DE19948808A1 - Regenerative thermal power compressor, with flow connection from input container via inlet no-return valve to cold cavity and from there via outlet no-return valve to output container - Google Patents

Regenerative thermal power compressor, with flow connection from input container via inlet no-return valve to cold cavity and from there via outlet no-return valve to output container

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    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

The thermal power compressor has a displacement piston in a displacement cylinder separating a warm cavity from a cold cavity via heater, regenerator and cooler in series. There is a flow connection from the input container (21) via an inlet no-return valve (18) to the cold cavity (14) and from there via an outlet no-return valve (19) to the output container (22).

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmekraftkompressor zum Be­ treiben einer Sonnenenergieanlage mit einem Kraftwerk und einem Gas in geschlossenem Kreislauf. Solche Sonnenanlagen, wie z. B. Dish-Stirling System von Schlaich & Partner, mit Wärmekraftmaschinen, die als Stirlingmotoren in vielen Aus­ führungsarten bekanntgeworden sind, erreichen im Vergleich mit photovoltaischen Anlagen viel größeren Gesamtwirkungs­ grad. Trotzdem konnte der wirtschaftliche Durchbruch bei der Anwendung der Stirlingmotoren als Sonnenenergieumwan­ dler noch nicht erfolgen. Dies liegt hauptsächlich an der Herstellungskosten, die sich aus der Bauart der Stirlingmo­ toren ergeben.The invention relates to a thermal power compressor for loading drive a solar energy system with a power plant and a closed cycle gas. Such solar systems, such as B. Dish-Stirling System from Schlaich & Partner, with Heat engines that are used as Stirling engines in many management types have become known, achieve in comparison with photovoltaic systems much greater overall impact grad. Nevertheless, the economic breakthrough the use of the Stirling engines as solar energy converters not yet done. This is mainly due to the Manufacturing costs resulting from the design of the Stirlingmo gates result.

Die Bau des Wärmekraftkompressors basiert nach dem Funk­ tionsprinzip des Stirlingmotors. Bei derartigen Motoren trennt ein Verdrängerkolben, der hin- und herbewegbar an­ geordnet ist, einen warmen kaum von einem kalten Raum, wo ein Arbeitskolben mit Phasenverschiebung arbeitet und zwischen dem warmen und kalten Raum eine Strömungsverbin­ dung über Erhitzer-Regenerator-Kühler vorgesehen ist. Die in warmen Raum zugeführte Wärme wird durch die Hin- und Herbewegung des Arbeitskolbens in Arbeit teilweise verwandelt. The construction of the thermal power compressor is based on the radio principle of the Stirling engine. With such engines separates a displacement piston that is reciprocable is arranged a warm hardly from a cold room where a working piston with phase shift works and a flow connection between the warm and cold room is provided via heater-regenerator-cooler. The warmth supplied in warm room is caused by the back and forth Partial movement of the piston in work transformed.  

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren des Stirling­ prozesses so ändern, daß man auf den Arbeitskolben verzich­ ten kann und statt dessen das Gas zwischen zwei Druck­ behälter komprimieren. Dadurch läßt sich der Wärmekraft­ kompressor im Vergleich mit Stirlingmotor einfacher und kompakter bauen.The object of the invention is the Stirling method change the process so that you do without the working piston can and instead the gas between two pressures compress container. This allows the thermal power compressor compared to Stirling engine easier and build more compact.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß der kalte Raum des Verdrängerszylinders über ein Einlaßrückschlagventil mit einem Zuführbehälter und über ein Auslaßrückschlagventil mit einem Abführbehälter verbunden ist. Dank der Rück­ schlagventilen wird das Gas während der isohoren Druck­ änderungen in dem Verdrängerzylinder aus dem Zuführbehälter in den Abführbehälter ohne Aufwand von mechanischer Arbeit verdichtet. Im idealen Fall verwandelt der Wärmekraft­ pressor den Zustand des Gases zwischen den beiden Behälter mit Stirlingschen Wirkungsgrad, der dem Carnotfaktor gleich ist.This task is solved by the fact that the cold room of the Displacement cylinder with an inlet check valve with a hopper and an outlet check valve is connected to a discharge container. Thanks the back Impact valves will gas during the isohor pressure Changes in the displacement cylinder from the feed container into the discharge container without any mechanical work condensed. In the ideal case, the thermal power transforms pressor the state of the gas between the two containers with Stirling efficiency that is equal to the Carnot factor is.

Wegen seines kompakten Baues eignet sich der Wärmekraftkom­ pressor, den man auch als Stirlingkompressor bezeichnen kann, als ein Sonnenenergieempfänger in Solaranlagen, inbesonders daß eine parallele Verbindung mehrere Kom­ pressoren möglich ist. Jede von der Erhitzer ist mit Sonnenkolektor ausgerüstet und das komprimierte Gas aus dem Abführbehälter treibt ein gemeinsame Kraftwerk an. Because of its compact construction, the thermal power commander is suitable pressor, which is also known as a Stirling compressor can, as a solar energy receiver in solar systems, in particular that a parallel connection several com pressors is possible. Each of the heaters is with Equipped with a solar collector and the compressed gas a common power plant drives the discharge tank.  

Statt der inneren Kühlern der Kompressoren ist Anwendung eines gemeinsamen Außenkühlers besonders günstig. Trotz des kleineren thermischen Wirkungsgrades wird noch Nutzwärme aus dem Außenkühler wiedergewonnen. Unter Vernachlässigung der Verlusten, wie z. B. Wirkungsgrad des Kraftwerkes, kann die ganze empfangene Sonnenenergie ausgenutzt werden.Instead of the internal coolers of the compressors is used a common external cooler is particularly cheap. Despite the lower thermal efficiency will still be useful heat recovered from the outside cooler. Neglecting the losses such as B. efficiency of the power plant, can all the solar energy received can be used.

Fig. 1 zeigt schematische Darstellung des Wärmekraftkom­ pressors 10. Im wesentlichen besteht er aus einem Verdrän­ gerzylinder 11, in dem ein Verdrängerkolben 12 den warmen Raum 13 von den kalten Raum 14 trennt und hin- und herbewegbar von einer Antriebsvorrichtung 20 gelagert ist und zwischen den beiden Räumen 13, 14 eine Strömungsverbin­ dung über Erhitzer 15, Regenerator 16, Kühler 17 vorgesehen ist. Der kalte Raum 14 ist über ein Einlaßrückschlagventil 18 mit einem Zuführbehälter 21 und über ein Auslaßrück­ schlagventil 19 mit einem Abführbehälter 22 verbunden, so daß das Gas nur aus dem Zuführbehälter 21 über den kalten Raum 14 in den Abführbehälter 22 strömen kann. Während der Kolbenbewegung nach oben steht das Gas isohoren Zustands­ änderungen unter und wenn der Druck im Verdrängerzylinder 11 unten dem Druck im Zuführbehälter 21 absinkt, wird das Gas über Einlaßrückschlagventil 18 in den kalten Raum 14 angesaugt. Umgekehrt während der Kolbenbewegung nach unten, wenn der Druck im Verdrängerzylinder 11 den Druck in Ab­ führbehälter 22 übersteigt, wird das Arbeitsmedium über das Auslaßrückschlagventil 19 in den Abführbehälter 22 ver­ dichtet. Die beide Behälter 21, 22 sind mit einem Kraftwerk 24 verbunden, das als eine Kraftturbine, eine Kraftmaschine u. a. vorgesehen ist. Um die Toträume der Wärmetauschern 15, 16, 17 zu verkleinen und einen noch kompakteren Bau zu erreichen, ist ein Außenkühler 23 statt den Kühlern 17 vorgesehen. Bei einer solcher Lösung wird der kalte Raum 14 durch das aus dem Zuführbehälter 21 hereinströmende Gas und die Zylinderwände gekühlt. Fig. 1 shows a schematic representation of the Wärmekraftkom compressor 10th Essentially, it consists of a displacement cylinder 11 , in which a displacer 12 separates the warm room 13 from the cold room 14 and is supported in a reciprocating manner by a drive device 20 and between the two rooms 13 , 14 a flow connection via heater 15 , Regenerator 16 , cooler 17 is provided. The cold room 14 is connected via an inlet check valve 18 with a supply container 21 and via an outlet check valve 19 with a discharge container 22 , so that the gas can only flow from the supply container 21 via the cold space 14 into the discharge container 22 . During the upward movement of the piston, the gas is in a state of change and when the pressure in the displacement cylinder 11 drops below the pressure in the feed container 21 , the gas is sucked into the cold space 14 via the inlet check valve 18 . Conversely, during the piston movement downward, when the pressure in the displacement cylinder 11 exceeds the pressure in the discharge container 22 , the working medium is sealed via the outlet check valve 19 in the discharge container 22 . The two containers 21 , 22 are connected to a power plant 24 , which is provided as a power turbine, an engine, and others. In order to reduce the dead spaces of the heat exchangers 15 , 16 , 17 and to achieve an even more compact construction, an external cooler 23 is provided instead of the coolers 17 . In such a solution, the cold space 14 is cooled by the gas flowing in from the supply container 21 and the cylinder walls.

Fig. 2 zeigt schematische Darstellung einer Sonnenenergie­ anlage mit mehrere parallel verbundene Wärmekraftkompresso­ ren 10. Jede von ihm ist mit einem auf die Sonne gerichte­ ten Sonnenkolektor ausgerüstet und die Rückschlagventile 18, 19 sind an einer Netz Verteilungsröhren 26 und Sammel­ röhren 27 angeschlossen. Das aus der Sammelröhre 27 strömende Gas füllt den Abführbehälter 22 auf, treibt das Kraftwerk 24 an, kehrt in den Zuführbehälter 21 zurück und wird wieder in Wärmekraftkompressoren 10 ver­ dichtet. Im Fall der Wärmetauschern ohne Kühlern 17 ist Anwendung eines gemeinsamen Außenkühlers 23 und wärme­ dämmender Isolierung 28 der Sammelröhren 27 vorgesehen. Die mit dem Kühlmittel 29 übertragene Wärme ist auf ver­ schiedene Weise ausnutzbar. Fig. 2 shows a schematic representation of a solar energy system with several heat power compressors 10 connected in parallel. Each of it is equipped with a sun collector directed towards the sun and the check valves 18 , 19 are connected to a network of distribution tubes 26 and collecting tubes 27 . The gas flowing out of the collecting tube 27 fills the discharge tank 22 , drives the power plant 24 , returns to the feed tank 21 and is sealed again in thermal power compressors 10 . In the case of heat exchangers without coolers 17 , use of a common external cooler 23 and heat-insulating insulation 28 of the collecting tubes 27 is provided. The heat transferred with the coolant 29 can be used in various ways.

BezugszeichenReference numerals

1010th

Wärmekraftkompressor
Thermal compressor

1111

Verdrängerzylinder
Displacement cylinder

1212th

Verdrängerkolben
Displacement piston

1313

warmer Raum
warm room

1414

kalter Raum
cold room

1515

Erhitzer
Heater

1616

Regenerator
regenerator

1717th

Kühler
cooler

1818th

Einlaßrückschlagventil
Inlet check valve

1919th

Auslaßrückschlagventil
Exhaust check valve

2020th

Antriebsvorrichtung des Verdrängerkolbens
Displacement piston drive device

2121

Zuführbehälter
Hopper

2222

Abführbehälter
Laxative

2323

Außenkühler
Outside cooler

2424th

Kraftwerk
power plant

2525th

Sonnenkolektor
Solar collector

2626

Verteilungsröhre
Distribution tube

2727

Sammelröhre
Collecting tube

2828

wärmedämmende Isolierung
thermal insulation

2929

Kühlmittel
Coolant

Claims (6)

1. Wärmekraftkompressor in welchem ein Verdrängerkolben, der in einem Verdrängerzylinder angeordnet ist und einen warmen Raum von einem kalten Raum trennt, hin- und her­ bewegbar von einer Antriebsvorrichtung gelagert ist und zwischen dem warmen und dem kalten Raum eine Strömungsver­ bindung über seriell verbundene Erhitzer, Regenerator, Kühler vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strömungsverbindung aus einem Zuführbehälter (21) über ein Einlaßrückschlagventil (18) in den kalten Raum (14) und aus dem kalten Raum (14) über ein Auslaßrückschlagventil (19) in einen Abführbehälter (22) vorgesehen ist.1. thermal power compressor in which a displacement piston, which is arranged in a displacement cylinder and separates a warm room from a cold room, is movably supported to and fro by a drive device and has a flow connection between the warm and the cold room via a series-connected heater, Regenerator, cooler is provided, characterized in that a flow connection from a supply container ( 21 ) via an inlet check valve ( 18 ) into the cold space ( 14 ) and from the cold space ( 14 ) via an outlet check valve ( 19 ) into a discharge container ( 22 ) is provided. 2. Wärmekraftkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das verdichtete Gas zwischen dem Auslaßrück­ schlagventil (19) und dem Abführbehälter (22) über einen Außenkühler (23) strömt.2. Heat compressor according to claim 1, characterized in that the compressed gas between the outlet check valve ( 19 ) and the discharge tank ( 22 ) flows via an external cooler ( 23 ). 3. Sonnenenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß mehrere mit Sonnenkolektoren (25) ausgerüsteten Wärmekraftkompressoren (10) über Verteilungsröhren (26) und Sammelröhren (27) mit dem Zuführbehälter (21) und dem Ab­ führbehälter (22) parallel verbunden sind.3. Solar energy system according to claim 1, characterized in that several with solar collectors ( 25 ) equipped thermal power compressors ( 10 ) via distribution tubes ( 26 ) and collecting tubes ( 27 ) with the supply container ( 21 ) and the From container ( 22 ) are connected in parallel. 4. Sonnenenergieanlage nach Anspruch 1, 2, 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das komprimierte Gas aus der Sammelröhren (27) über ein gemeinsamer Außenkühler (23) in den Abführbe­ hälter (22) strömt.4. Solar energy system according to claim 1, 2, 3, characterized in that the compressed gas flows from the collecting tubes ( 27 ) via a common external cooler ( 23 ) in the Abführbe container ( 22 ). 5. Sonnenenergieanlage nach Anspruch 1, 2, 3, 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelröhren (27) mit einer wärme­ dämmenden Isolierung (28) isoliert sind und die aus dem Außenkühler (23) mit einem Kühlmittel (29) übertragene Wärme als Nutzwärme vorgesehen ist.5. Solar energy system according to claim 1, 2, 3, 4, characterized in that the collecting tubes ( 27 ) are insulated with a heat-insulating insulation ( 28 ) and the heat transferred from the external cooler ( 23 ) with a coolant ( 29 ) as useful heat is provided. 6. Sonnenenergieanlage nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, dadurch gekennzeichnet, daß statt der Verteilungsröhren (26) und dem Zuführbehälter (21) die Erdatmosphäre vorgesehen ist und als Arbeitsmedium die Umgebungsluft dient.6. Solar energy system according to claim 1, 2, 3, 4, 5, characterized in that instead of the distribution tubes ( 26 ) and the feed container ( 21 ) the earth's atmosphere is provided and the ambient air is used as the working medium.
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