DE4219080A1 - Thermal energy machine using compression principle - has separate units for compression and expansion with heat exchanger in exhaust from reciprocating expander - Google Patents

Thermal energy machine using compression principle - has separate units for compression and expansion with heat exchanger in exhaust from reciprocating expander

Info

Publication number
DE4219080A1
DE4219080A1 DE19924219080 DE4219080A DE4219080A1 DE 4219080 A1 DE4219080 A1 DE 4219080A1 DE 19924219080 DE19924219080 DE 19924219080 DE 4219080 A DE4219080 A DE 4219080A DE 4219080 A1 DE4219080 A1 DE 4219080A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heat
expansion
engine according
compression
heat exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19924219080
Other languages
German (de)
Inventor
Horst Dens
Juergen Dipl Ing Dens
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DENS JUERGEN DIPL ING DIPL WIR
Original Assignee
DENS JUERGEN DIPL ING DIPL WIR
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DENS JUERGEN DIPL ING DIPL WIR filed Critical DENS JUERGEN DIPL ING DIPL WIR
Priority to DE19924219080 priority Critical patent/DE4219080A1/en
Publication of DE4219080A1 publication Critical patent/DE4219080A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B27/00—Machines, plants or systems, using particular sources of energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/44—Passages conducting the charge from the pump to the engine inlet, e.g. reservoirs
    • F02B33/443—Heating of charging air, e.g. for facilitating the starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/02—Hot gas positive-displacement engine plants of open-cycle type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]

Abstract

The thermal energy machine has separate units for the compression and expansion, one compression unit being able to supply several expansion cylinders. For compression, a rotary compressor is used whose rotor is cooled with fluid through a hollow rotor shaft. This gives good cooling of the air compressed so as to make the compression almost isothermal. The energy in the exhaust gas is passed to the compressed air by a heat exchanger after the compressor. After the heat exchanger is a non-return valve which generates an under-pressure (partial vacuum) in combination with the energy exchange in the heat exchanger, this also being used to create mechanical energy. USE/ADVANTAGE - For providing power, heat and cooling using single heat pump for small and medium plant in building. Low-loss, almost isentropic expansion gives excellent efficiency.

Description

Wärmekraftmaschinen nach dem Verdrängungsprinzip, wie z. B. Die­ selmotoren oder Wankelmotoren sind seit langem bekannt. Diese Motoren haben den Nachteil, daß eine verlustarme Kompression nicht möglich ist. Denn hierfür müßte der Kompressionsraum, der gleichzeitig als Expansionsraum dient, sehr stark gekühlt werden. Dies brächte jedoch für die Expansion große Nachteile. Auch ist eine Nutzung der Verlustwärme über Wärmetauscher nicht möglich und eine gesteuerte Ladung nur unter größten Umständen zu erreichen.Heat engines according to the displacement principle, such as. B. The Selmotoren or Wankel engines have been known for a long time. These Motors have the disadvantage that low-loss compression not possible. Because this would need the compression space, the also serves as an expansion space, can be cooled very strongly. However, this would have major disadvantages for the expansion. Nor is the use of waste heat via heat exchangers possible and controlled charging only under the greatest of circumstances to reach.

Bei der im folgenden beschriebenen Wärmekraftmaschine sind diese Nachteile wie folgt behoben:In the heat engine described below, these disadvantages are as fixed as follows:

Für die Kompression wird ein geeigneter Verdichter, z. B. ein Schraubenverdichter verwendet, der durch geeignete Vorrichtungen so stark gekühlt wird, daß eine annähernd isotherme Verdichtung erreicht wird. Dadurch reduziert sich einerseits der Energieauf­ wand für die Verdichtung wesentlich und andererseits ist in dem nachfolgenden Wärmetauscher ein ausreichendes Temperaturgefälle vorhanden. Die Übertragung der Energie aus den heißen Abgasen auf die komprimierte Luft ist somit möglich.A suitable compressor, e.g. B. a Screw compressor used by suitable devices is cooled so much that an almost isothermal compression is achieved. On the one hand, this reduces energy consumption wall for the compression and on the other hand is in the subsequent heat exchangers have a sufficient temperature gradient available. The transfer of energy from the hot exhaust gases on the compressed air is therefore possible.

Für die Expansion wird eine getrennte Hubkolben- oder Drehkolben­ maschine verwendet. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß dieser Maschinenteil bei geeigneter Wahl des Materials nicht gekühlt werden muß und daß der Expansionsraum variabel gefüllt werden kann. Das variable Füllen erfolgt durch eine Steuerung der Ventile oder anderer Vorrichtungen in Abhängigkeit des Druckes und der Temperatur im bzw. vor dem Expansionsraum. Dadurch wird eine verlustarme, annähernd isentrope Expansion er­ reicht.For expansion, a separate reciprocating or rotary piston is used machine used. This gives the advantage that this Machine part not cooled with suitable choice of material must be and that the expansion space is filled variably can. The variable filling takes place through a control of the  Valves or other devices depending on the pressure and the temperature in or before the expansion space. This results in a low-loss, almost isentropic expansion enough.

Der große Vorteil dieser Anordnung gegenüber herkömmlichen Wärmekraftmaschine liegt darin, daß jeder Hub- und Senktakt ein Arbeitstakt ist.The great advantage of this arrangement over conventional heat engines lies in the fact that each lifting and lowering cycle is a work cycle.

Durch den guten Wirkungsgrad, der sich durch oben beschriebene Punkte ergibt, ist diese Wärmekraftmaschine sehr gut zur Kraft-Wärme-Kälte­ kopplung mit Hilfe einer Wärmepumpe für kleine und mittlere An­ lagen geeignet, da verhältnismäßig wenig thermische Energie an­ fällt, die in den Sommermonaten ohnehin ungenutzt an die Umwelt abgegeben werden müßte.Due to the good efficiency, which is described by the above Score points, this heat engine is very good for power-heat-cold Coupling with the help of a heat pump for small and medium-sized applications were suitable because there was relatively little thermal energy falls that in the summer months anyway unused to the environment should be delivered.

Bei höherem thermischen Energiebedarf, z. B. für die Winterheizung von Gebäuden, kann diese Energie der Umwelt entzogen werden. Der Kältekreislauf der Wärmepumpe ist außerdem sehr gut zur Kühlung der Verdichteranlage geeignet. Hierdurch kann der Wir­ kungsgrad der Anlage zusätzlich verbessert werden.With higher thermal energy requirements, e.g. B. for winter heating from buildings, this energy can be extracted from the environment. The cooling circuit of the heat pump is also very good for Suitable for cooling the compressor system. This enables the we efficiency of the system can also be improved.

In Ausführungsbeispiel 1 wird eine derartige Anlage beschrieben:Such a system is described in exemplary embodiment 1:

Die Verdichteranlage 1 (in diesem Beispiel handelt es sich um einen zweistufigen Schraubenverdichter mit Vor- und Zwischen­ kühlung) saugt Luft durch den Luftfilter 3 an und verdichtet diese bedingt durch die intensive Kühlung annähernd isotherm. Dadurch wird ein sehr guter Wirkungsgrad erreicht.The compressor system 1 (in this example it is a two-stage screw compressor with pre- and intermediate cooling) draws air through the air filter 3 and compresses it almost isothermally due to the intensive cooling. This achieves very good efficiency.

Die verdichtete Luft gelangt zunächst in den Druckausgleichsbe­ hälter 4, von dem mehrere Zylinder versorgt werden können, und von hieraus durch das Rückschlagventil 5 in den Wärmetauscher 6. In dem Wärmetauscher 6 steigt der Druck der Luft durch die Auf­ nahme der Restwärme aus den Abgasen der Expansionsmaschine 11. Das Rückschlagventil 5 verhindert eine Rückwirkung in den Druck­ ausgleichsbehälter 4. Durch ein weiteres Rückschlagventil 7 ge­ langt die vorgewärmte Luft in den Wärmetauscher 8 und wird durch das heiße Verbrennungsgas, das in der Brennkammer 9 unter Zu­ satz von flüssigem, gasförmigem oder staubförmigem Brennstoff erzeugt wird, auf ein hohes Temperaturniveau erhitzt.The compressed air first passes into the pressure compensation tank 4 , from which several cylinders can be supplied, and from there through the check valve 5 into the heat exchanger 6 . In the heat exchanger 6 , the pressure of the air rises by taking on the residual heat from the exhaust gases of the expansion machine 11 . The check valve 5 prevents a reaction in the pressure expansion tank 4th Another check valve 7 ge reaches the preheated air in the heat exchanger 8 and is heated to a high temperature level by the hot combustion gas that is generated in the combustion chamber 9 with the addition of liquid, gaseous or dusty fuel.

Die nun unter hohem Druck stehende Luft wird durch das Einlaß­ ventil 10 in den Zylinder 11 der Expansionsmaschine geleitet. Das Einlaßventil 10 ist hier als ein elektromagnetisches Ventil dargestellt. Zur Kühlung der Magnetspule des elektromagnetischen Ventils kann ebenfalls der Kältekreislauf der Wärmepumpe heran­ gezogen werden. Es sind aber auch Ventile mit hydraulischem oder pneumatischen Antrieb, die durch elektromagnetische Ventile vor­ gesteuert werden, einsetzbar. Der Vorteil der pneumatischen Variante liegt darin, daß ohnehin schon Druckluft in der Anlage vorhanden ist.The air, now under high pressure, is passed through the inlet valve 10 into the cylinder 11 of the expansion machine. The inlet valve 10 is shown here as an electromagnetic valve. The cooling circuit of the heat pump can also be used to cool the solenoid of the electromagnetic valve. However, valves with a hydraulic or pneumatic drive, which are controlled by electromagnetic valves, can also be used. The advantage of the pneumatic variant is that compressed air is already available in the system.

Das Einlaßventil 10 wird elektronisch gesteuert. Die dafür er­ forderlichen Steuerdaten werden z. B. überThe inlet valve 10 is controlled electronically. The tax data required for it are z. B. about

  • - die geforderte Leistung- the required performance
  • - die Temperatur und den Druck vor der Expansionskraft­ maschine- the temperature and pressure before the expansion force machine
  • - die Temperatur und den Druck am unteren Totpunkt des Kolbens 12 ermittelt.- The temperature and pressure at the bottom dead center of the piston 12 are determined.

Dadurch wird die Füllung des Zylinders 11 der Expansionsmaschine nach optimalen Bedingungen gesteuert, so daß eine verlustarme, annähernd isentrope Expansion ermöglicht wird.As a result, the filling of the cylinder 11 of the expansion machine is controlled according to optimal conditions, so that a low-loss, approximately isentropic expansion is made possible.

Am unteren Totpunkt des Kolbens 12 wird das Auslaßventil 13 ge­ öffnet. Der Unterdruck, der durch das Kühlen der, beim vorher­ gehenden Arbeitstakt in den Wärmetauscher 6 eingeströmte Luft entstanden ist, saugt den Kolben 12 nach oben.At the bottom dead center of the piston 12 , the exhaust valve 13 is opened ge. The negative pressure which has arisen from the cooling of the air which has flowed into the heat exchanger 6 during the previous working cycle sucks the piston 12 upwards.

Sobald der Unterdruck abgebaut ist, erzeugt der Kolben 12 in der Aufwärtsbewegung einen Überdruck und schiebt die im Wärme­ tauscher 6 abgekühlte Luft durch das Rückschlagventil 14, daß bei der Erzeugung des Unterdruckes in dem Wärmetauscher 6 mit­ wirkt, in den Druckausgleichsbehälter 15.Once the vacuum is degraded, the piston 12 generates in the upward movement of an overpressure and pushes the exchanger in the heat 6 cooled air through the check valve 14, that acts in the generation of the negative pressure in the heat exchanger 6, in the surge tank 15 °.

Aus diesem Druckausgleichsbehälter 15 wird ein Teil der Luft durch den Wärmetauscher 16 und die in Abhängigkeit vom Druck in diesem Druckausgleichsbehälter gesteuerte Drosselklappe 17 an die Außenluft abgegeben. Der andere Teil der Luft wird dem unter geringen Überdruck stehenden Druckausgleichsbehälter entnommen und über die, vom Leistungsbedarf abhängig geregelte Drosselklappe 18 der Brenn­ kammer 9 als Verbrennungsluft zugeführt. Auf dem Weg dorthin passiert die Luft den Wärmetauscher 19 und wird vorgewärmt.From this pressure expansion tank 15 , part of the air is released to the outside air through the heat exchanger 16 and the throttle valve 17 , which is controlled as a function of the pressure in this pressure expansion tank. The other part of the air is removed from the under low pressure surge tank, and fed via, depending on the power demand controlled throttle valve 18 of the internal chamber 9 as combustion air. On the way there, the air passes through the heat exchanger 19 and is preheated.

Der Brennstoff 20, dessen Menge ebenfalls in Abhängigkeit vom Leistungsbedarf gesteuert wird, passiert falls es sich um flüs­ sigen oder gasförmigen Brennstoff handelt, den zweiten Kreis des Wärmetauschers 19. Der Brennstoff wird hier vorgewärmt bevor er in die Brennkammer 9 gelangt und dort verbrennt.The fuel 20 , the amount of which is also controlled as a function of the power requirement, passes through the second circuit of the heat exchanger 19 if it is liquid or gaseous fuel. The fuel is preheated here before it reaches the combustion chamber 9 and burns there.

Das heiße Rauchgas aus der Brennkammer 9 gibt beim Passieren des Wärmetauschers 8 den größten Teil seiner thermischen Energie an das Arbeitsgas ab. Danach gelangt es in den Katalysator 21, in den Wärmetauscher 19 und anschließend in den zweiten Kreis des Wärmetauschers 16 be­ vor es die Anlage verläßt.The hot flue gas from the combustion chamber 9 releases most of its thermal energy to the working gas as it passes through the heat exchanger 8 . Then it gets into the catalyst 21 , in the heat exchanger 19 and then in the second circuit of the heat exchanger 16 be before it leaves the system.

Der Wärmetauscher 16 führt den Rest der wirtschaftlich verwert­ baren thermischen Energie der Wärmepumpe 2 zu. Diese entzieht jedoch den größten Teil der erforderlichen thermischen Energie anderen Quellen wie z. B. der Außenluft. Das bedeutet aber auch, daß die Anlage zum Kühlen bzw. zum Er­ wärmen von Gebäuden oder Anlagen verwendet werden kann. The heat exchanger 16 supplies the rest of the economically usable thermal energy to the heat pump 2 . However, this extracts most of the required thermal energy from other sources such as e.g. B. the outside air. But this also means that the system can be used for cooling or for heating buildings or systems.

Hinweis zur Verdichteranlage 1:Note on compressor system 1 :

Die Verdichteranlage 1 besteht aus dem Vorkühler 22, dem Schraubenverdichter 23 der ersten Stufe, dem Zwischenkühler 24 und dem Schraubenverdichter 25 der zweiten Stufe. Die Rotationskörper der Schraubenverdichter werden zusätzlich zu der Kühlung, die sich durch das gekühlte Schmieröl ergibt durch Hohlwellen mit gekühltem Öl versorgt. Durch die große Oberfläche der Rotationskörper der Schraubenverdichter ist eine sehr gute Wärmeabfuhr möglich.The compressor system 1 consists of the pre-cooler 22 , the screw compressor 23 of the first stage, the intermediate cooler 24 and the screw compressor 25 of the second stage. In addition to the cooling resulting from the cooled lubricating oil, the rotating bodies of the screw compressors are supplied with cooled oil through hollow shafts. Due to the large surface area of the rotating body of the screw compressor, very good heat dissipation is possible.

Zusätzlich zu der beschriebenen inneren Kühlung werden die Ge­ häuse der Schraubenverdichter durch den Kältekreislauf der Wärme­ pumpe gekühlt. Durch die Wärmepumpe werden auch der Vorkühler 22, der Zwischen­ kühler 24 und die Ölkühler für die Schraubenverdichter 23 und 25 gekühlt. Infolge der intensiven Kühlung der Verdichteranlage 1 wird eine annähernd isotherme Verdichtung erreicht.In addition to the internal cooling described, the housing of the screw compressor is cooled by the cooling circuit of the heat pump. The heat pump also cools the precooler 22 , the intermediate cooler 24 and the oil cooler for the screw compressors 23 and 25 . As a result of the intensive cooling of the compressor system 1 , an almost isothermal compression is achieved.

Die Verdichteranlage 1 und die Wärmepumpe 2 können über stufen­ lose Getriebe direkt von der Wärmekraftmaschine oder Elektromotoren, die von einem von der Wärmekraftmaschine angetriebenen Generator gespeist werden, an­ getrieben werden.The compressor system 1 and the heat pump 2 can be driven via continuously variable transmissions directly from the heat engine or electric motors, which are fed by a generator driven by the heat engine.

Die zweite Möglichkeit würde sich anbieten, wenn die Wärmekraftmaschine zum An­ trieb eines Generators zur Versorgung mit elektrischer Energie eingesetzt wird, weil dann ein elektrischer Energiespeicher vor­ handen sein müßte; der gleichzeitig zum Anlassen der Anlage dienen könnte.The second option would be available if the heat engine was on powered a generator to supply electrical energy is used because then an electrical energy storage in front should be done; the same time to start the system could serve.

In Zylinder 11 erfolgt keine Verbrennung. Somit ist bei diesen Wärmekraftmaschinen mit nur geringen Verschleiß und einfacherer Wartung gegen­ über den herkömmlichen Wärmekraftmaschine zu rechnen. No combustion takes place in cylinder 11 . With these heat engines, therefore, only slight wear and easier maintenance can be expected compared to the conventional heat engine.

Im Ausführungsbeispiel 2 ist eine Anlage zur ausschließlichen Gewinnung von mechanischer Energie dargestellt:Example 2 shows a plant for the exclusive extraction of mechanical energy:

Der Verdichter 1 ist ebenfalls wie im Ausführungsbeispiel 1 mehrstufig mit Vor- und Zwischenkühlung aufgebaut.The compressor 1 is also constructed in several stages, as in exemplary embodiment 1, with pre-cooling and intermediate cooling.

Im Unterschied dazu erfolgt die Kühlung hier jedoch durch die Umgebungsluft oder durch Wasser. Dieser saugt durch den Luftfilter 2 Luft an und fördert die an­ nähernd isotherme und damit energiesparend verdichtete Luft in den Druckausgleichsbehälter 3, der zur Versorgung mehrerer Zylinder dienen kann.In contrast to this, the cooling takes place here through the ambient air or through water. This sucks in air through the air filter 2 and conveys the approximately isothermal and thus energy-saving compressed air into the pressure expansion tank 3 , which can serve to supply several cylinders.

Von hieraus gelangt die Luft über das Rückschlagventil 4 in den Wärmetauscher 5, wo ein Teil der im Abgas enthaltenen Energie der Verbrennungsluft zugeführt wird. Das Rückschlagventil 4 ver­ hindert, daß durch den Druckanstieg im Wärmetauscher 5 Luft zurück in den Druckausgleichsbehälter 3 strömt.From here, the air passes through the check valve 4 into the heat exchanger 5 , where part of the energy contained in the exhaust gas is supplied to the combustion air. The check valve 4 prevents that air flows back into the surge tank 3 due to the pressure increase in the heat exchanger 5 .

Durch das Einlaßventil 6 gelangt die Verbrennungsluft in den Zylinder 7 der Expansionsmaschine. Nachdem für die Verbrennung genügend Luft in den Zylinder 7 geströmt ist und der Kolben 8 durch die Druckluft getrieben sich in der Abwärtsbewegung be­ findet, schließt das Einlaßventil 6. Der gasförmige oder flüssige Brennstoff 9 wird durch das Einspritzventil 10 in den Zylinder 7 eingespritzt und gezündet. Falls Kraftstoff verwendet wird bei dem eine Selbstzündung nicht zu befürchten ist, können Kraftstoff und Luft gleichzeitig in den Zylinder geleitet werden.The combustion air passes through the inlet valve 6 into the cylinder 7 of the expansion machine. After enough air has flowed into the cylinder 7 for the combustion and the piston 8, driven by the compressed air, is found in the downward movement, the inlet valve 6 closes. The gaseous or liquid fuel 9 is injected into the cylinder 7 through the injection valve 10 and ignited. If fuel is used in which self-ignition is not to be feared, fuel and air can be fed into the cylinder at the same time.

Nachdem der Kolben 8 den unteren Totpunkt erreicht hat, öffnet das Auslaßventil 11 und der Kolben 8 wird durch den Unterdruck, der durch das Abkühlen der Verbrennungsgase des vorhergehenden Taktes in den Wärmetauschern 5 und 13 entstanden ist, nach oben gesaugt. Nachdem der Unterdruck abgebaut ist, schiebt der Kolben 8 das restliche Abgas durch den Katalysator 12 in den Wärmetauscher 5, wo ein Teil der thermischen Energie an die zugeführte Verbren­ nungsluft abgegeben wird. Durch den Wärmetauscher 13, der zum Vorwärmen des Brennstoffes 9 dient, und das Rückschlagventil 14, das mit den Wärmetauschern 5 und 13 zur Erzeugung des Unterdrucks dient, verläßt das Abgas die Anlage.After the piston 8 has reached bottom dead center, the exhaust valve 11 opens and the piston 8 is sucked upward by the negative pressure which has been created in the heat exchangers 5 and 13 by the cooling of the combustion gases in the previous cycle. After the negative pressure is released, the piston 8 pushes the remaining exhaust gas through the catalytic converter 12 into the heat exchanger 5 , where part of the thermal energy is delivered to the combustion air supplied. Through the heat exchanger 13 , which serves to preheat the fuel 9 , and the check valve 14 , which serves with the heat exchangers 5 and 13 to generate the negative pressure, the exhaust gas leaves the system.

Die Ventile 6, 10 und 11 werden von einer elektronischen Steuerung in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Druck im Zylinder 7 im oberen und unteren Totpunkt und dem Leistungsbe­ darf so gesteuert, daß sich eine annähernd isentrope Expansion im Zylinder 7 und damit ein guter Wirkungsgrad ergibt.The valves 6 , 10 and 11 are controlled by an electronic control depending on the temperature and pressure in the cylinder 7 at top and bottom dead center and the power may be such that there is approximately isentropic expansion in the cylinder 7 and thus a good efficiency .

Der Druck am unteren Totpunkt des Kolbens soll soweit abgebaut sein, daß der verbleibende Druck nur noch zum Durchströmen der nachgeschalteten Anlagenteile ausreicht. Das bedeutet aber auch, daß der Zylinder infolge der verhältnismäßig niedrigen mittleren Temperatur nicht gekühlt werden muß, falls geeignete Werkstoffe verwendet werden.The pressure at the bottom dead center of the piston should be reduced so far be that the remaining pressure only to flow through the downstream system parts is sufficient. But that also means that the cylinder due to the relatively low mean Temperature does not need to be cooled if suitable materials be used.

In dem Ausführungsbeispiel 2 sind die Ventile 6 und 11 als elektromagnetisch gesteuerte Ventile dargestellt. Es ist aber auch möglich Ventile mit hydraulischem oder pneumatischen An­ trieb zu verwenden, die durch elektromagnetische Ventile vorge­ steuert werden.In embodiment 2 , valves 6 and 11 are shown as electromagnetically controlled valves. But it is also possible to use valves with hydraulic or pneumatic drive, which are pre-controlled by electromagnetic valves.

Claims (10)

1. Wärmekraftmaschine nach dem Verdrängungsprinzip dadurch ge­ kennzeichnet, daß für die Kompression und Expansion getrennte besonders geeignete Maschinen verwendet werden, wobei ein Verdichter mehrere Zylinder bzw. anders geformte Expansions­ räume versorgen kann.1. Heat engine according to the principle of displacement characterized in that separate, particularly suitable machines are used for the compression and expansion, wherein a compressor can supply several cylinders or differently shaped expansion spaces. 2. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kom­ pression ein Schraubenverdichter verwendet wird, dessen Rotationskörper zusätzlich von innen durch Hohlwellen mit einer gekühlten Flüssigkeit gekühlt werden. Dadurch wird eine gute Kühlung der zu verdichtenden Luft erreicht, so daß eine annähernd isotherme Verdichtung ermöglicht wird.2. Heat engine according to claim 1, characterized in that for the comm pression a screw compressor is used, the Rotating body additionally from the inside with hollow shafts cooled liquid. This will make one achieved good cooling of the air to be compressed, so that a approximately isothermal compression is made possible. 3. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Nutzung der in dem Abgas enthaltenen Energie Wärmetauscher eingesetzt werden, die diese Energie der komprimierten Luft zwischen dem Verdichter und der Expansionsmaschine wieder zuführen.3. Heat engine according to claim 1, characterized in that for use the energy contained in the exhaust gas heat exchanger that this compressed air energy between the Feed the compressor and the expansion machine again. 4. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß hinter den Wärmetauschern in der Abgasleitung Rückschlagventile ein­ gesetzt sind, die in Verbindung mit dem Wärmetausch in den Wärmetauschern einen Unterdruck erzeugen, der auch zur Erzeug­ ung von mechanischer Energie genutzt wird.4. Heat engine according to claim 1 to 3, characterized in that behind check valves in the heat exchangers in the exhaust pipe are set in connection with the heat exchange in the Heat exchangers generate a negative pressure, which also generates mechanical energy. 5. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Wärmetauscher in der Leitung zwischen Verdichter und Expan­ sionsmaschine Rückschlagventile eingebaut sind, die für eine Druckerhöhung bedingt durch die Temperaturerhöhung im Wärme­ tauscher ohne Rückwirkung auf den Verdichter sorgen. 5. Heat engine according to claim 1 to 3, characterized in that before the Heat exchanger in the line between the compressor and the expan sion machine check valves are built in for a Pressure increase due to the temperature increase in the heat the exchanger without affecting the compressor.   6. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladung der Expansionsmaschine in Abhängigkeit vom Druck und der Temperatur vor und nach der Expansion sowie der geforderten Leistung von einer elektronischen Regelung bzw. Steuerung so geregelt bzw. gesteuert wird, daß sich in der Expansions­ maschine eine annähernd isentrope Expansion einstellt.6. Heat engine according to claim 1, characterized in that the charge the expansion machine depending on the pressure and the Temperature before and after the expansion as well as the required Performance from an electronic regulation or control is regulated or controlled so that the expansion machine sets an almost isentropic expansion. 7. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese Maschine bei der Verwendung zur Kraft-Wärmekopplung eine Wärmepumpe antreibt, die unter anderem dazu dient, die Ver­ dichteranlage intensiv zu kühlen und mittels Wärmetauschern die restliche Energie aus dem Abgas zu gewinnen.7. Heat engine according to claim 1 to 6, characterized in that this Machine when used for cogeneration Heat pump drives, which serves, among other things, the Ver to cool the sealing system intensively and by means of heat exchangers to extract the remaining energy from the exhaust gas. 8. Wärmekraftmaschine nach dem Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß insbesonders bei der Verwendung zur Kraft-Wärmekopplung die Verbrennung nicht im Expansionsraum, sondern außerhalb davon in einem Wärmetauscher erfolgt, wodurch die Möglichkeit be­ steht fest, flüssige oder gasförmige Brennstoffe zu verwenden und die Maschine leicht zu warten ist und eine lange Lebens­ dauer hat.8. Heat engine according to claim 1 to 6, characterized in that especially when used for cogeneration Combustion not in the expansion area, but outside of it done in a heat exchanger, giving the possibility be is certain to use liquid or gaseous fuels and the machine is easy to maintain and has a long life has duration. 9. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Luft (Arbeitsgas) hinter der Expansionsmaschine entnommen wird und als Verbrennungsluft dient.9. Heat engine according to claim 8, characterized in that part of the Air (working gas) taken from behind the expansion machine and serves as combustion air. 10. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ins­ besonders bei mobilen Wärmekraftmaschinen die Verbrennung nicht wie bei An­ spruch 8 in einem Wärmetauscher, sondern direkt im Expansions­ raum erfolgt.10. Heat engine according to claim 1 to 6, characterized in that ins especially in the case of mobile heat engines, the combustion is not as with An saying 8 in a heat exchanger, but directly in the expansion space is done.
DE19924219080 1992-06-11 1992-06-11 Thermal energy machine using compression principle - has separate units for compression and expansion with heat exchanger in exhaust from reciprocating expander Withdrawn DE4219080A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19924219080 DE4219080A1 (en) 1992-06-11 1992-06-11 Thermal energy machine using compression principle - has separate units for compression and expansion with heat exchanger in exhaust from reciprocating expander

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19924219080 DE4219080A1 (en) 1992-06-11 1992-06-11 Thermal energy machine using compression principle - has separate units for compression and expansion with heat exchanger in exhaust from reciprocating expander

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE4219080A1 true DE4219080A1 (en) 1993-12-16

Family

ID=6460769

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19924219080 Withdrawn DE4219080A1 (en) 1992-06-11 1992-06-11 Thermal energy machine using compression principle - has separate units for compression and expansion with heat exchanger in exhaust from reciprocating expander

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE4219080A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19624978A1 (en) * 1996-06-22 1998-01-02 Manfred Max Rapp Internal combustion engine for motor vehicles
WO2003021103A1 (en) * 2001-08-14 2003-03-13 Timo Tapani Janhunen A method of increasing the part load efficiency of the combustion engine
DE102009025401A1 (en) * 2009-06-16 2010-12-23 Michael Krupka Thermal drive device i.e. linear actuator, for use in thermodynamic compound engine, has generator for generating electrical energy from displacement of piston and/or compressor for compressing coolant by performing compression process

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19624978A1 (en) * 1996-06-22 1998-01-02 Manfred Max Rapp Internal combustion engine for motor vehicles
WO2003021103A1 (en) * 2001-08-14 2003-03-13 Timo Tapani Janhunen A method of increasing the part load efficiency of the combustion engine
DE102009025401A1 (en) * 2009-06-16 2010-12-23 Michael Krupka Thermal drive device i.e. linear actuator, for use in thermodynamic compound engine, has generator for generating electrical energy from displacement of piston and/or compressor for compressing coolant by performing compression process

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0749521B1 (en) Process for the low-pollutant conversion of fossil fuels into power
DE102010020325A1 (en) Thermo-compression engine
DE2249203A1 (en) HEATING SYSTEM
DE3727335C2 (en)
DE2342103A1 (en) Hot gas engine - has cycle involving isothermal, isochoric and isobaric phases and incorporates regenerative heat exchanger
DE19711084A1 (en) Rotary piston machine, e.g. engine or pump
DE2539878A1 (en) THERMODYNAMIC MACHINE WITH CLOSED CIRCUIT
DE4219080A1 (en) Thermal energy machine using compression principle - has separate units for compression and expansion with heat exchanger in exhaust from reciprocating expander
DE102009057095A1 (en) Waste heat supplied heat utilization device
DE202017100590U1 (en) System for heat recovery and charge air compression
DE2524620A1 (en) CIRCULAR PISTON ENGINE
DE2724877A1 (en) PROCEDURE OR DEVICE FOR THE GENERATION OF THERMAL ENERGY FOR HEATING PURPOSES USING A FUEL-AIR MIXTURE
DE102006039924B4 (en) Method and apparatus for converting combustion heat energy into mechanical energy
WO2005106233A1 (en) Method for increasing the efficiency of a four-stroke internal combustion engine and four-stroke internal combustion engine
DE3402955A1 (en) Steam engine cycle with feedback of the waste heat by means of a multistage heat pump process, in particular for steam power stations (superheated and cold steam)
DE19902004A1 (en) Steam pressure engine with exhaust gas feed, in which pressurized steam is fed in while exhaust or hot gases are supplied under pressure into cylinder or casing
EP1509690A1 (en) Method and device for converting thermal energy into kinetic energy
DE4000997C2 (en) Heater with compressor
DE102012009726A1 (en) Efficiency increasing device of a drive
DE677331C (en) Thermal engine with a drip liquid as a working substance
DE576512C (en) Internal combustion engine
DE3412922A1 (en) Steam engine cycle with feedback of the waste heat by means of a multistage heat pump process, in particular for steam power stations (superheated and cold steam)
DE3518031A1 (en) Internal combustion engine
DE102006002925B4 (en) Method for converting thermal energy into mechanical work and internal combustion engine
DD228321A1 (en) Method and device for operating a ceramic combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee