[发明专利]热力发动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种热力发动机，特别是用于利用太阳热、来自生物的或工业的过程等的余热来进行低温运行，包括：

至少两个气缸活塞装置，其分别包括处于预压压力下的膨胀流体，所述膨胀流体在温度变化时改变其容积并由此使活塞移动，

能单独控制的供热装置，用于向每个气缸活塞装置的膨胀流体供热，和

控制供热装置的控制装置，以便可以交替地加热和冷却每一膨胀流体并从而使活塞移动。

背景技术

这样的热力发动机由US 5 916 140是已知的。有效的膨胀流体经常需要一个确定的预压压力，以便在要求的运行温度范围内显示出相当大的膨胀系数。对此的实例是液态的二氧化碳，其在约60-70bar的压力下在从20℃加热到30℃时使其容积改变约2.2倍。

US 5 916 140公开各种不同的方案，以便将膨胀流体在气缸活塞装置中置于要求的预压压力下。一方面建议金属弹簧或气体弹簧，以便朝膨胀流体的方向偏压活塞。但利用这样的与位移有关的弹簧力不能达到与活塞运动无关的预压压力。另一方面描述两个气缸活塞装置经由曲轴或通过对置气缸设置的机械连接，由此相应伸出的活塞保持对缩回的活塞的膨胀流体的预压压力。但这样的刚性的连接的前提是，加热和冷却阶段大致是相同长时间的，因为否则过慢缩回的活塞妨碍伸出的活塞，这导致效率的损失，或者为了确保运行，过慢伸出的活塞产生过小的预压压力。

在US 5 916 140中作为最后所述问题的解决方案建议：通过尽可能快的散热加速冷却阶段，从而它总是短于加热阶段。但实际上几乎不能实现这一点，因为正好在利用太阳热时必须考虑到极其不同的供热。这样可以例如为了将液态的二氧化碳从20℃在中午时加热到30℃，提供70℃的供热温度并从而40℃-50℃的温度差，反之为了从30℃冷却到20℃(即使在用5℃冷水的强制冷却的情况下)，也只存在15-25℃的温度差，因此预计冷却阶段比加热阶段约长两倍时间，另一方面在早晨时刻和晚上时间，太阳能装置的温度水平例如也只可以为30℃-40℃，因此甚至必须考虑到比冷却阶段更长时间的加热阶段。

发明内容

因此本发明的目的在于，提供一种开头所述类型的热力发动机，其即使在强烈波动的供热的情况下也始终达到很好的效率。该目的按照本发明这样地达到，即：

全部的气缸活塞装置的活塞由共同的预压流体加载，以便对膨胀流体施加一个共同的预压压力，

控制装置配备有用于预压压力的压力计，和

控制装置根据测量的预压压力控制供热装置的加热阶段和冷却阶段，以便将预压压力保持在一个预定的范围内。

按这种方式实现各气缸活塞装置的可变的动态的连接。活塞运动与预压压力有关的控制一方面避免机器的由不必要高的预压压力引起的效率变差，而另一方面确保对于膨胀流体总是需要的预压压力。结果是即使在变化的环境条件下也达到总是最好的运行。

本发明的热力发动机的特别有利的实施形式具有至少三个气缸活塞装置，并且气其特征在于，在预压压力低于预定的范围时，控制装置使在某一时刻处于加热阶段的气缸活塞装置的数目与在同一时刻处于冷却阶段的气缸活塞装置的数目相比增多，而在预压压力超过预定的范围时，所述控制装置使在某一时刻处于加热阶段的气缸活塞装置的数目与在同一时刻处于冷却阶段的气缸活塞装置的数目相比减少。由此可以使运转适应于特别强的变化的环境条件。例如在太阳能装置的温度低的早晨时间或晚上时间，大致同样多的气缸活塞装置在加热阶段和冷却阶段中运行，相反在中午高温时少数的迅速加热的气缸活塞装置与多个的缓慢冷却的气缸活塞装置对立。

按照本发明的另一特征，为了精调，控制装置也可以缩短或延长每一单独的加热阶段和/或冷却阶段，以便将预压压力保持在预定的范围内。

作为膨胀流体基本上可以采用任何在技术中已知的具有相应显著的热膨胀系数的流体。特别有利的是，如本来由US 5 916 140已知的，膨胀流体包含液态的二氧化碳并且在工作温度时预压压力大于或等于二氧化碳的液化压力。液态的二氧化碳由于其在室温时高的热膨胀系数特别适用于热力发动机在低温范围内的运行，以便充分利用太阳热、来自生物的或工业的过程等的余热。此外为此可以将由燃烧过程附带产生的二氧化碳供给有益的二次利用，其中不引起有害于环境的温室效应。因此本发明的热力发动机在“二氧化碳的捕获和封存”方法(CSS)的方面上也对保护环境的CO₂隔离作出贡献。