WO2010043469A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines stirling-kreisprozesses - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines stirling-kreisprozesses Download PDF

Info

Publication number
WO2010043469A1
WO2010043469A1 PCT/EP2009/062112 EP2009062112W WO2010043469A1 WO 2010043469 A1 WO2010043469 A1 WO 2010043469A1 EP 2009062112 W EP2009062112 W EP 2009062112W WO 2010043469 A1 WO2010043469 A1 WO 2010043469A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
liquid piston
working medium
expander
compressor
hydraulic
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/062112
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Ramming
Michael Deichsel
Original Assignee
Ago Ag Energie + Anlagen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ago Ag Energie + Anlagen filed Critical Ago Ag Energie + Anlagen
Priority to EP09783170A priority Critical patent/EP2334923A1/de
Publication of WO2010043469A1 publication Critical patent/WO2010043469A1/de
Priority to US13/065,993 priority patent/US20110203267A1/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2270/00—Constructional features
    • F02G2270/70—Liquid pistons

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a Stirling cycle in which a working medium in each case is substantially isothermally compressed, then isochorically heated, then isothermally relaxed and finally isochoric cooled, whereby the cycle is closed.
  • the invention relates to an apparatus for operating a Stirling process, comprising a compressor for substantially isothermal compression of a working medium with heat release, a heat exchanger by means of which heat is substantially isochorally transferable to the compressed working medium, an expander for substantially isothermal expansion of the working medium with heat absorption, wherein from the relaxed working fluid in the heat exchanger heat to the compressed working fluid is transferable and wherein the cooled working fluid is then fed back to the compressor.
  • the Stirling process and devices for carrying out the Stirling process have been part of the well-known state of the art for quite some time.
  • the Stirling process is one of the cycle processes in which the efficiency of a clockwise Carnot process or, in the case of a left-handed Stirling process (heat pump, chiller), the coefficient of performance of a leftward Carnot process can be achieved in a right-handed engine process. Due to a variety of restrictions in the practical implementation of the method as well as mechanical engineering and material limitations, the actual efficiency achieved or the actually achieved coefficient of performance is always worse than theoretically possible.
  • US 2008/0072597 A1 discloses a liquid piston engine in which an electrically or electronically conductive liquid is used.
  • the known engine comprises a first "hot" cylinder in the upper portion of which heat is supplied to a gas from an external heat source.
  • the gas is located above the level of a liquid piston whose fluid is electrically or electronically conductive.
  • Another cylinder is referred to as a "cold” cylinder and therein the gas is also located above the level of a liquid piston formed by the same fluid as in the hot cylinder.
  • a gas exchange can take place between the hot and the cold cylinder via a connecting line which leaves the upper side of the two cylinders.
  • the liquid can be pumped from the hot into the cold cylinder or vice versa via a further connecting line which leaves the respective underside of the two cylinders.
  • a further connecting line which leaves the respective underside of the two cylinders.
  • the hot gas is transferred by filling the hot cylinder with the fluid using the magneto-hydrodynamic pump in the cold cylinder, resulting in a decrease in volume as a result of cooling and also the conductive liquid in the magneto-hydrodynamic generator can flow back.
  • the process can start again.
  • the known engine has the advantage that no mechanically moving parts, such as valves, flaps or the like are required, resulting in a low maintenance requirement and a long service life should result.
  • the gaseous working fluid is not circulated in the known process, but oscillates between the two cylinders and has to harness the expansion work an open wiring harness for the generator, which is open at its free end to the atmosphere.
  • the invention has for its object to further develop a method for operating a Stirling cycle and a device for carrying out such a method such that the efficiency of the engine process and the coefficient of performance of the refrigerator or heat pump process is increased.
  • the underlying object is achieved in that the isothermal compression by means of a liquid piston compressor and / or the isothermal relaxation by means of a liquid piston expander takes place.
  • liquid pistons In contrast to pistons in the form of solid, rigid components with precisely defined geometry, liquid pistons have the advantage that the cylinders in which the compression or expansion process takes place can have any desired geometry, since the liquid piston always adapts itself automatically, while providing an absolute Tightness of the working area is warranted. It can therefore be realized cylinders with a very good surface-to-volume ratio, which are excluded in classic pistons with a fixed geometry, since the sealing problem would not be controlled in this case.
  • the cylinder can be penetrated by a heat exchanger bundle, so that very large surfaces result for a heat transfer between the working medium and a second medium. The better the heat transfer from the working medium to another medium, the better an isothermal state change can be achieved both during compaction and during relaxation.
  • the hydraulic fluid forming the liquid piston of the liquid-piston compressor which under no circumstances is miscible with the working fluid, is pumped by a hydraulic pump to supply work. Accordingly, a hydraulic fluid constituting the liquid piston of the liquid-piston expander is released from work by a hydraulic motor.
  • both the liquid piston compressor and the liquid piston expander act on the same hydraulic fluid circuit.
  • the hydraulic fluid emerging from the liquid-piston expander selectively acts either on the liquid-piston compressor and / or on a hydraulic motor and / or it can be stored in a pressure vessel from which either the liquid-piston compressor and / or or the hydraulic motor can be acted upon by hydraulic fluid.
  • a regenerative heat exchanger can be used, with which heat from the working medium after its isothermal compression isochorally transferred to the working medium, in particular the same working medium cycle, before it is isothermally expanded. If no phase shifts are to be compensated, a recuperative heat exchanger can also be used and a heat transfer to a working medium of another circuit take place.
  • the working medium is guided in two materially separate circuits, each with a liquid piston compressor and a liquid piston expander and that in a first heat exchanger heat isochor from the working fluid leaving the liquid piston expander of the first circuit is transferred to the working medium leaving the liquid-piston compressor of the second circuit and in a second heat exchanger isochorged from the working medium leaving the liquid-piston expander of the second circuit to the working medium leaving the liquid-piston compressor of the first circuit, wherein the circular processes take place in the two circuits phase-shifted by half a phase relative to each other.
  • the hydraulic circuits can be realized separately, but also coupled.
  • the heat absorbed during the isothermal decompression of the working medium of the high-temperature process is released by the working medium of the low-temperature process during its isothermal compression.
  • a liquid metal can be used as the hydraulic medium for the high-temperature process, whereas mineral oils are typically used in the low-temperature process.
  • the underlying object is achieved starting from a device of the type described above according to the invention that the compressor is a liquid piston compressor and / or the expander is a liquid piston expander.
  • the energy efficiency of the process can be optimized by optimizing the heat transfer in conjunction with the cylinders of the compressor or the expander, which have a correspondingly large area.
  • a hydraulic circuit operable by the liquid piston of the liquid piston compressor and / or the liquid piston expander which has a hydraulic motor and / or a hydraulic pump and / or a container, in particular a pressure container.
  • a regenerative or recuperative heat exchanger can be used, by means of which the heat from the working medium after its isothermal expansion is applied to the working medium. beitsmedium transferable after its isothermal compression. In the refrigerating machine / heat pump process, the conditions are reversed accordingly.
  • a further development in terms of device technology consists in the use of two liquid piston compressors and two liquid piston relaxers, wherein in each case a liquid piston compressor and a liquid piston expander are integrated into an independent working medium circuit and a heat exchange between the two working medium circuits by means of at least an integrated in both circuits heat exchanger takes place.
  • the heat exchanger is formed by the liquid-piston compressor of the first working-medium circuit together with the liquid-piston expander of the second working-medium circuit, the abovementioned liquid-piston compressor and liquid-piston expander having common heat exchanger surfaces have, so that upon relaxation of the working medium in the first working medium cycle, a compression of the working medium in the second working medium cycle and that takes place under appropriate heat exchange between the two working medium circuits.
  • a device with eight cylinders i. a device with four liquid piston compressors and four liquid piston expander, of which four groups each comprising a liquid piston compressor and a liquid piston expander each having a self-contained working medium circuit, wherein hydraulic fluid of all four liquid piston compressor and four liquid piston expander in a common Circuit is run with a single hydraulic motor or a single hydraulic pump and run the Stirling processes in the four working medium circuits by a quarter phase relative to each phase out of phase.
  • FIG. 2 as in FIG. 1, however, in the T-s diagram,
  • FIG. 3 as FIG. 1, however, using a liquid-piston compressor and a liquid-piston expander, FIG.
  • FIG. 4 as FIG. 2, however, using a liquid-piston compressor and a liquid-piston expander, FIG.
  • FIG. 5 shows a schematic plant diagram with a liquid piston compressor and a liquid piston expander
  • FIG. 6 shows a schematic plant diagram with two liquid piston compressors and two liquid piston relaxers and two separate working medium circuits
  • FIG. 7 is a schematic plant diagram with two liquid piston relaxers and two liquid piston compressors and two separate working medium circuits, but with a heat transfer between the two circuits in the area of a combined liquid piston compressor / liquid piston expander,
  • Fig. 8 a two-stage Stirling cycle corresponding to the system diagram of FIG. 7 in a T-s diagram and
  • Figure 9 is a schematic plant diagram with four liquid piston relaxers and four liquid piston compressors
  • FIGS. 1 and 2 An idealized Stirling process illustrated in FIGS. 1 and 2 in a pv diagram or a Ts diagram starts from point I with an isothermal compression at a low temperature level until point II is reached. Based on this, an isochoric heating takes place up to point III, from where the working medium is again isothermally expanded to a high temperature level. From the end point IV of the relaxation an isochore cooling takes place up to the starting point I. The highest pressure (see FIG. at the point at the end of isochoric heating and the lowest pressure at point I at the end of the isochoric relaxation.
  • FIG. 5 now shows a schematic system diagram of a device 1 according to the invention, which has a liquid piston compressor 2 and a liquid piston expander 3 and thus dispenses with the piston assemblies customary in the prior art.
  • the liquid piston compressor 2 has a cylinder 4, in the lower region of which there is a hydraulic fluid 5, which forms a mirror 6 in an interior 7 of the cylinder 4.
  • a tube bundle 8 of a heat exchanger In the interior 7 is also a tube bundle 8 of a heat exchanger, which is traversed by a heat transfer medium.
  • the heat transfer medium flows through a supply line 9 and a drain line 10 both through the tube bundle 8 and through a formed in a double jacket cavity 1 1, which surrounds the interior 7 of the cylinder 4.
  • Hydraulic fluid is this removed in the required amount a pressure vessel 12 and passed through a motor-operated valve 13 and a line 14 into the interior 7 of the cylinder 4.
  • a valve 15 is opened in a line 16, whereupon the working medium flows into a heat exchanger 17.
  • the working fluid is heated isochorically closed valve 18 that is located in a line 19.
  • the working medium flows into the liquid-piston expander 3, in which an isothermal expansion takes place while lowering the mirror 6 of the hydraulic fluid there.
  • heat is transferred to the working medium via a tube bundle 20 and a cavity 21 in the form of a double jacket around the cylinder 22 via a heat transfer medium.
  • the hydraulic fluid displaced from the cylinder 22 of the high-pressure fluid-displacement expander 3 flows via a line 23 and the valve 13 into a hydraulic motor 24 which drives a generator 25 for generating electrical energy.
  • the hydraulic fluid then flows via a further valve 26 and a line 27 into the pressure vessel 12 or via a line 28 into the liquid piston compressor second
  • a valve 30 located in a line 29 opens, whereupon the working medium flows into the heat exchanger 17, from where it delivers isochoric heat to the working medium flowing from the liquid piston compressor 2 to the liquid piston expander 3,
  • the cycle is closed by a valve 31 is opened and the cooled working medium flows back into the liquid piston compressor 2, in which the mirror ⁇ of the hydraulic fluid is in its bottom dead center, so that after closing the valve 31, a new compression stroke can begin ,
  • the working medium flows after its compression in the liquid piston compressor 2.1 via a line 44 to the heat exchanger 43, where it absorbs heat, then to enter via a line 45 in the liquid piston expander 3. 1. From there, it flows after its relaxation via the line 46 to the heat exchanger 42, in which it gives off heat. Subsequently, the fluid passes back via a line 47 back into the liquid piston compressor 2.1.
  • the working medium flows after its compression in the liquid piston compressor 2.2 via a line 48 to the heat exchanger 42, where it absorbs heat, then to reach via a line 49 to the liquid piston expander 3.2.
  • the latter leaves the working medium after its expansion via a line 50 in the direction of the heat exchanger 43, from which it finally arrives after heat release via a line 51 back into the liquid piston compressor 2.2.
  • FIG. 7 shows an embodiment of the invention in which a device 61 is again provided with in each case two liquid-piston compressors 2.1 and 2.2 and two liquid-piston relaxers 3.1 and 3.2.
  • the two circuits of the working medium are materially separated from one another.
  • the temperature levels in the two circuits are different, and indeed the upper temperature level of the low-temperature circuit NT coincides with the lower temperature level of the high-temperature circuit HT.
  • the liquid-piston compressor 2.1 of the high-temperature circuit HT is thermally coupled to the liquid-piston expander 3.2 of the low-temperature circuit NT such that the heat released during the compression in the high-temperature circuit HT is absorbed during the expansion in the low-temperature circuit NT.
  • the liquid piston compressor 2.1 of the high-temperature circuit HT thus forms the heat source for the heat sink in the form of the liquid piston expander 3.2 in the low-temperature circuit NT.
  • the hydraulic circuits should be materially separated, namely offers the choice of a liquid metal as hydraulic fluid for the high-temperature circuit HT, whereas in the low-temperature circuit NT typically mineral oils can be used.
  • the two combined hydraulic motors or hydraulic pumps 52.1, 52.2 act on separate shafts 53.1, 53.2, each with a generator 54.1, 54.2 and a flywheel 56.1, 56.2.
  • Each hydraulic circuit has its own tank 55.1, 55.2. If the device 61 shown as an engine in FIG. 7 is to be operated as a heat pump / chiller, electric motors are to be used instead of the generators 54, 1, 54.2 whose direction of rotation is to be reversed, as a result of which the material flows in both the hydraulic and the working fluids. To run around-circuits also opposite.
  • FIG. 8 shows a Ts diagram for the process taking place in the device 61 according to FIG. In the high-temperature circuit HT, the working medium there is isothermally compressed starting from point IH to NH, then isochorically heated to point NIH, then isothermally expanded to point IVH and finally isochoric cooled back to point I h .
  • the working medium in the low-temperature circuit NT is isothermally compressed from point IN to point HN, then heated to point INN (HIH) isochor. From point INN to point IVN (HH) there is an isothermal expansion along the same line IH-IIH, which represented the isothermal compression of the high-temperature circuit HT.
  • IH-IIH which represented the isothermal compression of the high-temperature circuit HT.
  • the heat released during the compression in the high-temperature circuit HT is thus absorbed by the isothermal expansion taking place in the low-temperature circuit NT.
  • FIG. 9 also shows a schematic system diagram of a device 81 with four liquid-piston compressors 82.1, 82.2, 82.3, 82.4 and four liquid-piston relaxers 83.1, 83.2, 83.3, 83.4.
  • four separate circuits of the working medium are thus formed by one liquid piston compressor 82.1, 82.2, 82.3, 82.4 and one liquid piston expander 83.1, 83.2, 83.3, 83.4, in each of which a separate Stirling process takes place.
  • the four processes independent of the working medium are so out of phase that each process step is run once in each cycle. For this reason, neither a (pressure) container nor a flywheel is necessary on the hydraulic side of the device 81, and simple recuperative heat exchangers 84.1, 84.2, 84.3, 84.4 can be used.
  • a heat exchange takes place between the working media of the circuit of the liquid piston compressor / expansion arm 82.1, 83.1 and the liquid piston compressor / expansion arm 82.3, 83.3, in the heat exchanger 84.2 between the circuits of the liquid piston compressor In the heat exchanger 84.3 between the circuits of the liquid piston compressors / expansion clamps 82.1, 83.1 and the liquid piston compressor / expansion clamps 82.3, 83.3 as well as the heat exchanger 84.4 between the circuits of the liquid piston compressor / retainer 82.2, 83.2 and the liquid piston compressor / retainer 82.4, 83.4.
  • the hydraulic circuits of the four liquid piston compressors 82.1, 82.2, 82.3, 82.4 on the one hand and the four liquid piston expander 83.1, 83.2, 83.3, 83.4 on the other hand are materially separated, so that different hydraulic media can be selected as needed. In any event, this hydraulic separation avoids temperature carryover between the higher temperature liquid piston relaxers 83.1, 83.2, 83.3, 83.4 and the lower temperature liquid piston compressors 82.1, 82.2, 82.3, 82.4.
  • the four liquid piston compressors 82.1, 82.2, 82.3, 82.4 and the four liquid piston expander 83.1, 83.2, 83.3, 83.4 are actuated via a respective hydraulic control block 57 on the low-temperature side and 58 on the high-temperature side.
  • the hydraulic medium in the high-temperature circuit acts via two hydraulic motors 59, 60 on a shaft on which two hydraulic pumps 62, 63 are arranged, which supply the liquid piston compressor 82.1, 82.2, 82.3, 82.4 with the hydraulic fluid of the low-temperature circuit via the hydraulic control block 57.
  • a generator 64 On the common shaft of the two hydraulic pumps 62, 63 and the two hydraulic motors 59, 60 is also a generator 64, which would be replaced by an electric motor in the case of using the device 81 as a heat pump / chiller.
  • the device 81 in which the device 81 is operated as an engine, heat is taken up in the liquid piston relaxers 83.1, 83.2, 83.3, 83.4 at a high temperature level and discharged again from the liquid piston compressors 82.1, 82.2, 82.3, 82.4 at a low temperature level .
  • the generator 64 supplies electrical energy. In the case of operation as a heat pump / chiller, the conditions are reversed accordingly.
  • hydraulic motors 59, 60 and hydraulic pumps 62, 63 which are located on a single shaft, are shown doubly on both opposite sides of the system diagram, the aggregates being drawn in dashed lines on one side of the diagram and in solid lines on the other side ,
  • hydraulic motor 59 While hydraulic motor 59 is used to decompress large pressures at low volume flows, it is the task of hydraulic motor 60 to use the energy that is obtained during isochronous displacement of the working medium from the associated heat exchanger into the respective liquid piston expander. Hydraulic motor 60 is thus designed for low pressures and high volume flows. The same applies to the pump side: here is pump 62 for the promotion of small volume flows at large pressure differences and pump 63 conversely designed to promote large volume flows at small pressure differences, as they occur when "pushing over" the working fluid from the compressor - on the expander side.
  • the hydraulic blocks 57, 58 and the control system that controls them cause the required hydraulic path to be released at the right time.

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben eines Stirling-Kreisprozesses, wird ein Arbeitsmedium im wesentlichen isotherm verdichtet, anschließend isochor erhitzt, danach isotherm entspannt und schließlich isochor abgekühlt, wodurch der Kreisprozess geschlossen wird. Um die Energie effizient derartiger Prozesse sowohl beim rechtslaufenden Kraftmaschinenprozess als auch beim linkslaufenden Kältemaschinen-/Wärmepumpenprozess zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass die isotherme Verdichtung mit Hilfe eines Flüssigkeitkolben-Verdichters (2) frei und/oder die isotherme Entspannung mit Hilfe eines Flüssigkeitskolben-Entspanners (3) erfolgt. Darüber hinaus wird eine Vorrichtung zum Durchführen des vorgenannten Verfahrens offenbart.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Stirling-Kreisprozesses
Einleitung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Stirling-Kreisprozesses, bei dem ein Arbeitsmedium jeweils im Wesentlichen isotherm verdichtet, anschließend isochor erhitzt, danach isotherm entspannt und schließlich isochor abgekühlt wird, wodurch der Kreisprozess geschlossen wird.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben eines Stirling-Prozesses, mit einem Verdichter zum im Wesentlichen isothermen Verdichten eines Arbeitsmediums unter Wärmeabgabe, einem Wärmeübertrager, mittels dessen auf das verdichtete Arbeitsme- dium Wärme im Wesentlichen isochor übertragbar ist, einem Entspanner zum im Wesentlichen isothermen Entspannen des Arbeitsmediums unter Wärmeaufnahme, wobei von dem entspannten Arbeitsmedium in dem Wärmeübertrager Wärme auf das verdichtete Arbeitsmedium übertragbar ist und wobei das abgekühlte Arbeitsmedium anschließend wieder dem Verdichter zuführbar ist.
Stand der Technik
Der Stirling-Prozess und Vorrichtungen zur Durchführung des Stirling-Prozesses zählen seit geraumer Zeit zum allgemein bekannten Stand der Technik. Der Stirling-Prozess ist einer der Kreisprozesse, bei denen bei einem rechtslaufenden Kraftmaschinenprozess der Wirkungsgrad eines rechtslaufenden Carnot-Prozesses bzw. bei linkslaufenden Stirling-Prozess (Wär- mepumpe, Kältemaschine) die Leistungszahl eines linkslaufenden Carnot-Prozesses erreicht werden kann. Aufgrund vielfältiger Restriktionen bei der praktischen Durchführung des Verfahrens sowie maschinenbaulichen und materialtechnischen Beschränkungen ist der tatsächlich erreichte Wirkungsgrad bzw. die tatsächlich erreichte Leistungszahl stets schlechter als theoretisch möglich.
Unter den vorstehend verwendeten Formulierungen einer "im Wesentlichen" isothermen Verdichtung bzw. Entspannung sowie "im Wesentlichen" isochoren Erhitzung bzw. Abkühlung sollen daher auch solche Zustandsänderungen verstanden werden, die vom thermodynami- schen Idealprozess bedingt durch praktische Restriktionen abweichen, die jedoch den isothermen bzw. isochoren Zustandsänderungen zumindest angenähert sind. Ein Nachteil bei den typischerweise mit Hilfe von Kolbenverdichtern oder Kolbenentspannern durchgeführten Stirling-Kreisprozessen besteht in dem vergleichsweise schlechten Wärmeübergang von dem Arbeitsmedium an ein dieses umgebendes oder mit diesem in Kontakt stehendes Umgebungsmedium. In der Praxis verlaufen daher sowohl der Verdichtungsvor- gang als auch der Entspannungsvorgang vergleichsweise weit von der idealisierten isothermen Zustandsänderung entfernt. Hierunter leidet der Wirkungsgrad beim Kraftmaschinenpro- zess bzw. die Leistungszahl beim Kältemaschinen- bzw. Wärmepumpenprozess.
Aus der US 2008/0072597 A 1 ist ein Flüssigkeitskolbenmotor bekannt, bei dem eine elektrisch oder elektronisch leitfähige Flüssigkeit verwendet wird. Der bekannte Motor umfasst einen ersten "heißen" Zylinder, in dessen oberen Abschnitt einem Gas von einer externen Wärmequelle Wärme zugeführt wird. Das Gas befindet sich oberhalb des Spiegels eines Flüssigkeitskolbens, dessen Flüssigkeit elektrisch bzw. elektronisch leitfähig ist. Ein weiterer Zylinder wird als "kalter" Zylinder bezeichnet und in diesen befindet sich das Gas gleichfalls o- berhalb des Spiegels eines Flüssigkeitskolbens, der von demselben Fluid wie in dem heißen Zylinder gebildet wird. Über eine jeweils an der Oberseite der beiden Zylinder abgehende Verbindungsleitung kann zwischen dem heißen und dem kalten Zylinder ein Gasaustausch stattfinden. Über eine an der jeweiligen Unterseite der beiden Zylinder abgehende weitere Verbindungsleitung kann die Flüssigkeit von dem heißen in den kalten Zylinder oder umgekehrt gepumpt werden. Von der oberen Verbindungsleitung für das Gas zweigt eine Abzweigleitung ab, die zu einem Generator geführt ist, der in einer Art Siffon platziert ist und in dem sich eine elektrisch oder elektronisch leitfähige Flüssigkeit befindet. Ist der heiße Zylinder überwiegend mit Gas gefüllt und wird dieses mittels der Wärmequelle erhitzt, so kommt es zu einer Ausdehnung und das Gas beaufschlagt über die Abzweigleitung den Flüssigkeitsspiegel auf einer Seite des magneto-hydrodynamischen Generators, wodurch dieser aus Arbeit elektrische Energie erzeugt. Nach Ende der Expansion wird das heiße Gas durch Füllen des heißen Zylinders mit dem Fluid unter Verwendung der magneto-hydrodynamischen Pumpe in den kalten Zylinder überführt, wobei es in Folge der Abkühlung zu einer Volumenabnahme kommt und auch die leitfähige Flüssigkeit in den magneto-hydrodynamischen Generator zurückströmen kann. Nach anschließender Füllung des heißen Zylinders mit kaltem Gas und Aktivierung der Wärmequelle kann der Vorgang erneut beginnen. Der bekannte Motor weist den Vorteil auf, dass keinerlei mechanisch bewegte Teile, wie Ventile, Klappen o.a. erforderlich sind, woraus ein geringer Wartungsbedarf und eine hohe Lebensdauer resultieren sollen. Das gasförmige Arbeitsmedium wird jedoch bei dem bekannten Prozess nicht im Kreislauf geführt, sondern oszilliert zwischen den beiden Zylindern hin und her und besitzt zur Nutzbarmachung der Expansionsarbeit einen offenen Leitungsstrang für den Generator, der an seinem freien Ende zur Atmosphäre hin geöffnet ist.
Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Stirling- Kreisprozesses sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens derart weiterzuentwickeln, dass der Wirkungsgrad des Kraftmaschinenprozesses bzw. die Leistungszahl des Kältemaschinen- bzw. Wärmepumpenprozesses gesteigert wird.
Lösung
Ausgehend von einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art wird die zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass die isotherme Verdichtung mit Hilfe eines Flüssigkeitskolben- Verdichters und/oder die isotherme Entspannung mit Hilfe eines Flüssigkeitskolben- Entspanners erfolgt.
Flüssigkeitskolben bieten gegenüber Kolben in Form fester, starrer Bauteile mit exakt definierter Geometrie den Vorteil, dass die Zylinder, in denen der Verdichtungs- bzw. Entspannungsvorgang abläuft, eine beliebige Geometrie besitzen können, da sich der Flüssigkeitskol- ben stets selbsttätig anpasst und dabei eine absolute Dichtheit des Arbeitsraums ge- wärhleistet. Es können daher Zylinder mit einem sehr guten Oberflächen-Volumen-Verhältnis realisiert werden, die bei klassischen Kolben mit fester Geometrie ausgeschlossen sind, da die Abdichtungsproblematik in diesem Falle nicht beherrschbar wäre. So kann beispielsweise der Zylinder von einem Wärmetauscherbündel durchsetzt sein, so dass sich sehr große Ober- flächen für einen Wärmeübergang zwischen dem Arbeitsmedium und einem zweiten Medium ergeben. Je besser der Wärmeübergang von dem Arbeitsmedium auf ein anderes Medium ist, desto besser kann sowohl bei der Verdichtung als auch bei der Entspannung eine isotherme Zustandsänderung erreicht werden. Je mehr aber eine ideale isotherme Zustandsänderung realisiert wird, desto mehr nähert sich der Wirkungsgrad bzw. die Leistungszahl des Prozesses auch den im entsprechenden Camot-Prozess möglichen Werten an. Im Ergebnis lässt sich somit mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine deutlich verbesserte Energieeffizienz sowohl beim rechtslaufenden als auch beim linkslaufenden Stirling-Kreisprozess erzielen.
Das den Flüssigkeitskolben des Flüssigkeitskolben-Verdichters bildenden Hydraulikfluid, das mit dem Arbeitsmedium unter keinen Umständen mischbar sein darf, wird von einer Hydraulikpumpe unter Zufuhr von Arbeit gepumpt. Entsprechend wird ein den Flüssigkeitskolben des Flüssigkeitskolben-Entspanners bildendes Hydraulikfluid von einem Hydraulikmotor unter Arbeitsleistung entspannt. Typischerweise wirken sowohl der Flüssigkeitskolben-Verdichter als auch der Flüssigkeitskolben-Entspanner auf denselben Hydraulikfluid-Kreislauf.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wirkt das aus dem Flüssigkeitskolben-Entspanner austretende Hydraulikfluid wahlweise entweder auf den Flüssigkeitskolben-Verdichter und/oder auf einen Hydraulikmotor und/oder es kann in einem Druckbehälter gespeichert werden, von dem aus entweder der Flüssigkeitskolben-Verdichter und/oder der Hydraulikmotor mit Hydraulikfluid beaufschlagbar ist.
Um Phasenverschiebungen zwischen dem Entspannungsprozess und dem Verdichtungspro- zess zeitlich ausgleichen zu können, kann ein regenerativer Wärmeübertrager verwendet werden, mit dem Wärme von dem Arbeitsmedium nach seiner isothermen Verdichtung isochor auf das Arbeitsmedium insbesondere desselben Arbeitsmedium-Kreislaufs übertragen wird, bevor dieses isotherm entspannt wird. Falls keine Phasenverschiebungen auszugleichen sind, kann auch ein rekuperativer Wärmeübertrager verwendet werden und eine Wärmeübertragung auf ein Arbeitsmedium eines anderen Kreislaufs stattfinden.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass das Arbeitsmedium in zwei stofflich voneinander getrennten Kreisläufen mit jeweils einem Flüssigkeitskolben-Verdichter und einem Flüssig- keitskolben-Entspanner geführt wird und dass in einem ersten Wärmeübertrager Wärme isochor von dem den Flüssigkeitskolben-Entspanner des ersten Kreislaufs verlassenden Arbeitsmedium auf das den Flüssigkeitskolben-Verdichter des zweiten Kreislaufs verlassende Arbeitsmedium und in einem zweiten Wärmeübertrager isochor von dem den Flüssigkeitskolben-Entspanner des zweiten Kreislaufs verlassenden Arbeitsmedium auf das den Flüssig- keitskolben-Verdichter des ersten Kreislaufs verlassende Arbeitsmedium übertragen wird, wobei die Kreisprozesse in den beiden Kreisläufen um eine halbe Phase relativ zueinander phasenverschoben ablaufen. Die Hydraulikkreisläufe können getrennt, aber auch gekoppelt realisiert werden.
Um einen hohen Wirkungsgrad bzw. in Kältemaschinen-/\Λ/ärmepumpenprozess eine hohe Leistungszahl zu erzielen, ist es sinnvoll, das Temperaturniveau der oberen (isothermen) Verdichtung oder Entspannung möglichst hoch zu wählen. Um in diesem Falle Probleme mit der thermischen Stabilität des Hydraulikfluids zu vermeiden, ist es sinnvoll, dass zwei sowohl hinsichtlich ihrer Arbeitsmedien als auch ihrer Hydraulikfluide stofflich voneinander getrennte Stirling-Kreisprozesse durchgeführt werden, wobei das untere Temperaturniveau eines Hoch- temperaturprozesses mit dem oberen Temperaturniveau eines Niedertemperaturprozesses übereinstimmt und die beim isothermen Verdichten des Arbeitsmediums des Hochtemperaturprozesses abgegebene Wärme von dem Arbeitsmedium des Niedertemperaturprozesses bei dessen isothermer Entspannung aufgenommen wird. Im Falle eines linkslaufenden Kälte- maschinen-/Wärmepumpenprozesses wird die beim isothermen Entspannen des Arbeitsme- diums des Hochtemperaturprozesses aufgenommene Wärme von dem Arbeitsmedium des Niedertemperaturprozesses bei dessen isothermer Verdichtung abgegeben. Als Hydraulikmedium für den Hochtemperaturprozess kann insbesondere ein flüssiges Metall verwendet werden, wohingegen beim Niedertemperaturprozess typischerweise Mineralöle zur Anwendung kommen.
In vorrichtungstechnischer Hinsicht wird die zugrunde liegende Aufgabe ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Verdichter ein Flüssigkeitskolben-Verdichter und/oder der Entspanner ein Flüssigkeitskolben- Entspanner ist. Hierdurch lässt sich die Energieeffizienz des Prozesses durch Optimierung des Wärmeübergangs in Verbindung mit den entsprechend großflächig gestalteten Zylindern des Verdichters bzw. des Entspanners optimieren.
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein von dem Flüssigkeitskolben des Flüssigkeitskolben-Verdichters und/oder des Flüssigkeitskolben-Entspanners betreibbarer Hydraulikkreislauf vorgesehen, der einen Hydraulikmotor und/oder eine Hydraulikpumpe und/oder einen Behälter, insbesondere einen Druckbehälter aufweist. Darüber hin- aus kann ein regenerativer oder rekuperativer Wärmeübertrager verwendet werden, mittels dessen Wärme von dem Arbeitsmedium nach seiner isothermen Entspannung auf das Ar- beitsmedium nach seiner isothermen Verdichtung übertragbar ist. Im Kältemaschinen- /Wärmepumpenprozess sind die Verhältnisse entsprechend umgekehrt.
Eine Weiterentwicklung in vorrichtungstechnischer Hinsicht besteht in der Verwendung von zwei Flüssigkeitskolben-Verdichtern und zwei Flüssigkeitskolben-Entspannern, wobei jeweils ein Flüssigkeitskolben-Verdichter und ein Flüssigkeitskolben-Entspanner in einen eigenständigen Arbeitsmedium-Kreislauf eingebunden sind und ein Wärmeaustausch zwischen den beiden Arbeitsmedien-Kreisläufen mittels mindestens eines in beide Kreisläufe eingebundenen Wärmeübertragers erfolgt.
Bei der vorgenannten Schaltungsvariante ist es gleichfalls möglich, dass der Wärmeübertra- ger von dem Flüssigkeitskolben-Verdichter des ersten Arbeitsmedium-Kreislaufs gemeinsam mit dem Flüssigkeitskolben-Entspanner des zweiten Arbeitsmedium-Kreislaufs gebildet wird, wobei der vorgenannte Flüssigkeitskolben-Verdichter und Flüssigkeitskolben-Entspanner gemeinsame Wärmetauscherflächen aufweisen, so dass bei Entspannung des Arbeitsmediums in dem ersten Arbeitsmedium-Kreislauf eine Verdichtung des Arbeitsmediums in dem zweiten Arbeitsmedium-Kreislauf und zwar unter entsprechendem Wärmetausch zwischen den beiden Arbeitsmedium-Kreisläufen stattfindet.
Schließlich ist nach der Erfindung noch vorgesehen, eine Vorrichtung mit acht Zylindern zu realisieren, d.h. eine Vorrichtung mit vier Flüssigkeitskolben-Verdichtern und vier Flüssigkeitskolben-Entspannern, wovon vier Gruppen aus jeweils einem Flüssigkeitskolben- Verdichter und einem Flüssigkeitskolben-Entspanner jeweils einen selbständigen Arbeitsmedium-Kreislauf aufweisen, wobei Hydraulikfluid sämtlicher vier Flüssigkeitskolben-Verdichter und vier Flüssigkeitskolben-Entspanner in einem gemeinsamen Kreislauf mit einem einzigen Hydraulikmotor oder einer einzigen Hydraulikpumpe geführt ist und die Stirling-Prozesse in den vier Arbeitsmedium-Kreisläufen um eine viertel Phase relativ zueinander phasenverscho- ben ablaufen.
Ausführungsbeispiel
Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vorrichtung werden nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 : einen idealisierten und einen realen Stirling-Prozess unter Verwendung eines
Kolbenverdichters und eines Kolbenentspanners im p-v-Diagramm,
Fig. 2: wie Figur 1 jedoch im T-s-Diagramm,
Fig. 3: wie Figur 1 jedoch unter Verwendung eines Flüssigkeitskolben-Verdichters und eines Flüssigkeitskolben-Entspanners,
Fig. 4: wie Figur 2 jedoch unter Verwendung eines Flüssigkeitskolben-Verdichters und eines Flüssigkeitskolben-Entspanners,
Fig. 5: ein schematisches Anlagenschaubild mit einem Flüssigkeitskolben-Verdichter und einem Flüssigkeitskolben-Entspanners,
Fig. 6: ein schematisches Anlagenschaubild mit zwei Flüssigkeitskolben-Verdichtern und zwei Flüssigkeitskolben-Entspannern und zwei getrennten Arbeitsmedium- Kreisläufen,
Fig. 7: ein schematisches Anlagenschaubild mit zwei Flüssigkeitskolben-Entspannern und zwei Flüssigkeitskolben-Verdichtern und zwei getrennten Arbeitsmedium- Kreisläufen, jedoch mit einem Wärmeübergang zwischen den beiden Kreisläufen im Bereich eines kombinierten Flüssigkeitskolben- Verdichters/Flüssigkeitskolben-Entspanners,
Fig. 8: einen zweistufigen Stirling-Kreisprozess entsprechend dem Anlagenschaubild gemäß Fig. 7 in einem T-s-Diagramm und
Fig. 9: ein schematisches Anlagenschaubild mit vier Flüssigkeitskolben-Entspannern und vier Flüssigkeitskoben-Verdichtern
Ein in Figuren 1 und 2 in einem p-v-Diagramm bzw. einem T-s-Diagramm dargestellter idealisierter Stirling-Prozess beginnt ausgehend von Punkt I mit einer isothermen Verdichtung auf niedrigem Temperaturniveau ,bis Punkt Il erreicht wird. Davon ausgehend findet eine isochore Erhitzung bis zum Punkt III statt, von wo aus das Arbeitsmedium wieder isotherm auf einem hohen Temperaturniveau entspannt wird. Von dem Endpunkt IV der Entspannung findet eine isochore Abkühlung bis zum Ausgangspunkt I statt. Der höchste Druck (vgl. Figur 1 ) wird da- bei im Punkt am Ende der isochoren Erhitzung erreicht und der niedrigste Druck in Punkt I am Ende der isochoren Entspannung.
Bei einem Wärmepumpen-/Kraftmaschinenprozess läuft derselbe Prozess in entgegen gesetzter Richtung ab (linkslaufender Stirling-Prozess), im Ergebnis wird dann mechanische Ar- beit zugeführt, wohingegen beim Kraftmaschinenprozess mechanische Arbeit gewonnen wird.
In den Figuren 1 und 2 ist ein realer Stirlingprozess mit strich-punktierten Linien eingetragen, wie er sich unter Verwendung klassischer Kolbenverdichter und Kolbenentspanner darstellt. Erkennbar sind die "Ecken" des idealen Prozesses, wo die unterschiedlichen Zustandsände- rungen scharf voneinander abgegrenzt sind, in Realität nicht vorhanden. Vielmehr liegt eine gerundete Kurve/Linie vor, da die Zustandsänderungen weder ideal isotherm noch ideal iso- chor ablaufen. Unter den Abweichungen von dem idealisierten Prozess leidet sowohl der Wirkungsgrad beim Kraftmaschinenprozess als auch die Leistungszahl beim Wärmepumpen- /Kältemaschinenprozess.
Figur 5 zeigt nun ein schematisches Anlagenschaubild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 , die einen Flüssigkeitskolben-Verdichter 2 und einen Flüssigkeitskolben-Entspanner 3 aufweist und somit auf die im Stand der Technik üblichen Kolbenaggregate verzichtet. Der Flüssigkeitskolben-Verdichter 2 weist einen Zylinder 4 auf, in dessen unterem Bereich sich ein Hydraulikfluid 5 befindet, das einen Spiegel 6 in einem Innenraum 7 des Zylinders 4 bildet. In dem Innenraum 7 befindet sich darüber hinaus ein Rohrbündel 8 eines Wärmetauschers, das von einem Wärmeträgermedium durchströmt wird. Das Wärmeträgermedium strömt durch eine Zulaufleitung 9 und eine Ablaufleitung 10 sowohl durch das Rohrbündel 8 als auch durch einen in einem Doppelmantel gebildeten Hohlraum 1 1, der den Innenraum 7 des Zylinders 4 umgibt.
Während des Verdichtungstakts in dem Flüssigkeitskolben-Verdichter 2 wird das Hydraulikflu- id 5 unter dem erforderlichen Druck in den Innenraum 7 des Zylinders 4 gepumpt. Das
Hydraulikfluid wird hierzu in der erforderlichen Menge einem Druckbehälter 12 entnommen und über ein motorisch betätigtes Ventil 13 und eine Leitung 14 in den Innenraum 7 des Zylinders 4 geleitet. Nach der Verdichtung des Arbeitsmediums in dem Flüssigkeitskolben-Verdichter 2 wird ein Ventil 15 in einer Leitung 16 geöffnet, woraufhin das Arbeitsmedium in einen Wärmeübertrager 17 einströmt. Dort wird das Arbeitsmedium bei geschlossenem Ventil 18, dass sich in einer Leitung 19 befindet, isochor erwärmt. Nach Öffnen des Ventils 18 strömt das Arbeits- medium in den Flüssigkeitskolben-Entspanner 3, in dem unter Absenkung des dortigen Spiegels 6 des Hydraulikfluids eine isotherme Entspannung stattfindet. Dabei wird über ein Rohrbündel 20 und einen Hohlraum 21 in Form eines Doppelmantels um den Zylinder 22 über ein Wärmeträgermedium Wärme auf das Arbeitsmedium übertragen.
Das aus dem Zylinder 22 des Flüssigkeitskoben-Entspanners 3 mit hohem Druck verdrängte Hydraulikfluid strömt über eine Leitung 23 und das Ventil 13 in einen Hydraulikmotor 24, der einen Generator 25 zur Erzeugung elektrischer Energie antreibt. Das Hydraulikfluid strömt sodann über ein weiteres Ventil 26 und eine Leitung 27 in den Druckbehälter 12 oder über eine Leitung 28 in den Flüssigkeitskolben-Verdichter 2.
Nach der isothermen Entspannung des Arbeitsmediums öffnet ein in einer Leitung 29 befind- liches Ventil 30, woraufhin das Arbeitsmedium in den Wärmeübertrager 17 einströmt, von wo es isochor Wärme auf das vom Flüssigkeitskolben-Verdichter 2 zum Flüssigkeitskolben- Entspanner 3 strömende Arbeitsmedium abgibt,
Der Kreisprozess wird geschlossen, indem ein Ventil 31 geöffnet wird und das abgekühlte Arbeitsmedium wieder in den Flüssigkeitskolbenverdichter 2 einströmt, in dem sich der Spie- gel ό des Hydraulikfluids in seinem unteren Totpunkt befindet, so dass nach Schließen des Ventils 31 ein neuer Verdichtungstakt beginnen kann.
Aufgrund der Phasenverschiebung der Durchströmung des Wärmeübertragers 17 ist dieser in regenerativer Bauart auszuführen. Zum Ausgleich der zyklischen Schwankungen der Beaufschlagung des Hydraulikmotors 24 sowie des damit gekoppelten Generators 25, befindet sich auf der gemeinsamen Welle der beiden vorgenannten Aggregate eine Schwungscheibe 32, deren große Masse die Drehbewegung des Generators 25 in hinreichendem Maß vergleichmäßigt. Auch steht auf diese Weise stets genug Energie zur Verfügung, um beim Verdichtungstakt Hydraulikfluid in den Flüssigkeitskolben-Verdichter zu pumpen. Durch die Verwendung des Flüssigkeitskolben-Verdichters 2 und der des Flüssigkeitskoben- Entspanners 3 sind die darin stattfindenden Zustandsänderungen den Isothermen des Stir- ling-Prozesses sehr gut angenähert. Dies wird in den Figuren 3 und 4 veranschaulicht, aus denen ersichtlich ist, dass im Gegensatz zu den Verläufen gemäß den Figuren 1 und 2 die Zustandsänderungen bei der Verdichtung und Entspannung mit wesentlich kleineren Temperaturänderungen ablaufen. Lediglich am Ende der Verdichtung ergeben sich im Bereich V nennenswerte ungewollte Temperaturerhöhungen. Gleichermaßen findet am Beginn der Entspannung im Bereich E eine nichtgewollte Temperaturabsenkung im Vergleich mit der isothermen Zustandsänderung statt.
Bei der eine weitere Ausführungsform der Erfindung darstellenden Vorrichtung 41 gemäß Figur 6 sind zwei Flüssigkeitskolben-Verdichter 2.1 und 2.2 sowie zwei Flüssigkeitskolben- Entspanner 3.1 und 3.2 vorhanden. Es existieren zwei stofflich voneinander getrennte Kreisläufe des Arbeitsmediums, in die jeweils zwei Wärmeübertrager 42 und 43 eingebunden sind.
Im ersten Kreislauf strömt das Arbeitsmedium nach seiner Verdichtung im Flüssigkeitskolben- Verdichter 2.1 über eine Leitung 44 zum Wärmeübertrager 43, wo es Wärme aufnimmt, um sodann über eine Leitung 45 in den Flüssigkeitskolben-Entspanner 3. 1 zu gelangen. Von dort aus strömt es nach seiner Entspannung über die Leitung 46 zu dem Wärmeübertrager 42, in dem es Wärme abgibt. Anschließend gelangt das Fluid über eine Leitung 47 wieder zurück in den Flüssigkeitskolben-Verdichter 2.1.
Im zweiten Kreislauf strömt das Arbeitsmedium nach seiner Verdichtung im Flüssigkeitskolben-Verdichter 2.2 über eine Leitung 48 zu dem Wärmeübertrager 42, wo es Wärme aufnimmt, um sodann über eine Leitung 49 zum Flüssigkeitskolben-Entspanner 3.2 zu gelangen. Letzteren verlässt das Arbeitsmedium nach seiner Entspannung über eine Leitung 50 in Richtung des Wärmeübertragers 43, von dem aus es nach Wärmeabgabe über eine Leitung 51 schließlich wieder in den Flüssigkeitskolben-Verdichter 2.2 gelangt.
Durch die Trennung in zwei Kreisläufe können beide Wärmeübertrager, die jeweils vom Arbeitsmedium beider Kreisläufe durchströmt werden, zeitgleich beaufschlagt werden, so dass einfache rekuperative Wärmeübertrager verwendbar sind. Figur 7 zeigt schließlich noch eine Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Vorrichtung 61 mit wiederum jeweils zwei Flüssigkeitskolben-Verdichtern 2.1 und 2.2 sowie zwei Flüssigkeitskolben-Entspannern 3.1 und 3.2 versehen ist. Wie bei der Ausführungsform gemäß Figur 6 sind die beiden Kreisläufe des Arbeitsmediums stofflich voneinander getrennt. Die Tempe- raturniveaus in den beiden Kreisläufen sind jedoch unterschiedlich und zwar stimmt das obere Temperaturniveau des Niedertemperaturkreislaufs NT mit dem unteren Temperaturniveau des Hochtemperaturkreislaufs HT überein. Der Flüssigkeitskolben-Verdichter 2.1 des Hochtemperaturkreislaufs HT ist mit dem Flüssigkeitskolben-Entspanner 3.2 des Niedertemperaturkreislaufs NT thermisch derart gekoppelt, dass die bei der Verdichtung im Hochtempera- turkreislauf HT abgegebene Wärme bei der Expansion in dem Niedertemperaturkreislauf NT aufgenommen wird. Der Flüssigkeitskolben-Verdichter 2.1 des Hochtemperaturkreislaufs HT bildet somit die Wärmequelle für die Wärmesenke in Form des Flüssigkeitskolben- Entspanners 3.2 im Niedertemperaturkreislauf NT.
Aufgrund des unterschiedlichen Temperaturniveaus in den beiden Arbeitsmedien-Kreisläufen, sollten auch die Hydraulikkreisläufe stofflich voneinander getrennt sein, und zwar bietet sich für den Hochtemperaturkreislauf HT die Wahl eines flüssigen Metalls als Hydraulikfluid an, wohingegen im Niedertemperaturkreislauf NT typischerweise mineralische Öle benutzt werden können.
Auf diese Weise wird verhindert, dass durch die Hydraulikflüssigkeit eine Temperaturver- Schiebung zwischen dem Hoch und Niedertemperaturzylindern auftritt. Dies würde die Temperaturverläufe bei der Verdichtung und Expansion negativ beeinflussen, wodurch sich ein niedriger Wirkungsgrad ergeben würde.
Die zwei kombinierten Hydraulikmotoren bzw. Hydraulikpumpen 52.1, 52.2 wirken dabei auf getrennte Wellen 53.1, 53.2 mit jeweils einem Generator 54.1, 54.2 und einer Schwung- Scheibe 56.1, 56.2.
Jeder Hydraulikkreis besitzt einen eigenen Behälter 55.1, 55.2. Soll die in Fig. 7 als Kraftmaschine dargestellte Vorrichtung 61 als Wärmepumpe/Kältemaschine betrieben werden, so sind anstelle der Generatoren 54. 1, 54.2 Elektromotoren zu verwenden, deren Drehrichtung umzukehren ist, wodurch die Stoffströme sowohl in den Hydraulik - als auch der Arbeitsmedi- um-Kreisläufen ebenfalls entgegengesetzt verlaufen. In Figur 8 ist ein T-s-Diagramm für den in der Vorrichtung 61 gemäß Figur 7 ablaufenden Pro- zess dargestellt. Im Hochtemperaturkreislauf HT wird das dortige Arbeitsmedium ausgehend von Punkt IH ZU NH isotherm verdichtet, anschließend zum Punkt NIH isochor erhitzt, danach zu Punkt IVH isotherm entspannt und schließlich zurück zu Punkt Ih isochor abgekühlt.
Demgegenüber wird das Arbeitsmedium im Niedertemperaturkreislauf NT ausgehend von Punkt IN ZU Punkt HN isotherm verdichtet, anschließend zum Punkt INN (HIH) isochor erhitzt. Von Punkt INN erfolgt zu Punkt IVN (HH) eine isotherme Entspannung entlang der selben Linie IH-IIH, die die isotherme Verdichtung des Hochtemperaturkreislaufs HT darstellte. Die bei der Verdichtung im Hochtemperaturkreislauf HT abgegebene Wärme wird somit bei der im Nie- dertemperaturkreislauf NT stattfindenden isothermen Entspannung aufgenommen.
Schließlich zeigt Figur 9 noch ein schematisches Anlagenschaubild einer Vorrichtung 81 mit vier Flüssigkeitskolben-Verdichtern 82.1, 82.2, 82.3, 82.4 und vier Flüssigkeitskolben- Entspannern 83.1, 83.2, 83.3, 83.4. Insgesamt werden von jeweils einem Flüssigkeitskolben- Verdichter 82.1, 82.2, 82.3, 82.4 und einem Flüssigkeitskolben-Entspanner 83.1, 83.2, 83.3, 83.4 somit vier separate Kreisläufe des Arbeitsmediums gebildet, in denen jeweils ein separater Stirling-Prozess abläuft. Die vier auf Seiten des Arbeitsmediums unabhängigen Prozesse sind so phasenverschoben, dass in jedem Takt jeder Prozessschritt einmal durchlaufen wird. Es ist aus diesem Grund auf der hydraulischen Seite der Vorrichtung 81 weder ein (Druck-) Behälter noch ein Schwungrad notwendig und es können einfache rekuperative Wärmeü- bertrager 84.1, 84.2, 84.3, 84.4 verwendet werden.
Dabei findet in dem Wärmeübertrager 84.1 ein Wärmeaustausch zwischen den Arbeitsmedien des Kreislaufs der Flüssigkeitskolben-Verdichter/-Entspanner 82.1, 83.1 und der Flüssig- I<eitskolben-Verdichter/-Entspanner 82.3, 83.3 statt, im Wärmeübertrager 84.2 zwischen den Kreisläufen der Flüssigkeitskolben-Verdichter/-Entspanner 82.2, 83.2 und der Flüssigkeits- kolben-Verdichter/-Entspanner 82.4, 83.4, in dem Wärmeübertrager 84.3 zwischen den Kreisläufen der Flüssigkeitskolben-Verdichter/-Entspanner 82.1, 83.1 und der Flüssigkeits- kolben-Verdichter/-Entspanner 82.3, 83.3 sowie dem Wärmeübertrager 84.4 zwischen den Kreisläufen der Flüssigkeitskolben-Verdichter/-Entspanner 82.2, 83.2 und der Flüssigkeits- kolben-Verdichter/-Entspanner 82.4, 83.4. In hydraulischer Hinsicht sind die Hydraulikkreisläufe der vier Flüssigkeitskolben-Verdichter 82.1, 82.2, 82.3, 82.4 einerseits und der vier Flüssigkeitskolben-Entspanner 83.1, 83.2, 83.3, 83.4 andererseits stofflich voneinander getrennt, so dass unterschiedliche Hydraulikmedien bedarfsweise gewählt werden können. In jedem Fall wird durch diese hydraulische Trennung eine Temperaturverschleppung zwischen den auf höherem Temperaturniveau arbeitenden Flüssigkeitskolben-Entspannern 83.1, 83.2, 83.3, 83.4 und den auf niedrigerem Temperaturniveau arbeitenden Flüssigkeitskolben-Verdichtern 82.1, 82.2, 82.3, 82.4 vermieden.
Die Ansteuerung der vier Flüssigkeitskolben-Verdichter 82.1, 82.2, 82.3, 82.4 sowie der vier Flüssigkeitskolben-Entspanner 83.1, 83.2, 83.3, 83.4 erfolgt über jeweils einen hydraulischen Steuerblock 57 auf der Niedertemperaturseite und 58 auf der Hochtemperaturseite. Das Hydraulikmedium im Hochtemperaturkreislauf wirkt über zwei Hydraulikmotoren 59, 60 auf eine Welle, auf der auch zwei Hydraulikpumpen 62, 63 angeordnet sind, die über den hydraulischen Steuerblock 57 die Flüssigkeitskolben-Verdichter 82.1, 82.2, 82.3, 82.4 mit dem Hydraulikfluid des Niedertemperaturkreislaufs versorgen. Auf der gemeinsamen Welle der beiden Hydraulikpumpen 62, 63 sowie der beiden Hydraulikmotoren 59, 60 befindet sich auch ein Generator 64, der im Falle der Verwendung der Vorrichtung 81 als Wärmepumpe/Kältemaschine durch einen Elektromotor zu ersetzen wäre. Im vorliegenden Fall, in dem die Vorrichtung 81 als Kraftmaschine betrieben wird, wird in den Flüssigkeitskolben- Entspannern 83.1, 83.2, 83.3, 83.4 auf hohem Temperaturniveau Wärme aufgenommen und von den Flüssigkeitskolben-Verdichtern 82.1, 82.2, 82.3, 82.4 auf niedrigem Temperaturniveau wieder abgegeben. Der Generator 64 liefert elektrische Energie. Im Falle des Betriebs als Wärmepumpe/Kältemaschine sind die Verhältnisse entsprechend umgekehrt. Der besseren Übersicht halber sind die auf einer einzigen Welle befindlichen Hydraulikmotoren 59, 60 sowie Hydraulikpumpen 62, 63 auf beiden gegenüberliegenden Seiten des Anlagenschaubilds doppelt dargestellt, wobei auf jeweils einer Seite des Schaubilds die Aggregate in gestrichelten und auf der anderen Seite in durchgezogenen Linien gezeichnet sind.
Während Hydraulikmotor 59 zur Entspannung großer Drücke bei kleinen Volumenströmen eingesetzt wird, ist es Aufgabe des Hydraulikmotors 60, die Energie zu nutzen, die beim iso- choren Verdrängen des Arbeitsmediums vom zugeordneten Wärmeübertrager in den jeweili- gen Flüssigkeitskolben-Entspanner anfällt. Hydraulikmotor 60 ist somit auf kleine Drücke und große Volumenströme ausgelegt. Dasselbe trifft auf die Pumpenseite zu: Hier ist Pumpe 62 zur Förderung kleiner Volumenströme bei großen Druckdifferenzen und Pumpe 63 umgekehrt zur Förderung großer Volumenströme bei kleinen Druckdifferenzen ausgelegt, wie sie beim "Überschieben" des Arbeitsmediums von der Verdichter - auf die Entspannerseite auftreten. Die Hydraulikblöcke 57, 58 und die diese ansteuernde Anlagensteuerung bewirken, dass zum jeweils richtigen Zeitpunkt der erforderliche hydraulische Weg freigeschaltet wird.
Es versteht sich, dass sich das Prinzip der Trennung der Hydraulikkreise auch bereits bei einer "einfachen" Vorrichtung mit zwei Zylindern gemäß Fig. 5 realisieren lässt. In diesem Falle wäre das Hydraulikmedium des Flüssigkeitskolben-Verdichters 2 stofflich von dem Hydraulikmedium des Flüssigkeitskolben-Entspanners 3 getrennt. Es würden somit zwei getrennte Behälter 12 und im Verdichterkreislauf eine Hydraulikpumpe und im Entspannerkreislauf ein Hydraulikmotor eingesetzt. Hydraulikmotor und Hydraulikpumpe können auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sein, die mit einer Schwungscheibe und einem Generator (bei Bedarf als Kraftmaschine) bzw. einem Motor im Falle der Verwendung als Kältemaschine/Wärmepumpe versehen ist. Auch getrennte Wellen und separate Schwungscheiben sind natürlich möglich.
Bezugszeichenliste
1, 41, 61, 81 Vorrichtung
2, 2.1, 2.2, 82. 1, 82.2, 82.3, 82.4 Flüssigkeitskolben-Verdichter
3, 3.1, 3.2, 83.1, 83.2, 83.3, 83.4 Flüssigkeitskoben-Entspanner
4. Zylinder
5 Hydraulikfluid
6 Spiegel
7 Innenraum
8 Rohrbündel
9 Zulaufleitung
10 Ablaufleitung
11 Hohlraum
12 Druckbehälter
13 Ventil
14 Leitung
15 Ventil
16 Leitung
17 Wärmeübertrager
18 Ventil
19 Leitung
20 Rohrbündel 21 Hohlraum
22 Zylinder
23 Leitung
24 Hydraulikmotor 25 Generator
26 Ventil
27 Leitung
28 Leitung
29 Leitung 30 Ventil
31 Ventil
42 Wärmeübertrager
43 Wärmeübertrager
44 Leitung 45 Leitung
46 Leitung
47 Leitung
48 Leitung
49 Leitung 50 Leitung
51 Leitung NT Niedertemperaturkreislauf
HT Hochtemperaturkreislauf
52.1 Hydraulikmotor/-pumpe
52.2 Hydraulikmotor/-pumpe 53. 1 Welle
53.2 Welle
54. 1 Generator
54.2 Generator 55. 1 Behälter 55.2 Behälter
56. 1 Schwungscheibe
56.2 Schwungscheibe
57 hydraulischer Steuerblock
58 hydraulischer Steuerblock 59 Hydraulikmotor
60 Hydraulikmotor
84. 1 , 84.2, 84.3, 84.4 Wärmeübertrager

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Stirling-Kreisprozesses, bei dem ein Arbeitsmedium im Wesentlichen isotherm verdichtet, anschließend isochor erhitzt, danach isotherm entspannt und schließlich isochor abgekühlt wird, wodurch der Kreisprozess geschlossen wird oder bei dem der Stirling-Kreisprozess in entgegengesetzte Richtung abläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die isotherme Verdichtung mit Hilfe eines Flüssigkeitskolben-Verdichters (2, 2.1, 2.2) und/oder die isotherme Entspannung mit Hilfe eines Flüssigkeitskolben-Entspanners (3, 3.1, 3.2) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Flüssigkeitskol- ben des Flüssigkeitskolben-Verdichters (2, 2.1, 2.2) bildendes Hydraulikfluid von einer
Hydraulikpumpe unter Zufuhr von Arbeit gepumpt und/oder ein den Flüssigkeitskolben des Flüssigkeitskolben-Entspanners (3, 3.1, 3.2) bildendes Hydraulikfluid von einem Hydraulikmotor (24) unter Arbeitsleistung entspannt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die isotherme Verdichtung mit Hilfe eines Flüssigkeitskolben-Verdichters (2, 2.1, 2.2) und die isotherme Entspannung (3, 3.1, 3.2) mittels eines Flüssigkeitskolben-Entspanners (3, 3.1, 3.2) erfolgen und dass der Flüssigkeitskolben-Verdichter (2, 2.1 , 2.2) und der Flüssigkeitskolben-Entspanner (3, 3.1, 3.2) auf dasselbe Hydraulikfluid wirken, wobei das aus dem Flüssigkeitskolben-Entspanner (3, 3.1, 3.2) austretende Hydraulikfluid wahlweise sowohl auf den Flüssigkeitskolben-Verdichter (2, 2.1, 2.2) und/oder auf einen Hydraulikmotor (24) wirkt oder in einem Druckbehälter ( 12) gespeichert wird, von dem aus der Flüssigkeitskolben-Verdichter (2, 2.1, 2.2) oder der Hydraulikmotor (24) mit Hydraulikfluid beaufschlagbar ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsme- dium nach seiner isothermen Verdichtung mittels eines regenerativen oder rekupera- tiven Wärmeübertragers (17, 42, 43) Wärme isochor an das Arbeitsmedium abgibt, bevor dieses isotherm entspannt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das
Arbeitsmedium in zwei stofflich voneinander getrennten Kreisläufen mit jeweils einem Flüssigkeitskolben-Verdichter (2.1, 2.2) und einem Flüssigkeitskolben-Entspanner (3.1, 3.2) geführt wird und dass in einem ersten Wärmeübertrager (42) Wärme isochor von dem den Flüssigkeitskolben-Entspanner (3.1) des ersten Kreislaufs verlassenden Arbeitsmedium auf das den Flüssigkeitskolben-Verdichter (2.2) des zweiten Kreislaufs verlassende Arbeitsmedium übertragen und in einem zweiten Wärmeübertrager (43)
Wärme isochor von dem den Flüssigkeitskolben-Entspanner (3.2) des zweiten Kreislaufs verlassenden Arbeitsmedium auf das den Flüssigkeitskolben-Verdichter (2.1) des ersten Kreislaufs verlassende Arbeitsmedium übertragen wird, wobei die Kreisprozesse in den beiden Kreisläufen um eine halbe Phase relativ zueinander phasenverscho- ben ablaufen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei hinsichtlich ihrer Arbeitsmedien sowie ihrer Hydraulikfluide stofflich voneinander getrennte Stirling-Kreisprozesse durchgeführt werden, wobei das untere Temperaturniveau eines Hochtemperaturprozesses (HT) mit dem oberen Temperaturniveau eines Niedertemperaturprozesses (NT) übereinstimmt und die beim isothermen Verdichten des Arbeitsmediums des Hochtemperaturprozesses (HT) abgegebene Wärme von dem Arbeitsmedium des Niedertemperaturprozesses (NT) bei dessen isothermer Entspannung aufgenommen wird.
7. Vorrichtung (1, 41, 61, 81) zum Betreiben eines Stirling-Kreisprozesses, mit einem Verdichter zum isothermen Verdichten eines Arbeitsmediums unter Wärmeabgabe, einem Wäremübertrager (17, 42, 43, 84.1, 84.2, 84.3, 84.4) mittels dessen auf das verdichtete Arbeitsmedium Wärme übertragbar ist, einem Entspanner zum isothermen Entspannen des Arbeitsmediums unter Wärmeaufnahme, wobei von dem entspannten Arbeitsmedium in dem Wärmeübertrager (17, 42, 43) Wärme auf das verdichtete Ar- beitsmedium übertragbar ist und wobei das abgekühlte Arbeitsmedium anschließend wieder dem Verdichter zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter ein Flüssigkeitskolben-Verdichter (2, 2.1, 2.2, 82.1, 82.2, 82.3, 82.4) und/oder der Entspanner einen Flüssigkeitskolben-Entspanner (3, 3.1, 3.2, 83.1, 83.2, 83.3, 83.4) ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen den Flüssigkeitskolben des Flüssigkeitskolben-Verdichters (2, 2.1, 2.2) und/oder den Flüssigkeitskolben des Flüssigkeitskolben-Entspanners (3, 3.1, 3.2) enthaltenden Hydraulik-Kreislauf, der einen Hydraulikmotor (24) und/oder eine Hydraulikpumpe und/oder einen Behälter (12), insbesondere einen Druckbehälter, aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch einen regenerativen oder rekuperativen Wärmeübertrager (17, 42, 43), mittels dessen Wärme von dem Arbeitsmedium nach seiner isothermen Entspannung an dasselbe Arbeitsmedium desselben Kreislaufs oder ein Arbeitsmedium eines anderen Kreislaufs jeweils nach seiner isothermen Verdichtung übertragbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch zwei Flüssigkeitskolben-Verdichter (2.1, 2.2) und zwei Flüssigkeitskolben-Entspanner (3.1, 3.2), wobei jeweils ein Flüssigkeitskolben-Verdichter (2.1, 2.2) und ein Flüssigkeitskolben- Entspanner (3.1, 3.2) in einen eigenständigen Arbeitsmedium-Kreislauf eingebunden sind und ein Wärmeaustausch zwischen den beiden Arbeitsmedium-Kreisläufen mittels mindestens eines Wärmeübertragers (42, 43) erfolgt.
1 1. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (43) von dem Flüssigkeitskolben-Verdichter (2.1) des ersten Arbeitsmedium- Kreislaufs gemeinsam mit dem Flüssigkeitskolben-Entspanner (3.2) des zweiten Ar- beitsmedium-Kreislaufs gebildet wird, wobei der vorgenannte Flüssigkeitskolben-
Verdichter (2.1) und Flüssigkeitskolben-Entspanner (3.2) gemeinsame Wärmetauscherflächen aufweisen, so dass bei Entspannung des Arbeitsmediums in dem ersten Arbeitsmedium-Kreislauf eine Verdichtung des Arbeitsmediums in dem zweiten Arbeitsmedium-Kreislauf und zwar unter entsprechendem Wärmeaustausch zwischen den beiden Arbeitsmedium-Kreisläufen stattfindet.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikfluid des Flüssigkeitskolben-Entspanners (3, 3.1, 3.2) und des Flüssigkeitskolben- Verdichters (2, 2.1,2.2) jeweils des ersten Arbeitsmedium-Kreislaufs stofflich von dem Hydraulikfluid des Flüssigkeitskolben-Entspanners (3, 3.1, 3.2) und des Flüssigkeits- kolben-Verdichters (2, 2.1, 2.2) jeweils des zweiten Arbeitsmedium-Kreislaufs getrennt ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch vier Flüssigkeitskolben-Verdichter (82.1, 82.2, 82.3, 82.4) und vier Flüssigkeitskolben- Entspanner (83.1, 83.2, 83.3, 83.4), wovon vier Gruppen aus jeweils einem Flüssigkeitskolben-Verdichter (82.1, 82.2, 82.3, 82.4) und einem Flüssigkeitskolben- Entspanner (83.1, 83.2, 83.3, 83.4) jeweils einen selbstständigen Arbeitsmedium- Kreislauf aufweisen, wobei Hydraulikfluid sämtlicher vier Flüssigkeitskolben-Verdichter und vier Flüssigkeitskolben-Entspanner in einem gemeinsamen Hydraulik-Kreislauf oder zwei getrennten Hydraulikkreisläufen mit jeweils einem Hydraulikmotor und einer
Hydraulikpumpe geführt ist und die Stirling-Prozesse in den vier Arbeitsmedium- Kreisläufen um eine viertel Phase relativ zueinander phasenverschoben ablaufen.
PCT/EP2009/062112 2008-10-14 2009-09-18 Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines stirling-kreisprozesses WO2010043469A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP09783170A EP2334923A1 (de) 2008-10-14 2009-09-18 Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines stirling-kreisprozesses
US13/065,993 US20110203267A1 (en) 2008-10-14 2011-04-04 Method and device for operating a stirling cycle process

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008042828A DE102008042828B4 (de) 2008-10-14 2008-10-14 Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Stirling-Kreisprozesses
DE102008042828.0 2008-10-14

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US13/065,993 Continuation US20110203267A1 (en) 2008-10-14 2011-04-04 Method and device for operating a stirling cycle process

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010043469A1 true WO2010043469A1 (de) 2010-04-22

Family

ID=41279259

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2009/062112 WO2010043469A1 (de) 2008-10-14 2009-09-18 Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines stirling-kreisprozesses

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20110203267A1 (de)
EP (1) EP2334923A1 (de)
DE (1) DE102008042828B4 (de)
WO (1) WO2010043469A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010128224A1 (fr) * 2009-05-07 2010-11-11 Ecoren Procédé et équipement de transmission d'énergie mécanique par compression et/ou détente quasi-isotherme d'un gaz
CN102434311A (zh) * 2011-01-05 2012-05-02 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 液体活塞热气机
WO2022194878A1 (fr) 2021-03-17 2022-09-22 Cixten Machine thermique

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009049870B3 (de) * 2009-10-20 2011-03-24 Stefan Straub Wärmekraftmaschine
ITNA20100049A1 (it) * 2010-10-11 2012-04-12 Angelo Riccardo Gargano Macchina di stirling a flusso monodirezionale
EP2453126A1 (de) 2010-11-16 2012-05-16 Ago Ag Energie + Anlagen Verfahren zum Betreiben zweier Stirlingprozesse und Vorrichtung mit zwei Stirlingmaschinen
DE102012003288B3 (de) * 2012-02-20 2013-03-14 Iván Cyphelly Flüssigkolbenanordnung mit Plattentauscher für die quasi-isotherme Verdichtung und Entspannung von Gasen
US10475980B2 (en) * 2012-03-29 2019-11-12 Lenr Cars Sa Thermoelectric vehicle system
CN103498736A (zh) * 2012-09-24 2014-01-08 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 液体活塞旋转气缸及使用该气缸的热气机
US20160069359A1 (en) * 2013-04-12 2016-03-10 Edward John Hummelt Pressure vessel having plurality of tubes for heat exchange
WO2014169113A2 (en) * 2013-04-12 2014-10-16 Eaton Corporation Pressure vessel graded media for heat exchange in a compression system
US10408211B2 (en) 2013-07-12 2019-09-10 Eaton Intelligent Power Limited Hydraulic system for pressurization of gas with reduction of dead volume
DE102013227017B4 (de) 2013-12-20 2015-07-16 Carnoo Ug (Haftungsbeschränkt) Verdichtervorrichtung sowie Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines links- oder rechtsdrehenden Kreisprozesses, insbesondere unter Einsatz einer solchen Verdichtervorrichtung
DE102015105878B3 (de) 2015-04-17 2016-06-23 Nexus Gmbh Überkritischer Kreisprozess mit isothermer Expansion und Freikolben-Wärmekraftmaschine mit hydraulischer Energieauskopplung für diesen Kreisprozess

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6179842A (ja) * 1984-09-28 1986-04-23 Aisin Seiki Co Ltd 液式スタ−リング機関
JPS61207862A (ja) * 1985-03-13 1986-09-16 Aisin Seiki Co Ltd 液式スタ−リング機関
US4816121A (en) * 1983-10-03 1989-03-28 Keefer Bowie Gas phase chemical reactor
JPH0734966A (ja) * 1993-07-20 1995-02-03 Aisin New Hard Kk 液式スターリング機関
WO2002088536A1 (en) * 2001-05-02 2002-11-07 Stirling Advantage, Inc. Fluidic-piston engine
US20080072597A1 (en) 2006-09-21 2008-03-27 International Business Machines Corporation Electrically conductive liquid piston engine

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3100965A (en) * 1959-09-29 1963-08-20 Charles M Blackburn Hydraulic power supply
US3234853A (en) * 1963-10-18 1966-02-15 Joseph S Aber Hydraulic cylinder actuator
US3648458A (en) * 1970-07-28 1972-03-14 Roy E Mcalister Vapor pressurized hydrostatic drive
US4195481A (en) * 1975-06-09 1980-04-01 Gregory Alvin L Power plant
US5127369A (en) * 1991-05-21 1992-07-07 Goldshtik Mikhail A Engine employing rotating liquid as a piston

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4816121A (en) * 1983-10-03 1989-03-28 Keefer Bowie Gas phase chemical reactor
JPS6179842A (ja) * 1984-09-28 1986-04-23 Aisin Seiki Co Ltd 液式スタ−リング機関
JPS61207862A (ja) * 1985-03-13 1986-09-16 Aisin Seiki Co Ltd 液式スタ−リング機関
JPH0734966A (ja) * 1993-07-20 1995-02-03 Aisin New Hard Kk 液式スターリング機関
WO2002088536A1 (en) * 2001-05-02 2002-11-07 Stirling Advantage, Inc. Fluidic-piston engine
US20080072597A1 (en) 2006-09-21 2008-03-27 International Business Machines Corporation Electrically conductive liquid piston engine

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010128224A1 (fr) * 2009-05-07 2010-11-11 Ecoren Procédé et équipement de transmission d'énergie mécanique par compression et/ou détente quasi-isotherme d'un gaz
CN102434311A (zh) * 2011-01-05 2012-05-02 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 液体活塞热气机
CN102434312A (zh) * 2011-01-05 2012-05-02 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 液体活塞外燃机
WO2022194878A1 (fr) 2021-03-17 2022-09-22 Cixten Machine thermique
FR3120922A1 (fr) 2021-03-17 2022-09-23 Pierre-Yves Berthelemy Machine thermique

Also Published As

Publication number Publication date
US20110203267A1 (en) 2011-08-25
DE102008042828B4 (de) 2010-12-16
DE102008042828A1 (de) 2010-04-15
EP2334923A1 (de) 2011-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008042828B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Stirling-Kreisprozesses
DE602004009104T2 (de) Motor mit einer aktiven mono-energie- und/oder bi-energiekammer mit druckluft und/oder zusätzlicher energie und thermodynamischer zyklus davon
AT502402B1 (de) Verfahren zur umwandlung thermischer energie in mechanische arbeit
EP3532710A1 (de) Energiespeichervorrichtung sowie verfahren zur speicherung von energie
DE10054022A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Wärmekraftmaschine
WO2010063817A2 (de) Vorrichtung und verfahren zur verdichtung oder kompression eines gases
EP1759116B1 (de) Wärmekraftmaschine
DE10240924B4 (de) Thermo-Hydrodynamischer Kraftverstärker
DE2432508A1 (de) Verfahren und maschine zur kaelteerzeugung
DE2539878C2 (de) Thermodynamische Maschine mit geschlossenem Kreislauf
DE102008041939A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe oder Kältemaschine bzw. einer Kraftmaschine sowie Wärmepumpe oder Kältemaschine und Kraftmaschine
DE102004032215A1 (de) Durch Über- und Unterdruck angetriebene Kraftmaschine
DE102006028561B3 (de) Zwei-Zylinder-Hydrostirling-Maschine mit Hydraulikmotor
WO2011131482A2 (de) Vorrichtung zur abwärmenutzung
DE102013227017B4 (de) Verdichtervorrichtung sowie Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines links- oder rechtsdrehenden Kreisprozesses, insbesondere unter Einsatz einer solchen Verdichtervorrichtung
DE102018206073B3 (de) System und Verfahren zur Verdichtung und Überführung von verflüssigtem Brennstoff in die Gasphase
EP2453126A1 (de) Verfahren zum Betreiben zweier Stirlingprozesse und Vorrichtung mit zwei Stirlingmaschinen
DE2732158A1 (de) Waermepumpe
DE677331C (de) Waermekraftmaschine mit einer tropfbaren Fluessigkeit als Arbeitsstoff
DE102016009605A1 (de) Verfahren als Thermo-Hydraulikmotor für den Antrieb von Maschinen und Fahrzeugen
DE4124729A1 (de) Durch aeussere waermezufuhr betriebene thermohydraulische arbeits- oder waermemaschine
DE102011052502B4 (de) Verbrennungsmotor
DE86919C (de)
DE19714824A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Block-Heizkraftwerksanlage
DE4219080A1 (de) Wärmekraftmaschine nach dem Verdrängungsprinzip mit getrennten Einrichtungen für Kompression und Expansion sowie Wärmetauschern zur Verringerung der Verluste

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09783170

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2009783170

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE