KR20090018619A - Method and device for converting thermal energy into mechanical work - Google Patents

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KR20090018619A
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마이클 메이어
베른트 피터 파이페르
프란쯔 피터 제겔
스티브 하그리브스
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인터내셔널 이노베이션즈 리미티드
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Abstract

The invention relates to a method for converting thermal energy into mechanical work. Said method comprises the following steps which are performed as a cycle: A liquid work medium is fed from a supply reservoir (1) to a work container (3); the work medium in the work container (3) is heated by a first heat exchanger (5); a sub-amount of the work medium flows from the work container (3) to a pneumatic-hydraulic-converter (8), a hydraulic medium from the pneumatic-hydraulic-converter (8) is compressed in a work machine (9) in order to convert the hydraulic work of the hydraulic medium into mechanical work; the work medium from the pneumatic-hydraulic-converter (8) is fed back into the supply reservoir (1) and the hydraulic medium is returned into the pneumatic-hydraulic-converter (8). The invention also relates to a device for carrying out said method.

Description

열 에너지를 기계적 일로 변환하는 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR CONVERTING THERMAL ENERGY INTO MECHANICAL WORK}METHOD AND DEVICE FOR CONVERTING THERMAL ENERGY INTO MECHANICAL WORK}

본 발명은 열 에너지를 기계적 일로 변환하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for converting thermal energy into mechanical work.

열 에너지를 기계적 일로 변환하고, 필요시에는 기계적 일로부터 전력으로 변환하는 여러 종류의 사이클릭 프로세스 및 장치가 공지되어 있다. 이들 프로세스는 예를 들면 증기 파워 프로세스, 스털링 프로세스 등이다. 그러한 방법을 사용하는 한 가지 가능성은 폐열을 사용하여 내연기관의 효율을 증가시키는 것이다. 그러나 여기에서의 문제점은, 내연기관의 냉각 회로가 통상적으로 약 100℃의 온도에서 작동하기 때문에 이용 가능한 온도 레벨이 이롭지 못하다는 것이다. 태양 발전소로부터 오는 열이 기계적 일로 변환되어야 할 때에도 유사한 문제가 발생한다.Various types of cyclic processes and apparatus are known that convert thermal energy into mechanical work and, if necessary, from mechanical work to power. These processes are, for example, steam power processes, sterling processes and the like. One possibility of using such a method is to use waste heat to increase the efficiency of the internal combustion engine. The problem here, however, is that the available temperature levels are not advantageous since the cooling circuit of the internal combustion engine is typically operated at a temperature of about 100 ° C. Similar problems arise when the heat from the solar power plant must be converted into mechanical work.

그러한 열 파워 프로세스를 위한 특수한 해결책이 문헌 WO 03/081011에 보여졌다. 이러한 문헌에, 복수개의 기포 수집기에서 작동 유체를 가열함으로써 유압 유체를 가압하는 방법이 기술되어 있다. 그러한 방법은 원리적으로 작용하지만, 효율이 중간 정보이고, 발생될 수 있는 에너지의 양에 비하여 장비의 경비가 매우 높다는 것이 알려져 있다.Special solutions for such thermal power processes are shown in document WO 03/081011. This document describes a method of pressurizing a hydraulic fluid by heating a working fluid in a plurality of bubble collectors. Such a method works in principle, but it is known that efficiency is intermediate information and that the cost of the equipment is very high relative to the amount of energy that can be generated.

중간 정도의 효율에서 열 변환을 통해 일을 발생시킬 수 있는 불연속적으로 작동되는 방법은 미국 특허 제3,808,847 A로부터 더 알려져 있다.Discontinuously operating methods that can generate work through heat conversion at moderate efficiencies are further known from US Pat. No. 3,808,847 A.

본 발명의 목적은, 열적으로 이롭지 않는 상태에서도 높은 효율을 달성할 수 있고, 장비의 비용이 가능한 한 낮은 방법으로 상술한 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide the above-mentioned method in such a way that high efficiency can be achieved even in a thermally unfavorable state and the cost of the equipment is as low as possible.

본 발명에 따라, 그러한 방법은,According to the invention, such a method is

- 저장 용기로부터 액체 작동 유체를 작동 탱크로 공급하는 단계,Supplying a liquid working fluid from the storage container to the working tank,

- 상기 작동 탱크 내의 상기 작동 유체를 제1 열교환기를 통해 가열하는 단계,Heating the working fluid in the working tank through a first heat exchanger,

- 유압 유체의 유압 일을 기계적 일로 변환하기 위해, 상기 유압 유체를 공기-유압 변환기로부터 작동 기계로 강제로 보내기 위해, 상기 작동 유체의 일부를 상기 작동 탱크로부터 상기 공기-유압 변환기로 오버플로우시키는 단계, 및Overflowing a portion of the working fluid from the working tank to the air-hydraulic converter in order to force the hydraulic fluid from the air-hydraulic converter to the working machine to convert the hydraulic work of the hydraulic fluid into mechanical work. , And

상기 유압 유체를 상기 공기-유압 변환기로 재순환시킴으로써, 상기 작동 유체를 상기 공기-유압 변환기로부터 상기 저장 용기로 복귀시키는 단계Returning the working fluid from the air-hydraulic converter to the storage vessel by recycling the hydraulic fluid to the air-hydraulic converter.

를 포함하며,Including;

상기 단계들은 사이클릭 프로세스로서 수행된다.The steps are performed as a cyclic process.

제1 단계에서, 예를 들면 R134a, 즉 1,1,1,2-테트라플루오로에탄과 같은 적절한 증기압 곡선을 가진 작동 유체는 저장 용기로부터 흡입된다. 이러한 저장 용기 내의 작동 유체는 액상과 기상 사이에서 평형 상태에 있다. 따라서, 압력은 이러한 평형이 유지되도록 선택된다. R134a와 약 20℃의 주위 온도의 경우에, 이러한 제1 압력은 약 6바아일 것이다. 작동 유체는 작동 탱크로 이송되고, 바람직하게 작동 탱크 내에 제2 더 높은 압력이 주로 존재한다. 제2 압력은 예를 들면 40바아이다. 바람직한 방식으로, 작동 유체만 펌핑에 의해 작동 탱크로 이송되면, 이송을 위한 에너지 소모가 최소화될 수 있다.In the first stage, a working fluid with a suitable vapor pressure curve, for example R134a, i.e. 1,1,1,2-tetrafluoroethane, is aspirated from the storage vessel. The working fluid in this reservoir is in equilibrium between the liquid phase and the gas phase. Thus, the pressure is chosen such that this equilibrium is maintained. In the case of R134a and an ambient temperature of about 20 ° C., this first pressure will be about 6 bar. The working fluid is transferred to the working tank, and preferably there is mainly a second higher pressure in the working tank. The second pressure is for example 40 bar. In a preferred manner, if only the working fluid is transferred to the working tank by pumping, the energy consumption for the transfer can be minimized.

제2 단계에서, 작동 유체는 작동 탱크 내에서 가열된다. 가열에 의해 압력은 더욱 증가되고, 작동 유체는 부분적으로 증발된다. 바람직하게, 예를 들면 내연기관으로부터 오는 폐열에 의해 가열이 이루어진다. 작동 유체가 100℃의 온도로 가열되면, 폐열은 최적으로 사용될 수 있다.In a second step, the working fluid is heated in the working tank. The heating further increases the pressure and the working fluid partially evaporates. Preferably, heating takes place, for example, by waste heat coming from an internal combustion engine. If the working fluid is heated to a temperature of 100 ° C., the waste heat can be optimally used.

제3 단계에서, 작동 유체는 공기-유압 변환기 내로 오버플로우될 수 있다. 이것은 상기 제2 단계 뒤에 일어나는데, 즉, 우선 열이 완전히 공급되고, 그 후에 작동 탱크와 공기-유압 변환기 사이의 연결이 이루어진다. 그러나, 이들 단계들은 부분적으로 또는 전체적으로 동시에 수행될 수 있는데, 즉, 작동 탱크 내의 유체는 공기-유압 변환기 내로 흐르는 동안에 가열된다. 이러한 방식으로, 작동 유체의 팽창에 의해 발생되는 냉각은 즉시 수용되기 때문에, 효율이 최적화될 수 있다. 또한, 사이클 시간이 짧게 된다. 예를 들면 기포 수집기로서 실시되는 공기-유압 변환기에서, 유입되는 작동 유체는, 유압 챔버 내에 존재하고, 전기 에너지를 발생시키기 위해 사용될 수 있는 기계적 일을 발생시키기 위해 적절한 작동 기계, 예를 들면 유압 모터 내에서 작동되는 유압 유체를 밀어낸다.In a third step, the working fluid can overflow into the air-hydraulic converter. This takes place after the second step, ie first the heat is completely supplied, and then the connection between the working tank and the air-hydraulic converter is made. However, these steps may be performed partially or fully simultaneously, ie the fluid in the working tank is heated while flowing into the air-hydraulic converter. In this way, since the cooling generated by the expansion of the working fluid is received immediately, the efficiency can be optimized. In addition, the cycle time is shortened. In an air-hydraulic converter, for example implemented as a bubble collector, the incoming working fluid is present in the hydraulic chamber and is suitable for generating a mechanical work which can be used to generate electrical energy, for example a hydraulic motor. Push out hydraulic fluid to work inside.

제4 단계에서, 공기-유압 변환기는 소형 펌프를 통해 유압 유체로 재충전되고, 작동 유체는 이송되며 저장 용기 내로 재순환된다. 적절한 경우에, 따라서 작동 유체는 제2 열교환기를 관통하도록 향하고, 이것은 온도를 주위 온도에 맞출 수 있게 한다.In a fourth step, the air-hydraulic converter is refilled with hydraulic fluid through a small pump, and the working fluid is transferred and recycled into the storage vessel. Where appropriate, the working fluid is thus directed through the second heat exchanger, which makes it possible to adjust the temperature to the ambient temperature.

이러한 제4 단계 후에, 사이클릭 프로세스는 상기 제1 단계에서 계속된다.After this fourth step, the cyclic process continues at the first step.

가능한 상 전이가 그에 따라 사용되면, 시스템의 효율 및 성능은 최적화될 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 제1 단계에서, 작동 유체는 액체 상태에서만 이동되어야 하고, 상기 제3 단계에서, 기상만 공기-유압 변환기로 이송될 것이다.If a possible phase transition is used accordingly, the efficiency and performance of the system can be optimized. More specifically, in the first step, the working fluid must be moved only in the liquid state, and in the third step, only the gas phase will be transferred to the air-hydraulic converter.

바람직하게, 작동 유체가 공기-유압 변환기로부터 저장 용기 내로 재순환되는 동안에, 작동 탱크와 공기-유압 변환기 사이의 연결이 차단된다. 이것은 오버플로우 손실을 최소화한다.Preferably, the connection between the working tank and the air-hydraulic converter is interrupted while the working fluid is recycled from the air-hydraulic converter into the storage vessel. This minimizes overflow loss.

작동 유체가 저장 용기로부터 작동 탱크로 공급되는 동안에 냉각되면, 효율은 최적화될 수 있다. 냉각은 주위 열교환기를 통해 이루어질 수 있고, 이것은 냉각이 현재의 냉각기를 통해 이루어질 수 있다는 것을 뜻하지만, 제2 열교환기에 의해 발생되는 냉기가 어떤 다른 목적, 예를 들면 공기조화 시스템 또는 냉각 설비에 필요하지 않는 한, 제2 열교환기에 의해 발생되는 냉기를 사용하는 것도 가능하다.If the working fluid is cooled while being supplied from the storage vessel to the working tank, the efficiency can be optimized. Cooling can be achieved through an ambient heat exchanger, which means that cooling can be achieved through a current cooler, but the coolant generated by the second heat exchanger is not required for any other purpose, for example an air conditioning system or a cooling installation. As long as it is not possible, it is also possible to use cold air generated by the second heat exchanger.

공기-유압 변환기 내의 작동 유체의 평균 온도에 대응하는 온도로 유압 유체가 유지되면, 특수한 이점을 얻는다. 이러한 방식으로, 바람직하지 않은 온도 보상 효과를 피할 수 있다.A special advantage is obtained if the hydraulic fluid is maintained at a temperature corresponding to the average temperature of the working fluid in the air-hydraulic converter. In this way, undesirable temperature compensation effects can be avoided.

상술한 바와 같이, 작동 유체가 공기-유압 변환기로부터 제2 열교환기를 관통하도록 향할 수 있다. 상기 방법을 수행하는 방식에 따라, 작동 유체의 팽창에 의해 발생되는 저온은 제2 열교환기에서 발생될 수 있다. 이들 저온은 냉각에서 필요한 에너지를 절감하기 위해 냉각에 사용될 수 있다.As mentioned above, the working fluid may be directed from the air-hydraulic converter to penetrate the second heat exchanger. Depending on the manner in which the method is carried out, the low temperature generated by the expansion of the working fluid can be generated in the second heat exchanger. These low temperatures can be used for cooling to save the energy needed for cooling.

저온 발생의 다른 향상은, 공기-유압 변환기로부터 오는 작동 유체를, 저장 용기 내의 제1 압력보다 낮은 팽창 압력으로 팽창시키고 다음에는 제1 압력으로 압축시킴으로써, 달성될 수 있다.Another improvement in low temperature generation can be achieved by expanding the working fluid coming from the air-hydraulic converter to an expansion pressure lower than the first pressure in the storage vessel and then compressing it to the first pressure.

본 발명은 또한, 열 에너지를 기계적 일로 변환시키기 위한 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는, 저장 용기, 작동 탱크, 및 유압 일을 기계적 일로 변환시키기 위한 작동 기계를 구비한다.The invention also relates to an apparatus for converting thermal energy into mechanical work, the apparatus comprising a storage vessel, a working tank, and an operating machine for converting hydraulic work into mechanical work.

본 발명에 따라, 작동 탱크가 작동 유체를 가열하기 위한 제1 열교환기에 연결되고, 작동 탱크가 또한, 작동 유체의 압력을 유압 유체에 전달하는 공기-유압 변환기에 연결되며, 작동 유체를 공기-유압 변환기로부터 저장 용기로 재순환시키기 위한 재순환 라인이 구비된다.According to the invention, the working tank is connected to a first heat exchanger for heating the working fluid, the working tank is also connected to an air-hydraulic converter that transfers the pressure of the working fluid to the hydraulic fluid, the working fluid being air-hydraulic. A recycling line is provided for recycling from the converter to the storage vessel.

특히 바람직한 변경예에서, 복수개의 작동 탱크와 복수개의 공기-유압 변환기가 병렬로 연결된다.In a particularly preferred variant, a plurality of working tanks and a plurality of air-hydraulic converters are connected in parallel.

실제적 실시예에서, 5개의 도 1에 도시된 장치가, 예를 들면 서로 나란히 병렬로 배치되고, 시간이 엇갈리는 방식으로 작동되는데, 이것이 예를 들면 5기통 내연기관에서의 경우이기 때문이다. 이것은 뚜렷한 사이클릭 변동 없이 연속적 작동을 가능하게 한다.In a practical embodiment, the five devices shown in FIG. 1 are arranged in parallel next to one another, for example, in a time staggered manner, for example in a five-cylinder internal combustion engine. This allows for continuous operation without noticeable cyclic fluctuations.

도 1은 시스템의 주요 부품을 도시하는 회로도이다.1 is a circuit diagram showing main components of a system.

도 2는 작동 유체의 일반적 증기압 곡선을 도시한다.2 shows a general vapor pressure curve of a working fluid.

본 발명의 방법 및 장치를 도 1의 회로도 및 도 2를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.The method and apparatus of the present invention are described in more detail with reference to the circuit diagram of FIG. 1 and FIG. 2.

저장 용기(1)는 작동 유체를 저장하고, 예를 들면 R143a와 같은 냉각제가 사용될 수 있다. 저장 용기(1) 내의 작동 유체는 주위 온도와 약 6바의 압력에서 상 평형 상태에 있다. 저장 용기(1)는 공급 펌프(2)를 통해 작동 탱크(3)에 연결되고, 이러한 연결은 밸브(4)를 통해 절환될 수 있다. 작동 탱크(3) 내에, 작동 탱크(3) 내의 작동 유체를 가열하는 작용을 하는 제1 열교환기(5)가 배치된다. 제1 열교환기(5)에, 여기에 도시되지 않은 내연기관으로부터 부스터 펌프(6)를 거쳐 폐열, 및 예를 들면 제1 열교환기(5)를 관통하도록 향하는 100℃의 물이 공급된다. 오버플로우 라인(7)을 통해, 작동 탱크(3)는, 기포 수집기로서 구성되는 공기-유압 변환기(8)의 제1 작동 챔버(8a)와 연통한다. 제1 작동 챔버(8a)는, 압력 보상을 가능하게 하면서 2개의 작동 챔버(8a, 8b)를 분리시키는 가요성 막(8c)에 의해 제2 작동 챔버(8b)로부터 분리된다. 공기-유압 변환기(8)의 제2 작동 챔버(8b)는, 발전기(10)가 연결되는 작동 기계(9), 오일 탱크(20), 재순환 펌프(17) 및 제3 열교환기(11)로 구성되는 유압 회로와 연통한다. 제3 열교환기(11)는 펌프(12)로부터 공급된다. 다른 작동 라인(19)은, 공기-유압 변환기(8)의 제1 작동 챔버(8a)를, 부스터 펌프(14)를 통해 저장 용기(1)와 연통하는 제2 열교환기(16)에 연결한다. 그 외의 것에 대해서는, 라인(7, 19)은 밸브(7a, 19a)에 의해 선택적으로 폐쇄될 수 있다.The storage container 1 stores the working fluid, for example a coolant such as R143a can be used. The working fluid in the storage container 1 is in phase equilibrium at ambient pressure of about 6 bar. The storage container 1 is connected to the working tank 3 via a feed pump 2, which connection can be switched via the valve 4. In the working tank 3, a first heat exchanger 5 is arranged which serves to heat the working fluid in the working tank 3. The first heat exchanger 5 is supplied from an internal combustion engine (not shown here) via a booster pump 6 to waste heat and water at 100 ° C., for example, to penetrate the first heat exchanger 5. Through the overflow line 7, the working tank 3 communicates with the first working chamber 8a of the air-hydraulic converter 8, which is configured as a bubble collector. The first working chamber 8a is separated from the second working chamber 8b by a flexible membrane 8c separating the two working chambers 8a and 8b while enabling pressure compensation. The second working chamber 8b of the air-hydraulic converter 8 is connected to the operating machine 9, the oil tank 20, the recirculation pump 17 and the third heat exchanger 11 to which the generator 10 is connected. Communicate with the hydraulic circuit being configured. The third heat exchanger 11 is supplied from the pump 12. Another operating line 19 connects the first working chamber 8a of the air-hydraulic converter 8 to the second heat exchanger 16 in communication with the storage vessel 1 via a booster pump 14. . For others, lines 7 and 19 can be selectively closed by valves 7a and 19a.

본 발명의 작동 모드를 이하에서 더욱 상세히 설명한다.The mode of operation of the invention is described in more detail below.

제1 단계에서, 액체 작동 유체는 공급 펌프(2)를 통해 저장 용기(1)로부터 작동 탱크(3) 내로 이송되어, 압력은 6바아로부터 40바아로 증가된다.In the first stage, the liquid working fluid is transferred from the storage vessel 1 into the working tank 3 via the feed pump 2, so that the pressure is increased from 6 bar to 40 bar.

작동 탱크(3)가 액체 작동 유체로 완전히 채워진 후에, 밸브(4)는 폐쇄되고, 제1 열교환기(5)를 통한 가열이 이루어진다. 이러한 가열은 제2 단계를 구성한다. 따라서 다른 프로세스부터의 폐열이 사용될 수 있다.After the working tank 3 is completely filled with the liquid working fluid, the valve 4 is closed and heating through the first heat exchanger 5 takes place. This heating constitutes a second step. Thus, waste heat from other processes can be used.

작동 유체를 100℃까지 가열함으로써, 상기 유체의 일부가 작동 탱크(3) 내에서 증발되고, 이러한 증기는 제3 단계에서, 밸브(7a)가 개방되는 라인(7)을 통해 공기-유압 변환기(8)의 제1 작동 챔버(8a) 내로 이송된다. 압력 강하는, 제1 열교환기(5)를 더 가열함으로써 보상된다. 동시에, 공기-유압 변환기(8)의 막(8c)은 제2 작동 챔버(8b)를 향해 이동되어, 유압 유체는 작동 기계(9)를 통해 강제로 이송되어 발전기(10)를 구동시킨다. 공기-유압 변환기(8)의 제2 작동 챔버(8b)가 거의 비워지면 곧 제3 단계가 종료된다.By heating the working fluid to 100 ° C., a portion of the fluid is evaporated in the working tank 3 and this vapor is in a third stage an air-hydraulic converter via line 7 through which the valve 7a is opened. Is transferred into the first working chamber 8a of 8). The pressure drop is compensated by further heating the first heat exchanger 5. At the same time, the membrane 8c of the air-hydraulic converter 8 is moved toward the second working chamber 8b so that the hydraulic fluid is forcibly transferred through the operating machine 9 to drive the generator 10. As soon as the second working chamber 8b of the air-hydraulic converter 8 is almost empty, the third stage ends.

제4 단계에서, 유압 유체는 펌프(17)를 통해 탱크(20)로부터 공기-유압 변환기(8)의 제2 작동 챔버(8b)로 재순환되고, 작동 유체는, 그 동안에 개방된 라인(19) 내의 밸브(19a)를 통해, 제1 작동 챔버(8a)로부터 제2 열교환기(16)로 이송되어 팽창된다. 부스트 펌프(14)는 작동 유체를 저장 용기(1)로 재순환시킨다. 화살표(21)로 표시되었듯이, 제2 열교환기(16) 내의 작동 유체에 의해 흡수된 열은, 냉각 시스템 또는 공기조화 시스템을 작동시키기 위한 냉각 용량으로서 배출될 수 있다. 열교환기(15)를 통한 부분 흐름은 또한 압축 시에 작동 유체를 냉각시키기 위해 사용될 수 있다.In the fourth step, the hydraulic fluid is recycled from the tank 20 via the pump 17 to the second working chamber 8b of the air-hydraulic converter 8, the working fluid being in the meantime the open line 19. Through the valve 19a in the chamber, it is transferred from the first working chamber 8a to the second heat exchanger 16 and expanded. The boost pump 14 recycles the working fluid to the storage container 1. As indicated by arrow 21, the heat absorbed by the working fluid in the second heat exchanger 16 may be discharged as a cooling capacity for operating the cooling system or the air conditioning system. Partial flow through the heat exchanger 15 may also be used to cool the working fluid upon compression.

도 2는, 상술한 사이클릭 프로세스에 사용하기 위해 채택된 작동 유체의 일반적 증기압 곡선을 도시한다. 상기 작동 유체는, 냉각제로서 공지되어 있고 1,1,1,2-테트라플루오로에탄을 뜻하는 R134a이다. 알 수 있듯이, 주위 온도 및 약 6바아의 압력에서, 액상은 기상과 평형 상태에 있다. 100℃의 온도에서, 이러한 평형 압력은 약 40바아이다.Figure 2 shows a general vapor pressure curve of a working fluid adopted for use in the cyclic process described above. The working fluid is R134a, known as coolant and meaning 1,1,1,2-tetrafluoroethane. As can be seen, at ambient temperature and pressure of about 6 bar, the liquid phase is in equilibrium with the gas phase. At a temperature of 100 ° C., this equilibrium pressure is about 40 bar.

본 발명은, 간단한 장비 구조에 의해, 예를 들면 내연기관의 작동과 같은 다른 프로세스로부터 오는 폐열의 최적 사용을 가능하게 한다.The present invention enables the optimum use of waste heat from other processes, such as, for example, the operation of an internal combustion engine, by means of a simple equipment structure.

Claims (22)

열 에너지(thermal energy)를 기계적 일(mechanical work)로 변환하는 방법으로서,A method of converting thermal energy into mechanical work, 저장 용기(1)로부터 액체 작동 유체를 작동 탱크(3)로 공급하는 단계,Supplying a liquid working fluid from the storage container 1 to the working tank 3, 상기 작동 탱크(3) 내의 상기 작동 유체를 제1 열교환기(5)를 통해 가열하는 단계,Heating the working fluid in the working tank 3 through a first heat exchanger 5, 유압 유체의 유압 일을 기계적 일로 변환하기 위해, 상기 유압 유체를 공기-유압 변환기(8)로부터 작동 기계(9)로 강제로 보내기 위해, 상기 작동 유체의 일부를 상기 작동 탱크(3)로부터 상기 공기-유압 변환기(8)로 오버플로우시키는 단계, 및To convert the hydraulic work of the hydraulic fluid into mechanical work, a portion of the working fluid is transferred from the working tank 3 to the air to force the hydraulic fluid from the air-hydraulic converter 8 to the working machine 9. Overflowing to the hydraulic transducer 8, and 상기 유압 유체를 상기 공기-유압 변환기(8)로 재순환시킴으로써, 상기 작동 유체를 상기 공기-유압 변환기(8)로부터 상기 저장 용기(1)로 복귀시키는 단계Returning the working fluid from the air-hydraulic converter 8 to the storage container 1 by recycling the hydraulic fluid to the air-hydraulic converter 8. 를 포함하며,Including; 상기 단계들은 사이클릭 프로세스로서 수행되는, 열 에너지를 기계적 일로 변환하는 방법.Wherein said steps are performed as a cyclic process. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 작동 유체는 상기 저장 용기(1) 내의 제1 저압으로부터 상기 작동 탱크(3) 내의 제2 고압으로 압축되는, 열 에너지를 기계적 일로 변환하는 방법.The working fluid is compressed from the first low pressure in the reservoir (2) to the second high pressure in the working tank (3). 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 작동 유체는 상기 저장 용기(1)로부터 상기 작동 탱크(3)로 액체 형태로 이송되는, 열 에너지를 기계적 일로 변환하는 방법.The working fluid is transferred from the reservoir (1) to the working tank (3) in liquid form, converting thermal energy into mechanical work. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 작동 유체는 상기 작동 탱크(3) 내에서 가열되는 동안에 부분적으로 증발하고, 가스 상태로 상기 작동 탱크(3)로부터 상기 공기-유압 변환기(8)로 향하는, 열 에너지를 기계적 일로 변환하는 방법.The working fluid partially evaporates while being heated in the working tank (3) and converts thermal energy into mechanical work from the working tank (3) to the air-to-hydraulic converter (8) in a gaseous state. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 작동 유체는 상기 작동 탱크(3) 내에서 동시에 가열되는, 열 에너지를 기계적 일로 변환하는 방법.The working fluid is simultaneously heated in the working tank (3). 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 작동 탱크(3)와 상기 공기-유압 변환기(8) 사이의 연결은, 상기 작동 유체가 상기 공기-유압 변환기(8)로부터 상기 저장 용기(1)로 복귀되는 동안에, 밸브(7a) 등에 의해 차단되는, 열 에너지를 기계적 일로 변환하는 방법.The connection between the working tank 3 and the air-hydraulic converter 8 is controlled by a valve 7a or the like while the working fluid is returned from the air-hydraulic converter 8 to the storage vessel 1. Blocked, how to convert thermal energy into mechanical work. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 6, 상기 작동 유체는 상기 저장 용기(1)로부터 상기 작동 탱크(3) 내로 공급되는 동안에 열교환기(15)에 의해 냉각되는, 열 에너지를 기계적 일로 변환하는 방법.The working fluid is cooled by a heat exchanger (15) while being supplied from the reservoir (1) into the working tank (3). 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 7, 상기 유압 유체는 열교환기에 의해, 상기 공기-유압 변환기(8) 내의 상기 작동 유체의 평균 온도에 대응하는 온도로 유지되는, 열 에너지를 기계적 일로 변환하는 방법.The hydraulic fluid is maintained by a heat exchanger at a temperature corresponding to the average temperature of the working fluid in the air-hydraulic converter (8). 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 8, 상기 작동 유체는 상기 공기-유압 변환기(8)로부터 제2 열교환기(16)를 관통하도록 향하는, 열 에너지를 기계적 일로 변환하는 방법.The working fluid is directed from the air-hydraulic converter (8) to penetrate the second heat exchanger (16). 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 9, 상기 공기-유압 변환기(8)로부터 오는 상기 작동 유체는, 상기 저장 용기(1) 내의 상기 제1 압력보다 낮은 팽창 압력으로 팽창되고, 그 후에 상기 제1 압력으로 압축되는, 열 에너지를 기계적 일로 변환하는 방법.The working fluid coming from the air-hydraulic converter 8 converts thermal energy into mechanical work, which is expanded to an expansion pressure lower than the first pressure in the storage vessel 1 and then compressed to the first pressure. How to. 열 에너지를 기계적 일로 변환하기 위한 장치로서,A device for converting thermal energy into mechanical work, 저장 용기(1), 작동 탱크(3), 및 유압 일을 기계적 일로 변환하기 위한 작동 기계(9)를 구비하며,A storage container 1, an operating tank 3, and an operating machine 9 for converting hydraulic work into mechanical work, 상기 작동 탱크(3)는 상기 작동 유체를 가열하기 위해 제1 열교환기(5)와 연통하고,The working tank 3 is in communication with the first heat exchanger 5 for heating the working fluid, 상기 작동 탱크(3)는 또한, 상기 작동 유체의 압력을 유압 유체로 전달하기 위해 공기-유압 변환기(8)에 연결되어 있으며,The working tank 3 is also connected to an air-hydraulic converter 8 for transferring the pressure of the working fluid to hydraulic fluid, 상기 장치는, 상기 작동 유체를 상기 공기-유압 변환기(8)로부터 상기 저장 용기(1)로 재순환시키기 위한 재순환 라인을 더 구비하는,The apparatus further comprises a recycling line for recycling the working fluid from the air-hydraulic converter 8 to the storage container 1, 열 에너지를 기계적 일로 변환하기 위한 장치.Device for converting thermal energy into mechanical work. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 작동 유체를 상기 저장 용기(1)로부터 상기 작동 탱크(3) 내로 펌핑하기 위한 공급 펌프(2)를 더 구비하는, 열 에너지를 기계적 일로 변환하기 위한 장치.And a feed pump (2) for pumping the working fluid from the reservoir (1) into the working tank (3). 제11항 또는 제12항에 있어서,The method according to claim 11 or 12, wherein 상기 제1 열교환기(5)는 상기 작동 탱크(3) 내에 장착되어 있는, 열 에너지를 기계적 일로 변환하기 위한 장치.The first heat exchanger (5) is mounted in the working tank (3), an apparatus for converting thermal energy into mechanical work. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 11 to 13, 상기 작동 기계(9)는 유압 모터로서 구성되어 있는, 열 에너지를 기계적 일 로 변환하기 위한 장치.The operating machine (9) is configured as a hydraulic motor, the device for converting thermal energy into mechanical work. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 11 to 14, 상기 공기-유압 변환기(8)는 기포 수집기로서 구성되어 있는, 열 에너지를 기계적 일로 변환하기 위한 장치.The air-hydraulic converter (8) is configured as a bubble collector, for converting thermal energy into mechanical work. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 11 to 15, 제2 열교환기(16)는 상기 공기-유압 변환기(8)와 상기 저장 용기(1) 사이에 삽입되어 있는, 열 에너지를 기계적 일로 변환하기 위한 장치.A second heat exchanger (16) is inserted between the air-hydraulic converter (8) and the storage container (1), the apparatus for converting thermal energy into mechanical work. 제16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 제2 열교환기(16)는 응축기로서 구성되어 있는, 열 에너지를 기계적 일로 변환하기 위한 장치.The second heat exchanger (16) is configured as a condenser, the apparatus for converting thermal energy into mechanical work. 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 11 to 17, 부스터 펌프는 상기 제2 열교환기(16)의 하류에 구비되어 있는, 열 에너지를 기계적 일로 변환하기 위한 장치.A booster pump is provided downstream of the second heat exchanger (16), for converting thermal energy into mechanical work. 제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 11 to 18, 상기 작동 탱크(3)는 증발기로서 구성되어 있는, 열 에너지를 기계적 일로 변환하기 위한 장치.The working tank (3) is configured as an evaporator, a device for converting thermal energy into mechanical work. 제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 11 to 19, 제3 열교환기(11)는 상기 유압 유체의 회로 내에 배치되어 있는, 열 에너지를 기계적 일로 변환하기 위한 장치.A third heat exchanger (11) is arranged in the circuit of the hydraulic fluid, the device for converting thermal energy into mechanical work. 제11항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 11 to 20, 상기 작동 탱크(3)와 연통하는 냉각 시스템을 구비한 내연기관을 더 구비하는, 열 에너지를 기계적 일로 변환하기 위한 장치.An apparatus for converting thermal energy into mechanical work, further comprising an internal combustion engine having a cooling system in communication with the working tank (3). 제11항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 11 to 21, 복수개의 상기 작동 탱크(3)와 복수개의 상기 공기-유압 변환기(8)는 병렬로 연결되어 있는, 열 에너지를 기계적 일로 변환하기 위한 장치.A device for converting thermal energy into mechanical work, in which a plurality of said working tanks (3) and a plurality of said air-hydraulic converters (8) are connected in parallel.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9835071B2 (en) 2015-07-07 2017-12-05 Hyundai Motor Company Apparatus for transferring recovered power of waste heat recovery unit

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITBZ20070049A1 (en) * 2007-11-23 2009-05-24 Walu Tec Di Christoph Schwienb EQUIPMENT FOR RECOVERY OF ENERGY FROM MOTOR MACHINES
CN101676525A (en) * 2008-09-17 2010-03-24 北京丸石有机肥有限公司 Method and device of transforming energy of low-temperature gas
BR112012026138A2 (en) * 2010-04-15 2017-07-18 Gershon Machine Ltd generator and method for generating output power using the generator
US8800280B2 (en) * 2010-04-15 2014-08-12 Gershon Machine Ltd. Generator
US9540963B2 (en) 2011-04-14 2017-01-10 Gershon Machine Ltd. Generator
DE102016205359A1 (en) * 2016-03-31 2017-10-05 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for compressing a fluid
EP3599440A1 (en) * 2018-07-24 2020-01-29 Siemens Aktiengesellschaft Device and method for compression of a gas
MA51537B1 (en) * 2020-10-19 2022-10-31 Byah Ahmed Converter of heat energy stored in ocean waters and in the atmosphere into electrical energy.

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2900793A (en) * 1954-04-06 1959-08-25 Sulzer Ag Condensing steam heated boiler feed water heating system including a condensate operated turbine
DE2210981A1 (en) * 1971-03-19 1972-09-21 Europ Propulsion Hydraulic heat engine
US3803847A (en) * 1972-03-10 1974-04-16 Alister R Mc Energy conversion system
US4031705A (en) * 1974-11-15 1977-06-28 Berg John W Auxiliary power system and apparatus
GB1536437A (en) * 1975-08-12 1978-12-20 American Solar King Corp Conversion of thermal energy into mechanical energy
JPS55128608A (en) * 1979-03-23 1980-10-04 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Apparatus in use of heat accumulating material for converting thermal energy into mechanical force
JPS56135705A (en) * 1980-03-28 1981-10-23 Sumitomo Heavy Ind Ltd Energy-collecting method for taking out power continuously from steam fed intermittently
US4393653A (en) * 1980-07-16 1983-07-19 Thermal Systems Limited Reciprocating external combustion engine
US4617801A (en) * 1985-12-02 1986-10-21 Clark Robert W Jr Thermally powered engine
JPH0347403A (en) * 1989-07-13 1991-02-28 Toshiba Corp Water drop removing device for steam turbine
AUPM859994A0 (en) * 1994-10-04 1994-10-27 Thermal Energy Accumulator Products Pty Ltd Apparatus and method relating to a thermovolumetric motor
JPH09222003A (en) * 1996-02-19 1997-08-26 Isao Nihei Method for converting heat energy into power
AU1047000A (en) * 1998-11-03 2000-05-22 Francisco Moreno Meco Fluid motor with low evaporation point
JP2002089209A (en) * 2000-09-07 2002-03-27 Hideo Komatsu Gas turbine-hydraulic power combined generator
AUPS138202A0 (en) * 2002-03-27 2002-05-09 Lewellin, Richard Laurance Engine
DE102004003694A1 (en) * 2004-01-24 2005-11-24 Gerhard Stock Arrangement for converting thermal into motor energy

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9835071B2 (en) 2015-07-07 2017-12-05 Hyundai Motor Company Apparatus for transferring recovered power of waste heat recovery unit

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Publication number Publication date
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