JP2008528863A5

JP2008528863A5 -

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Publication number: JP2008528863A5
Application number: JP2007552588A
Authority: JP
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2009-03-26

Claims

密封された作動気体の２段階の温度レベルの間で起こる４つの状態変化、すなわち、１）定容加熱、２）等温膨張、３）定容冷却、４）等温圧縮によって仕事を行う熱機関であって、
少なくとも３個の熱交換器（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）を備え、熱機関は、各熱交換器毎に作動シリンダ（２）に連結する一つの連結部、特に一つの連結パイプ（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）を有し、各連結部はバルブ（５Ａ，５Ｂ，５Ｃ）を備え、熱交換器（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）は交互に加熱媒体流と冷却媒体流とによって封入されることを特徴とする熱機関。
熱交換器（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）、連結パイプ（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）及び作動シリンダ（２）が作動気体で満たされ、作動シリンダ（２）内に位置する自由移動ピストン（３）が作動気体の膨張及び圧縮によって仕事を行う請求項１に記載の熱機関。
作動気体は第１の熱交換器（１Ａ）内で外部熱源によって上限温度レベルまで加熱され、連携している第１のバルブ（５Ａ）を開くことによって、前記気体が作動シリンダ（２）まで膨張していき連続して熱供給する間、作動シリンダ内で仕事を行い、
膨張行程を終了した後に前記バルブ（５Ａ）を再び閉じて、バルブ（５Ａ）が閉じられている間、外部熱源によって第１熱交換器（１Ａ）は下限温度レベルまで引き続き冷却される請求項１または２に記載の熱機関。
作動気体は、第１熱交換器の隣に系統的に配置された第２の別の熱交換器（１Ｂ）内で下限温度まで冷却され、
第２のバルブ（５Ｂ）を開いた後、熱交換器（１Ｂ）への熱移動を伴いながら作動気体は圧縮され、
膨張した作動気体は作動シリンダ（２）から第２の熱交換器（１Ｂ）へ流れ、再び作動ピストン（３）によって仕事を行い、
熱交換器（１Ｂ）内の圧縮行程の膨張の際に、熱交換器（１Ｂ）に割り当てられた第２のバルブ（５Ｂ）は閉じられ、第２のバルブ（５Ｂ）を閉じた状態で熱交換器（１Ｂ）は次のプロセスにおいて上限温度レベルまで加熱される請求項１から３のいずれか１項に記載の熱機関。
第３の熱交換器（１Ｃ）内で作動気体が外部熱源により上限温度レベルまで加熱され、熱交換器（１Ｃ）に割り当てられた第３のバルブ（５Ｃ）を開いた後、作動気体は熱供給を同時に伴いながら膨張し、
圧縮された作動気体は第３の熱交換器（１Ｃ）から作動シリンダ（２）の方に流れ仕事を行い、第３の熱交換器（１Ｃ）は、第３のバルブ（５Ｃ）を閉じた状態で外部熱源によって下限温度レベルまで続いて冷却される請求項１から４のいずれか１項に記載の熱機関。
第１の熱交換器（１Ａ）内に封入された作動気体は下限温度レベルまで冷却され、第１の熱交換器（１Ａ）に割り当てられた第１のバルブ（５Ａ）を開くことにより圧縮され、第１の熱交換器（１Ａ）の圧縮行程の間、熱は放出され、
圧縮により作動シリンダ（２）内で仕事がなされ、第１のバルブ（５Ａ）を閉じた後、第１の熱交換器（１Ａ）が再び加熱され、
第２のバルブ（５Ｂ）を同様に開くことにより、作動流体は、加熱された第２の熱交換器（１Ｂ）から外に膨張し、次にしばらく冷却された第３の熱交換器（１Ｃ）内の圧縮が続く請求項１から５のいずれか１項に記載の熱機関。
バルブ（５Ａ，５Ｂ，５Ｃ）は、カムシャフト（６）、電気的駆動またはこれと同等なバルブアクチュエータ（６）によって特定の順序で特定の周期運動で開いたり閉じたりする請求項１から６のいずれか１項に記載の熱機関。
作動ピストン（３）は仕事を伝達するために永久磁石または励磁磁石（７）によって磁性化され、作動シリンダ（２）には、作動ピストン（３）の動きによって発電されるように、すなわちピストン（３）の仕事が直接的に電力に転換されるように、電気コイル（８）が取付けられる請求項２から７のいずれか１項に記載の熱機関。
奇数個からなる熱交換器を有し、これらの熱交換器は、連結パイプ（４）及びバルブ（５）によって共通の作動シリンダ（２）に連結する請求項１に記載の熱機関。
同数の奇数個の熱交換器（１）を有し、バルブ（５）及び連結部すなわち連結パイプ（４）が作動シリンダ（２）の両側に接続し、
作動シリンダの両側のサイクルの期間は同一であり、両側に配置されたバルブ（５）は一方側では圧縮が起こり、同時にもう一方側では膨張がおこるように起動する請求項１から９のいずれか１項に記載の熱機関。
作動気体が使用され、選択圧力に応じて沸点が下限温度レベルと上限温度レベルの間にくるようにし、凝縮が定容放熱と圧縮の間に起こり、蒸発が定容加熱と膨張の間に起こる請求項１０に記載の熱機関。
全ての熱交換器１が作動シリンダ（２）の縦軸（長手軸）の回りに星形状に配置され、連結パイプ（４）は交互に作動シリンダ（２）の両側に接続し、
熱交換器（１）は、剛に作動シリンダ（２）に連結して作動シリンダと共に共通の縦軸（長手軸）の回りを回転し、各熱交換器（１）は回転の半分は冷却媒体にさらされ、残りの半分は加熱媒体にさらされる請求項１０に記載の熱機関。
熱交換器（１）は、平らな構造を有しディスクセグメントの形状であり、輻射熱アブソーバを提供し、ディスクを形成するように作動シリンダ（２）の縦軸（長手軸）の回りに配列されており、
輻射熱吸収面を備え、得られた熱を環境に再び戻す必要があるため、対流により冷却を行うように構成され、
熱交換器（１）、連結パイプ（４）及びバルブ（５）は、作動シリンダ（２）に剛に連結し、共通の中心軸の回りを作動シリンダとともに回転する請求項１２に記載の熱機関。
熱交換器（１）の半分は輻射熱にさらされ、一方熱交換器（１）の残りの半分は遮蔽されている請求項１３に記載の熱機関。
遮蔽要素は異なる層からなり、輻射源に面する部分は反射面（２３）（例えば、鏡）とカバー層（２４）の下側及び反対側にある灰色または暗色面の断熱層（２１）とを有し、カバー層は、遮蔽された後に熱交換器（１）の輻射熱を吸収し、対流による熱の除去に貢献する請求項１３に記載の熱機関。
輻射熱にさらされる熱交換器（１）は、対流と輻射による熱損失に対してカバーで保護され、
前記カバーは、正面側（輻射源に面する）にガラス（１９）と多層（２０から２２）になっている側壁及び後壁とから構成され、
層（２２）に面する熱交換器（１）に面するカバーの内部は、カーブして反射し、中間層（２１）は断熱層であり、外側層（２０）は囲み層である請求項１３に記載の熱機関。
熱交換器（１）は、アブソーバ環の中心の回りを回転し、それによって各熱交換器（１）は交互に遮蔽部とカバー部を通過し、
熱交換器は、環境に熱を運ぶことによって、交互に、輻射によって加熱されたり、遮蔽されている間に冷却されたりする請求項１３に記載の熱機関。
作動シリンダ（２）の一方側と他方側にそれぞれ奇数個の熱交換器（１）が交互に接続している請求項１０から１３に記載の熱機関。
外部熱源を利用し、封入された作動気体を有し交互に冷却されたり加熱されたりする少なくとも３個の熱交換器（１）であって、
各熱交換器（１）における熱力学的状態変化は、作動シリンダ（２）、バルブアクチュエータ（５）（６）に関連し、ａ）定容加熱、ｂ）等温膨張、ｃ）定容冷却、ｄ）等温圧縮であり、
連続的に続く状態変化、膨張と圧縮が同一の作動気体では起こらず、
加熱された熱交換器（１）から作動シリンダ（２）の方向に膨張した後、冷却された別の熱交換器（１）内で圧縮が起こり、加熱行程／冷却行程に応じて、膨張と圧縮は、各熱交換器（１）と作動シリンダ（２）の間にあるバルブによって行われることを特徴とする熱機関。
少なくとも３個以上の閉熱交換器（１）を備え、かかる熱機関は作動シリンダ（２）及び作動ピストン（３）とともに仕事を行い、
作動シリンダ（２）及び作動ピストン（３）を備えた各熱交換器（１）内でスターリングサイクルが起こり、作動ピストン（３）は順次別の熱交換器（１）に向かって変位する熱機関。
熱交換器（１）は作動流体を提供する閉スペースを形成し、さらに閉スペースは作動流体と環境との間の熱交換を最適化するように設計され、断熱層（２５）が熱交換器（１）の一部とその他の部分の間に挿入されており、熱交換器（１）の一部は、断熱層（２５）によってその他の部分と熱的に分離（ディカップリング）され、
熱交換器（１）の一部は冷却され、熱交換器（１）のその他の部分は加熱され、
必要に応じて熱交換器（１）の密閉空間を２つの空間に分割するために冷却部分と加熱部分の間に機械的閉鎖装置（２６）を挿入し、
熱交換器（１）の加熱部分の壁部にある連結開口は、作動流体が中に入ったり外に出たりすることができる場所に存在する請求項１９に記載の熱機関。
星形状で作動シリンダ（２）の回りに対称的に配置され作動シリンダに剛に連結したいくつかの熱交換器（１）を有し、
作動ガスが熱交換器と作動シリンダとの間で交換されるように、熱交換器（１）の連結開口は作動シリンダ（２）と連結部または連結パイプ４によって接続し、
熱交換器（１）の半分は作動シリンダ（２）に面する側についており、残りの半分の熱交換器はその反対側についており、
常に一つの熱交換器（１）が交互に一方側に接続し、次の熱交換器（１）は他方側に接続しており、
バルブ（５）は熱交換器（１）と作動シリンダ（２）との連結部（４）にあり、
バルブは、請求項２にあるように、バルブアクチュエータ（６）によって開いたり閉じたりするように操作され、
作動シリンダ（２）、熱交換器（１）、連結パイプ（４）およびバルブ（５）は、作動シリンダ（２）の縦軸（長手軸）の回りを回転しロータを描く請求項２１に記載の熱機関。
定容冷却及び圧縮であるときに凝縮が起こり、定容加熱及び膨張であるときに蒸発が起こるように、選択圧力によって低い方の温度レベルと高い方の温度レベルとの間に沸点がくる作動気体を使用する請求項２２に記載の熱機関。
熱交換器（１）の冷却された部分は、外側であり、加熱された部分は内側（作動シリンダ（２）に向かって）であり、
（熱交換器（１）、作動シリンダ（２）、ピストン（３）、連結パイプ（４）及びバルブ（５）からなる）ロータが回転している間、半分幅の冷却部分は冷却媒体によって冷却され、残りの半分の加熱部分は加熱される請求項２２に記載の熱機関。
各熱交換器（１）と作動シリンダ（２）との間で、一度は冷却行程の間に、もう一度は加熱行程の間に、ロータの一回転の間に２回、開いたり閉じたりするバルブ（５）を有する請求項２２に記載の熱機関。
加熱行程が完了した直後の一区分内で熱交換器（１）の冷却部分を加熱するために、冷却行程が完了した直後の一区分内で加熱部分を加熱する間、冷却部分での凝縮を最小化するために、熱交換器（１）の加熱部分の材質の内部熱を加熱媒体及び冷却媒体の循環によって利用する請求項２１から２５のいずれか１項に記載の熱機関。
作動シリンダ（２）とピストン（３）は用いずに、
全熱交換器（１）のバルブ（５）が唯一のバルブアクチュエータ（６）で駆動され、
熱交換器に付いたバルブ（５）を開くことにより、仕事を行うためにガスの二つの圧力レベルの圧力の差を利用した回転原動機に熱交換器（１）を接続し、
回転原動機の高圧側の接続部内で膨張が起こり、低圧側の接続部内で圧縮が起こり、
回転原動機の回転エネルギーの一部は、本熱機関の駆動力として伝達することによって利用される請求項２１から２６のいずれか１項に記載の熱機関。
少なくとも３以上の閉じた熱交換器（１）を有し、共通の作動シリンダ（２）及び作動ピストン（３）で共に仕事を行い、
クラウジウス−ランキンと同様のサイクルと複合した独自のスターリングサイクルが作動シリンダ（２）と作動ピストン（３）を備える各熱交換器（１）で起こり、他の熱交換器（１）に向かって変位する請求項２１から２５のいずれか１項に記載の熱機関。
サイクルの以下のような状態変化
１．定容冷却、
２．等圧凝縮
３．等温圧縮
４．定容加熱
５．等圧蒸発
６．等温膨張
に基づく衝撃力を有する請求項２１から２５のいずれか１項に記載の熱機関。
請求項１から請求項２９のいずれか１項に記載された熱機関（Ａ）が直列に複数配列され、
燃焼過程で生じる排ガス（３０）からなる加熱媒体（３０）は個々の熱機関（Ａ）をカスケードのように続いて通過し、
熱機関（ＡｎからＡ１）の熱交換器（１）を通過する間に加熱媒体（３０）の温度は減少し、
大気または他の空気からなる冷却媒体（２２）は、逆方向に逆の順序で同じ熱機関（Ａ１からＡｎ）をカスケードのように通過し、
熱機関（Ａ）の熱交換器（１）を通過する間に冷却媒体温度は増加し、
加熱媒体と冷却媒体の温度差はほぼ一定であり、各熱機関（Ａ）は仕事を行い、それによって発電を行い、
冷却媒体は、最後の熱機関（Ａｎ）のカスケードを出たあと燃焼過程における燃焼用空気（２２）として利用され、
加熱媒体（３０）は、加熱目的のためまたは他の熱消費のため最後の熱機関（Ａ１）のカスケードを出たあと利用されることを特徴とする熱交換型パワープラント。
燃焼過程を有しない請求項３０に記載のパワープラントと熱プラントの熱・パワー複合プラントであって、他の過程からでた加熱媒体を利用する熱・パワー複合プラント。
請求項３０に記載のパワープラントと熱プラントの熱・パワー複合プラントであって、請求項１から請求項２９のいずれかに記載された種々の異なる熱機関（Ａ）が用いられる熱・パワー複合プラント。
請求項１から３２のいずれか１項に記載された任意の数の熱機関によって電力が生成され、
熱機関（Ａ）は直列に配置され、冷却媒体（２２）と加熱媒体（３０）が逆流式に熱機関を通り、
最後の熱機関を出たあと加熱された冷却媒体は燃焼用空気として利用され、
冷却媒体と逆方向で最後の熱機関（Ａ）を出た加熱媒体は、さらに加熱の目的のためにまたは他の熱消費で使用されることを特徴とする熱移動を伴うパワープラント。