JP7473119B2 - 熱サイクルを実現するように構成された熱機械及びかかる熱機械によって熱サイクルを実現する方法 - Google Patents
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Description
エリクソン「熱空気」機関の第1の設計及び生産は、1826年に行われ、最初は再生なしで、総合効率はそれほど大きくなかった。
閉回路で動作する往復運動機関の使用を特徴とするエリクソンサイクルが、図4に概略的に表されており、以下の主要な構成要素から構成される。
E 膨張シリンダ
E1~E2 膨張シリンダ入口放出弁
R 熱交換器/レキュペレータ
K 熱交換器/シンク
C 圧縮シリンダ
C1~C2 圧縮シリンダ入口放出弁
H 「熱流体」加熱器。
シリンダC内で、まずピストンの下降運動の結果、バルブC1を通過している熱流体(温度T1)が吸引され、次いでピストンの上昇運動の結果、所定の比に対応する最大値に到達するまで圧縮される。
圧縮された熱流体は次いで、バルブC2を通過し、シリンダCから出る(温度T2)。
熱流体は次いで、レキュペレータR内へ進み、熱を受け取って加熱される(温度T2’まで)。
熱流体は次いで、加熱器H内へ進み、熱を受け取ってさらに加熱される(温度T3まで)。
熱流体は次いで、バルブE1を通過してシリンダEに入り、膨張によってピストンの下降運動をもたらし、有用な仕事を生み出す。
すでに膨張した熱流体は、ピストンの上昇運動の結果、次いでシリンダから放出され、バルブE2を通過する(低減された温度T4)。
熱流体は次いで、レキュペレータRを通過して熱を引き渡す(低減された温度T4’に到達するまで)。
熱流体は次いで、シンクKを通過してさらに熱を引き渡し(温度T1に到達するまで)、前のサイクルに完全に同一の新しいサイクルをそこから開始することができる。
閉回路で動作する連続回転運動を伴うターボ機械の使用を特徴とするジュールサイクルが、図5に概略的に表されており、以下の主要な構成要素から構成される。
E 膨張タービン
R 熱交換器/レキュペレータ
K 熱交換器/シンク
C 圧縮タービン
H 「熱流体」加熱器。
タービンCの高速回転運動の結果、熱流体(温度T1)が吸引され、所定の最大値まで圧縮される。
圧縮された熱流体は次いで、タービンCから出る(温度T2)。
熱流体は次いで、レキュペレータR内へ進み、熱を受け取って加熱される(温度T2’まで)。
熱流体は次いで、加熱器H内へ進み、熱を受け取ってさらに加熱される(温度T3まで)。
熱流体は次いで、タービンEに入り、膨張によってタービン自体の回転運動をもたらし、有用な仕事を生み出す。
すでに膨張した熱流体は次いで、タービンEから放出される(低減された温度T4)。
熱流体は次いで、レキュペレータRを通過して熱を引き渡す(低減された温度T4’に到達するまで)。
熱流体は次いで、シンクKを通過してさらに熱を引き渡し(温度T1に到達するまで)、サイクルを終了する。
全体的に、多様な熱力学サイクルによって機能する様々な熱機械が開発されており、まだ実験段階にあるものもある。
機械的に複雑で騒音が大きく、特に汚染性があり、相当な保守を必要とする往復内燃機関。
より低汚染性であるが、良好な総合効率を有するために低速で動作する必要があり(交番流再生器の使用によって課される制限)、したがって非常に重くて煩雑であるスターリングエンジン。
特に汚染性があることに加えて、小型の適用分野では経済的に競争力がないガスタービン。
特定のサイズの蒸気生成器を使用する必要を所与として、固定式コジェネレーションの適用分野のみで強い競争力がある可能性があるが、小型の移動の適用分野でも有益に使用するためにはさらなる技術革新を必要とする、ランキン又はランキン-ヒルンサイクルを使用するエキスパンダ。
この状況において、本出願人は、熱空気及び水蒸気を使用する革新的な複合熱サイクルによって動作することが可能であり、以てサイクル自体の段階中にエネルギーを回収することによってより大きいエネルギーを利用することが可能である、単位電力及び総合効率の大幅な増大を伴う新しい「熱機械」を提案し、周知の駆動ユニットのピストンが摺動するシリンダを潤滑させるという大きな問題をさらに解決するという目的を定めた。
摩擦及び摩耗の低減による駆動ユニットのシリンダの潤滑、並びにその結果として生じる機械効率の増大、
シリンダ内で膨張した熱流体の流量及び分子量の増大による単位電力の増大、
導入された水が凝縮され、その吸引前に空気から分離されるため、負の圧縮仕事が増大しないこと、
蒸発によって吸収される熱の量が質量単位当たり非常に大きいことによる総合効率のわずかな減少。
摩擦及び摩耗の低減による駆動ユニットのシリンダの潤滑、並びにその結果として生じる機械効率の増大、
シリンダ内で膨張した熱流体の流量及び分子量の増大による単位電力の増大、
導入された水が凝縮され、その吸引前に空気から分離されるため、負の圧縮仕事が増大しないこと、
蒸発によって吸収される熱の量が蒸発器によって実現されるエネルギーの回復によって補償されることによる総合効率の増大。
摩擦及び摩耗の低減による駆動ユニットのシリンダの潤滑、並びにその結果として生じる機械効率の増大、
シリンダ内で膨張した熱流体の流量、分子量、及びエンタルピーの増大による単位電力のさらなる増大、
導入された水が凝縮され、その吸引前に空気から分離されるため、負の圧縮仕事が増大しないこと、
蒸発によって吸収される熱の量が蒸発器によって実現されるエネルギーの回復及び過熱によって得られるエンタルピーの増大によって補償されることによる総合効率のさらなる増大。
駆動ユニットを備え、駆動ユニットは、
環状チャンバの境界を内部で画定し、環状チャンバの外部にある導管と流体連通している適当な寸法の入口開口又は放出開口を有する筐体であり、各入口開口又は放出開口が、環状チャンバ内に作業流体に対する膨張/圧縮経路を画定するように、隣り合う入口開口及び放出開口から角度的に隔置されている、筐体と、
前記筐体内に回転可能に設置された第1の回転体及び第2の回転体であり、2つの回転体の各々が、環状チャンバ内で摺動可能な3つのピストンを有し、回転体のうちの一方のピストンが、他方の回転体のピストンと角度的に互い違いにされ、角度的に隣り合うピストンが、6つの可変体積チャンバの境界を画定する、第1の回転体及び第2の回転体と、
前記第1及び第2の回転体に動作可能に連結された1次シャフトと、
前記第1及び第2の回転体と1次シャフトとの間に動作可能に介在し、互いに対してずれている前記第1及び第2の回転体のそれぞれの第1及び第2の周期的に可変の角速度による回転運動を、1次シャフトの一定の角速度を有する回転運動に変換するように構成された動力伝達装置であり、回転体の各々の周期的に可変の角速度で、1次シャフトの全周回転ごとに6つの変動周期を与えるように構成された動力伝達装置とを備える。
バーナの上流に位置する第1のレキュペレータであり、燃焼空気が環境から引き込まれる、第1のレキュペレータと、
駆動ユニットに付随する冷却ユニット(又は空間)と、
高温燃焼ヒュームの出口経路に沿って、バーナ及び加熱器の下流、好ましくは前記過熱器の下流に位置する第2のレキュペレータと、
前記第1のレキュペレータ、前記冷却ユニット、及び前記第2のレキュペレータを直列に連結して円形の経路を形成し、ある量の冷却流体(好ましくは水)を支える複数の冷却パイプと、
前記回路内に位置しており、冷却回路内に前記冷却流体の循環をもたらすように、前記複数の冷却パイプのうちの1つのパイプで動作可能に活動する冷却ポンプとを備える。
高温燃焼ヒュームの出口経路に沿って、バーナ及び加熱器の下流、好ましくは過熱器の下流に位置する補助レキュペレータと、
前記補助レキュペレータを通過し、1つ又は複数の補助使用、好ましくは空間加熱のためのデバイス及び/又は家庭用熱湯のための生産ユニットに連結されるように構成された複数の補助パイプと、
前記回路内に位置しており、前記補助回路内に循環をもたらすように、前記複数の補助パイプのうちの1つのパイプで動作可能に活動する補助ポンプとを備える。
熱機械を配置するステップと、
複数のステップを実施するステップとを含む。
駆動ユニットの1次シャフト及び動力伝達装置の運動を開始し、6つのピストンの運動を開始するステップと、
バーナを起動し、燃焼プロセスを開始するステップと、
熱機械内を循環している熱流体が事前に確立された最小動作状態に到達したとき、駆動ユニットは、独立して回ることを可能にするのに必要とされる仕事を生み出すステップと、
2つのピストンが互いから離れる運動後、熱流体は吸引開口を通ってチャンバ内へ吸引されるステップと、
2つのピストンが互いの方へ向かう運動後、前に吸引された熱流体がチャンバ内で圧縮され、T1’からT2への温度の上昇を受け、放出開口を通過し、補償タンクに到達するステップと、
ピストンの回転及びその結果の入口開口の開放/閉鎖によって決定される間欠性により、熱流体はタンクから流出し、再生器を通過し、そこでT2からT2’への温度の上昇を受けるステップと、
熱流体は加熱器を通過し、そこで熱エネルギーを受け取り、温度がT2”からT3へ上昇するステップと、
ピストンが入口開口を開放したとき、環状シリンダ内で回転し、過熱熱流体は、膨張チャンバへ通されて膨張し、その温度がT3からT4へ低下し、それによりピストンが回転するため、有用な仕事を生み出すステップとを含む。
タンクから蒸留水を引き込むステップと、
定量ポンプを起動し、噴射器によって所与の量の蒸留水を回路内へ導入し、以てT2’からT2”へのその結果の熱流体の温度の低下をもたらすステップとを含み、
再生器を通過するステップ後、排出熱流体が雰囲気中へ放出される。
温度T1で冷却器から出た熱流体が、パイプ内へ進み、凝縮液トラップを通過し、そこで熱流体中の水が凝縮され、空気から分離され、温度T1’でパイプ内へ進み、吸引開口を通過し、2つのピストンが互いから離れる運動後、前記第1の区分のチャンバ内へ吸引されるステップと、
高圧ポンプによって押されると、トラップによって空気から前に抽出された凝縮水は、パイプを通って進み、噴射器に到達するステップとをさらに含み、噴射器は、事前定義された量の凝縮水の噴射を空気回路内で可能にするように配置され、事前定義された量は、駆動ユニットの単位電力を増大させること及びシリンダの潤滑を確保することが可能である。
温度T1で冷却器から出た熱流体が、パイプ内へ進み、凝縮液トラップを通過し、そこで熱流体中の水が凝縮され、空気から分離され、温度T1’でパイプ内へ進み、吸引開口を通過し、2つのピストンが互いから離れる運動後、前記第1の区分のチャンバ内へ吸引されるステップと、
高圧ポンプによって押されると、トラップによって空気から前に抽出された凝縮水は、パイプを通って進み、蒸発器に到達するステップとをさらに含み、蒸発器は、凝縮水を加熱して気化させ、事前定義された量の凝縮水の噴射を空気回路内で可能にするように配置された噴射器へ送るように構成され、事前定義された量は、駆動ユニットの単位電力を増大させること及びシリンダの潤滑を確保することが可能であり、
前記蒸発器は、その低温側で、駆動ユニットの出口から放逐された排出熱流体を、入ってくる流体として受け取り、この排出熱流体から残留熱エネルギーを獲得し、それを使用して加熱器へ送るべき熱流体を予熱するように構成される。
温度T1で冷却器から出た熱流体が、パイプ内へ進み、凝縮液トラップを通過し、そこで熱流体中の水が凝縮され、空気から分離され、温度T1’でパイプ内へ進み、吸引開口を通過し、2つのピストンが互いから離れる運動後、前記第1の区分のチャンバ内へ吸引されるステップと、
高圧ポンプによって押されると、トラップによって空気から前に抽出された凝縮水は、パイプを通って進み、蒸発器に到達するステップとをさらに含み、蒸発器は、凝縮水を加熱して気化させ、過熱器へ送るように構成され、過熱器は、バーナの下流で高温燃焼ヒュームからエネルギーを抽出することによって、蒸発器から出た飽和蒸気を過熱して蒸発器へエネルギーを供給するように構成され、
前記過熱器は、過熱された気化凝縮水を噴射器へ送るように構成され、噴射器は、事前定義された量の前記過熱された気化凝縮水の噴射を空気回路内で可能にするように配置され、事前定義された量は、駆動ユニットの単位電力をさらに増大させること、総合効率を増大させること、及びシリンダの潤滑を確保することが可能であり、
前記蒸発器は、その低温側で、駆動ユニットの出口から放逐された排出熱流体を、入ってくる流体として受け取り、この排出熱流体から残留熱エネルギーを獲得し、それを使用して加熱器へ送るべき熱流体を予熱するように構成される。
冷却回路を配置するステップであって、冷却回路が、
バーナの上流にある第1のレキュペレータであり、燃焼空気が環境から引き込まれる、第1のレキュペレータ、
駆動ユニットに付随する冷却ユニット(又は空間)、
高温燃焼ヒュームの出口経路に沿って、バーナ及び加熱器の下流、好ましくは前記過熱器の下流に位置する第2のレキュペレータ、
前記第1のレキュペレータ、前記冷却ユニット(又は空間)、及び前記第2のレキュペレータを直列に連結して、円形の経路を形成し、ある量の冷却流体(好ましくは水)を支える複数の冷却パイプ、
前記回路内に位置しており、冷却回路内に前記冷却流体の循環をもたらすように、前記複数の冷却パイプのうちの1つのパイプで動作可能に活動する冷却ポンプを備える、配置するステップと、
以下のステップを実施するステップであって、
前記第1のレキュペレータによって、前記燃焼空気へ熱エネルギーを引き渡すことによって、冷却流体を冷却するステップ、
前記冷却ユニットによって、駆動ユニットから冷却流体への熱エネルギーの伝達によって駆動ユニットを冷却するステップであり、冷却流体が温度の上昇を受ける、冷却するステップ、
前記第2のレキュペレータによって、高温燃焼ヒュームから熱エネルギーを獲得することによって、前記冷却流体を加熱するステップを含む、実施するステップとをさらに含む。
補助流体回路を配置するステップであって、補助流体回路が、
高温燃焼ヒュームの出口経路に沿って、バーナ及び加熱器の下流、好ましくは前記過熱器の下流に位置する補助レキュペレータ、
前記補助レキュペレータを通過し、1つ又は複数の補助使用、好ましくは空間加熱のためのデバイス及び/又は家庭用熱湯のための生産ユニットに連結されるように構成された複数の補助パイプ、
前記回路内に位置しており、前記補助回路内に循環をもたらすように、前記複数の補助パイプのうちの1つのパイプで動作可能に活動する補助ポンプを備える、配置するステップと、
以下のステップを実施するステップであって、
前記補助レキュペレータによって、燃焼ヒュームから可能な限り多くのエネルギーを回収するステップ、
前記補助回路内を循環している流体へ前記エネルギーを伝達するステップ、
補助使用のための前記エネルギーを用意するステップを含む。
トロイダルシリンダ(又は環状シリンダ)を画定する内部空洞を装備した筐体によって形成されたエンジンブロックと、
トロイダルシリンダ(又は環状シリンダ)内に回転可能に収容されたピストンの2つのトライアドであり、各トライアドがそれぞれの駆動回転体に連結され、2つのトライアドのピストンが互いに交互に入れ替わる、2つのトライアドと、
特有のケース内に収容された4つの3ローブギアの列を有し、ピストンの2つのトライアドとの間で運動を伝達するように構成及び設計された3軸動力伝達装置であって、1次シャフト(又は駆動シャフト)、第1の2次シャフト、及び第2の2次シャフトを備え、各2次シャフトが駆動回転体を介してピストンのそれぞれのトライアドに連結される、動力伝達装置と、
それぞれ第1及び第2の補助シャフトに連結され、筐体内に回転可能に設置された第1の回転体及び第2の回転体であり、2つの回転体の各々が、互いから120°角度的にずれて環状チャンバ内で摺動可能な3つのピストンと機械的に一体であり、回転体の一方のピストンが、他方の回転体のピストンと角度的に互い違いにされ、したがって角度的に隣り合うピストンが、作製された6つの可変体積チャンバの各々を形成し、その境界を画定する、第1の回転体及び第2の回転体とから実質上構成される。
第1の回転体が取り付けられた第1の補助シャフトと、
第2の回転体が取り付けられた第2の補助シャフトと、
1次シャフトへ係止され、互いから60°の角度だけ角度的にずれている第1の3ローブギア及び第2の3ローブギアと、
第1の補助シャフトへ係止された第3の3ローブギアと、
第2の補助シャフトへ係止された第4の3ローブギアとを備え、
第1の3ローブギアは、第3の3ローブギアと機能的に動作し、第2の3ローブギアは、第4の3ローブギアと機能的に動作する。
リサイクル不可の蒸留水の噴射によって熱流体(通常は空気)が補完され、その主目的が、ピストンが摺動するシリンダの潤滑及び駆動ユニットの単位電力の増大である、新しい「開」動作サイクルに関する第1の機能的構成(図6参照)、
凝縮水の噴射によって熱流体(通常は空気)が補完され、その主目的が、ピストンが摺動するシリンダの潤滑及び駆動ユニットの単位電力の増大である、新しい「閉」動作サイクルに関する第2の機能的構成(図7参照)、
飽和水蒸気の噴射によって熱流体(通常は空気)が補完され、ピストンが摺動するシリンダの潤滑及び駆動ユニットの単位電力の増大に加えて、熱サイクルの総合効率の改善も可能にする、新しい「閉」動作サイクルに関する第3の機能的構成(図8参照)、
過熱水蒸気の噴射によって熱流体(通常は空気)が補完され、ピストンが摺動するシリンダの潤滑及び駆動ユニットの単位電力の大幅な増大に加えて、熱サイクルの総合効率の大幅な改善も可能にする、新しい「閉」動作サイクルに関する第4の機能的構成(図11参照)、
過熱水蒸気の噴射によって熱流体(通常は空気)が補完され、ピストンが摺動するシリンダの潤滑及び駆動ユニットの単位電力の大幅な増大に加えて、熱サイクルの総合効率の大幅な改善を可能にし、循環している流体の熱エネルギーの完全な回復も可能にする、新しい「閉」動作サイクルに関する第5の機能的構成(図12参照)。
循環している熱流体から熱を抽出して熱流体を冷却し、次いでユニット(1)内で吸引/圧縮される空気の質量を増大させるように構成された「冷却器」(43)と、
循環熱流体を「圧縮」及び「膨張」させる機能を有する4つ又は6つのピストンを含む「駆動ユニット」(1)と、
圧縮熱流体の「脈動」循環を最適化するように採用された好適な逆止め弁を装備した「補償タンク」(44)と、
ユニット(1)から放逐された排出熱流体から熱を抽出して、次いで加熱される熱流体を予熱するように構成された「再生器」(42)と、
凝縮水を蒸気に変換し、再生器(42)をすでに通過した排出熱流体からさらなるエネルギーを抽出するように構成された「蒸発器」(95)と、
高温燃焼ヒュームからエネルギーを抽出することによって、「蒸発器」(95)から出た飽和蒸気を過熱して飽和蒸気にエネルギーを提供することが可能であり、熱サイクルに相当な利点を有する「過熱器」(96)と、
循環熱流体を加熱して、仕事を生み出す後の能動膨張ステップに必要な熱エネルギーを循環熱流体に提供するという目的を有する「加熱器」(41)と、
循環している水蒸気を凝縮し、連続モードで再利用することを可能にするように構成された放出器/分離器(93)と、
凝縮水を再循環させるように構成された高圧ポンプ(94)と、
回路内への過熱蒸気の導入に最善の状態をもたらすように構成された「噴射器」(97)と、
駆動ユニット(1)を理想的な動作温度で維持し、雰囲気への放出前に燃焼ヒュームからさらなるエネルギーを回収するように構成された「交換器」(98)、ポンプ(99)、第1の「レキュペレータ」(100)、第2のレキュペレータ(101)とを備える。
図1、図2a、図2b、図3を参照すると、(1)は、その全体として、好ましくは熱空気及び水蒸気によって動作する新しい「脈動熱サイクル」内で「圧縮器/エキスパンダ」として用いられる「駆動ユニット」を示す。
単独のジュール-エリクソンサイクル及び単独の「駆動ユニット」と比較すると、この構成によって導入される新規性は、「複合」動作サイクルの実現に関し、熱流体は、空気及び水の混合物(蒸気に変換される)であり、これは、総合効率のわずかな減少にもかかわらず、シリンダ(ピストンが摺動する)の潤滑を確保し、より高い単位電力を得ることを可能にする。
まず、すべての制御及び調節デバイスが特有の補助電気ライン(図示せず)を介して電力供給されることに留意して、熱機械121の開始が以下のように行われる。
1次シャフト17(図2bに見られる)及び6つのピストン7a、7b、7c、9a、9b、9cを動かす伝達システム全体が、スタータモータを介して回転を開始し、したがってサイクルの開始のための準備状態を生じさせる。
蒸留水97bを計量する定量ポンプが起動される。
ファン92が起動される。
調節弁91(燃料Fの噴射を制御する)に作用することによってバーナ40が起動され、燃焼プロセスが開始される。
循環熱流体が所定の最小動作状態に到達したとき、駆動ユニット1は、自立的に動作することができるように必要な仕事を生み出すことが可能である。
温度T1’で環境から吸引された空気は、パイプ93内へ進み、吸引開口15’’’を通過し、2つのピストン9c-7cが互いから離れる運動後、チャンバ13’’’内へ吸引される。
2つのピストン7c-9aが互いの方へ向かう運動後、前に吸引された空気がチャンバ14’’’内で圧縮され(通常は最小比1:4及び最大比1:20によって事前設定される限界まで)、T1’からT2への温度の上昇を受け、放出開口16’’’、パイプ44’、及び逆止め弁44aを通過し、補償タンク44内で終了し、そこで即時使用のために利用可能なままである。
ピストンの回転及びその結果の入口開口15’、15”の開放/閉鎖によって決定される間欠性により、空気はタンク44から流出し、パイプ44”及び逆止め弁44bを通過し、パイプ44’’’を通って進み、再生器42内へ進む(そこでT2からT2’への温度の上昇を受ける)。
再生器42から出た空気は、パイプ42’を通って進み、逆止め弁42aを通過し、パイプ42’’’内へ進む。
混合された熱流体は、パイプ97’を通って進み、加熱器41(燃焼チャンバ40Aに隣り合い、多燃料バーナ40を装備する)を通過し、そこで熱エネルギーを受け取り、T2”からT3へ温度を上昇させる。
ピストン7a-7bが、環状シリンダ内で矢印によって示す運動方向に回転することによって、入口開口15’~15”を開放したとき、パイプ41’、41”、41’’’を流れている過熱熱流体は、膨張チャンバ13’及び13”内へ導入され、そこで膨張し(T3からT4へ温度が低下する)、ピストンを回転させることによって、有用な仕事を生み出す。
ピストン7a-9b及び7b-9cが互いの方へ向かう運動後、チャンバ14’及び14”の体積が減少し、排出熱流体(前のサイクルですでに膨張している)が駆動ユニット1から放逐されて、2つの放出開口16’、16”を通過し、パイプ45’、45”、45’’’を通って流れ、再生器42を通過し(そこで依然として保持していた熱エネルギーの一部を引き渡し、T4からT4’への温度の低下を受ける)、次いでパイプ42”を通過する際、雰囲気中へ放出され、したがって熱サイクルが終了する。
熱機械に対して想定される機能は、補助使用(空間の加熱及び/又は家庭用熱湯の生産など)向けの熱エネルギーを提供することでもあると考えて、高温ヒュームが雰囲気中へ(導管102を通って)放出される前に、温度を可能な限り低下させることによって、残留エネルギーはすべて回収される(可能な凝縮によってさらなるエネルギーを回収することも可能である)。この目的を実現するために、特有の流体回路が使用され、以下の運搬モードが採用され、補助使用103からの入ってくる熱流体(通常は水)が、パイプ103’内へ進み、循環ポンプ104によって押されると、パイプ104’内へ進み、低い温度Tfでレキュペレータ101に到達し、次いでレキュペレータ101を通過する際、Th7からTh2へのヒュームSの温度の低下により、熱エネルギーを獲得し、より高温Tgまで加熱され、パイプ101’を介して、補助使用130及び所期の目的に利用可能になる。
単独のジュール-エリクソンサイクル及び単独の「駆動ユニット」と比較すると、この構成によって導入される新規性は、「複合」動作サイクルの実現に関し、熱流体は、空気及び水の混合物(蒸気に変換される)であり、これは、総合効率のわずかな減少にもかかわらず、シリンダ(ピストンが摺動する)の潤滑を確保し、より高い単位電力を得ることを可能にする。
まず、すべての制御及び調節デバイスが特有の補助電気ライン(図示せず)を介して電力供給されることに留意して、熱機械121の開始が以下のように行われる。
1次シャフト17(図2bに見られる)及び6つのピストン7a、7b、7c、9a、9b、9cを動かす伝達システム全体が、スタータモータを介して回転を開始し、したがってサイクルの開始のための準備状態を生じさせる。
凝縮水ポンプ94が起動される。
ファン92が起動される。
調節弁91(燃料Fの噴射を制御する)に作用することによってバーナ40が起動され、燃焼プロセスが開始される。
循環熱流体が所定の最小動作状態に到達したとき、駆動ユニット1は、自立的に動作することができるように必要な仕事を生み出すことが可能である。
温度T1で冷却器43から出た熱流体は、パイプ43’内へ進み、凝縮液トラップ93を通過し(そこで熱流体中の水が凝縮され、空気から分離される)、温度T1’でパイプ93’内へ進み、吸引開口15’’’を通過し、2つのピストン9c-7cが互いから離れる運動後、チャンバ13’’’内へ吸引される。
2つのピストン7c-9aが互いの方へ向かう運動後、前に吸引された空気がチャンバ14’’’内で圧縮され(通常は最小比1:4及び最大比1:20によって事前設定される限界まで)、T1’からT2への温度の上昇を受け、放出開口16’’’、パイプ44’、及び逆止め弁44aを通過し、補償タンク44内で終了し、そこで即時使用のために利用可能なままである。
ピストンの回転及びその結果の入口開口15’、15”の開放/閉鎖によって決定される間欠性により、空気はタンク44から流出し、パイプ44”及び逆止め弁44bを通過し、パイプ44’’’を通って進み、再生器42内へ進む(そこでT2からT2’への温度の上昇を受ける)。
高圧ポンプ94によって押されると、トラップ93によって空気から前に抽出された凝縮水は、パイプ93”及び94’を通って流れる(温度T1”)。
再生器42から出た空気は、パイプ42’を通って進み、逆止め弁42aを通過し、パイプ42’’’内へ進み、噴射器97を介して、凝縮水が導入される。空気と凝縮水の混合の結果、混合物はT2’からT2”への温度の低下を受ける。
混合された熱流体は、パイプ97’を通って進み、加熱器41(燃焼チャンバ40Aに隣り合い、多燃料バーナ40を装備する)を通過し、そこで熱エネルギーを受け取り、T2”からT3へ温度を上昇させる。
ピストン7a-7bが、環状シリンダ内で矢印によって示す運動方向に回転することによって、入口開口15’~15”を開放したとき、パイプ41’、41”、41’’’を流れている過熱熱流体は、膨張チャンバ13’及び13”内へ導入され、そこで膨張し(T3からT4へ温度が低下する)、ピストンを回転させることによって、有用な仕事を生み出す。
ピストン7a-9b及び7b-9cが互いの方へ向かう運動後、チャンバ14’及び14”の体積が減少し、排出熱流体(前のサイクルですでに膨張している)が駆動ユニット1から放逐されて、2つの放出開口16’、16”を通過し、パイプ45’、45”、45’’’を通って流れ、再生器42を通過し(そこで依然として保持していた熱エネルギーの一部を引き渡し、T4からT4’への温度の第1の低下を受ける)。
熱流体は、パイプ42”内へ進み、冷却器43に到達し、そこからサイクルを継続し、連続モードで繰り返すことができる。
環境から引き込まれた燃焼空気は、ファン92によって押されて、冷却器43内へ進み、そこでエネルギーを獲得し、Th1からTh3へ温度が上昇し、したがって燃焼プロセスを容易にする。
熱機械に対して想定される機能は、補助使用(空間の加熱及び/又は家庭用熱湯の生産など)向けの熱エネルギーを提供することでもあると考えて、高温ヒュームが雰囲気中へ(導管102を通って)放出される前に、温度を可能な限り低下させることによって、残留エネルギーはすべて回収される(可能な凝縮によってさらなるエネルギーを回収することも可能である)。この目的を実現するために、特有の流体回路が使用され、以下の運搬モードが採用され、補助使用103からの入ってくる熱流体(通常は水)が、パイプ103’内へ進み、循環ポンプ104によって押されると、パイプ104’内へ進み、低い温度Tfでレキュペレータ101に到達し、次いでレキュペレータ101を通過する際、Th7からTh2へのヒュームSの温度の低下により、熱エネルギーを獲得し、より高温Tgまで加熱され、パイプ101’を介して、補助使用130及び所期の目的に利用可能になる。
単独のジュール-エリクソンサイクル及び単独の「駆動ユニット」と比較すると、この構成によって導入される新規性は、「複合」動作サイクルの実現に関し、熱流体は、空気及び水の混合物(蒸気に変換される)であり、これは、シリンダ(ピストンが摺動する)の潤滑を確保し、より高い単位電力を得ることを可能にし、総合効率の改善も可能にする。
まず、すべての制御及び調節デバイスが特有の補助電気ライン(図示せず)を介して電力供給されることに留意して、熱機械121の開始が以下のように行われる。
1次シャフト17(図2bに見られる)及び6つのピストン7a、7b、7c、9a、9b、9cを動かす伝達システム全体が、スタータモータを介して回転を開始し、したがってサイクルの開始のための準備状態を生じさせる。
凝縮水ポンプ94が起動される。
ファン92が起動される。
調節弁91(燃料Fの噴射を制御する)に作用することによってバーナ40が起動され、燃焼プロセスが開始される。
循環熱流体が所定の最小動作状態に到達したとき、駆動ユニット1は、自立的に動作することができるように必要な仕事を生み出すことが可能である。
温度T1で冷却器43から出た熱流体は、パイプ43’内へ進み、凝縮液トラップ93を通過し(そこで熱流体中の水が凝縮され、空気から分離される)、温度T1’でパイプ93’内へ進み、吸引開口15’’’を通過し、2つのピストン9c-7cが互いから離れる運動後、チャンバ13’’’内へ吸引される。
2つのピストン7c-9aが互いの方へ向かう運動後、前に吸引された空気がチャンバ14’’’内で圧縮され(通常は最小比1:4及び最大比1:20によって事前設定される限界まで)、T1’からT2への温度の上昇を受け、放出開口16’’’、パイプ44’、及び逆止め弁44aを通過し、補償タンク44内で終了し、そこで即時使用のために利用可能なままである。
ピストンの回転及びその結果の入口開口15’、15”の開放/閉鎖によって決定される間欠性により、空気はタンク44から流出し、パイプ44”及び逆止め弁44bを通過し、パイプ44’’’を通って進み、再生器42内へ進む(そこでT2からT2’への温度の上昇を受ける)。
高圧ポンプ94によって押されると、トラップ93によって空気から前に抽出された凝縮水は、パイプ93”及び94’を通って流れ、蒸発器95を通過し、そこで加熱/気化される(T1”からTaへの温度の上昇により、液体から蒸気へ状態を変化させる)。
再生器42から出た空気は、パイプ42’を通って進み、逆止め弁42aを通過し、パイプ42’’’内へ進み、噴射器97を介して、パイプ95’内で運搬される飽和蒸気が導入される。空気と飽和蒸気の混合の結果、熱流体は質量の増大及びT2’からT2”への温度の低下を受ける。
混合された熱流体は、パイプ97’を通って進み、加熱器41(燃焼チャンバ40Aに隣り合い、多燃料バーナ40を装備する)を通過し、そこで熱エネルギーを受け取り、T2”からT3へ温度を上昇させる。
ピストン7a-7bが、環状シリンダ内で矢印によって示す運動方向に回転することによって、入口開口15’~15”を開放したとき、パイプ41’、41”、41’’’を流れている過熱熱流体は、膨張チャンバ13’及び13”内へ導入され、そこで膨張し(T3からT4へ温度が低下する)、ピストンを回転させることによって、有用な仕事を生み出す。
ピストン7a-9b及び7b-9cが互いの方へ向かう運動後、チャンバ14’及び14”の体積が減少し、排出熱流体(前のサイクルですでに膨張している)が駆動ユニット1から放逐されて、2つの放出開口16’、16”を通過し、パイプ45’、45”、45’’’を通って流れ、再生器42を通過し(そこで依然として保持していた熱エネルギーの一部を引き渡し、T4からT4’への温度の第1の低下を受ける)、次いでパイプ42”内へ進み、蒸発器95を通過し、そこで図9の区域Q95に概略的に表すように、保持している熱エネルギーの一部を再び引き渡し、T4’からT4”への温度の第2の低下を受け、有用なエネルギーの回復を可能にする。
熱流体は、パイプ95”内へ進み、冷却器43に到達し、そこからサイクルを継続し、連続モードで繰り返すことができる。
環境から引き込まれた燃焼空気は、ファン92によって押されて、冷却器43内へ進み、そこでエネルギーを獲得し、Th1からTh3へ温度が上昇し、したがって燃焼プロセスを容易にする。
熱機械に対して想定される機能は、補助使用(空間の加熱及び/又は家庭用熱湯の生産など)向けの熱エネルギーを提供することでもあると考えて、高温ヒュームが雰囲気中へ(導管102を通って)放出される前に、温度を可能な限り低下させることによって、残留エネルギーはすべて回収される(可能な凝縮によってさらなるエネルギーを回収することも可能である)。この目的を実現するために、特有の流体回路が使用され、以下の運搬モードが採用され、補助使用103からの入ってくる熱流体(通常は水)が、パイプ103’内へ進み、循環ポンプ104によって押されると、パイプ104’内へ進み、低い温度Tfでレキュペレータ101に到達し、次いでレキュペレータ101を通過する際、Th7からTh2へのヒュームSの温度の低下により、熱エネルギーを獲得し、より高温Tgまで加熱され、パイプ101’を介して、補助使用130及び所期の目的に利用可能になる。
単独のジュール-エリクソンサイクル及び単独の「駆動ユニット」と比較すると、この構成によって導入される新規性は、「複合」動作サイクルの実現に関し、熱流体は、空気及び水の混合物(過熱蒸気に変換される)であり、これは、シリンダ(ピストンが摺動する)の潤滑を確保し、より高い単位電力を得ることを可能にし、総合効率の改善も可能にする。
まず、すべての制御及び調節デバイスが特有の補助電気ライン(図示せず)を介して電力供給されることに留意して、熱機械121の開始が以下のように行われる。
1次シャフト17(図2bに見られる)及び6つのピストン7a、7b、7c、9a、9b、9cを動かす伝達システム全体が、スタータモータを介して回転を開始し、したがってサイクルの開始のための準備状態を生じさせる。
凝縮水ポンプ94が起動される。
ファン92が起動される。
調節弁91(燃料Fの噴射を制御する)に作用することによってバーナ40が起動され、燃焼プロセスが開始される。
循環熱流体が所定の最小動作状態に到達したとき、駆動ユニット1は、自立的に動作することができるように必要な仕事を生み出すことが可能である。
温度T1で冷却器43から出た熱流体は、パイプ43’内へ進み、凝縮液トラップ93を通過し(そこで熱流体中の水が凝縮され、空気から分離される)、温度T1’でパイプ93’内へ進み、吸引開口15’’’を通過し、2つのピストン9c-7cが互いから離れる運動後、チャンバ13’’’内へ吸引される。
2つのピストン7c-9aが互いの方へ向かう運動後、前に吸引された空気がチャンバ14’’’内で圧縮され(通常は最小比1:4及び最大比1:20によって事前設定される限界まで)、T1’からT2への温度の上昇を受け、放出開口16’’’、パイプ44’、及び逆止め弁44aを通過し、補償タンク44内で終了し、そこで即時使用のために利用可能なままである。
ピストンの回転及びその結果の入口開口15’、15”の開放/閉鎖によって決定される間欠性により、空気はタンク44から流出し、パイプ44”及び逆止め弁44bを通過し、パイプ44’’’を通って進み、再生器42内へ進む(そこでT2からT2’への温度の上昇を受ける)。
高圧ポンプ94によって押されると、トラップ93によって空気から前に抽出された凝縮水は、パイプ93”及び94’を通って流れ、蒸発器95を通過し、そこで加熱/気化され(T1”からTaへの温度の上昇により、液体から蒸気へ状態を変化させる)、パイプ95’を通って進み、過熱器96を通過する(そこでさらなるエネルギーを獲得し、TaからTbへ温度を上昇させる)。
再生器42から出た空気は、パイプ42’を通って進み、逆止め弁42aを通過し、パイプ42’’’内へ進み、噴射器97を介して、パイプ96’内で運搬される過熱蒸気が導入される。空気と過熱蒸気の混合の結果、図10の区域Q96概略的に表すように、熱流体はエネルギーの増大及びT2’からT2”への温度の上昇を受け、有用なエネルギーの回復を可能にする。
混合された熱流体は、パイプ97’を通って進み、加熱器41(燃焼チャンバ40Aに隣り合い、多燃料バーナ40を装備する)を通過し、そこで熱エネルギーを受け取り、T2”からT3へ温度を上昇させる。
ピストン7a-7bが、環状シリンダ内で矢印によって示す運動方向に回転することによって、入口開口15’~15”を開放したとき、パイプ41’、41”、41’’’を流れている過熱熱流体は、膨張チャンバ13’及び13”内へ導入され、そこで膨張し(T3からT4へ温度が低下する)、ピストンを回転させることによって、有用な仕事を生み出す。
ピストン7a-9b及び7b-9cが互いの方へ向かう運動後、チャンバ14’及び14”の体積が減少し、排出熱流体(前のサイクルですでに膨張している)が駆動ユニット1から放逐されて、2つの放出開口16’、16”を通過し、パイプ45’、45”、45’’’を通って流れ、再生器42を通過し(そこで依然として保持していた熱エネルギーの一部を引き渡し、T4からT4’への温度の第1の低下を受ける)、次いでパイプ42”内へ進み、蒸発器95を通過し、そこで図10の区域Q95に概略的に表すように、保持している熱エネルギーの一部を再び引き渡し、T4’からT4”への温度の第2の低下を受け、有用なエネルギーの回復を可能にする。
熱流体は、パイプ95”内へ進み、冷却器43に到達し、そこからサイクルを継続し、連続モードで繰り返すことができる。
環境から引き込まれた燃焼空気は、ファン92によって押されて、冷却器43内へ進み、そこでエネルギーを獲得し、Th1からTh3へ温度が上昇し、したがって燃焼プロセスを容易にする。
熱機械に対して想定される機能は、補助使用(空間の加熱及び/又は家庭用熱湯の生産など)向けの熱エネルギーを提供することでもあると考えて、高温ヒュームが雰囲気中へ(導管102を通って)放出される前に、まず過熱器96を通過し(そこで温度がTh7からTh6へ低下する)、次いで温度を可能な限り低下させることによって、残留エネルギーはすべて回収される(可能な凝縮によってさらなるエネルギーを回収することも可能である)。この目的を実現するために、特有の流体回路が使用され、以下の運搬モードが採用され、補助使用103からの入ってくる熱流体(通常は水)が、パイプ103’内へ進み、循環ポンプ104によって押されると、パイプ104’内へ進み、低い温度Tfでレキュペレータ101に到達し、次いでレキュペレータ101を通過する際、Th6からTh2へのヒュームSの温度の低下により、熱エネルギーを獲得し、より高温Tgまで加熱され、パイプ101’を介して、補助使用130及び所期の目的に利用可能になる。
単独のジュール-エリクソンサイクル及び単独の「駆動ユニット」と比較すると、この構成によって導入される新規性は、「複合」動作サイクルの実現に関し、熱流体は、空気及び水の混合物(過熱蒸気に変換される)であり、これは、シリンダ(ピストンが摺動する)の潤滑を確保し、より高い単位電力を得ることを可能にし、総合効率の大幅な改善も可能にする。
まず、すべての制御及び調節デバイスが特有の補助電気ライン(図示せず)を介して電力供給されることに留意して、熱機械121の開始が以下のように行われる。
1次シャフト17(図2bに見られる)及び6つのピストン7a、7b、7c、9a、9b、9cを動かす伝達システム全体が、スタータモータを介して回転を開始し、したがってサイクルの開始のための準備状態を生じさせる。
凝縮水ポンプ94が起動される。
水ポンプ99に電源が投入される。
ファン92が起動される。
調節弁91(燃料Fの噴射を制御する)に作用することによってバーナ40が起動され、燃焼プロセスが開始される。
循環熱流体が所定の最小動作状態に到達したとき、駆動ユニット1は、自立的に動作することができるように必要な仕事を生み出すことが可能である。
冷却器43から出た熱流体(温度T1)は、パイプ43’内へ進み、凝縮液トラップ93を通過し(そこで熱流体中の水が凝縮され、空気から分離される)、温度T1’でパイプ93’内へ進み、吸引開口15’’’を通過し、2つのピストン9c-7cが互いから離れる運動後、チャンバ13’’’内へ吸引される。
2つのピストン7c-9aが互いの方へ向かう運動後、前に吸引された空気がチャンバ14’’’内で圧縮され(通常は最小比1:4及び最大比1:20によって事前設定される限界まで)、T1’からT2への温度の上昇を受け、放出開口16’’’、パイプ44’、及び逆止め弁44aを通過し、補償タンク44内で終了し、そこで即時使用のために利用可能なままである。
ピストンの回転及びその結果の入口開口15’、15”の開放/閉鎖によって決定される間欠性により、空気はタンク44から流出し、パイプ44”及び逆止め弁44bを通過し、パイプ44’’’を通って進み、再生器42内へ進む(そこでT2からT2’への温度の上昇を受ける)。
高圧ポンプ94によって押されると、トラップ93によって空気から前に抽出された凝縮水は、温度T1”でパイプ93”及び94’を通って流れ、蒸発器95を通過し、そこで加熱/気化され(T1”からTaへの温度の上昇により、液体から蒸気へ状態を変化させる)、パイプ95”を通って進み、過熱器96を通過する(そこでさらなるエネルギーを獲得し、TaからTbへの温度の上昇を受ける)。
再生器42から出た空気は、パイプ42’を通って進み、逆止め弁42aを通過し、パイプ42’’’内へ進み、噴射器97を介して、パイプ96’内で運搬される過熱蒸気が導入される。空気と過熱蒸気の混合の結果、図10の区域Q96概略的に表すように、熱流体はエネルギーの増大を受け、その温度はT2’からT2”へ上昇し、有用なエネルギーの回復を可能にする。
混合された熱流体は、パイプ97’を通って進み、加熱器41(燃焼チャンバ40Aに隣り合い、多燃料バーナ40を装備する)を通過し、そこで熱エネルギーを受け取り、T2”からT3へ温度を上昇させる。
ピストン7a-7bが、環状シリンダ内で矢印によって示す運動方向に回転することによって、入口開口15’~15”を開放したとき、パイプ41’、41”、41’’’を流れている過熱熱流体は、膨張チャンバ13’及び13”内へ導入され、そこで膨張し(T3からT4へ温度が低下する)、ピストンを回転させることによって、有用な仕事を生み出す。
ピストン7a-9b及び7b-9cが互いの方へ向かう運動後、チャンバ14’及び14”の体積が減少し、排出熱流体(前のサイクルですでに膨張している)が駆動ユニット1から放逐されて、2つの放出開口16’、16”を通過し、パイプ45’、45”、45’’’を通って流れ、再生器42を通過し(そこで依然として保持していた熱エネルギーの一部を引き渡し、T4からT4’への温度の第1の低下を受ける)、次いでパイプ42”内へ進み、蒸発器95を通過し、そこで図10の区域Q95に概略的に表すように、保持している熱エネルギーの一部を再び引き渡し、T4’からT4”への温度の第2の低下を受け、有用なエネルギーの回復を可能にする。
熱流体は、パイプ95’内へ進み、冷却器43に到達し、そこからサイクルを継続し、連続モードで繰り返すことができる。
レキュペレータ98内で冷却された水(温度Tc)は、ポンプ99によって常に循環するように維持され、パイプ98’~99’を通って流れ、駆動ユニット1内に形成された特有の空間2Rを通過し(そこで冷却動作を実行することによって、TcからTdへの温度の上昇を受ける)、パイプ2’を通って進み、レキュペレータ100を通過し(そこで熱エネルギーを獲得し、TdからTeへ温度を上昇させる)、パイプ100’を通って進み、最終的にレキュペレータ98に到達し、そこでその経路が終了する。空間2Rは、駆動ユニット1に対する冷却ユニットを構成する。パイプ2’、98’、99’、及び100’は、冷却パイプを構成する。第1のレキュペレータ98、第2のレキュペレータ100、冷却ポンプ99、及び冷却パイプの空間2R(又は冷却ユニット)は、熱機械の冷却回路をともに構成する。
温度Th1で環境から引き込まれた燃焼空気は、ファン92によって押されて、冷却器43内へ進み(そこでエネルギーを獲得し、温度をTh3へ上昇させる)、レキュペレータ98内へ進む(そこでさらなるエネルギーを獲得し、温度をTh5へ上昇させる)。
燃焼によって生み出される温度Th7の高温ヒュームは、まず温度Th6へ冷却され(過熱器96を通過する)、次いで温度Th4へさらに冷却され(レキュペレータ100を通過する)、次いで熱機械に対して想定される機能は、補助使用(空間の加熱及び/又は家庭用熱湯の生産など)向けの熱エネルギーを提供することでもあると考えて、高温ヒュームが雰囲気中へ(導管102を通って)放出される前に、温度を可能な限り低下させることによって、残留エネルギーはすべて回収される(可能な凝縮によってさらなるエネルギーを回収することも可能である)。この目的を実現するために、特有の流体回路が使用され、以下の運搬モードが採用され、補助使用103からの入ってくる熱流体(通常は水)が、パイプ103’内へ進み、循環ポンプ104によって押されると、パイプ104’内へ進み、低い温度Tfでレキュペレータ101に到達し、次いでレキュペレータ101を通過する際、Th4からTh2へのヒュームの温度の低下により、熱エネルギーを獲得し、より高温Tgまで加熱され、パイプ101’を介して、補助使用130及び所期の目的に利用可能になる。
Claims (15)
- 熱流体によって動作し、熱流体の単方向の連続運動を特徴とする熱空気及び水蒸気を使用する複合熱サイクルによって機能するように構成される、熱サイクルを実現する熱機械(121)であって、
前記熱機械(121)は、駆動ユニット(1)を備え、
前記駆動ユニット(1)は、
環状チャンバ(12)の境界を内部で画定し、前記環状チャンバ(12)の外部にある導管と流体連通している入口開口又は放出開口(15’、16’、15”、16”、15’’’、16’’’)を有する筐体(2)であり、各入口開口又は放出開口(15’、16’、15”、16”、15’’’、16’’’)が、前記環状チャンバ(12)内に作業流体に対する膨張/圧縮経路を画定するように、隣り合う入口開口及び放出開口から角度的に隔置されている、筐体(2)と、
前記筐体(2)内に回転可能に設置された第1の回転体(4)及び第2の回転体(5)であり、前記第1の回転体(4)及び前記第2の回転体(5)の各々が、前記環状チャンバ(12)内で摺動可能な3つのピストン(7a、7b、7c、9a、9b、9c)を有し、前記回転体(4、5)のうちの一方(4)の前記ピストン(7a、7b、7c)が、他方の回転体(5)の前記ピストン(9a、9b、9c)と角度的に互い違いにされ、角度的に隣り合うピストン(7a、9a、7b、9b、7c、9c)が、6つの可変体積チャンバ(13’、13”、13’’’、14’、14”、14’’’)の境界を画定する、第1の回転体(4)及び第2の回転体(5)と、
前記第1の回転体(4)及び前記第2の回転体(5)に動作可能に連結された1次シャフト(17)と、
前記第1の回転体(4)及び前記第2の回転体(5)と前記1次シャフト(17)との間に動作可能に介在し、互いに対してずれている前記第1の回転体(4)及び前記第2の回転体(5)のそれぞれの第1及び第2の周期的に可変の角速度(ω1、ω2)による回転運動を、前記1次シャフト(17)の一定の角速度を有する回転運動に変換するように構成された動力伝達装置(18)であり、前記回転体(4、5)の各々の前記周期的に可変の角速度(ω1、ω2)で、前記1次シャフト(17)の全周回転ごとに6つの変動周期を与えるように構成された動力伝達装置(18)と
を備え、
前記駆動ユニットは、前記熱流体によって動作する回転式体積エキスパンダであり、
前記熱機械(121)は、さらに、
2つの前記ピストン(9c、7c)が互いから離れる運動後、前記入口開口(15’’’)を通過している前記熱流体が、前記チャンバ(13’’’)内へ吸引される、前記駆動ユニット(1)の第1の区分と、
前記2つのピストン(7c、9a)が互いの方へ向かう運動後、前に吸引された前記熱流体が、前記チャンバ(14’’’)内で圧縮され、次いで前記放出開口(16’’’)、パイプ(44’)、及び逆止め弁(44a)を通過する際、補償タンク(44)内へ運搬される、前記駆動ユニット(1)の第2の区分と、
圧縮された前記熱流体を蓄積し、第1のパイプ(44”、42’)及び前記逆止め弁(44b)を介してその後の使用のために連続モードで利用可能にするように構成された補償タンク(44)と、
第2のパイプ(42’~97’)を介して前記駆動ユニット(1)と流体連通しており、加熱器(41)に入る前に前記熱流体を予熱するように構成された再生器(42)と、
バーナ(40)によって生み出される熱エネルギーを使用して蛇管コイル内を循環している前記熱流体を過熱するように構成された加熱器(41)と、
燃焼チャンバ(40A)が取り付けられたバーナ(40)であり、様々なタイプの燃料によって動作するのに適しており、必要な熱エネルギーを前記加熱器(41)に供給することが可能であるバーナ(40)と、
第3のパイプ(41’、41”、41’’’)を介して前記加熱器(41)と流体連通しており、前記ピストンを回転させてする仕事を生み出す目的で、前記入口開口(15’、15”)を介して前記加熱器(41)内の圧力下で高温に加熱された前記熱流体を受け取り、それぞれ前記ピストン(9a、7a-9b-7b)によって境界が画定された前記チャンバ(13’、13”)内で膨張させることが可能である、前記駆動ユニット(1)の第3の区分と、
前記放出開口(16’、16”)及び第4のパイプ(45’、45”、46)を介して前記再生器(42)と流体連通しており、2対のピストン(7a、9b-7b、9c)が互いの方へ向かう前記運動によってもたらされる前記2つのチャンバ(14’、14”)の体積の低減により、排出熱流体が強制的に放逐される、前記駆動ユニット(1)の第4の区分と
を備え、
前記駆動ユニット(1)と流体連通している前記再生器(42)は、前記排出熱流体から熱エネルギーを獲得し、前記熱エネルギーを使用して前記加熱器(41)へ送るべき前記熱流体を予熱するようにさらに構成され、
前記熱機械(121)は、前記再生器の低温出口と前記加熱器(41)の入口との間に動作可能に介在する冷却器(43)を備え、
温度T1で前記冷却器(43)から出た前記熱流体が、第6のパイプ(43')内へ進み、凝縮液トラップ(93)を通過し、そこで前記熱流体中の水が凝縮され、空気から分離され、温度T1'で第7のパイプ(93')内へ進み、吸引開口(15''')を通過し、前記2つのピストン(9c-7c)が互いから離れる運動後、前記第1の区分の前記チャンバ(13''')内へ吸引される、熱機械(121)。 - 前記駆動ユニット(1)の前記第1の区分が、周囲空気を前記チャンバ(13’’’)内へ吸引することができるように、パイプ(93)を介して外部環境と流体接続しており、前記熱機械(121)が、蒸留水タンク(97a)と流体接続しており、事前定義された量の蒸留水を空気回路(42’’’)内で噴射器(97)によって噴射することを可能にするように配置された定量ポンプ(97b)を備え、前記事前定義された量が、前記駆動ユニット(1)の単位電力を増大させること及び前記環状チャンバ(12)の潤滑を確保することが可能である、請求項1に記載の熱機械(121)。
- 前記トラップ(93)によって前記空気から前に抽出された凝縮水が、高圧ポンプ(94)によって押され、第5のパイプ(93”、94’)を通って進み、噴射器(97)に到達し、前記噴射器(97)が、事前定義された量の凝縮水を空気回路(42’’’)内で噴射するように配置され、前記事前定義された量が、前記駆動ユニット(1)の単位電力を増大させること及び前記環状チャンバ(12)の潤滑を確保することが可能である、請求項1に記載の熱機械(121)。
- 前記トラップ(93)によって前記空気から前に抽出された凝縮水が、高圧ポンプ(94)によって押され、第5のパイプ(93”、94’)を通って進み、蒸発器(95)に到達し、前記蒸発器(95)が、前記凝縮水を加熱して気化させ、事前定義された量の水蒸気を空気回路(42’’’)内で噴射するように配置された噴射器(97)へ送るように構成され、前記事前定義された量が、前記駆動ユニット(1)の単位電力を増大させること及び前記環状チャンバ(12)の潤滑を確保することが可能であり、
前記蒸発器(95)が、その高温側で、前記高圧ポンプ(94)と前記噴射器(97)との間に動作可能に介在し、
前記蒸発器(95)が、その低温側で、前記駆動ユニット(1)の出口から放逐された前記排出熱流体を、入ってくる流体として受け取り、前記排出熱流体から残留熱エネルギーを獲得し、前記残留熱エネルギーを使用して前記加熱器へ送るべき前記熱流体を予熱するように構成されている、請求項1に記載の熱機械(121)。 - 前記トラップ(93)によって前記空気から前に抽出された凝縮水が、高圧ポンプ(94)によって押される、第5のパイプ(93”、94’)を通って進み、蒸発器(95)に到達し、前記蒸発器(95)が、前記凝縮水を加熱して気化させ、過熱器(96)へ送るように構成され、前記過熱器(96)が、前記バーナ(40)の下流で高温燃焼ヒュームからエネルギーを抽出することによって、前記蒸発器(95)から出た飽和蒸気を過熱して飽和蒸気部にエネルギーを供給するように構成され、
前記過熱器(96)が、前記気化された過熱凝縮水を噴射器(97)へ送るように構成され、前記噴射器(97)が、事前定義された量の過熱水蒸気の噴射を空気回路(42’’’)内で可能にするように配置され、前記事前定義された量が、前記駆動ユニット(1)の単位電力をさらに増大させること及び前記環状チャンバ(12)の潤滑を確保することが可能であり、
前記蒸発器(95)が、その高温側で、前記高圧ポンプ(94)と前記過熱器(96)との間に動作可能に介在し、
前記蒸発器(95)が、その低温側で、前記駆動ユニット(1)の出口から放逐された前記排出熱流体を、入ってくる流体として受け取り、前記排出熱流体から残留熱エネルギーを獲得し、前記残留熱エネルギーを使用して前記加熱器へ送るべき前記熱流体を予熱するように構成されている、請求項1に記載の熱機械(121)。 - 前記熱機械(121)には冷却回路が設けられており、
前記冷却回路が、
前記バーナ(40)の上流に位置する第1のレキュペレータ(98)であり、燃焼空気が環境から引き込まれる、第1のレキュペレータ(98)と、
前記駆動ユニット(1)に付随する冷却ユニット(空間2R)と、
前記高温燃焼ヒュームの出口経路に沿って、前記バーナ(40)及び前記加熱器(41)の下流に位置する第2のレキュペレータ(100)と、
前記第1のレキュペレータ(98)、前記冷却ユニット(2R)、及び前記第2のレキュペレータ(100)を直列に連結して円形の経路を形成し、ある量の冷却流体を支える複数の冷却パイプ(2’、98’、99’、100’)と、
前記回路内に位置しており、前記冷却回路内に前記冷却流体の循環をもたらすように、前記複数の冷却パイプのうちの1つのパイプで動作可能に活動する冷却ポンプ(99)と
を備え、
前記第1のレキュペレータ(98)が、前記燃焼空気へ熱エネルギーを引き渡すことによって、前記冷却流体を冷却するように構成され、
前記冷却ユニット(2R)が、前記駆動ユニットから前記冷却流体への熱エネルギーの伝達によって、前記駆動ユニット(1)を冷却するように構成され、前記冷却流体が温度の上昇を受け、
前記第2のレキュペレータ(100)が、前記高温燃焼ヒュームから熱エネルギーを獲得することによって、前記冷却流体を加熱するように構成されている、請求項5に記載の熱機械(121)。 - 前記熱機械(121)には補助流体回路が設けられており、
前記補助流体回路が、
高温燃焼ヒュームの出口経路に沿って、前記バーナ(40)及び前記加熱器(41)の下流に位置する補助レキュペレータ(101)と、
前記補助レキュペレータを通過し、1つ又は複数の補助使用に連結されるように構成された複数の補助パイプ(101’、103’、104’)と、
前記回路内に位置しており、補助回路内に循環をもたらすように、前記複数の補助パイプのうちの1つのパイプで動作可能に活動する補助ポンプ(104)と
を備え、
前記補助レキュペレータ(101)が、前記燃焼ヒュームからエネルギーを回収し、前記補助回路内を循環している前記流体へ前記エネルギーを伝達するように構成され、したがって前記エネルギーを補助使用(103)に利用可能である、請求項1~6のいずれか一項に記載の熱機械(121)。 - 前記バーナ(40)の上流に位置しており、環境から燃焼空気を引き込んで前記バーナ(40)へ強制的に送り、燃焼プロセスに送り込むように構成されたファン(92)、及び/又は
前記熱機械の前記パイプに沿って位置しており、単方向における前記熱流体の循環を容易にし、逆方向における前記熱流体の流出を防止するように構成された1つ若しくは複数の逆止め弁(44a、44b、42a)
をさらに備える、請求項1~7のいずれか一項に記載の熱機械(121)。 - 熱流体によって動作し、熱流体の単方向の連続運動を特徴とする熱空気及び水蒸気を使用する複合熱サイクルによって機能するように構成される熱サイクルを実現する方法であって、
請求項1~8のいずれか一項又は複数項に記載の熱機械(121)を配置するステップと、
以下のステップを実施するステップと
を含み、
前記以下のステップが、
前記駆動ユニット(1)の前記1次シャフト(17)及び前記動力伝達装置(18)を開始し、前記ピストン(7a、7b、7c、9a、9b、9c)の運動を開始するステップと、
前記バーナ(40)を起動し、燃焼プロセスを開始するステップと、
前記熱機械内を循環している前記熱流体が事前に確立された最小動作状態に到達したとき、前記駆動ユニット(1)が、独立して回ることを可能にするのに必要とされる仕事を生み出すステップと、
前記2つのピストン(9c-7c)が互いから離れる運動後、前記熱流体が吸引開口(15’’’)を通って前記チャンバ(13’’’)内へ吸引されるステップと、
前記2つのピストン(7c-9a)が互いの方へ向かう運動後、前に吸引された前記熱流体が前記チャンバ(14’’’)内で圧縮され、T1’からT2への温度の上昇を受け、前記放出開口(16’’’)を通過し、前記補償タンク(44)に到達するステップと、
前記ピストンの回転及びその結果の前記入口開口(15’、15”)の開放/閉鎖によって決定される間欠性により、前記熱流体が前記タンク(44)から流出し、前記再生器(42)を通過し、そこでT2からT2’への温度の上昇を受けるステップと、
前記熱流体が前記加熱器(41)を通過し、そこで熱エネルギーを受け取り、温度がT2”からT3へ上昇するステップと、
前記ピストン(7a-7b)が前記入口開口(15’、15”)を開放したとき、前記環状チャンバ(12)内で回転し、過熱された前記熱流体が、膨張チャンバ(13’、13”)へ通されて膨張し、その温度がT3からT4へ低下し、それにより前記ピストンが回転するため、有用な仕事を生み出すステップと、
前記ピストン(7a-9b、7b-9c)が互いの方へ向かう運動後、前記チャンバ(14’、14”)の体積が減少し、前記排出熱流体が、前記駆動ユニット(1)から放逐されて、前記放出開口(16’、16”)及び前記再生器(42)を通過し、そこで依然として保持していた熱エネルギーの一部を引き渡し、T4からT4’への温度の低下を受けるステップと
を含む、方法。 - 前記熱流体を前記チャンバ(13’’’)内へ吸引する前記ステップで、前記熱流体は、温度T1’で環境から吸引された空気であり、
前記方法が、
タンク(97a)から蒸留水を引き込むステップと、
定量ポンプ(97b)を起動し、噴射器(97)によって所与の量の蒸留水を回路内へ導入し、以てT2’からT2”へのその結果の熱流体の温度の低下をもたらすステップと
を含み、
前記再生器(42)を通過する前記ステップ後、前記排出熱流体が雰囲気中へ放出される、請求項9に記載の方法。 - 温度T1で冷却器(43)から出た前記熱流体が、前記第6のパイプ(43’)内へ進み、凝縮液トラップ(93)を通過し、そこで前記熱流体中の水が凝縮され、空気から分離され、温度T1’で前記第7のパイプ(93’)内へ進み、前記吸引開口(15’’’)を通過し、前記2つのピストン(9c-7c)が互いから離れる運動後、前記第1の区分の前記チャンバ(13’’’)内へ吸引されるステップと、
前記トラップ(93)によって前記空気から前に抽出された凝縮水が、高圧ポンプ(94)によって押され、第5のパイプ(93”、94’)を通って進み、噴射器(97)に到達するステップと
をさらに含み、
前記噴射器(97)が、事前定義された量の凝縮水の噴射を空気回路(42’’’)内で可能にするように配置され、前記事前定義された量が、前記駆動ユニット(1)の単位電力を増大させること及び前記環状チャンバ(12)の潤滑を確保することが可能である、請求項9に記載の方法。 - 温度T1で冷却器(43)から出た前記熱流体が、前記第6のパイプ(43’)内へ進み、凝縮液トラップ(93)を通過し、そこで前記熱流体中の水が凝縮され、空気から分離され、温度T1’で前記第7のパイプ(93’)内へ進み、前記吸引開口(15’’’)を通過し、前記2つのピストン(9c-7c)が互いから離れる運動後、前記第1の区分の前記チャンバ(13’’’)内へ吸引されるステップと、
前記トラップ(93)によって前記空気から前に抽出された凝縮水が、高圧ポンプ(94)によって押され、第5のパイプ(93”、94’)を通って進み、蒸発器(95)に到達するステップと
をさらに含み、
前記蒸発器(95)が、前記凝縮水を加熱して気化させ、事前定義された量の水蒸気の噴射を空気回路(42’’’)内で可能にするように配置された噴射器(97)へ送るように構成され、前記事前定義された量が、前記駆動ユニット(1)の単位電力を増大させること及び前記環状チャンバ(12)の潤滑を確保することが可能であり、
前記蒸発器(95)が、その低温側で、前記駆動ユニット(1)の出口から放逐された前記排出熱流体を、入ってくる流体として受け取り、前記排出熱流体から残留熱エネルギーを獲得し、前記残留熱エネルギーを使用して前記加熱器へ送るべき前記熱流体を予熱するように構成されている、請求項9に記載の方法。 - 温度T1で冷却器(43)から出た前記熱流体が、前記第6のパイプ(43’)内へ進み、凝縮液トラップ(93)を通過し、そこで前記熱流体中の水が凝縮され、空気から分離され、温度T1’で前記第7のパイプ(93’)内へ進み、前記吸引開口(15’’’)を通過し、前記2つのピストン(9c-7c)が互いから離れる運動後、前記第1の区分の前記チャンバ(13’’’)内へ吸引されるステップと、
前記トラップ(93)によって前記空気から前に抽出された凝縮水が、高圧ポンプ(94)によって押され、第5のパイプ(93”、94’)を通って進み、蒸発器(95)に到達するステップと
をさらに含み、
前記蒸発器(95)が、前記凝縮水を加熱して気化させ、過熱器(96)へ送るように構成され、過熱器(96)が、前記バーナ(40)の下流で高温燃焼ヒュームからエネルギーを抽出することによって、前記蒸発器(95)から出た飽和蒸気を過熱して前記蒸発器(95)へエネルギーを供給するように構成され、
前記過熱器(96)が、過熱水蒸気を噴射器(97)へ送るように構成され、前記噴射器(97)が、事前定義された量の前記過熱水蒸気の噴射を空気回路(42’’’)内で可能にするように配置され、前記事前定義された量が、前記駆動ユニット(1)の単位電力をさらに増大させること、全体的な収率を増大させること、及び前記環状チャンバ(12)の潤滑を確保することが可能であり、
前記蒸発器(95)が、その低温側で、前記駆動ユニット(1)の出口から放逐された前記排出熱流体を、入ってくる流体として受け取り、前記排出熱流体から残留熱エネルギーを獲得し、前記残留熱エネルギーを使用して前記加熱器へ送るべき前記熱流体を予熱するように構成されている、請求項9に記載の方法。 - 冷却回路を配置するステップであって、
前記冷却回路が、
前記バーナ(40)の上流に位置する第1のレキュペレータ(98)であり、燃焼空気が環境から引き込まれる、第1のレキュペレータ(98)と、
前記駆動ユニット(1)に付随する冷却ユニット(空間2R)と、
前記高温燃焼ヒュームの出口経路に沿って、前記バーナ(40)及び前記加熱器(41)の下流に位置する第2のレキュペレータ(100)と、
前記第1のレキュペレータ(98)、前記冷却ユニット(2R)、及び前記第2のレキュペレータ(100)を直列に連結して円形の経路を形成し、ある量の冷却流体を支える複数の冷却パイプ(2’、98’、99’、100’)と、
前記回路内に位置しており、前記冷却回路内に前記冷却流体の循環をもたらすように、前記複数の冷却パイプのうちの1つのパイプで動作可能に活動する冷却ポンプ(99)と
を備える、配置するステップと、
以下のステップ、すなわち
前記第1のレキュペレータ(98)によって、前記燃焼空気へ熱エネルギーを引き渡すことによって前記冷却流体を冷却するステップと、
前記冷却ユニット(2R)によって、前記駆動ユニットから前記冷却流体への熱エネルギーの伝達によって前記駆動ユニット(1)を冷却するステップであり、前記冷却流体が温度の上昇を受ける、冷却するステップと、
前記第2のレキュペレータ(100)によって、前記高温燃焼ヒュームから熱エネルギーを獲得することによって前記冷却流体を加熱するステップと
を実施するステップと
をさらに含む、請求項13に記載の方法。 - 補助流体回路を配置するステップであって、
前記補助流体回路が、
高温燃焼ヒュームの出口経路に沿って、前記バーナ(40)及び前記加熱器(41)の下流に位置する補助レキュペレータ(101)と、
前記補助レキュペレータを通過し、1つ又は複数の補助使用に連結されるように構成された複数の補助パイプ(101’、103’、104’)と、
前記回路内に位置しており、補助回路内に循環をもたらすように、前記複数の補助パイプのうちの1つのパイプで動作可能に活動する補助ポンプ(104)と
を備える、配置するステップと、
以下のステップを実施するステップと、
を含み、前記以下のステップが、
補助レキュペレータ(101)によって、燃焼ヒュームからエネルギーを回収するステップと、
前記補助回路内を循環している前記流体へ前記エネルギーを伝達するステップと、
前記エネルギーを補助使用(103)に利用可能にするステップと、
を含む、請求項9~14のいずれか一項に記載の方法。
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