des Rotationskolbens 31. Der Druck des Dampfes aus dem Dampferzeuger
1 bewirkt eine Drehung des Rotationskolbens 31 im Uhrzeigersinn. Dabei wird ein sich
auf der Rückseite des Rotationskolbens 31 befindliches Fördermedium 20 (beispielsweise
ein 1-Phasen-Fluid, wie Luft, Wasser oder Paraffinöl) komprimiert und über die Auslassöffnung
401 in den Druckspeicher 12 gefördert, wo es entsprechend dem wirkenden Dampfdruck
für Anwendungen zur Verfügung steht. Die Markierung 301 (hell) auf dem Rotationskolben
31 ist zu Beginn der Arbeitsphasen links und Markierung 302 (dunkel) rechts angeordnet.
Der Rotationskolben 32 der Rotationskolbenmaschine 102 steht um ca. 90 Winkelgrad
versetzt zum Rotationskolben 31 der Rotationskolbenmaschine 101. Die Markierung 303
(hell) auf dem Rotationskolben 32 ist oben und die Markierung 304 (dunkel) ist unten.
[0034] Der in der Arbeitskammer links vom Rotationskolben 32 befindliche Dampf wird gleichzeitig
über die Auslassöffnung 403 zum Kondensator 13 geleitet und dort gekühlt. Dadurch
wird ein Unterdruck in der Arbeitskammer rechts vom Rotationskolben 32 erzeugt. Durch
den höheren Umgebungsdruck des Fördermediums 20 wird der Rotationskolben 32 ebenfalls
im Uhrzeigersinn gedreht.
[0035] Nach einer Kolbendrehung von ca. 90 Winkelgrad wird die zweite Phase (Figur 2) erreicht.
Die Markierung 301 (hell) auf dem Rotationskolben 31 befindet sich nun oben und die
Markierung 302 (dunkel) unten. Die Markierung 303 (hell) auf dem Rotationskolben 32
ist rechts und die Markierung 304 (dunkel) ist links.
[0036] Durch einen externen Steuerimpuls oder durch eine interne kinematische Kopplung beispielsweise
der Steuerwelle 5 mit allen Ventilen werden die Ventile 702 und 704 und die Ventile
706 und 708 im Block geöffnet bzw. geschlossen. Der Dampfdruck des Dampferzeugers
1 gelangt nun über die Medienleitung 8 und Ventil 702 zur Einlassöffnung 404 der Rotationskolbenmaschine
102 und gleichzeitig über die Medienleitung 8 und Ventil 701 zur Einlassöffnung 402
der Rotationskolbenmaschine 101. Beide Rotationskolben 31 und 32 werden weiter im
Urzeigersinn gedreht und drücken auf ihrer Rückseite das vorher angesaugte Fördermedium
20 über die Auslassöffnung 401 und 403, die Medienleitung 10 und die Ventile 705 und
706 in den Druckspeicher 12.
[0037] In dieser zweiten Prozessphase wird weder neues Fördermedium angesaugt noch Dampf
zum Kondensator 13 geleitet.
[0038] Die dritte Prozessphase (Figur 3) ist mit der ersten Prozessphase insofern gleich,
dass nun die Rotationskolbenmaschinen 101 und 102 ihre Funktionen getauscht haben.
Die Rotationskolben 31 und 32 haben inzwischen eine Drehung um ca. 180 Winkelgrad
vollzogen. Dies ist erkennbar an den gegenüber der ersten Prozessphase gewanderten
Markierungen 301, 302, 303 und 304 auf den Rotationskolben 31 und 32. In dieser Stellung
erfolgt eine Umschaltung der Ventile 701, 703, 705, und 707 im Block.
[0039] Der Druck der Umgebungsluft drückt über die Medienleitung 9 und die Einlassöffnung
402 den Rotationskolben 31 der Rotationskolbenmaschinen 101 im Uhrzeigersinn gegen
den Kondensatunterdruck.
[0040] Durch erneutes Vertauschen der Ventilfunktionen in beschriebener Weise beginnt die
vierte Prozessphase (Figur 4). Es werden die Ventile 702, 704, 706 und 708 im Block
geschaltet, so dass der Dampf aus beiden Rotationskolbenmaschinen 101 und 102 über
den Kondensator 13 als Arbeitsmedium 19 zurück in den Sammelbehälter 19 geleitet wird
und gleichzeitig wird durch den entstehenden Unterdruck auf der Rückseite der Rotationskolben
31 und 32 in beiden Rotationskolbenmaschinen 101 und 102 neues Fördermedium angesaugt.
[0041] Nach der vierten Prozessphase beginnt durch Umschaltung der Ventile 701, 702, 705
und 707 eine neue erste Prozessphase.
[0042] Ein wesentliches Merkmal dieses Ausführungsbeispiels ist die Umsteuerung der verschiedenen
Ventilgruppen, die zeitversetzt nach jeweils 90 Winkelgrad im Block von vier Ventilen
erfolgt. Der Vorteil dieses Ablaufs beruht auf den um 90 Winkelgrad versetzten Rotationskolben
31 und 32. Hierdurch wird innerhalb der Anordnung von zwei Rotationskolbenmaschinen
101 und 102 ein kontinuierlicher Gesamtprozess der direkten Umwandlung der Energie
des Dampfes in Nutzarbeit des Fördermediums und ein maschinendynamisch vollständiger
Massenausgleich erreicht.
[0043] Die Figuren 5 und 6 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, in dem auf den maschinendynamischen
Massenausgleich verzichtet wird. In diesem Fall muss ein externer Massenausgleich
vorhanden sein. Beide Rotationskolben 31 und 32 haben zueinander keinen Winkelversatz
bzw. einen Winkelversatz von 180 Grad. Hierdurch ergibt sich eine dichtere Abfolge
der Abläufe.
[0044] In Figur 5 befindet sich die Rotationskolbenmaschine 101 in der Prozessphase Dampf-Expansion
und Ausschieben des Fördermediums 20 in den Druckspeicher 12. Die Rotationskolbenmaschinen
102 saugt durch den vom Kondensator 13 bewirkten Unterdruck eine neue Füllung des
Fördermediums 20 an.
[0045] Nach einer Drehung der Rotationskolben 31, 32 von ca. 180 Grad erfolgt eine Umschaltung
aller Ventile 701. 702, 703, 704, 705, 706, 707 und 708 im Block an den Einlass- und
Auslassöffnungen von der Stellung "geöffnet" in die Stellung "geschlossen" bzw. umgekehrt
und der Übergang zur nächsten Prozessphase mit der Vertauschung der Prozessabläufe
zwischen den Rotationskolbenmaschinen 101 und 102. Jetzt erfolgt in der Rotationskolbenmaschine
102 die Dampf- Expansion und das Ausschieben des Fördermediums 20 und in der Rotationskolbenmaschine
101 das Ansaugen einer neuen Füllung Fördermedium 20. Die Drehung der Kolben ist durch
die Markierungen 301, 302, 303 und 304 veranschaulicht.
[0046] Die Ablaufschemen der Prozessphasen für die Anordnungen nach den Figuren 1 bis 6
werden in Figur 7 dargestellt. wobei Figur 7a die Ablaufschemen für Rotationskolbenmaschine
mit um ca. 90 Grad versetzten Kolben und Figur 7b die Ablaufschemen für Rotationskolbenmaschine
ohne Winkelversatz der Kolben beinhalten.
[0047] Die Prozessphasen für die Anordnungen von Rotationskolbenmaschinen mit um ca. 90
Grad versetzten Rotationskolben werden in Figur 7a dargestellt. Die einzelnen Phasen
laufen kontinuierlich hintereinander ab und es wird innerhalb der Anordnung von zwei
Rotationskolbenmaschinen ein maschinendynamisch vollständiger Massenausgleich erreicht.
[0048] Figur 7b zeigt das Ablaufschema für die Anordnungen von Rotationskolbenmaschinen
ohne Winkelversatz der Rotationskolben zueinander bzw. einen Winkelversatz von 180
Grad.
Bezugszeichen
[0049]
- 1
- Dampferzeuger
- 101, 102
- Rotationskolbenmaschine mit Zweieck-Kolben
- 201, 202, 203, 204,
- Knotenpunkte im Rohrsystem der Anlage
- 31
- Rotationskolben der Rotationskolbenmaschine 101
- 32
- Rotationskolben der Rotationskolbenmaschine 102
- 301, 302
- Markierung der Ecken des Kolbens 31 zur Darstellung der Kolbenbewegung
- 303, 304
- Markierung der Ecken des Kolbens 32 zur Darstellung der Kolbenbewegung
- 401
- Auslassöffnung an Rotationskolbenmaschine 101
- 402
- Einlassöffnung an Rotationskolbenmaschine 101
- 403
- Auslassöffnung an Rotationskolbenmaschine 102
- 404
- Einlassöffnung an Rotationskolbenmaschine 102
- 5
- Steuerwelle zwischen Rotationskolbenmaschine 101 und Rotationskolbenmaschine 102
- 701
- Ventil in der Rohrleitung zur Einlassöffnung 402
- 702
- Ventil in der Rohrleitung zur Einlassöffnung 404
- 703
- Ventil in der Rohrleitung zur Einlassöffnung 402
- 704
- Ventil in der Rohrleitung zur Einlassöffnung 404
- 705
- Ventil in der Rohrleitung von der Auslassöffnung 401
- 706
- Ventil in der Rohrleitung von der Auslassöffnung 403
- 707
- Ventil in der Rohrleitung von der Auslassöffnung 401
- 708
- Ventil in der Rohrleitung von der Auslassöffnung 403
- 8
- Medienleitung vom Dampferzeuger 1 zum Knotenpunkt 201
- 9
- Medienleitung von der freien Atmosphäre (Luft 20) zum Knotenpunkt 202
- 10
- Medienleitung vom Knotenpunkt 203 zum Druckspeicher 12
- 11
- Medienleitung vom Knotenpunkt 204 zum Kondensator 13
- 12
- Druckspeicher
- 13
- Kondensator
- 14
- Kondensatpumpe
- 15
- Kondensatleitung
- 16
- Sammelbehälter für Kondensat und Kesselwasser
- 17
- Kesselspeisepumpe
- 18
- Druckleitung von der Kesselspeisepumpe 17 zum Dampferzeuger 1
- 19
- Arbeitsmedium
- 20
- Fördermedium
1. Verfahren zur direkten Umwandlung von Dampfenergie in Druck-Energie auf ein Fördermedium
gekennzeichnet dadurch, dass
in einem geschlossenen Kreislauf aus einem Arbeitsmedium (19) Dampf erzeugt wird,
welcher alternierend in mindestens zwei miteinander verbundene Rotationskolbenmaschinen
(101, 102) geleitet wird, wodurch die Druck-Energie auf das Fördermedium (20) auf
der Kolbengegenseite des durch einen Rotationskolben (31, 32) abgegrenzten Arbeitsraum
übertragen wird und zur weiteren Verwendung bereit gestellt wird, und dass das entspannte
Arbeitsmedium (19) in den Kreislauf zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1
gekennzeichnet dadurch, dass
- der durch den Rotationskolben (31, 32) abgegrenzte Arbeitsraum der ersten Rotationskolbenmaschine
(101) in einer ersten Prozessphase mit dem dampfförmigen Arbeitsmedium gefüllt wird,
wodurch die Druck-Energie auf das Fördermedium auf der Kolbengegenseite übertragen
wird, und in einem Druckspeicher gespeichert wird, und
- zeitgleich in der zweiten Rotationskolbenmaschine (102) ein Unterdruck erzeugt wird,
so dass dort frisches Fördermedium angesaugt wird, und gleichzeitig das entspannte
Arbeitsmedium in den Kreislauf zurück geführt wird, und
- über eine Ventilsteuerung in einer nächsten Prozessphase die Funktionen einzelner
Ventile im Block in Gegenrichtung umgeschaltet werden, so dass die erste und die zweite
Rotationskolbenmaschine (101, 102) ihre Funktionen tauschen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 gekennzeichnet dadurch, dass beide Rotationskolbenmaschinen (101, 102) um vorzugsweise 90 Grad versetzt im Drehumlauf
arbeiten.
4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass jeweils vier Ventile (702, 704, 706 und 708; 701, 703, 705 und 707) zusammenarbeiten
in der Art, dass diese Ventile abwechselnd im Block geöffnet und geschlossen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 gekennzeichnet dadurch, dass beide Rotationskolbenmaschinen (101, 102) ohne Winkelversatz oder einen Winkelversatz
von 180 Grad im Drehumlauf arbeiten.
6. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass alle im Prozess angeordneten Ventile (701, 702; 703, 704; 705, 706; 707, 708) paarweise
zusammenwirken und gleichzeitig im Block geschaltet werden, wenn die Rotationskolben
(31, 32) der Rotationskolbenmaschinen (101, 102) ein Drehung von jeweils etwa 180
Grad erreicht haben,
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitsmedium (19) ein 2-Phasen-Fluid verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 gekennzeichnet dadurch, dass als Fördermedium (20) Luft, Wasser oder Paraffinöl verwendet wird.
9. Anordnung zur direkten Umwandlung von Dampfenergie in Druck-Energie auf ein Fördermedium
gekennzeichnet dadurch, dass
in einem geschlossenen Kreislauf ein Dampferzeuger (1), welcher mit einem Arbeitsfluid
(19) aus einem Sammelbehälter (16) gespeist wird, mit mindestens zwei Rotationskolbenmaschinen
(101, 102) verbunden ist, so dass diese alternierend mit einem Dampf des Arbeitsfluides
(19) beaufschlagt werden, wodurch ein Fördermedium (20), welches abwechselnd in den
Rotationskolbenmaschinen (101, 102) bereit steht, mit einem Druck beaufschlagt wird
und dadurch zur weiteren Verwendung verfügbar ist, und dass die Rotationskolbenmaschinen
(101, 102) ihrerseits mit einem Kondensator (13) in Verbindung stehen, welcher seinerseits
mit dem Sammelbehälter (16) verbunden ist.
10. Anordnung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Dampferzeuger (1) einerseits über eine Druckleitung (18) mit dem Sammelbehälter
(16) und andererseits über eine Speiseleitung (8) mit Einlassöffnungen (402, 404)
der Rotationskolbenmaschinen (101, 102) verbunden ist, ein Druckspeicher (12) über
eine Medienleitung (10) mit Auslassöffnungen (401, 403) verbunden ist, der Kondensator
(13) über eine Medienleitung (11) mit den Auslassöffnungen (401, 403) verbunden ist
und das Fördermedium (20) über eine Medienleitung (9) mit den Einlassöffnungen (402,
404) verbunden ist.
11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10 gekennzeichnet dadurch, dass die Rotationskolbenmaschinen (101, 102) über eine gemeinsame Steuerwelle (5) oder
kinematisch gleichwertige Elemente verbunden sind.
12. Anordnung nach Anspruch 9, 10 oder 11 gekennzeichnet dadurch, dass beide Rotationskolbenmaschinen (101, 102) um vorzugsweise 90 Grad versetzt im Drehumlauf
angeordnet sind.
13. Anordnung nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass Ventile (701, 702; 703, 704; 705, 706; 707, 708) in den Medien- und Druckleitungen
angeordnet sind, wobei jeweils vier Ventile (702, 704, 706 und 708; 701, 703, 705
und 707) abwechselnd im Block geöffnet und geschlossen werden.
14. Anordnung nach Anspruch 9, 10 oder 11 gekennzeichnet dadurch, dass beide Rotationskolbenmaschinen (101, 102) ohne Winkelversatz oder einen Winkelversatz
von 180 Grad im Drehumlauf angeordnet sind.
15. Anordnung nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass Ventile (701, 702; 703, 704; 705, 706; 707, 708) in den Medien- und Druckleitungen
angeordnet sind, die paarweise zusammenwirken und gleichzeitig im Block geschaltet
werden,