[发明专利]用于利用废热或地热的方法和热力发动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种方法和一种改进的热气热力发动机，所述方法和 热气热力发动机用于利用废热或地热或者一般来说利用具有相对低的 温度水平、尤其是在最高约至水的沸点的温度范围中的热量，所述方 法和热气热力发动机尤其是用于产生电流。这些种类的热量至今不能 被用于产生电流或一般来说不能被用于产生功率，因为常规的发动机 由此不能够运行以驱动发电机。

背景技术

不同于通常的活塞式发动机或者气体或蒸汽涡轮机，热气热力发 动机利用在发动机内部残留的并且不被替换的气体工作。

热气发动机以斯特林发动机的结构已知。在始终需要两个活塞的 斯特林发动机中存在持久被加热的气缸区域和持久被冷却的气缸区 域，工作气体在这两个气缸区域之间往复运动。工作气体在被加热的 气缸室中膨胀并且做功并且在被冷却的气缸室中再次被压缩。

在已知的斯特林发动机中不利的是，为了对热的气缸室加热而供应的全部热量必须穿过厚的气缸壁被供应，这虽然能够实现利用每种任意类型的可供应给气缸壁的热量，但将显著的迟钝性强加于斯特林发动机。在如下情况下也增强该迟钝性，即工作气体在每个周期中都必须通过相对窄的通道在热的气缸室和冷的气缸室之间移动。此外，热的区域和冷的区域在斯特林发动机中不可以被调换。因此利用斯特林发动机不能实现较大的能量。

发明内容

因此，本发明的任务在于，提供一种方法和一种改进的热气热力 发动机，利用所述方法和所述改进的热气热力发动机可以实现很大的 功率，并且利用所述方法和所述改进的热气热力发动机尤其是可以实 现明显更强的热量输入，以便可以实现尤其是用于发电的机械功。

在此，本发明的目的尤其是，可以有效地利用废热或具有相对低 的温度水平的热量，所述废热或热量除了加热目的之外在其它方面几 乎不可再被利用。

按照本发明，该任务通过在权利要求1中给出的方法和在权利要 求2中给出的热力发动机解决。本发明的有利的扩展方案和设计是从 属权利要求的主题。

基于将载热介质、优选热水喷射到气缸室中实现直接从分子至分 子且没有延迟地将热量输入到按本发明的热气热力发动机的气缸室 中。所输入的热量与气缸室表面的大小无关，但可以通过被喷射的载 热介质的量被控制。由此，这与在通过气缸壁的单纯的热传导通道的 情况相比，在相同大的气缸室中在单位时间内可以将明显更多的热量 输入到气缸室中。

液体的载热介质、优选水优选可以通过吸收废热而被升温。所述 废热例如可以来自发电站设备的冷却塔，其中，由冷却水在其流过冷 却塔时吸收的热量在热气热力发动机中作为有用热量被使用。由此之 前不可再利用的废热被转变为有用热量并且同时减轻环境负担。同样 地，来自工业过程的其他类型的废热也可以转变为可用的能量。

按本发明的改进的热气热力发动机与已知的斯特林发动机的原理 的十分明显不同在于，所述热量输入不是通过穿过气缸壁的热传导实 现，而是通过将液体的载热介质直接喷射到气缸室中实现。所述喷射 以微滴云的形态实现，使得液体的载热介质尽可能快速和强烈地与在 气缸室中的气体相接触，并且在载热介质和气体之间的热交换快速且 强烈地进行。基于重力微滴然后从升温的气体中分离出，并且由于热 交换冷却的载热液体在气缸室的底部区域中聚集并且在那里穿过开口 流到液体收集室中。处于气缸中的、处于压力下的气体由于吸收来自 被喷射的液体的载热介质的热量而进一步膨胀并且驱动活塞(在往复 运动的活塞的情况下沿着气缸驱动活塞，或者在旋转活塞的情况下沿 着圆形轨道驱动所述活塞)。通过载热液体的热量输入被加热的气体通 过做功冷却并且在冷却的气缸壁上再次冷却并且在重新输入热量时可 以再次被加热。

载热介质必须是液态的，由此该载热介质由于重力与处于气缸中 的、处于压力下的气体分离。但也可能的是，使用在一定温度范围内 的湿蒸汽，该湿蒸汽导致：湿蒸汽由于放热而冷凝到处于气缸室中的 气体上并且作为冷凝水落下。

用于已使用的载热介质的收集池当然是封闭的并且处于气缸室的 压力下。所述液体按照需要可以根据在收集室中的液位由阀控制地从 收集室中排出。所述控制可以例如通过浮子阀实现，当有足够的冰晶 聚集在浮子阀上时，所述浮子阀也通过重力盖、阀盖被打开。