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Die Erfindung betrifft Kolbenmaschinen, z. B. zur Verwendung als Kraftmaschine oder Arbeitsmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung zyklisch arbeitende Kolbenmaschinen mit einem elektromechanischen An- bzw. Abtrieb, z. B. zur Verwendung als Kompressions- oder Expansionsmaschine in thermodynamischen Kreisprozessen.
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Kolbenmaschinen ermöglichen mittels der Realisierung thermodynamischer Kreisprozesse die Umwandlung thermischer und mechanischer Energie ineinander, wobei jedoch bei realen, nichtidealen Kreisprozessen immer ein Teil der thermischen Energie als ungenutzte Abwärme verloren geht, wodurch der Gesamtwirkungsgrad verringert wird. Diese Abwärme kann z. B. zum Betreiben einer Wärmekraftmaschine oder zum Betreiben eines thermoelektrischen Generators verwendet und somit nutzbar gemacht werden.
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So beschreibt z. B. die
US 7 520 133 B2 eine Wärmekraftmaschine zur Gewinnung von mechanischer Energie aus der Abgaswärme eines Verbrennungsmotors, wobei die Wärmekraftmaschine mehrere voluminöse Nebenaggregate (z. B. Wärmetauscher, Kondensator, Kondensatpumpe) aufweist.
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Die
DE 10 2008 050 655 A1 beschreibt eine nach dem Stirling-Prinzip wirkende Wärmekraftmaschine zur Nutzung der Abgaswärme eines Kraftfahrzeugs, wobei die Wärmekraftmaschine mechanisch bewegte Teile in Form eines Expanders mit einem Zylinder und einem Kolben aufweist, sodass die Wärmekraftmaschine einem entsprechenden mechanischen Verschleiß unterliegt.
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Als ein anderes Beispiel kann Abgaswärme (z. B. eines Fahrzeugs) mittels eines thermoelektrischen Generators in Form eines Peltierelements in elektrische Energie umgewandelt werden, wobei Peltierelemente zwar verschleißunanfällig sind, jedoch (insbesondere bei geringen anliegenden Temperaturdifferenzen) lediglich einen geringen Wirkungsgrad aufweisen.
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Durch die Erfindung wird eine Kolbenmaschine geschaffen, die eine hohe Lebensdauer aufweist, einen hohen Wirkungsgrad ermöglicht, vielseitig einsetzbar ist und zudem kompakt, einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine zyklisch bzw. periodisch arbeitende Kolbenmaschine bereitgestellt. Die Kolbenmaschine weist einen Arbeitsraum (bzw. eine Arbeitskammer) zum Aufnehmen eines Arbeitsmediums der Kolbenmaschine (z. B. eines – gasförmigen oder flüssigen – Arbeitsfluids) auf. Die Kolbenmaschine weist ferner einen Flüssigkolben aus einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit auf, wobei der Flüssigkolben in einem an den Arbeitsraum angrenzenden Kanal bewegbar derart angeordnet ist, dass das Volumen des Arbeitsraums entsprechend der Position (bzw. entsprechend der Bewegung) des Flüssigkolbens variiert, wobei das Arbeitsmedium (welches sich in dem Arbeitsraum befindet) in Verdrängungs-Wechselwirkung mit dem Flüssigkolben steht. Die Kolbenmaschine weist zudem einen Magneten auf, der derart ausgebildet und angeordnet ist, dass das von ihm erzeugte Magnetfeld am Ort des Flüssigkolbens einen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Flüssigkolbens orientierten Anteil (sog. „Vertikalanteil“) aufweist (d. h. die Feldlinien des Magnetfelds nicht vollständig parallel zur Bewegungsrichtung des Flüssigkolbens verlaufen). Schließlich weist die Kolbenmaschine zwei Elektroden auf, die in elektrischem Kontakt mit dem Flüssigkolben in einem Abstand zueinander derart angeordnet sind, dass die Abstandsrichtung (d. h. die Verlaufsrichtung des Abstands der beiden Elektroden) einen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Flüssigkolbens und einen senkrecht zur Orientierung des Magnetfeldes (bzw. des Vertikalanteils des Magnetfeldes) am Ort des Flüssigkolbens verlaufenden Anteil aufweist.
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Indem der Kolben als Flüssigkolben ausgeführt ist, kann die Kolbenmaschine im Wesentlichen ohne mechanischen Verschleiß betrieben und somit eine hohe Lebensdauer ermöglicht werden; zugleich ermöglicht die Ausführung mit einem Flüssigkolben eine kompakte, beliebig skalierbare und einfache Ausgestaltung der Kolbenmaschine. Die Kolbenmaschine ist daher mit kleinen Abmessungen und somit entsprechend hohen Resonanzfrequenzen ausbildbar und kann daher unkompliziert als schnelllaufende Kolbenmaschine ausgeführt werden. Mittels der Ausführung des Flüssigkolbens aus einem elektrisch leitfähigen (bzw. elektrisch leitenden) Material und der Anordnung des Magneten und der beiden Elektroden ist sowohl ein elektromechanischer Antrieb der Kolbenmaschine unter Einkopplung elektrischer Energie als auch ein elektromechanischer Abtrieb von der Kolbenmaschine unter Auskopplung elektrischer Energie ermöglicht, sodass die Kolbenmaschine vielseitig sowohl als Kraftmaschine als auch als Arbeitsmaschine einsetzbar ist. Zudem ermöglicht die direkte Ankopplung des elektromechanischen Antriebs einen hohen Wirkungsgrad bei der Umwandlung von elektrischer, mechanischer und thermischer Energie ineinander.
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Das Arbeitsmedium in dem Arbeitsraum kann z. B. ein (inertes) Gas sein. Zum Betreiben der Kolbenmaschine kann – in für Druck-Volumen-Maschinen (wie z. B. Kolbenmaschinen) bekannter Art und Weise – vorgesehen sein, den Flüssigkolben mittels abwechselnder Volumenzunahme und Volumenabnahme des Arbeitsmediums periodisch hin- und herzubewegen, oder aber mittels externen Antreibens des Flüssigkolbens zu einer periodischen Hin- und Herbewegung das Volumen des Arbeitsraums abwechselnd zu vergrößern und zu verkleinern. Die Verdrängungs-Wechselwirkung zwischen dem Flüssigkolben und dem Arbeitsmedium wird durch Einbindung der Kolbenmaschine in einen thermischen Kreislauf realisiert, wobei entweder durch die Bewegung des Kolbens eine Verdrängung des Arbeitsmediums hervorgerufen wird oder umgekehrt, wobei das Arbeitsmedium für den jeweiligen thermodynamischen Kreisprozess charakteristische Zustände im Druck-Volumen-Temperatur-Phasenraum (p-V-T-Phasenraum) durchläuft.
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Die elektrisch leitfähige Flüssigkeit kann z. B. ein Flüssigmetall (z. B. eine eutektische Natrium-Kalium-Legierung oder Gallium-Indium-Zinn-Legierung), eine ionische Lösung oder ionische Flüssigkeit sein; wobei das jeweilige Material bei der Betriebstemperatur der Kolbenmaschine im flüssigen Aggregatzustand vorliegt.
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Der Magnet kann z. B. ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet sein. Es kann vorgesehen sein, den Magneten derart auszubilden und anzuordnen, dass das von ihm erzeugte Magnetfeld (bzw. die zugehörigen Feldlinien) am Ort des Flüssigkolbens (im Wesentlichen) senkrecht zur Bewegungs- bzw. Strömungsrichtung des Flüssigkolbens verläuft, wobei die Feldlinien z. B. mittels eines dafür vorgesehenen magnetischen Kreises aus einem weichmagnetischen Material entsprechend gebündelt und geführt sein können. Ferner kann vorgesehen sein, die beiden Elektroden in einem Abstand zueinander derart anzuordnen, dass die zugehörige Abstandsrichtung (im Wesentlichen) senkrecht zur Richtung des Magnetfelds am Ort des Flüssigkolbens und/oder senkrecht zur Bewegungsrichtung des Flüssigkolbens ist.
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Die Anordnung aus dem elektrisch leitfähigen Flüssigkolben, dem Magneten und den beiden Elektroden bildet einen elektromechanischen Wandler; wobei z. B. durch eine Bewegung des Flüssigkolbens entlang der Längsrichtung des Kanals mittels der elektromagnetischen Lorentzkraft eine Trennung ungleichnamiger elektrischer Ladungen erfolgt und zwischen den beiden Elektroden eine entsprechende elektrische Spannung ausgebildet wird, also mechanische Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird; und wobei umgekehrt z. B. bei Anlegen einer externen Wechselspannung an die beiden Elektroden eine entsprechende Hin- und Herbewegung des Flüssigkolbens entlang der Längsrichtung des Kanals hervorgerufen wird, also elektrische Energie in mechanische Bewegungsenergie umgewandelt wird.
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Der Flüssigkolben ist in einem an den Arbeitsraum angrenzenden Kanal bewegbar angeordnet, wobei das Volumen des Arbeitsraums entsprechend der Bewegungsposition des Flüssigkolbens variiert (z. B. indem die Flüssigkeit des Flüssigkolbens in den Arbeitsraum hinein- bzw. herausströmt). Zum Beispiel kann vorgesehen sein, dass von dem Flüssigkolben eine Begrenzungsfläche des Arbeitsraums gebildet ist, wobei der Flüssigkolben (bzw. eine Stirnfläche davon) in direktem Kontakt mit dem Arbeitsmedium steht bzw. unmittelbar an das Arbeitsmedium angrenzt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Flüssigkolben thermisch von dem Arbeitsmedium isoliert bzw. entkoppelt. Gemäß dieser Ausführungsform kann ein Wärmeübertrag zwischen dem Flüssigkolben und dem Arbeitsmedium wirksam unterdrückt werden, wodurch z. B. ein Energieverlust durch Erhitzen oder Abkühlen des Arbeitsmediums verhindert werden kann und somit der Wirkungsgrad der Kolbenmaschine weiter erhöht werden kann.
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Die thermische Isolierung kann z. B. mittels einer entsprechenden Materialwahl des Arbeitsmediums und/oder des Flüssigkolbens als Materialien mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit und/oder geringen Wärmekapazität realisiert sein.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Flüssigkolben mittels einer thermischen Isolationsschicht, die (z. B. an der entsprechenden Stirnfläche des Kolbens) zwischen dem Flüssigkolben und dem Arbeitsmedium angeordnet ist, thermisch von dem Arbeitsmedium isoliert bzw. entkoppelt; wobei der Flüssigkolben lediglich mittelbar an das Arbeitsmedium angrenzt und nicht in direktem Kontakt mit demselben steht.
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Die Isolationsschicht kann z. B. eine Schicht einer Barriereflüssigkeit (z. B. ein Öl) sein; wobei die Barriereflüssigkeit z. B. eine Flüssigkeit mit einer Dichte ist, die zwischen derjenigen des Flüssigkolben-Materials und derjenigen des Arbeitsmediums liegt. Ferner ist die Barriereflüssigkeit bevorzugt derart gewählt, dass sie gegenüber dem Flüssigkolben-Material und dem Arbeitsmedium chemisch inert ist. Die thermische Isolationsschicht kann zudem als kraftübertragendes Element, als Korrosionsschutz für die elektrisch leitfähige Flüssigkeit des Flüssigkolbens und/oder als Kontaminationsschutz für das Arbeitsmedium fungieren. Die Isolationsschicht kann auch eine zwischen dem Kolben und dem Arbeitsmedium angeordnete Trennlage aus einem festen Material sein (z. B. in Form einer Folie).
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Kolbenmaschine zum Beaufschlagen der beiden Elektroden mit einer externen (periodischen) Wechselspannung (d. h. zum Anlegen einer Wechselspannung zwischen den beiden Elektroden) ausgebildet, wobei der Flüssigkolben mittels der Wechselspannung (periodisch) entsprechend der Frequenz der Wechselspannung hin- und herbewegt wird und das Volumen des Arbeitsraums entsprechend der Bewegung des Flüssigkolbens variiert.
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Gemäß dieser Ausführungsform kann der elektromechanische Wandler als Motor zum Antreiben des Flüssigkolbens fungieren, wobei der Flüssigkolben mittels Zuführens elektrischer Energie in eine Schwingbewegung versetzt werden kann und als Verdränger für das Arbeitsmedium wirken kann. Somit kann die Kolbenmaschine z. B. als Verdichter bzw. als Kompressions-/Expansionsvorrichtung in einem via den Arbeitsraum bzw. das Arbeitsmedium angekoppelten thermodynamischen Kreisprozess, wie etwa einer Wärmepumpe (bzw. Kältemaschine), fungieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Kolbenmaschine zum periodischen, abwechselnden Druckbeaufschlagen und Druckentlasten des Arbeitsraums ausgebildet, wobei das Volumen des Arbeitsraums entsprechend der zeitlichen Druckvariation periodisch variiert und der Flüssigkolben entsprechend (und mittels) der Variation des Arbeitsraumvolumens hin- und herbewegt wird.
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Gemäß dieser Ausführungsform kann der elektromechanische Wandler als Abtrieb zum Auskoppeln elektrischer Energie bzw. Arbeit aus der Kolbenmaschine und somit als Stromgenerator fungieren, wobei der Flüssigkolben mittels der (periodischen) Druckvariation des Arbeitsmediums in eine Schwingbewegung versetzt werden kann und eine entsprechende Wechselspannung zwischen den beiden Elektroden erzeugen kann.
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Die Druckbeaufschlagung bzw. Druckentlastung des Arbeitsraums kann in für Kolbenmaschinen bekannter Art und Weise durch Einbinden des Arbeitsraumes (und des Arbeitsmediums) in einen thermodynamischen Kreisprozess realisiert werden. So kann z. B. vorgesehen sein, eine Druckvariation des Arbeitsmediums bei abgeschlossenem Arbeitsraum (d. h. ohne Austausch von Arbeitsmedium mit einem externen System) durch abwechselndes Erhitzen und Abkühlen des Arbeitsmediums zu realisieren. Es kann auch vorgesehen sein, eine Druckvariation durch abwechselndes Einlassen und Auslassen von Arbeitsmedium in den Arbeitsraum (z. B. über dafür an der Arbeitskammer vorgesehene Einlass- und Auslassventile) zu realisieren; wobei zusätzlich vorgesehen sein kann, dem Arbeitsmedium beim Einlassen thermische Energie von außen zuzuführen und/oder beim Auslassen zu entnehmen.
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Des Weiteren kann die Kolbenmaschine eine Steuereinrichtung aufweisen, die derart ausgebildet ist, dass von ihr die Kolbenmaschine selektiv in einen Motor-Modus oder in einen Generator-Modus schaltbar ist, wobei in dem Motor-Modus die beiden Elektroden mit einer externen Wechselspannung beaufschlagt werden und der elektromechanische Wandler als Motor zum Antreiben des Flüssigkolbens fungiert, wohingegen in dem Generator-Modus der Arbeitsraum (von extern) mit einer periodischen Druckvariation beaufschlagt wird und der elektromechanische Wandler als elektrischer Generator fungiert (sodass an den beiden Elektroden eine Wechselspannung abgegriffen werden kann).
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der Arbeitsraum und/oder der Kanal zumindest teilweise mit einem porösen, offenporigen Material gefüllt. Gemäß dieser Ausführungsform kann die elektrisch leitfähige Flüssigkeit des Flüssigkolbens durch Kapillarkräfte gehalten und durch die offenporige Struktur mechanisch geführt sein, sodass ein schwallfreier und/oder lageunabhängiger Betrieb der Kolbenmaschine ermöglicht ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Kolbenmaschine zwei Arbeitsräume auf, wobei der Flüssigkolben derart angeordnet ist, dass er mit seiner ersten Stirnfläche an den einen Arbeitsraum angrenzt und mit seiner anderen Stirnfläche an den anderen Arbeitsraum angrenzt (sog. doppelt-wirkende Kolbenmaschine). Gemäß dieser Ausführungsform kann die Kolbenmaschine durch Anbindung eines zweiten Arbeitsraums an den elektromechanischen Wandler als doppelt wirkende Druck-Volumen-Maschine (kurz: „pV-Maschine“) ausgeführt sein, wobei eine Expansion eines der Arbeitsräume mit einer Kompression des jeweils anderen Arbeitsraums einhergeht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Doppelkolbenmaschine mit einer ersten und einer zweiten Kolbenmaschine gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen bereitgestellt. Ein Arbeitsraum der ersten Kolbenmaschine steht über eine Thermotauschvorrichtung in Fluidverbindung mit einem Arbeitsraum der zweiten Kolbenmaschine, wobei die Thermotauschvorrichtung in Richtung von dem Arbeitsraum der ersten Kolbenmaschine zu dem Arbeitsraum der zweiten Kolbenmaschine hin nacheinander eine Kühleinrichtung (zum Kühlen des Arbeitsmediums), einen Regenerator (bzw. Wärme-Zwischenspeicher), und einen Wärmetauscher (zum Austausch von Wärme mit dem Arbeitsmedium) aufweist. Jede der beiden Kolbenmaschinen weist zudem einen zugehörigen elektrisch leitfähigen Flüssigkolben und einen elektromechanischen Wandler (mit einem Magneten, zwei Elektroden und dem Flüssigkolben) auf.
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Die Doppelkolbenmaschine kann z. B. als alpha-Stirling-Maschine ausgebildet sein, wobei die beiden Flüssigkolben den Hochtemperaturseite-Kolben und den Niedertemperaturseite-Kolben der alpha-Stirling-Maschine bilden, und wobei die erste Kolbenmaschine als Kompressions-pV-Maschine und die zweite Kolbenmaschine als Expansions-pV-Maschine fungiert. Bei Ausbildung bzw. Verwendung der Doppelkolbenmaschine als Kraftmaschine wird der Doppelkolbenmaschine (bzw. dem Arbeitsmedium) mittels des Wärmetauschers der Thermotauschvorrichtung thermische Energie von außen zugeführt, d. h. der Wärmetauscher fungiert als Erhitzer; wohingegen bei Verwendung der Doppelkolbenmaschine als Wärmepumpe der Wärmetauscher als Niedertemperatur-Kältequelle (bzw. als kalter Wärmetauscher) fungiert, an welcher Kälte abgegriffen werden kann. Die Realisierung des thermodynamischen Kreisprozesses erfolgt über die zueinander phasenverschobene elektrische Ansteuerung der elektromagnetischen Wandler der beiden Kolbenmaschinen, wobei die Kompressionsmaschine elektrische Arbeit aufnimmt (d. h. als Motor wirkt) und die Expansionsmaschine elektrische Arbeit abgibt (d. h. als Generator wirkt). Bei Ausbildung bzw. Verwendung der Doppelkolbenmaschine als Kraftmaschine ist die von der Expansionsmaschine abgegebene elektrische Arbeit größer als die von der Kompressionsmaschine aufgenommene elektrische Arbeit; wohingegen bei Ausbildung bzw. Verwendung der Doppelkolbenmaschine als Wärmepumpe (bzw. Kältemaschine) die abgegebene elektrische Arbeit geringer ist als die aufgenommene elektrische Arbeit.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Multikolbenmaschine mit mehreren doppelt-wirkenden Kolbenmaschinen gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform bereitgestellt (wobei jede der Kolbenmaschinen zwei Arbeitsräume aufweist). Der erste Arbeitsraum jeder Kolbenmaschine fungiert als Kompressionskammer, wohingegen der zweite Arbeitsraum jeder Kolbenmaschine als Expansionskammer fungiert. Die Kolbenmaschinen sind ringförmig seriell (d. h. als Reihenschaltung) miteinander verbunden, indem jeweils die Kompressionskammer einer Kolbenmaschine über eine Thermotauschvorrichtung in Fluidverbindung mit der Expansionskammer der in der Reihenschaltung nachfolgenden Kolbenmaschine steht. Die Thermotauschvorrichtungen gleichen in Aufbau und Wirkungsweise der oben beschriebenen Thermotauschvorrichtung der Doppelkolbenmaschine, wobei jede der Thermotauschvorrichtungen in Richtung von der jeweiligen Kompressionskammer zu der jeweiligen Expansionskammer hin nacheinander eine Kühleinrichtung (zum Kühlen des Arbeitsmediums), einen Regenerator (bzw. Wärme-Zwischenspeicher), und einen Wärmetauscher (zum Austausch von Wärme mit dem Arbeitsmedium) aufweist.
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Gemäß diesem Aspekt der Erfindung bewirkt eine Kompression des Arbeitsmediums in einer Kompressionskammer einer Kolbenmaschine eine Expansion des Arbeitsmediums in die angebundene Expansionskammer der nachfolgenden Kolbenmaschine. Die Verschaltung mehrerer Kolbenmaschinen ermöglicht eine Leistungssteigerung gegenüber Kolbenmaschinen mit lediglich einem einzigen Kolben; zudem hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäße zyklische Serienschaltung eine Selbstsynchronisation der Multikolbenmaschine bewirkt, d. h. die (hinsichtlich des Wirkungsgrades der Multikolbenmaschine) optimalen Phasenwinkel zwischen Kompression und Expansion stellen sich automatisch ein.
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Bei serieller Verschaltung von N Kolbenmaschinen wird eine Phasenverschiebung von jeweils 2π/N zwischen den Schwingbewegungen der Flüssigkolben zweier in der Reihenschaltung aufeinanderfolgender Kolbenmaschinen realisiert. Es kann z. B. vorgesehen sein, drei bzw. vier Kolbenmaschinen seriell und zyklisch zu verschalten, wobei die Phasenverschiebung zwischen der Hubbewegung eines Flüssigkolbens und der Hubbewegung des benachbarten Flüssigkolbens entsprechend 120 Grad bzw. 90 Grad beträgt. Bei der Ausbildung der Multikolbenmaschine als Kraftmaschine kann die elektrische Arbeit direkt als mehrphasige Spannung bzw. mehrphasiger Strom (mit N Phasen) abgegriffen werden; wohingegen bei der Ausbildung als Wärmepumpe die Multikolbenmaschine direkt mit mehrphasigem Strom angesteuert bzw. beaufschlagt werden kann. Hinsichtlich der Kompatibilität mit standardisierten elektrischen Versorgungsnetzen, welche Dreiphasenwechselstrom bereitstellen, ist die Ausbildung der Multikolbenmaschine mit drei Kolben vorteilhaft. Die elektrische Ansteuerung erfolgt bevorzugt mit einer der Resonanzfrequenz bzw. Eigenfrequenz der Multikolbenanordnung entsprechenden Wechselspannungs-Frequenz.
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Gemäß weiteren Aspekten der Erfindung werden eine Wärmepumpe und eine Stromerzeugungsvorrichtung mit einer Kolbenmaschine gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen bereitgestellt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die 1 bis 7 veranschaulicht, wobei gleiche oder ähnliche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen sind; hierbei zeigen schematisch:
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1A eine Darstellung einer Kolbenmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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1B eine Perspektivansicht des elektromechanischen Wandlers der Kolbenmaschine gemäß 1;
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2 eine Darstellung einer doppelt-wirkenden Kolbenmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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3A eine Doppelkolbenmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer Barriereflüssigkeit;
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3B eine Doppelkolbenmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einem Pulsrohr;
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4 eine Multikolbenmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit drei Einzelkolbenmaschinen;
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5 eine Darstellung eines Arbeitsraums mit einer Ventilanordnung und einer porösen Füllstruktur;
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6A eine Kompressions-Kühlvorrichtung mit einer als Verdichter fungierenden Kolbenmaschine;
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6B eine Joule-Thomson-Kühlvorrichtung mit einer als Verdichter fungierenden Kolbenmaschine; und
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7 eine Rankine-Kraftmaschine mit einer als Verdichter fungierenden Kolbenmaschine.
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1A veranschaulicht eine Kolbenmaschine 1 gemäß einer Ausführungsform, wobei die Kolbenmaschine einen Arbeitsraum 3 aufweist, in dem ein gasförmiges Arbeitsmedium 5 der Kolbenmaschine 1 aufgenommen ist. Die Kolbenmaschine 1 weist ferner einen Flüssigkolben 7 aus einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit auf. Der Flüssigkolben bzw. die Flüssigkeit 7 ist in einem an den Arbeitsraum 3 angrenzenden Kanal 9 derart gehalten, dass sie in dem Kanal 9 entlang der Kanallängsrichtung schwingend hin- und herströmen kann (in den 1A und 1B ist die Bewegungsrichtung der Flüssigkeit durch den Doppelpfeil 10 veranschaulicht und verläuft innerhalb des Kanals 9 parallel zur y-Richtung des in den 1A und 1B dargestellten xyz-Koordinatensystems) und in den angrenzenden Arbeitsraum 3 ein- und aus demselben hinausströmen kann, sodass das Volumen des Arbeitsraums 3 entsprechend der Bewegung bzw. entsprechend der jeweiligen Position des Flüssigkolbens 7 variiert. Gemäß der Ausführungsform nach 1 bildet die Stirnfläche 11 des Kolbens 7 eine Begrenzungsfläche des Arbeitsraumvolumens 3 und steht in direktem Kontakt mit dem Arbeitsmedium 5.
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Die Kolbenmaschine 1 weist ferner (siehe auch 1B) einen Magneten 13 auf, wobei der Magnet gemäß 1B als Permanentmagnet 13 ausgebildet ist. Der Magnet 13 ist derart angeordnet, dass das von ihm erzeugte Magnetfeld 15 am Ort des Flüssigkolbens 7 senkrecht zur Bewegungsrichtung (y-Richtung) des Flüssigkolbens orientiert ist. Gemäß 1B wird das von dem Magneten erzeugte Magnetfeld 15 zu diesem Zweck mittels eines magnetischen Kreises 17 aus einem weichmagnetischen Material (z. B. Eisen) derart gebündelt und geführt, dass es am Ort des Flüssigkolbens 7 bzw. innerhalb des Kanals 9 (im Wesentlichen) senkrecht zur Kanallängsrichtung bzw. Strömungsrichtung 10 der Flüssigkeit 7 orientiert ist, wobei die Feldlinien des Magnetfelds 15 gemäß den 1A und 1B innerhalb des Kanals 9 (im Wesentlichen) in negative z-Richtung weisen.
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Des Weiteren weist die Kolbenmaschine 1 zwei Elektroden 19, 21 auf, die in direktem elektrischen Kontakt mit der Flüssigkeit 7 stehen. Die Elektroden 19, 21 sind in einem sowohl bezüglich der Strömungsrichtung 10 (d. h. der y-Richtung) als auch bezüglich der Magnetfeldrichtung 15 am Ort des Kolbens (d. h. der z-Richtung) senkrechten Abstand zueinander angeordnet (d. h. die Elektroden 19, 21 sind entlang der x-Richtung voneinander beabstandet) und bilden jeweils einen Abschnitt der Begrenzungswand des Kanals 9.
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Die Kolbenmaschine 1 weist eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt) auf, mittels derer die Kolbenmaschine 1 selektiv in einen Motor-Modus oder in einen Generator-Modus geschaltet werden kann. In dem Motor-Modus werden die beiden Elektroden 19, 21 mit einer (externen) periodischen Wechselspannung beaufschlagt, wodurch der Flüssigkolben 7 mit einer der Frequenz der Wechselspannung entsprechenden Schwingfrequenz in dem Kanal 9 hin- und herbewegt wird und somit das freie Volumen des Arbeitsraums 3 periodisch von dem Kolben 7 variiert wird. In dem Motor-Modus kann der Flüssigkolben 7 z. B. als Verdrängerkolben für das Arbeitsmedium wirken (und dieses z. B. periodisch komprimieren und expandieren, oder periodisch aus dem Arbeitsraum hinausdrängen und in den Arbeitsraum hinein saugen) und somit z. B. einen angebundenen thermodynamischen Kreisprozess antreiben.
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In dem Generator-Modus wird der Arbeitsraum 3 in für pV-Maschinen bekannter Art und Weise einer periodische Druckvariation unterworfen, wobei mittels der Druckvariation der Flüssigkolben 7 in eine periodische Schwingbewegung versetzt wird und – aufgrund der Wirkung der Lorentzkraft auf die bewegten elektrischen Ladungen des Flüssigkolbens 7 in dem Magnetfeld 15 – eine Wechselspannung zwischen den Elektroden 19, 21 erzeugt wird und abgegriffen werden kann.
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Die Druckvariation kann z. B. mittels dafür vorgesehener Einrichtungen (in den 1A, 1B nicht dargestellt) durch abwechselndes Erhitzen und Abkühlen eines abgeschlossenen Arbeitsmedium-Volumens oder durch abwechselndes Einlassen von Arbeitsmedium in den Arbeitsraum 3 und Auslassen von Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum 3 hervorgerufen werden.
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2 veranschaulicht eine Kolbenmaschine 23 gemäß einer weiteren Ausführungsform, welche sich von der in den 1A und 1B veranschaulichten Kolbenmaschine 1 dadurch unterscheidet, dass die Kolbenmaschine 23 als doppelt-wirkende Kolbenmaschine ausgeführt ist, wobei an jeder der beiden Stirnflächen 11, 11’ des Flüssigkolbens 7 eine Arbeitskammer 3 angebunden ist. Eine Verkleinerung des Volumens eines/einer der Arbeitsräume bzw. Arbeitskammern 3 aufgrund einer entsprechenden Bewegung des Flüssigkolbens 7 geht somit stets mit einer Vergrößerung des Volumens der jeweils anderen Arbeitskammer 3 einher.
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3A veranschaulicht eine Doppelkolbenmaschine 25 gemäß einer Ausführungsform, welche nach dem alpha-Stirling-Funktionsprinzip arbeitet. Die Doppelkolbenmaschine 25 weist eine erste Kolbenmaschine 27, die als Komressions-pV-Maschine 27 fungiert, und eine zweite Kolbenmaschine 29, die als Expansions-pV-Maschine fungiert, auf. Die Kompressionsmaschine 27 weist einen Arbeitsraum 3 auf, die Expansionsmaschine 29 weist einen Arbeitsraum 3’ auf. Jede der beiden Kolbenmaschinen 27, 29 weist einen zugehörigen elektromechanischen Wandler mit einem Flüssigkolben 7, einem Magneten (in 3A nicht dargestellt) und einem magnetischen Kreis 17, und zwei Elektroden 19, 21 wie oben mit Bezug auf die 1A und 1B beschrieben auf.
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Der Arbeitsraum 3 der Kompressionsmaschine 27 steht über eine Thermotauschvorrichtung 31 in Fluidverbindung mit dem Arbeitsraum 3’ der Expansionsmaschine 29. Die Thermotauschvorrichtung 31 weist – in Richtung von dem Arbeitsraum 3 der Kompressionsmaschine 27 her zu dem Arbeitsraum 3’ der Expansionsmaschine 29 hin – aufeinanderfolgend eine Kühleinrichtung 33, einen Regenerator 35 und einen Wärmetauscher 37 auf.
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Bei einer Kompressionsbewegung des Kolbens 7 der Kompressionsmaschine 27 wird das Arbeitsmedium 5 von dem Arbeitsraum 3 der Kompressionsmaschine 27 in den Arbeitsraum 3’ der Expansionsmaschine 29 gedrängt (und umgekehrt); wobei das Arbeitsmedium 5 die Thermotauschvorrichtung 31 durchströmt. Die Kühleinrichtung 33 ist zum Kühlen des durch sie hindurchströmenden Arbeitsmediums 5 ausgebildet. Der Regenerator 35 ist zum Zwischenspeichern der thermischen Energie des durch ihn in der einen Richtung hindurchströmenden Arbeitsmediums 5 und Abgeben der gespeicherten thermischen Energie an das durch ihn in der anderen Richtung hindurchströmende Arbeitsmedium 5 ausgebildet. Zum Beispiel kann der Regenerator 35 zum Zwischenspeichern der thermischen Energie des durch ihn in Richtung von der Expansionsmaschine 29 zu der Kompressionsmaschine 27 hin hindurchströmenden Arbeitsmediums 5 und Abgeben der gespeicherten thermischen Energie an das durch ihn in Richtung von der Kompressionsmaschine 27 zu der Expansionsmaschine 29 hin hindurchströmenden Arbeitsmediums 5 wirken.
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Bei der Ausführung der Doppelkolbenmaschine 25 als Kraftmaschine bzw. Stromerzeugungsvorrichtung fungiert der Wärmetauscher 37 als Erhitzer zum Erhitzen des durch ihn hindurchströmenden Arbeitsmediums 5, wobei die thermische Energie z. B. aus der Abgaswärme eines Kraftfahrzeugs stammt. Bei der Ausführung der Doppelkolbenmaschine 25 als Wärmepumpe bzw. Kältemaschine fungiert der Wärmetauscher 37 als kalter Wärmetauscher bzw. als Kältequelle, wobei das hindurchströmende Arbeitsmedium 5 thermische Energie aufnehmen kann und somit als Kühlung fungiert.
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Die Realisierung des thermodynamischen Stirling-Kreisprozesses erfolgt sowohl bei der Ausführung als Kraftmaschine als auch als Wärmepumpe mittels zueinander phasenverschobener elektrischer Ansteuerung der elektromechanischen Wandler der beiden pV-Maschinen 27, 29 (d. h. Beaufschlagung der jeweiligen Elektrodenpaare der pV-Maschinen 27 und 29 mit einer externen elektrischen Wechselspannung). Die Kompressionsmaschine 27 nimmt (in Summe) elektrische Arbeit auf, d. h. wirkt als Motor, und die Expansionsmaschine 29 gibt (in Summe) elektrische Arbeit ab, d. h. wirkt als Generator. Bei der Ausführung als Kraftmaschine ist die von der Expansionsmaschine 29 abgegebene elektrische Arbeit größer als die von der Kompressionsmaschine 27 aufgenommene elektrische Arbeit, wobei über den als Erhitzer wirkenden Wärmetauscher 37 zugeführte thermische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Bei der Ausführung als Wärmepumpe ist die von der Expansionsmaschine 29 abgegebene elektrische Arbeit kleiner als die von der Kompressionsmaschine 27 aufgenommene elektrische Arbeit, wobei unter Aufbringung elektrischer Energie der Wärmetauscher 37 gekühlt wird.
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Gemäß 3A ist der Flüssigkolben 7 der Expansionsmaschine 29 mittels einer thermischen Isolationsschicht 39 in Form einer Barriereflüssigkeit-Schicht thermisch von dem Arbeitsmedium 5 und dem Wärmetauscher 37 separiert bzw. entkoppelt. Mittels der thermischen Isolationsschicht 39 ist ein Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsmedium 5 (bzw. Wärmetauscher 37) und dem Flüssigkolben 7 wirksam unterdrückt, sodass damit einhergehende thermische Verluste wirksam unterbunden sind. Zum Beispiel ist bei der Verwendung der Doppelkolbenmaschine 25 als Kraftmaschine durch die Isolationsschicht 39 ein Erwärmen des Flüssigkolbens 7 und ein damit einhergehender Leistungsverlust verhindert (durch ein solches Erwärmen würde ein Teil der über den – als Erhitzer wirkenden – Wärmetauscher 37 zugeführten thermischen Energie nicht mehr zum Leisten von Expansionsarbeit und somit auch nicht mehr zur Erzeugung elektrischer Energie in der Expansionsmaschine 29 zur Verfügung stehen, wodurch der Wirkungsgrad entsprechend verringert würde, eine analoge Wirkungsweise ergibt sich bei der Verwendung der Doppelkolbenmaschine 25 als Wärmepumpe). Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, den Flüssigkolben 7 auf der Seite der Kompressionsmaschine 27 mittels einer thermischen Isolationsschicht von dem Arbeitsraum 3 (bzw. dem Kühler 33) thermisch zu entkoppeln.
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3B veranschaulicht eine Doppelkolbenmaschine 41 gemäß einer weiteren Ausführungsform, welche als Pulsrohr-Maschine ausgeführt ist. Die Ausführung gemäß 3B unterscheidet sich von der Ausführung gemäß 3A dadurch, dass anstelle der Barriereflüssigkeits-Schicht 39 eine kompressible Gassäule 43 in einem Pulsrohr 45 als thermische Isolationsschicht vorgesehen ist. Die Gassäule 43 kann zum Beispiel aus demselben Material bzw. Medium bestehen wie das Arbeitsmedium 5.
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4 veranschaulicht eine Multikolbenmaschine 47 gemäß einer Ausführungsform, wobei die Multikolbenmaschine 47 mehrere, hier: drei, doppelt-wirkende Einzelkolbenmaschinen 23, 23’, 23’’ aufweist. Jede der drei Kolbenmaschinen 23, 23’, 23’’ weist einen zugehörigen elektromechanischen Wandler mit einem Flüssigkolben 7, einem Magneten (in 4 nicht dargestellt) mit einem magnetischen Kreis 17, und zwei Elektroden 19, 21, wie oben mit Bezug auf die 1A und 1B beschrieben, auf (in 4 lediglich exemplarisch am Beispiel der Kolbenmaschine 23 gekennzeichnet) sowie zwei Arbeitsräume bzw. -kammern 3, 3’’, wobei jeweils der Arbeitsraum 3 als Expansionskammer und der Arbeitsraum 3’’ als Kompressionskammer fungieren. Die Kolbenmaschinen 23, 23’ und 23’’ sind ringförmig seriell verschaltet, indem jeweils die Kompressionskammer 3’’ einer Kolbenmaschine über eine Thermotauschvorrichtung 31 mit der Expansionskammer 3 der in der Reihenschaltung nachfolgenden Kolbenmaschine in Fluidverbindung steht. Jede der Thermotauschvorrichtungen 31 gleicht in Aufbau und Wirkungsprinzip der oben mit Bezug auf die 3A beschriebenen Thermotauschvorrichtung 31 und weist – in Richtung von der Kompressionskammer 3’’ einer Kolbenmaschine zu der Expansionskammer 3’’ der folgenden Kolbenmaschine hin – aufeinanderfolgend eine Kühleinrichtung 33, einen Regenerator 35 und einen Wärmetauscher 37 auf.
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Die Multikolbenmaschine 47 kann analog zu den mit Bezug auf die 3A und 3B beschriebenen Doppelkolbenmaschinen als Kraftmaschine oder als Wärmepumpe betrieben bzw. verwendet werden, wobei jeweils eine Verkleinerung des freien Volumens der Kompressionskammer 3’’ einer Kolbenmaschine zu einer Vergrößerung des freien Volumens der Expansionskammer 3 der nachfolgenden Kolbenmaschine führt. Die Ansteuerung der Multikolbenmaschine 47 mit drei Kolben erfolgt mittels Beaufschlagens der Elektrodenpaare der Kolbenmaschinen 23, 23’, 23’’ mit entsprechenden Wechselspannungen, wobei die Phasen der Wechselspannungen aufeinanderfolgender Elektrodenpaare jeweils um 2π/3 bzw. 120 Grad zueinander verschoben sind.
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Bei der Verwendung der Multikolbenmaschine 47 als Kraftmaschine fungieren die Wärmetauscher 37 (wie mit Bezug auf 3A beschrieben) jeweils als Erhitzer zum Erhitzen des durch sie hindurchströmenden Arbeitsmediums 5; bei der Ausführung als Wärmepumpe bzw. Kältemaschine fungieren die Wärmetauscher 37 jeweils als kalter Wärmetauscher bzw. als Kältequelle, wobei das hindurchströmende Arbeitsmedium 5 thermische Energie aufnimmt und somit als Kühlung fungiert. Bei der Verwendung als Kraftmaschine ist die an den elektromagnetischen Wandlern aufgenommene elektrische Arbeit kleiner als die an denselben abgegebene elektrische Arbeit, wobei die abgegebene elektrische Arbeit vorteilhafterweise direkt als mehrphasige(r) Spannung/Strom abgegriffen werden kann. Bei der Verwendung als Wärmepumpe ist die die an den elektromagnetischen Wandlern aufgenommene elektrische Arbeit größer als die an denselben abgegebene elektrische Arbeit, wobei die Elektrodenpaare direkt mit einer mehrphasigen (hier: dreiphasigen) Spannung angesteuert werden können.
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Bei den Ausführungsformen gemäß den 3A, 3B und 4 sind thermodynamische Kreisprozesse mit abgeschlossenen Arbeitsmedium-Volumina realisiert. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, thermodynamische Kreisprozesse mittels periodischen Einlassens von Arbeitsmedium in einen Arbeitsraum und Auslassens aus demselben zu realisieren.
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5 veranschaulicht diesbezüglich als Detailansicht einen Abschnitt eines Arbeitsraums 3 mit einem Einlassventil 49, einem Auslassventil 51 und einem an den Arbeitsraum 3 angrenzenden Kanal 9. Der Kanal 9 ist mit einer offenporigen Füllstruktur 53 gefüllt. Die elektrisch leitfähige Flüssigkeit des Flüssigkolbens 7 ist mittels einer thermischen Isolationsschicht in Form einer Barriere-Flüssigkeit 39 von dem Arbeitsraum 3 (bzw. dem Arbeitsmedium 5) thermisch entkoppelt. Mittels des Einlassventils 49 und des Auslassventils 51 kann Arbeitsmedium 5 in den Arbeitsraum 3 hinein- oder aus demselben hinausgelangen und somit eine Druckbeaufschlagung bzw. Druckentlastung des Arbeitsraums 3 bewirkt werden. Die elektrische Ansteuerung der Kolbenmaschine erfolgt auch in diesem Fall mittels Beaufschlagens zweier Elektroden (nicht dargestellt) mit einer Wechselspannung, wobei die elektrische Umsteuerung bzw. Spannungsumpolung entweder mit der Resonanzfrequenz des Kolbensystems erfolgt oder mittels Erfassens des Erreichens einer vorgegebenen Umkehrposition (an der die Bewegungsrichtung des Flüssigkolbens 7 umgekehrt werden soll) mittels zweier entsprechend positionierter elektrischer Kontaktgeber 55, 57. Die Steuerung der Ventile 49, 51 kann entweder selbst-synchronisierend oder ebenfalls über eine elektrische Kontaktgabe erfolgen.
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Die 6A, 6B und 7 veranschaulichen die Realisierung thermodynamischer Kreisprozesse mit ventilgesteuerten Maschinen mit Ventilanordnungen analog zu 5 mit einem Einlassventil 49 und einem Auslassventil 51.
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6A veranschaulicht eine Kompressions-Kühlvorrichtung 59 mit einer als Verdichter 61 fungierenden Kolbenmaschine 61 gemäß einer Ausführungsform. Die Kolbenmaschine 61 ist analog zu der mit Bezug auf die 1A und 1B beschriebenen Kolbenmaschine 1 ausgebildet und weist ein Einlassventil 49 und ein Auslassventil 51 zum Austausch von Arbeitsmedium 5 mit dem angebundenen Kühlkreis auf. Die Kolbenmaschine 61 wirkt mittels Beaufschlagens der beiden Elektroden 19, 21 mit einer externen elektrischen Wechselspannung als Verdichter 61 zum Verdichten des Arbeitsmediums 5. Der angebundene Kühlkreis weist – in Richtung von dem Auslassventil 51 zu dem Einlassventil 49 hin – einen Kondensationskühler 63 zum Kondensieren des verdichteten Arbeitsmediums 5, eine Entspannungsvorrichtung 65 (z. B. ein Drosselventil) und einen als Wärmetauscher fungierenden Verdampfer 67 zum Verdampfen des Arbeitsmediums 5 unter Aufnahme thermischer Energie (d. h. Kühlung) auf. Das entspannte Arbeitsmedium 5 wird über das Einlassventil 49 wieder dem Verdichter 61 zugeführt.
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6B veranschaulicht eine nach dem Joule-Thomson-Effekt arbeitende Kühlvorrichtung 69 mit einer – analog zu der Kolbenmaschine 61 gemäß 6A – als Verdichter 61 fungierenden Kolbenmaschine 61 gemäß einer Ausführungsform. Der angebundene Kühlkreis weist – in Richtung von dem Auslassventil 51 zu dem Einlassventil 49 hin – einen Nachkühler 71 zum Kühlen des verdichteten Arbeitsmediums 5, einen Rekuperator 73 zum weiteren Abkühlen des Arbeitsmediums 5, eine Entspannungsvorrichtung 65 und einen als Wärmetauscher fungierenden Verdampfer 67 auf. Das entspannte Arbeitsmedium 5 wird über das Einlassventil 49 wieder dem Verdichter 61 zugeführt. Das von dem Auslassventil 51 kommende Arbeitsmedium 5 wird entweder bereits im Nachkühler 71 oder anschließend im Rekuperator 73 kondensiert. Der Rekuperator 73 dient der Übertragung von Restkälte von dem verdampften Arbeitsmedium 5 auf das zu verdampfende Arbeitsmedium 5.
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7 veranschaulicht eine nach dem Rankine-Kreisprozess arbeitende Maschine 75 (sog. „Rankine-Maschine“) mit einer Kolbenmaschine 77 gemäß einer Ausführungsform. Die Kolbenmaschine 77 ist analog zu der mit Bezug auf die 1A und 1B beschriebenen Kolbenmaschine 1 ausgebildet und weist ein Einlassventil 49 und ein Auslassventil 51 zum Austausch von Arbeitsmedium 5 mit dem angebundenen Kühlkreis auf. Der angebundene thermische Kreislauf weist – in Richtung von dem Auslassventil 51 zu dem Einlassventil 49 hin – einen Kondensationswärmetauscher 79, eine Kondensatpumpe 81 (die über ein Einlassventil 49’ und ein Auslassventil 51’ angebunden ist) und einen als Verdampfer bzw. Überhitzer fungierenden Wärmetauscher 83 auf. Der Ausgang des Wärmetauschers 83 ist mit dem Einlassventil 49 verbunden. Die Steuerung der Ventile 49, 51 kann auch hier entweder selbst-synchronisierend oder über eine elektrische Kontaktgabe erfolgen.
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Bei der Verwendung der Rankine-Maschine 75 als Kraftmaschine wird das Arbeitsmedium 5 mittels der Kondensatpumpe 81 mit Druck beaufschlagt (wobei die Kondensatpumpe 81 z. B. auch eine Kolbenmaschine gemäß einer Ausführungsform sein kann), das Arbeitsmedium 5 wird im Wärmetauscher 83 – z. B. unter Verwendung der Abgaswärme eines Fahrzeugs – erhitzt und expandiert unter Antrieb der Kolbenmaschine 77, wobei die Bewegungsenergie des Flüssigkolbens 7 via den elektromechanischen Wandler in elektrische Energie umgewandelt wird, die über die beiden Elektroden 19, 21 abgegriffen werden kann. Anschließend wird das Arbeitsmedium 5 über das Auslassventil 51 ausgelassen und in dem Kondensationswärmetauscher 79 kondensiert.
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Bei der Verwendung der Rankine-Maschine 75 als Wärmepumpe wird der Flüssigkolben 7 der Kolbenmaschine 77 unter Aufbringung elektrischer Energie angetrieben und wirkt als Verdichter zum Verdichten des Arbeitsmediums; in diesem Fall wirkt der Wärmetauscher 83 als kalter Wärmetauscher bzw. Kältequelle.
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Die erfindungsgemäßen Kolbenmaschinen bzw. pV-Maschinen mit elektromechanischem An- bzw. Abtrieb können als Kompressions- und Expansionsmaschinen in Kraft-, Wärme- und Kältekreisprozessen eingesetzt werden. Sie können insbesondere zum An- und/oder Abtrieb in kleinen, schnelllaufenden Maschinen vorgesehen sein, welche z. B. als Antriebsmaschine bzw. Range-Extender für Kraftfahrzeuge mit Hybridantrieb (mit einem Elektroantrieb), zur Abgaswärme-Rückgewinnung bei Kraftfahrzeugen, für mobile oder stationäre unterbrechungsfreie Stromversorgungsaggregate (z. B. Hilfs- bzw. Notstromgeneratoren), als Kleinstverdichter z. B. in mobilen und stationären Haushalts-Kühlgeräten bzw. für (Gemisch-)Joule-Thomson-Kryokühler, und als Druckwellen-Maschinen in regenerativen kryogenen Kleinkältemaschinen, wie z. B. Stirling- und Pulse-Tube-Kühlern eingesetzt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kolbenmaschine
- 3, 3’, 3’’
- Arbeitsraum
- 5
- Arbeitsmedium
- 7
- Flüssigkolben
- 9
- Kanal
- 10
- Bewegungsrichtung des Flüssigkolbens
- 11, 11’
- Stirnfläche des Flüssigkolbens
- 13
- Magnet
- 15
- Magnetfeld
- 17
- magnetischer Kreis
- 19, 21
- Elektroden
- 23, 23’, 23’’
- doppelt-wirkende Kolbenmaschine
- 25
- alpha-Stirling-Doppelkolbenmaschine
- 27
- Kompressions-pV-Maschine / Kompressionsmaschine
- 29
- Expansions-pV-Maschine / Expansionsmaschine
- 31
- Thermotauschvorrichutng
- 33
- Kühleinrichtung
- 35
- Regenerator
- 37
- Wärmetauscher
- 39
- thermische Isolationsschicht
- 41
- Pulsrohr-Doppelkolbenmaschine
- 43
- Gassäule
- 45
- Pulsrohr
- 47
- Multikolbenmaschine
- 49, 49’
- Einlassventil
- 51, 51’
- Auslassventil
- 53
- offenporige Füllstruktur
- 55, 57
- elektrische Kontaktgeber
- 59
- Kompressions-Kühlvorrichtung
- 61
- Verdichter-Kolbenmaschine
- 63
- Kondensationskühler
- 65
- Entspannungsvorrichtung
- 67
- Verdampfer-Wärmetauscher
- 69
- Joule-Thomson-Kühlvorrichtung
- 71
- Nachkühler
- 73
- Rekuperator
- 75
- Rankine-Maschine
- 77
- Kolbenmaschine
- 79
- Kondensationswärmetauscher
- 81
- Kondensatpumpe
- 83
- Wärmetauscher
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7520133 B2 [0003]
- DE 102008050655 A1 [0004]