EP1017933B1 - Method and device for entropy transfer with a thermodynamic cyclic process - Google Patents
Method and device for entropy transfer with a thermodynamic cyclic process Download PDFInfo
- Publication number
- EP1017933B1 EP1017933B1 EP98955343A EP98955343A EP1017933B1 EP 1017933 B1 EP1017933 B1 EP 1017933B1 EP 98955343 A EP98955343 A EP 98955343A EP 98955343 A EP98955343 A EP 98955343A EP 1017933 B1 EP1017933 B1 EP 1017933B1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- volume
- working
- gas
- working fluid
- working volume
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- 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
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
-
- 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
-
- 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
- F02G2270/00—Constructional features
- F02G2270/70—Liquid pistons
Definitions
- thermodynamic cycle processes previously used are each coupled to two heating baths with a constant temperature.
- energy can only be transported optically (with parabolic mirrors or light guides) or via a material flow with a phase transition (heat pipe). Due to the desired isothermal exchange of thermal energy, the thermal energy can only be stored in chemical stores or in latent heat stores. As a result, the effort for concentrating the energy by the collector, transport and storage that is desirable for many applications is too often too great. If, for example, a direct supply of cold or compressed air is desired with the least possible equipment outlay, in many known systems the route via the interface of electrical current must be chosen.
- the entire cyclic process in a working volume can be assigned several circular processes running in parallel between two heat reservoirs with constant temperatures, if justifiable idealization is considered.
- Each heat reservoir of these cycle processes can be assigned to a partial volume of the working volume which is filled with working fluid and as defined above.
- At least one substance of a continuous or periodically increasing and decreasing mass flow is heated or cooled either by the absorption or release of thermal energy at a lower temperature difference relative to the overall temperature change when it comes into contact with the hotter or colder heat reservoirs of these cycles, whereby the phase or can transform chemical composition.
- At least one substance is used continuously to use solar energy or periodically rising and falling mass flow thermal energy with sliding Temperature or multiple temperature levels supplied.
- the cited patent does not list a physical (phase) and / or chemical change due to thermal energy transformation over a wide temperature range, although these problems can be attributed to the same core problem:
- thermal energy In order to liquefy part of a gas mixture, thermal energy usually has to be extracted over a temperature interval due to the changeable ratio of the partial pressures. Accordingly, when a gas mixture is vaporized, thermal energy must be supplied over a temperature interval or at several temperatures.
- the mechanical work supplied (consumed) or given (won) during a period of the entire cycle to balance the energy balance is largely directly from a storage space during the transfer of at least a certain amount of at least one fluid substance moved to another storage space with different pressure.
- Direct use of the pressure change e.g. by replacing a mechanically driven compressor or Decoupling the movements in the working volume from the driving shaft of a turbine or a compressor or the like. which is driven by or generates the pressure difference of the substance flowing (in the closed circuit).
- a generator can be driven at the usual angular velocity and a flow velocity of the working fluid in the order of 1 m / s against the heat transfer surfaces and a correspondingly small temperature difference during heat transfer can be achieved, which has a positive effect on the efficiency and the accelerations occurring on the control system as well as the flow losses are reduced.
- This enables a large-volume construction in which the pressure in the working volume is in the range of the atmospheric pressure and air is used as the working fluid, which alleviates many problems with regard to tightness and makes interesting applications possible. (see application examples)
- the cited patent is limited to a cooling or heating of a heating or cooling medium through the thermal contact with heat exchangers of a regenerative work or heat engine compared to the more abstract formulation of the task chosen above.
- This eliminates a reduction in the structural or technological outlay for heat exchangers or regenerators, which is achieved according to the invention if the heat is added to the working volume by the heating medium being taken up, for example, as hot gas in the working volume by valves and at a lower temperature again by valve ( e) is emitted, whereby the dead volume of the working volume can also be reduced, which experience has shown that it is just as favorable for achieving good efficiency as a functional replacement of the relatively small heat transfer surface of the heat exchanger by the much larger one of the regenerator.
- Fresh air can flow into the working volume through one of the valves at atmospheric pressure, which can achieve decisive synergy effects in some applications.
- hot air can be taken up in a working volume and blown out as cooler air into a room with higher pressure, with some of the heat energy released when the air is cooled being taken up by the cooler. If the hot fresh air has been heated at atmospheric pressure by exhaust gases from an internal combustion engine and the cooler air with higher pressure is used to charge the internal combustion engine, great synergy effects are used.
- the device shown in Figure 1 can be used, among other things, as a thermal device Gas compressors (with the integrated effect as an engine) work and form due to the simple structure and the relatively easy theoretical Description of the cycle a good starting point for understanding the more complex machines also based on the principle of the invention, Devices or processes.
- a working volume filled with gas as the working fluid is largely enclosed by a working cylinder as the pressure housing 1, a slidingly sealed piston 2, inlet and outlet valves 3 and 4, respectively.
- a frame 6 is slidably sealed against the cylinder wall 5, on which a heat exchanger 7 and a regenerator 8 which is unchangeable in structure or size are mounted such that the gas must flow through them.
- a resilient spacer 9 is between this regenerator 8 and a structure 11 surrounded by a bellows 10 with a reversible, acting and acting as a regenerator structure 11, which consists of a fine (40 - 80 ppi) foam or comes close to this in terms of homogeneity or gaps , (e.g.
- a flow channel 12 is formed over the entire cylinder surface, through which the gas passes the structure 11 through the opened outlet valve 4 of the volume and part 13 of the piping system to the fan 14 can reach.
- This gas can flow from the fan through part 15 of the piping system and a regenerator 16 to be flowed through into a reserve space 17 which is enclosed by a bellows. From the fan 14 or from this reserve space 17, the gas can reach the working volume after being heated in a (countercurrent) heat exchanger 18 through part of the piping system 19 through the inlet valves 3.
- a pressure tank 20 is connected to the pipe system at 13 in front of the fan (turbine) 14.
- the piston 2 and the frame 6 are moved periodically by hydraulic pistons 21, 22, 23 as is characterized in FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6 or the subsequent description of the cycle.
- the piston 2 is stabilized in the orientation with regard to the stroke direction.
- the drive tube 24 of the frame 6 is guided by the piston 2 in the stroke direction through seals from the working volume. Two tubes for the cooling water run in this drive tube and are sealed against the inner wall of the drive tube in such a way that no gas exchange which interferes with the cycle can take place between the working volume and the environment.
- Movable hoses 25, 26 connect these pipes to fixed connections 27, 28 of a cooled water reservoir, so that the cooling water can circulate in a closed circuit.
- the liquid in the heat exchanger 7 should always have a lower pressure than the working volume, so that no liquid is pressed into the working volume, which could lead to dangerous sudden steam development, but the liquid in the heat exchanger is displaced by the inflowing working fluid. If the hot gas to be cooled is introduced directly into the pipeline system of the entropy transfer device (see FIG. 1) at 19 and is removed again at 15, the losses and the structural outlay of the heat exchanger 18 can be eliminated.
- the hydraulic pistons 21, 22 and 23 exchange mechanical power via a controlled valve system 29 of the control system via a hydraulic pump 30 with a flywheel 31 and a component 32 acting as an electric motor and / or generator.
- Working fluid can be exchanged from the part of the pipeline system 19 to the flow channel 12 by a valve 33, optionally driven by a fan 34 or not by a further valve 35.
- the valve 33 remains closed for the time being.
- the justifiable, simplifying assumption is made that the working fluid as the ideal gas in the coolest partial volume always has the temperature T k , ie only isothermal processes take place there.
- the sequence of movements is determined by the control system and is rough and sufficient for the following analysis in Fig.4, Fig.5, Fig.6 I.
- the mean temperature T mg of which is significantly higher than the cooler temperature T k this gives directly the temporal profile of the mean temperature in the working volume T m (t) and is shown qualitatively in Fig.4, Fig.5, Fig.6 II.
- the pressure P 0 in the part of the piping system 19 in front of the inlet valves corresponds to atmospheric pressure.
- the fan 14 is to work in such a way that the pressure P 1 in the space 13 of the pipeline system adjacent to the outlet valve 4 is changed only slightly relative to the pressure difference P 1 - P 2 .
- the valves 3 and 4 are opened or closed by the (flow) pressure of the gas.
- the pressure is increased since the inlet valves 3 and outlet valves 4 due to the higher pressure P relative to P 0 but lower relative to P 1 (t) are closed in the work volume.
- the cool gas in the working volume at the temperature T k the thermal energy delivered to the cooler.
- the work W abc -Q abc must be performed on the piston by the control system in this period.
- T 2 is independent of m
- a W nutz C p * m A * (T 1 - T 2 ) * ⁇ ges
- Each volume V can be divided into partial volumes V i by a corresponding, possibly very small, division be divided so that V i can be applied without an effective falsification of the thermodynamic description:
- P * V i N i * k B * T i ;
- N i P * 1 k B * 1 T i * V i ;
- k B Boltzmann constant;
- T i temperature in V i ; N i ⁇ number of gas molecules in V i
- the working volume is increased by the piston movement.
- the gas should not flow relative to the heat transfer surfaces which are necessary for the thermodynamic cycle. Since the gas in the entire working volume is in direct contact with heat transfer areas during this period of time to large thermal capacities, which are necessary for the thermodynamic cycle and due to their special movement, the gas is not moved relative to it, this period of the cycle can be described by an isothermal expansion the same formulas apply to the exchanged thermal energy or work as for the time period abc. This makes it possible to store this energy in a vibrating system and to release it again for compression (e.g. by a vibrating water column in a U-shaped tube, possibly with a cavity acting as an air spring as a limitation.
- the largely homogeneous regenerator structure 11 fills the entire working volume with the heat capacity that is very large in relation to the gas, hereinafter assumed to be infinite, and largely the entire working volume expanded by the displacement of the piston. Due to the special movement, only isothermal processes take place in the arity volume.
- the working volume be divided into sub-volumes of equal size by E - 1 planes arranged perpendicular to the stroke. Due to the symmetry, the temperature is ideally constant at these levels.
- the regenerator structure 11 is effectively supplied with energy by the cooling of the hot gas quantity of the mass m A flowing through the inlet valves 3 at each period, since as a result a larger quantity of gas flows from the hot part into the colder part of the regenerator structure 11 than in the reverse flow direction.
- the exchanged and cooled gas quantity m A is thereby increased by m B and the regenerator system 11 is supplied with a larger quantity of thermal energy during a period.
- This greater thermal energy is partially withdrawn from the regenerator system 11 in the time period efg during the effectively isothermal expansion of the gas from P 1 to P 0 , a larger pressure ratio P 1 / P 0 being able to be achieved and thus more energy being converted per period overall, whereby the total heat energy exchanged at the regenerator 8 or at the regenerator system 11 as well as the associated thermal losses are increased in a much lower ratio.
- the mass flow through the adjustable fan can be set in 3 stages (off, medium, large) and the large stage is always switched on by a thermostat when the temperature falls below a certain temperature, the temperature T 2 can thus be sufficient at a relatively low cost Value to be stabilized.
- the device shown in FIG. 1 can also be operated as a refrigerator, which cools a quantity of gas over a large temperature interval.
- the then driven fan (turbine) 14 must press the gas from the part of the piping system 19 with the pressure P 0 into the part 13 with P 1 .
- the direction of flow of the gas is reversed (everywhere in the working volume), the structure of the device and the speed of movement remain as in Fig. 1 and Fig. 4. Fig.5, Fig.6 obtained.
- the outlet valve 4 becomes an inlet valve in that it is kept open against the flow pressure with an unchanged stop direction in the time period cde, for example by an attacking spring connected to the control system.
- the gas then flowing in with the pressure P 1 releases thermal energy to the regenerator system 11 during cooling.
- the regenerator is efg during the time period in which effective isothermal expansion of the gas (such as front, home gas compressor; engine) from P 1 to P 0 withdrawn heat energy.
- a temperature field T (r) which is linear in the stroke direction is also formed in the regenerator structure 11 in the refrigeration machine by the interaction of the sub-processes in the time periods cde and efg, the mean temperature T m of which in the refrigeration machine is below the Radiator temperature T k is.
- the average temperature in the working volume when the regenerator system 11 is pushed together is increased in the time period gha.
- the inlet valves of the engine 3 can act as outlet valves in the refrigerator if they are kept open against the flow pressure in this time period gha, for example by an attacking spring connected to the control system, and gas due to the increase in the mean temperature in the constant working volume at a constant pressure Pressure P 0 flows out into the part of the piping system 19. Before this gas is compressed again by the fan (turbine), it absorbs the heat energy from the cooling of the other gas stream in the heat exchanger 18. If the gas to be cooled is introduced directly into the pipeline system of the refrigeration machine at 15 (cf. FIG.
- the device shown in FIG. 1 and already described as an engine can, as already largely shown at the front, also be operated as a refrigerator.
- a greater temperature difference in the amount of gas of the mass m A taken up and given off by the working volume can be achieved if in the period gha a gas amount of the mass m H by in this case at the same stop as Exhaust valve acting valve 35 flows into space 15, which is kept open during this period gha by the control system against the flow pressure.
- the motor machine shown in FIG. 1 can also be operated as a refrigeration machine, as already shown above. If, as with the engine, a larger pressure difference P 1 -P 0 is also to be used for the cooling machine for a certain cooling, this can be achieved if, in the period gha, the gas quantity of the mass m B is passed through a further (controlled) inlet valve 35 is blown into the flow channel 12 from the room 15 with a fan 34.
- thermal energy is supplied to the regenerator system 11 during the isothermal compression (with closed valves) of the gas from P 0 to P 1 .
- the valve T is taken up by the turbine gas at the temperature T H of the working volume at the pressure P 1 , since the mean temperature is lowered.
- this construction can do the same operated that lukewarm gas at a higher pressure through a turbine in the Working volume pressed and thereby the flow direction but not the periodic movement sequence (see Fig.4, Fig.5, Fig.6) is changed and from the Flush out working volume of hot and cold gas at lower pressure.
- gas can be cooled below the cooling water temperature T k by an entropy transformer with 2 working volumes.
- the driven fan 14 is replaced by one of the devices described above with the effect of a gas compressor; the hot gas is taken up by the working volume, which can be assigned to the gas compressor, and is discharged at higher pressure through the outlet valve 4 of this working volume into a space of the piping system, to which a buffering pressure vessel can be connected and from where the gas may be after a previous cooling to about T k flows through the valve 4 acting as an inlet valve into the working volume, which can be assigned to the refrigerator.
- the gas cooled under T k flows out through the valves 3 and possibly 35.
- the periodic flow through the valves 35 of the two unit volumes can be set accordingly (as shown above). If the movements shown in FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6 I run simultaneously in a work volume, the buffering pressure vessel can be dimensioned smaller or can be omitted. It is also interesting to use this combination as a heat pump for liquids. Other interesting combinations serve to increase the heating number to a value above 1.
- a hot and cold gas quantity is absorbed by a first working volume as described above and released again as a cool gas quantity at higher pressure, and absorbed by a second working volume which it releases as a warm gas quantity at the outlet pressure. The liquid of a heat exchanger or an additional amount of gas was cooled in the second working volume.
- FIG. 8 part of a gas compressor (engine)
- the working volume of an entropy transformer shown in FIG. 8, FIG. 9 or FIG. 10 shows, for example, as part of an engine in comparison with the two that are decisive for thermodynamics in comparison with FIG. 1 or FIG. 4, FIG Differences in:
- First the work volume is not changed in size.
- the regenerators are made of a lower V2A perforated plate with as little metal surface as possible, with U-profiles made of V2A welded on for reinforcement and open parallel to the perforated plate, in which metal fibers are sheathed with V2A fabric (wire diameter approx. 0.1 mm) (center of gravity of the diameter at 40 micrometers ) are inserted, which are clamped and enclosed by another perforated plate.
- the two perforated sheets are held together by a wire winding where the perforated sheets have been deformed in such a way that the outer surfaces of these regenerators have no local elevation despite the wire winding.
- the perforated plate turns into a plate without holes, whereby the seals are held and sealed to the metal fibers so that they flow through.
- a working volume filled with gas as working fluid is largely enclosed by a pressure housing 47, inlet 48 and outlet valves 49.
- the gas can flow through the inlet valves from a space of the piping system corresponding to FIG. 1 in FIG. 1 into the partial volume between the cylinder cover and the regenerator 36 and from a space between the regenerators 39 and 40 through
- the heat exchanger is in a closed circuit with Liquid from the elements with the reference number 45, 46, 102-106.
- grating planes 108 to be flowed through by the gas and arranged perpendicular to the direction of rotation are characterized by the control system as in FIG. 9 I, so that they move to this regenerator 41 or the neighboring one , either move the grating plane that is already moving, maintain a certain distance (e.g. 20% of the total stroke) or remain as close as possible to the boundary surface of the pressure vessel.
- the control system as in FIG. 9 I
- valves 49 and 48 are opened and / or closed by the (flow) pressure of the gas.
- the gas has its lowest mean temperature T m (t) in the working volume cf. Fig.9 I reached at time a.
- the inlet valve is closed by the flow pressure of gas flowing from the working volume due to the increase in the average gas temperature T m in the working volume.
- the pressure in the time period abc increases from P 0 to P 1 :
- the compressed gas emits thermal energy to the cooler.
- the gas in the working volume has reached the highest average temperature T m (t).
- the outlet valve is closed again by the pressure in the working volume which is lower than that of P 1 .
- the pressure in the working volume is still too great for the inlet valves to open, so that the reduction in T m (t) leads to a reduction in the pressure P (t) in the working volume.
- 37 - 40 heat energy is taken from the regenerators; (cf. Q efg ) because the gas flowing through it is expanded again between two regenerators.
- the maximum average temperature of the gas in the aridity volume is reached.
- the mass of the gas in the working volume is smaller than in the time period abc.
- the pressure difference from P 1 - P 0 is already reached after a smaller decrease in T m (t).
- the amount of gas that flows in is cooled by the release of thermal energy to the regenerators 36-40 and by mixing with cooler gas.
- a partial volume divided by the components characterized in claim 1 from the working volume is withdrawn from thermal energy during a full period if it is (significantly) smaller during the time period of the pressure increase than during that of the pressure decrease. If all valves on this machine are suddenly closed while the equilibrium is in operation, a process takes place that comes very close to that of a Vuilleumier heat pump. In this case, thermal energy is taken from the partial volumes of the working volume between the regenerators 36-40 and partially released to the cooler.
- This partial cycle process drives a second partial cycle process which pumps from the partial volume of the working volume, which is only delimited by regenerator 41, into the partial volume which is only delimited from the working volume by regenerator 36.
- a valve that is controlled by the temperature of the endangered sub-volume can prevent that this process is not started unintentionally by a sticking valve and that it is destroyed by overheating, which valve causes a constant pressure in the working volume in an emergency.
- the outlet valve is opened by a correspondingly lower selection of the pressure P 1 a small fraction of the time period abc after the point in time a at which the lowest average gas temperature prevails in the working volume, the pressure in the working volume is increased in this cycle process in particular , if the partial volume delimited only by regenerator 41 and the partial volume adjacent to the cooler largely have the maximum size and the partial volume only delimited by regenerator 36 and the partial volumes between two regenerators largely have their minimum size. The other extreme size ratio prevails while the pressure in the working volume is reduced. As a result, the thermal energy with respect to these partial volumes is converted in the opposite direction through this entire cycle process than with closed valves (see above)
- the pressure P 1 can be selected such that on average no heat energy is removed or supplied to the partial volume of the working volume which is only delimited by the regenerator 36 by the cyclic process.
- the thermal energy which is supplied to the partial volume of the working volume, which is only delimited by the regenerator 41, due to irreversibilities such as the shuttle effect, heat conduction and the unfavorable efficiency of the regenerator, is at this pressure P 1 by the special one shown in FIG Movement sequence of the regenerator 41 withdrawn and fed to the cooler.
- the movement sequence characterized in FIG. 10 has the advantage that the flow channels for gas exchange are covered to a lesser extent by the moving regenerators or are better designed.
- the lower lifting frame 90 must be connected to the lowest regenerator 41.
- the pressure P1 can be set so that an analog one for the corresponding partial volumes Thermal energy balance results.
- the partial volume of the working volume between two of the regenerators 36-40 is reduced by the fact that the gas flowing through is further expanded in the time period efg between two regenerators.
- These partial volumes are supplied with thermal energy during a period by virtue of the fact that, due to the gas quantity of the mass m A, which is hotly taken up into the working volume by the inlet valve 48 and coolly discharged through the outlet valves 49, the regenerators 36-39 flow through the hottest side with one around them Gas quantity of mass m A larger gas volume is flowed through than from the cooler side.
- a temperature profile with a larger gradient in the flow direction is formed on the cooler side of one of these homogeneously assumed regenerators.
- one of the partial volumes defined above is supplied with more thermal energy than is extracted by the periodic flow.
- the heat energy given off during the cooling of the gas quantity m A flowing into the working volume, which flows periodically hot and cooler again, is absorbed in part by the circular processes running parallel between the partial volumes with largely isothermal heat energy absorption and delivery.
- a linear temperature profile is formed in the working volume, as generally shown in the front of Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6.
- the average temperatures of adjacent partial volumes of the working volume range between two? the regenerators 36-40 with the same size and temporal order of magnitude the same difference as shown in the front to Fig.4, Fig.5, Fig.6 generally.
- the losses at regenerators 36-39 are partially reduced by W_. Due to the irreversibility, such as heat conduction or the losses of the regenerators, only a smaller pressure ratio P 1 / P 2 is achieved and the gas quantity m A must enter the working volume with a temperature greater than T, especially in a device constructed as in FIG 1 is.
- One of the valves 49 in FIG. 8 can be used like the valve 35 in FIG. 1 in order to achieve the described changes in the temperature differences when cooling or heating a portion of the exchanged gas at the same ratio of the pressures P 1 / P 0 .
- the system described above which acts as an engine and has the working volume shown in FIG. 8, can, after a few changes, also be operated as a refrigeration machine which cools a gas quantity over a large temperature interval.
- the then driven fan (turbine) 14 must press the gas from the part of the piping system 15 with the pressure P 0 into the part 13 with P 1 .
- the movement sequence shown qualitatively in FIG. 9 I or FIG. 10 I is carried out in the reverse chronological order.
- the outlet valve 49 becomes an inlet valve in that it is kept open by the control system against the flow pressure in the time period ahg with the stop direction unchanged. In this time period ahg, the partial volumes between these regenerators are increased and the average temperature of the gas in the working volume is lowered from the maximum value.
- the gas then flowing in with the pressure P 1 releases thermal energy to the regenerators 36 to 39 during cooling.
- Thermal energy is withdrawn from these regenerators during the subsequent period of time by the expansion of the gas between two regenerators (cf. front: engines). With closed valves, the pressure in the working volume is reduced due to the lowering of the average temperature of the gas to the minimum value by a shift at constant relative distances of the regenerators 36 to 41.
- a linearly stepped temperature field T (r) is formed in the regenerators 36 to 39, whose average temperature T m at the Chiller is below the cooler temperature T k .
- the temporal development of T m (t) corresponds to the reversal of the chronological sequence and the replacement of max.
- the average temperature of the gas in the working volume is increased when the regenerators 36 to 39 are pushed together in the subsequent time period edc.
- the inlet valve 48 of the engine in FIG. 8 acts as an outlet valve in the refrigerator if it is kept open by the control system against the flow pressure during this period of time edc with the stop direction unchanged and gas and, inter alia, due to the increase in the mean temperature in the constant working volume at constant pressure P. 0 flows out into the part of the piping system 15. Before this gas is compressed again by the fan (turbine), it absorbs the heat energy from the cooling of the other gas stream in the heat exchanger 18.
- the gas to be cooled is introduced directly into the piping system of the refrigeration machine at 15 (cf. FIG. 1) and is removed again at 15, the losses and the structural outlay of the heat exchanger 18 can be eliminated.
- the average temperature of the gas in the working volume is increased to the maximum value by the displacement of the regenerators 36 to 39, which leads to a pressure increase and the closing of the cycle due to the closed valves.
- thermal energy is removed by opening the valve 48 or a valve acting in parallel with it with a smaller cross-sectional area before the pressure difference is completely equalized.
- the partial volume of the working volume, which is only delimited by regenerator 41 is supplied with thermal energy in that a valve acting in parallel with one of the valves 49 is already opened before the pressure difference is completely equalized.
- a greater temperature difference in the amount of gas of mass m A taken up and given off by the working volume can be achieved in the device shown in FIG. 1 if, in the time period edc, a gas amount of mass m H is in this case relative to Fig. 8 modified stop as an outlet valve as valve 35 in Fig. 1 acting valve 49 flows into space 15, which is kept open in this time period edc by the control system against the flow pressure.
- regenerator 208 which is temporarily applied to the regenerator 207 with the regenerator 38 which is occasionally applied to the regenerator 39
- the regenerator 209 which is occasionally applied to the regenerator 208 with the regenerator 37 which is occasionally applied to the regenerator 38
- the regenerator 210 which is occasionally applied to the regenerator 209 with the temporarily Regenerator 37 adjacent regenerator 36 firmly connected.
- the air exchange through the air guide tubes 205 and 211 takes place predominantly simultaneously, as does the air exchange through the air guide tubes 50 and 212.
- One of the valves 49 or one of the valves 213, through which the air flows out of or into the air guide tube 212, is used with a changed stop direction like the valve 35 in FIG. 1.
- This construction can also be operated in such a way that lukewarm gas at higher pressure is periodically pressed into the working volume by a turbine and hot and cold gas periodically flow out of the working volume at a lower pressure. Both the cycle shown at the front of the heat pump and the one at the chiller can be used.
- the respective temperature differences can additionally with a valve that like that Valve 35 acts to be adjusted.
- gas can be cooled below the cooling water temperature T k by an entropy transformer with 2 working volumes.
- the driven fan 14 is replaced by an engine described above, the hot gas being taken up by the working volume which can be assigned to the engine and, at higher pressure, through the outlet valve 49 or 4 into a space of the piping system is delivered, to which a buffering pressure vessel can be connected and from where the gas, possibly after a previous cooling to approx. T k, flows through the valve 49 acting as an inlet valve into the working volume which can be assigned to the refrigerator. From this working volume, the gas cooled under T k flows out through valves 48 and possibly valve 49, which acts like valve 35.
- the periodic flow through these valves of the two working volumes can be set accordingly. If the movements shown in Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6 I occur simultaneously in a working volume, the buffering pressure vessel can be dimensioned smaller or can be omitted.
- This combination can also be used as a heat pump to heat a liquid be used.
- a hot and cold gas quantity is absorbed by a first working volume as described above and released again as a cool gas quantity at higher pressure, and absorbed by a second working volume which it releases as a warm gas quantity at the outlet pressure.
- the liquid of a heat exchanger or an additional amount of gas was cooled in the second working volume.
- the gas temperature is changed only relatively slightly, since the gas volume flowing through in one period is significantly larger compared to the size of the partial volume of the working volume between two regenerators. This reduces the irreversibility of gas and heat transfer surfaces of the regenerators.
- the working volume largely enclosed by a cylinder as the pressure housing 110, the valves 111, 112 and the slidingly sealed piston 113 is divided into partial volumes by cylindrical displacers 114:
- the working fluid can flow around these displacers 114, the gap between the displacer and the cylinder wall acting as a regenerator, in the direction of the cylinder axis they are 3 to 10 times larger than their maximum length of movement against the pressure housing.
- cooling lines 115 cool outside the pressure housing.
- a single displacer 114 acts like one of the corresponding regenerators 36-40 in FIG. 8.
- the argumentation to Fig. 9 can be adopted directly with a transferable movement sequence.
- Valves 111 and 112 correspond to valves 49 and 48, respectively.
- the displacers 114 are driven by a bundle of concentric tubes 109, the tube with the largest diameter slidingly sealing against the piston 113 and any other tube to the two tubes with the next smaller or next larger diameter becomes.
- the drive can then take place with only a relatively small change in the working volume (up to 10%) by means of the piston 113 by means of a lever construction 117 as in FIG.
- the corresponding connecting rods of the chain drive described in FIG. 8 can act directly on the corresponding tubes of the tube bundle 109.
- This machine can also be used for operation with a liquid as a working fluid Working volume can be designed.
- the working volumes of the entropy transformers in Fig. 22 can be described thermodynamically by the same models that can be connected to Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6 or Fig. 9.
- the working volume is largely delimited by a pressure housing 128, inlet and outlet valves 130 and 129a, b.
- the regenerators 131-136 which are stationary relative to the pressure housing, the partition walls 137-141 connected to the regenerators 131-135, walls of the pressure housing and displacers 142-146 slidingly sealed on these walls, delimit partial volumes.
- the periodic change in size of these partial volumes corresponds to the periodically changed stroke difference of the corresponding regenerators in FIG.
- the displacers 142-145 can be periodically moved simultaneously.
- the racks 146-149 attached to these displacers are driven by gears on a shaft 150a.
- This shaft is sealed by the pressure housing out of the working volume and on it the ends of a chain 150 are wound up or unwound, which is stretched over two sprockets 151 and on which the connecting rod 152 engages such a chain transmission control, which in FIG Regenerator 36 drives.
- this chain transmission through the shaft 154 driven by an electric motor, another similar chain transmission 155, which moves the displacer 146 in the same way, is connected in such a way that there is a phase shift of approximately a quarter period with the movement of the other displacers.
- each of the displacers 142-145 in FIG. 22 adjoins one of the partial volumes between two of the regenerators 131-135 and the partial volume adjacent to the cooler 156.
- the displacers 142-145 may practically no longer be flowed around, otherwise the desired balance will not be formed.
- the displacers have slots in the region which is inserted between two regenerators, from one regenerator to the other and in the stroke direction , The resulting dead volume can have a very unfavorable effect in some applications.
- Another valve 129 can be used like valve 35 in FIG.
- FIG. 22 As shown in FIG. 8, the construction of FIG. 22 as an engine, Chiller, heat pump, ... are trained or used.
- the construction shown in Fig. 22 is modified as shown in Fig. 23.
- the displacement pistons are designed as a vibrating liquid column with a float in a U-shaped container.
- the movement of the liquid displacement piston is controlled and driven by a belt 159 which is tensioned on a shaft 158 and which is attached to the float 157. Since the liquid displacement pistons perform largely the same periodic movements, as explained for FIG. 22 with FIG. 9, several of the liquid displacement pistons corresponding to the displacement pistons 142-145 can also be driven from a shaft 158 corresponding to 150 a in the operating state with this construction.
- the periodic movement of this shaft 158 can be controlled and / or driven as described in FIG. 22.
- each of the regenerators 131-134 in FIG. 22 must be provided with a heat exchanger on the same side with regard to the flow as in regenerator 135. The liquid can then flow through these heat exchangers in sequence and thereby exchange thermal energy at several temperature levels (see Fig. 3).
- the thermal energy given off by the exhaust gas of a gasoline or diesel engine during cooling can be used to generate additional mechanical or electrical energy or to charge the engine with filtered fresh air at a higher pressure, thereby avoiding the need to use mechanical energy for a turbocharger or compressor. whereby, compared to an engine without this supercharging, a better output volume and in any case a better efficiency can be achieved. Compared to an engine without charging, a cheaper engine power volume with an improved efficiency is possible, since when the engine is charged by a compressor or turbocharger, the compression of the air takes place with a less efficient efficiency. Further synergy effects are achieved in that no turbine and no additional generator are required to convert the energy of the compressed air into electrical energy.
- the thermal energy emitted by the exhaust gas of a gas turbine during cooling can be used to supply the cool gas with filtered, cool fresh air at higher pressure.
- the compressor of the gas turbine used can be designed so that it requires less drive energy with unchanged pressure in the combustion chamber and with unchanged gas flow, which leads directly to a greater useful output with the same fuel consumption and better efficiency.
- the efficiency in this case is greater due to a synergy effect than the sum of the efficiency of the original gas turbine and the efficiency of the thermal compressor (gas compressor), since the power applied by the thermal compressor for gas partial compression from the original compressor of the gas turbine only with less favorable Efficiency can be achieved, driven by the branching of mechanical shaft power. Possibly. it is also possible to use a conventional gas turbine.
- a relative pressure increase in the gas turbine can then be expected, which decreases continuously from the fresh air inlet to the exhaust gas outlet, as a result of which the power density and efficiency are increased.
- the area of the regenerators 274 - 277 through which flow is required must be increased accordingly.
- the stationary regenerators 274-277 are folded several times at a substantially constant distance along parallels 278 and enclose at least one disk-shaped displacer element 279, which is periodically moved parallel to it, up to the area of the central axis of the displacer element parallel to the folded edges on both sides.
- the other half of the displacement element is surrounded by the adjacent regenerator.
- the folded edges of the regenerator are accordingly on concentric circles.
- At least one of the regenerators is optionally available with one in the stroke direction movable hydraulic or pneumatic pistons or diaphragm bellows connected by Liquid or gas from the room around the corresponding work area removed liquid surface of the coupled vibrating liquid column is filled or filled via control valves.
- two-part displacement structure is necessary to be able to realize the movement either by means of a rod or a tensioned tension element (such as a rope or chain) a flexible connection from an endless traction element like a closed chain or toothed belt, tapped, which non-positively over several, with relative even angular speed rotating wheels is so tense that the angle between the two elements in time periods of the operating state in which the driven element in the working space (regenerator, displacer) only slightly should be moved about 90 ° and the smaller the faster the movement of the driven element in the work space.
- a tensioned tension element such as a rope or chain
- a pipeline system with negative pressure like the boiler via a heater is coupled to the inlet valve of a heat engine according to the invention. This system is used as a vacuum cleaner.
- each regenerator is connected to a sheet metal cylinder jacket 285 or a comparable jacket of a pointed truncated cone, which is continuously immersed in a liquid 286 at the lower end and thus prevents flow around the regenerator during stroke movements parallel to the cylinder axis of the sheet metal jacket.
- Truncated cones which become narrower at the top, are favorable and unproblematic as a shape for the sealing element 285 immersed in the liquid and the side housing 280, since the upper region is expanded due to the temperature increase.
- the cone-obtuse angle must be relatively acute so that the gap between two sealing elements 285 does not widen too much when they are moved apart, since irreversible processes take place in this gap due to the heat transfer.
- Concentric tubes 286 are used to drive and guide the regenerators and sealing cylinders, which are guided on an unmoved tube 287 on the common axis of the cylinders and are connected to the regenerators 281-285 in the region of the cone tips.
- the tubes 286 are provided with at least one slot in the axial direction, through which the internal tubes are connected to the corresponding regenerators 281-284.
- the tubes 287 protrude decisively upwards over the uppermost regenerator 281 into a special bulge 288 of the work space enclosed by the housing and are slidably guided there on an unmoved tube 287.
- Below the liquid surface 288, the cylinders 285 are also each connected to one of the tubes 286, which are also slidably guided in this area.
- the space between the liquid surface 288 and the lowermost regenerator 284 at its lowest position in the operating state is largely filled by an at least two-part displacer structure 289, which is moved apart during an upward movement and releases flow channels for the working gas at the separating surfaces which run at an angle to the direction of movement.
- This displacer structure 289 is also guided in the region of the cylinder axis and either moved via a separate drive or by springs between the regenerator 284 and individual displacement elements and a spring-loaded stop for the stop at the liquid interface 288. If, alternatively, this displacer 289 is permanently connected in one piece form to the lowest regenerator 284, then two parts have to be moved less.
- the heat exchanger 290 is either attached directly below the lowermost regenerator 284 and flows through a heat exchange medium, or it is attached to the cylinder 285 and / or the corresponding pipe 286 with the lowest regenerator 284 and immersed in the lowest position in the liquid 286, whereby the heat energy is exchanged, which is compensated for in continuous operation by a stationary heat exchanger, which is connected, for example, to the hot water supply of the building.
- Working gas is exchanged periodically by at least one valve 291 in the housing above the uppermost regenerator 281.
- This exchange is compensated for by the exchange of working gas, which takes place from the partial space above the lowermost regenerator 284 through at least one piercing tube attached directly to one end in the stroke direction, which is always immersed in the liquid 286.
- a tube 293, which projects beyond the liquid level 288 and from which the gas exchange takes place through at least one valve 294, is arranged in a concentric manner in a sealed manner with the housing.
- Intermediate levers are movably attached to a plurality of regenerators 281 - 284 or elements rigidly connected to them, which are each movably connected at the other end to different locations of at least one further main lever, which is movably connected either directly or via a lever to the housing.
- the top regenerator 281 directly or indirectly movably engages the main lever at a location that is closest to the location where the direct or indirect movable connection to the housing occurs.
- the mirror symmetry of this lifting arrangement to a plane in which the stroke direction lies also means that no lateral forces are transmitted to the regenerator structure, in particular if the lever arrangement takes place below the centroids.
- One of the lowest regenerators is movably connected via connecting rods 298 to two driven crankshafts 299, which are arranged and moved mirror-symmetrically to a plane in which the stationary guide element 287 lies in the stroke direction.
- Lower regenerative forces relative to the stroke direction which would have to be absorbed by the guides 300 and lead to additional wear, are transmitted to the regenerator arrangement 281-285, in particular if the connecting rods 298 run below the center of gravity of the regenerators 281-284 Masses are attached to the crankshaft 299 opposite the connecting rod bearing, which at least partially compensate for the weight of the regenerator arrangement due to their weight.
- regenerators are at least each movably connected to one of the connecting rods, which are supported at the other ends on axles of at least one crankshaft, all of which can be cut by a line through the axis of rotation of the crankshaft parallel to it, whereby the bearing for a connecting rod of the lowest regenerator is furthest from the axis of rotation of the crankshaft and the bearing of the highest regenerator is closest.
- At least one regenerator is driven with a phase shift of a quarter (25%) of a period in relation to the change in volume.
- work area work volume
- the periodic intake takes place and when operating as a heat pump or refrigeration machine, the working fluid is periodically released through a valve 291, which is activated in the work area adjoins a partial space 301 with constant volume, which is completely enclosed by two regenerators 302-303, one of these regenerators 302 being relatively directly adjacent to the housing.
- At least one guide element in the stroke direction 287 is at least partially designed as a threaded rod or recirculating ball screw, and by means of an element engaging therein, at least one regenerator connected to it is moved in the lifting direction by rotating the threaded rod or Kubelumlspindel.
- the threaded rod or ball screw has areas with different pitches, in which the connecting elements of the regenerators moving at different speeds engage, so that when the threaded rod or ball screw rotates at different speeds they are moved in the stroke direction, so the number of movable Parts can be significantly reduced.
- a heat engine according to the invention can thus be constructed with only five moving parts and the necessary valves.
- the regenerators are periodically moved up and down in the direction of stroke when the ball screw rotates at a constant speed, or at least one threaded rod or ball screw is rotated periodically in different directions by using a cube screw and interlocking connecting elements, each with a closed, intersecting threaded path either by a mechanical control system or directly by an appropriately controlled motor
- the bottom regenerator engages in a ball screw with a closed path and at least a part of the other regenerators in rather ordinary thread paths whose paths are not closed. This prevents the bottom regenerator from hitting the liquid surface.
- the guide tube is flowed through periodically or continuously in the middle of working gas from the coolest part.
- a radial fan is connected to the pipe with thread or ball screw and the pipe in this area is opened laterally as well as in the coolest part on the other side of the pipe center.
- a separate pipeline for working gas leads from the space adjacent to one opening of the guide tube to the space adjacent to the other opening in the area of the liquid surface.
- a tube 306 is stirred in the stroke direction with an opening above the liquid surface 288 from the housing 280.
- the other end of the coupled pipe 304 of the periodically resonating liquid column 305 is connected to a pressure vessel 306.
- a valve 312 is attached to the connection from the working space to the tube with the vibrating liquid column, which has a stop in the flow direction to the working space, against which the valve plate 313 is pressed in a sealed manner as soon as the liquid column has moved too far in the direction of the working space.
- this valve is closed, the excess pressure which builds up in front of it can pass through a pressure relief valve leading from this space 308 to the pipe system of the vibrating water column and a special pipe (into the pressure vessel) to the other end 309 of the vibrating liquid column 305.
- Another pressure relief valve 315 coupled to the same space 308, leads to an external container 316 instead of the pressure vessel 309.
- the liquid level in this container is kept constant at the highest possible level. It is connected to a further check valve with one end of the pipe system around the vibrating water column, through which a small amount of the liquid can flow back again in certain time periods.
- a tube 295a extending in the stroke direction is fastened to the lowest periodically moving regenerator, into which gas can flow in and out unhindered from the part space above it and the bottom end of which is always immersed in the liquid.
- a pipe 295b is arranged concentrically in this pipe 295a, sealingly connected to the housing, the upper edge of which corresponds to the height of the maximum liquid surface 288 applied to the sealing cylinder 285 of the regenerator and that in an area in the working space above the safety valve 313 at the access to the vibrating water column 305 leads from which the possibly overflowing liquid reaches the liquid of the vibrating liquid column 305.
- a tube 299, the upper edge of which ends in the lowermost subspace at the level of the desired liquid surface 288 in the working space, is connected as far as possible to the previously described tube 295, which leads to the vibrating liquid column 305.
- a porous structure 297 is integrated from the confluence into the previously described pipe system, which cannot be flowed around.
- a valve supplies the machine with a certain amount (eg 3l) of liquid each time the machine is rigid. The rest of the management of the different amounts of liquid in the machine is done automatically with the construction described above and the functional relationships.
- the pressure vessel can optionally be replaced by another work space, in which the thermodynamic cycle with an identical period by half Period is staggered
- a bulk material storage works well thermodynamically and becomes bearable Effort built up by flowing through the heat transfer medium (e.g. air) Bulk material 348 through at least one insulating, non-flowable intermediate layer 349 in concentric shells with cylindrical mantle with vertical axis and after outside vaulted floor and top surfaces is divided and the flowable Transitions 350 from an inner, filled with Schürgut to the adjacent outer shell through openings in the insulating cylinder jacket 349, which are arranged on both sides in the area of a plane through the cylinder axis and the flow through non-flow bores running in the area of this plane Connections are made so that the shells only in one direction of rotation can flow through the vertical cylinder axis.
- the heat transfer medium e.g. air
- a transition between two half-shells filled with bulk material is only possible when flowing through a vertical shaft 351, via which the heat transfer medium can also be exchanged.
- the flow can be controlled by reducing the inflow channel in places so that only heat transfer medium flows in a narrow temperature range in the shaft.
- One of the outermost insulation layers 352 becomes a bed layer flowed through others. This creates a decisive curvature of the Temperature profile out, which due to the smaller slope on the cooler Side only a lower loss of heat energy flow than without the flow through the temperature gradient occurs.
- the bulk material storage becomes hot when it cools down Incoming and coolly flowing air heated to well over 100 ° C and the Bulk storage is removed a few weeks later by air, which flows into the outer storage area at approx. 50 ° C and through one of the Air channels at 120 ° C - 150 ° C is removed and then cooled by a heat exchanger, which heats water from approx. 40 ° C to 100 ° C isolated water storage in the lower area and in the upper area is fed.
- the waste heat from the heat engine operated as a hot gas engine is used in houses to supply energy for heating and hot water.
- a memory is interposed to decouple the operation of the machine from the heat requirement.
- a high synergy effect is achieved if the storage is not filled with pure water, but with organic waste and faeces. Especially when seasonal heat storage is sought, the faeces in the summer are too hot for decomposition reactions or the generation of biogas to take place to a significant extent. This effect is used in a similar way when preserving fruit. If this storage facility is cooled in late autumn or winter, biogas production can begin. This not only saves heat energy seasonally, it also indirectly stores biogas
Description
Beim Transfer von Entropie wie z.B. bei der Nutzung von Sonnenenergie oder
Wärmequellen, wie z.B. die Verbrennung von Biomasse, Abwärme oder Geothermie,
für eine bedarfsgerechte lokale Versorgung für Pumpleistung, mechanischen Antrieb,
elektrische Energie, Wärmebereitstellung, Kälteerzeugung, Reinigung oder Trennung,
chemische oder physikalische Veränderung zumindest einer Substanz
durch die Kopplung mit einem periodisch ablaufenden thermodynamischen
Kreisprozeß
zu erreichen, daß der notwendige Aufwand an Energieträgern oder mechanischer
Energie sowie der konstruktive, technologische, ökonomische oder ökologische
Aufwand für
- den Aufbau der gesamten Vorrichtung oder den Betriebsablauf des gesamten Verfahrens,
- den dabei notwendigen thermischen oder mechanischen Energietransport(en),
- die dabei verwendbare(n) Verfahren oder Vorrichtungen zur mechanischen Energieumwandlung oder
- eine integrierbare Energiespeicherung
to achieve that the necessary expenditure of energy sources or mechanical energy as well as the constructive, technological, economic or ecological expenditure for
- the structure of the entire device or the operating sequence of the entire method,
- the necessary thermal or mechanical energy transport (s),
- the process or devices for mechanical energy conversion or
- integrable energy storage
Die bisher verwendeten thermodynamischen Kreisprozesse (Stirlingmotor,
Dampfturbine) sind jeweils an zwei Wärmebäder mit konstanter Temperatur
angekoppelt.
Dadurch kann ein Energietransport nur optisch (bei Parabolspiegel oder Lichtleiter)
oder über einen Materiefluß mit einem Phasenübergang (Heatpipe) erfolgen.
Gespeichert werden kann die thermischen Energie aufgrund des angestrebten
isothermen Austausches von Wärmeenergie nur in chemischen Speichern oder in
Latentwärmespeichern.
Dadurch wird der Aufwand für die Konzentration der Energie durch den Kollektor,
den Transport und eine für viele Anwendungen wünschenswerte Speicherung zu oft zu
groß.
Wenn mit möglichst geringem apparativem Aufwand z.B. eine direkte Versorgung mit
Kälte oder Druckluft angestrebt wird, so muß bei vielen bekannten Systemen der Weg
über die Schnittstelle elektrischer Strom gewählt werden. The thermodynamic cycle processes previously used (Stirling engine, steam turbine) are each coupled to two heating baths with a constant temperature.
As a result, energy can only be transported optically (with parabolic mirrors or light guides) or via a material flow with a phase transition (heat pipe).
Due to the desired isothermal exchange of thermal energy, the thermal energy can only be stored in chemical stores or in latent heat stores.
As a result, the effort for concentrating the energy by the collector, transport and storage that is desirable for many applications is too often too great.
If, for example, a direct supply of cold or compressed air is desired with the least possible equipment outlay, in many known systems the route via the interface of electrical current must be chosen.
Der Erfindung liegt die zentrale Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und/oder bei
einer Vorrichtung zum Transfer von Entropie wie bei der Nutzung von Sonnenenergie
oder Wärmequellen, wie z.B. die Verbrennung von Biomasse, Abwärme oder
Geothermie, zur bedarfsgerechten lokalen Versorgung für Pumpleistung,
mechanischen Antrieb, elektrische Energie, Wärmebereitstellung, Kälteerzeugung,
Reinigung oder Trennung, chemische oder physikalische Veränderung zumindest einer
Substanz
durch die Kopplung mit einem periodisch ablaufenden thermodynamischen
Kreisprozeß, dessen Wirkungsgrad möglichst hoch ist,
zu erreichen, daß der notwendige Aufwand an Energieträgern oder mechanischer
Energie sowie der konstruktive, technologische, ökonomische oder ökologische
Aufwand für
- den Aufbau der gesamten Vorrichtung oder den Betriebsablauf des gesamten Verfahrens,
- den dabei notwendigen thermischen oder mechanischen Energietransport(en),
- die dabei verwendbaren Verfahren oder Vorrichtungen zur mechanischen Energieumwandlung oder
- eine integrierbare Energiespeicherung
by coupling with a periodic thermodynamic cycle, the efficiency of which is as high as possible,
to achieve that the necessary expenditure of energy sources or mechanical energy as well as the constructive, technological, economic or ecological expenditure for
- the structure of the entire device or the operating sequence of the entire method,
- the necessary thermal or mechanical energy transport (s),
- the methods or devices used for mechanical energy conversion or
- integrable energy storage
Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Transfer von Entropie bei dem gegen andere Räume oder die Umgebung durch zumindest ein Ventil und zumindest ein Druckgehäuse wahlweise ohne oder mit mechanischer Kompressionseinrichtung, wie z.B. einen oder mehrere Kolben, Flüssigkeitskolben oder Membrane, und wahlweise zumindest eine Flüssigkeitsgrenzfläche oder keine zumindest ein mit Arbeitsfluid gefülltes Arbeitsvolumen weitgehend eingegrenzt wird, in dem
- jeweils zumindest zwei gegeneinander abgrenzbare, vom Arbeitsfluid in einer Periode mit maximaler Menge zu durchströmende Strukturen oder Bauteile mit für den thermodynamischen Prozeß notwendig wirksamen Wärmeübergangsflächen, in welchen im Betriebszustand jeweils vom Arbeitsfluid zu durchströmende isotherme Flächen unterschiedlicher Temperatur ausgebildet werden,
- wahlweise zumindest ein oder kein dazwischen verbindend angeordnetes und weitgehend abdichtendes oder mit der Wirkung eines Regenerators ausgestattetes Element oder Bauteil wie z.B. eine (faltbare) Membrane, gefaltete, teleskopartige oder federnde Bleche, eine formveränderbare Regeneratorstruktur oder eine Flüssigkeitsgrenzfläche
- oder wenigstens ein oder kein in diesem Arbeitsvolumen bewegbarer Verdrängerkolben
- und die Begrenzung des Arbeitsfluids
- in each case at least two structures or components which can be delimited from one another and flow through by the working fluid in a period with a maximum amount and which are necessary for the thermodynamic process and in which, in the operating state, isothermal surfaces of different temperatures to be flowed through by the working fluid are formed,
- optionally at least one or no element or component that is arranged between them and is largely sealing or equipped with the effect of a regenerator, such as a (foldable) membrane, folded, telescopic or resilient sheets, a shape-changeable regenerator structure or a liquid interface
- or at least one or no displacer piston movable in this working volume
- and the limitation of the working fluid
Dem gesamten Kreisprozeß in einem Arbeitsvolumen können mehrere parallel
ablaufende Kreisprozesse zwischen je zwei Wärmereservoirs mit, bei vertretbarer
Idealisierung betrachtet, konstanten Temperaturen zugeordnet werden.
Jedes Wärmereservoir dieser Kreisprozesse kann einem mit Arbeitsfluid gefüllten, wie
oben definierten Teilvolumen des Arbeitsvolumens zugeordnet werden.
Zumindest eine Substanz eines kontinuierlichen oder periodisch an- und
abschwellenden Massenstroms wird so entweder durch die Aufnahme oder die Abgabe
von Wärmeenergie bei einer relativ zur gesamten Temperaturänderung geringeren
Temperaturdifferenz beim Kontakt mit den heißeren oder kälteren Wärmereservoirs
dieser Kreisprozesse erwärmt oder abgekühlt, wobei sich die Phase oder chemische
Zusammensetzung umformen können. The entire cyclic process in a working volume can be assigned several circular processes running in parallel between two heat reservoirs with constant temperatures, if justifiable idealization is considered.
Each heat reservoir of these cycle processes can be assigned to a partial volume of the working volume which is filled with working fluid and as defined above.
At least one substance of a continuous or periodically increasing and decreasing mass flow is heated or cooled either by the absorption or release of thermal energy at a lower temperature difference relative to the overall temperature change when it comes into contact with the hotter or colder heat reservoirs of these cycles, whereby the phase or can transform chemical composition.
Zur Nutzung der Sonnenenergie wird zumindest einer Substanz eines kontinuierlichen oder periodisch an- und abschwellenden Massenstroms Wärmeenergie bei gleitender Temperatur oder mehreren Temperaturniveaus zugeführt.At least one substance is used continuously to use solar energy or periodically rising and falling mass flow thermal energy with sliding Temperature or multiple temperature levels supplied.
Beim Aufbau des integrierbaren Kollektors können aufgrund der Temperaturänderung über ein großes Temperaturintervall die Prinzipien
- optische Konzentration
- transluzente Isolation und
- Durchströmung der transluzenten Isolation
Die Wärmeenergie kann sehr effektiv und kostengünstig mit einem sensitivem Speicher, der eine große Oberfläche aufweist wie z.B. eine Kiesschüttung, bei einer Durchströmung mit Arbeitsmittel ausgetauscht werden.
Der Wärmeenergietransport kann durch eine Bewegung eines kapazitiven Arbeitsmittels, wie z.B. Luft, erfolgen.
Durch die Druckänderung zumindest eines Arbeitsmittels steht auch die Möglichkeit offen, eine sehr unproblematische Infrastruktur zum Transport der mechanischen Energie oder als Schnittstelle zum einfachen weiteren Transfer bzw. Transformation für konkretere Problemlösungen zu nützen.When building the integrable collector, the principles can change due to the temperature change over a large temperature interval
- optical concentration
- translucent insulation and
- Flow through the translucent insulation
The heat energy can be exchanged very effectively and inexpensively with a sensitive storage device that has a large surface area, such as a gravel fill, when the working fluid flows through it.
The heat energy can be transported by moving a capacitive working medium, such as air.
By changing the pressure of at least one work tool, there is also the possibility of using a very unproblematic infrastructure for transporting the mechanical energy or as an interface for simple further transfer or transformation for more specific problem solutions.
Zum Teil werden diese Probleme-bereits in dem Patent DE 3607432 A1 aufgegriffen.
In diesem Patent befindet sich eine Darstellung über die theoretischen Grundlagen
eines Kreisprozesses. Zitat: Spalte 3, Zeile 45: "Vorliegende Erfindung liefert die
Erkenntnisse und praktischen Verfahren, um auch mit einer Wärmezufuhr bei
gleitender Temperatur den Carnot-Wirkungsgrad erreichen zu können."
Das Konzept für eine entsprechende Wärmekraftmaschine wurde vom Anmelder des
zitierten Patents im Tagungsband der 6th International Stirling Engine Conference
1993 26 - 27 - 28. May in Eindhoven (Netherlands) vorgestellt.Some of these problems are already addressed in patent DE 3607432 A1. This patent contains a representation of the theoretical basis of a cycle. Quote: Column 3, line 45: "The present invention provides the knowledge and practical methods to achieve Carnot efficiency even with the addition of heat at a sliding temperature."
The concept for a
Beim zitierten Patent ist eine physikalische (Phasen-) und/oder chemische
Veränderung durch Wärmeenergietransformation über ein breites Temperaturintervall
nicht aufgeführt, obwohl diese Probleme auf das selbe Kernproblem zurückgeführt
werden können:
Zur Verflüssigung eines Teils eines Gasgemisches muß aufgrund des veränderbaren
Verhältnisses der Partialdrücke meistens über ein Temperaturintervall hinweg
Wärmeenergie entnommen werden.
Bei der Verdampfung eines Gasgemisches muß dementsprechend über ein
Temperaturintervall hinweg bzw. bei mehreren Temperaturen Wärmeenergie zugeführt
werden.The cited patent does not list a physical (phase) and / or chemical change due to thermal energy transformation over a wide temperature range, although these problems can be attributed to the same core problem:
In order to liquefy part of a gas mixture, thermal energy usually has to be extracted over a temperature interval due to the changeable ratio of the partial pressures.
Accordingly, when a gas mixture is vaporized, thermal energy must be supplied over a temperature interval or at several temperatures.
Ähnliches gilt auch für einen chemischen Prozeß, bei dem Wärmeenergie bei mehreren Temperaturen oder in einem Temperaturintervall aufgenommen oder abgegeben wird. The same applies to a chemical process in which thermal energy is used in several Temperatures or in a temperature interval is recorded or released.
Bei den nicht zitierten Vorrichtungen und/oder Verfahren wird die während einer
Periode des gesamten Kreisprozesses zum Ausgleich der Energiebilanz zugeführte
(verbrauchte) oder abgegebene (gewonnene) mechanische Arbeit zum größten Teil
direkt bei der Überführung zumindest einer bestimmten Menge wenigstens einer
strömungsfähigen Substanz von einem Speicherraum in einen anderen Speicherraum
mit anderem Druck umgesetzt.
Dadurch können andere Systeme oder Verfahren einfach integriert werden.
Direkte Nutzung der Druckänderung z.B. durch Ersetzung eines mechanisch
angetriebenen Kompressors oder
Entkopplung der Bewegungen im Arbeitsvolumen von der antreibenden Welle einer
Turbine oder eines Kompressors o.ä. , die/der durch den Druckunterschied der (im
geschlossenen Kreislauf) strömenden Substanz angetrieben wird oder diesen erzeugt.
Dadurch kann z.B. ein Generator mit der üblichen Winkelgeschwindigkeit angetrieben
werden und eine Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsfluids in der Größenordnung
1 m/s gegen die Wärmeübergangsflächen und eine entsprechend kleine
Temperaturdifferenz bei der Wärmeübertragung erreicht werden, was sich positiv auf
den Wirkungsgrad auswirkt und die am Steuersystem auftretenden Beschleunigungen
sowie die Strömungsverluste reduziert.
Dies ermöglicht einen großvolumigen Aufbau bei dem der Druck im Arbeitsvolumen
im Bereich des atmosphärischen Drucks liegt und als Arbeitsfluid Luft verwendet wird,
wodurch viele Probleme bzgl. Dichtheit entschärft werden und interessante
Anwendungen möglich werden. (vgl. Anwendungsbeispiele)In the devices and / or methods not cited, the mechanical work supplied (consumed) or given (won) during a period of the entire cycle to balance the energy balance is largely directly from a storage space during the transfer of at least a certain amount of at least one fluid substance moved to another storage space with different pressure.
This makes it easy to integrate other systems or processes.
Direct use of the pressure change, e.g. by replacing a mechanically driven compressor or
Decoupling the movements in the working volume from the driving shaft of a turbine or a compressor or the like. which is driven by or generates the pressure difference of the substance flowing (in the closed circuit). This means, for example, that a generator can be driven at the usual angular velocity and a flow velocity of the working fluid in the order of 1 m / s against the heat transfer surfaces and a correspondingly small temperature difference during heat transfer can be achieved, which has a positive effect on the efficiency and the accelerations occurring on the control system as well as the flow losses are reduced.
This enables a large-volume construction in which the pressure in the working volume is in the range of the atmospheric pressure and air is used as the working fluid, which alleviates many problems with regard to tightness and makes interesting applications possible. (see application examples)
Das zitierte Patent ist, verglichen mit der vorne gewählten abstrakteren Formulierung
der Aufgabe, begrenzt auf eine Abkühlung oder Erwärmung eines Heiz- oder
Kühlmediums durch den thermischen Kontakt mit Wärmetauschern einer regenerativen
Arbeits- oder Wärmekraftmaschine.
Dadurch ist eine Reduktion des konstruktiven oder technologischen Aufwandes für
Wärmetauscher oder Regenerator ausgeschlossen, die erfindungsgemäß erreicht wird,
wenn die Wärmezufuhr in das Arbeitsvolumen dadurch erfolgt, daß das Heizmedium
z.B. als heißes Gas in das Arbeitsvolumen durch Ventile aufgenommen und bei tieferer
Temperatur wieder durch Ventil(e) abgegeben wird, wodurch darüberhinaus das tote
Volumen des Arbeitsvolumens reduziert werden kann, was erfahrungsgemäß ebenso
günstig für das Erreichen eines guten Wirkungsgrades ist, wie eine funktionelle
Ersetzung der relativ kleinen Wärmeübergangsfläche des Wärmetauschers durch die
sehr viel größere des Regenerators.
Frischluft kann bei atmosphärischem Druck durch eines der Ventile in das
Arbeitsvolumen einströmen, wodurch bei einigen Anwendungen entscheidende
Synergieeffekte erzielt werden können.
So kann z.B. in ein Arbeirsvolumen heiße Luft aufgenommen und als kühlere Luft in
einen Raum mit höherem Druck ausgeblasen werden wobei ein Teil der bei der
Abkühlung der Luft freigewordenen Wärmeenergie durch den Kühler aufgenommen
wurde.
Wenn die heiße Frischluft bei atmosphärischem Druck durch Abgase einer
Verbrennungskraftmaschine erwärmt wurde und die kühlere Luft mit höherem Druck
dazu verwendet wird, um die Verbrennungskraftmaschine aufzuladen, so sind dabei
große Synergieeffekte genutzt. (vgl. Anwendungsbeispiele)
Bei Nutzung der Sonnenenergie können kostengünstige Parabolrinnenspiegel
verwendet werden, da durch die solare Einstrahlung das Arbeitsmittel Luft erhitzt
werden kann und so keine Umwelt- und Entsorgungsprobeme durch austretendes
Thermoöl auftreten und auch kein weit verzweigtes Absorber- Rohrleitungssystem zur
Hochdruck - Dampferzeugung aufgebaut werden muß, wodurch der thermische
Energietransport wesentlich unproblematischer wird.
Darüber hinaus können die Erwärmung des Arbeitsmittels über ein großes
Temperaturintervall (z.B. 200°C bis 500°C) dazu genützt werden, mit relativ geringem
Aufwand eine höhere Endtemperatur des Arheirsmitrels heim Erhitzen im Absorber
des Kollektors zu erreichen. The cited patent is limited to a cooling or heating of a heating or cooling medium through the thermal contact with heat exchangers of a regenerative work or heat engine compared to the more abstract formulation of the task chosen above.
This eliminates a reduction in the structural or technological outlay for heat exchangers or regenerators, which is achieved according to the invention if the heat is added to the working volume by the heating medium being taken up, for example, as hot gas in the working volume by valves and at a lower temperature again by valve ( e) is emitted, whereby the dead volume of the working volume can also be reduced, which experience has shown that it is just as favorable for achieving good efficiency as a functional replacement of the relatively small heat transfer surface of the heat exchanger by the much larger one of the regenerator.
Fresh air can flow into the working volume through one of the valves at atmospheric pressure, which can achieve decisive synergy effects in some applications.
For example, hot air can be taken up in a working volume and blown out as cooler air into a room with higher pressure, with some of the heat energy released when the air is cooled being taken up by the cooler.
If the hot fresh air has been heated at atmospheric pressure by exhaust gases from an internal combustion engine and the cooler air with higher pressure is used to charge the internal combustion engine, great synergy effects are used. (see application examples)
When using solar energy, inexpensive parabolic trough mirrors can be used, because the solar radiation can heat the working medium air and so there are no environmental and disposal problems caused by escaping thermal oil and also no widely branched absorber piping system for high-pressure steam generation, which means that thermal energy transport becomes much less problematic.
In addition, the heating of the working fluid over a large temperature interval (eg 200 ° C to 500 ° C) can be used to achieve a higher final temperature of the arthroplasty at home in the collector's absorber with relatively little effort.
Dazu können die Prinzipien optische Konzentration, transluzente Isolation und
Durchströmung der transluzenten Isolation sehr effektiv kombiniert werden.
Die Einbindung eines unproblematischen Speichers aus kostengünstigen Materialien
ermöglicht bei entsprechender Dimensionierung sogar die saisonale Speicherung der
Sonnenstrahlung über mehrere Monate.
Dadurch wird eine kostengünstige Insellösung möglich wie z.B. die Versorgung eines
abgelegenen Dorfes oder einer Krankenstation.For this purpose, the principles of optical concentration, translucent isolation and flow through the translucent isolation can be combined very effectively.
The incorporation of an unproblematic storage made of inexpensive materials even allows seasonal storage of the solar radiation over several months if dimensioned accordingly.
This makes an inexpensive island solution possible, such as supplying a remote village or an infirmary.
Die Ausbildung des Temperaturfeldes im Arbeitsvolumen z.B. bei der Verwendung nur eines Wärmetauschers und der Ablauf eines gesamten Kreisprozesses kann zusammen mit der Aufgabe zugrundeliegenden Problematik durch die folgenden, spezielle Anwendungen betreffenden Ausführungen leichter verstanden werden.The formation of the temperature field in the working volume e.g. when using only one heat exchanger and the process of an entire cycle can together with the problem underlying the task by the following, executions relating to specific applications can be more easily understood.
Die in Fig.1 dargestellte Vorrichtung kann unter anderem als thermischer Gasverdichter (mit der integrierten Wirkung als Kraftmaschine) arbeiten und bildet aufgrund des einfachen Aufbaus und der relativ einfach möglichen theoretischen Beschreibung des Kreisprozesses eine gute Ausgangsbasis zum Verständnis der komplexeren ebenfalls auf dem Erfindungsprinzip basierenden Maschinen, Vorrichtungen oder Verfahren.The device shown in Figure 1 can be used, among other things, as a thermal device Gas compressors (with the integrated effect as an engine) work and form due to the simple structure and the relatively easy theoretical Description of the cycle a good starting point for understanding the more complex machines also based on the principle of the invention, Devices or processes.
Durch einen Arbeitszylinder als Druckgehäuse 1, einen gleitend gedichteten Kolben 2,
Einlaß- und Auslaßventile 3 bzw. 4, wird ein mit Gas als Arbeitsfluid gefülltes
Arbeitsvolumen weitgehend eingeschlossen.
In diesem Arbeitsvolumen wird gegen die Zylinderwand 5 gleitend gedichtet ein
Rahmen 6 bewegt, auf dem ein Wärmetauscher 7 und ein in der Struktur oder Größe
unveränderbarer Regenerator 8 so angebracht sind, daß sie vom Gas durchströmt
werden müssen.
Durch federnde Abstandshalter 9 wird zwischen diesem Regenerator 8 und einer von
einem Faltenbalg 10 mit umschlossenen, als Regenerator wirkenden reversibel
zusammen- und auseinandergehenden Struktur 11, welche aus einem feinen ( 40 - 80
ppi) Schaumstoff besteht oder diesem bzgl. Homogenität oder Zwischenräume nahe
kommt, (z.B. mehrere nebeneinander senkrecht zur Strömungsrichtung angeordnete
Lagen aus geprägtem oder gebogenem Metallgewebe) über die gesamte Zylinderfläche
ein Strömungskanal 12 gebildet, durch den das Gas vorbei an der Struktur 11 durch
das geöffnete Ausgangsventil 4 des Arheitsvolumens und ein Teil 13 des
Rohrleitunsssystems zum Ventilator 14 gelangen kann.
Vom Ventilator kann dieses Gas durch einen Teil 15 des Rohrleitungssystems und
einen zu durchströmenden Regenerator 16 in einen Reserveraum 17 einströmen, der
von einem Faltenbalg umschlossen wird.
Vom Ventilator 14 oder aus diesem Reserveraum 17 kann das Gas nach der Erhitzung
in einem (Gegenstrom-) Wärmetauscher 18 durch ein Teil des Rohrleitungssystems 19
durch die Einlaßventile 3 in das Arbeitsvolumen gelangen. A working volume filled with gas as the working fluid is largely enclosed by a working cylinder as the
In this working volume, a frame 6 is slidably sealed against the cylinder wall 5, on which a heat exchanger 7 and a regenerator 8 which is unchangeable in structure or size are mounted such that the gas must flow through them.
A
This gas can flow from the fan through
From the
Zur Pufferung der Druckschwankungen wird, vor den Ventilator (Turbine) 14 ein
Drucktank 20 an das Rohrleitungssystem bei 13 angeschlossen.
Der Kolben 2 und der Rahmen 6 werden durch Hydraulikkolben 21, 22, 23 so
periodisch bewegt, wie es in Fig.4 Fig.5, Fig.6 oder der anschließenden Beschreibung
des Kreisprozesses charakterisiert ist.
Durch die Hydraulikzylinder 21 und 22 wird der Kolben 2 bzgl, der Hubrichtung in der
Orientierung stabilisiert.
Das Antriebsrohr 24 des Rahmens 6 wird durch den Kolben 2 in Hubrichtung durch
Dichtungen aus dem Arbeitsvolumen geführt. In diesem Antriebsrohr verlaufen zwei
Rohre für das Kühlwasser und sind so gegen die Innenwand des Antriebsrohres
abgedichtet, daß zwischen Arbeitsvolumen und Umgebung kein den Kreisprozeß
störend beeinflussender Gasaustausch stattfinden kann.
Bewegliche Schläuche 25, 26 verbinden diese Rohre mit festen Anschlüssen 27, 28
eines gekühlten Wasserreservoires, so daß das Kühlwasser in geschlossenem Kreislauf
zirkulieren kann.
Die Flüssigkeit im Wärmetauscher 7 sollte gegenüber dem Arbeitsvolumen immer
einen niedrigeren Druck aufweisen, so daß keine Flüssigkeit in das Arbeitsvolumen
gedrückt wird, was zu gefährlichen plötzlichen Dampfentwicklungen führen könnte,
sondern die Flüssigkeit im Wärmetauscher durch einströmendes Arbeitsfluid verdrängt
wird.
Wenn das heiße abzukühlende Gas direkt bei 19 in das Rohrleitungssystem der
Vorrichtung zum Transfer von Entropie (vgl. Fig1) eingebracht und bei 15 wieder
entnommen wird, so können die Verluste und der konstruktive Aufwand des
Wärmetauscher 18 entfallen.
Die Hydraulikkolben 21, 22 und 23 tauschen über ein gesteuertes Ventilsystem 29 des
Steuersystems über eine Hydraulikpumpe 30 mit einem Schwungrad 31 und einer als
Elektromotor und/oder Generator wirkenden Komponente 32 mechanische Leistung
aus.
Vom Teil des Rohrleitungssystem 19 zum Strömungskanal 12 kann durch ein Ventil
33 wahlweise angetrieben durch einen Ventilator 34 oder nicht durch ein weiteres
Ventil 35 Arbeitsfluid ausgetauscht werden.To buffer the pressure fluctuations, a
The piston 2 and the frame 6 are moved periodically by
By means of the
The drive tube 24 of the frame 6 is guided by the piston 2 in the stroke direction through seals from the working volume. Two tubes for the cooling water run in this drive tube and are sealed against the inner wall of the drive tube in such a way that no gas exchange which interferes with the cycle can take place between the working volume and the environment.
The liquid in the heat exchanger 7 should always have a lower pressure than the working volume, so that no liquid is pressed into the working volume, which could lead to dangerous sudden steam development, but the liquid in the heat exchanger is displaced by the inflowing working fluid.
If the hot gas to be cooled is introduced directly into the pipeline system of the entropy transfer device (see FIG. 1) at 19 and is removed again at 15, the losses and the structural outlay of the
The
Working fluid can be exchanged from the part of the
Das Ventil 33 bleibt vorerst geschlossen.
Im Folgenden wird von der vertretbaren, vereinfachenden Annahme ausgesangen, daß
das Arbeitsfluid als ideales Gas im kühlsten Teilvolumen immer die Temperatur Tk hat,
d.h. es laufen dort nur isotherme Prozesse ab.The valve 33 remains closed for the time being.
In the following, the justifiable, simplifying assumption is made that the working fluid as the ideal gas in the coolest partial volume always has the temperature T k , ie only isothermal processes take place there.
Ermittlung der maximal möglichen Abgabe von Arbeit durch ein erfindungsgemäßes Verfahren und eine erfindungsgemäße Vorrichtung bei der durch Kopplung mit einem Kreisprozeß eine Gasmenge der Masse mA über ein Temperaturintervall von T1 nach T2 abgekühlt wird.Determination of the maximum possible delivery of work by a method according to the invention and a device according to the invention in which, by coupling with a cyclic process, a gas quantity of mass m A is cooled over a temperature interval from T 1 to T 2 .
Bei der Abkühlung des Gases von T + dT auf T wird die Wärmeenergie
dQ = mA * Cp * dT [a1] abgegeben. Wird von einem bei Tk gekühlten Kreisprozeß
diese Wärmeenergie isotherm bei der Temperatur T aufgenommen, so kann damit
maximal die Arbeit
Bei einer Abkühlung des Gases von T1 auf T2 kann dementsprechend die Arbeit
verrichtet werden.
W kann [nach Stephan, Karl: Thermodynamik Grundlagen und technische
Anwendungen; Band 1 Einstoffsysteme; 14. Aufl.; 1992 Springer-Verlag S. 177 ff] als
die Exergie der Wärmeenergie bezeichnet werden, welche dem Gas beim Abkühlen
von T1 auf T2 entnommen wurde, wenn die Kühlertemperatur Tk gleichgesetzt wird
mit der Umgebungstemperatur Tu.
If the gas cools down from T 1 to T 2 , the work can be done accordingly be performed.
W kann [according to Stephan, Karl: Thermodynamics basics and technical applications;
Die schraffierte Fläche unter der Kurve von ηc[Tk] (T) in Fig.2 ist proportional zu
dieser Arbeit W.
Dabei wird dem Kreisprozeß die Wärmeenergie Q = mA - cp - (T1-T2) zugeführtThe hatched area under the curve of η c [Tk] (T) in Fig. 2 is proportional to this work W.
The thermal energy Q = m A - c p - (T 1 -T 2 ) is fed to the cycle
Für den Gesamtwirkungsgrad dieses Kreisprozesses ergibt sich daraus: For the overall efficiency of this cycle, this results in:
Wird dem Gas die Wärmeenergie durch den thermischen Kontakt mit vier idealen
Wärmetauschern bei den Temperaturen T1.25, T1.5, T1.75, T2 (vgl. Fig.3) isotherm
entnommen, so wird die oben aufgezeigte Exergie um W_auf die maximal nutzbare
Energie W reduziert.
Dies ist in Fig.3 dargestellt. Die formale Beschreibung und die Interpretation ergibt
sich aus dem Vergleich mit denen zu Fig.2If the thermal energy is taken isothermally from the gas through thermal contact with four ideal heat exchangers at temperatures T 1.25 , T 1.5 , T 1.75 , T 2 (see Fig. 3), the exergy shown above is increased by W_to the maximum usable energy W reduced.
This is shown in Fig.3. The formal description and interpretation result from the comparison with those of Fig. 2
Der Bewegungsablauf ist bestimmt durch das Steuersystem und grob und für die
folgende Analyse ausreichend in Fig.4, Fig.5, Fig.6 I dargestellt.
Mit der später detaillierter bestätigten Annahme, daß das Regeneratorsystem 11 im
Gleichgewichts- Betriebszustand ein Temperaturprofil aufweist, dessen mittlere
Temperatur Tmg bedeutend über der Kühlertemperatur Tk liegt, ergibt sich daraus
direkt der zeitliche Verlauf der mittleren Temperatur im Arbeitsvolumen Tm(t) und ist
in Fig.4, Fig.5, Fig.6 II qualitativ dargestellt. Aufgrund des Reserveraums 17
entspricht der Druck P0 in dem Teil des Rohrleitungssystems 19 vor den Einlaßventilen
atmosphärischem Druck.
Der Ventilator 14 soll so arbeiten, daß im Raum 13 des Rohrleitungssystems
angrenzend an das Auslaßventil 4 der Druck P1 nur gering relativ zur Druckdifferenz
P1 - P2 verändert wird.
Die Ventile 3 und 4 werden durch den (Strömungs-) Druck des Gases geöffnet oder
geschlossen.
Bei der entsprechenden Verringerung des Arbeitsvolumens von Va zu Vb durch die
Bewegung des Kolbens 2 in der Zeitperiode a-b-c wird der Druck erhöht, da die Ein-3
und Auslaßventile 4 aufgrund des relativ zu P0 größeren aber relativ zu P1 geringeren
Drucks P(t) im Arbeitsvolumen geschlossen sind.
Bei der angenommenen isothermen Kompression in der Zeitperiode a-b-c wird vom
kühlen Gas im Arbeitsvolumen bei der Temperatur Tk
die Wärmeenergie
an den Kühler abgegeben.The sequence of movements is determined by the control system and is rough and sufficient for the following analysis in Fig.4, Fig.5, Fig.6 I.
With the assumption later confirmed in more detail that the
The
The
With the corresponding reduction in the working volume from V a to V b by the movement of the piston 2 in the time period abc, the pressure is increased since the inlet valves 3 and
With the assumed isothermal compression in the time period abc, the cool gas in the working volume at the temperature T k
the thermal energy delivered to the cooler.
An dem Kolben muß durch das Steuersystem in dieser Zeitperiode die Arbeit Wabc =
-Qabc geleistet werden.
Dieser Arbeit Wabc entspricht eine in Fig. 7 schraffiert eingezeichnete Fläche.The work W abc = -Q abc must be performed on the piston by the control system in this period.
A surface hatched in FIG. 7 corresponds to this work W abc .
In der Zeitperiode c-d-e wird bei konstantem Arheitsvolumen durch eine Verschiebung
des Rahmens 6 mit Kühler 7 und Regenerator 8 das kühlste Teilvolumen kleiner, was
zu einem Anstieg der mittleren Temperatur des Gases im Arbeitsvolumen führt.
Sobald der Druck P(t) im Arbeitsvolumen am Anfang dieser Zeitperiode etwas über
den Druck P1 auf der anderen Seite des Auslaßventils 4 steigt, wird dieses Ventil
geöffnet und die mit dem Anstieg der mittleren Temperatur verbundene Ausdehnung
des Gases bewirkt, daß eine Gasmenge der Masse mA aus dem Arbeitsvolumen durch
das Auslaßventil ausströmt, im Ventilator 14 adiabatisch expandiert wird und dabei die
Arbeit Wnutz verrichtet, welche in Fig.7 einer Fläche entspricht.In the time period cde, with a constant volume of arity, the coolest partial volume becomes smaller due to a displacement of the frame 6 with cooler 7 and regenerator 8, which leads to an increase in the average temperature of the gas in the working volume. As soon as the pressure P (t) in the working volume rises slightly above the pressure P 1 on the other side of the
Es gilt: The following applies:
Bemerkung: Bei gegebenem Druckverhältnis P1/P0 ergibt sich T2 unabhängig von mA
mit
Aufgrund der Wärmeleitung kann von einem stetig differenzierbaren Temperaturfeld
ausgegangen werden. vgl. Riemann - Integrale
Es gilt dann allgemein:
Due to the heat conduction, a continuously differentiable temperature field can be assumed. see. Riemann - integrals
The following then generally applies:
Anzahl der pro Periode mit dem Arheitsvolumen ausgetauschten Gas-Moleküle: Number of gas molecules exchanged with the aridity volume per period:
Bemerkung: die Buchstaben im Index z.B. c in Nc kennzeichnen einen in Fig.4, Fig.5,
Fig.6 definierten Zeitpunkt des Kreisprozesses.
Bestimmung der Masse der ausgetauschten Gasmenge
mc : Masse des Gases im Arbeitsvolumen zum Zeitpunkt c
für die Zeitperiode c-d-e gilt:
Note: the letters in the index, for example c in N c, indicate a point in time of the cycle defined in Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6.
Determination of the mass of the amount of gas exchanged m c : mass of the gas in the working volume at time c
for the time period cde:
In der Zeitperiode e-f-g wird das Arbeitsvolumen durch die Kolbenbewegung
vergrößert.
Dabei soll das Gas relativ zu den Wärmeübergangsflächen, welche für den
thermodynamischen Kreisprozeß notwendig wirksam sind, nicht strömen.
Da in dieser Zeitperiode das Gas im gesamten Arbeitsvolumen in direktem Kontakt mit
Wärmeübergantsflächen zu großen Wärmekapazitäten steht, welche für den
thermodynamischen Kreisprozeß notwendig wirksam sind und aufgrund deren
speziellen Bewegung das Gas relativ dazu nicht bewegt wird, kann diese Zeitperiode
des Kreisprozesses durch eine isotherme Expansion beschrieben werden, wobei für die
ausgetauschte Wärmeenergie oder Arbeit die selben Formeln gelten, wie für die
Zeitperiode a-b-c.
So ist es möglich, diese Energie in einem schwingenden System zu speichern und zur
Kompression wieder abzugeben (z.B. durch eine schwingende Wassersäule in einem
U-färmiaen Rohr evtl. mit einem als Luftfeder wirkenden Hohlraum als Begrenzung.
Für die in der Zeitperiode g-h-a aufgenommene Gasmenge gilt: (vgl. c-d-e)
mAgha = mAcde
ma : Masse des Gases im Arbeitsvolumen zum Zeitpunkt aIn the time period efg, the working volume is increased by the piston movement.
The gas should not flow relative to the heat transfer surfaces which are necessary for the thermodynamic cycle.
Since the gas in the entire working volume is in direct contact with heat transfer areas during this period of time to large thermal capacities, which are necessary for the thermodynamic cycle and due to their special movement, the gas is not moved relative to it, this period of the cycle can be described by an isothermal expansion the same formulas apply to the exchanged thermal energy or work as for the time period abc.
This makes it possible to store this energy in a vibrating system and to release it again for compression (e.g. by a vibrating water column in a U-shaped tube, possibly with a cavity acting as an air spring as a limitation. The quantity of gas absorbed in the period gha applies : (see cde) m Agha = m Acde
m a : mass of the gas in the working volume at time a
Der Temperaturverlauf, das Temperaturfeld T(r) in der Vorrichtung zu Fig. 1
In der Zeitperiode e-f-g füllt die weitgehend homogene Regeneratorstruktur 11 mit
relativ zum Gas im Arbeitsvolumen sehr großer, im Folgenden als unendlich
angenommener Wärmekapazität weitgehend das ganze Arbeitsvolumen aus und das
Arbeitsvolumen wird durch die Verschiebung des Kolbens expandiert.
Aufgrund der speziellen Bewegung finden im Arheitsvolumen nur isotherme Prozesse
statt.The temperature profile, the temperature field T (r) in the device of FIG. 1. In the time period efg, the largely
Due to the special movement, only isothermal processes take place in the arity volume.
Das Arbeitsvolumen sei durch E - 1 senkrecht zum Hub angeordnete Ebenen in E
gleich große Teilvolumina aufgeteilt. Aufgrund der Symmetrie ist auf diesen Ebenen
die Temperatur im Idealfall konstant.
Der Regenerator-Struktur 11 in jedem dieser Teilvolumina wird durch die isotherme
Expansion des Gases die Wärmeenergie Qi = 1/E + Qefg entnommen. i ∈[1;E]
Während der Zeitperiode g-h-a wird der Regenerator-Struktur 11 durch die
Abkühlung der durch die Einlaßventile 3 einströmenden heißen Gasmenge der Masse
mA bei jeder Periode effektiv Energie zugeführt, da dadurch insgesamt eine größere
Gasmenge vom heißen in den kälteren Teil der Regeneratorstruktur 11 strömt, als bei
der umgekehrten Strömungsrichtung. Let the working volume be divided into sub-volumes of equal size by E - 1 planes arranged perpendicular to the stroke. Due to the symmetry, the temperature is ideally constant at these levels.
The heat energy Q i = 1 / E + Q efg is taken from the
Das j-te dieser Teilvolumina werde (vgl. oben ) durch die isothermen Ebenen der
Temperatur Tj und Tj+1 begrenzt. Die Gasströmung während einer Periode führt
diesem Teilvolumen
die Wärmeenergie Qj = mA * Cp * (Tj - Tj+1) zu.
Für die Ausbildung eines Betriebszustandes im Gleichgewicht muß gelten:
the thermal energy Q j = m A * C p * (T j - T j + 1 ).
The following must apply to the formation of an operating state in equilibrium:
Sollen in der Anlage bei der Abkühlung des ausgetauschten Gases um eine bestimmte
Temperaturdifferenz ein größeres Druckverhältnis P1/P0 erreicht werden, so muß in
der Zeitperiode g-h-a die Gasmenge der Masse mB durch ein weiteres (angesteuertes)
Auslaßventil 35 aus dem Strömungskanal 12 mit einem Ventilator 34 gesaugt werden,
der. im Idealfall durch verstellbare Elemente nur in dieser Zeitperiode die dazu
notwendige relativ zu P1 - P0 kleine Druckdifferenz aufbringt. Diese Gasmenge wird
dem Raum 15 des Rohrleitungssystems zugeführt.
D.h. offenes Ventil 33.
Wenn vier solche Arbeitsvolumina um 90° phasenverschoben arbeiten, so kann ein
handelsüblicher Ventilator gleichmäßig durchlaufen, d.h. nur die Auslaßventile 35
müssen mit etwas Kraft- und Energieaufwand gesteuert werden.
Bei unverändertem T1, T2,P0 wird dadurch die ausgetauschte und abgekühlte
Gasmenge mA um mB vergrößert und dem Regeneratorsystem 11 wird während einer
Periode eine größere Menge an Wärmeenergie zugeführt.
Diese größere Wärmeenergie wird dem Regeneratorsystem 11 in der Zeitperiode e-f-g
während der effektiv isothermen Expansion des Gases von P1 auf P0 wieder teilweise
entzogen, wobei ein größeres Druckverhältnis P1/P0 erreicht werden kann und so
insgesamt pro Periode mehr Energie umgesetzt wird, wobei die am Regenerator 8
oder am Regeneratorsystem 11 insgesamt ausgetauschte Wärmeenergie wie auch die
damit zusammenhängenden thermischen Verluste in einem weit geringerem Verhältnis
erhöht werden.
Insgesamt wird dadurch ein besserer Wirkungsgrad erreicht.
Wenn der Massenstrom durch den verstellbaren Ventilator in 3 Stufen (aus, mittel,
groß) eingestellt werden kann und die Stufe groß immer beim Unterschreiten einer
bestimmten Temperatur durch einen Thermostaten eingeschaltet wird, so kann die
Temperatur T2 dadurch mit relativ geringem Aufwand ausreichend bei einem Wert
stabilisiert werden.If a greater pressure ratio P 1 / P 0 is to be achieved in the system when the exchanged gas is cooled by a certain temperature difference, then the gas quantity of mass m B must be passed through a further (controlled) outlet valve 35 from the flow channel 12 in the period gha be sucked by a fan 34 which. ideally, by means of adjustable elements, the necessary pressure difference relative to P 1 - P 0 can only be applied in this time period. This amount of gas is supplied to the
Ie open valve 33.
If four such working volumes are phase-shifted by 90 °, a commercially available fan can run evenly, ie only the outlet valves 35 have to be controlled with a little effort and energy.
With unchanged T 1 , T 2 , P 0 , the exchanged and cooled gas quantity m A is thereby increased by m B and the
This greater thermal energy is partially withdrawn from the
Overall, this results in better efficiency.
If the mass flow through the adjustable fan can be set in 3 stages (off, medium, large) and the large stage is always switched on by a thermostat when the temperature falls below a certain temperature, the temperature T 2 can thus be sufficient at a relatively low cost Value to be stabilized.
Die in Fig.1 dargestellte Vorrichtung kann auch als Kältemaschine betrieben werden,
welche eine Gasmenge über ein großes Temperaturintervall abkühlt.
Dazu muß der dann angetriebene Ventilator ( Turbine) 14 das Gas aus dem Teil des
Rohrleitungssystems 19 mit dem Druck P0 in den Teil 13 mit P1 drücken.
Die Strömungsrichtung des Gases wird (im Arbeitsvolumen überall) umgekehrt, der
Aufbau der Vorrichtung und der Bewegungsahlauf bleiben wie in Fig. 1 bzw. Fig.4.
Fig.5, Fig.6 dargestellt erhalten.
Das Auslaßventil 4 wird zu einem Einlaßventil indem es bei unveränderter
Anschlagsrichtung in der Zeitperiode c-d-e z.B. durch eine angreifende mit dem
Steuersystem verbundene Feder gegen den Strömungsdruck offengehalten wird.
Das dann mit dem Druck P1 einströmende Gas gibt bei der Abkühlung Wärmeenergie
an das Regeneratorsystem 11 ab.
Dem Regeneratorsystem wird während der Zeitperiode e-f-g bei der effektiv
isothermen Expansion des Gases (wie vorne heim Gasverdichter; Kraftmaschinen) von
P1 auf P0 Wärmeenergie entzogen. Wie vorne bei der Beschreibung der Kraftmaschine
gezeigt, wird auch bei der Kältemaschine durch das Zusammenwirken der Teilprozesse
in den Zeitperioden c-d-e und e-f-g ein in Hubrichtung lineares Temperaturfeld T (r)
in der Regeneratorstruktur 11 ausgebildet, dessen mittlere Temperatur Tm bei der
Kältemaschine unter der Kühlertemperatur Tk liegt. (zeitliche Entwicklung von Tm(t)
in Fig.4, Fig.5, Fig.6: Ersetze max. Tm(t) durch min. T(t).
Dadurch wird die mittlere Temperatur im Arbeitsvolumen beim Zusammenschieben
des Regeneratorsystems 11 in der Zeitperiode g-h-a vergrößert.
Die Einlaßventile der Kraftmaschine 3 können bei der Kältemaschine als Auslaßventile
wirken, wenn sie bei unveränderter Anschlagsrichtung in dieser Zeitperiode g-h-a z.B.
durch eine angreifende, mit dem Steuersystem verbundene Feder gegen den
Strömungsdruck offengehalten werden und Gas aufgrund der Erhöhung der mittleren
Temperatur im konstanten Arbeitsvolumen bei konstantem Druck P0 in den Teil des
Rohrleitungssystem 19 ausströmt.
Bevor dieses Gas erneut durch den Ventilator (Turbine) verdichtet wird, nimmt es im
Wärmetauscher 18 die von der Abkühlung des anderen Gasstromes stammende
Wärmeenergie auf.
Wenn das abzukühlende Gas direkt bei 15 in das Rohrleitungssystem der
Kältemaschine (vgl. Fig1) eingebracht und bei 19 wieder entnommen wird, so können
die Verluste und der konstruktive Aufwand des Wärmetauscher 18 entfallen.
In der Zeitperiode c-d-e wird bei konstantem Arbeitsvolumen die mittlere Temperatur
des Gases im Arbeitsvolumen durch die Ausdehnung des Regeneratorsystems 11
erniedrigt, was aufgrund des offengehaltenen Ventils 4 bei konstantem Druck P1 zu
einem Einströmen von wärmerem Gas, einer zusätzlichen Wärmeenergiezufuhr an die
Regeneratorstruktur 11 und der Schließung des Kreisprozesses führt.The device shown in FIG. 1 can also be operated as a refrigerator, which cools a quantity of gas over a large temperature interval.
For this purpose, the then driven fan (turbine) 14 must press the gas from the part of the
The direction of flow of the gas is reversed (everywhere in the working volume), the structure of the device and the speed of movement remain as in Fig. 1 and Fig. 4. Fig.5, Fig.6 obtained.
The
The gas then flowing in with the pressure P 1 releases thermal energy to the
The regenerator is efg during the time period in which effective isothermal expansion of the gas (such as front, home gas compressor; engine) from P 1 to P 0 withdrawn heat energy. As shown above in the description of the engine, a temperature field T (r) which is linear in the stroke direction is also formed in the
As a result, the average temperature in the working volume when the
The inlet valves of the engine 3 can act as outlet valves in the refrigerator if they are kept open against the flow pressure in this time period gha, for example by an attacking spring connected to the control system, and gas due to the increase in the mean temperature in the constant working volume at a constant pressure Pressure P 0 flows out into the part of the
Before this gas is compressed again by the fan (turbine), it absorbs the heat energy from the cooling of the other gas stream in the
If the gas to be cooled is introduced directly into the pipeline system of the refrigeration machine at 15 (cf. FIG. 1) and is removed again at 19, the losses and the structural outlay of the
In the time period cde, with a constant working volume, the average temperature of the gas in the working volume is reduced by the expansion of the
Die in Fig. 1 dargestellt und bereits als Kraftmaschine beschriebene Vorrichtung kann,
wie bereits weitgehend vorne dargestellt, auch als Kältemaschine betrieben werden.
Wie bei der Kraftmaschine kann bei offenem Ventil 33 und stehendem Ventilator 34
ein größerer Temperaturunterschied der vom Arbeitsvolumen aufgenommenen und
abgegebenen Gasmenge der Masse mA erreicht werden, wenn in der Zeitperiode g-h-a
eine Gasmenge der Masse mH durch das in diesem Fall bei gleichem Anschlag als
Auslaßventil wirkende Ventil 35 in den Raum 15 ausströmt, welches in dieser
Zeitperiode g-h-a durch das Steuersystem gegen den Strömungsdruck offengehalten
wird. The device shown in FIG. 1 and already described as an engine can, as already largely shown at the front, also be operated as a refrigerator. As with the engine, with the valve 33 open and the fan 34 stopped, a greater temperature difference in the amount of gas of the mass m A taken up and given off by the working volume can be achieved if in the period gha a gas amount of the mass m H by in this case at the same stop as Exhaust valve acting valve 35 flows into
Die in Figur 1 dargestellte Kraftmaschine kann, wie bereits vorne dargestellt auch als
Kältemaschine betrieben werden. Soll wie bei der Kraftmaschine auch bei der
Kältemaschine für eine bestimmte Abkühlung mit einer größeren Druckdifferenz P1-P0
gearbeitet werden, so kann dies erreicht werden, wenn in der Zeitperiode g-h-a die
Gasmenge der Masse mB durch ein weiteres (angesteuertes) Einlaßventil 35 in den
Strömungskanal 12 mit einem Ventilator 34 aus dem Raum 15 eingeblasen wird.The motor machine shown in FIG. 1 can also be operated as a refrigeration machine, as already shown above. If, as with the engine, a larger pressure difference P 1 -P 0 is also to be used for the cooling machine for a certain cooling, this can be achieved if, in the period gha, the gas quantity of the mass m B is passed through a further (controlled) inlet valve 35 is blown into the flow channel 12 from the
Wenn bei den vorne beschriebenen Kältemaschinen das Steuersystem durch Umkehr aller Bewegungsrichtungen so läuft, daß die bewegten Teile ihre Position gemäß Fig.4, Fig.5, Fig.6 in der umgekehrten Reihenfolge h-g-f-e-d-c-b-a h ändern und Ventilator-Arbeitsrichtungen relativ zu Fig.1 unverändert bleiben, so wirken diese Vorrichtungen als Wärmepumpen, welche das eingeblasene Gas über vergleichbare Temperaturintervalle bei vergleichbaren Druckverhältnissen erwärmen, anstatt abzukühlen.If in the chillers described above, the control system by reversing all directions of motion so that the moving parts are in their position according to Fig. 4, Fig.5, Fig.6 in the reverse order h-g-f-e-d-c-b-a h change and fan working directions remain unchanged relative to Fig.1, so these devices work than heat pumps, which the injected gas over comparable Heat temperature intervals at comparable pressure ratios instead cool.
In der Zeitperiode g-f-e wird bei der isothermen Kompression (bei geschlossenen
Ventilen) des Gases von P0 auf P1 dem Regeneratorsystem 11 Wärmeenergie
zugeführt.
Beim Zusammenschieben des Regeneratorsystems 11 in der Zeitperiode e-d-c wird
durch das offengehaltene Ventil 4 von der Turbine Gas der Temperatur TH vom
Arbeitsvolumen bei dem Druck P1 aufgenommen, da die mittlere Temperatur
abgesenkt wird. In the period gfe, thermal energy is supplied to the
When the
Um in ein Arbeitsvolumen zwei Gasmengen der Massen m1, m2 mit den Temperaturen
T1, bzw. T2 aufzunehmen und hei einer zwischen T1 und T2 liegenden Temperatur T3
bei höherem Druck wieder abgeben zu können, muß im Vergleich zu den in Fig. 1
dargestellten Entropietransformatoren folgendes abgeändert werden:
Durch Ventile müssen die in das Arbeitsvolumen einströmenden Gasmengen entsprechend reguliert werden.
Soll das kühlere Gas nur eine geringere Temperaturänderung erfahren, so wird wie vorne beschrieben während dessen Einströmvorgang durch ein weiteres Ventil (vgl. 35) mit einem Ventilator Gas aus dem Arbeitsvolumen gesaugt.
Zum Strömungskanl 12 kommt ein weiterer spiegelbildlich zum Regenertor 8 angeordneter Strömungskanal für das aus dem Arbeitsvolumen strömende Gas.
An jeden dieser Strömungskanäle grenzen jeweils die
Insgesamt ist dieser Entropietransformator evtl. einfacher aufzubauen; da kein Wärmetauscher (z.B. Autokühler) notwendig ist.
Außerdem kann keine plötzliche Dampfentwicklung durch entwichenes Kühlwasser auftretenIn order to be able to take up two gas quantities of masses m 1 , m 2 with temperatures T 1 and T 2 in a working volume and to be able to release a temperature T 3 between T 1 and T 2 at higher pressure, compared to the The entropy transformers shown in FIG. 1 can be modified as follows:
Valves must be used to regulate the amount of gas flowing into the working volume.
If the cooler gas is only to experience a smaller change in temperature, gas is sucked out of the working volume with a fan as described above during its inflow process by means of a further valve (cf. 35).
In addition to the flow channel 12 there is a further flow channel arranged in mirror image to the rain gate 8 for the gas flowing out of the working volume.
The
Overall, this entropy transformer may be easier to set up; since no heat exchanger (e.g. car cooler) is necessary.
In addition, there can be no sudden steam generation from escaped cooling water
Wie vorne bereits heim Gasverdichter gezeigt, kann auch diese Konstruktion so betrieben werden, daß lauwarmes Gas mit höherem Druck durch eine Turbine in das Arbeitsvolumen gepreßt und dadurch die Strömungsrichtung aber nicht der periodische Bewegungsablauf (vgl. Fig.4, Fig.5, Fig.6) geändert wird und aus dem Arbeitsvolumen heißes und kaltes Gas bei niedrigerem Druck ausströmen.As already shown at the front of the gas compressor, this construction can do the same operated that lukewarm gas at a higher pressure through a turbine in the Working volume pressed and thereby the flow direction but not the periodic movement sequence (see Fig.4, Fig.5, Fig.6) is changed and from the Flush out working volume of hot and cold gas at lower pressure.
Steht heißes Gas und kühles Gas oder Kühlwasser der Temperatur Tk zur Verfügung,
so kann Gas durch einen Entropietransformator mit 2 Arbeitsvolumina unter die
Kühlwassertemperatur Tk abgekühlt werden.
Im Prinzip wird dazu bei einer der vorne beschriebenen Kältemaschinen der
angetriebene Ventilator 14 durch eine der vorne beschriebenen Vorrichtungen mit der
Wirkung eines Gasverdichters ersetzt; wobei das heiße Gas vom Arbeitsvolumen,
welches dem Gasverdichter zugeordnet werden kann, aufgenommen und bei höherem
Druck durch das Auslaßventil 4 dieses Arbeitsvolumens in einen Raum des
Rohrleitungssystems abgegeben wird, an den ein pufferndes Druckgefäß angeschlossen
sein kann und von wo aus das Gas evtl. nach einer vorherigen Abkühlung auf ca. Tk
durch das als Einlaßventil wirkende Ventil 4 in das Arbeitsvolumen einströmt, welches
der Kältemaschine zugeordnet werden kann.
Aus diesem Arbeitsvolumen strömt das unter Tk abgekühlte Gas durch die Ventile 3
und evtl. 35 aus.
Für die Abstimmung von Druck- und Temperaturdifferenzen können (wie vorne
dargestellt), die periodische Durchströmung der Ventile 35 der beiden
Arheitsvolumina entsprechend eingestellt werden.
Laufen in einem Arbeitsvolumen die in Fig.4, Fig.5, Fig.6 I dargestellten Bewegungen
simultan ah, so kann das puffernde Druckgefäß kleiner dimensioniert werden, oder
entfallen.
Es ist auch interessant, diese Kombination als Wärmepumpe für Flüssigkeit zu
verwenden.
Weitere interessante Kombinationen dienen der Erhöhung der Heizzahl auf einen
Wert über 1.
So wird von einem ersten Arbeitsvolumen wie vorne beschrieben je eine heiße und
kalte Gasmenge aufgenommen und als kühle Gasmenge bei höherem Druck wieder
abgegeben und aufgenommen von einem zweiten Arbeitsvolumen, das es als warme
Gasmenge beim Ausgangsdruck wieder abgibt. Dabei wurde im zweiten
Arbeitsvolumen die Flüssigkeit eines Wärmetauschers oder eine zusätzliche Gasmenge
abgekühlt.If hot gas and cool gas or cooling water of temperature T k are available, gas can be cooled below the cooling water temperature T k by an entropy transformer with 2 working volumes.
In principle, in one of the refrigeration machines described above, the driven
From this working volume, the gas cooled under T k flows out through the valves 3 and possibly 35.
For the coordination of pressure and temperature differences, the periodic flow through the valves 35 of the two unit volumes can be set accordingly (as shown above).
If the movements shown in FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6 I run simultaneously in a work volume, the buffering pressure vessel can be dimensioned smaller or can be omitted.
It is also interesting to use this combination as a heat pump for liquids.
Other interesting combinations serve to increase the heating number to a value above 1.
Thus, a hot and cold gas quantity is absorbed by a first working volume as described above and released again as a cool gas quantity at higher pressure, and absorbed by a second working volume which it releases as a warm gas quantity at the outlet pressure. The liquid of a heat exchanger or an additional amount of gas was cooled in the second working volume.
Beschriebene Funktion: Teil eines Gasverdichters (Kraftmaschine)
Das in Fig.8, Fig.9 oder Fig.10 dargestellte Arbeitsvolumen eines
Entropietransformators, weist z.B. als Teil einer Kraftmaschine im Vergleich zu dem in
Fig.1 oder Fig.4, Fig.5, Fig.6 gezeigten zwei für die Thermodynamik entscheidende
Unterschiede auf:
Erstens wird das Arbeitsvolumen in der Größe nicht verändert.
Zweitens wirken anstatt des in Fig.1 dargestellten relativ homogenen
Regeneratorsystems 11 in dem Arbeitsvolumen zu Fig.8, Fig.9 oder Fig.10 vier
diskrete, starr aufgebaute Regeneratoren 36, 37, 38, 39, an welchen wie an den zwei
weiteren Regeneratoren 40 und 41 je vier Rohre befestigt sind die jeweils Teil einer
der vier konzentrischen Anordnungen von Rohren 42 des Steuersystems sind.
Diese Komponenten 36 - 41 sowie der Rahmen mit dem als Kühler wirkenden
Wärmetauscher 43 sind mit V2A-Abdichtbürsten auf Bronze-Zylinderwandbleche 44
wie auch die Rohre für die Wärmetauscherflüssigkeit 45, 46 so abgedichtet, daß sie im
Betriebszustand vom Arbeitsmittel bei minimaler (unter 10%) Verlustströmung
zwischen Dichtung und Zylinderwand durchströmt werden.
Der periodische Bewegungsablauf dieser Komponenten ist qualitativ in Fig.9 I oder
Fig. 10 I dargesteilt mit den Bezeichnungen H: für Hub und t: für Zeit.
Die Regeneratoren sind aus einem unteren V2A-Lochblech mit möglichst geringen
Metallflächenanteil mit zur Verstärkung aufgeschweißten, parallel zum Lochblech
offenen U-Profilen aus V2A in welche mit V2A-Gewebe (Drahtdurchmeser ca 0,1
mm) umhüllte Metallfasern (Schwerpunkt des Durchmessers bei 40 Mykrometern)
eingeschoben sind, die durch ein weiteres Lochblech eingespannt und eingeschlossen
sind.
Die beiden Lochbleche sind durch eine Drahtwicklung dort zusammengehalten, wo die
Lochbleche so verformt worden sind, daß die äußeren Flächen dieser Regenerators
trotz der Drahtwicklung keine lokale Erhebung aufwiesen.
Am Rand geht das Lochblech in ein Blech ohne Löcher über, wodurch die Dichtungen
gehalten und zu den Metallfasern so abgedichtet werden, daß diese durchströmt
werden.
Ansonsten wird ähnlich wie bei der Kraftmaschine wie zu Fig.1, Fig.4, Fig.5, Fig.6
durch ein Druckgehäuse 47, Einlaß- 48 und Auslaßventile 49 ein mit Gas als
Arbeitsfluid gefülltes Arbeitsvolumen weitgehend eingeschlossen. Das Gas kann durch
die Einlaßventile aus einem Raum des Rohrleitungssystem der 15 in Fig. 1 entspricht in
das Teilvolumen zwischen Zylinderdeckel und dem Regenerator 36 einströmen und
aus einem Raum zwischen den Regeneratoren 39 und 40 durch einDescribed function: part of a gas compressor (engine)
The working volume of an entropy transformer shown in FIG. 8, FIG. 9 or FIG. 10 shows, for example, as part of an engine in comparison with the two that are decisive for thermodynamics in comparison with FIG. 1 or FIG. 4, FIG Differences in:
First, the work volume is not changed in size.
Second, instead of the relatively
These components 36 - 41 as well as the frame with the
The periodic movement of these components is qualitatively shown in Fig. 9 I or Fig. 10 I with the designations H: for stroke and t: for time.
The regenerators are made of a lower V2A perforated plate with as little metal surface as possible, with U-profiles made of V2A welded on for reinforcement and open parallel to the perforated plate, in which metal fibers are sheathed with V2A fabric (wire diameter approx. 0.1 mm) (center of gravity of the diameter at 40 micrometers ) are inserted, which are clamped and enclosed by another perforated plate.
The two perforated sheets are held together by a wire winding where the perforated sheets have been deformed in such a way that the outer surfaces of these regenerators have no local elevation despite the wire winding.
At the edge, the perforated plate turns into a plate without holes, whereby the seals are held and sealed to the metal fibers so that they flow through.
Otherwise, similar to the engine as in FIG. 1, FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6, a working volume filled with gas as working fluid is largely enclosed by a
Rohr 50 ausströmen, in dem konzentrisch und in fester Verbindung ein Rohr 45 mit
der Leitung 46 für die Wärmetauscherflüssigkeit verläuft und das periodisch in eines
der das Arbeitsvolumen begrenzenden, nicht periodisch bewegten Rohre 5 mit
Bürsten 52 gedichtet einfährt. Aus diesem Rohr 51 kann das Gas durch die
Auslaßventile 49 in einen Raum des Gas-Rohrleitungssystems gelangen, der in Fig.1
13 entspricht. Flowing out
Die Führungs-, Antriebs- und Steuereinheit für die Realisation des in Fig. 9 bzw. 10 charakterisierten Bewegungsablaufes der Elemente mit den Bezugszeichen 36 - 41 und 43 sind mit den Bezugszeichen 42, 53 - 60, 63 - 98 in den Figuren 8, 11 bis 14 und 17 bis 19 bezeichnet.The guide, drive and control unit for the Realization of what is characterized in FIGS. 9 and 10 Movement sequence of the elements with the reference numbers 36 - 41 and 43 are referenced 42, 53-60, 63-98 designated in Figures 8, 11 to 14 and 17 to 19.
Der Wärmetauscher wird im geschlossenen Kreislauf mit
Flüssigkeit aus den Elementen mit den Bezugszeichen 45,
46, 102 - 106 versorgt. The heat exchanger is in a closed circuit with
Liquid from the elements with the
In dem Teilvolumen, welches vom Arbeitsvolumen nur durch den Regenerator 41
abgegrenzt wird, werden vom Gas zu durchströmende, senkrecht zur Huhrichtung
angeordnete Gitterebenen 108 durch das Steuersystem wie in Fig.9 I charakterisiert,
so bewegt, daß sie zu diesem Regenerator 41 oder der benachbarten, bereits bewegten
Gitterebene entweder einen bestimmten Abstand (z.B. 20 % des Gesamthubs)
einhalten oder möglichst nah an der Begrenzungsfläche des Druckgefäßes verbleiben
Für den Antrieb der Gitterebenen 109 in dem Teilvolumen des Arbeitsvolumens,
welches nur durch den Regenerator 36 abgegrenzt wird gilt weitgehend das selbe. Bei
diesem periodischem Bewegungsablauf werden diese Gitterebenen im Betriebszustand
weitgehend nur von Gas mit konstanter Temperatur durchströmt und es wird die
Ausbildung von Wirbelströmungen stark behindert, durch welche es zu einer
Vermischung von Gasmengen mit den maximalen Temperaturunterschieden in diesen
Teilvolumen kommen kann.
Antrieb: Vgl. Patentanspruch 99, 100.
Das in Fig.8 dargestellte Arbeitsvolumen wird wie das Arbeitsvolumen in Fig.1 an ein
Rohrleitungssystem angeschlossen und in das umgebende System integriert. In the partial volume, which is delimited from the working volume only by the
Drive: See claim 99, 100.
The working volume shown in Fig.8 is connected to the piping system like the working volume in Fig.1 and integrated into the surrounding system.
Die grundsätzlichen Überlegungen, welche zur in Fig. 1 oder 3 charakterisierten u.a. als
Gasverdichter eingesetzte Anlage angestellt wurden, gelten auch für diese in Fig.8
oder Fig.9 charakterisierte mit der Wirkung als Gasverdichter eingesetzte Anlage.
So kann auch hierzu davon ausgegangen werden, daß die Regeneratoren 36 - 40 im
Gleichgewichts-Betriebszustand ein Temperaturprofil aufweisen, dessen mittlere
Temperatur Tmg bedeutend über der Temperatur Tk des Kühlers liegt.
Der qualitative zeitliche Verlauf der mittleren Temperatur im Arbeitsvolumen Tm(t)
ergibt sich daraus direkt und ist in Fig.9 II qualitativ dargestellt.
Die Ein- und Auslaßventile sollen wie in Fig. 1 gezeigt mit den umgebenden Systemen
verbunden sein, d.h. aufgrund des Reserveraums 17 entspricht der Druck P0 in dem
Teil des Rohrleitungssystems vor den Einlaßventilen 48 atmosphärischem Druck.
Die Turbine 14 in Fig. 1 soll so arbeiten, daß durch das Zusammenwirken mit einem
vorgeschalteten Ausgleichsdruckgefäß im Raum des Rohrleitungssystems angrenzend
an das Auslaßventil 13 der Druck P1 nur gering relativ zur Druckdifferenz P1 - P0
verändert wird.
Die Ventile 49 und 48 werden durch den (Strömungs-) Druck des Gases geöffnet
und/oder geschlossen.
Im Gleichgewichts- Betriebszustand hat das Gas im Arbeitsvolumen seine niedrigste
mittlere Temperatur Tm(t) vgl. Fig.9 I zum Zeitpunkt a erreicht.
Direkt danach wird das Einlaßventil geschlossen durch den Strömungsdruck von aus
dem Arbeitsvolumen infolge der Anhebung der mittleren Gastemperatur Tm im
Arbeitsvolumen strömendem Gas.
Solange der Druck im Arbeitsvolumen kleiner als der Druck P1 auf der anderen Seite
der (des) Auslaßventils 49 bleibt, ist auch dieses geschlossen.
Mit der Erhöhung der mittleren Gastemperatur Tm(t) im Arbeitsvolumen steigt infolge
dessen der Druck in der Zeitperiode a-b-c von P0 auf P1 :
The fundamental considerations which were made for the system characterized in FIG. 1 or 3 used, inter alia, as a gas compressor also apply to this system characterized in FIG. 8 or 9 and used as a gas compressor.
It can also be assumed that the regenerators 36 - 40 have a temperature profile in the equilibrium operating state, the mean temperature T mg of which is significantly above the temperature T k of the cooler.
The qualitative time profile of the mean temperature in the working volume T m (t) results directly from this and is shown qualitatively in FIG. 9 II.
As shown in FIG. 1, the inlet and outlet valves should be connected to the surrounding systems, ie, due to the
Part of the piping system upstream of the
The
The
In the equilibrium operating state, the gas has its lowest mean temperature T m (t) in the working volume cf. Fig.9 I reached at time a.
Immediately thereafter, the inlet valve is closed by the flow pressure of gas flowing from the working volume due to the increase in the average gas temperature T m in the working volume.
As long as the pressure in the working volume remains lower than the pressure P 1 on the other side of the
As the mean gas temperature T m (t) in the working volume increases, the pressure in the time period abc increases from P 0 to P 1 :
Dabei wird vom verdichteten Gas Wärmeenergie an den Kühler abgegeben.
Zum Zeitpunkt e hat das Gas im Arbeitsvolumen die höchste mittlere Temperatur
Tm(t) erreicht.
Bei der anschließenden Absenkung von Tm(t) in der Zeitperiode e-f-g wird das
Auslaßventil durch den gegenüber P1 abgesenkten Druck im Arbeitsvolurnen wieder
geschlossen. Der Druck im Arbeitsvolumen ist für eine Öffnung der Einlaßventile noch
zu groß, so daß die Absenkung von Tm(t) zu einer Verringerung des Drucks P(t) im
Arbeitsvolumen führt. Dabei wird von den Regeneratoren 37 - 40 Wärmeenergie
abgenommen; (vgl. Qefg) da das durchströmende Gas zwischen zwei Regeneratoren
wieder expandiert wird. The compressed gas emits thermal energy to the cooler. At time e, the gas in the working volume has reached the highest average temperature T m (t).
During the subsequent lowering of T m (t) in the time period efg, the outlet valve is closed again by the pressure in the working volume which is lower than that of P 1 . The pressure in the working volume is still too great for the inlet valves to open, so that the reduction in T m (t) leads to a reduction in the pressure P (t) in the working volume. Thereby 37 - 40 heat energy is taken from the regenerators; (cf. Q efg ) because the gas flowing through it is expanded again between two regenerators.
Bei einer weiteren Erhöhung von Tm(t) in der Zeitperiode c-d-e wird das Auslaßventil durch den etwas höheren Druck im Arbeitsvolumen geöffnet und es strömt eine Gasmenge der Masse mA aus.With a further increase in T m (t) in the time period cde, the outlet valve is opened by the somewhat higher pressure in the working volume and a gas quantity of mass m A flows out.
Zum Zeitpunkt e ist die maximale mittlere Temperatur des Gases im Arheitsvolumen
erreicht.
In der anschließenden Zeitperiode e-f-g ist die Masse des Gases im Arbeitsvolumen
kleiner als in der Zeitperiode a-b-c.
Die Druckdifferenz von P1 - P0 wird bereits nach einer geringeren Absenkung von
Tm(t) erreicht.
Bei der weiteren Absenkung von Tm(t) wird bei konstantem Druck P0 die Gasmenge
der Masse mA vom Arbeitsvolumen durch das Einlaßventil aufgenommen, bis zum
Zeitpunkt
j = a wieder der kleinste Wert für Tm(t) erreicht ist.
Die eingeströmte Gasmenge wird durch die Abgabe von Wärmeenergie an die
Regeneratoren 36 - 40, sowie bei der Durchmischung mit kühlerem Gas abgekühlt.
Allgemein gilt: Einem durch die in Anspruch 1 charakterisierten Komponenten vom
Arbeitsvolumen abgeteilten Teilvolumen wird bei einer vollen Periode Wärmeenergie
entzogen, wenn es während der Zeitperiode des Druckanstiegs im Schnitt (deutlich)
kleiner ist, als während dem der Druckabsenkung.
Werden bei dieser Maschine im Betriebszustand des Gleichgewichts plötzlich alle
Ventile geschlossen, so läuft ein Prozeß ab, der dem einer Vuilleumier - Wärmepumpe
sehr nahekommt. In diesem Fall wird Wärmeenergie aus den Teilvolumina des
Arbeitsvolumens zwischen den Regeneratoren 36-40 entnommen und teilweise an den
Kühler abgegeben.
Durch diesen Teil-Kreisprozeß wird ein zweiter Teil-Kreisprozeß angetrieben, der aus
dem Teilvolumen des Arbeitsvolumens, das nur durch Regenerator 41 abgegrenzt wird
in das Teilvolumen gepumpt, welches nur durch den Regenerator 36 vom
Arbeitsvolumen abgegrenzt wird.At time e, the maximum average temperature of the gas in the aridity volume is reached.
In the subsequent time period efg, the mass of the gas in the working volume is smaller than in the time period abc.
The pressure difference from P 1 - P 0 is already reached after a smaller decrease in T m (t).
When T m (t) is further reduced, the gas quantity of the mass m A is absorbed by the working volume through the inlet valve at a constant pressure P 0 until the point in time
j = a the smallest value for T m (t) is reached again.
The amount of gas that flows in is cooled by the release of thermal energy to the regenerators 36-40 and by mixing with cooler gas. In general, a partial volume divided by the components characterized in
If all valves on this machine are suddenly closed while the equilibrium is in operation, a process takes place that comes very close to that of a Vuilleumier heat pump. In this case, thermal energy is taken from the partial volumes of the working volume between the regenerators 36-40 and partially released to the cooler.
This partial cycle process drives a second partial cycle process which pumps from the partial volume of the working volume, which is only delimited by
Daß dieser Prozeß nicht ungewollt durch ein klemmendes Ventil in Gang gebracht
wird und es zu Zerstörungen durch Überhitzung kommt, kann durch ein von der
Temperatur des gefährdeten Teilvolumens gesteuertes Ventil verhindert werden,
welches im Notfall einen konstanten Druck im Arbeitsvolumen bewirkt.
Wenn das Auslaßventil durch eine entsprechend niedere Wahl des Druckes P1 bereits
einen kleinen Bruchteil der Zeitperiode a-b-c nach dem Zeitpunkt a, an dem im
Arbeitsvolumen die niedrigste mittlere Gastemperatur herrscht, geöffnet wird, so wird
bei diesem Kreisprozeß vor allem dann der Druck im Arbeitsvolumen erhöht, wenn
das nur durch Regenerator 41 abgegrenzte und das an den Kühler angrenzende
Teilvolumen weitgehend die maximale und das nur durch Regenerator 36 abgegrenzte
Teilvolumen und die Teilvolumina zwischen zwei Regeneratoren weitgehend ihre
minimale Größe aufweisen.
Während der Absenkung des Druckes im Arbeitsvolumen herrscht das andere extreme
Größenverhältnis.
Dadurch wird die Wärmeenergie bzgl dieser Teilvolumina durch diesen gesamten
Kreisprozeß in der anderen Richtung umgesetzt, als bei geschlossenen Ventilen (vgl
oben) A valve that is controlled by the temperature of the endangered sub-volume can prevent that this process is not started unintentionally by a sticking valve and that it is destroyed by overheating, which valve causes a constant pressure in the working volume in an emergency.
If the outlet valve is opened by a correspondingly lower selection of the pressure P 1 a small fraction of the time period abc after the point in time a at which the lowest average gas temperature prevails in the working volume, the pressure in the working volume is increased in this cycle process in particular , if the partial volume delimited only by
The other extreme size ratio prevails while the pressure in the working volume is reduced.
As a result, the thermal energy with respect to these partial volumes is converted in the opposite direction through this entire cycle process than with closed valves (see above)
Zwischen diesen beiden Extremen kann der Druck P1 so gewählt werden, daß dem nur
durch den Regenerator 36 abgegrenzten Teilvolumen des Arbeitsvolumens durch den
Kreisprozeß im Schnitt pro Periode keine Wärmeenergie entnommen oder zugeführt
wird.Between these two extremes, the pressure P 1 can be selected such that on average no heat energy is removed or supplied to the partial volume of the working volume which is only delimited by the
Die Wärmeenergie, welche dem Teilvolumen des Arbeitsvolumens, das nur durch den
Regenerator 41 abgegrenzt wird, durch Irreversibilitäten wie Shuttle - Effekt,
Wärmeleitung und den ungünstigen Wirkungsgrad des Regenerators zugeführt wird,
wird bei diesem Druck P1 durch den in Fig.9 I dargestellten speziellen
Bewegungsablauf des Regenerators 41 wieder entzogen und dem Kühler zugeführt.The thermal energy which is supplied to the partial volume of the working volume, which is only delimited by the
Der in Fig. 10 charakterisierte Bewegungsablauf hat den Vorteil, daß die
Strömungskanäle für den Gasaustausch nur in geringerem Maße durch die bewegten
Regeneratoren abgedeckt oder besser ausgebildet sind.
Im Gegensatz zu den Darstellungen in Fig.8 muß dazu der untere Hubrahmen 90 mit
dem untersten Regenerator 41 verbunden sein.
Auch für diesen Bewegungsahlauf im Arbeitsvolumen kann der Druck P1 so
eingestellt werden, daß für die entsprechenden Teilvolumen eine analoge
Wärmeenergiebilanz ergibt.The movement sequence characterized in FIG. 10 has the advantage that the flow channels for gas exchange are covered to a lesser extent by the moving regenerators or are better designed.
In contrast to the representations in FIG. 8, the
For this sequence of movements in the working volume, too, the pressure P1 can be set so that an analog one for the corresponding partial volumes
Thermal energy balance results.
Den Teilvolumina des Arbeitsvolumens zwischen je zwei der Regeneratoren 36-40
wird dadurch Wärmeenergie abgenommen, daß das durchströmende Gas in der
Zeitperiode e-f-g zwischen zwei Regeneratoren weiter expandiert wird.
Diesen Teilvolumina wird während einer Periode dadurch Wärmeenergie zugeführt,
daß aufgrund der heiß durch das Einlaßventil 48 in das Arbeitsvolumen aufgenommene
und kühler durch die Auslaßventile 49 abgegebene Gasmenge der Masse mA die
Regeneratoren 36-39 bei einer Durchströmung von der heißesten Seite mit einer um
diese Gasmenge der Masse mA größeren Gasmenge durchströmt werden, als von der
kühleren Seite.
Dabei bildet sich auf der kühleren Seite eines dieser homogen angenommenen
Regeneratoren ein Temperaturprofil mit größerem Gradienten in Durchflußrichtung
aus.
Bei der angenommenen gleichmäßigen Güte der Regeneratoren wird einem der oben
definierten Teilvolumina durch die periodische Durchströmung mehr Wärmeenergie
zugeführt als entnommen.
Die bei der Abkühlung der in das Arbeitsvolumen periodisch heiß einströmenden und
kühler wieder ausströmenden Gasmenge der Masse mA abgegebene Wärmeenergie
wird teilweise aufgenommen durch die zwischen den Teilvolumina parallel ablaufenden
Kreisprozesse mit weitgehend isothermer Wärmeenergieaufnahme und Abgabe.
Dadurch bildet sich im Arbeitsvolumen wie vorne zu Fig.4, Fig.5, Fig.6 allgemein
dargestellt, ein linearer Temperaturverlauf aus.
Dadurch weisen die Durchschnittstemperaturen von angrenzenden Teilvolumina des
Arbeitsvolumens zwischen je zwei ? der Regeneratoren 36-40 bei gleicher Größe und
zeitlicher Größenordnung die selbe Differenz auf wie vorne zu Fig.4, Fig.5, Fig.6
allgemein dargestellt.
Die Arbeit, die dabei maximal verrichtet werden kann, verringert sich gegenüber der
Exergie (Tu = Tk) um W_ wie zur Fig.3 erläutert. The partial volume of the working volume between two of the regenerators 36-40 is reduced by the fact that the gas flowing through is further expanded in the time period efg between two regenerators.
These partial volumes are supplied with thermal energy during a period by virtue of the fact that, due to the gas quantity of the mass m A, which is hotly taken up into the working volume by the
A temperature profile with a larger gradient in the flow direction is formed on the cooler side of one of these homogeneously assumed regenerators.
Given the assumed uniform quality of the regenerators, one of the partial volumes defined above is supplied with more thermal energy than is extracted by the periodic flow.
The heat energy given off during the cooling of the gas quantity m A flowing into the working volume, which flows periodically hot and cooler again, is absorbed in part by the circular processes running parallel between the partial volumes with largely isothermal heat energy absorption and delivery.
As a result, a linear temperature profile is formed in the working volume, as generally shown in the front of Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6.
As a result, the average temperatures of adjacent partial volumes of the working volume range between two? the regenerators 36-40 with the same size and temporal order of magnitude the same difference as shown in the front to Fig.4, Fig.5, Fig.6 generally.
The work that can be done to a maximum is reduced by W_ compared to the exergy (T u = T k ) as explained for FIG. 3.
Durch W_werden zum Teil die Verluste an den Regeneratoren 36-39 verringert. Durch die Irreversibilitäten wie Wärmeleitung oder die Verluste der Regeneratoren wird nur ein kleineres Druckverhältnis P1/P2 erreicht und die Gasmenge mA muß vor allem bei einer wie in Fig.8 aufgebauten Vorrichtung mit einer Temperatur in das Arbeitsvolumen eintreten, die größer als T1 ist.The losses at regenerators 36-39 are partially reduced by W_. Due to the irreversibility, such as heat conduction or the losses of the regenerators, only a smaller pressure ratio P 1 / P 2 is achieved and the gas quantity m A must enter the working volume with a temperature greater than T, especially in a device constructed as in FIG 1 is.
Eines der Ventile 49 in Fig.8 kann wie das Ventil 35 in Fig. 1 eingesetzt werden, um
beim selben Verhältnis der Drücke P1/P0 die beschriebenen Veränderungen der
Temperaturdifferenzen bei Abkühlung oder Erwärmung eines Anteils des
ausgetauschten Gases zu erreichen. One of the
Sollen in der in Fig.8 dargestellten Anlage bei der Abkühlung des ausgetauschten
Gases um eine bestimmte Temperaturdifferenz ein größeres Druckverhältnis P1/P0
erreicht werden, so wird in der Zeitperiode g-h-a die Gasmenge der Masse mB durch
das (angesteuerte) Ventil 49, das in Fig.1 dem Auslaßventil 35 entspricht, aus dem
Teilvolumen zwischen Regenerator 39 und 40 mit einem Ventilator gesaugt, der im
Idealfall durch verstellbare Elemente nur in dieser Zeitperiode die dazu notwendige
relativ zu P1 - P0 kleine Druckdifferenz zu P0 aufbringt und diese Gasmenge dem
Raum 15 des Rohrleitungssystems zugeführt wird.
Vier Arbeitsvolumen arbeiten 90° phasenverschoben, d.h. ein spezieller Ventilator
kann gleichmäßig durchlaufen, nur die Auslaßventile 35 müssen mit etwas Kraft- und
Energieaufwand gesteuert werden.
Bei unverändertem T1, T2,P0 wird dadurch die ausgetauschte und abgekühlte
Gasmenge mA um mB vergrößert und den Regeneratoren 36 bis 39 wird während
dieser Zeitperiode eine größere Menge an Wärmeenergie zugeführt.
Diese größere Wärmeenergie wird den Regeneratoren 36 bis 39 in der Zeitperiode e-f-g
während der effektiv isothermen Expansion des Gases von P1 auf P0 wieder
teilweise entzogen, wobei ein größeres Druckverhältnis P1/P0 erreicht werden kann
und so insgesamt pro Periode mehr Energie umgesetzt wird, wobei die an den
Regeneratoren 36 bis 41 insgesamt ausgetauschte Wärmeenergie wie auch die damit
zusammenhängenden thermischen Verluste in einem weit geringerem Verhältnis erhöht
werden.
Insgesamt wird dadurch ein besserer Wirkungsgrad erreicht. If, in the system shown in FIG. 8, a larger pressure ratio P 1 / P 0 is to be achieved when the exchanged gas is cooled by a certain temperature difference, then in the period gha the gas quantity of mass m B is controlled by the (controlled)
Four working volumes work 90 ° out of phase, ie a special fan can run through evenly, only the outlet valves 35 have to be controlled with some effort and energy.
With unchanged T 1 , T 2 , P 0 , the exchanged and cooled gas quantity m A is thereby increased by m B and the
This greater thermal energy is partially withdrawn from the
Overall, this results in better efficiency.
Die vorne beschriebene als Kraftmaschine wirkende Anlage mit dem in Fig.8
dargestellte Arbeitsvolumen kann nach wenigen Änderungen auch als Kältemaschine
betrieben werden, welche eine Gasmenge über ein großes Temperaturintervall abkühlt.
Dazu muß der dann angetriebene Ventilator ( Turbine) 14 das Gas aus dem Teil des
Rohrleitungssystems 15 mit dem Druck P0 in den Teil 13 mit P1 drücken. Der in Fig.9
I oder Fig. 10 I qualitativ dargestellte Bewegungsablauf wird in der umgekehrten
zeitlichen Reihenfolge durchlaufen. Das Auslaßventil 49 wird zu einem Einlaßventil
indem es bei unveränderter Anschlagsrichtung in der Zeitperiode a-h-g durch das
Steuersystem gegen den Strömungsdruck offengehalten wird.
In dieser Zeitperiode a-h-g werden die Teilvolumina zwischen diesen Regeneratoren
vergrößert und so die mittlere Temperatur des Gases im Arbeitsvolumen ausgehend
vom maximalen Wert abgesenkt.
Das dann mit dem Druck P1 einströmende Gas gibt bei der Abkühlung Wärmeenergie
an die Regeneratoren 36 bis 39 ab.The system described above, which acts as an engine and has the working volume shown in FIG. 8, can, after a few changes, also be operated as a refrigeration machine which cools a gas quantity over a large temperature interval. For this purpose, the then driven fan (turbine) 14 must press the gas from the part of the
In this time period ahg, the partial volumes between these regenerators are increased and the average temperature of the gas in the working volume is lowered from the maximum value.
The gas then flowing in with the pressure P 1 releases thermal energy to the
Diesen Regeneratoren wird während der anschließenden Zeitperiode g-f-e durch die
Expansion des Gases zwischen je zwei Regeneratoren (vgl. vorne: Kraftmaschinen)
Wärmeenergie entzogen.
Die Absenkung des Druckes im Arbeitsvolumen erfolgt bei geschlossenen Ventilen
aufgrund der Absenkung der mittleren Temperatur des Gases auf den minimalen Wert
durch eine Verschiebung bei konstanten relativen Abständen der Regeneratoren 36 bis
41.
Wie vorne bei der Beschreibung der Kraftmaschine gezeigt, wird auch bei der
Kältemaschine durch das Zusammenwirken der Teilprozesse in den Zeitperioden a-h-g
und g-f-e ein in Hubrichtung lineares gestuftes Temperaturfeld T(r) in den
Regeneratoren 36 bis 39 ausgebildet, deren mittlere Temperatur Tm bei der
Kältemaschine unter der Kühlertemperatur Tk liegt.
Die zeitliche Entwicklung von Tm(t) entspricht bei Umkehr des zeitlichen Ablaufes und
der Ersetzung von max. Tm(t) durch min. Tm(t) der qualitativen Darstellung in Fig.9 II.
Die mittlere Temperatur des Gases im Arbeitsvolumen wird beim Zusammenschieben
der Regeneratoren 36 bis 39 in der darauffolgenden Zeitperiode e-d-c vergrößert.
Das Einlaßventil 48 der Kraftmaschine in Fig.8 wirkt bei der Kältemaschine als
Auslaßventil, wenn es bei unveränderter Anschlagsrichtung in dieser Zeitperiode
e-d-c durch das Steuersystem gegen den Strömungsdruck offengehalten wird und
Gas unter anderem aufgrund der Erhöhung der mittleren Temperatur im konstanten
Arbeitsvolumen bei konstantem Druck P0 in den Teil des Rohrleitungssystem 15
ausströmt.
Bevor dieses Gas erneut durch den Ventilator (Turbine) verdichtet wird, nimmt es im
Wärmetauscher 18 die von der Abkühlung des anderen Gasstromes stammende
Wärmeenergie auf.
Wenn das abzukühlende Gas direkt bei 15 in das Rohrleitungssystem der
Kältemaschine (vgl. Fig1) eingebracht und bei 15 wieder entnommen wird, so können
die Verluste und der konstruktive Aufwand des Wärmetauscher 18 entfallen.
In der anschließenden Zeitperiode c-b-a wird die mittlere Temperatur des Gases im
Arbeitsvolumen durch die Verschiebung der Regeneratoren 36 bis 39 auf den
maximalen Wert erhöht, was aufgrund der geschlossenen Ventile zu einer
Druckerhöhung und der Schließung des Kreisprozesses führt.
Dem Teilvolumen des Arbeitsvolumen, das nur durch den Regenerator 36 abgeteilt ist,
wird dadurch (zusätzlich) Wärmeenergie entnommen, daß das Ventil 48 oder ein dazu
parallel wirkendes Ventil mit kleinerer Querschnittsfläche bereits geöffnet wird, bevor
der Druckunterschied völlig ausgeglichen ist.
Analog wird dem Teilvolumen des Arbeitsvolumens, das nur durch Regenerator 41
abgegrenzt wird, dadurch Wärmeenergie zugeführt, daß ein zu einem der Ventile 49
parallel wirkendes Ventil bereits geöffnet wird, bevor der Druckunterschied völlig
ausgeglichen ist.Thermal energy is withdrawn from these regenerators during the subsequent period of time by the expansion of the gas between two regenerators (cf. front: engines).
With closed valves, the pressure in the working volume is reduced due to the lowering of the average temperature of the gas to the minimum value by a shift at constant relative distances of the
As shown above in the description of the engine, also in the refrigeration machine through the interaction of the sub-processes in the time periods ahg and gfe, a linearly stepped temperature field T (r) is formed in the
The temporal development of T m (t) corresponds to the reversal of the chronological sequence and the replacement of max. T m (t) by min. T m (t) of the qualitative representation in Fig. 9 II.
The average temperature of the gas in the working volume is increased when the
The
Before this gas is compressed again by the fan (turbine), it absorbs the heat energy from the cooling of the other gas stream in the
If the gas to be cooled is introduced directly into the piping system of the refrigeration machine at 15 (cf. FIG. 1) and is removed again at 15, the losses and the structural outlay of the
In the subsequent time period cba, the average temperature of the gas in the working volume is increased to the maximum value by the displacement of the
From the partial volume of the working volume, which is divided only by the
Analogously, the partial volume of the working volume, which is only delimited by
Wie beim Einsatz als Kraftmaschine kann bei der in Fig.1 dargestellten Vorrichtung ein
größerer Temperaturunterschied der vom Arbeitsvolumen aufgenommenen und
abgegebenen Gasmenge der Masse mA erreicht werden, wenn in der Zeitperiode e-d-c
eine Gasmenge der Masse mH durch das in diesem Fall bei relativ zu Fig. 8 geändertem
Anschlag als Auslaßventil wie Ventil 35 in Fig. 1 wirkendes Ventil 49 in den Raum 15
ausströmt, welches in dieser Zeitperiode e-d-c durch das Steuersystem gegen den
Strömungsdruck offengehalten wird. As in the case of use as a power machine, a greater temperature difference in the amount of gas of mass m A taken up and given off by the working volume can be achieved in the device shown in FIG. 1 if, in the time period edc, a gas amount of mass m H is in this case relative to Fig. 8 modified stop as an outlet valve as valve 35 in Fig. 1 acting
Um in ein Arbeitsvolumen zwei Gasmengen der Massen m1, mk mit den Temperaturen
T1, bzw. Tk aufzunehmen und bei zwischen T1 und Tk liegenden Temperaturen T3, T1
bei höherem Druck wieder abgeben zu können, muß im Vergleich zu dem in Fig.8
dargestellten Arbeitsvolumen wie in Fig.24 gezeigt, folgendes abgeändert werden:
Der Regenerator 41 entfällt und der Wärmetauscher 43 wird durch den Regenerator
207 ersetzt.
Die Regeneratoren 39 und 207 sind demnach miteinander in festem Abstand
verbunden und der Regenerator 40 liegt jeweils zeitweise an.
Analog wird der zeitweise am Regenerator 207 anliegende Regenerator 208 mit dem
zeitweise am Regenerator 39 anliegenden Regenerator 38, der zeitweise am
Regenerator 208 anliegende Regenerator 209 mit dem zeitweise am Regenerator 38
anliegenden Regenerator 37 und der zeitweise am Regenerator 209 anliegende
Regenerator 210 mit dem zeitweise am Regenerator 37 anliegenden Regenerator 36
fest verbunden.
Der Luftaustausch durch die Luftführungsrohre 205 und 211 erfolgt ebenso
überwiegend simultan wie der Luftaustausch durch die Luftrührungsrohre 50 und 212.
Eines der Ventile 49 oder eines der Ventile 213, durch die die Luft aus oder in das
Luftrührungsrohr 212 strömt, wird bei veränderter Anschlagsrichtung wie das Ventil
35 in Fig.1 eingesetzt.Into a working volume of two gas volumes of the masses m 1, m k with the temperatures T 1, and T take k and k at between T 1 and T lying temperatures T 3, T to be able to leave at higher pressure again 1, must compared For the working volume shown in Fig. 8 as shown in Fig. 24, the following can be changed:
The
The
Analogously, the
The air exchange through the
One of the
Der Bewegungsablauf, sowie die Änderung der mittleren Temperatur Tm(t) oder der
Druck im Arbeitsvolumen P(t) entsprechen dennoch weitgehend den qualitativen
Darstellungen in Fig.9. In der Zeitperiode g-h-a wird durch Ventile Gas mit der
Temperatur T1, bzw. Tk eingesaugt. Wie vorne gezeigt, ergibt sich in den
Regeneratoren zwischen den Ventilen in Hubrichtung ein linearer gestufter
Temperaturverlauf.
Durch Ventile müssen die in das Arbeitsvolumen einströmenden Gasmengen
entsprechend reguliert werden, um eine bestimmte Temperaturdifferenz bei der
Abkühlung bzw. Erwärmung der periodisch ausgetauschten Gasmengen beizubehalten.
Soll das kühlere Gas nur eine geringere Temperaturänderung erfahren, so wird wie
vorne beschrieben während dessen Einströmvorgang durch ein wie Ventil 35
wirkendes Ventil 49 mit einem Ventilator Gas aus dem Arbeitsvolumen gesaugt.
Da das Gas aus zwei verschiedenen Teilvolumina, die durch einen Regenerator 40
voneinander getrennt sind, aus dem Arbeitsvolumen durch unterschiedliche Ventile 49
und 213 in verschiedene Räume des Rohrleitungssystems ausströmen kann,
können (zusammen mit einem Ventil, das wie Ventil 35 wirkt) die bei der
Temperaturänderung auftretenden Temperaturdifferenzen in weiten Bereichen variiert
werden.
Insgesamt ist diese Art von Entropietransformator einfacher aufzubauen, da kein
Wärmetauscher (z.B. Autokühler) notwendig ist.
Darüber hinaus kann keine plötzliche Dampfentwicklung durch entwichenes
Kühlwasser auftreten.
Wie vorne bereits gezeigt, kann eine als Gasverdichter wirkende Anlage mit geringen
Änderungen auch als Wärmepumpe oder Kältemaschine wirken.
Auch diese Konstruktion kann so betrieben werden, daß lauwarmes Gas mit höherem
Druck durch eine Turbine periodisch in das Arbeitsvolumen gepreßt wird und aus dem
Arbeitsvolumen periodisch heißes und kaltes Gas bei niedrigerem Druck ausströmen.
Dabei kann im wesentlichen sowohl der vorne zur Wärmepumpe dargestellte
Kreisprozeß verwendet werden, als auch der zur Kältemaschine. The sequence of movements and the change in the mean temperature T m (t) or the pressure in the working volume P (t) nevertheless largely correspond to the qualitative representations in FIG. 9. In the period gha, gas with the temperature T 1 or T k is sucked in through valves. As shown above, there is a linear, stepped temperature curve in the regenerators between the valves in the stroke direction.
Valves must be used to regulate the amount of gas flowing into the working volume in order to maintain a certain temperature difference during cooling or heating of the periodically exchanged amounts of gas.
If the cooler gas is to experience only a minor change in temperature, gas is sucked out of the working volume through a
Since the gas from two different partial volumes, which are separated from one another by a
Overall, this type of entropy transformer is easier to set up, since no heat exchanger (eg car cooler) is necessary.
In addition, there can be no sudden steam generation from escaped cooling water.
As already shown above, a system that acts as a gas compressor with minor changes can also act as a heat pump or refrigerator.
This construction can also be operated in such a way that lukewarm gas at higher pressure is periodically pressed into the working volume by a turbine and hot and cold gas periodically flow out of the working volume at a lower pressure.
Both the cycle shown at the front of the heat pump and the one at the chiller can be used.
Die jeweiligen Temperaturdifferenzen können zusätzlich mit einem Ventil, das wie das Ventil 35 wirkt, eingestellt werden.The respective temperature differences can additionally with a valve that like that Valve 35 acts to be adjusted.
Steht heißes Gas und Kühlwasser der Temperatur Tk zur Verfügung, so kann Gas
durch einen Entropietransformator mit 2 Arbeitsvolumina unter die
Kühlwassertemperatur Tk abgekühlt werden.
Im Prinzip wird dazu bei der vorne beschriebenen Kältemaschine der angetriebene
Ventilator 14 durch eine vorne beschriebene Kraftmaschine ersetzt, wobei das heiße
Gas vom Arbeitsvolumen, welches der Kraftmaschine zugeordnet werden kann,
aufgenommen und bei höherem Druck durch das Auslaßventil 49 oder 4 in einen
Raum des Rohrleitungssystems abgegeben wird, an den ein pufferndes Druckgefäß
angeschlössen sein kann und von wo aus das Gas evtl. nach einer vorherigen
Abkühlung auf ca. Tk durch das als Einlaßventil wirkende Ventil 49 in das
Arbeitsvolumen einströmt, welches der Kältemaschine zugeordnet werden kann.
Aus diesem Arbeitsvolumen strömt das unter Tk abgekühlte Gas durch die Ventile 48
und evtl. dem wie Ventil 35 wirkenden Ventil 49 aus.
Für die Abstimmung von Druck- und Temperaturdifferenzen können wie vorne
dargestellt, die periodische Durchströmung dieser Ventile der beiden Arbeitsvolumina
entsprechend eingestellt werden.
Laufen in einem Arbeitsvolumen die in Fig.4, Fig.5, Fig.6 I dargestellten Bewegungen
simultan ab, so kann das puffernde Druckgefäß kleiner dimensioniert werden, oder
entfallen.If hot gas and cooling water of temperature T k are available, gas can be cooled below the cooling water temperature T k by an entropy transformer with 2 working volumes.
In principle, in the refrigeration machine described above, the driven
From this working volume, the gas cooled under T k flows out through
For the coordination of pressure and temperature differences, as shown above, the periodic flow through these valves of the two working volumes can be set accordingly.
If the movements shown in Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6 I occur simultaneously in a working volume, the buffering pressure vessel can be dimensioned smaller or can be omitted.
Diese Kombination kann auch als Wärmepumpe zur Erwärmung einer Flüssigkeit verwendet werden.This combination can also be used as a heat pump to heat a liquid be used.
Weitere interessante Kombinationen dienen der Erhöhung der Heizzahl auf einen
Wert über 1
So wird von einem ersten Arbeitsvolumen wie vorne beschrieben je eine heiße und
kalte Gasmenge aufgenommen und als kühle Gasmenge bei höherem Druck wieder
abgegeben und aufgenommen von einem zweiten Arbeitsvolumen, das es als warme
Gasmenge beim Ausgangsdruck wieder abgibt. Dabei wurde im zweiten
Arbeitsvolumen die Flüssigkeit eines Wärmetauschers oder eine zusätzliche Gasmenge
abgekühlt.Other interesting combinations serve to increase the heating number to a value above 1
Thus, a hot and cold gas quantity is absorbed by a first working volume as described above and released again as a cool gas quantity at higher pressure, and absorbed by a second working volume which it releases as a warm gas quantity at the outlet pressure. The liquid of a heat exchanger or an additional amount of gas was cooled in the second working volume.
Stehen eine isotherme Wärmequelle und eine isotherme Wärmesenke zur Verfügung, so ist es zur Erwärmung oder Abkühlung, von Gas interessant, bei den vorne beschriebenen Anlagen (mit der Wirkung als Kältemaschine oder Wärmepumpe) den Kompressor durch einen bekannten thermischen Kompressor mit isothermer Wärmeenergieaufnahme und Wärmeenergieabgabe zu ersetzen.If an isothermal heat source and an isothermal heat sink are available, so it is interesting for heating or cooling, gas, in the front described systems (with the effect of a chiller or heat pump) the Compressor by a known thermal compressor with isothermal To replace thermal energy absorption and heat energy output.
Aufgrund der Durchströmung der Regeneratoren bei der Druckabsenkung im Arbeitsvolumen wird das Gas fast isotherm expandiert. Due to the flow through the regenerators when the pressure drops in Working volume, the gas is expanded almost isothermally.
Dabei wird die Gastemperatur nur relativ gering geändert, da das in einer Periode
durchströmende Gasvolumen verglichen mit der Größe des Teilvolumens des
Arbeitsvolumens zwischen zwei Regeneratoren entscheidend größer ist.
Dadurch sind die Irreversibilitäten beim Kontakt von Gas und Wärmeüberganssflächen
der Regeneratoren geringer.
Diese Vorteile können besonders gut genützt werden, wenn bei der Maschine zu Fig.8
in der Zeitperiode, in der der Druck im Arbeitsvolumen auch bei unverändertem
Arbeitsvolumen steigen würde, das Arbeitsvolumen durch einen durch das
Steuersystem periodisch bewegten Kolben verringert wird.
Bei dieser Vorrichtung ist es besonders wichtig, daß, wie vorne gezeigt, oberhalb des
Regenerators 36 und unterhalb von 41 Gitterebenen 108 bzw. 109 Wirbel behindern
und so durch das Steuersystem bewegt werden, daß sie weitgehend nur vom Gas
konstanter Temperatur durchströmt werden.
Durch den vorne beschriebenen Effekt, daß ein Ventil wie das Ventil 35 in Fig. 1 wirkt,
kann auch bei dieser Konstruktion das Temperaturintervall, in dem das ausgetauschte
Gas abgekühlt oder erwärmt wird, eingestellt werden.The gas temperature is changed only relatively slightly, since the gas volume flowing through in one period is significantly larger compared to the size of the partial volume of the working volume between two regenerators.
This reduces the irreversibility of gas and heat transfer surfaces of the regenerators.
These advantages can be used particularly well if, in the case of the machine in FIG. 8, in the time period in which the pressure in the working volume would increase even with the working volume unchanged, the working volume is reduced by a piston which is moved periodically by the control system.
In this device it is particularly important that, as shown above, above the
Due to the effect described above that a valve acts like the valve 35 in FIG. 1, the temperature interval in which the exchanged gas is cooled or heated can also be set in this construction.
Wird das Gasvolumen geändert, ohne daß währenddessen die Regeneratoren
durchströmt werden, so wird das Gas zwischen zwei Regeneratoren dabei von P1 auf
P0 adiabatisch expandiert oder komprimiert und dabei abgekühlt bzw. erwärmt.
Der periodische Bewegungsablauf ist dabei ähnlich wie in Fig.4, Fig.5, Fig.6.
Die Irreversibilität bei einer anschließenden Durchströmung eines der angrenzenden
Regeneratoren wirkt sich in Bezug auf den Wirkungsgrad um so stärker aus, je größer
die dabei auftretende Temperaturänderung war.
Da dieser Effekt auch bei den bekannten Stirlingmotoren auftritt, ist auch ein
konstruktiv einfacher Aufbau interessant, welcher bis auf das Regeneratorsystem 11
weitgehend Fig. 1 entspricht mit der Änderung, daß das Regeneratorsystem 11 durch
die Regeneratoren 37-40 und dem dazugehörenden Steuersystem 42-55 aus Fig.8
ersetzt werden.
Der periodische Bewegungsablauf kann aus Fig.4, Fig.5, Fig.6 I entnommen werden.If the gas volume is changed without flowing through the regenerators, the gas between two regenerators is expanded or compressed adiabatically from P 1 to P 0 and cooled or heated.
The periodic sequence of movements is similar to that in Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6.
The irreversibility of a subsequent flow through one of the adjacent regenerators has a greater effect in terms of efficiency, the greater the temperature change that occurred.
Since this effect also occurs in the known Stirling engines, a structurally simple structure is also interesting, which, except for the
The periodic sequence of movements can be seen in Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6.
Bei der in Fig.21 dargestellten Maschine wird das durch einen Zylinder als
Druckgehäuse 110, die Ventile 111, 112 und den gleitend gedichteten Kolben 113
weitgehend eingeschlossene Arbeitsvolumen durch zylinderförmige Verdränger 114 in
Teilvolumina aufgeteilt:
Diese Verdränger 114 können vom Arbeitsfluid umströmt werden, wobei der Spalt
zwischen Verdränger und Zylinderwand als Regenerator wirkt, weisen in Richtung der
Zylinderachse eine 3 - 10 mal so große Ausdehnung auf, wie ihre maximale
Bewegungslänge gegen das Druckgehäuse.
Beim Einsatz als Kraftmaschine wird durch Kühlleitungen 115 außerhalb des
Druckaehäuses gekühlt.
Ein einzelner Verdränger 114 wirkt wie einer der entsprechenden Regeneratoren 36-40
in Fig.8.
Für ein konstantes Arbeitsvolumen (d.h. unbewegten Kolben in Fig.21) kann bei
übertragbarem Bewegungsablauf direkt die Argumentation zu Fig.9 übernommen
werden. In the machine shown in FIG. 21, the working volume largely enclosed by a cylinder as the
The working fluid can flow around these
When used as an engine, cooling
A
For a constant working volume (ie immobile piston in Fig. 21), the argumentation to Fig. 9 can be adopted directly with a transferable movement sequence.
Die Ventile 111 und 112 entsprechen dabei den Ventilen 49 bzw. 48.
Der Antrieb der Verdränger 114 erfolgt wie bei den Regeneratoren in Fig.8 durch ein
Bündel konzentrischer Rohre 109, wobei das Rohr mit größtem Durchmesser gegen
den Kolben 113 und jedes andere Rohr zu den zwei Rohren mit dem nächst kleineren
bzw. nächst größeren Durchmesser gleitend gedichtet wird.
Außerhalb des Arbeitsvolumens kann dann der Antrieb bei nur relativ geringer
Änderung des Arbeitsvolumens (bis 10 %) durch den Kolben 113 durch eine
Hebelkonstruktion 117 wie in Fig.8 erfolgen. An den entsprechenden Rohren des
Rohrbündels 109 können direkt die entsprechenden Pleuel des zu Fig.8 beschriebenen
Kettenantriebs angreifen.
Dieser Aufbau ist um so interessanter, je kleiner das Verhältnis Arbeitsvolumen zur
Zylinderoberfläche ist, da der Wärmeaustausch mit der Zylinderoberfläche in diesem
Fall konstruktiv wie ein Regenerator wirkt.
Um diese Wirkung zu verstärken muß bei Arbeitsfluiden mit geringerer
Wärmeleitfähigkeit diese aktive Fläche durch feine Schlitze in (Hubrichtung)
vergrößert werden.
Wird eine noch größere Wärmeübergangsfläche zur Erreichung eines guten
Wirkungsgrades benötigt, so muß im Inneren der Verdränger ein zu durchströmender
Regenerator angeordnet werden und der Strömungswiderstand im Spalt zwischen
Zylinderwand und Verdränger muß bei vergleichbarer Strömungsgeschwindigkeit in
der gleichen Größenordnung wie beim Regenerator liegen. Dazu kann eine zusätzliche
Dichtung notwendig werden.
Die Wärmeübergangsfläche zur Kühlung durch die Zylinderwand 115 wird dabei durch
Schlitze in Hubrichtung vergrößert, das Arbeitsfluid umströmt in diesem Bereich den
Verdränger und muß auch durch einen Regenerator in diesem Verdränger strömen.
As with the regenerators in FIG. 8, the
Outside of the working volume, the drive can then take place with only a relatively small change in the working volume (up to 10%) by means of the
This structure is all the more interesting the smaller the ratio of the working volume to the cylinder surface, since in this case the heat exchange with the cylinder surface acts constructively like a regenerator.
In order to intensify this effect, this active area must be enlarged by fine slits in the (stroke direction) for working fluids with lower thermal conductivity.
If an even larger heat transfer surface is required to achieve good efficiency, a regenerator to be flowed through must be arranged inside the displacer and the flow resistance in the gap between the cylinder wall and displacer must be of the same order of magnitude as the regenerator at a comparable flow rate. This may require an additional seal.
The heat transfer surface for cooling through the
Diese Maschine kann auch für einen Betrieb mit einer Flüssigkeit als Arbeitsfluid im Arbeitsvolumen ausgelegt werden.This machine can also be used for operation with a liquid as a working fluid Working volume can be designed.
Die dabei auftretenden technologischen Probleme (Druckfestigkeit, Temperatur,
Stabilität, Dichtungen) wurden von Malone 1931 für Wasser als Arbeitsfluid bei
Maschinen gelöst, welche einem Stirlingmotor im Aufbau ähnlich sind.
Quellen: Malone: A new prime mover-J. of the Royal Society of Arts, Vol 97 1931,
No. 4099, p.680-708
oder: Die Entwicklung des Heißluftmotor von Ivo Kolin Professor der
Thermodynamik ins Deutsche übersetzt von Dr. C.Forster Seite 54, 55
c E. Schmitt, D-6370 Oberursel, Postfach 2006, Tel: (06171)3364, Fax: (06171)
59518
Dieses Arbeitsvolumen kann wie in Fig.1 gezeigt an umgebende Systeme angekoppelt
werden, wenn diese für die entsprechenden Drücke und Druckdifferenzen für
Flüssigkeiten ausgelegt sind. z.B.: statt Gasventilator oder - Turbine:
Hochdruckpumpe
Wie bereits von Malone gezeigt, wird durch die Verwendung einer Flüssigkeit als
Arbeitsfluid der Bau von kompakten Maschinen mit großer mechanischer Leistung
möglich. The technological problems that occurred (pressure resistance, temperature, stability, seals) were solved by Malone in 1931 for water as the working fluid in machines that are similar in construction to a Stirling engine.
Sources: Malone: A new prime mover-J. of the Royal Society of Arts,
As shown in Fig. 1, this working volume can be coupled to surrounding systems if they are designed for the corresponding pressures and pressure differences for liquids. eg: instead of gas fan or - turbine:
high pressure pump
As already shown by Malone, the use of a liquid as a working fluid enables the construction of compact machines with high mechanical performance.
Thermodynamisch können die Arbeitsvolumina der Entropietransformatoren in Fig.22
durch dieselben Modelle beschrieben werden, die mit Fig.4, Fig.5, Fig.6 oder Fig.9
verbunden werden können.
Die in Fig.22 dargestellte Konstruktion sieht dagegen sehr unterschiedlich aus.
Das Arbeitsvolumen ist durch ein Druckgehäuse 128, Einlaß- und Auslaßventile 130
bzw. 129a,b weitgehend abgegrenzt. In diesem Arbeitsvolumen werden durch die
relativ zum Druckgehäuse unbewegten Regeneratoren 131-136, die mit den
Regeneratoren 131-135 verbundenen Zwischenwände 137-141, Wände des
Druckgehäuses und auf diesen Wänden gleitend gedichtete Verdränger 142-146
Teilvolumina abgegrenzt.
Im Betriebszustand entspricht die periodische Größenänderung dieser Teilvolumina
der periodisch geänderten Hubdifferenz der entsprechenden Regeneratoren in Fig.9I.
Um diesen periodischen Bewegungsablauf zu erreichen, können die Verdränger 142-145
simultan periodisch bewegt werden.
Die an diesen Verdrängern befestigte Zahnstangen 146-149 werden durch Zahnräder
auf einer Welle 150a angetrieben.
Diese Welle wird durch das Druckgehäuse gedichtet aus dem Arbeitsvolumen geführt
und auf sie werden die Enden einer kette 150 auf- bzw. abgewickelt, welche über zwei
Kettenräder 151 gespannt ist und an der das Pleuel 152 einer derartigen
Kettengetriehekontruktion angreift, welche in Fig.8 den Regenerator 36 antreibt.
Mit diesem Kettengetriebe durch die mit einem Elektromotor angetriebene Welle 154
ist ein weiteres gleichartiges in gleicher Weise den Verdränger 146 bewegende
Kettengetriebe 155 so verbunden, daß zu der Bewegung der anderen Verdränger eine
Phasenverschiebung von ca. einer viertel Periode besteht.The working volumes of the entropy transformers in Fig. 22 can be described thermodynamically by the same models that can be connected to Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6 or Fig. 9.
The construction shown in Fig. 22, however, looks very different.
The working volume is largely delimited by a
In the operating state, the periodic change in size of these partial volumes corresponds to the periodically changed stroke difference of the corresponding regenerators in FIG.
In order to achieve this periodic movement sequence, the displacers 142-145 can be periodically moved simultaneously.
The racks 146-149 attached to these displacers are driven by gears on a shaft 150a.
This shaft is sealed by the pressure housing out of the working volume and on it the ends of a
With this chain transmission through the
Im Gegensatz zu den Verdrängern in Fig.21 grenzen an jeden der Verdränger 142-145
in Fig.22 eines der Teilvolumina zwischen zwei der Regeneratoren 131-135 und das an
den Kühler 156 angrenzende Teilvolumen an.
Die Verdränger 142-145 dürfen praktisch nicht mehr umströmt werden, da es sonst
nicht zur Ausbildung des angestrebten Gleichgewichtes kommt.
Damit die Regeneratoren 131-135 in der Zeitperiode a-b-c, d-e-f, g-h-j (vgl. Fig.9)
möglichst gleichmäßig durchströmt werden können, weisen die Verdränger im
Bereich der zwischen zwei Regeneratoren eingeschoben wird, von einem Regenerator
zum anderen sowie in Hubrichtung verlaufende Schlitze auf.
Das dabei zusammenkommende tote Volumen kann sich bei einigen Anwendungen
sehr ungünstig auswirken.
Ein weiteres Ventil 129 kann wie das Ventil 35 in Fig.1 eingesetzt werden.In contrast to the displacers in FIG. 21, each of the displacers 142-145 in FIG. 22 adjoins one of the partial volumes between two of the regenerators 131-135 and the partial volume adjacent to the cooler 156.
The displacers 142-145 may practically no longer be flowed around, otherwise the desired balance will not be formed.
To ensure that the flow through the regenerators 131-135 in the time period abc, def, ghj (see FIG. 9) is as uniform as possible, the displacers have slots in the region which is inserted between two regenerators, from one regenerator to the other and in the stroke direction ,
The resulting dead volume can have a very unfavorable effect in some applications.
Another valve 129 can be used like valve 35 in FIG.
Wie zu Fig.8 dargestellt, kann auch die Konstruktion von Fig.22 als Kraftmaschine, Kältemaschine, Wärmepumpe,... ausgebildet oder eingesetzt werden. As shown in FIG. 8, the construction of FIG. 22 as an engine, Chiller, heat pump, ... are trained or used.
Für eine andere Konstruktion wird die in Fig.22 dargestellte Konstruktion wie in
Fig.23 dargestellt, abgeändert.
Dabei sind die Verdrängerkolben als schwingende Flüssigkeitssäule mit Schwimmer in
einem U-förmigen Behälter ausgebildet.
Die Bewegung des Flüssigkeits-Verdrängerkolbens wird durch einen gespannt auf
einer Welle 158 aufgewickelten Riemen 159 kontrolliert und angetrieben, der am
Schwimmer 157 befestigt ist.
Da die Flüssigkeitsverdrängerkolben weitgehend die selben periodischen Bewegungen
ausführen, wie zu Fig.22 mit Fig.9 erläutert, können auch hei dieser Konstruktion im
Berriebszustand mehrere die zu den Verdrängerkolben 142-145 entsprechenden
Flüssigkeitsverdrängerkolben von einer 150a entsprechenden Welle 158 aus
angetrieben werden.
Die periodische Bewegung dieser Welle 158 kann wie zu Fig.22 beschrieben
kontrolliert und/oder angetrieben werden. For another construction, the construction shown in Fig. 22 is modified as shown in Fig. 23.
The displacement pistons are designed as a vibrating liquid column with a float in a U-shaped container.
The movement of the liquid displacement piston is controlled and driven by a
Since the liquid displacement pistons perform largely the same periodic movements, as explained for FIG. 22 with FIG. 9, several of the liquid displacement pistons corresponding to the displacement pistons 142-145 can also be driven from a
The periodic movement of this
Soll eine Flüssigkeit durch den Kontakt mit einem Kreisprozeß eine
Temperaturänderung über ein großes Intervall erfahren, so muß in Fig.22 jeder der
Regeneratoren 131-134 auf der selben Seite bzgl. der Durchströmung wie bei
Regenerator 135 mit einem Wärmetauscher versehen werden.
Die Flüssigkeit kann dann diese Wärmetauscher der Reihe nach durchströmen und
dabei Wärmeenergie bei mehreren Temperaturniveaus austauschen (vgl. Fig.3) If a liquid is to experience a temperature change over a large interval through contact with a cyclic process, each of the regenerators 131-134 in FIG. 22 must be provided with a heat exchanger on the same side with regard to the flow as in
The liquid can then flow through these heat exchangers in sequence and thereby exchange thermal energy at several temperature levels (see Fig. 3).
Die vom Abgas eines Otto- oder Dieselmotor bei einer Abkühlung abgegebene
Wärmeenergie kann genutzt werden, um zusätzliche mechanische oder elektrische
Energie zu erzeugen oder um den Motor mit gefilterter Frischluft bei höherem Druck
aufzuladen und dadurch für einen Turbolader oder Kompressor keine mechanische
Energie aufwenden zu müssen, wodurch relativ zu einem Motor ohne diese Aufladung
ein besseres Leistungsvolumen und in jedem Fall ein besserer Wirkungsgrad erreicht
werden.
Im Vergleich zu einem Motor ohne Aufladung wird ein günstigeres Motor-Leistungsvolumen
bei einem verbesserten Wirkungsgrad möglich, da bei einer
Aufladung des Motors durch einen Kompressor oder Turbolader die Komprimierung
der Luft bei einem ungünstigeren Wirkungsgrad erfolgt.
Weitere Synergieeffekte werden dadurch erreicht, daß keine Turbine und kein
zusätzlicher Generator zur Umwandlung der Energie der Druckluft in elektrische
Energie notwendig ist.The thermal energy given off by the exhaust gas of a gasoline or diesel engine during cooling can be used to generate additional mechanical or electrical energy or to charge the engine with filtered fresh air at a higher pressure, thereby avoiding the need to use mechanical energy for a turbocharger or compressor. whereby, compared to an engine without this supercharging, a better output volume and in any case a better efficiency can be achieved.
Compared to an engine without charging, a cheaper engine power volume with an improved efficiency is possible, since when the engine is charged by a compressor or turbocharger, the compression of the air takes place with a less efficient efficiency.
Further synergy effects are achieved in that no turbine and no additional generator are required to convert the energy of the compressed air into electrical energy.
Weitgehend analog wie vorne beim Verbrennungsmotor können durch die Ausnutzung
der vom Abgas einer Gasturbine bei einer Abkühlung abgegebenen Wärmeenergie
genutzt werden, um der Gasturbine gefilterte, kühle Frischluft bei höherem Druck
zuzuführen.
Der Verdichter der dabei verwendeten Gasturbine kann so ausgelegt werden, daß er
bei unverändertem Druck in der Brennkammer und bei unverändertem
Gasmengendurchströmung weniger Antriebsenergie benötigt, was direkt zu einer
größeren Nutzleistung bei gleichem Brennstoffverbrauch und besserem Wirkungsgrad
führt.
Der Wirkungsgrad ist in diesem Fall aufgrund eines Synergieeffektes größer als die
Summe aus dem Wirkungsgrad der ursprünglichen Gasturbine und dem Wirkungsgrad
des thermischen Kompressors (Gasverdichters), da die vom thermischen Kompressor
aufgebrachte Leistung zur Gas-Teil-Verdichtung vom ursprünglichen Verdichter der
Gasturbine nur mit ungünstigerem Wirkungsgrad erreicht werden kann, angetrieben
durch das Abzweigen von mechanischer Wellenleistung.
Evtl. ist auch die Verwendung einer konventionellen Gasturbine möglich. Dann kann
eine relative Drucksteigerung in der Gasturbine erwartet werden, welche vom
Frischlufteinlaß bis zum Abgasauslaß kontinuierlich abnimmt, wodurch
Leistungsdichte und Wirkungsgrad vergrößert werden. Largely analogous to the front of the internal combustion engine, the thermal energy emitted by the exhaust gas of a gas turbine during cooling can be used to supply the cool gas with filtered, cool fresh air at higher pressure.
The compressor of the gas turbine used can be designed so that it requires less drive energy with unchanged pressure in the combustion chamber and with unchanged gas flow, which leads directly to a greater useful output with the same fuel consumption and better efficiency.
The efficiency in this case is greater due to a synergy effect than the sum of the efficiency of the original gas turbine and the efficiency of the thermal compressor (gas compressor), since the power applied by the thermal compressor for gas partial compression from the original compressor of the gas turbine only with less favorable Efficiency can be achieved, driven by the branching of mechanical shaft power.
Possibly. it is also possible to use a conventional gas turbine. A relative pressure increase in the gas turbine can then be expected, which decreases continuously from the fresh air inlet to the exhaust gas outlet, as a result of which the power density and efficiency are increased.
Um bei atmosphärischen Druckverhälmissen großen Leistungen über einige 100kW zu
erreichen, muß die Fläche der durchströmten Regeneratoren 274 - 277 entsprechend
vergrößert werden.
Um eine kompakte Gehäuseform 278 zu erreichen werden die unbewegten
Regeneratoren 274 - 277 entlang von Parallelen 278 mehrfach in weitgehend konstantem
Abstand gefaltet und umschließen zumindest ein periodisch parallel dazu bewegtes,
scheibenförmiges Verdrängerelement 279 bis in den Bereich der zu den Faltkanten
parallelen Mittelachse des Verdrängerelements beidseitig.
Die andere Hälfte des Verdrängerelementes wird vom angrenzenden Regenerator
entsprechend umschlossen.
Bei einem runden Autbau liegen die Faltkanten des Regenerators entsprechend auf
konzentrischen Kreisen.In order to achieve high outputs of several 100 kW at atmospheric pressure ratios, the area of the regenerators 274 - 277 through which flow is required must be increased accordingly.
In order to achieve a
The other half of the displacement element is surrounded by the adjacent regenerator.
In the case of a round car construction, the folded edges of the regenerator are accordingly on concentric circles.
Zumindest einer der Regeneratoren ist wahlweise mit einem in Hubrichtung bewegbaren Hydraulik- oder Pneumatikkolben oder Membranbalg verbunden der durch Flüssigkeit bzw. Gas aus dem Raum um die vom entsprechenden Arbeitsraum entfernten Flüssigkeitsoberfläche der angekoppelten schwingenden Flüssigkeitssäule über Steuerventile be bzw. entfüllt wird.At least one of the regenerators is optionally available with one in the stroke direction movable hydraulic or pneumatic pistons or diaphragm bellows connected by Liquid or gas from the room around the corresponding work area removed liquid surface of the coupled vibrating liquid column is filled or filled via control valves.
Um auch speziellere Bewegungen, wie sie z.B. für einen direkten Antrieb der im Folgenden mit Flüssigkeit im Arbeitsraum und bewegten Regeneratoren beschriebenen zweiteiligen Verdrängerstruktur notwendig ist, realisieren zu können, wird die Bewegung wahlweise durch eine Stange oder ein gespanntes Zugelement (wie Seil oder Kette) über eine bewegliche Verbindung von einem endenlosen Zugelement wie geschlossene Kette oder Zahnriemen, abgegriffen, welches kraftschlüssig über mehrere, sich mit relativ gleichmäßiger Winkelgeschwindigkeit drehende Räder so gespannt ist daß der Winkel zwischen den beiden Elementen in Zeitperioden des Betriebszustandes, in denen das angetriebene Element im Arbeitstaum (Regenerator, Verdränger) nur geringfügig bewegt werden soll etwa 90° beträgt und um so kleiner wird, je schneller die Bewegung des angetriebenen Elements im Arbeitstaum erfolgen soll.To make even more special movements, such as for a direct drive of the Described below with liquid in the work area and moving regenerators two-part displacement structure is necessary to be able to realize the movement either by means of a rod or a tensioned tension element (such as a rope or chain) a flexible connection from an endless traction element like a closed chain or toothed belt, tapped, which non-positively over several, with relative even angular speed rotating wheels is so tense that the angle between the two elements in time periods of the operating state in which the driven element in the working space (regenerator, displacer) only slightly should be moved about 90 ° and the smaller the faster the movement of the driven element in the work space.
Ein Rohrleitungssystem mit Unterdruck wie der Kessel über einen Erhitzer wird an das
Einlaßventil einer erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine angekoppelt.
Diese Anlage wird als Staubsauger eingesetzt.A pipeline system with negative pressure like the boiler via a heater is coupled to the inlet valve of a heat engine according to the invention.
This system is used as a vacuum cleaner.
Der Aufwand für das Gehäuse 280 um den Arbeitstaum kann entscheidend reduziert
werden, wenn gekrümmte Formen angewendet werden.
Die bewegten Regeneratoren 281 - 284, aufgebaut in Form eines Kegelmantels, besitzen
gute Formstabilität, sind mit vertretbarem Aufwand herzustellen und können
ausschließlich im Bereich der Kegelspitzen angetrieben werden.
Zur Abdichtung wird jeder Regenerator mit einem Blechzylinder-Mantel 285 oder einem
vergleichbaren Mantel eines spitzen Kegelstumpfes verbunden, welcher am unteren
Ende kontinuierlich in eine Flüssigkeit 286 eintauchet und so eine Umströmung des
Regenerators bei Hubbewegungen Parallel zur Zylinderachse des Blechmantels
verhindert.
Kegelstümpfe, welche nach oben enger werden, sind als Form für das in die Flüssigkeit
eintauchende Dichtungselement 285 und das seitliche Gehäuse 280 günstig und
unproblematisch, da aufgrund der Temperaturzunahme eine Ausdehnung des oberen
Bereiches erfolgt.
Der Kegel-Stumpf-Winkel muß relativ spitz sein, damit sich der Spalt zwischen zwei
Dichtelementen 285 nicht zu sehr vergrößert, wenn sie auseinanderbewegt werden, da in
diesem Spalt durch den Wärmeübergang irreversible Prozesse ablaufen.
Zum Antrieb und zur Führung der Regeneratoren und Dichtungszylinder dienen
konzentrische Rohre 286, welche auf einem unbewegten Rohr 287 auf der gemeinsamen
Achse der Zylinder geführt werden und mit den Regeneratoren 281 - 285 im Bereich der
Kegelspitzen verbunden sind.
Die Rohre 286 werden in diesem Bereich in axialer Richtung mindestens mit einem
Schlitz versehen, durch den die Verbindung der innenliegenden Rohre mit den
entsprechenden Regeneratoren 281 - 284 erfolgt.
Die Rohre 287 ragen nach oben entscheidend über den obersten Regenerator 281 in
eine spezielle Ausbuchtung 288 des vom Gehäuse umschlossenen Arbeitsraum hinein
und werden dort auf einem unbewegten Rohr 287 gleitend geführt.
Unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche 288 sind die Zylinder 285 ebenfalls jeweils mit
einem der auch in diesem Bereich gleitend geführten Rohre 286 verbunden.
Der Raum zwischen der Flüssigkeitsoberfläche 288 und dem untersten Regenerator 284
an seiner untersten Position im Betriebszustand wird weitgehend ausgefüllt durch eine
mindestens zweigeteilte Verdrängerstruktur 289 , welche bei einer Aufwärtsbewegung
auseinanderbewegt wird und an den schräg zur Bewegungsrichtung verlaufenden
Trennflächen Strömungskanäle für das Arbeitsgas freigebt.
Diese Verdrängerstruktur 289 wird ebenfalls im Bereich der Zylinderachse geführt und
entweder über einen separaten Antrieb bewegt oder durch Federn zwischen
Regenerator 284 und einzelnen Verdrüngerelementen und einem gefederten Anschlag
für den Stop an der Flüssigkeitsgrenzfläche 288.
Wenn dieser Verdänger 289 wahlweise als Alternative in einteiliger Form mit dem
untersten Regenerator 284 fest verbunden ist, so müssen zwei Teile weniger bewegt
werden.
Dafür wird der Totraum wegen den notwendigen permanent vorhandenen Luftkanälen
durch den Verdränger 289 bzw. an dessen Oberfläche größer.
Der Wärmetauscher 290 wird wahlweise direkt unter dem untersten Regenerator 284
befestigt und mit einem Wärmetauschermedium durchströmt, oder er wird mit dem
untersten Regenerator 284 am Zylinder 285 und/oder dem entsprechenden Rohr 286
befestigt und taucht in der untersten Stellung in die Flüssigkeit 286 ein, wobei die
Wärmeenergie ausgetauscht wird, die bei kontinuierlichem Betrieb ausgeglichen wird
durch einen stationären Wärmetauscher, der z.B. mit der Warmwasseraufbereitung des
Gebäudes verbunden ist.
Durch zumindest ein Ventil 291 im Gehäuse oberhalb dem obersten Regenerator 281
wird periodisch Arbeitsgas ausgetauscht. Dieser Austausch wird ausgeglichen durch den
Austausch von Arbeitsgas, der aus dem Teilraum oberhalb dem untersten Regenerator
284 durch zumindest ein daran direkt an einem Ende befestigten durchstoßenden Rohr
in Hubrichtung erfolgt, das immer in die Flüssigkeit 286 eintaucht.
Konzentrisch in dieser Röhre ist mit dem Gehäuse dichtend verbunden eine Röhre 293
angeordnet, welche über den Flüssigkeitsspiegel 288 hinaus ragt und aus welcher durch
zumindest ein Ventil 294 der Gasaustausch erfolgt. The effort for the
The moving regenerators 281-284, constructed in the form of a cone shell, have good dimensional stability, can be produced with reasonable effort and can only be driven in the area of the cone tips.
For sealing purposes, each regenerator is connected to a sheet
Truncated cones, which become narrower at the top, are favorable and unproblematic as a shape for the sealing
The cone-obtuse angle must be relatively acute so that the gap between two sealing
In this area, the
The tubes 287 protrude decisively upwards over the
Below the
The space between the
This displacer structure 289 is also guided in the region of the cylinder axis and either moved via a separate drive or by springs between the regenerator 284 and individual displacement elements and a spring-loaded stop for the stop at the
If, alternatively, this displacer 289 is permanently connected in one piece form to the
For this, the dead space becomes larger because of the necessary permanent air channels through the displacer 289 or on its surface.
The
Working gas is exchanged periodically by at least one
A
Bei einer zu schnellen Bewegung oder einer Verstopfung des unteren Regenerators kann
Flüssigkeit in diese Röhre einfließen.
Muß dies aufgrund einer störender oder kritischen Dampfentwicklung vermieden
werden, so wird zumindest ein weiteres Rohr darin angeordnet, dessen Oberkante noch
weiter über den Flüssigkeitsspiegel hinausgeht.
Der Zwischenraum wird durch ein separates Ventil, das zusammen mit dem Gasventil
gesteuert wird, mit einem Raum verbunden, der auch mit dem Raum verbunden ist, mit
dem der Arbeitstaum durch das angrenzende Rohr Gas austauscht.
Je nach Ausbildung dieser Ventile kann es wahlweise als Alternative einfacher sein, den
Wasserspiegel über eine zusätzliche entsprechende Rohranordnung vgl. 295 zu
kontrollieren, bei der das Rohr für den Gasaustausch entfällt.
Diesem Rohr vgl 295 wird auch Wasser über ein weiteres, als Überlauf eingesetztes Rohr
vgl 296 zugeführt, das in Hubrichtung weitgehend innerhalb der Flüssigkeit mit einer
Öffnung auf der Höhe des weitgehend unbewegten Flüssigkeitsspiegels angeordnet wird,
ohne einen Regnerator zu durchstoßen.
Damit der unterste Regenerator durch diese Rohranordnung nicht umströmt werden
kann, wird eine poröse Struktur vgl 297 in den unteren Bereich des Überlaufes vgl 296
ohne Möglichkeit einer Umströmung integriert.If the lower regenerator moves too quickly or becomes blocked, liquid can flow into this tube.
If this has to be avoided due to a disturbing or critical steam development, at least one further tube is arranged in it, the upper edge of which extends even further beyond the liquid level.
The space is connected by a separate valve, which is controlled together with the gas valve, to a space which is also connected to the space with which the working space exchanges gas through the adjacent pipe.
Depending on the design of these valves, it can alternatively be simpler, see the water level via an additional corresponding pipe arrangement. 295 to check, in which the pipe for gas exchange is omitted.
This pipe cf. 295 is also supplied with water via a further pipe cf. 296 which is used as an overflow and which is arranged largely in the stroke direction within the liquid with an opening at the level of the largely immobile liquid level without penetrating a regenerator.
A porous structure (see 297) is integrated into the lower area of the overflow (see 296) so that the lowest regenerator cannot be flowed through by this tube arrangement.
An mehreren Regeneratoren 281 - 284 oder damit starr verbundenen Elementen sind
Zwischen-Hebel beweglich befestigt, welche jeweils am anderen Ende beweglich mit
verschiedenen Stellen zumindest eines weiteren Haupt-Hebels verbunden sind, der
beweglich wahlweise direkt oder über einen Hebel mit dem Gehäuse verbunden ist.
Der oberste Regenerator 281 greift direkt oder indirekt am Haupthebel an einer Stelle
beweglich an, die am nächsten zu der Stelle angeordnet ist, an der die direkte oder
indirekte bewegliche Verbindung mit dem Gehäuse erfolgt.
Die Spiegelsymmetrie dieser Hebelandordnung zu einer Ebene, in der auch die
Hubrichtung liegt bewirkt, daß auf die Regeneratorstruktur keine Seitenkräfte übertragen
werden, insbesondere wenn die Hebelanordnung unter den Flächenschwerpunkten
erfolgt.Intermediate levers are movably attached to a plurality of regenerators 281 - 284 or elements rigidly connected to them, which are each movably connected at the other end to different locations of at least one further main lever, which is movably connected either directly or via a lever to the housing.
The
The mirror symmetry of this lifting arrangement to a plane in which the stroke direction lies also means that no lateral forces are transmitted to the regenerator structure, in particular if the lever arrangement takes place below the centroids.
Einer der untersten Regeneratoren ist über Pleuel 298 mit zwei angetriebenen
Kurbelwellen 299 beweglich verbunden, welche Spiegel-symmetrisch zu einer Ebene in
der das unbewegte Führungselement 287 in Hubrichtung liegt, angeordnet und bewegt
werden.
So werden auf die Regeneratoranordnung 281 - 285 geringere Seitenkräfte relativ zur
Hubrichtung übertragen, welche durch die Führungen 300 abgefangen werden müßten
und zu zusätzlichem Verschleiß führen, insbesondere, wenn die Pleuel 298 unter dem
Flächenschwerpunkt der Regeneratoren 281 - 284 verlaufen
Auf der Kurbelwelle 299 auf gegenüber dem Pleuellager sind Massen angebracht, welche
durch ihre Gewichtskraft das Gewicht der Regenerator-Anordnung zumindest teilweise
kompensieren.
Wahlweise als Alternative für das Antriebssystem der Regeneratoren werden mehrere
Regeneratoren zumindes mit je einem der Pleuel beweglich verbunden, die mit den
anderen Enden auf Achsen zumindest einer Kurbelwelle gelagert sind, welche alle von
einer Linie durch die dazu parallele Drehachse der Kurbelwelle geschnitten werden
können, wobei das Lager für ein Pleuel des untersten Regenerators am weitesten von
der Dreh-Achse der Kurbelwelle entfernt ist und das Lager des obersten Regenerator
am nächsten. One of the lowest regenerators is movably connected via connecting
Lower regenerative forces relative to the stroke direction, which would have to be absorbed by the
Masses are attached to the
Optionally, as an alternative to the drive system of the regenerators, several regenerators are at least each movably connected to one of the connecting rods, which are supported at the other ends on axles of at least one crankshaft, all of which can be cut by a line through the axis of rotation of the crankshaft parallel to it, whereby the bearing for a connecting rod of the lowest regenerator is furthest from the axis of rotation of the crankshaft and the bearing of the highest regenerator is closest.
Wie bei einem vergleichbar eingesetzten Stirlingmotor wird zumindest ein Regenerator
mit einer Phasenverschiebung von einem Viertel (25%) einer Periodendauer relativ zur
Volumenänderung angetrieben.
In der Zeitperiode mit dem niedrigsten Druck im Arbeitsraum (Arbeitsraum =
Arbeitsvolumen) mit periodisch verändertem Volumen erfolgt bei einem Betrieb als
Kraftrnaschine die periodische Aufnahme und bei einem Betrieb als Wärmepumpe bzw.
Kältemaschine die periodische Abgabe von Arbeitsfluid durch ein Ventil 291, das im
Arbeitsraum an einen Teilraum 301 mit konstantem Volumen angrenzt, welcher von
zwei Regeneratoren 302 - 303 vollständig umschlossen ist, wobei einer dieser
Regeneratoren 302 relativ direkt an das Gehäuse angrenzt.
Wahlweise als Alternative zum oben beschriebenen Antrieb ist zumindest ein
Führungselement in Hubrichtung 287 zumindest teilweise als Gewindestange oder
Kugelumlaufspindel ausgebildet und durch ein darin eingreifendes Element wird
zumindest ein damit verbundener Regenerator durch Drehen der Gewindestange bzw.
Kubelumlspindel in Hubrichtung bewegt.
Wahlweise als speziellere Alternative weist die Gewindestange bzw Kugelumlaufspindel
ßereiche mit unterschiedlichen Ganghöhen auf in welche die Verbindungselemente der
unterschiedlich schnell bewegten Regeneratoren eingreifen, so daß sie bei einer Drehung
der Gewindestange bzw. Kugelumlaufspindel mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten
in Hubrichtung bewegt werden, so kann die Anzahl der beweglichen Teile erheblich
reduziert werden.
So kann eine erfindungsgemäße Wärmekraftmaschine mit nur fünf bewegten Teilen und
den notwendigen Ventilen aufgebaut werden.As with a comparable Stirling engine, at least one regenerator is driven with a phase shift of a quarter (25%) of a period in relation to the change in volume.
In the time period with the lowest pressure in the work area (work area = work volume) with a periodically changed volume, when operating as a power machine, the periodic intake takes place and when operating as a heat pump or refrigeration machine, the working fluid is periodically released through a
Optionally, as an alternative to the drive described above, at least one guide element in the stroke direction 287 is at least partially designed as a threaded rod or recirculating ball screw, and by means of an element engaging therein, at least one regenerator connected to it is moved in the lifting direction by rotating the threaded rod or Kubelumlspindel.
Optionally, as a more special alternative, the threaded rod or ball screw has areas with different pitches, in which the connecting elements of the regenerators moving at different speeds engage, so that when the threaded rod or ball screw rotates at different speeds they are moved in the stroke direction, so the number of movable Parts can be significantly reduced.
A heat engine according to the invention can thus be constructed with only five moving parts and the necessary valves.
Bei diesen Alternativen wird wahlweise durch die Verwendung einer
Kubelumlaufspindel und dort eingreifende Verbindungselemente mit je einer
geschlossene, sich kreuzenden Gewindebahn werden die Regeneratoren bei Drehung
der Kugelumlaufspindel mit konstanter Geschwindigkeit in Hubrichtung periodisch aufund
abbewegt oder zumindest eine Gewindestange bzw. Kugelumlaufspindel wird
periodisch mit unterschiedlicher Richtung gedreht wahlweise durch ein mechanisches
Steuersystem oder direkt durch einen entsprechend gesteuerten Motor
Dabei greift für einen mit handelsüblichen Teilen realisierbaren Aufbau der unterste
Regenerator in eine Kugelumlaufspindel mit geschlossener Bahn und zumindest ein Teil
der anderen Regeneratoren in eher gewöhnliche Gewindebahnen, deren Bahnen nicht
geschlossen sind.
Dadurch ist ein Aufschlagen des untersten Regenerators auf der Flüssigkeitsoberfiäche
ausgeschlossen.
Das Führungsrohr wird in der Mitte von Arbeitsgas aus dem kühlsten Teilraum
periodisch oder kontinuierlich durchströmt.
Mit dem Rohr mit Gewinde bzw. Kugelumlaufspindel ist ein Radial-Ventilator
verbunden und das Rohr in diesem Bereich seitlich ebenso wie im kühlsten Teilraum auf
der anderen Seite der Rohrmitte geöffnet.
Eine separate Rohrleitung für Arbeitsgas führt vom an die eine Öffnung des
Führungsrohres angrenzenden Raum zum Raum, der an die andere Öffnung im Bereich
der Flüssigkeitsoberfläche angrenzt.
Es wurde bereits aufgezeigt, daß eine periodische Kompression durch periodische
Volumenänderung des Arbeitsraumes den Energieumsatz erhöht.
Dies wird am effektivsten dadurch erreicht, daß an den kältesten Bereich im
Arbeitsraum ein Rohr 304 mit einer im Betriebszustand schwingenden Wassersäule 305
angekoppelt wird. In these alternatives, the regenerators are periodically moved up and down in the direction of stroke when the ball screw rotates at a constant speed, or at least one threaded rod or ball screw is rotated periodically in different directions by using a cube screw and interlocking connecting elements, each with a closed, intersecting threaded path either by a mechanical control system or directly by an appropriately controlled motor
For a construction that can be realized with commercially available parts, the bottom regenerator engages in a ball screw with a closed path and at least a part of the other regenerators in rather ordinary thread paths whose paths are not closed.
This prevents the bottom regenerator from hitting the liquid surface.
The guide tube is flowed through periodically or continuously in the middle of working gas from the coolest part.
A radial fan is connected to the pipe with thread or ball screw and the pipe in this area is opened laterally as well as in the coolest part on the other side of the pipe center.
A separate pipeline for working gas leads from the space adjacent to one opening of the guide tube to the space adjacent to the other opening in the area of the liquid surface.
It has already been shown that periodic compression increases the energy turnover by periodically changing the volume of the work space.
This is most effectively achieved by coupling a
Dazu wird ein Rohr 306 in Hubrichtung mit einer Öffnung über der
Flüssigkeitsoberfläche 288 aus dem Gehäuse 280 gerührt.
Bei einer Anlage mit einem einzelnen Arbeitsraum wird das andere Ende des
angekoppelten Rohres 304 der periodisch in Resonanz schwingenden Flüssigkeitssäule
305 mit einem Druckgefäß 306 verbunden.
Es erfolgt wahlweise eine Verbindung 307 der beiden an die Enden der Flüssigkeitssäule
305 anschließenden Räume 308, 309 auf der Höhe der angestrebten mittleren
Flüssigkeitsoberfläche 310 mit einem Reduzierventil 311, so daß für den Druckausgleich
nur eine vernachlässigbare Menge Flüssigkeit periodisch durchströmen kann, aber eine
erhebliche Gasmenge
oder es wird dem Druckgefäß pro Periode ein geringfügiger Anteil des Arbeitsgases
durch ein Rohrsystem mit Rückschlagventil aus dem Arbeitsraum zugeführt und eine
weitere Rohrleitung mit Rückschlagventil am Druckgefäß angeschlossen auf der
angestrebten mittleren Höhe der Flüssigkeitsoberfläche, welche in den Raum führt, der
an das andere Ende der Flüssigkeitssäule angrenzt, wodurch nur eine vernachlässigbare
Menge Flüssigkeit periodisch strömt, aber ein erheblicher Gasatrom.
Dadurch wird die Gasmenge im Druckgefäß stabilisiert.
An der Verbindung vom Arbeitsraum zum Rohr mit der schwingenden Flüssigkeitssäule
ist ein Ventil 312 angebracht, das einen Anschlag in Strömungsrichtung zum
Arbeitsraum aufweist, gegen den die Ventilplatte 313 dichtend gedrückt wird, sobald die
Flüssigkeitssäule sich zu weit Richtung Arbeitsraum bewegt hat.
Wenn dieses Ventil geschlossen wird, so kann der sich davor aufbauende Überdruck
durch ein aus diesem Raum 308 führendes entsprechend am Rohrsystem der
schwingenden Wassersäule angeschlossenes Überdruckventil und ein spezielles Rohr (in
den Druckbehälter) ans andere Ende 309 der schwingenden Flüssigkeitssäule 305
gelangen.For this purpose, a
In a system with a single work space, the other end of the coupled
There is optionally a
This stabilizes the amount of gas in the pressure vessel.
A
When this valve is closed, the excess pressure which builds up in front of it can pass through a pressure relief valve leading from this
Ein weiteres Überdruckventil 315, angekoppelt an den selben Raum 308, führt anstatt
zum Druckgefäß 309 zu einem externen Behälter 316.
Der Flüssigkeitsstand in diesem Behälter wird auf möglichst hohen Niveau konstant
gehalten.
Er ist mit einem weiteren Rückschlagventil mit einem Ende des Rohrsystems um die
schwingende Wassersäule verbunden, durch welches eine geringe Menge der Flüssigkeit
in bestimmten Zeitperioden wieder zurückströmen kann.
Am untersten periodisch bewegten Regenerator ist ein in Hubrichtung verlaufendes
Rohr 295a befestigt, in das Gas aus dem darüber angrenzenden Teilraum ungehindert
ein- und ausströmen kann und dessen unterstes Ende immer in die Flüssigkeit eintaucht.
Konzentrisch in diesem Rohr 295a, dichtend verbunden mit dem Gehäuse ist ein Rohr
295b angeordnet, dessen Oberkante der Höhe der maximalen, am Dichtungszylinder
285 des Regenerators anstehenden Flüssigkeitsoberfläche 288 entspricht und das in
einem Bereich im Arbeitsraum oberhalb des Sicherheitsventils 313 am Zugang zur
schwingenden Wassersäule 305 führt, aus dem die evtl. überströmende Flüssigkeit zur
Flüssigkeit der schwingenden Flüssigkeitssäule 305 gelangt.
Ein Rohr 299, dessen Oberkante im untersten Teilraum auf der Höhe der angestrebten
Flüssigkeitsoberfläche 288 im Arbeitsraum endet, wird möglichst weit unten mit dem
vorher beschriebenen Rohr 295 verbunden, das zur schwingenden Flüssigkeitssäule 305
führt.
Wenn der Flüssigkeitsspiegel im Arbeitstaum 288
höher ist, als der Anschluß des damit verbundenen Röhrendes an der schwindenden
Flüssigkeitssäule beim Ventil 313, so wird von der Einmündung in das vorher
beschriebene Rohrsystem eine poröse Struktur 297 integriert, die nicht umströmt
werden kann.
Durch ein Ventil wird dem Arbeitsraum bei jedem Starr der Maschine eine bestimmte
Mange (z.B. 3l) Flüssigkeit zugeführt.
Der Rest des Managements der verschiedenen Flüssigketismengen in der Maschine
erfolgt mit der oben beschriebenen Konstruktion und den funktionellen
Zusammenhängen automatisch.Another
The liquid level in this container is kept constant at the highest possible level.
It is connected to a further check valve with one end of the pipe system around the vibrating water column, through which a small amount of the liquid can flow back again in certain time periods.
A tube 295a extending in the stroke direction is fastened to the lowest periodically moving regenerator, into which gas can flow in and out unhindered from the part space above it and the bottom end of which is always immersed in the liquid.
A pipe 295b is arranged concentrically in this pipe 295a, sealingly connected to the housing, the upper edge of which corresponds to the height of the maximum
A
If the liquid level in the working
A valve supplies the machine with a certain amount (eg 3l) of liquid each time the machine is rigid.
The rest of the management of the different amounts of liquid in the machine is done automatically with the construction described above and the functional relationships.
Das Druckgefäß kann wahlweise durch einen weiteren Arbeitsraum ersetzt werden, in dem der thermodynamische Kreisprozeß bei identischer Periodendauer um eine halbe Periodendauer versetzt abläuft The pressure vessel can optionally be replaced by another work space, in which the thermodynamic cycle with an identical period by half Period is staggered
Ein Schüttgutspeicher funktioniert thermodynamisch gut und wird mit erträglichem
Aufwand aufgebaut, indem das vom Wärmeträgermedium (z.B. Luft) durchströmte
Schüttgut 348 durch zumindest eine isolierende undurchströmbare Zwischenschicht 349
in konzentrische Schalen mit zylinderförmigern Mantel mit vertikaler Achse und nach
außen gewölbten Boden- und Decktlächen aufgeteilt ist und die durchströmbaren
Übergänge 350 von einer inneren, mit Schürtgut gefüllten Schale zur angrenzenden
äußeren Schale durch Öffnungen im isolierenden Zylindermantel 349 erfolgen, welche
im Bereich einer Ebene durch die Zylinderachse jeweils beidseitig dazu angeordnet sind
und die Strömung durch im Bereich dieser Ebene verlaufenden undurchströmboren
Verbindungen so geführt wird, daß die Schalen nur in einer Umdrehungsrichtung um
die vertikale Zylinderachse durchströmt werden können.A bulk material storage works well thermodynamically and becomes bearable
Effort built up by flowing through the heat transfer medium (e.g. air)
Ein Übergang zwischen zwei mit Schüttgut ausgefüllten Halbschalen ist nur bei
Durchströmung eines vertikalen Schachtes 351 möglich, über den auch
Wärmeträgermedium ausgetausch werden kann.
Dadurch kann durch stellenweise Verkleinerung des Einströmkanals die Strömung so
gesteuert werden, daß im Schacht nur Wärmeträgermedium in einem engen
Temperaturbereich strömt. A transition between two half-shells filled with bulk material is only possible when flowing through a
As a result, the flow can be controlled by reducing the inflow channel in places so that only heat transfer medium flows in a narrow temperature range in the shaft.
Einer der äußersten Isolationsschichten 352 wird von einer Schüttungsschicht zur anderen durchströmt. Dadurch bildet sich eine entschiedende Krümmung des Temneraturprofils heraus, wodurch aufgrund der kleineren Steigung auf der kühleren Seite nur ein geringerer Verlustwärmeenergiefluß als ohne die Durchströmung entgegen dem Temperaturgefälle auftritt.One of the outermost insulation layers 352 becomes a bed layer flowed through others. This creates a decisive curvature of the Temperature profile out, which due to the smaller slope on the cooler Side only a lower loss of heat energy flow than without the flow through the temperature gradient occurs.
In den horizontal verlaufenden Schüttgutschichten 353 werden vorallern im Bereich der
Zylinderachse 354 die Strömungswege verlängert durch zusätzliche kleinere
undurchströmbare Barrieren 355.
Dadurch werden diese Schüttgutschichten 353 auch relativ gleichmäßig durchströmt, die
Strömungswege etwa gleichlang wie im Zylindermantel 356 und es kommt nicht zu einer
ungünstigen Vermischung von Wärmeträgermedium bei unterschiedlicher Temperatur.In the horizontally running bulk material layers 353, in particular in the area of the
As a result, flow through these layers of
Zur saisonalen Speicherung wird der Schüttgutspeicher bei der Abkühlung von heiß einströmender und kühl ausströmender Luft auf weit über 100°C erhitzt und dem Schüttgutspeicher wird einige Wochen später Wärmeenergie entnommen durch Luft, die mit ca. 50°C in den äußeren Speicherbereich einströmt und durch einen der Luftkanäle bei 120°C - 150°C entnommen wird und anschließend abgekühlt wird durch einen Wärmetauscher, der Wasser von ca. 40°C auf 100°C erhitzt, welches einem isolierten Wasserspeicher im unteren Bereich entnommen und im oberen Bereich zugeführt wird.For seasonal storage, the bulk material storage becomes hot when it cools down Incoming and coolly flowing air heated to well over 100 ° C and the Bulk storage is removed a few weeks later by air, which flows into the outer storage area at approx. 50 ° C and through one of the Air channels at 120 ° C - 150 ° C is removed and then cooled by a heat exchanger, which heats water from approx. 40 ° C to 100 ° C isolated water storage in the lower area and in the upper area is fed.
Die Abwärme der als Heißgasmotor betriebenen Wärmekraftmaschine wird bei Häusern
zur Energieversorgung für Heizung und Warmwasser eingesetzt.
Um den Betrieb der Maschine zeitlich vom Wärmebedarf zu entkoppeln wird ein
Speicher zwischengeschaltet.
Ein hoher Synergieeffekt wird erreicht, wenn der Speicher nicht mit reinem Wasser
gefüllt wird, sondern mit Biomüll und Fäkalien.
Insbesondere wenn die saisonale Wärme-Speicherung angestrebt wird, so sind die
Fäkalien im Sommer zu heiß, als daß Zersetzungsreaktionen oder die Biogaserzeugung
in erheblichem Umfang ablaufen könnten.
Dieser Effekt wird beim Einmachen von Obst in ähnlicher Weise genützt.
Wenn dieser Speicher im späten Herbst oder Winter abgekühlt wird, so kann die
Biogaserzeugung einsetzten.
Es wird dadurch nicht nur Wärmeenergie saisonal gespeichert, sondern es findet auch
eine indirekte Speicherung von Biogas stattThe waste heat from the heat engine operated as a hot gas engine is used in houses to supply energy for heating and hot water.
A memory is interposed to decouple the operation of the machine from the heat requirement.
A high synergy effect is achieved if the storage is not filled with pure water, but with organic waste and faeces.
Especially when seasonal heat storage is sought, the faeces in the summer are too hot for decomposition reactions or the generation of biogas to take place to a significant extent.
This effect is used in a similar way when preserving fruit.
If this storage facility is cooled in late autumn or winter, biogas production can begin.
This not only saves heat energy seasonally, it also indirectly stores biogas
Claims (26)
- A method for entropy transfer via an open periodic thermodynamic cyclic process, with
at least one working volume filled with a working fluid,
at least one central partial volume in the working volume, which is located between two isothermal sectional areas and is periodically modified in size,
wherein a flow of working fluid through the central partial volume takes place from one isothermal sectional area to the other one,
wherein an exchange of working fluid takes place at different pressure levels and at different time periods (c-d-e, g-h-a) from the working volume to at least one volume having a largely constant pressure and/or from at least one volume having a largely constant pressure into the working volume,
wherein a modification of the working fluid temperature averaged through the working volume is concurrently brought about by the periodic modification of size of the at least one central partial volume,
wherein at least one central partial volume is modified in size during the exchange of working fluid at a largely constant pressure,
wherein the size of the at least one central partial volume, or the ratio of its size relative to that of the working volume, is largely kept constant when (a-b-c, e-f-g) the pressure in the working volume is modified without exchange of working fluid,
wherein heat is input and/or output in the range of the at least two isothermal sectional areas,
wherein one respective further partial volume borders on each of the flow section isothermal areas delimiting the at least one central partial volume, the working fluid in the partial volumes presents different temperatures, and the sizes of the partial volumes are modified periodically,
wherein, during a time interval much longer in comparison with the duration of one period of the cyclic process, either intake of heat energy to or discharge of heat energy from the working fluid in the working volume takes place with the aid of at least one substance of at least one continuously or periodically increasing and decreasing mass flow at a sliding temperature or at several temperature levels. - The method according to claim 1, characterized in that the intake of working fluid into the working volume and the discharge of working fluid from the working volume each take place starting out from partial volumes having different temperatures and being separated by one of the isothermal sectional areas in the range of which heat energy is taken in by and/or discharged from the working fluid.
- The method according to claim 1 or 2, characterized in that a further exchange of working fluid takes place at identical time periods and at approximately identical pressure levels.
- The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the size of the at least one working volume is modified periodically.
- The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the size of the at least one working volume is modified periodically, primarily in those time periods (a-b-c, e-f-g, cp. Figs. 4-6) during which no intake or discharge of working fluid into or from the working volume takes place.
- The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one substance is the working fluid.
- The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the open periodic cyclic process is powered by solar energy, geothermal energy, combustion energy, in particular from regenerative renewable raw materials, waste heat, or nuclear power.
- The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the drive energy is intermediately stored in a storage flowed through by the substance, which storage in particular has the form of a bulk material.
- A device for implementing the method according to any one of the preceding claims, comprising:at least one working volume (11, 8, 36-41, 43, 114, 131-135, 156, 207-210, 281-284, 275-277) filled with a working fluid (301, 310) in a pressure vessel (1, 128, 302, 288, 107),at least two flow passage devices (11, 8, 36-41, 43, 114, 131-135, 156, 207-210, 281-284, 275-277) for confining at least one central partial volume (11, 36-41, 131-135, 207-210, 281-284, 275-277) periodically modified in size in the working volume,at least one means (21-24, 29-32, 55-991, 117, 150-155, 298-300) for periodically modifying the size of the at least one central partial volume, so that a modification of the temperature of the working fluid averaged through the working volume is concurrently brought about thereby during the working fluid exchange at a largely constant pressure, and the size of the at least one central partial volume, or the ratio of its size relative to that of the working volume, is largely kept constant when the pressure in the working volume is modified without exchange of working fluid,at least one means (146, 2, 22, 29-32, 113, 304-316, 11, 36-41, 131-135, 207-210, 281-284, 275-277) for modifying the pressure in the working volume,at least one means (18, 8, 11, 36-41, 131-135, 207-210, 281-284, 275-277, 7, 43, 115, 156, 290) for intake of heat energy to or discharge of heat energy from the working fluid in the working volume with the aid of at least one substance of at least one continuously or periodically increasing and decreasing mass flow at sliding temperature or at several temperature levels during a time interval much longer in comparison with the duration of a period of the cyclic process,
wherein heat energy is taken in by and/or discharged from the working fluid and respective isothermal sectional areas interconnected via seal means (285, 288, 101, cp. Fig. 13) or the delimitation of the working volume (1, 44) extend in the range of the at least two flow passage devices (11, 8, 36-41, 43, 114, 131-135, 156, 207-210, 281-284, 275-277),
wherein in the range of the flow passage devices (11, 8, 36-41, 43, 114, 131-135, 156, 207-210, 281-284, 275-277) one partial volume each periodically modified in size and having a different temperature borders on the side of the isothermal sectional areas facing away to the central partial volume. - The device according to claim 9, characterized in that a regenerator (8, 11, 36-41, 131-135, 207-210, 281-284, 275-277) is arranged in the range of the isothermal sectional area where heat energy exchange takes place.
- The device according to any one of preceding claims 9 to 10, characterized in that a heat exchanger (7, 43, 115, 156, 290) is arranged in the range of the isothermal sectional area where the heat energy exchange takes place.
- The device according to any one of preceding claims 9 to 11, characterized by a control system (21-24, 29-32, 55-91, 117, 150-155, 298-300) for periodically moving the at least two flow passage devices (11, 8, 36-41, 43, 114, 207-210, 281-284) against each other, to reduce the central partial volume between the flow passage devices (11, 8, 36-41, 43, 114, 207-210, 281-284) to the clearance volume during at least one time period.
- The device according to any one of preceding claims 9 to 12, characterized in that
the at least two flow passage devices (114, 131-135, 156, 274-277) are fixedly mounted in the working volume, and the intermediately positioned, central partial volume is reduced to the clearance volume during at least one time period with the aid of at least one displacement member (279, 114, 142-145) periodically interposed by the control system (117, 150-155). - The device according to any one of preceding claims 9 to 12, characterized in that the at least two flow passage devices have the form of displacement pistons (114) movable against each other, with the central partial volume being located between two respective displacement pistons (114).
- The device according to one of preceding claims 9 to 14, characterized by a compressing device (2, 22, 29-32, 113, 304-316) for periodically modifying the size of the working volume.
- The device according to claim 15, characterized in that the compressing device comprises at least one movable liquid column (304).
- The device according to claim 15 or 16, characterized in that the compressing device is a resonant oscillating system (304-316) synchronized with the other periodical movements.
- The device according to any one of preceding claims 15 to 17, characterized in that the control system is designed for control and feedback control of the compressing device (2, 22, 29-32, 113).
- The device according to any one of preceding claims 15 to 18, characterized in that the flow passage devices (11, 8, 36-41, 43, 114, 131-135, 156, 207-210, 281-284, 275-277) capable of containing a flow of working fluid therethrough serve the purpose of separating, purifying, or physically or chemically modifying the substances contained in the working fluid.
- The device according to any one of preceding claims 12 to 19, characterized in that the direction of movement and the axis of symmetry of the flow passage devices (11, 8, 36-41, 43, 114, 207-210, 281-284) is vertical, and the flow passages in particular are conical in shape.
- The device according to any one of preceding claims 12 to 20, characterized in that two respective, not immediately neighbouring flow passage devices (11, 8, 36-41, 43, 114, 131-135, 156, 207-210, 281-284, 275-277) each are coupled to each other at fixed spacings in a direction of movement via members, and two respective, immediately neighbouring flow passage devices each periodically move towards each other and away from each other again.
- The device according to any one of preceding claims 9 to 21, characterized by a turbine (14) connected to two spaces (13, 15) having different pressures,
wherein the two spaces (13, 15) are connected with the working volume through the intermediary of the at least one valve (3, 4, 48, 49, 111, 112, 130, 29a, 129b, 291, 294). - A device characterized by serial arrangement of a plurality of devices according to any one of preceding claims 9 to 22.
- A device characterized by parallel arrangement of a plurality of devices according to any one of preceding claims 9 to 22.
- The device according to according to any one of claims 15 to 24, characterized in that at least one of the flow passage devices (11, 8, 36-41, 43, 114, 131-135, 156, 207-210, 281-284, 275-277) is driven at a phase difference of one quarter (25%) relative to the compressing device (2, 22, 29-32, 113, 304-316).
- The device according to any one of preceding claims 15 to 24, characterized by use in the framework of combined heat and power generation, in particular in short-distance and long-distance heat energy networks
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19742520 | 1997-09-26 | ||
DE1997142660 DE19742660A1 (en) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | Entropy transfer with thermodynamic cyclic process |
DE19742660 | 1997-09-26 | ||
DE19742520 | 1997-09-26 | ||
PCT/DE1998/002827 WO1999017011A1 (en) | 1997-09-26 | 1998-09-23 | Method and device for entropy transfer with a thermodynamic cyclic process |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP1017933A1 EP1017933A1 (en) | 2000-07-12 |
EP1017933B1 true EP1017933B1 (en) | 2003-08-20 |
Family
ID=26040336
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP98955343A Expired - Lifetime EP1017933B1 (en) | 1997-09-26 | 1998-09-23 | Method and device for entropy transfer with a thermodynamic cyclic process |
Country Status (17)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6470679B1 (en) |
EP (1) | EP1017933B1 (en) |
JP (1) | JP2001518592A (en) |
KR (1) | KR20010082498A (en) |
CN (1) | CN1273623A (en) |
AP (1) | AP2000001794A0 (en) |
AT (1) | ATE247773T1 (en) |
AU (1) | AU753000B2 (en) |
BR (1) | BR9812554A (en) |
CA (1) | CA2304570A1 (en) |
DE (2) | DE59809356D1 (en) |
EA (1) | EA200000257A1 (en) |
IL (1) | IL135136A0 (en) |
NZ (1) | NZ503628A (en) |
OA (1) | OA11343A (en) |
TR (1) | TR200001624T2 (en) |
WO (1) | WO1999017011A1 (en) |
Families Citing this family (35)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6701708B2 (en) * | 2001-05-03 | 2004-03-09 | Pasadena Power | Moveable regenerator for stirling engines |
JP4411829B2 (en) * | 2002-08-26 | 2010-02-10 | 株式会社デンソー | Steam engine |
US20050126171A1 (en) * | 2002-11-01 | 2005-06-16 | George Lasker | Uncoupled, thermal-compressor, gas-turbine engine |
US8037686B2 (en) * | 2002-11-01 | 2011-10-18 | George Lasker | Uncoupled, thermal-compressor, gas-turbine engine |
JP4567996B2 (en) * | 2003-06-09 | 2010-10-27 | パナソニック株式会社 | Thermal storage heat pump system |
US7019415B2 (en) * | 2004-03-22 | 2006-03-28 | Honeywell International Inc. | Electrical power generation system and method for mitigating corona discharge |
US7617680B1 (en) | 2006-08-28 | 2009-11-17 | Cool Energy, Inc. | Power generation using low-temperature liquids |
US7810330B1 (en) | 2006-08-28 | 2010-10-12 | Cool Energy, Inc. | Power generation using thermal gradients maintained by phase transitions |
JP4936439B2 (en) * | 2006-10-11 | 2012-05-23 | 国立大学法人東京工業大学 | Pressure regulator and vibration isolator |
US8661817B2 (en) * | 2007-03-07 | 2014-03-04 | Thermal Power Recovery Llc | High efficiency dual cycle internal combustion steam engine and method |
US7805934B1 (en) | 2007-04-13 | 2010-10-05 | Cool Energy, Inc. | Displacer motion control within air engines |
US7877999B2 (en) * | 2007-04-13 | 2011-02-01 | Cool Energy, Inc. | Power generation and space conditioning using a thermodynamic engine driven through environmental heating and cooling |
KR100814001B1 (en) * | 2007-05-28 | 2008-03-14 | 주식회사 동광에너텍 | Multipurpose boiler |
US7694514B2 (en) * | 2007-08-08 | 2010-04-13 | Cool Energy, Inc. | Direct contact thermal exchange heat engine or heat pump |
DE102008009784A1 (en) * | 2008-02-19 | 2009-08-27 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Domestic appliance for drying a moist material with a cooling arrangement and a heating arrangement |
WO2010045269A2 (en) | 2008-10-13 | 2010-04-22 | Infinia Corporation | Stirling engine systems, apparatus and methods |
US8559197B2 (en) * | 2008-10-13 | 2013-10-15 | Infinia Corporation | Electrical control circuits for an energy converting apparatus |
CN105863874B (en) * | 2009-02-11 | 2018-03-30 | 斯特林能源股份有限公司 | Stirling engine |
US20110314805A1 (en) * | 2009-03-12 | 2011-12-29 | Seale Joseph B | Heat engine with regenerator and timed gas exchange |
US20110011053A1 (en) * | 2009-07-14 | 2011-01-20 | Benham Roger A | Adiabatic external combustion with low pressure positive displacement motor |
US20110060464A1 (en) * | 2009-09-09 | 2011-03-10 | Akribio Corp. | Adiabatic control method for isothermal characteristics of reaction vessels |
US20120025543A1 (en) * | 2010-03-08 | 2012-02-02 | Gilbert Jr Ed | Linear Hydraulic and Generator Coupling Apparatus and Method of Use Thereof |
CN101985370A (en) * | 2010-07-13 | 2011-03-16 | 吴江市屯村颜料厂 | Air separation pipe |
KR20140031319A (en) * | 2011-05-17 | 2014-03-12 | 서스테인쓰, 인크. | Systems and methods for efficient two-phase heat transfer in compressed-air energy storage systems |
CN103133176A (en) * | 2011-12-01 | 2013-06-05 | 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 | Single cylinder U flowing entropy circulation engine |
JP5816106B2 (en) * | 2012-01-24 | 2015-11-18 | 一般財団法人電力中央研究所 | Power generation device and power generation method |
US9157322B2 (en) | 2012-06-08 | 2015-10-13 | Roger A. Benham | Journal-less crankshaft and non-friction variable speed transmission with inherent clutch and free spin |
US10197338B2 (en) * | 2013-08-22 | 2019-02-05 | Kevin Hans Melsheimer | Building system for cascading flows of matter and energy |
CN104295328B (en) * | 2014-08-15 | 2016-01-20 | 宁波高新区金杉新能源科技有限公司 | A kind of medium energy engine device and mode of work-doing thereof |
CN104481085B (en) * | 2014-10-27 | 2017-02-08 | 无锡伊佩克科技有限公司 | Roof rainwater collecting and filtering device |
NL2015638B9 (en) * | 2015-10-20 | 2017-05-17 | Niki Enerji Uretim A S | A power generator and a method of generating power. |
FR3051850B1 (en) * | 2016-05-25 | 2018-09-07 | Vernet | THERMOSTATIC ELEMENT |
CN106091460B (en) * | 2016-06-12 | 2018-10-02 | 铜陵天海流体控制股份有限公司 | Pressure differential formula expanding machine for Cryo Refrigerator |
SE544805C2 (en) * | 2019-01-29 | 2022-11-22 | Azelio Ab | Improved stirling engine design and assembly |
US11873772B1 (en) * | 2022-09-14 | 2024-01-16 | Cummins Power Generation Inc. | Dual fuel engine system and method for controlling dual fuel engine system |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3845624A (en) * | 1970-05-21 | 1974-11-05 | W Roos | Sterling process engines |
US3879945A (en) * | 1973-04-16 | 1975-04-29 | John L Summers | Hot gas machine |
US3986359A (en) * | 1973-05-29 | 1976-10-19 | Cryo Power, Inc. | Thermodynamic engine system and method |
DE2835592A1 (en) * | 1978-08-14 | 1980-02-28 | Roland Soelch | Solar thermal power plant - uses closed non-vapour cycle contg. rotary heat exchanger, displacement motor, reflux and compression pumps |
US4270351A (en) * | 1978-11-13 | 1981-06-02 | Kuhns John P | Heat engine and thermodynamic cycle |
DE2928316C2 (en) * | 1979-07-13 | 1983-12-22 | Bertrand Dr. 8000 München Weißenbach | Machine working with air as a working medium in an open cycle process |
US4414812A (en) * | 1981-04-30 | 1983-11-15 | R & D Associates | Hot air solar engine |
US4442670A (en) * | 1982-07-12 | 1984-04-17 | Jacob Goldman | Closed-cycle heat-engine |
DE3607432A1 (en) | 1986-03-06 | 1987-09-10 | Eder Franz X | Regenerative machine and heat engine with external heat supply |
DE3826117A1 (en) * | 1988-08-01 | 1990-02-08 | Pelka Bertram Dipl Ing Fh | Thermal-engine arrangement |
AR245806A1 (en) * | 1990-04-27 | 1994-02-28 | Bomin Solar Gmbh & Co Kg | Stirling engine |
AU8508691A (en) * | 1990-10-01 | 1992-04-28 | Bartl, Ludwig | Process and devices for the free mutual conversion of heat and work and for the approximate exchange of the temperatures of two heat carriers by heat transfer |
US5353596A (en) * | 1993-02-22 | 1994-10-11 | Israel Siegel | Low temperature heat engine |
-
1998
- 1998-09-23 JP JP2000514054A patent/JP2001518592A/en active Pending
- 1998-09-23 IL IL13513698A patent/IL135136A0/en unknown
- 1998-09-23 CN CN98809857A patent/CN1273623A/en active Pending
- 1998-09-23 BR BR9812554-0A patent/BR9812554A/en not_active Application Discontinuation
- 1998-09-23 DE DE59809356T patent/DE59809356D1/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-09-23 AT AT98955343T patent/ATE247773T1/en not_active IP Right Cessation
- 1998-09-23 CA CA002304570A patent/CA2304570A1/en not_active Abandoned
- 1998-09-23 AU AU12235/99A patent/AU753000B2/en not_active Ceased
- 1998-09-23 TR TR2000/01624T patent/TR200001624T2/en unknown
- 1998-09-23 DE DE19881421T patent/DE19881421D2/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-09-23 EA EA200000257A patent/EA200000257A1/en unknown
- 1998-09-23 AP APAP/P/2000/001794A patent/AP2000001794A0/en unknown
- 1998-09-23 KR KR1020007003261A patent/KR20010082498A/en not_active Application Discontinuation
- 1998-09-23 NZ NZ503628A patent/NZ503628A/en unknown
- 1998-09-23 EP EP98955343A patent/EP1017933B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-09-23 WO PCT/DE1998/002827 patent/WO1999017011A1/en not_active Application Discontinuation
- 1998-09-23 US US09/509,388 patent/US6470679B1/en not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-03-24 OA OA1200000088A patent/OA11343A/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
OA11343A (en) | 2003-12-10 |
EP1017933A1 (en) | 2000-07-12 |
DE19881421D2 (en) | 1999-10-28 |
DE59809356D1 (en) | 2003-09-25 |
EA200000257A1 (en) | 2000-12-25 |
IL135136A0 (en) | 2001-05-20 |
BR9812554A (en) | 2000-07-25 |
NZ503628A (en) | 2003-05-30 |
AP2000001794A0 (en) | 2000-06-30 |
JP2001518592A (en) | 2001-10-16 |
WO1999017011A1 (en) | 1999-04-08 |
CN1273623A (en) | 2000-11-15 |
AU1223599A (en) | 1999-04-23 |
US6470679B1 (en) | 2002-10-29 |
KR20010082498A (en) | 2001-08-30 |
CA2304570A1 (en) | 1999-04-08 |
AU753000B2 (en) | 2002-10-03 |
ATE247773T1 (en) | 2003-09-15 |
TR200001624T2 (en) | 2000-10-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1017933B1 (en) | Method and device for entropy transfer with a thermodynamic cyclic process | |
DE102005013287B3 (en) | Heat engine | |
EP3390785B1 (en) | Constant-pressure multi-compartment vessel, thermodynamic energy converter and operating method | |
DE69735104T2 (en) | THERMAL-HYDRAULIC ENGINE | |
DE2109891B2 (en) | Thermodynamic machine as a cooling machine or heat engine | |
DE1933159B2 (en) | Piston machine operating according to the starting process | |
EP0570731B1 (en) | Stirling engine with heat exchanger | |
CH629573A5 (en) | THERMALLY DRIVEN FREE PISTON COMPRESSOR. | |
DE2432508A1 (en) | METHOD AND MACHINE FOR COOL TEA | |
EP1454051B1 (en) | Thermohydrodynamic power amplifier | |
DE3500124A1 (en) | Decentral supply unit operated by external heat supply for the alternative and combined generation of electrical energy, heat and cold | |
DE102008004075B4 (en) | Stirling engine | |
DE60018933T2 (en) | EXCELLENT INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
DE10319806A1 (en) | Stirling engine, e.g. for obtaining energy from sunlight or regenerative or fossil fuels has a large surface heat exchanger in both the expansion and compression cylinders and does not require a regenerator | |
WO2011131373A1 (en) | Heat engine with an isochoric-isobaric cyclic process | |
DE4216132C2 (en) | Compression heat pump | |
WO2016162839A1 (en) | Processing system for recovering heat, and a method for operating same | |
DE112016001342T5 (en) | Stirling engine and method of using a Stirling engine | |
DE19742677A1 (en) | Entropy transformation method using solar or thermal energy | |
WO1996001363A1 (en) | Low-temperature engine | |
WO2017197536A1 (en) | Process system for recovering heat, and a method for operating same | |
EP1509690B1 (en) | Method and device for converting thermal energy into kinetic energy | |
DE19742660A1 (en) | Entropy transfer with thermodynamic cyclic process | |
DE102008048639B4 (en) | Heat engine and method of operating the same | |
DE4213369A1 (en) | Heat power machine with external combustion - uses rotating compressor in each of two hollow cylindrical sections fillable with gaseous medium |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
17P | Request for examination filed |
Effective date: 20000419 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE |
|
AX | Request for extension of the european patent |
Free format text: AL PAYMENT 20000410;LT PAYMENT 20000410;LV PAYMENT 20000410;MK PAYMENT 20000410;RO PAYMENT 20000410;SI PAYMENT 20000410 |
|
GRAG | Despatch of communication of intention to grant |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA |
|
17Q | First examination report despatched |
Effective date: 20010411 |
|
GRAG | Despatch of communication of intention to grant |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA |
|
GRAG | Despatch of communication of intention to grant |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA |
|
GRAH | Despatch of communication of intention to grant a patent |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA |
|
RAP1 | Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred) |
Owner name: SOLISOLAR ENERGY GMBH |
|
RIN1 | Information on inventor provided before grant (corrected) |
Inventor name: ERTLE, THOMAS |
|
GRAG | Despatch of communication of intention to grant |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA |
|
GRAH | Despatch of communication of intention to grant a patent |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA |
|
GRAS | Grant fee paid |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3 |
|
GRAA | (expected) grant |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210 |
|
AK | Designated contracting states |
Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE |
|
AX | Request for extension of the european patent |
Extension state: AL LT LV MK RO SI |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: NL Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20030820 Ref country code: IT Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT;WARNING: LAPSES OF ITALIAN PATENTS WITH EFFECTIVE DATE BEFORE 2007 MAY HAVE OCCURRED AT ANY TIME BEFORE 2007. THE CORRECT EFFECTIVE DATE MAY BE DIFFERENT FROM THE ONE RECORDED. Effective date: 20030820 Ref country code: IE Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20030820 Ref country code: GB Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20030820 Ref country code: FR Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20030820 Ref country code: FI Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20030820 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: GB Ref legal event code: FG4D Free format text: NOT ENGLISH |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: CH Ref legal event code: EP |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: IE Ref legal event code: FG4D Free format text: GERMAN |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: LU Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20030923 Ref country code: CY Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20030923 |
|
REF | Corresponds to: |
Ref document number: 59809356 Country of ref document: DE Date of ref document: 20030925 Kind code of ref document: P |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: MC Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20030930 Ref country code: BE Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20030930 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: SE Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20031120 Ref country code: GR Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20031120 Ref country code: DK Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20031120 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: ES Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20031201 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: PT Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20040120 |
|
LTIE | Lt: invalidation of european patent or patent extension |
Effective date: 20030820 |
|
NLV1 | Nl: lapsed or annulled due to failure to fulfill the requirements of art. 29p and 29m of the patents act | ||
GBV | Gb: ep patent (uk) treated as always having been void in accordance with gb section 77(7)/1977 [no translation filed] |
Effective date: 20030820 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: IE Ref legal event code: FD4D |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: DE Payment date: 20040330 Year of fee payment: 6 |
|
BERE | Be: lapsed |
Owner name: *SOLISOLAR ENERGY G.M.B.H. Effective date: 20030930 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: CH Payment date: 20040331 Year of fee payment: 6 |
|
PLBE | No opposition filed within time limit |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT |
|
26N | No opposition filed |
Effective date: 20040524 |
|
EN | Fr: translation not filed | ||
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: AT Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20040923 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: LI Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20040930 Ref country code: CH Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20040930 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: AT Payment date: 20040930 Year of fee payment: 6 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: DE Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20050401 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: CH Ref legal event code: PL |