NO334747B1

NO334747B1 - Eksternvarmemaskin, framgangsmåte ved drift av eksternvarmemaskin, en termodynamisk prosess for drift av en eksternvarmemaskin, samt anvendelse av en eksternvarmemaskin og/eller en termodynamisk prosess ved drift av et kraftvarmeverk.

Info

Publication number: NO334747B1
Application number: NO20120063A
Authority: NO
Inventors: Harald Nes Rislå
Original assignee: Viking Heat Engines As
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2014-05-19
Also published as: WO2013109152A1; NO20120063A1

Abstract

Eksternvarmemaskin (1) som benytter et arbeidsfluid (9), hvor minst ett volumendringskammer (150, 151) er tildannet av minst én enhet (10, 11, 11a, 11b, 100, 101, 110, 111), og hvor det til minst én av den minst ene volumendringskammertildannende enheten (10, 11, 11a, 11b, 100, 101, 110, 111) er anordnet minst én termisk barriere (190, 190', 190'', 190''') som forhindrer varmefluks fra den minst ene volumendringskammertildannende enheten (10, 11, 11a, 11b, 100, 101, 110, 111) til minst én omkringliggende enhet (5, 7, 10, 11, 11a, 11b, 100, 101, 110, 111) og/eller omgivelsene. Det beskrives også en termodynamisk prosess for drift av en eksternvarmemaskin (1). Endelig beskrives det anvendelse av eksternvarmemaskinen (1) og/eller den termodynamiske prosessen ved drift av et kraftvarmeverk (3000).

Description

EKSTERNVARMEMASKIN, FRAMGANGSMÅTE VED DRIFT AV EKSTERNVARMEMASKIN, EN TERMODYNAMISK PROSESS FOR DRIFT AV EN EKSTERNVARMEMASKIN, SAMT ANVENDELSE AV EN EKSTERNVARMEMASKIN OG/ELLER EN TERMODYNAMISK PROSESS VED DRIFT AV ET KRAFTVARMEVERK

Det beskrives en eksternvarmemaskin som benytter et arbeidsfluid, hvor minst ett volumendringskammer er tildannet av minst én enhet, og hvor det til minst én av den minst ene volumendringskammertildannende enheten er anordnet minst én termisk barriere som forhindrer varmefluks fra den minst ene volumendringskammertildannende enheten til minst én omkringliggende enhet og/eller omgivelsene.

Det beskrives også en termodynamisk prosess for drift av en eksternvarmemaskin. Endelig beskrives anvendelse av en eksternvarmemaskin og/eller en termodynamisk prosess ved drift av et kraftvarmeverk.

Siden slutten av det nittende århundret har det blitt lagt ned en betydelig innsats i å utvikle varmemaskiner for å kunne konvertere lavverdig varmeenergi til høyverdige energiformer slik som mekanisk eller elektrisk energi. Lavverdig varmeenergi, dvs. varmeenergi ved lavere temperaturer, er vanskelig å konvertere fordi det termodynamiske potensialet er lavt i henhold til Carnots teorem. Ca mots teorem sier at den øvre grensen for hvor mye varmeenergi som kan utnyttes til å gi arbeid i en varmemaskin er gitt av temperaturforskjellen mellom et varmereservoar og et kuldereservoar. Alle varmemaskiner utnytter temperaturforskjellene mellom et varmereservoar og et kuldereservoar. Internforbrenningsmotorer utnytter varmen fra forbrenning, og omgivelsene (atmosfæren) til avkjøling. Eksternforbrenningsmotorer, eller mer generelt eksternvarmemaskiner slik som dampturbiner, utnytter varmen fra for eksempel kullforbrenning, søppelforbrenning, kjernefysiske prosesser etc, og kjøler bort restvarmen til omgivelsene ved hjelp av en kondensator, eller i verste fall slik som ved enkelte eldre dampmaskiner, hvor dampen, etter at den hadde blitt brukt til å skape arbeid på et stempel, blir sluppet rett ut i atmosfæren.

Carnots teorem kan sammenfattes i én enkel likning, som sier at r\ Kax = 1 - T<q>/Th, hvor q gir den høyeste termodynamiske virkningsgraden en teoretisk kan oppnå ved en ideell reversibel varmemaskin. Tc er den absolutte kuldereservoartemperaturen, i Kelvin (eller Rankine), og Th er den absolutte varmereservoartemperaturen. Ved Carnots teorem fortelles det intet om strømningstap, mekanisk virkningsgrad, virkningsgrad ved forbrenn i ngsprosesser etc, så i den praktiske verdenen må en regne med betydelig høyere tap enn det som gis av Carnots teorem alene. Carnots teorem viser likevel direkte at jo lavere temperaturforskjeller en har til rådighet, jo mindre varmeenergi kan en konvertere til høyverdig energi, og hvis andre tap i tillegg er betydelige, kan en risikere å ikke oppnå noe i det hele tatt.

I tradisjonelle forbrenningsmotorer kan en akseptere en del tap fordi forbrenningstemperaturen, dvs. varmereservoartemperaturen, er høy, og dermed er det termodynamiske potensialet i henhold til Carnots teorem høyt. Så lenge dette er tilfellet vil en likevel få ut en god andel av den tilgjengelige energien, som eksempelvis typisk kan være maksimalt rundt 30 % for bensinmotorer, og maksimalt rundt 40 % for dieselmotorer. De fleste forbrenningsmotorer er basert på stempelmaskiner fordi det historisk sett har vist seg at stempelmaskiner er både billige å fremstille, pålitelige, krever få eksotiske materialer og krever lite ekspertise ved vedlikehold.

For varmeenergi utnyttelse ved lavere temperaturer har det tradisjonelt vært benyttet andre teknologier enn det som er vanlig å benytte innen forbrenningsmotorindustrien. Eksempler er stempelbaserte Stirlingmotorer som benytter spesialiserte materialer,

ORC-motorer (Organic Rankine Cycle) som benytter turblnteknologi etc. Innen enkelte spesialsegmenter viser disse teknologiene seg å fungere hett utmerket, men ofte til en betydelig kostnad. I tillegg har det frem til nå blitt utviklet få eller ingen lavtempera-turteknoEogier som benytter masseproduserte standardmaterialer og -komponenter, slik som for eksempel fra bilindustrien. Spesielt gjelder dette for teknologisegmenter som krever lave effektuttak, for eksempel i størrelsesorden under 100 kW. For seg-menter med større effektuttak fins det en del tilgjengelig teknologi, og da ofte Sti ri i ng-eller ORC-teknologi, fra flere større industriaktører. Det fins også noen aktører som lager stempeldampmaskiner i de høyere effektområdene. For de lavere størreisesor-dener fins det kun et fåtall kommersielt tilgjengelige produkter, og da ofte til en meget høy pris. Det kan være flere grunner til dette, og en av dem er at det har vist seg å være spesielt dyrt å måtte benytte eksotiske og ikke-standard komponenter, materialer og teknologier. I tillegg er det tradisjon for å benytte komponenter som avviker fra det som er standard innen bilindustrien eller andre industrier som produserer forbrenningsmotorer i store serier, for øvrig de eneste industriene som masseproduserer små motorer til en lav kost, hvor "små" typisk kan bety < 150 kW effekt.

Hvis en skal klare å produsere små motorer som kan utnytte lave temperaturn tvåe r, til en lav kost, er det derfor svært viktig å kunne benytte seg av mest mulig standard teknologi. Det mest nærliggende vil da være å søke å benytte seg av mest mulig kjent teknikk fra bilmotorverdenen, eventuelt motorer for tohjulinger, generatormotorer med mer. Slike motorer er produsert i meget store antall, det fins en enorm mengde erfaringsdata, det fins mye ekspertise og de er billige i store antall. I tillegg kan de gjennom visse designgrep oppnå høy pålitelighet og høy slitestyrke.

Når en søker å utnytte varme ved lave temperaturer, kan det først og fremst være gunstig i forbindelse med kraftvarmeverk, hvor varmen er hovedproduktet, og eventuell mekanisk eller elektrisk energi er biproduktet. Grunnen er helt enkelt at Carnots teorem setter en betydelig begrensning på hvor mye høyverdig energi en andelsvis kan oppnå, og dersom en da ikke kan utnytte varmen, vil mesteparten gå til spille, og drivverdigheten vil da kunne opphøre.

Når det derimot først er et varmebehov til stede, vil en slik utnyttelse av varme ved lave temperaturer kunne være svært gunstig. Det viser seg at hvis en studerer det gjennomsnittlige energiforbruket ved for eksempel husholdninger, landbruksinstana-sjoner, kontorer, hoteller, industribygg etc, vil en observere at mesteparten av det totale energiforbruket går med til oppvarming av vann og bygningsmasser, eventuelt til avkjøling. Det er kun en liten andel av det totale energibehovet som behøves i form av ren elektrisk kraft. For en typisk nordeuropeisk husholdning vil det typiske elektriske kraftbehovet utgjøre kun mellom 10 og 15 % av det totale energiforbruket.

I de senere årene har det blitt mer og mer vanlig å installere for eksempel biomassebrennere (dvs. pellets- og flisbrennere) i forbindelse med bygningsmasse. Det har også blitt mer vanlig å installere termiske solfangere, dvs. solfangere som kun leverer varme, og noen av disse teknologiene har i de senere årene blitt i stand til å levere varme med relativt høye temperaturer, for eksempel opp mot 200-300 °C. Selv om disse temperaturene ansees å være høye i denne forbindelse, er det likevel lavt i forhold tif de temperaturene en oppnår ved forbrenningsprosesser, idet disse ofte er 800-900 °C og oppover.

Likevel er det store utfordringer knyttet til å kunne utnytte forbrenningsvarmen fra

biomasseforbrenning direkte. Biomassebrennere benytter varmevekslere, og ved høye temperaturer vil det kreves spesielle materialer som kan tåle disse. I tillegg er det ofte ikke ønskelig med høyere temperaturer på forbrukersiden, både på grunn av sikkerhet og fordi det meste av oppvarmingsbehov kan utføres med temperaturer på for eksempel 100 °C eller lavere. Derfor er det i stedet vanlig å benytte en mineralsk (for ek-

sempel stein eller keramisk) varmeveksler mellom forbrenningsprosessen og varmesluket, som typisk kan være et metall rør med sirkulerende vann og som for eksempel er innestøpt eller innebygd i det mineralske elementet. På denne måten oppnås det en stor temperatursenking ned mot forbrukeren, samtidig som en klarer å utnytte en stor andel av den tilgjengelige energien, dvs. utnyttelsesgraden eller virkningsgraden ved biomasseforebrenning er ofte rundt 90 % eller høyere.

Av dette følger at hvis en skal benytte eksisterende biomassebrennere som varmekilde til eksternvarmemaskiner ved lave temperaturer, vil det kun kreves enklere tiltak utført ved brennerne dersom en kan begrense utgangstemperaturen til varmeproduk-tet til for eksempel kun 200-300 °C. I tillegg vil et slikt temperaturnivå samsvare godt med det som er tilgjengelig ved dagens termiske solfangere, og dette vil kunne være svært gunstig ved et kombinert energianlegg hvor en kan benytte den tilgjengelige solinnstrålingen i kombinasjon med for eksempel en flisbrenner. Dersom en da instal-lerer en eksternvarmemaskin i tillegg til solvarme- og brennersystemet kan en forsyne både varme og elektrisk kraft til for eksempel en bygningsmasse, og bygningsmassen vil da kunne være selvforsynt med fornybar, miljøvennlig energi.

For at et slikt anlegg skal kunne være en lønnsom investering, må eksternvarmemaskinen ligge på et kostnadsnivå samt ha en pålitelighet under drift som er attraktiv for markedet. En typisk mindre bygningsmasse (bolig, landbruksbygning, kontor, mindre industribygg etc), som tross alt representerer det største markedet i antall, har et lite elektrisk kraftbehov, men det eksisterer få tilgjengelige teknologier som kan benyttes til dette formålet. En eksternvarmemaskin til dette formålet vil typisk måtte ha et tilgjengelig elektrisk effektuttak på et sted mellom 1 og 10 kW, noe som har vist seg vanskelig å oppdrive til en rimelig kost.

Det finnes riktignok internforbrenningsmotorer som er utviklet til dette formålet, men disse benytter fossile brensler, og vil ikke kunne utnytte varmen fra nettopp sol og biomasseforbrenning. Idet det allerede er mye tilgjengelig varme fra bl.a. nettopp sol og biomasseforbrenning, vil det dermed være et stort marked for anlegg som i tillegg kan produsere elektrisk kraft.

Idet de fleste eksisterende varmemaskinteknologier ikke er tilpasset til å kunne levere mindre mengder elektrisk kraft fra varme ved lavere temperaturer til en lav kost, er det et stort potensial I nettopp å kunne utvikle slik teknologi videre. Det mest nærliggende vil da være å velge en teknologibase med utgangspunkt i stempelmotorer fra bilindustrien eller tilsvarende, fordi det innen disse segmentene foreligger lang erfa-ring med velprøvde og pålitelige motorløsninger som er produsert i store volumer, og

til en meget lav kost.

US 5447130 A beskriver en termisk isolert motor som blir benyttet som en internfor-brenningsmotor, hvor det i en syllndertopp anvendes en keramisk forbindelse som har en termisk ledningsevne. En sylindertoppblokk tildanner en termisk barriere som hind-rer varmefluks mellom en sylinder og en eventuell ventllstyrlngsblokk. Det beskrives også en sylinderforing tildannet av et keramisk, varmeledende materiale.

EP 0049941 Al beskriver midler for å forhindre at varmen fra et arbeidsfluid strømmer inn i komponenter som sylinder, stempel, topplokk, ventiler og andre relevante mo-tordeler, ved at disse oppviser flater konstruert av fluidumgjennomtrengelig materiale, mens fluidtette tilstøtende deler av ikke-gjennomtrengeiig materiale anvendes i sylin-derhuset. En egnet væske er levert av en pumpe til kanaler i sylinderen og med andre midler til stempelet og til ventilene. Fluidet strømmer gjennom det permeable materialet for å danne et utskiftbart lag av væske på komponentoverflatene. Varme som ellers vilte overføres til disse flatene fra arbeidsfluidet, absorberes av det utskift ba re fluidet mens det tvinges vekk fra overflaten gjennom tykkelsen av det statiske gren-sesjiktet.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe til veie et nyttig alternativ til kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i etterfølgende patentkrav.

Dersom en skal tilveiebringe en eksternvarmemaskin basert på mest mulig kjent mo-torteknikk, som i de fleste tilfeller benytter konvensjonelle smøre løsn Inger, identifise-res det bl.a. følgende problemstillinger som må løses: 1. Omfanget av varme partier i maskinen må begrenses for bl.a. å minimere termiske belastninger, varmetap og eksponering av smøremiddel mot høye temperaturer, hvilket kan forringe smøremiddelet dersom dette for eksempel er en konvensjonell smøreolje. 2. En må minimere smøre behovet i de deler av maskinen som likevel må arbeide med høye temperaturer og som eventuelt fremdeles behøver noe smøring, slik at en eventuell forringelse av smøremiddelet er begrenset til kun å gjelde en liten mengde, idet andelen smøremiddel som da forringes, er liten nok til at den totale mengden fremdeles vil oppvise tilfredsstillende smøreegenskaper over tid. Ved normalt vedlikehold i form av oljeskift vil en eventuell forringelse av en liten andel smøremiddel da kunne være uproblematisk. 3. En må sørge for god tetning mellom smøreolje- og arbeidsfluid kretsene, slik at det blir minst mulig blanding av smøreolje og arbeidsfluid, idet blanding av disse vil kunne forringe deres kvaliteter under drift, samt kvaliteten til driftspro-sessen.

4. En må separere innblandet arbeidsfluid fra smøreoljen i smøreoljekretsen.

5. En må separere innblandet smøreolje fra arbeidsftuidet i arbeidsfluid kretsen.

Oppfinnelsen søker å løse flere av disse problemstillingene. Alternativt kan problemstillingene 3 til 5 i lista over begrenses, eventuelt elimineres, ved at en kan benytte seg av et arbeidsfluid med forhåndsinnblandet smøremiddel. I et slikt tilfelle er det gitt at det innblandede smøremiddelet må kunne operere ved de samme temperaturer som arbeidsfluidet utsettes for. Enkelte sitikonoljer vil kunne benyttes til et slikt formål, samt at enkelte silikonoljer også vil kunne benyttes som arbeidsfluid, noe som vil kunne forenkle blandingsprosessen. Det kan i et slikt tilfelle fremdeles eksistere et separat smøresystem som benyttes for partier av maskinen hvor det ikke forventes særlig kryssblanding mellom arbeidsfluidet og et smøremiddel.

For å kunne benytte en mest mulig standard stempel maskin som eksternvarmemaskin ved lavere temperaturer, vil det kreves en del designmessige nye løsninger. Hvis en tar utgangspunkt i eksisterende bensin- eller dieselmotorer, observerer en at disse er oppbygd med ulike hovedblokker som ofte omfatter: 1. En todelt veivblokk (dvs. selve veivblokka samt otjepanne) omfattende veivhuset, en veivaksel, råde, lagre, tetninger samt oljesump med mer. 2. En sylinderblokk omfattende sylinderforinger, smørekanaler og kjølekanaler med mer, hvor sylinderblokken når den er komplett sammenstilt også vil romme stempler. 3. En todelt sylindertoppblokk (dvs. sylindertoppblokken samt et toppdeksel), som ofte rommer ventilstyring, slik som ka rna ksier, vippearmer, ventiler, inntaks-og eksospotter med mer.

I flere tilfeller er det også vanlig at sylinderblokken er kombinert med den "øvre" delen av veivblokken ved at disse hovedsakelig består av ett stykke støpt gods, noe som for øvrig også kan gjelde for oppfinnelsen. I tillegg har slike forbrenningsmotorer ytterli gere komponenter, for eksempel for drift av kamaksel (registerkjede eller -rem), pakninger, motorstarter, kjøtevaeskepumpe, generator, luftinntak, eksosanlegg, injektor eller forgasser, instrumenter, mindre aktuatorer, kosmetiske deksler, motorkontroll-enhet (ECU) og eventuelt girkasse etc.

Fokuset her vil bli på hovedblokkene, idet det er forhold ved disse som er mest rele-vant for oppfinnelsen. Alle forbrenningsmotorer krever større eller mindre grad av kjø-ling for at ikke konstruksjonsmaterialene (ofte ulike legeringer med utgangspunkt i stål eller aluminium) skal ødelegges som følge av høy belastning under overoppheting. Dette fører i seg selv til et betydelig tap av virkningsgrad idet mye av forbrenningsenergien fjernes ved nettopp avkjøling. En kan likevel akseptere dette, som tidligere nevnt, nettopp fordi det termodynamiske potensialet ved forbrenningsprosesser er høyt i utgangspunktet.

Dersom en skulle ha konstruert en tilsvarende motor med betydelig mindre kjølebe-hov, for Igjen å kunne utnytte mer av forbrenningsenergien, ville materialkostnadene blitt så store at det ikke ville vært lønnsomt. Derfor velger en helter å akseptere et større varmetap, så lenge en likevel oppnår en totalvirkningsgrad på et tilfredsstillende nivå.

Dette kan en ikke tillate seg i eksternvarmemotorer som skal drives ved tave temperaturnivåer, idet virkningsgraden allerede vil være mer begrenset I henhold til Carnots teorem. Intern forbrenningsmotorer arbeider som kjent hovedsakelig utelukkende på høye temperaturni våe r, mens eksternvarmemotorer kan i tillegg arbeide med lavere temperaturer.

Selv om forbrenningstemperaturen i forbrenningsmotorer er svært høy, vil temperaturene til motorens indre komponenter, spesielt dem som står I termisk kontakt med

ekspansjons- og dermed forbrenningskammeret, aldri bli svært høye på grunn av kjø-lingen. Dette er helt nødvendig for at materialene de er laget av ikke skal ødelegges. I tillegg benyttes det smøreolje I de fleste motorer, og disse vil degenereres og dermed forringes, eventuelt ødelegges, dersom temperturen blir for høy, for eksempel over 100-150 °C. Derfor er det svært viktig at alle deler som krever smøring, har en viss grad av tempera tu r kon troll, for eksempel i form av kjøling.

Alle motorer benytter et arbeidsfluid (dvs. luft, forbrenningsgasser, vann, organiske fluider med mer), og det er temperaturøkningen til arbeidsfluidet som driver motoren ved at arbeidsfluidets trykk øker og utnyttes til å utføre arbeid på eksempelvis et stempel. Arbeidsfluidet står i direkte termisk kontakt med motorens ekspansjonskam- re (volumendringskamre), som ved stem pel maskt ner hovedsakelig er omsluttet og derved definert av sylinderveggen, sylindertoppen, eventuelt ventilene, samt "oversi-den" av stempelet. Oet er dermed også disses flater som utsettes for den største var-meeksponeringen, og følgelig disse som vil kreve en høyest grad av temperatur kon-troll.

Ved drift med lavere arbeidsfluidtemperaturer kan en tillate seg å ha mindre kjøling av disse flatene, og ideelt sett ønsker en å eliminere kjølebehovet fullstendig. Dersom temperturen er lav nok, kan dette fa seg gjøre uten å måtte benytte seg av eksotiske materialer, idet for eksempel aluminium vil tåle temperaturer opp mot 300 °C uten stor fare for materialskade. Stållegeringer tåler som regel enda høyere temperaturer. Utfordringen en da står igjen med er smøreoljen, som helst ikke skal eksponeres for temperaturer mye over 120-150 °C.

Det er flere måter å løse dette på: En kan for eksempel benytte materialer som ikke krever oljesmøring, men dette vil igjen kreve mer eksotiske materialvalg, noe som vil bli fordyrende. En annen måte å løse dette på er å begrense eksponeringen av smøre-olje tit områder i maskinen som kan operere ved lavere temperaturer, og i tillegg leg-ge inn tiltak for å redusere behovet for bevegelige deler i varme områder av motoren. Hvis en i utgangspunktet antar at det hovedsaklig er de bevegelige hovedkomponen-tene som krever oljesmøring, står en igjen med å måtte smøre veivakselen, sylinderen etler stempelet og kamakselen, dvs. deres friksjonsutsatte kontaktflater mot andre enheter, slik som ved lagre og glideflater. Det antas i tillegg at øvrige tilhørende komponenter, for eksempel rullelagre, kulelagre og andre bevegelige overganger og over-føringer vil måtte smøres.

For øvrig antas det også at øvrige komponenter som vil være innlysende for en fag-mann, er benyttet og implementert der hvor det vil være naturlig. Eksempler er mon-tasjeanordninger, braketter, foringer, skruer, muttere, skiver, tetninger (pakninger, o-ringer, akseltetninger eller simmerringer, stempelringer etc), lagre, slanger, rør, deksler, filtre etc.

Ved å introdusere en termisk barriere (isolasjon) mellom sylinderblokken og ve i vb lok-ken vil en kunne skille disse termisk og dermed kunne tillate at veivblokken med rommede komponenter kan operere på et lavere temperaturn i vå enn sylinderblokken uten at det vil medføre store varmetap. I dette tilfellet antas det at en betydelig del av det som ellers ville utgjort varmetapet, skyldes termisk konduksjon (varmeledning) mellom de ulike materialstykkene, noe som nettopp begrenses ved hjelp av et isolerende lag. Alternativt kan det isteden anordnes termisk isolasjon mellom sylinderblok ken og sylindertoppblokken, spesielt i tilfeller hvor en kan anta at varmelekkasjen fra sylinderblokken mot øvrige komponenter, for eksempel veivblokken, er såpass lav, for eksempel ved lavere driftstemperaturer, at et eventuelt varmetap vil bli mindre betydelig. I dette tilfellet vil sylinderblokken kunne kombineres med den øvre delen av veivblokken, til ett enkelt materialstykke. Tilsvarende grep kan gjøres med sylindertoppblokken dersom det for eksempel antas at motoren har overliggende kamaksler. I konvensjonelle forbrenningsmotorer omfatter sylindertoppen ofte både øverste del av forbrenningskammeret, dvs. selve "toppen" av sylinderkammeret med ventilsetene og endene av ventilene, samt venti(styringsmekanismene (kamaksel, vippearmer etc). Ved å splitte sylindertoppen i to separate deler; en første del som utgjør selve sylindertoppen, og en andre del som utgjør en avdelt, eventuelt separat, ventilstyringsblokk, dvs. en blokk som rommer kamakselen og de øvrige ventilstyringsmekanisme-ne med tilhørende komponenter, oppnår en muligheten for å tilveiebringe et isolerende lag mellom dem. På denne måten kan også sylindertoppblokken og ventilstyringsblokken, som dermed har blitt avdelt, operere på forskjellige temperaturnivåer. Ved å splitte det som i konvensjonelle forbrenningsmotorer vil være en enhetlig sylindertoppblokk i to separate deler (dersom en ser bort i fra tillegget av et eventuelt toppdeksel) oppnår en nettopp fordelen av å kunne operere alle ventiIstyringskompo-nenter på et lavere temperaturnivå i forhold til den separate toppblokken, uten at det vil kreves mye avkjøling. Følgelig kan en videre unngå et stort varmetap fra denne delen av motoren.

Slik det er forklart over, vil det da kun være sylinderblokken, m.a.o. blokken som rommer sylinderforingene, og/eller den avdelte sylindertoppblokken som behøver å operere på et høyere temperturnlvå. En kan da si at en skiller de volumendringskammer- eller sylinderkammerrommende maskin blokkene termisk fra resten av motoren. I tillegg kan en anordne en termisk barriere mellom de volumendringskammerrom-mende maskinblokkene og omgivelsene, eventuelt også mellom de volu-mendringskammerrommende maskinblokkene og ytterligere maskinblokker, dersom disse er eksponert mot hverandre. Det kan også anordnes termiske barrierer mellom ytterligere maskinblokker og omgivelsene.

Det finnes flere eksempler på kjent teknikk for utnyttelse av termiske barrierer i varmemaskiner. De publiserte patentdokumentene DE102009017279A1, US4245611, US4453527, US4530341, US4774926, US4864987, US5000133, US5033427 og US5447130 viser ulike teknikker for a skape termiske barrierer mellom volu-mendringskammerrommende komponenter og øvrige enheter. DE102009017279A1 viser til teknikk for å forhindre varmefluks fra arbeidskammeret i en varmemaskin for en azeotrop dampblanding, mens de øvrige viser til tilsvarende teknikk for andre variasjoner av varmemaskiner, med spesielt fokus på internforbrenningsmotorer.

De termiske barrierene vil kunne være utformet av ulike materialer. I enkleste fall kan det innebære pakninger av et spesielt godt isolerende materiale eller materialkombi-nasjon. Det kan også være en pakning av større tykkelse enn det som tradisjonelt brukes, så lenge den er en dårlig varmeleder. I andre tilfeller vil de termiske barrierene kunne være laget av én materialtype med dårlige varmelederegenskaper. For eksempel vil syrefast stål eller kromstål være en dårligere varmeleder, og dermed en bedre termisk barriere, enn for eksempel kobber i form av en kobberpakning. Det vil også kunne benyttes isolerende pakninger sammensatt av flere lag med ulike materialer slik som i en sandwichløsning. Enkelte mineralske materialer og keramiske materialer vil også kunne benyttes. I tillegg kan det benyttes lette materialer og material-kombinasjoner som er spesielt designet med gode isolatoregenskaper. Dette vil spesielt kunne benyttes for isolasjon mot omgivelsene. Materialer slik som mineralull eller ulike former for aerogel vil kunne være spesielt godt egnet til dette formålet. Ulike svakere materialer, for eksempel svake, syntetiske materialer som plastmaterialer, vil også kunne benyttes der hvor belastningene og temperaturpåkjenningene tillater dette.

I en ytterligere utførelse vil selve sylinderblokken kunne utgjøre en termisk barriere i seg selv. I et slikt tilfelle vil det kunne være nødvendig å benytte materialer med spesielt dårlig termisk lederevne, som for eksempel kromstål, syrefast stål etc. I tillegg kan det være aktuelt å øke for eksempel lengden til sylinderne for å oppnå en lang termisk lederavstand i aksial retning i forhold til sylinderne, noe som vil øke isola-sjonsgraden ytterligere i denne retningen.

I et meget enkelt eksempel vil det også kunne benyttes en gass eller eventuelt vakuum som termisk barriere. Gassen kan for eksempel være luft. Dette kan implementeres i kombinasjon med avstandselementer eller mellomstykker, slik at en eventuell termisk forbindelse minimeres til kun å gjelde avstandselementene, typisk i form av en flens, en foring, en egg eller en avstandsbolt. Avstandselementene eller mellomstykkene kan således være laget av materialer med høy termisk resistans, for eksempel kromstål eller en annen form for rustfritt stål. En motorblokk kan således lages slik at det kun er ett eller noen få mellomstykker som står i termisk kontakt med en neste blokk. I et ytterliggående eksempel kan også to eller flere ulike motorblokker være laget av ett materialstykke ved at de likevel skilles med en termisk barriere i form av et hulrom eller en utformet kanal som kan romme en isolator, for eksempel luft eller vakuum, hvor det i utformingen er laget tverrsnittbegrensede mellomstykker, for eksempel i form av støpegods, hvor mellomstykkene pga. deres begrensede tverrsnitt kun vil lede en begrenset mengde varme. En slik barriere kan også benyttes ved et stempel slik det er vist på bl.a. figur 4a, hvor varmeledning mellom et øvre og et nedre parti av stempelet er begrenset til et ringformet tverrsnittsareal i et overgangsparti mellom et stempelhode/en stempelkuppel og stempelets øvrige partier. Her vil den radielt perifere delen av stempelets kuppel fungere som mellomstykke, og vil således oppvise begrenset varmeledningsevne, idet en gass, vakuum/tomrom eller eventuelt en annen isolatortype fyller et hulrom mellom stempelets kuppel og stempelet for øv-rig, slik det er vist på figuren. Ved stempelet kan det alternativt eller i tillegg anordnes en termisk barriere i aksial forlengelse av stempelhodet, for eksempel i form av et påført lag av et isolerende materiale, slik det er vist på figur 4c.

Figurene 2a, 2d, 2e og 3a viser fysiske blokkskjema over hvordan en kan anordne termiske barrierer slik det er forklart over, og i forhold til vanlig kjent teknikk som vist på figur 1, hvor det ikke er anordnet termiske barrierer.

Øvrige maskinkomponenter som ikke er eksponert mot de volumendringskammer-rommende maskinblokkene, vil oftest ikke kreve tilsvarende termiske barrierer, idet det ikke vil finne sted betydelig varmelekkasje mellom disse.

Ved å implementere termiske barrierer (varmeisolasjon) som forklart over, står en hovedsakelig kun igjen med utfordringen å håndtere smøring av sylinderforingene,

dvs. sylindernes glideflater mot stempelet og stempel ringene, samt eventuelt smøring av ventilstammer dersom det benyttes ventiler med slike. Fordi disse vil oppnå et visst temperaturnivå, er det viktig at ikke smøreolje som eventuelt benyttes, forringes som følge av det eventuelt høyere temperaturnivået. Her fins det også flere løsninger: En kan benytte seg av et "smørefritt" stempel, for eksempel et karbonstempel, selv om dette vil være noe fordyrende. En kan også lage en aksial forlengelse på stempelet, gjerne en form for kuppel med en termisk isolerende løsning slik som beskrevet over, for derved å lage en større fysisk avstand til sylinderens glideflater, noe som vil begrense varmelekkasjen til de flatene som krever mest smøring. En slik aksial forlengning eller kuppel vil også kunne benyttes for å øke den indre overflaten til sylindertoppen, Idet kuppelen vil kunne fortrenge et større volum i sylindertoppen. Dette vil kunne være spesielt gunstig i tilfeller hvor en ønsker å implementere en intern varme-vekslerfunksjon i maskinen, og hvor en hovedsakelig ønsker å anordne en varmeveksler i sylindertoppen. En slik forlengning vil da være med på å forskyve votum-

endringskammeret "opp" i sylindertoppen, slik at den andelen av vol urne ndrings-kammeret som rommes eller omsluttes av sylindertoppen, økes, noe som kan være gunstig i tilfellet hvor en ønsker å begrense eksponeringen av varme mot sylinderen eller sylinderveggen. Dersom stempelet er laget med en aksial forlengning med isolerende egenskaper, kan det være tilstrekkelig å sørge for et hulrom i forlengelsen, slik det også er forklart over, idet dette vil begrense varmeledning mellom en over- og en underside av stempelet. Dette hulrommet kan evakueres for å skape vakuum, noe som vil begrense varmeledningen ytterligere. En slik kuppe) kan også lages av et isolerende materiale. En kan også benytte seg av oljesintrede syl i nderfåringer, som er mer eller mindre selvsmørende, noe som vil kunne begrense smørebehovet. Dette vil også eventuelt kunne benyttes for ventiler, hvor i det minste ventllstammene er trl-dannet av et selvsmørende materiale, slik som et oljesintret eller oljeimpregnert metall.

For vanlige seteventiler som benyttes i de fleste kjente motorløsninger, vil en kunne anordne en ventilføring av et materiale som oppviser lav friksjon, for eksempel en form for bronselegering eller tilsvarende, og kombinert med en ventilstamme, gjerne av et oljeimpregnert metall, for eksempel stål, så vil smørebehovet for denne kunne minimeres, eventuelt elimineres. Figurene 9c og 9d viser utsnitt med eksempler på dette, hvor ventilføring en fungerer som tett forbindelse og gjennomføring for en ventilstamme som er ført fra en venttlstyrtngsblokk til en sylindertoppblokk. Ventilføringen har begrenset snittflate i aksial retning, og vil dermed kun lede en begrenset mengde varme fra sylindertoppblokken til ventilstyringsblokken, og i tillegg vil den fungere som tetning mellom disse og ha en lav nok friksjon for glidebevegelsen til ven tilstå m-men. Det vil også kunne anordnes ulike tetninger i forbindelse med ventilføringen, gjerne I form av elastomerer, samt at det kan anordnes en posisjonsstopper for å kunne styre den aksiale posisjonen i forhold til en av maskinblokkene. Videre kan det i et øvre parti, der hvor ventilføringen og ventilstammen er ført inn i ventilstyringsblokken, kunne anordnes en tetningsanordning, for eksempel i form av en kopp, som har ytterligere individuelle tetninger anlagt mot for eksempel et øvre, indre parti av ventilstyringsblokken og mot ventilstammen.

Figurene 9c og 9d viser videre en termisk barriere anordnet mellom en sylindertoppblokk og en ventiistyringsblokk nettopp i form av en kombinasjon av isolerende mellomstykker, gjerne i form av et metall med dårlig varmelederevne, samt et mellomrom, for eksempel et luftgap. Figur 9d viser også en ventilstyring i form av en kamaksel i kombinasjon med en vippearm, hvorvippearmen haren friksjonsbegrensende rulle, og hvor vippearmen er anlagt på en justerbar vippearmopplagringstapp

med kontramutter, som for øvrig er vanlig innen øvrig kjent teknikk.

I et tilfelle hvor en ønsker å begrense varmetransporten som oppstår når eventuelt unødig store mengder smøreolje fra for eksempel veivhuset blir påført sylinderblokken, og eventuelt nedre del av stempelet, og hvor denne andelen smøreolje returneres til for eksempel veivhuset igjen, så kan en også lage en fysisk barriere som kan begrense lysåpningen mellom veivakselen og sylinderen. Dette vil medføre at en be-grenser oljesirkulasjon mot sylinderforingen, undersiden av stempelet samt øvre del av stempelstaget. En slik fysisk barriere kan for eksempel være en utvidelse av en allerede anordnet termisk barriere, eller den kan være en separat komponent. Den vil i så fall i det minste måtte kunne kommunisere stempelstaget, dvs. lysåpningen må som minimum kunne romme det oscillerende stempelstaget i alle dens arbeidsposisjo-ner for å unngå direkte kontakt med denne. Som en alternativ løsning kan det benyttes en belg som omslutter stempelstaget.

Det vil også kunne implementeres en krysshodeløsning med tilhørende pakkboks for å skille veivhuset fra sylinderne, slik som er vanlig ved flere stempeldampmaskinkon-struksjoner, men dette vil igjen komplisere designet noe.

Tilsvarende tiltak kan også benyttes ved ventilstammene, hvor det også bl.a. kan opp-stå lekkasje av smøremiddel fra ventilstyringsblokken til sylinderkamrene. Dette vil også kunne begrense en eventuell lekkasje av arbeidsfluid i motsatt retning.

En kan også benytte seg av andre typer smøremidler som kan tåle noe høyere temperaturer.

Videre kan en tillate at en liten andel smøreolje blir eksponert mot materialer med noe høyere temperaturer så lenge mengden er liten nok til at det ikke forringer smøre-egenskapene til den totale mengden smøreolje vesentlig, idet den lille mengden vil kunne blandes med den øvrige mengden over tid ved at den returnerer til et felles oljereservoar, for eksempel en oljesump anbrakt under veivakselen, noe som er svært vanlig.

En kan også velge helt eller delvis å separere smøremiddel benyttet for sylinderens glideflater fra øvrig smøremiddel, slik at disse I det vesentlige foreligger i separate smørekretser.

Videre kan det for å begrense behovet for smøremiddel implementeres alternativer til glidelagre der hvor dette ellers ville vært en vanlig løsning. Det kan for eksempel benyttes nåle- eller kulelagre, noe som vil gi et enda mindre smørebehov. Ved ventilsty- ringen kan det for eksempel benyttes vippearmoverføringer med ruller. Figurene 9a, 9b, 9c og 9d viser igjen dette prinsippet, noe som er relativt vanlig ved forbrenningsmotorer, hvor en vippearm er bestykket med ruller i ett eller flere overgangspartier, og hvor rullene kan være basert på for eksempel nålelagre, eller ha nåletageropp-lagring.

Nålelagre og eventuelt kulelagre kan også benyttes for eksempel for rådelageret ved veivakselen eller ved kryssbolten i stempelet. Veivopplagrtngen kan også være av nåle- eller kuletype, eventuelt andre tilsvarende rulleløsninger.

Det vil også kunne benyttes smøremiddel, for eksempel i form av et alternativt addi-tiv, direkte innblandet i arbeidsfluidet, slik som i en totakts bensinmotor, noe som vil kunne forenkle problemstillingene noe. Dette krever i så fall at smøremiddelet eller additivet vil kunne tåle de rådende temperaturene til arbeidsfluidet.

I et tilfelle hvor eksternvarrnemasklnen søkes å utnyttes som en kompoundmaskin, vil det kunne lages et lukkbart omløp som utgjør en forbindelse mellom to volumendringskamre, idet volumendringskamrene kan oppvise vesentlig forskjellige totalvolu-mer. Differansene i totalvolum kan for eksempel implementeres ved at en sørger for ulike slaglengder til de tilhørende stemplene, mens sy Underbori ngene ellers kan være like. I andre tilfeller kan sylinderboringene være ulike, eller det kan utnyttes mer komplekse sylinder- eller stempelgeometrier. Et eksempel på en kompoundmaskin er vist på figurene 7 og 8. Pa figurene er omløpet vist som en kanal som forbinder de to sylinderkamrene, og hvor en omiøpsventil regulerer fluidgjennomstrømningen i dette. En slik kompoundmaskin vil da være definert med en høytrykkssylinder og en lav-trykkssyfinder, eventuelt også med meltomtrykksylindere, hvor høytrykkssyttnderen da vil ha det minste slagvolumet. Volumforholdet mellom en høytrykkssylinder og en lav-trykkssylinder i en tostegs kompoundmaskin vil typisk være i området fra 1:1,5 til 1:7. Flere ulike stempelmaskinløsninger vil med enkelhet kunne gi disse volumforhol-dene. Det viser seg at et volumforhold i området fra 1:1.5 til 1:2.5 vil kunne være spesielt gunstig, særlig for kompoundmaskiner som benytter arbeidsfluider med lavere norma I kokepunkt enn vann.

Som illustrert på figurene 4c, 6, 7 og 8, kan det være anordnet en eller flere interne varmevekslere med termisk forbindelse til sylinderkamrene, for derved å kunne utføre en alternativ termodynamisk syklus som innehar varmetifførsel til arbeidsfluidet under ekspansjon. Slike varmevekslere vil også kunne være med på å begrense tap som assosieres med syiinderkondensering, dvs. tap som følge av at arbeidsfluidet kondenserer på de indre overflatene i volumendringskamrene. Dette viser seg å være en av de viktigste problemstillingene ved ulike løsninger for to-fase varmemaskiner, dvs. varmemaskiner som benytter et kondenserbart arbeidsfluid. Under drift ved for eksempel ulike Rankine-sykluser vil dette kunne gi svært gunstige fordeler, noe som er godt kjent fra historisk litteratur som omhandler dampmaskiner, og da spesielt stempeldampmaskiner, hvor det tradisjonelt har vært vanlig å omslutte hele eller deler av sylinderne med en dampkappe som har til oppgave å øke godstemperaturen til ulike volumendringskammerdannende komponenter. Ved en løsning med interne varmevekslere vil det kunne være utformet varmevekslerkanaler for utveksling av varme fra et termofluid til arbeidsfluidet gjennom en varmevekslervegg, som gjerne kan være en del av sylinderens eller sylindertoppens indre vegger. En eventuell varmevekslervegg vil også kunne utformes av et separat materialstykke. Det vil for eksempel kunne anordnes varmevekslerkanaler i sylindertoppen, i sylinderen, eventuelt i begge. Det kan videre anordnes ulike former for varmevekslerfremmende utforminger, enten som del av sylinderen eller sylindertoppen, eller eventuelt som separate elementer med god termisk forbindelse til varmevekslerkanalene, slik at man kan oppnå høy varmefluks til arbeidsfluidet. De varmevekslerfremmende utformingene kan enten være i form av overflatefor bed rende utforminger, slik som ujevnheter eller ulike mønstre, og/eller overflateforøkende utforminger slik som varmevekslerfinner. Figur 4c viser et eksempel på hvordan det kan utformes minst én radiell varmevekslerfinne i den delen av volumendringskammeret som defineres av sylindertoppen. Ved et slikt eksempel kan det med fordel anordnes arbeidsfluidinnløpsåpninger i den aksiale regionen av sylindertoppen som omfatter de varmevekslerfremmende utformingene, slik det er illustrert på figur 4c. Spesielt i tilfeller hvor sylindertoppen består at et materiale med god varmelederevne, og hvor eventuelt sylinderen består av et materiale med lavere varmelederevne, vil det kunne være gunstig at mesteparten av den andelen varmefluks som skal tilføres arbeidsfluidet internt tilføres her.

Bruken av radielle varmevekslerfinner er vanlig ved diverse kjent teknikk for varmemaskiner, og et eksempel på dette er illustrert i US4387567, som viser bruken av dette i en Stirllngmotor (se for eksempel figur IA).

Slik det videre er vist på figur 8, kan en injektor eller innløpsventil være anordnet med fluidkommunikasjon inn til et vol umend r ing skam mer via et arbeidsfluidinnløp med den tilhørende arbeidsfluidinnløpsåpningen. Arbeidsfluidinnløpsåpningen kan også være anordnet slik aten kan oppnå en forholdsvis tangentiell arbeidsfluidinnstrømning i sylinderkammeret, eventuelt andre styrte retninger. Arbeidsfluidinnløpsåpningen kan da på foretrukket vis generelt være anordnet i sylindertoppen slik det også er vist på figur 8. Arbeidsfluidinnløpsåpningen kan også ha funksjon av en dyse.

Sylindertoppen kan videre være utformet med turbulensfremmende utforminger eller elementer, og den kan være utformet med strømnlngsretningsstyrende utforminger, slik som tapper, vinger eller finner. I en spesifikk form kan den være forsynt med skrueformede finner slik at arbeidsfluid som Injiseres relativt tangentielt, vil bli styrt for eksempel opp mot øvre del av sylindertoppen. I et tilfelle hvor det hovedsakelig kun skal anbringes en intern varmeveksler i den delen av volumendringskammeret som defineres av sylindertoppen, vil dette kunne være med på å øke konveksjonen over varmeveksleren, noe som vil kunne være med på å fremme varmetransmisjonen ytterligere.

Patentdokumentet US 5839270 beskriver en varmemaskin som utnytter tangentiell injeksjon i et forkammer utnyttet som et varmevekslerkammer (se for eksempel figurene 10 og 11), hvor den tangentielle innsprøytningen i kammeret er med på å fremme varmeveksling. Dette dokumentet referer også videre til en publikasjon forfattet av Z. Guo arid V. K. Dhir med tittel "Effects of Injection Induced Swirl Flow on Single and Two-Phase Heat Transfer" (ASME HTDF Vol. 81, pp 77-84, 1987), som bl.a. beskriver positive effekter på varmetransmisjonen ved å injisere et fluid tangentielt for å oppnå virvelstrømning elter syklonstrømning inne i en varmeveksler. Artikkelen omhandler varmeveksling for et fluid både i enfase- og tofasetilstand. Dette prinsippet utnyttes med fordel i den foreliggende oppfinnelsen.

En generator tilkoblet eksternvarmemaskinens bevegelsesomformer elter veivaksel vil kunne benyttes for å produsere elektrisk effekt. For å kunne generere og distribuere elektrisk effekt på en mest mulig hensiktsmessig måte kan det anordnes en generator i form av en stator tilknyttet en av eksternvarmemaskinens blokker, for eksempel bevegelsesomformer- eller veivblokken, og en rotor tilknyttet bevegelsesomformeren etler veivakselen. Rotoren kan med fordel opplagres frittsvevende, med veivakselen som eneste bærende element, idet en da kan eliminere behovet for å måtte benytte ytterligere rullelagre eller tilsvarende, som igjen vil måtte kreve nøyaktig oppretting under montering og/eller installasjon for å begrense slitasje over lengre tids bruk. Et eksempel på en slik utførelse er illustrert i patentdokumentet US 2010/0244444 Al som beskriver en tilsvarende løsning implementert for en internforbrenningsmaskin benyttet ved et kraftvarmeverk. Tilsvarende løsninger er typisk også benyttet for ge-neratorer til for eksempel motorsykler, hvor et sving hjul med innstøpte permanentmagneter er opptagret i den ene enden av en veivaksel, og som genereres elektrisk effekt ved hjelp av komplementære spoler montert som stator i forbindelse med mo-torblokken. Generatoren vil også kunne ha funksjon som svinghjul, og eventuelt erstatte et slikt forutsatt at treghetsmomentet til rotoren er stort nok. Generatoren vil videre kunne benyttes som starte r motor for eksternvarmemaskinen, idet den elektriske effektstrømmen ved flere generatortyper kan reverseres.

Oppfinnelsen vedrører også en framgangsmåte som bl.a. kan utøves ved hjelp av eksternvarmemaskinen ifølge oppfinnelsen. Framgangsmåten omfatter hovedsakelig en termodynamisk prosess ved drift av eksternvarmemaskinen og å håndtere lekkasje av arbeidsfluid og smøremiddel på en hensiktsmessig måte.

Eksternvarmemaskinen vil primært kunne opereres ved hjelp av en tofaset (veksling mellom gass- og væskefase) termodynamisk prosess slik som en Rankine-syklus, en modifisert Rankine-syklus eller eventuelt en alternativ tofasesyklus. Sekundært vil det kunne benyttes andre termodynamiske sykluser, inkludert enfasesykluser (gassfase) som for eksempel Brayton-syklusen. Dersom eksternvarmemaskinen drives ved hjelp av en tofasesyklus, vil den typisk inngå i et ekstern va rmemaskinsystem med omkringliggende enheter som er beskrevet mer utførlig nedenfor, som muliggjør en prosess bestående av for eksempel følgende trinn: a) Arbeidsfluidet pumpes under høyt trykk gjennom en varmer; b) arbeidsfluidet tilføres varme i varmeren; c) arbeidsfluidet injiseres i minst ett volumendringskammer gjennom minst ett lukkbart arbeidsfluidinnløp og tilhørende arbeidsfluidinnløpsåpning; d) arbeidsfluidet ekspanderer i det minst ene volumendringskammeret; e) arbeidsfluidet støtes ut fra det minst ene volumendringskammeret gjennom minst ett arbeidsfluidutløp; og

f) arbeidsfluidet avkjøles i en kondensator.

I tillegg vil det under trinn d) kunne tilføres ytterligere varme til arbeidsfluidet for eksempel ved hjelp av minst én intern varmeveksler som står i termisk kontakt med volumendringskammeret. Et typisk varmetransmisjonsfluid, for eksempel en termool-je, vann eller en gass, alternativt en kombinasjon av disse, vil kunne overføre varme mellom et eksternt varmereservoar og maskinens varmevekslere. Varmevekslerne vil så kunne overføre varme mellom varmetransmisjonsfluidet og arbeidsfluidet, og for-trinnsvis fra varmetransmisjonsfluidet til arbeidsfluidet i tilfellet ved en eksternvarmemaskin.

For videre å kunne implementere mer eller mindre konvensjonell smøreteknikk ved en eksternvarmemaskin som benytter et arbeidsfluid og et smøremiddel, vil det derfor kunne være behov for å separere smøremiddelet fra arbeidsfluidet, idet det som regel alltid vil forekomme noe lekkasje mellom smøremiddel- og arbeidsfluid kretsene. En antar i det videre at det er olje som benyttes som smøremiddel. Noe av oljen som avsettes på sylinderforingene, vil kunne føres opp i sylinderkammeret av stempelet og dets tetninger (stempelringer). Noe olje vil også kunne lekke direkte over stem pel tet-ningene) (stempelringene) fra veivhuset til sylinderkammeret og følge med arbeidsfluidet ut av motorens arbeidsffuidutløp. I etterkant av arbeidsfluiduttøpet kan det anordnes en separator, slik som en oljeseparator. Ved hjelp av denne kan en sørge for at olje som lekker ut i arbeidsfluidkretsen, skilles ut og returneres til oljereservoaret på en tilfredsstillende måte via en smøremiddelreturport utformet med forbindelse til oljereservoaret, for eksempel en oljesump. Dersom nødvendig, vil det i et slikt eksempel kunne benyttes en pumpe for å returnere smøreoljen til oljereservoaret.

På tilsvarende måte vil arbeidsfluid kunne lekke i motsatt retning fra sylinderkamrene (blowby), og akkumuleres i veivhuset som rommes av veivblokken. I tillegg vil arbeidsfluid kunne lekke i retning fra sylinderkamrene, og akkumuleres i ventilstyrings-huset. Idet et typisk arbeidsfluid som har lekket ut i disse områdene vil kunne være i gassform, vil dette kunne fjernes og returneres til et arbeidsfluid reservoar ved hjelp av destilleringsprinsipp, enten ved at en kondenserer dette i en hoved kjøler eller -kondensator eller ved at det kondenseres i en separat lekkflu Id kjøler, og så returneres til arbeidsfluid reservoaret ved hjetp av for eksempel en pumpe. For å kunne lede arbeidsfluidet ut av uønskede områder i maskinen, vil den kunne utformes med arbeidsfluid returporter på hensiktsmessige steder.

Idet eksternvarmemaskinen i henhold til oppfinnelsen kan operere med en lukket arbeidsfluid krets, kan et typisk omkringliggende system omfatte en arbeidsfluidpumpe,

en varmer (gjerne med en eller flere av en forvarmer, en fordamper, og alternativt en overheter), en injektor (som gjerne kan være integrert i selve maskinen), en oljepumpe, en oljeseparator, en lekkoijereturpumpe, en kjøler (gjerne i form av en kondensator), en tekkfluidkjøler, en lekkfluidpumpe, og et arbeidsfluidreservoar. Et slikt system vil i prinsippet også kunne opereres som en åpen krets, og da spesielt i et tilfelle hvor luft brukes som arbeidsfluid. I et slikt tilfelle vil nødvendigvis kjøleren eller kondensatoren kunne sløyfes i sin helhet, idet arbeidsfluid i form av luft vil kunne returneres til atmosfæren, hvor det så isteden kjøles. I tillegg kan det være nødvendig med ytterligere systemkomponenter slik som flere sensorer, for eksempel temperatur-, trykk-, nivå-, posisjons- og strømningssensorer, en ECU (Engine Control Unit - motorkontroll-enhet), en generator og en kraftelektronikkenhet (gjerne omfattende en frekvensomformer som er tilpasset en forbruker). Alternativt kan systemet utstyres med kommu-nikasjonsanordninger for både å kommunisere styre- og målesignaler og elektrisk energi med et eksternt system. For styre- og målesignalene kan dette være en radiotransceiver, en data nettverksbasert kommunikasjonsenhet, en analog kommunika-

sjonsanordning, gjerne i form av en simpel kabel, eller en kombinasjon av disse. For kommunikasjon av elektrisk energi kan kommunikasjonsanordningen være en simpel elektrisk effekt kabel med forbindelse til en elektrisk effektforbruker.

I et tredje aspekt omhandler oppfinnelsen anvendelse av eksternvarmemaskinen og/eller framgangsmåten I henhold til oppfinnelsen ved drift av et kraftvarmeverk.

Idet eksternvarmemaskiner som opererer ved lave temperaturnivåer ifølge Carnots teorem, alltid vil oppvise relativt lav virkningsgrad, vil det kunne være svært gunstig nettopp å utnytte restvarmen fra varmemaskinprosessen til oppvarming, for eksempel av vann, luft og ulike rom I en bygningsmasse, en farkost eller et anlegg som befinner seg mer eller mindre utendørs, idet eksternvarmemaskinen da vil inngå som del i et kraftvarmeverk (CHP-system), og da gjerne et småskala-kraftvarmeverk (micro-CHP).

Et kraftvarmeverksystem kan eksempelvis i hovedsak være bygd opp omkring en varmekilde, en kuldekilde (et varmesluk), et eksternvarmemaskinsystem og et multienergiuttak. Som indikert tidligere kan eksternvarmemaskinsystemet bestå av en eksternvarmemaskin og øvrige varmemaskinsystemanordninger, for eksempel en pumpe, en ECU, en kraftelektronikkenhet og ulike instrumenter etc. Multienergiuttaket kan omfatte minst én anordning for å kommunisere mekanisk eller elektrisk energi med et eksternt system, samt minst én anordning for å kommunisere varme til det eksterne systemet.

Varmekilden kan skaffe til veie varme ved for eksempel ved flis-, pellets-, ved-, olje-eller gassfyring, varmegjenvinning fra ventilasjonsluft og andre spillvarmekilder, solvarme, prosessvann etc. Varmekilden kan dermed forsyne den nødvendige varmen for både å drive eksternvarmemaskinsystemet, samt levere varme til varmeforbrukere i et bygnlngssystem, for eksempel et varmtvannssystem og et bygningsoppvarmings-system.

Hele eller deler av restvarmen fra eksternvarmemaskinen kan også benyttes til dette formålet, og i et slikt tilfelle vil varmeforbrukere i bygningssystemet kunne utgjøre funksjonen til kuldekilden (varmesluket), hvor så denne eventuelt kan erstattes av varmeforbrukerne. Eksternvarmemaskinen konverterer en andel av varmeenergien fra varmekilden til mekanisk energi i henhold til dens virkningsgrad. Den kan da forsyne mekanisk energi, eller mest aktuelt elektrisk energi, til energiforbrukere i tilknytning til bygningssystemet, ved at generatoren konverterer den mekaniske energien til elektrisk energi.

Varmeforbrukerne kan være av flere slag, for eksempel en vannoppvarmingsanord-ning, en romoppvarmingsanordning eller et termisk kjølesystem slik som en absorp-sjonskjøler eller en adsorpsjonskjøler, som ofte benytter en viss mengde varme for å skape en noe mindre mengde kulde. Til slutt kan det være nødvendig å fjerne noe restvarme, som ellers ikke kan benyttes til noe fornuftig, og dette kan for eksempel gjøres ved å kjøle den bort ved hjelp av en utendørs luftkjøler etter en vannkjøler med forbindelse til et eksternt kuldereservoar.

Kraftvarmeverksystemet kan anbringes i eller i nærheten av bygningen, eventuelt en farkost, eller en hvilken som helst annen innretning som har behov for ulike energiformer, men da mest naturlig, og i de fleste tilfelter, i mindre skala. Kraftvarmeverksystemet kan også innrettes for anvendelse ved flere bygninger, eventuelt farkoster, samtidig.

Oppfinnelsen vedrører i et første aspekt mer spesifikt en eksternvarmemaskin som benytter et arbeidsfluid, hvor

minst ett volumendringskammer er tildannet av minst én enhet, og hvor det

til minst én av den minst ene volumendringskammertildannende enheten er anordnet minst én termisk barriere som forhindrer varmefluks fra den minst ene volumendringskammertildannende enheten til minst én omkringliggende enhet og/eller omgivelsene, kjennetegnet ved at

eksternvarmemaskinen er forsynt med ett eller flere elementer hentet fra gruppen bestående av:

a) minst én termisk barriere som forhindrer varmefluks mellom minst en sylln-dertoppblokk og minst en ventilstyringsblokk; b) minst én ventil, hvor et første, nedre aksialt parti er omsluttet av den minst ene sylindertoppblokken, og hvor et andre, øvre aksialt parti er omsluttet av den

minst ene ventiIstyringsblokken; og

c) minst én sylinderblokk tildannet av et varmeisolerende materiale, hvor det i den minst ene sylinderblokken er anordnet minst én sylinder elter sylinderfdring.

Eksternvarmemaskinen kan være forsynt med nevnte ventil, og ventilen kan være ført gjennom en ventilføring som i et første, nedre aksialt parti står i kontakt med den minst ene sylindertoppblokken og som i et andre, øvre aksialt parti står i kontakt med den minst ene venti Isty r i ngsblokken.

Eksternvarmemaskinen kan omfatte eller kan være tilknyttet ett eller flere elementer hentet fra gruppen bestående av: aa) minst én smøremiddelseparator;

bb) minst én arbeidsfluidreturport;

cc) minst ett smørefritt stempel; og

dd) arbeidsfluid med forhåndsinnblandet smøremiddel.

Den minst ene sylinderen og/eller den minst ene ventilen kan i det minste være delvis tlldannet av et friksjonsbegrensende materiale.

Det friksjonsbegrensende materialet kan være hentet fra gruppen bestående av et smøremiddelimpregnert materiale slik som et oljeimpregnert eller oljedopet, sintret metall.

Det kan være anordnet minst én termisk barriere mellom minst én av den minst ene volumendringskammertildannende enheten og omgivelsene.

Eksternvarmemaskinen kan på fluidkommuniserende vis være tilknyttet minst én enhet hentet fra gruppen bestående av pumpe, varmer, injektor, kondensator og arbeidsfluid reservoar for derved å kunne utføre en termodynamisk syklus.

Eksternvarmemaskinen kan være innrettet til å kunne utføre en Rankine-syklus ved at varmeren omfatter en forvarmer og en fordamper, alternativt også en overheter.

Arbeidsfluidet kan ha lavere normalkokepunkt enn vann for derved å kunne utføre en ORC-syklus (Organic Rankine Cycle).

Eksternvarmemaskinen kan være innrettet til å kunne utføre en termodynamisk syklus med varmetilførsel til arbeidsfluidet i det minst ene volumendringskammeret, ved at minst én av den minst ene sylinderblokken og den minst ene sylindertoppblokken omfatter minst én intern varmeveksler som står i termisk kommunikasjon med det minst ene volumendringskammeret.

TII eksternvarmemaskinen kan det være tilkoblet minst en generator.

Den minst ene generatoren kan være koblet til en bevegelsesomformer, hvor generatoren har en stator og en rotor, Idet rotoren er montert frittsvevende med bevegelsesomformeren som eneste bærende element.

I aksial forlengelse av det minst ene stempelet kan det være ti Ida n net et stempelhode som er Innrettet til å fremme termisk isolasjon mellom det minst ene volumendringskammeret og det minst ene stempelet, ved at det er tildannet et hulrom i stempelhodet og/eller ved at det er tildannet en termisk barriere på stempelhodets ytre flate. Eksternvarmemaskinen kan være innrettet til å fungere som en kompoundmaskin ved at minst ett første volumendringskammer på fluidkommuniserende vis er forbundet med et andre volumendringskammer gjennom et arbeidsfluidomløp, idet arbeidsfluid-omløpet er lukkbart ved hjelp av en omløpsventil plassert i arbeidsfluidomløpets fluid-strømningsbane, og hvor det andre volumendringskammeret oppviser et totalvolum vesentlig forskjellig fra totalvolumet til det minst ene første volumendringskammeret.

Oppfinnelsen vedrører i et andre aspekt mer spesifikt en termodynamisk prosess for drift av en eksternvarmemaskin som beskrevet ovenfor, kjennetegnet ved at prosessen omfatter følgende trinn: a) et arbeidsfluid pumpes under høyt trykk gjennom en varmer; b) arbeidsfluidet tilføres varme i varmeren; c) arbeidsfluidet injiseres i minst ett volumendringskammer gjennom minst ett lukkbart arbeidsfluidinnløp og tilhørende arbeidsfluidinnløpsåpning; d) arbeidsfluidet ekspanderer i det minst ene volumendringskammeret; e) arbeidsfluidet støtes ut fra det minst ene volumendringskammeret gjennom

minst ett arbeidsfluidutløp; og

f) arbeidsfluidet avkjøles i en kondensator.

Den termodynamiske prosessen kan omfatte det ytterligere trinnet:

aa) å lede en mengde arbeidsfluid som har lekket inn i en eller flere maskinblokker, bort fra nevnte maskinblokk gjennom én eller flere arbeidsfluidreturporter.

Den termodynamiske prosessen kan omfatte det ytterligere trinnet:

bb) å la den lekkede mengden arbeidsfluid som er fjernet fra nevnte maskinblokk, avkjøles i en lekkfluidkjøler elter i kondensatoren.

Den termodynamiske prosessen kan omfatte det ytterligere trinnet:

cc) etter trinn e) og før trinn f) å lede arbeidsfluidet gjennom en separator for derved å fjerne en mengde smøremiddel som er innblandet i arbeidsfluidet.

Den termodynamiske prosessen kan omfatte det ytterligere trinnet å returnere den mengden smøremiddel som fjernes fra arbeidsfluidet ved hjelp av separatoren, til et smørem idd el reservoa r.

Trinn d) kan ytterligere omfatte å tilføre varme til arbeidsfluidet.

Oppfinnelsen vedrører i et tredje aspekt mer spesifikt anvendelse av en eksternvarmemaskin og/eller en termodynamisk prosess som beskrevet ovenfor ved drift av et kraftvarmeverk.

Elektrisk energi tilveiebrakt av en generator, eventuelt via en kraftelektronikkenhet, kan tilføres minst én elenerglforbruker.

En andel varme fra kraftvarmeverket kan tilføres minst én varmeforbruker.

En andel varme fra kraftvarmeverket kan benyttes til kjøling ved at minst én varmeforbruker er en termisk kjøleanordning.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. la viser et fysisk blokkdiagram av en varmemaskin i form av en stempel maskin ifølge kjent teknikk, med bevegelsesomformerblokk (veivblokk), sylinderblokk, sylindertoppblokk (inkludert ventilstyring), ventilsynkroniseringsblokk, samt veivaksel, sylinder, stempel og kamaksel; Fig. lb viser sylindertoppblokken som vist på figur la, men hvor den er inndelt i to partier; Fig. lc viser bevegelsesomformerblokken (veivblokken) som vist på figur la, men hvor den er inndelt i to partier; Fig. Id viser et fysisk blokkdiagram av varmemaskinen som vist på figur 1, men hvor sylinderblokken og den øvre delen av bevegelsesomformerblokken er kombinert til ett materia I stykke; Fig. 2a viser et fysisk blokkdiagram av en varmemaskin ifølge oppfinnelsen, hvor varmemaskinen i form av en ensylindret stempelmaskin har maskinblokker lik kjent teknikk som vist på figur la, men hvor sylindertoppblokken isteden er oppdelt i en separat, forenklet sylindertoppblokk og en separat ventllstyringsblokk, og hvor det er anordnet termiske barrierer mellom enkelte av maskinblokkene, samt mellom enkelte maskinblokker og omgivelsene; Fig. 2b viser ventilstyringsblokken som vist på figur 2a, men hvor den er inndelt i to partier; Fig. 2c viser bevegelsesomformerblokken som vist på figur 2a, men hvor den er inndelt i to partier; Fig. 2d viser et fysisk blokkdiagram av varmemaskinen som vist på figur 2a, men hvor det er anordnet en termisk barriere mellom sylinderblokken og sylindertoppblokken istedenfor mellom sylinderblokken og bevegelsesomformerblokken; Flg. 2e viser et fysisk blokkdiagram av varmemaskinen som vist på figur 2d, men hvor sylinderblokken i seg selv har funksjon som termisk barriere; Fig. 3a viser en tosylindret variant av varmemaskinen vist på figur 2a; Fig. 3b viser en todelt ventilstyringsblokk til den tosyl i nd rede varmemaskinen vist

på figur

Fig. 3c viser en todelt bevegelsesomformerblokk til den tosylindrede varmemaskinen vist på figur 3a; Fig. 4a viser i aksialsnitt en ensylindret eksternvarmemaskin Ifølge oppfinnelsen, med en termisk barriere mellom veivblokken og sylinderblokken, en termisk barriere mellom sylindertoppblokken og ventilstyringsblokken, samt termiske barrierer mellom sylinderblokken/sylindertoppblokken og omgivelsene; Fig. 4b viser 1 aksialsnitt en ensylindret eksternvarmemaskin ifølge oppfinnelsen, med en termisk barriere mellom sylinderblokken og sylindertoppblokken, en termisk barriere mellom sylindertoppblokken og ventilstyringsblokken, samt termiske barrierer mellom sylinderblokken og sylindertoppblokken og omgivelsene; Fig. 4c viser i aksialsnitt en ensylindret eksternvarmemaskin ifølge oppfinnelsen med ulike termiske barrierer, interne varmevekslere, ventilgjennomføring, en integrert generator og en varmevekslerfremmende utforming (en varmevekslerfinne) i et sylinderkammer, hvor en termisk barriere mellom sylindertoppblokken og ventilstyringsblokken består av luftgap eller hulrom samt avstandselementer eller mellomstykker laget av et isolerende materiale, og hvor en termisk barriere mellom sylindertoppblokken og sylinderblokken og bevegelsesomformerblokken er tildannet ved at sylinderblokken er formet av et materiale med dårlig varmelederevne, samt hvor det er termiske barrierer mellom sylinderblokken eller sylindertoppblokken og omgivelsene; Fig. 5 viser i aksialsnitt en tosylindret variant av eksternvarmemaskinen vist på figur 4a; Fig. 6 viser i aksialsnitt en tosylindret eksternvarmemaskin som vist på figur 5, men med interne varmevekslere i tillegg; Fig. 7 viser i aksialsnitt en foretrukket utførelsesform av en tosylindret eksternvarmemaskin som vist på figur 6, men i form av en kompound utføre Ise, idet et arbeidsfluidomløp lukkbart ved hjelp av en omløpsventif forbinder de to sylinderkamrene, og slagvolumene til sylinderkamrene er vesentlig forskjellige fordi slaglengdene til stemplene er vesentlig forskjellige ved at rådeinnfestningsradiene på veivakselen er ulike; Fig. 8 viser den tosylindrede eksternvarmemaskinen som vist på figur 7 implementert i et eksternvarmema5kinsystem som er innrettet til å kunne utfø-re en termodynamisk syklus; Fig. 9a viser ei delvis gjennomskåret prinsippskisse av en ventilstyringsmekanis-me med en kamaksel og en vippearm med ruller, hvor ventilen er vist i lukket stilling; Fig. 9b viser ei prinsippskisse av ventilstyringsmekanismen vist på figur 9a, men hvor ventilen er vist i åpen stilling; Fig. 9c viser i større målestokk ei delvis gjennomskåret prinsippskisse av en ven-tilløsning, hvor ventilen er ført gjennom en ventilføring som spenner over både en sylindertoppblokk og en ventilstyringsblokk, hvor det er anordnet termisk barrierer mellom sylindertoppblokken og ventilstyringsblokken i form av isolerende avstandsstykker og mellomrom eller luftgap; Fig. 9d viser ei prinsippskisse av ventil løsn i ngen som vist på figur 9c, men hvor det er anordnet en rulleavlastet vippearm som overføring mellom ka rna k-selen og ventilen; Fig. 10 viser ei prinsippskisse av en varmeveksler (varmer) som omfatter en forvarmer, en fordamper eller koker og en overheter; Fig. 11 viser skjematisk et CHP-system installert i eller i tilknytning til en bygning, i dette eksemplet en bolig delvis vist gjennomskåret; Fig. 12 viser skjematisk et CHP-system installert i eller i tilknytning til en farkost,

i dette tilfellet en båt; og

Fig. 13 viser skjematisk ei prinsippskisse av et eksternvarmemaskinsystem an-vendt ved drift av et CHP-system, med grunnleggende komponenter i CHP-systemet og dets mulige forbindelser til en forbrukergruppe med for-brukere, som kan defineres som enhver enhet som forbruker energi som produseres av CHP-systemet.

I de skjematiske prinsippskissene angir symbolet "m" en mengde arbeidsfluid som sirkulerer i maskinen. QV1 og QV2representerer varmen som blir tilført arbeidsfluidet fra henholdsvis en ekstern varmeveksler og en intern varmeveksler som står i termisk kontakt med et arbeidsfluid løp. Arbeidsfluidløpene omfatter alle hulrom og passasjer hvor arbeidsfluidet naturlig forventes å befinne seg og/eller strømme i eller gjennom ved drift av et varmemaskinsystem 2. QV]kan også omfatte summen av Qfv, Qfdog Qohslik de er vist på figur 10, idet en intern varmeveksler og/eller en ekstern varmeveksler kan omfatte en eller flere av henholdsvis en forvarmer, en fordamper og en overheter, alternativt også en rekuperator (ikke vist). Q«representerer varmen som blir fjernet fra arbeidsfluidet ved hjelp av en intern varmeveksler 300, 301 (se figur 8) eller på foretrukket vis en ekstern varmeveksler, for eksempel en kondensator 800, som står i termisk kontakt med et arbeidsfluidløp. Qsrepresenterer varmen som blir fjernet fra en mengde utlekket arbeidsfluid ved hjelp av en lekkfluidkjøler 91 som står i termisk kontakt med en lekkfluidreturkrets, idet lekkfluidet skal separeres, for eksempel fra smøreoljen, og deretter returneres til en arbeidsfluidkrets, for eksempel tilbake til et arbeidsfluidreservoar 90.

I beskrivelsen av en eksternvarmemaskin, en framgangsmåte og en anvendelse i henhold til oppfinnelsen henvises det til elementer i en eller flere av minst én eksternvarmemaskin 1, minst ett eksternvarmemaskinsystem 2 og minst ett CHP-system 3000 slik de er vist på figur 4c, 8, 9a, 9c, 9d, 10 eller 13, idet anordningselementene identi-fiseres med henvisningstall som er vist på én eller flere av figurene 2a tii 13.

Uttrykkene "under", "nedre", "nederste", "over", "øvre" og "øverste" referer i denne sammenheng til den stillingen eksternvarmemaskinen 1 har i illustrasjonene, uten at dette er begrensende for hvordan eksternvarmemaskinen 1 kan anbringes.

På figur 8 angir henvisningstaIlene de tilsvarende anordningselementene som gjenfin-nes i eksternvarmemaskinen 1 og eksternvarmemaskinsystemet 2 ifølge oppfinnelsen slik de er beskrevet nedenfor.

Eksternvarmemaskinen 1 omfatter i hovedsak en bevegelsesomformer- eller veivak-selblokk 5, en sylinderblokk 10, en sylindertoppblokk 11 og en ventilstyringsblokk 7, hvor bevegelsesomformer- eller veivaksel blokken 5 er inndelt i et første, nedre bevegelsesomformerblokkparti 5a, også betegnet ol jesu mp eller oljepanne, og et andre,

øvre bevegelsesomformerblokkparti 5b, og hvor ventilstyringsblokken 7 er inndelt i et første, nedre ventilstyringsblokkparti 7a og et andre, øvre ventiistyringsblokkparti 7b, også betegnet toppdeksel. Videre kan sylindertoppblokken 11 bestå av en første sylindertoppblokk lia og en andre sylindertoppblokk 11b, idet de kan være utformet med ulike arbeidsfluidløpsløsninger, idet det da kan være naturlig å skille dem i to separate enheter. Som vist her, kan den første sylindertoppblokken lia være utformet med et arbeidsfluidinnløp 400, mens den andre sylindertoppblokken 11b kan være utformet et arbeidsfluidutløp 410 av karakter ulik arbeidsfluidinnløpet 400, samtidig som den førs-te og den andre sylindertoppblokken til sammen kan omfatte et arbeidsfluidomløp 450 som girfluidkommuniserende forbindelse mellom de to.

Videre rommer bevegelsesomformer- eller veivaksel blokken 5 en bevegelsesomformer 50, eller mer spesifikt en veivaksel. Ventilstyirngsblokken 7 rommer en ventilstyrings-anordning 70, også betegnet kamaksel, med ulike bevegelsesoverganger, slik som en vippearm 71 med en eller flere ruller 79, også betegnet vippearmruller, slik de er vist på figur 9a, 9b, og 9d. Vippearmen 71 er i figur 9d vist med en fast op plag ring 72, idet denne danner senter for vippearmens 71 vippebevegelse. Vippearmopplagringen 72 er her vist som en aksialt justerbar vippearmopplagringstapp 72a med kontramutter 72b anordnet i et vtppearmopplagringsfundament 73, for eksempel en del av ventilstyringsblokken. På denne måten vil klaringer mellom kamakselen 50, vippearmen 71 og en ventilstamme 710a, henholdsvis en omløpsventil 710 kunne justeres i henhold til vanlig kjente metoder ved ventilopererte stempelmotorer.

I en utførelse er omløpsventilen 710 ført gjennom en ventilføring 790 (se figur 9d) som i et første, nedre aksialt parti står i kontakt med sylindertoppblokken 11 og som i et andre, øvre aksialt parti står i kontakt med ventilstyringsblokken 7. Ventilføringen 790 er montert ved at et nedre aksialt parti er presset ned i sylindertoppblokken 11 hvor en posisjonslås 790b låser den aksielt. Videre er ventilføringen 790 ført inn i og gjennom et nedre parti av ventilstyringsblokken 7, idet et mellomrom 190" danner en termisk barriere 190 mellom sylindertoppblokken 11 og ventilstyringsblokken 7, samt at en ventilføringstetnlng 790a forhindrer fluidlekkasjer til eller fra ventilstyringsblokken 7.1 tillegg er sylindertoppblokken 11 og ventilstyringsblokken 7 mekanisk forbundet på varmeisolerende vis ved at avstandselementer eller foringer 190'" danner termiske barrierer 190 mellom dem samtidig som avstandselementene eller foringene 190"<*>oppviser tilstrekkelig stivhet og styrke for å holde de relative posisjonene mellom sylindertoppblokken 11 og ventilstyringsblokken 7 fastlåst.

En ventilfjørholder 791 med tetningsfunksjon, for eksempel tildannet som en metall-kopp, omslutter ventilstammen 710a og sørger for ytterligere tetning for ventilstyringsblokken 7 ved at den er forsynt med en ventilfjørholdertetning 791a anlagt mot ventilstammen 710a og en ventilfjørholdertetning 791b anlagt mot ventilstyringsblokken 7. Ventilfjørholderen 791 holder en ventilfjør 795 i et nedre parti, mens ei ventil-fjørskive 792 fungerer som anlegg mellom ventilfjøren 795 og ventilstammen 710a idet ventilfjørskiva 792 er mekanisk låst i forhold til ventilstammen 710a og ventilfjø-ren 795 dermed påfører en skyvkraft til omløpsventilen 710 med retning mot lukket venti I posisjon, slik det ofte er implementert ved ulike kjente motorløsn inger.

Det som ovenfor er beskrevet om omløpsventilen 710 og sylinderblokken 11 med til-knyttede elementer, er gyldig også for utløpsventllen 750 og for den første og andre sylindertoppblokken Ila, 11b.

Kamakselen 70 er synkronisert med veivakselen 50 via en ventilsynkroniseringsanord-ning 70a (se figur 8), typisk i form av et registerkjede eller ei registerreim, som blir drevet av og driver et ventilsynkroniseringsanordningsdrev 70b, mer spesifikt regis-terkjededrev eller registerreimdrivhjul, montert på veivakselen 50, henholdsvis på kamakselen 70. Reg ister kjed et eller registerreima 70a kan være del av og rommes av en ventilsynkroniseringsblokk 7c, mer spesifikt et registerkjedehus 7c. I tillegg vil det i tilknytning til ventilsynkroniseringsanordningen 70a kunne være anordnet en eller flere av for eksempel en kjede- eller reimoppstramningsanordning (ikke vist) og en kjede- eller reimføring (ikke vist) i form av en roterende enhet slik som et kjede- eller reimdrev, i henhold tit det som er vanlig ved ulike kjente ventilsynkroniseringsanord-ninger.

Veivakselen 50 kan være tilkoblet et svinghjul 59 for roterende bevegelsesstabtlise-ring, se for eksempel figur 4a. En elektrisk generator 1200 (se figur 4c), og nærmere bestemt en generatorrotor 1203, kan også utgjøre funksjonen tii sving hjulet 59, og dermed erstatte dette.

Den elektriske generatoren 1200 kan lage elektrisk effekt ved at den er tikoblet veivakselen 50. Generatoren består i hovedsak av et generatorhus 1201, en generatorsta-tor 1202, en generatorrotor 1203 og ett eller flere elektromagnetiske elementer 1204, for eksempel permanentmagneter, som er festet til rotoren 1203. Generatorrotoren 1203 er mekanisk synkronisert med veivakselen 50 på i og for seg kjent vis, ved at den er frittsvevende montert tit et aksialt endeparti av veivakselen 50, slik det er vist på figur 4c.

Eksternvarmemaskinen 1 er forsynt med termiske barrierer 190, 190' (se for eksempel figur 2d, 2e, 3a, 4a-4c), mer spesifikt termisk isolasjon 190 mellom veivakselblokken 5 og sylinderblokken 10, termisk isolasjon 190 mellom sylindertoppblokken(e) 11, lia, 11b og ventilstyringsblokken 7, og termisk isolasjon 190' mellom sylinderblokken 10 og omgivelsene, henholdsvis mellom sylindertoppblokken(e) 11, lia, 11b og omgivelsene. Alternativt kan det også anordnes termisk isolasjon 190' mellom sylinderblokken 10 og sylindertoppblokken(e) 11, lia, 11b slik det er vist på figur 4b, eller sylinderblokken 10 kan lages av et metall med dårlig varmelederevne og dermed i seg selv utgjøre termisk isolasjon 190" mellom et øvre parti av sylinderblokken 10 og veivakselblokken 5, slik det er vist på figur 4c. I slike tilfeller vil isolasjonen 190 mellom veivakselblokken 5 og sylinderblokken 10 kunne sløyfes.

Den termiske barrieren mellom sylindertoppblokken 11 og ventilstyringsblokken 7 er på figur 9d angitt som luftgap eller hulrom 190" samt avstandselementer eller mellomstykker 190'" laget av et Isolerende materiale.

Eksternvarmemaskinen 1 er videre forsynt med to, henholdsvis en første og en andre sylinder 100, 101 og tilhørende sylindertopp 110, henholdsvis 111, som hver rommer et første, henholdsvis et andre stempel 200, 201 innrettet for oscillerende, translato-risk forskyvning inne i de respektive sylinderne 100, 101. Hvert av stemplene 200, 201 er forsynt med et stempelhode 200a, henholdsvis 201a som fyller ut det vesentlige av sylindertoppen 110, henholdsvis 111 når det respektive stempelet 200, henholdsvis 201, står i sin øvre dødsenterposisjon. Sammen tildanner sylinderne 100, 101 sylindertoppene 110, 111 og stemplene 200, 201 et første volumendringskammer 150, henholdsvis et andre volumendringskammer 151, idet stemplene 200, 201 anordnet i sylinderne 100, 101 utgjør en første, nedre aksial avgrensning av volumendringskamrene 150, 151 og sylindertoppene utgjør en andre, øvre aksial avgrensning av volumendringskamrene 150, 151. Stemplenes 200, 201 translatoriske forskyvning inne i sylinderne 100, 101 og henholdsvis i sylindertoppene 110, 111 vil da forårsake en volumendring av volumendringskamrene 150,151. Stemplene 200, 201 er videre forbundet med veivakselen 50 via et første og et andre veivstag 60, henholdsvis 61, for energioverføring. Sylinderne 100, 101 danner fluidtettende glideflater mot stemplene 200, 201, og stemplene 200, 201 kan i denne hensikt gjerne være bestykket med stempeltetninger, stik som stempelringer (ikke anvist).

I det foretrukne utførelseseksemplet er det første volumendringskammeret 150 forbundet med det andre volumendringskammeret 151 ved at arbeidsfluidomløpet 450 er lukkbart og reguleres ved hjelp av en omløpsventil 750 plassert i arbeidsfluidomløpets 450 fluidstrømningsbane. Eksternvarmemaskinen 1 er dermed innrettet som en kom-poundekspander, idet det andre sylinderkammeret 151 oppviser et betydelig større totalvolum enn det første sylinderkammeret 150 ved at slaglengdene til stemplene 200, 201 er betydelig forskjellige fordi de korresponderende stempelstaginnfestnings-radiene til veivakselen 50 er ulike. Dersom sylinderne 100, 101 ellers er geometrisk like og parallelle, vil lengdene til stempelstagene 60, 61 være tilsvarende ulike i henhold til differansen til stemplenes 200, 201 slaglengder, slik at stemplenes øvre død-senterposisjoner blir hovedsakelig like.

Eksternvarmemaskinen 1 benytter et arbeidsfluid 9, for eksempel pentan 9, til å utføre en eller flere termodynamiske prosesser i en termodynamisk syklus, eller til å utføre en ren mekanisk prosess som for eksempel å utføre arbeid på en ekstern last ved hjelp av en flu idst røm fra et hydraulisk trykkreservoar. Andre eksempler på arbeidsfluider som kan benyttes er vann, luft og andre gasser, ytterligere alkaner slik som pro-pan, butan, heksan og heptan eller molekylære variasjoner (isomerer) av disse (for eksempel iso- eller neoheksan etc), toluen, dietyleter og andre etere, silikonoljer (for eksempel siloksaner) eller ytterligere kjølemedier slik som ri23, rl34a og r245fa etc Ei pumpe 500 pumper arbeidsfluidet 9 fra lavt til høyt trykk ved hjelp av en regulert pumpeaktuator 501, mer spesifikt en pumpemotor 501. Arbeidsfluidet ledes så inn i en ekstern varmer 600 via en første arbeidsfluidledning 900a som også er forsynt med en fluidstrømningssensor 1501 og en trykksensor 1502, idet flutdstrømningssensoren 1501 og trykksensoren 1502 kommuniserer instrumentsignaler 1001 til en ECU - (mo-torkontrollenhet) 1000, som basert på målenivåene til de ulike instrumentene 1501, 1502 igjen regulerer pumpemotoren 501 via styresignaler 1002.

Arbeidsfluidet 9 tilføres varme fra varmeren 600 som består av og tilfører varme gjennom én eller flere av en forvarmer 610, en fordamper 620, og en overheter 630 (se figur 10), alternativt også gjennom en rekuperator (ikke vist), idet arbeidsfluidet strømmer videre via en andre arbeidsfluidledning 900b forsynt med en temperatur-sensor 1060, og som leder inn til en injektor 700.

Via styresignaler 1002 styrer ECU'en 1000 injektoren 700 som bestemmer arbeidsflu-idstrømmen inn til det første volumendringskammeret 150, idet injektoren 700 I et nedstrømsparti på flu id kommuniserende vis er forbundet med arbeidsfluidinnløpet 400 med tilhørende arbeidsfluidinnløpsåpning 401, typisk i form av en dyse.

En gitt mengde arbeidsfluid 9 vil da i en gitt periode strømme inn i det første sylinderkammeret 150, idet det ekspanderes her og samtidig blir tilført ekstra varme Qv2av de interne varmevekslerne 300, 301 som står i termisk kommunikasjon med det førs-te sylinderkammeret 150. Varmevekslerne 300, 301 har varmevekslerflater som er definert av en andel av den indre overflaten til en første sylindertopp 110, henholdsvis en andel av den indre overflaten til en første sylinder 100. Ekspansjonen utføres ved at det første stempelet 200 hovedsaklig beveger seg fra øvre dødsenter (TDC) til nedre dødsenter (BDC), og forårsaker en volumendring med positivt fortegn, slik som ved de fleste stempelekspandere, som for eksempel i 4-takts forbrenningsmotorer.

Den første sylindertoppen 110 og eventuelt dens varmeveksler 300 kan være forsynt med fluidstrømningsstyrende utforminger (ikke vist) som styrer arbeidsfluidstrømmen inne i det første sylinderkammeret 150 i en bestemt retning. Varmeveksleren 300 kan også vasre forsynt med varmevekslerfremmende utforminger, for eksempel overflateforøkende elementer i form av varmevekslerfinner 121, slik det er vist på figur 4c. Dysen 401 kan da være anordnet slik at arbeidsfluidet vil strømme inn i et parti 120 av sylindertoppen som omfatter varmevekslerfinnene. Videre kan dysen 401 være anbrakt slik at fluidutstrømningen ut av denne foregår nærmest tangentielt i forhold til den første sylindertoppens 110, eventuelt også den første sylinderens 100 indre over-flate, idet en sirkulær eller syklonisk fluidstrømning da kan skapes, noe som vil være med på å fremme konveksjon, og dermed også øke varmeovergangstallet til den interne varmevekslingsprosessen som da vil finne sted.

Når det første stempelet 200 har nådd nedre dødsenterposisjon og ekspansjonen i det første sylinderkammeret 150 i hovedsak er avsluttet, åpner omløpsventilen 750 for

fluidstrømning gjennom arbeidsfluidomløpet 450 og inn i det andre sylinderkammeret 151, idet arbeidsfluidet i en andre ekspansjonsprosess ekspanderes ved at det forflyt-tes fra det første 150 til det andre sylinderkammeret 151 i en kompoundekspansjons-prosess.

Når det andre stemplet 201 så har nådd sin nedre dødsenterposisjon, er den totale ekspansjonen av arbeidsfluidet 9 fullført, og en utløpsventit 710 åpner og tillater ut-strømning av det ferdig ekspanderte arbeidsfluidet 9 fra det andre sylinderkammeret 151 via arbeidsfluidutløpet 410.

Arbeidsfluidet ledes så fra arbeidsfluidutløpet 410 og inn til et arbeidsfluidinnløp 30c til en smøremiddel- eller oljeseparator 30 via en tredje arbeidsfluidledning 900c, som også er forsynt med en trykksensor 1110. Smøremiddelseparatoren 30 sørger for å skille ut eventuelt smøremiddel 36 som er innblandet i arbeidsfluidet 9. Den eventuelt utseparerte oljen 36 returneres til et oljereservoar 35, som kan være en oljesump anbrakt i veivblokken 5, idet en oljereturpumpe 32 styrt av en ofjereturpumpeaktuator eller -motor 33 pumper oljen 36 fra et oljereturutløp 30b til oljeseparatoren 30, og Inn til oljereservoaret 35 via en oljereturport 37.

Arbeidsfluidet 9 ledes videre fra oljeseparatoren 30 til en kondensator 800, ved at et arbeidsfluidutløp 30a i oljeseparatoren 30 er forbundet med kondensatoren 800 på fluidkommuniserende vis via en fjerde arbeidsfluidledning 900d.

Arbeidsfluidet 9 kjøles, og eventuelt kondenseres i kondensatoren 800, og det ned-kjølte arbeidsfluidet 9 ledes tii slutt tilbake til arbeidsfluid reservoaret 90 via en femte arbeidsfluidledning 900e.

En sjette arbeidsfluidledning 900f forbinder arbetdsfluldreservoaret 90 med pumpa 500, slik at arbeidsfluidet 9 kan kommuniseres fra arbeidsfluid reservoaret 90 og tilbake til pumpa 500 når en ny driftssyklus skal utføres.

Gjennom denne framgangsmåten vil det kunne tas ut netto arbeid på eksternvarmemaskinens 1 veivaksel 50.

Når arbeidsfluidet 9 innføres i eksternvarmemaskinen 1, idet injektoren 700 sørger for innsprøytning i det første sylinderkammeret 150, vil noe av arbeidsfluidet 9 kunne lekke forbi det første stempelet 200 og ned i veivblokken 5. Dette vil også kunne skje fra det andre sylinderkammeret 151, fordi stemplenes 200, 201 tetninger som regel aldri vil være helt perfekte. Den lekkede mengden arbeidsfluid 9 vil så kunne blande seg med smøreoljen 36, for eksempel i oljesumpen 35, og dermed forringe dennes kvalitet. Derfor er det viktig å fjerne en betydelig andel av den lekkede mengden arbeidsfluid 9 fra denne delen av eksternvarmemaskinen 1.1 tillegg vil en mengde arbeidsfluid 9 kunne lekke forbi ventilene 710, 750 og inn i ventilstyringsblokken 7, hvor det også vil forringe kvaliteten til smøreoljen, når det eventuelt blander seg med en mengde smøreolje 36 som befinner seg her.

For bl.a. å forhindre forringelse av smøreoljen 36 ved utblanding med arbeidsfluid 9 er det derfor utformet arbeidsfluidreturporter 99 i ulike deler av eksternvarmemaskinen 1, hvor en lekket mengde arbeidsfluid 9 kan ledes tilbake til arbeidsfluid reservoaret 90, enten via lekkfluidkjøleren 91 eller via kondensatoren 800 gjennom en første og en andre lekkfluidledning 990a og 990b eller gjennom den første lekkfluidledningen 990a og den fjerde arbeidsfluidledningen 900d.

Dersom det rådende trykket i veivblokken 5 er høyt, og arbeidstemperaturen og dermed trykket i kondensatoren 800 og arbeldsfluidreservoaret 90 er lavt, vil den lekkede mengden arbeidsfluid 9 kunne ledes tilbake til arbeldsfluidreservoaret 90 via kondensatoren 800, idet det da er en positiv trykkforskjell mellom veivblokken 5 og kondensatoren 800. En tilbakeslagsventil (ikke vist) kan eventuelt forhindre tilbakestrømning ved varierende trykkforskjeller. En lekket mengde arbeidsfluid ledes fra arbeidsfluidre-turportene 99, gjennom den første lekkfluidledningen 990a, og den fjerde arbeidsfluidledningen 900d til kondensatoren 800, ved at et andre endeparti 990a" til den første lekkfluidledningen 990a står i fluidkommumkasjon med den fjerde arbeidsfluidledningen 900d.

I et tilfelle hvor trykket i veivblokken 5 er lavere enn trykket i kondensatoren 800, og dermed lavere enn trykket i arbeldsfluidreservoaret 90, vil en måtte sørge for en

trykkøkning før en lekket mengde arbeidsfluid 9 kan returneres tilbake til arbeldsfluidreservoaret 90, eventuelt tilbake til arbeldsfluidreservoaret 90 via kondensatoren 800. På figur 8 er det vist at en lekket mengde arbeidsfluid 9 som ledes til lekkfluidkjøleren 91 oppnår en trykkøkning ved hjelp av ei lekkfluidpumpe 92 styrt av en lekkfluidpum-peaktuator eller -motor 93, og som returnerer arbeidsfluidet 9 til arbeldsfluidreservoaret 90 via den andre lekkfluidledningen 990b.

Det vil også kunne benyttes flere koblingskombinasjoner mellom lekkfluidiedninger 990a, 990b, arbeidsfluid ledninger 900d, 900e, kondensatoren 800, lekkfluidkjøleren 91 og lekkfluidpumpa 92 for å kunne returnere en lekket mengde arbeidsfluid 9 til arbeldsfluidreservoaret 90 på en tilfredsstillende måte.

Smøring kan generelt foregå slik som ved vanlige forbrenningsmotorer, ved at en konvensjonell oljepumpe (ikke vist) sirkulerer smøreolje 36 fra oljesumpen 35, og distribuerer denne via smøreledninger eller -kanaler (ikke vist) til de forskjellige ste-dene i eksternvarmemaskinen 1 hvor den behøves, for eksempel til kamakselen 70, sylinderne 100, 101 og veivakselen 50, samt deres eventuelt tilhørende ruller, foringer, lagre etc. Overskuddsolje kan så returneres på konvensjonelt vis via smøreoljere-turledninger eller -kanaler (ikke vist). Det fins flere løsninger for å distribuere og returnere smøreolje fra eller til oljesumpen 35. Dette vil Ikke bli vektlagt videre, idet det vil kunne anses som innlysende for en fagperson.

I et annet tilfelle vil eksternvarmemaskinen 1 kunne forenkles noe ved at det innføres smøremiddel 36 direkte i arbeidsfluidet 9, som så tillates å sirkulere gjennom eksternvarmemaskinen l sammen med dette. Dette vil likne på måten en smører en totakts forbrenningsmotor. I et slikt tilfelle vil det kunne være viktig å velge et smøremiddel 36, eventuelt et smøremiddetadditiv, som kan tåle de temperaturmessige påkjenning-ene det vil utsettes for.

En generator 1200 er tilkoblet veivakselen 50, gjerne i fysisk etterkant av et sving hjul 59, og leverer elektrisk effekt Pa. via en kraftelektronikkenhet 1300 som er tilkoblet en elektrisk effektkommunikasjonsanordning 2001, for eksempel en kabel. Kraftelektronikkenheten 1300 kan i enkleste tilfelle være et koblingspunkt, for eksempel bestående av elektriske terminaler, men i et vanligere tilfelle vil den omfatte for eksempel en frekvensomformer (AC/DC/AC-omformer), en vekselretter (DC/AC-omformer) eller i et enklere tilfelle en likeretter (AC/DC-omformer). I tillegg kan den inneholde elektriske filtre, en kontrollenhet for regulering av effektuttak, eventuelt effektinntak, som for eksempel kan benyttes ved start av eksternvarmemaskinen dersom generatoren 1200 også er tilpasset drift som motor. Den kan også inneholde, eventuelt være tilkoblet et energilager (ikke vist), for eksempel et batteri, som kan benyttes ved for eksempel oppstart. Den kan videre gi instrumentsignaler 1001 til, samt motta styresignaler 1002 fra for eksempel ECU'en 1000, idet ECU'en 1000 på overordnet nivå vit kunne regulere effektkommunikasjonen mellom generatoren 1200 og det eksterne systemet 2000 i én eller begge retninger. Størrelsen til den leverte effekten PEL kan være basert på estimert tilgjengelig effektuttak fra eksternvarmemaskinen 1 og ønsket effektleve-ranse tit en forbruker 3110 i det eksterne systemet 2000.

Samtidig kan en mengde restvarme Qkdistribueres til en varmeforbruker 3120 i det eksterne systemet 2000. Varm efo r brukeren 3120 kan for eksempel være en anordning for vannoppvarming, et system for bygningsoppvarming eller et såkalt termisk kjøle-system, for eksempel en absorpsjonskjøter eller en adsorpsjonskjøler.

ECU'en 1000 overvåker og regulerer driften av eksternvarmemaskinen 1 inkludert én eller flere av de eksterne varmemaskinanordningene, for eksempel pumpa 500, injektoren 700 og kraftelektronikkenheten 1300, som nevnt tidligere. ECU'en 1000 mottar og behandler målinger fra ulike steder i maskinen 1 eller eksternvarmemaskinsystemet 2 ved hjelp av ett eller flere instrumentsignaler 1001. ECU'en 1000 opereres med en programvare som bt.a. inneholder reguleringsalgoritmer, slik at eksternvarmemaskinen 1 inkludert én eller flere av de øvrige anordningene kan styres basert på sett-punktsverdier. Settpunktsverdiene kan foreksempel inkludere bruker!nnstillingerfor ønsket effektuttak Pa_, ønsket temperatur for varmeuttak etc. Reguleringsafgoritmene implementert i ECU'en 1000 vil da sørge for at eksternvarmemaskinen 1 på en best mulig måte konverterer og leverer termisk energi Qavog QAkog elektrisk energi i form av den konverterte elektriske effekten PeL, ved at ECU'en 1000 styrer eksternvarme maskinen 1 basert på bl.a. tilgjengelig varme Qviog Qv2/samt temperaturen den leveres med, samt tilgjengelig kjølekapasitet i form av hvor mye restvarme QKsom kan ledes bort fra systemet, samt den tilgjengelige kjøletemperaturen.

ECl<T>en 1000 vil typisk ha et kommunikasjonsgrensesnitt I form av en kommunika-sjonsanordnlng 2002 til det eksterne systemet 2000, Idet ECU'en 1000 da vil kunne styres samt overvåkes av en eller flere eksterne reguleringsenheter 3200 tilknyttet det eksterne systemet 2000, ved at kommunikasjonssignaler K utveksles. Kommunikasjonsanordningen 2002 kan for eksempel være en radiotransceiver, en datanettverks-basert kommunikasjonsenhet, en analog kommunikasjonsanordning, gjerne i form av en simpel kabel, eller en kombinasjon av disse.

Eksternvarmemaskinen 1 er ytterligere eksemplifisert i figurene 4a til 7, og alternative utførelsesdetaljer omtales nedenfor.

På figur 4a er det vist en ensylindret eksternvarmemaskin 1 i en enkeltekspansjons-utførelse, hvor et sy I inder kam mer 150 har et arbeidsfluidinnløp 400 med tilhørende arbeidsfluidinnløpsåpning 401 og et arbeidsfluidutløp 410, slik at den ensylindrede eksternvarmemaskinen 1 er innrettet for å kunne utføre en enkel ekspansjonsprosess. Figur 4b viser en tilsvarende konfigurasjon, men med en termisk barriere 190 mellom sylinderblokken 10 og sylindertoppblokken 11 i stedet for mellom veivakselblokken 5 og sylinderblokken 10, slik det er vist i figur 4a. Figur 4c viser en ytterligere konfigurasjon av eksternvarmemaskinen 1, men med interne varmevekslere 300, 301, ventil-gjennomføring 790, en integrert generator 1200 og en varmevekslerfremmende utforming 121 (en varmevekslerfinne) i et sylinderkammer 150, hvor en termisk barriere mellom sylindertoppblokken og ventilstyringsblokken består av luftgap, dvs. hulrom 190" samt avstandselementer 190"' laget av et isolerende materiale, og hvor en termisk barriere mellom sylindertoppblokken 11 og bevegelsesomformerblokken 5 er tildannet ved at sylinderblokken 10 er tildannet av et materiale med dårlig varmelederevne, samt hvor det er termiske barrierer 190' mellom sylinderblokken 10, henholdsvis sylindertoppblokken 11 og omgivelsene. Figur 5 viser en tosylindret utførelse av eksternvarmemaskinen 1 i en enkeltekspan-sjonsutførelse, hvor to uavhengige sylinderkamre 150, 151 har hvert sitt arbeidsfluid-innløp 400a, 400b med tilhørende arbeidsfluidinnløpsåpninger 401a, henholdsvis 401b og hver sine arbeidsfluidutløp 410a, 410b, slik at den tosylindrede eksternvarmemaskinen 1 er innrettet for å kunne utføre enkle ekspansjons prosesser i de to sylinderkamrene 150, 151. Figur 6 viser en tosylindret utførelse av eksternvarmemaskinen 1 i en enkeltekspan-sjonsutførelse, lik den vist på figur 5, men hvor det I tillegg er anordnet interne varmevekslere 300, 301 for å kunne tilføre varme til et arbeidsfluid 9 under ekspansjon inne i sylinderkamrene 150, 151. Figur 7 viser i all hovedsak eksternvarmemaskinen 1 i en kompoundutførelse slik den er beskrevet over.

Selv om den foretrukne utførelsen er innrettet til å kunne utføre ekspansjonsproses-ser, kan oppfinnelsen også utføre tilsvarende og komplementære kompresjons prosesser. Ved en slik "omvendt" prosess vil det tidligere nevnte arbeidsfluidinnløpet 400 fungere som et arbeidsfluidutløp, og tilsvarende funksjonsendringer vil gjelde for ar-beidsfluidutløpet 410, injektoren eller innløpsventilen 700 og utløpsventilen 710.

Det henvises så til figur 13. Ved en anvendelse av eksternvarmemaskinen 1 og framgangsmåten (den termodynamiske prosessen) I henhold til oppfinnelsen har en et kraftvarmeverk 3000, heretter også kalt CHP-system, som omfatter et eksternvarmemaskinsystem 2, en varmekilde 3031, en kuldekilde 3033 og et multienergiuttak 3300. Eksternvarmemaskinsystemet 2 omfatter igjen eksternvarmemaskinen 1 og de øvrige varmemaskinsystemanordningene, som for eksempel pumpa 500 og kraftelektronikkenheten 1300 slik de er beskrevet ovenfor og vist i figur 8. Varmekilden 3031 forsyner varme QViog QV2til eksternvarmemaskinsystemet 2, og restvarmen QKfra eksternvarmemaskinsystemet 2 blir fjernet ved hjelp av kuldekilden 3033. Multienergiuttaket 3300 forsyner energi tit en forbrukergruppe 3100 i det eksterne systemet 2000. Forbrukergruppen 3100 kan omfatte én eller flere el energiforbruke re 3110 og én eller flere varmeforbrukere 3120, hvor varmeforbrukerne kan være en vannopp-varmingsanordning, en romoppvarmingsanordning eller et termisk kjølesystem slik som en absorpsjonskjøler eller en adsorpsjonskjøler.

Kraftvarmesystemet 3000 er i figur 13 vist skjematisk. Kraftvarmeverksystemet 3000 er via multienergiuttaket 3300 tilkoplet energiforbrukergruppen 3100. Varmekilden 3031 står i termisk forbindelse med varmemaskinsystemet 2 som igjen står i termisk forbindelse med kuldekilden 3033. Varmekilden 3031 leverer en varmemengde Qviog Qv2til varmemaskinsystemet 2. Fra et varmetapningspunkt 3310 anordnet i den termiske forbindelsen mellom varmekilden 3031 og varmemaskinsystemet 2 kan det via et varmekildevarmeuttak 3391 leveres høyverdig varmeenergi QAvtil en eller flere varmeforbrukere 3120.

Varmemaskinsystemet 2 er via et elenergiuttak 3392 tilkoplet og leverer elektrisk energi PEi_ til elenergiforbrukeren 3110. Varmemaskinsystemet 2 kan i prinsippet på tilsvarende vis også levere mekanisk energi til en mekanisk energiforbruker (ikke vist) i energiforbrukergruppen 3100. Elenergiforbrukeren 3110 eller varmeenergiforbruke-ren 3120 kan også være enheter med forbindelse til, men plassert eksternt I forhold til det eksterne systemet 2000, for eksempel ved at det eksterne systemet 2000 er tilkoplet videredistribueringsenheter (ikke vist), slik som for eksempel en elektrisk dist-ribusjonsenhet (ikke vist) som kan mate overskuddsstrøm inn på et større elektrisk distribusjonsnett (ikke vist).

Fra et restvarmetapningspunkt 3320 anordnet i den termiske forbindelsen mellom varmemaskinsystemet 2 og kuldekilden 3033 kan det via et restvarmeuttak 3393 leveres restvarmeenergl QAktil én eller flere varmeforbrukere 3120.

En energiforbruker 3110, 3120 kan også ha funksjon både som varmeenergiforbruker 3120 og som elenergiforbruker 3110. Et eksempel på dette er et absorpsjonskjølesys-tem som behøver elektrisk energi til pumper som igjen driver en fluidsirkulasjon, og termisk energi eller varmeenergi som energiforsyning til selve absorpsjonskjøleproses-sen.

Varmekildevarmeuttaket 3391, elenerg i uttaket 3392 og restvarmeenergiuttaket 3393 tildanner sammen multienergiuttaket 3300. Multienerg i uttaket 3300 tildanner et hensiktsmessig grensesnitt mellom kraftvarmeverksystemet 3000 og et distribusjonsnett (ikke vist) i det eksterne systemet 2000, for eksempel for distribusjon av elektrisk strøm til oppvarming og lys samt varmeenergi til romoppvarming etc.

Kraftvarmeverksystemet 3000 er anbrakt i en bygning 3001 (se figur 11) eller en farkost 3002 (se figur 12), eventuelt et annet anlegg (ikke vist) hvor det er behov for energitilførsel QAV, PeuQaktil én eller flere energiforbrukere 3110, 3120. Varmekilden 3031 skaffer til veie en høyverdig varmeenergi QViog QV2til varmemaskinsystemet 2 for eksempel ved flis-, pellets-, ved-, olje- eller gassfyring, varmegjenvinning fra ventilasjonsluft og andre spillvarmekilder, prosessvann etc. En andel av varmeenergien Qviog Qv2kan ved behov anvendes ved tapping fra varmetapningspunktet 3310 for anvendelse I energiforbruker(e) 3120 som behøver høyverdig varmeenergi for å kunne fungere effektivt.

Ved behov kan en andel av restvarmen QKsom normalt overføres fra eksternvarmemaskinsystemet 2 til kuldekilden 3033, distribueres via restvarmeuttaket 3393 til forbrukergruppen 3100 hvor varmeforbrukere 3120 som kan anvende lavverdig varme energi, nyttiggjør seg denne restvarmen på en hensiktsmessig måte, for eksempel til oppvarming. Dersom varmeenergi behovet hos varmeforbrukerne 3120 er stort nok, vil hele spillvarmen QKfra eksternvarmemaskinsystemet 2 kunne distribueres til forbrukergruppen 3100, og følgelig vil kuldekilden 3033 ikke måtte motta noe av denne. I et videre eksempel hvor forbrukergruppen 3100 vil kunne forbruke hele spillvarmen Qkfra eksternvarmemaskinsystemet 2, vil funksjonen til den selvstendige kuldekilden 3033 da kunne utgjøres av forbrukergruppen 3100, slik at denne også vil ha funksjon som kuldekilde 3033.

På figur 11 er kraftvarmeverksystemet 3000 anordnet i en kjeller i bygningen 3001. En alternativ plassering av kraftvarmeverksystemet er angitt med henvisnlngstallet 3000', her indikert utenfor bygningen 3001.

Få figur 12 er kraftvarmeverksystemet 3000 anbrakt innvendig i farkosten 3002. Det er også indikert en alternativ plassering av kraftvarmeverksystemet 3000', her anordnet i umiddelbar nærhet av farkostens 3002 opplagsplass.

Claims

1. Eksternvarmemaskin (1) som benytter et arbeidsfluid (9), hvor minst ett volumendringskammer (150, 151) er tildannet av minst én enhet (10, 11, Ila, 11b, 100, 101, 110, 111), og hvor det til minst én av den minst ene volumendringskammertildannende enheten (10, 11, Ila, 11b, 100, 101, 110,111) er anordnet minst én termisk barriere (190, 190', 190", 190'") som forhindrer varmefluks fra den minst ene volumendringskammertildannende enheten (10, 11, lia, 11b, 100, 101, 110, 111) til minst én omkringliggende enhet (5, 7) og/eller omgivelsene,karakterisert vedat eksternvarmemaskinen (1) er forsynt med ett eller flere elementer hentet fra gruppen bestående av: a) minst én termisk barriere (190, 190", 190'") som forhindrer varmefluks mellom minst en sylindertoppblokk (11, lia, 11b) og minsten ventilstyringsblokk (7); b) minst én ventil (710, 750), hvor et første, nedre aksialt parti er omsluttet av den minst ene sylindertoppblokken (11, lia, 11b), og hvor et andre, øvre aksialt parti er omsluttet av den minst ene ventilstyringsblokken (7); og c) minst én sylinderblokk (10) tildannet av et varmeisolerende materiale, hvor det i den minst ene sylinderblokken (10) er anordnet minst én sylinder eller syl i nderfo ring (100, 101).

2. Eksternvarmemaskin (1) ifølge krav 1, hvor eksternvarmemaskinen (1) er forsynt med nevnte ventil (710, 750), og ventilen (710, 750) er ført gjennom en ventilføring (790) som I et første, nedre aksialt parti står i kontakt med den minst ene sylindertoppblokken (11, lia, 11b) og som i et andre, øvre aksialt parti står i kontakt med den minst ene ventilstyringsblokken (7).

3. Eksternvarmemaskin (1) ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 2, hvor eksternvarmemaskinen (1) omfatter eller er tilknyttet ett eller flere elementer hentet fra gruppen bestående av: aa) minst én smøremiddelseparator (30); bb) minst én arbeidsfluidreturport (99); cc) minst ett smørefritt stempel (200, 201); og dd) arbeidsfluid (9) med forhåndsinnblandet smøremiddel (36).

4. Eksternvarmemaskin (1) ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 3, hvor den minst ene sylinderen (100, 101) og/eller den minst ene ventilen (710, 750) i det minste er delvis tildannet av et friksjonsbegrensende materiale.

5. Eksternvarmemaskin (1) ifølge krav 4, hvor det friksjonsbegrensende materialet er hentet fra gruppen bestående av et smøremiddelimpregnert materiale slik som et oljeimpregnert eller oljedopet, sintret metall.

6. Eksternvarmemaskin (1) ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 5, hvor det er anordnet minst én termisk barriere (190') mellom minst én av den minst ene volumendringskammertildannende enheten (10, 11, lia, 11b, 100, 101,110, 111) og omgivelsene.

7. Eksternvarmemaskin (1) ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 6, hvor eksternvarmemaskinen (1) på fluid kommuniserende vis er tilknyttet minst én enhet hentet fra gruppen bestående av pumpe (500), varmer (600), injektor (700), kondensator (800) og arbeidsfluidreservoar (90) for derved å kunne utføre en termodynamisk syklus.

8. Eksternvarmemaskin (1) ifølge krav 7, hvor eksternvarmemaskinen (1) er innrettet til å kunne utføre en Rankine-syklus ved at varmeren (600) omfatter en forvarmer (610) og en fordamper (620), alternativt også en overheter (630).

9. Eksternvarmemaskin (1) ifølge krav 8, hvor arbeidsfluidet (9) har lavere normalkokepunkt enn vann for derved å kunne utføre en ORC-syklus (Organic Rankine Cycle).

10. Eksternvarmemaskin (1) ifølge krav 7, hvor eksternvarmemaskinen (1) er innrettet til å kunne utføre en termodynamisk syklus med varmetilførsel til arbeidsfluidet (9) i det minst ene volumendringskammeret (150, 151), ved at minst én av den minst ene sylinderblokken (10) og den minst ene sylindertoppblokken (11, lia, lib) omfatter minst én intern varmeveksler (300, 301) som står i termisk kommunikasjon med det minst ene volumendringskammeret (150, 151).

11. Eksternvarmemaskin (1) ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 10, hvor det til eksternvarmemaskinen (1) er tilkoblet minst én generator (1200).

12. Eksternvarmemaskin (1) ifølge krav 11, hvor den minst ene generatoren (1200) er koblet til en bevegelsesomformer (50), og hvor generatoren (1200) har en stator (1202) og en rotor (1203), idet rotoren (1203) er montert frittsvevende med bevege I sesomformeren (50) som eneste bærende element.

13. Eksternvarmemaskin (1) ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 12, hvor det i en aksial forlengelse av det minst ene stempelet (200, 201) er tildannet et stempelhode (200a, 201a) som er innrettet til å fremme termisk isolasjon mellom det minst ene volumendringskammeret (150, 151) og det minst ene stempelet (200, 201), ved at det er tildannet et hulrom i stempelhodet (200a, 201a) og/eller ved at det er tildannet en termisk barriere (200b) pa ste m pel-hodets (200a, 201a) ytre flate.

14. Eksternvarmemaskin (1) ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 13, hvor eksternvarmemaskinen (1) er innrettet til å fungere som en kompoundmaskin (1), ved at minst ett første volumendringskammer (150) på fluidkommuniserende vis er forbundet med et andre volumendringskammer (151) gjennom et arbeidsfluidomløp (450), idet arbeidsfluidomløpet (450) er lukkbart ved hjelp av en omløpsventil (750) plassert i arbeidsfluidomiøpets (450) fluidstrøm-ningsbane, og hvor det andre volumendringskammeret (151) oppviser et totalvolum vesentlig forskjellig fra totalvolumet til det minst ene første volumendringskammeret (150).

15. Termodynamisk prosess for drift av en eksternvarmemaskin (1) ifølge et hvilket som helst av kravene 1-14,karakterisert vedat prosessen omfatter følgende trinn: a) et arbeidsfluid (9) pumpes under høyt trykk gjennom en varmer (600); b) arbeidsfluidet (9) tilføres varme i varmeren (600); c) arbeidsfluidet (9) injiseres i minst ett volumendringskammer (150, 151) gjennom minst ett lukkbart arbeidsfluidinnløp (400) og tilhørende ar-beidsfluidinnløpsåpning (401); d) arbeidsfluidet (9) ekspanderer i det minst ene volumendringskammeret (150, 151); e) arbeidsfluidet (9) støtes ut fra det minst ene volumendringskammeret (150, 151) gjennom minst ett arbeidsfluidutløp (410); og f) arbeidsfluidet (9) avkjøles i en kondensator (800).

16. Termodynamisk prosess ifølge krav 15, hvor prosessen omfatter det ytterligere trinnet: aa) å lede en mengde arbeidsfluid (9) som har lekket inn i en maskinblokk (5,7, 10, 11, lia, 11b), bort fra nevnte maskinblokk (5, 7, 10, 11, Ila, 11b) gjennom én eller flere arbeidsfluidreturporter (99).

17. Termodynamisk prosess ifølge krav 16, hvor prosessen omfatter det ytterligere trinnet: bb) å la den lekkede mengden arbeidsfluid (9) som er fjernet fra nevnte maskinblokk (5, 7, 10, 11, lia, 11b), avkjøles I en lekkfluidkjøler (91) eller i kondensatoren (800).

18. Termodynamisk prosess ifølge ett av kravene 15 til 17, hvor prosessen omfatter det ytterligere trinnet: cc) etter trinn e) og før trinn f) å lede arbeidsfluidet (9) gjennom en separator (30) for derved å fjerne en mengde smøremiddel (36) som er innblandet i arbeidsfluidet (9).

19. Termodynamisk prosess Ifølge krav 18, hvor prosessen omfatter det ytterligere trinnet: å returnere den mengden smøremiddel (36) som er fjernet fra arbeidsfluidet (9) ved hjelp av separatoren (30), til et smøremiddel reservoar (35).

20. Termodynamisk prosess ifølge et hvilket som helst av kravene 15 til 19, hvor trinn d) ytterligere omfatter å tilføre varme til arbeidsfluidet (9).

21. Anvendelse av en eksternvarmemaskin (1) og/eller en termodynamisk prosess ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 20 ved drift av et kraftvarmeverk (3000).

22. Anvendelse ifølge krav 21, hvor elektrisk energi (PEL) tilveiebrakt av en generator (1200), eventuelt via en kraftelektronikkenhet (1300), tilføres minst én elenergiforbruker (3110).

23. Anvendelse ifølge krav 21 eller krav 22, hvor en andel varme (QflV, Qak) fra kraftvarmeverket (3000) tilføres minst én varmeforbruker (3120).

24. Anvendelse ifølge et hvilket som helst av kravene 21 til 23, hvor en andel varme (QAtf, Qak) fra kraftvarmeverket (3000) benyttes til kjøling ved at minst én varmeforbruker (3120) er en termisk kjøleanordning.