BE1027752B1 - Inrichting en werkwijze voor de thermische compressie van een medium - Google Patents

Abstract

Deze uitvinding betreft een inrichting (1) voor de thermische compressie van een medium, omvattende: - een behuizing (2); - een verdringer (3) voor het in de behuizing (2) afbakenen van: o een eerste ruimte (4), die afkoelbaar is met afkoelmiddelen; o een tweede ruimte (5), die verwarmbaar is met verwarmingsmiddelen; - een inlaat (6) tot en een uitlaat (7) uit de eerste ruimte (4); - een regenerator (15), waarmee de ruimtes (4, 5) onderling gekoppeld zijn; - meerdere vaten (8, 9, 10, 11, 12), elk gevuld met een medium onder een andere druk, en afwisselend koppelbaar met één van de ruimtes (4, 5), om medium uit deze ruimte (4, 5) trapsgewijs te verplaatsen naar de vaten (8, 9,10, 11, 12) en om medium uit de vaten (8, 9, 10, 11, 12) trapsgewijs te verplaatsen naar deze ruimte (4, 5). Daarnaast betreft deze uitvinding een werkwijze voor het thermisch comprimeren van een medium in een dergelijke inrichting (1).

Description

INRICHTING EN WERKWIJZE VOOR DE THERMISCHE COMPRESSIE

VAN EEN MEDIUM Deze uitvinding betreft een inrichting voor de thermische compressie van een medium, omvattende: - een behuizing; - een verdringer die in de behuizing is aangebracht, voor het in de behuizing afbakenen van: o een eerste ruimte; o een tweede ruimte; waarbij deze verdringer verplaatsbaar is in de behuizing tussen een eerste positie waarin de eerste ruimte minimaal is en de tweede ruimte maximaal is en een tweede positie waarin de eerste ruimte maximaal is en de tweede ruimte minimaal is; - een inlaat, voor het inlaten van het te comprimeren medium in de eerste ruimte; - een uitlaat, voor het uitlaten van het gecomprimeerde medium uit de eerste ruimte; - afkoelmiddelen, die thermisch gekoppeld zijn of koppelbaar zijn met de eerste ruimte; - verwarmingsmiddelen, die thermisch gekoppeld zijn of koppelbaar zijn met de tweede ruimte; en - een eerste regenerator, waarmee de eerste ruimte en de tweede ruimte onderling gekoppeld zijn of koppelbaar zijn, voor het aandrijven van de verplaatsingsbeweging van de verdringer. Dergelijke inrichtingen zijn bijvoorbeeld beschreven en afgebeeld in US 3,413,815 A, US 2,157,229 A, WO 2014/023586 Al, WO 2014/202885 A1, WO 2017/068066 A1 en WO 2018/193188 A1.

Een dergelijke inrichting omvat verwarmingsmiddelen, die thermisch gekoppeld zijn met de tweede ruimte, voor het verwarmen van medium in deze tweede ruimte.

Verder omvat deze inrichting afkoelmiddelen, die thermisch gekoppeld zijn met de eerste ruimte, voor het afkoelen van medium in deze eerste ruimte. De eerste ruimte en de tweede ruimte van de inrichting zijn daarbij onderling gekoppeld met behulp van een regenerator, zodat de druk in beide ruimtes gelijk is. De inlaat en de uitlaat zijn voorzien van terugslagkleppen.

Het werkingsprincipe van een dergelijke inrichting is schematisch afgebeeld in figuur 2 en de compressiecyclus is weergegeven in figuur 1.

De verdringer gaat op en neer en verplaatst daarbij respectievelijk medium van de tweede ruimte naar de eerste ruimte en omgekeerd van de eerste ruimte naar de tweede ruimte.

Met de verdringer in zijn eerste positie, wordt het medium in de tweede ruimte opgewarmd met de verwarmingsmiddelen. Het medium verplaatst zich doorheen de regenerator van de tweede ruimte naar de eerste ruimte en expandeert isochoor (van A1 naar Bi). Warmte van het medium wordt opgeslagen in de regenerator. De druk daalt in beide ruimtes tot de inlaatdruk bereikt is.

Wanneer de inlaatdruk bereikt is, opent de terugslagklep in de inlaat en medium wordt via deze inlaat isobaar de eerste ruimte ingezogen (van Bi naar C1). Daarna sluit deze terugslagklep.

Het medium in de eerste ruimte wordt afgekoeld met de afkoelmiddelen. Medium verplaatst zich nu van de eerste ruimte naar de tweede ruimte en wordt isochoor gecomprimeerd in de eerste ruimte (van C naar Di). Een deel van de warmte van het medium die in de regenerator werd opgeslagen, wordt gerecupereerd. De druk stijgt daarbij in de eerste ruimte totdat de uitlaatdruk bereikt is.

Wanneer de uitlaatdruk bereikt is, opent de terugslagklep in de uitlaat en medium verlaat de eerste ruimte met hoge druk (van Di naar A1).

In de praktijk ligt de performantiecoëfficiënt (COP) van een dergelijke inrichting heel wat lager dan de theoretisch mogelijke COP. Er zijn namelijk beperkingen aan de warmte die in de regenerator kan opgeslagen en gerecupereerd worden.

Het doel van deze uitvinding is om de COP van een dergelijke inrichting te verhogen.

Dit doel wordt bereikt door te voorzien in een inrichting voor de thermische compressie van een medium, omvattende: - een behuizing; - een verdringer die in de behuizing is aangebracht, voor het in de behuizing afbakenen van: o een eerste ruimte; o een tweede ruimte; waarbij deze verdringer verplaatsbaar is in de behuizing tussen een eerste positie waarin de eerste ruimte minimaal is en de tweede ruimte maximaal is en een tweede positie waarin de eerste ruimte maximaal is en de tweede ruimte minimaal is; - een inlaat, voor het inlaten van het te comprimeren medium in de eerste ruimte; - een uitlaat, voor het uitlaten van het gecomprimeerde medium uit de eerste ruimte; - afkoelmiddelen, die thermisch gekoppeld zijn of koppelbaar zijn met de eerste ruimte; - verwarmingsmiddelen, die thermisch gekoppeld zijn of koppelbaar zijn met de tweede ruimte; - een eerste regenerator, waarmee de eerste ruimte en de tweede ruimte onderling gekoppeld zijn of koppelbaar zijn, voor het aandrijven van de verplaatsingsbeweging van de verdringer; en - meerdere vaten, waarbij deze vaten elk gevuld zijn met een medium onder een druk, waarbij deze druk voor elk van de vaten getrapt afwijkt en waarbij elk van deze vaten afwisselend koppelbaar is met een genoemde ruimte, om wanneer de verdringer in zijn eerste positie staat, medium uit de tweede ruimte trapsgewijs te verplaatsen van de tweede ruimte naar de vaten en om wanneer de verdringer in zijn tweede positie staat, medium uit de vaten trapsgewijs te verplaatsen van de vaten naar de tweede ruimte. Met behulp van deze vaten wordt een deel van het medium vóór de expansie van het medium verplaatst naar deze vaten en vlak voor de compressie van het medium opnieuw geïnjecteerd. Hiermee wordt de COP van de inrichting aanzienlijk verhoogd. Het overdragen van deze massa vermindert ook de effectieve drukverhoging door de regenerator tijdens de compressie.

Met meerdere dergelijke vaten kan een grotere massa overgedragen worden dan met één enkel vat. De energie-inhoud wordt op een efficiënte manier overgebracht.

Hoe meer vaten er zijn, hoe minder drukverschil er bij verplaatsing gerealiseerd wordt in een tank. Hoe groter de vaten zijn, hoe minder drukverschil er bij verplaatsing gerealiseerd wordt in een tank. Naar efficiëntie toe is er echter een limiet aan de grootte van de vaten en aan het aantal vaten.

Met meerdere vaten verandert de druk voor en na het verplaatsen minder in deze vaten. Deze druk is in elk vat ook zelfcorrigerend. Wanneer deze druk bij aanvang afwijkt van de optimale druk in dit vat, zal er minder of meer medium verplaatst worden, tot uiteindelijk de optimale druk bereikt wordt per vat.

Met behulp van de genoemde vaten kan de inrichting voor een vergelijkbare of zelfs hogere COP aan een lagere temperatuur werken dan bij een vergelijkbare inrichting volgens de stand van de techniek.

In tegenstelling tot bij de stand van de techniek zal slechts een kleiner deel van het medium door de regenerator stromen, zodat de efficiëntie van de regenerator in mindere mate een invloed heeft op de efficiëntie van de volledige inrichting. Wanneer de effectiviteit van de regenerator hetzelfde blijft, kan de COP van een dergelijke inrichting aanzienlijk verhoogd worden door medium over te plaatsen tussen de tweede ruimte en de vaten.

De temperatuur van het medium dat in de eerste regenerator gaat is constanter voor een dergelijke inrichting met dergelijke vaten.

Dit geldt zowel voor stroom van medium van de tweede ruimte naar de eerste ruimte als voor de stroom van medium van de eerste ruimte naar de tweede ruimte. 5 In een eerste voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een inrichting volgens deze uitvinding zijn de vaten afwisselend koppelbaar met de tweede ruimte om deze vaten te koppelen met een genoemde ruimte, dit om wanneer de verdringer in zijn eerste positie staat, medium uit de tweede ruimte trapsgewijs te verplaatsen van de tweede ruimte naar de vaten en om bij verplaatsen van de verdringer van zijn tweede positie naar zijn eerste positie, medium uit de vaten trapsgewijs te verplaatsen van de vaten naar de tweede ruimte.

Een dergelijke uitvoeringsvorm van een inrichting volgens deze uitvinding omvat bij voorkeur een aanstuurbare klep voor het onderling koppelen van de eerste ruimte en de tweede ruimte met behulp van deze eerste regenerator.

Tijdens het verplaatsen van medium tussen de tweede ruimte en de vaten kan deze regenerator dan eenvoudig afgesloten worden met behulp van deze klep, zodat medium niet kan stromen tussen de eerste ruimte en de tweede ruimte.

Om de verdringer te verplaatsen, kan deze klep dan geopend worden om de eerste ruimte en de tweede ruimte onderling te koppelen met behulp van deze eerste regenerator.

Wanneer een dergelijke inrichting werkt aan vergelijkbare temperaturen als bij inrichtingen volgens de stand van de techniek, kan hiervoor bijvoorbeeld een klep uit de turbo diesel techniek gebruikt worden.

Zoals hierboven aangegeven, is het echter ook mogelijk om een inrichting volgens deze uitvinding aan lagere temperaturen te laten werken, met een vergelijkbare of zelfs hogere COP, waarbij dan een goedkopere klep kan gebruikt worden.

Meer specifiek kunnen de verwarmingsmiddelen per vat een verwarmingselement omvatten, dat thermisch gekoppeld is of koppelbaar is met dat vat.

Door het koppelen van de tweede ruimte worden de bijhorende verwarmingselementen van de verwarmingsmiddelen gekoppeld met de tweede ruimte.

Een inrichting volgens de uitvinding waarbij de vaten koppelbaar zijn met de tweede ruimte, omvat verder bij voorkeur per vat een klep, voor het koppelen van dit vat met de tweede ruimte.

Nog meer voorkeurdragend omvat een dergelijke inrichting dan een tweede regenerator per vat, die gekoppeld is met of koppelbaar is met de tweede ruimte en waarmee de respectievelijke klep van dat vat gekoppeld is, voor het afwisselend koppelen van de vaten met de tweede ruimte.

Met behulp van deze tweede regenerator kan de temperatuur van het medium in de vaten lager gehouden worden en is de temperatuur van medium dat door de genoemde kleppen stroomt, die met deze vaten gekoppeld zijn, lager, zodat hiervoor goedkopere kleppen kunnen gebruikt worden.

Verder kunnen de verwarmingsmiddelen per vat een verwarmingselement omvatten, voor het verwarmen van de respectievelijke tweede regenerator.

In een alternatieve uitvoeringsvorm van een inrichting volgens deze uitvinding zijn de vaten niet afwisselend koppelbaar met de tweede ruimte, maar wel met de eerste ruimte, om wanneer de verdringer in zijn eerste positie staat, medium uit de tweede ruimte via de regenerator en de eerste ruimte trapsgewijs te verplaatsen van de tweede ruimte naar de vaten en om wanneer de verdringer in zijn tweede positie staat, medium uit de vaten trapsgewijs te verplaatsen van de vaten naar de eerste ruimte, zodat dit medium via de regenerator naar de tweede ruimte gebracht kan worden bij verplaatsen van de verdringer van zijn tweede positie naar zijn eerste positie.

Op deze manier wordt een bijzonder goedkope en eenvoudige variant van een inrichting volgens deze uitvinding bekomen.

In deze inrichting is geen genoemde aanstuurbare klep nodig en zijn geen genoemde tweede regeneratoren vereist.

Met behulp van de vaten kan evenwel geen arbeid meer gegenereerd worden om de machine te laten draaien. De temperatuur van het medium dat de regenerator in gaat, is ook minder constant, omdat de drukverandering in de ruimtes veel groter is. Deze drukverandering zorgt voor veranderende temperatuur van medium dat aangezogen wordt. De efficiëntie van de regenerator is dus lager. De massa die door de eerste regenerator gaat, is daarbij wel even groot als de som van de massa’s van de eerste generator en de tweede regeneratoren bij een bovengenoemde uitvoeringsvorm die voorzien is van genoemde tweede regeneratoren.

Een dergelijke alternatieve inrichting volgens de uitvinding omvat verder bij voorkeur per vat een klep, voor het koppelen van dit vat met de eerste ruimte. De genoemde verwarmingsmiddelen van een inrichting volgens deze uitvinding kunnen bijvoorbeeld een gasbrander omvatten. Voorkeurdragend omvatten deze verwarmingsmiddelen een elektrisch verwarmingselement. In een specifieke uitvoeringsvorm van een inrichting volgens deze uitvinding vormen de behuizing en de verdringer een eerste compressor, omvat de inrichting een tweede, soortgelijke compressor en omvatten de verwarmingselementen van de eerste compressor een brander, die thermisch is gekoppeld met de tweede ruimte van de eerste compressor, en die een afvoergasuitlaat omvat, voor het afvoeren van afvoergassen van deze brander, waarbij deze afvoergasuitlaat als verwarmingsmiddel gekoppeld is met de tweede compressor. Deze tweede compressor kan in serie of in parallel staan met de eerste compressor. In plaats van de verplaatsingsbeweging van de verdringer te realiseren met behulp van de eerste regenerator is het bijkomend mogelijk om de inrichting bijvoorbeeld te voorzien van een motor voor het verplaatsen van deze verdringer via een aandrijfas. Deze motor kan bijvoorbeeld gebruikt worden om de werking van de inrichting op te starten, waarna deze automatisch verder kan werken.

Alternatief of bijkomend kan de inrichting voorzien zijn van een generator die aandrijfbaar is met de verplaatsingsbeweging van de verdringer, via een aandrijfas, zodat de inrichting volgens het principe van een stirlingmotor kan werken.

Het doel van deze uitvinding wordt verder ook bereikt door te voorzien in een warmtepomp, die een hierboven beschreven inrichting volgens deze uitvinding omvat.

Daarnaast wordt het doel van deze uitvinding wordt ook bereikt door te voorzien in een werkwijze voor het thermisch comprimeren van een medium in een inrichting voor de thermische compressie van een medium, omvattende: - een behuizing; - een verdringer die in de behuizing is aangebracht, voor het in de behuizing afbakenen van: o een eerste ruimte; o een tweede ruimte; waarbij deze verdringer verplaatsbaar is in de behuizing tussen een eerste positie waarin de eerste ruimte minimaal is en de tweede ruimte maximaal is en een tweede positie waarin de eerste ruimte maximaal is en de tweede ruimte minimaal is; - een inlaat, voor het inlaten van het te comprimeren medium in de eerste ruimte; - een uitlaat, voor het uitlaten van het gecomprimeerde medium uit de eerste ruimte; - afkoelmiddelen, die thermisch gekoppeld zijn of koppelbaar zijn met de eerste ruimte; - verwarmingsmiddelen, die thermisch gekoppeld zijn of koppelbaar zijn met de tweede ruimte; en - een eerste regenerator, waarmee de eerste ruimte en de tweede ruimte onderling gekoppeld zijn of koppelbaar zijn, voor het aandrijven van de verplaatsingsbeweging van de verdringer;

waarbij deze werkwijze de volgende stappen omvat: - stap a het verwarmen van medium in de tweede ruimte met behulp van de verwarmingsmiddelen voor het verplaatsen van de verdringer van de eerste positie naar de tweede positie, waarbij te comprimeren medium in de eerste ruimte wordt ingelaten via de inlaat; - stap b het afkoelen van medium in de eerste ruimte met behulp van de afkoelmiddelen voor het verplaatsen van de verdringer van de tweede positie naar de eerste positie, waarbij het gecomprimeerde medium via de uitlaat uit de eerste ruimte uitgelaten wordt.

Volgens de uitvinding worden daarbij verder: - wanneer de verdringer zich in de eerste positie bevindt, voorafgaand aan stap a, in een stap c, vaten, elk gevuld met medium onder een druk, waarbij deze druk voor elk van de vaten lager is dan de druk van medium in de tweede ruimte, en waarbij deze druk voor elk van de vaten afwijkt, afwisselend trapsgewijs gekoppeld met een genoemde ruimte, te beginnen met het vat met het medium onder de hoogste druk en eindigend met het vat met het medium onder de laagste druk, om medium uit de tweede ruimte trapsgewijs te verplaatsen van de tweede ruimte naar de vaten (dit eventueel via de eerste ruimte en de regenerator), en - vóór of bij stap b elk van deze vaten afwisselend trapsgewijs gekoppeld met een genoemde ruimte, te beginnen met het vat met het medium onder de laagste druk en eindigend met het vat met het medium onder de hoogste druk, om medium uit de vaten trapsgewijs te verplaatsen van de vaten naar de tweede ruimte (dit eventueel via de eerste ruimte en de regenerator).

Deze uitvinding wordt nu nader toegelicht aan de hand van de hierna volgende gedetailleerde beschrijving van een inrichting en een werkwijze volgens deze uitvinding. De bedoeling van deze beschrijving is uitsluitend verduidelijkende voorbeelden te geven en om verdere voordelen en bijzonderheden van deze uitvinding aan te duiden, en kan dus geenszins geïnterpreteerd worden als een beperking van het toepassingsgebied van de uitvinding of van de in de conclusies opgeëiste octrooirechten. In deze gedetailleerde beschrijving wordt door middel van referentiecijfers verwezen naar de hierbij gevoegde tekeningen, waarbij in: - Figuur 1 de compressiecyclus van een inrichting volgens de stand van de techniek is voorgesteld, - Figuur 2 het werkingsprincipe van een inrichting volgens de stand van de techniek schematisch in verschillende stappen is voorgesteld; - Figuur 3 een eerste uitvoeringsvorm van een inrichting voor de thermische compressie van een medium volgens de uitvinding schematisch is voorgesteld, met de verdringer in zijn eerste positie; - Figuur 4 de inrichting uit figuur 3 schematisch is voorgesteld, met de verdringer in zijn tweede positie; - Figuur 5 tot 10 de verschillende stappen voor het verplaatsen van medium uit de tweede ruimte van de inrichting uit figuur 3 naar de vijf vaten uit deze inrichting schematisch zijn voorgesteld, - Figuur 11 de compressiecyclus van de inrichting uit figuur 3 is voorgesteld; - Figuur 12 tot 17 het werkingsprincipe van de inrichting uit figuur 3 schematisch in verschillende stappen is voorgesteld; - Figuur 18 een tweede uitvoeringsvorm van een inrichting voor de thermische compressie van een medium volgens de uitvinding schematisch is voorgesteld, met de verdringer in zijn eerste positie.

De afgebeelde inrichtingen (1) zijn inrichtingen (1) voor de thermische compressie van superkritisch CO». Soortgelijke inrichtingen (1) kunnen ook voorzien worden voor de thermische compressie van andere media, zoals bijvoorbeeld gassen voor duikflessen, enz.

De afgebeelde inrichtingen (1) volgens deze uitvinding omvatten een behuizing (2) en een verdringer (3) die in de behuizing (2) is aangebracht, voor het in de behuizing

(2) afbakenen van een eerste ruimte (4) en een tweede ruimte (5). De verdringer (3) is daarbij verplaatsbaar in de behuizing (2) tussen een eerste positie waarin de eerste ruimte (4) minimaal is en de tweede ruimte (5) maximaal is (zoals afgebeeld in figuur 3) en een tweede positie waarin de eerste ruimte (4) maximaal is en de tweede ruimte (5) minimaal is (zoals afgebeeld in figuren 4 en 18).

De verdringer (3) is verbonden met een plunjer (aandrijfas) (29), die zich doorheen de behuizing (2) uitstrekt en koppelbaar is met een motor, voor het initiëren van de verplaatsingsbeweging van de verdringer (3). Deze motor kan eventueel ook uitgevoerd worden als een generator.

In de afgebeelde inrichting (1) is de eerste ruimte (4) onderaan de behuizing (2) opgesteld en de tweede ruimte (5) bovenaan de behuizing. Een omgekeerde opstelling is echter ook mogelijk, analoog als in US 2,157,229 A. De verdringer (3) is in de figuren omhoog en omlaag verplaatsbaar, maar een andere verplaatsingsbeweging is ook mogelijk, zoals bijvoorbeeld een verplaatsingsbeweging analoog als in US 3,413,815 A.

Verwarmingsmiddelen, zijn thermisch gekoppeld met de tweede ruimte (5), voor het verwarmen van medium in deze tweede ruimte (5). Afkoelmiddelen, zijn thermisch gekoppeld met de eerste ruimte (4), voor het afkoelen van medium in deze eerste ruimte (4). Deze verwarmingsmiddelen en afkoelmiddelen zijn niet afgebeeld, maar kunnen bijvoorbeeld vergelijkbaar uitgewerkt worden als bij de stand van de techniek.

De eerste ruimte (4) en de tweede ruimte (5) van de inrichting (1) zijn onderling gekoppeld met behulp van een eerste regenerator (15), zodat de druk in beide ruimtes (4, 5) gelijk is.

Een inlaat (6) naar de eerste ruimte (4) is voorzien van een terugslagklep (20), voor het inlaten van te comprimeren medium in de eerste ruimte (4). Een uitlaat (7) uit de eerste ruimte (4) is eveneens voorzien van een terugslagklep (21), dit voor het uitlaten van gecomprimeerd medium uit de eerste ruimte (5).

Soortgelijke onderdelen van deze inrichting (1) als bij de stand van de techniek kunnen op soortgelijke manieren uitgewerkt worden, zodat hier niet dieper op ingegaan wordt. Hierna wordt enkel verder ingegaan op de afwijkende delen en de afwijkende werking ten opzichte van de stand van de techniek.

Naast deze onderdelen omvat deze inrichting (1) ook meerdere vaten (8, 9, 10, 11, 12). Deze vaten (8, 9, 10, 11, 12) zijn elk gevuld met superkritische CO: onder een druk, waarbij deze druk voor elk van de vaten (8, 9, 10, 11, 12) getrapt afwijkt, zoals te zien is in de figuren 5 tot 10. Elk van deze vaten (8, 9, 10, 11, 12) is in de eerste afgebeelde uitvoeringsvorm (figuren 3 en 4) met leidingen (27) verbonden met de tweede ruimte (5). In de tweede afgebeelde uitvoeringsvorm (figuur 18) zijn deze vaten (8, 9, 10, 11, 12) verbonden met de eerste ruimte (4). Een klep (22, 23, 24, 25, 26) is per vat (8, 9, 10, 11, 12) in deze leidingen (27) opgesteld, zodat de vaten (8, 9, 10, 11, 12) afwisselend koppelbaar zijn met de tweede ruimte (5) in de eerste afgebeelde uitvoeringsvorm en met de eerste ruimte (4) in de tweede afgebeelde uitvoeringsvorm. Voor elk van deze kleppen (22, 23, 24, 25, 26) kan per vat (8, 9, 10, 11, 12) een tweede regenerator (17) opgesteld worden, zoals afgebeeld in de eerste uitvoeringsvorm, zodat de temperatuur van medium dat door de kleppen (22, 23, 24, 25, 26) stroomt, beperkt kan gehouden worden.

De afgebeelde inrichtingen (1) omvatten vijf vaten (8, 9, 10, 11, 12). In alternatieve inrichtingen (1) kunnen ook meer of minder vaten (8, 9, 10, 11, 12) voorzien worden. Verder is in de eerste afgebeelde uitvoeringsvorm een aanstuurbare klep (16) voorzien in de regenerator (15), waarmee de koppeling tussen de eerste ruimte (4) en de tweede ruimte (5) geopend en gesloten kan worden. In plaats van deze aanstuurbare klep (16) te voorzien, kan de verdringer (3) ook aangedreven worden met een motor om deze te bewegen zonder dat medium zich via de regenerator (15) dient te verplaatsen.

Met de verdringer (3) in zijn eerste positie en de klep (16) in de regenerator (15) gesloten, wordt de tweede ruimte (5) in de eerste afgebeelde uitvoeringsvorm eerst afwisselend gekoppeld met de vaten (8, 9, 10, 11, 12) (van A naar B in figuur 11) (figuren 5 tot 10; figuren 12-13), door het afwisselend openen en sluiten van de respectievelijke kleppen (22, 23, 24, 25, 26), te beginnen met het vat (8) met CO: onder de hoogste druk (figuren 5-6) en eindigend met het vat (12) onder de laagste druk (figuren 9-10). Telkens stijgt de druk in deze vaten (8, 9, 10, 11, 12) tot de druk in de tweede ruimte (5), waarbij de druk in de tweede ruimte (5) trapsgewijs afneemt.

De CO: zet isentropisch uit.

Na het afkoppelen van de tweede ruimte (5) van het laatste vat (12), wordt de klep (16) in de regenerator (15) geopend.

Gezien door het overbrengen van CO: uit de tweede ruimte (5) naar de vaten (8, 9, 10, 11, 12) de druk in de tweede ruimte (5) lager is geworden dan in de eerste ruimte (4), gaat de verdringer (3) gedeeltelijk naar boven (van B naar C in figuur 11) (figuren 13-14). De CO: in de tweede ruimte (5) wordt opgewarmd met de verwarmingsmiddelen, verplaatst zich doorheen de regenerator (15) van de tweede ruimte (5) naar de eerste ruimte (4) en expandeert isochoor.

De verdringer (3) beweegt naar boven (figuur 14- 15). Warmte van de CO: wordt opgeslagen in de regenerator (15). De druk daalt in de eerste ruimte (4) tot de inlaatdruk bereikt is.

Wanneer de inlaatdruk bereikt is, opent de terugslagklep (20) in de inlaat (6) en medium wordt via deze inlaat (6) isobaar de eerste ruimte (4) ingezogen (van C naar Din figuur 11) (figuren 14-15). Daarna sluit deze terugslagklep (20). De klep (16) in de regenerator (15) wordt gesloten.

De tweede ruimte (5) wordt afwisselend gekoppeld met de vaten (8, 9, 10, 11, 12) (van D naar E in figuur 11) (figuren 10 tot 5; figuren 15-16), door het afwisselend openen en sluiten van de respectievelijke kleppen (22, 23, 24, 25, 26), te beginnen met het vat (12) met CO: onder de laagste druk (figuren 10-9) en eindigend met het vat (8) onder de hoogste druk (figuren 6-5). Telkens daalt de druk in deze vaten (8, 9, 10, 11, 12) tot de druk in de tweede ruimte (5), waarbij de druk in de tweede ruimte (5) trapsgewijs toeneemt.

De verdringer (3) verplaatst zich naar beneden.

Daarna wordt de klep (16) in de regenerator (15) geopend.

Het medium in de eerste ruimte (4) wordt afgekoeld met de afkoelmiddelen (14) en door expansie.

Medium verplaatst zich van de eerste ruimte (4) naar de tweede ruimte (5) en wordt isochoor gecomprimeerd in de eerste ruimte (4) (van E naar F in figuur 11) (figuren 16-17). Een deel van de warmte van het medium die in de regenerator (15) werd opgeslagen, wordt gerecupereerd. De druk stijgt daarbij in de eerste ruimte (4) totdat de uitlaatdruk bereikt is.

Wanneer de uitlaatdruk bereikt is, opent de terugslagklep (21) in de uitlaat (7) en medium verlaat de eerste ruimte (4) met hoge druk (van F naar A in figuur 11) (figuren 17-12).

De klep (16) in de regenerator (15) wordt terug gesloten en de cyclus kan zich herhalen.

In de tweede afgebeelde uitvoeringsvorm wordt met de verdringer (3) in zijn eerste positie de eerste ruimte (4) eerst afwisselend gekoppeld met de vaten (8, 9, 10, 11, 12), door het afwisselend openen en sluiten van de respectievelijke kleppen (22, 23, 24, 25, 26), te beginnen met het vat (8) met CO: onder de hoogste druk en eindigend met het vat (12) onder de laagste druk. De CO: uit de tweede ruimte (5) stroomt via de regenerator (15) en de eerste ruimte (4) naar de vaten (8, 9, 10, 11, 12). Telkens stijgt de druk in deze vaten (8, 9, 10, 11, 12) tot de druk in de tweede ruimte (5), waarbij de druk in de tweede ruimte (5) trapsgewijs afneemt. De CO: zet isentropisch uit. Gezien door het overbrengen van CO: uit de tweede ruimte (5) naar de vaten (8, 9, 10, 11, 12) de druk in de tweede ruimte (5) lager is geworden dan in de eerste ruimte (4), gaat de verdringer (3) gedeeltelijk naar boven. De CO: in de tweede ruimte (5) wordt opgewarmd met de verwarmingsmiddelen, verplaatst zich doorheen de regenerator (15) van de tweede ruimte (5) naar de eerste ruimte (4) en expandeert isochoor. De verdringer (3) beweegt naar boven. Warmte - van de CO: wordt opgeslagen in de regenerator (15). De druk daalt in de eerste ruimte (4) tot de inlaatdruk bereikt is. Wanneer de inlaatdruk bereikt is, opent de terugslagklep (20) in de inlaat (6) en medium wordt via deze inlaat (6) isobaar de eerste ruimte (4). Daarna sluit deze terugslagklep (20).

De eerste ruimte (4) wordt daarna afwisselend gekoppeld met de vaten (8, 9, 10, 11, 12), te beginnen met het vat (12) met CO: onder de laagste druk en eindigend met het vat (8) onder de hoogste druk. Telkens daalt de druk in deze vaten (8, 9, 10, 11, 12) tot de druk in de tweede ruimte (5), waarbij de druk in de tweede ruimte (5) trapsgewijs toeneemt. De verdringer (3) verplaatst zich naar beneden.

Het medium in de eerste ruimte (4) wordt afgekoeld met de afkoelmiddelen (14) en door expansie. Medium verplaatst zich van de eerste ruimte (4) naar de tweede ruimte (5) en wordt isochoor gecomprimeerd in de eerste ruimte (4). Een deel van de warmte van het medium die in de regenerator (15) werd opgeslagen, wordt gerecupereerd. De druk stijgt daarbij in de eerste ruimte (4) totdat de uitlaatdruk bereikt is.

Wanneer de uitlaatdruk bereikt is, opent de terugslagklep (21) in de uitlaat (7) en medium verlaat de eerste ruimte (4) met hoge druk.

Claims (14)

CONCLUSIES

1. Inrichting (1) voor de thermische compressie van een medium, omvattende: - een behuizing (2); - een verdringer (3) die in de behuizing (2) is aangebracht, voor het in de behuizing (2) afbakenen van: i. een eerste ruimte (4); ii. een tweede ruimte (5); waarbij deze verdringer (3) verplaatsbaar is in de behuizing (2) tussen een eerste positie waarin de eerste ruimte (4) minimaal is en de tweede ruimte (5) maximaal is en een tweede positie waarin de eerste ruimte (4) maximaal is en de tweede ruimte (5) minimaal is; - een inlaat (6), voor het inlaten van het te comprimeren medium in de eerste ruimte (4); en - een uitlaat (7), voor het uitlaten van het gecomprimeerde medium uit de eerste ruimte (5); - afkoelmiddelen, die thermisch gekoppeld zijn of koppelbaar zijn met de eerste ruimte (4); - verwarmingsmiddelen, die thermisch gekoppeld zijn of koppelbaar zijn met de tweede ruimte (5); en - een eerste regenerator (15), waarmee de eerste ruimte (4) en de tweede ruimte (5) onderling gekoppeld zijn of koppelbaar zijn, voor het aandrijven van de verplaatsingsbeweging van de verdringer (3), met het kenmerk dat de inrichting (1) meerdere vaten (8, 9, 10, 11, 12) omvat, waarbij deze vaten (8, 9, 10, 11, 12) elk gevuld zijn met een medium onder een druk, waarbij deze druk voor elk van de vaten (8, 9, 10, 11, 12) getrapt afwijkt en waarbij elk van deze vaten (8, 9, 10, 11, 12) afwisselend koppelbaar is met een genoemde ruimte (4, 5), om wanneer de verdringer (3) in zijn eerste positie staat, medium uit de tweede ruimte (5) trapsgewijs te verplaatsen van de tweede ruimte (5) naar de vaten (8, 9, 10, 11, 12) en om wanneer de verdringer (3) in zijn tweede positie staat, medium uit de vaten (8, 9, 10, 11, 12) trapsgewijs te verplaatsen van de vaten (8, 9, 10, 11, 12) naar de tweede ruimte (5).

2. Inrichting (1) volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de vaten (8, 9, 10, 11, 12) afwisselend koppelbaar zijn met de tweede ruimte (5) om deze vaten (8, 9, 10, 11, 12) te koppelen met een genoemde ruimte, om wanneer de verdringer (3) in zijn eerste positie staat, medium uit de tweede ruimte (5) trapsgewijs te verplaatsen van de tweede ruimte (5) naar de vaten (8, 9, 10, 11, 12) en om bij verplaatsen van de verdringer (3) van zijn tweede positie naar zijn eerste positie, medium uit de vaten (8, 9, 10, 11, 12) trapsgewijs te verplaatsen van de vaten (8, 9, 10, 11, 12) naar de tweede ruimte (5).

3. Inrichting (1) volgens conclusie 2, met het kenmerk dat de inrichting (1) een aanstuurbare klep (16) omvat voor het onderling koppelen van de eerste ruimte (4) en de tweede ruimte (5) met behulp van de eerste regenerator (15).

4. Inrichting (1) volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk dat de verwarmingsmiddelen per vat (8, 9, 10, 11, 12) een verwarmingselement omvatten, dat thermisch gekoppeld is of koppelbaar is met dat vat (8, 9, 10, 11, 12).

5. Inrichting (1) volgens één van de conclusies 2 tot 4, met het kenmerk dat de inrichting (1) per vat (8, 9, 10, 11, 12) een klep (22, 23, 24, 25, 26) omvat, voor het koppelen van dit vat (8, 9, 10, 11, 12) met de tweede ruimte (5) en dat de inrichting (1) per vat (8, 9, 10, 11, 12) een tweede regenerator (17) omvat, die gekoppeld is met of koppelbaar is met de tweede ruimte (5) en waarmee de corresponderende klep (22, 23, 24, 25, 26) gekoppeld is, voor het afwisselend koppelen van de vaten (8, 9, 10, 11, 12) met de tweede ruimte (5).

6. Inrichting (1) volgens conclusie 5, met het kenmerk dat de verwarmingsmiddelen per vat (8, 9, 10, 11, 12) een verwarmingselement omvatten, voor het verwarmen van de respectievelijke tweede regenerator (17).

7. Inrichting (1) volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de vaten (8, 9, 10, 11, 12) afwisselend koppelbaar zijn met de eerste ruimte (4), om deze vaten (8, 9, 10, 11, 12) te koppelen met een genoemde ruimte, om wanneer de verdringer (3) in zijn eerste positie staat, medium uit de tweede ruimte (5) via de regenerator (15) en de eerste ruimte (4) trapsgewijs te verplaatsen van de tweede ruimte (5) naar de vaten (8, 9, 10, 11, 12) en om wanneer de verdringer (3) in zijn tweede positie staat, medium uit de vaten (8, 9, 10, 11, 12) trapsgewijs te verplaatsen van de vaten (8, 9, 10, 11, 12) naar de tweede ruimte (5) via de eerste ruimte (4) en de regenerator (15).

8. Inrichting (1) volgens conclusie 7, met het kenmerk dat de inrichting (1) per vat (8, 9, 10, 11, 12) een klep (22, 23, 24, 25, 26) omvat, voor het koppelen van dit vat (8, 9, 10, 11, 12) met de eerste ruimte (4).

9. Inrichting (1) volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de verwarmingsmiddelen een elektrisch verwarmingselement omvatten.

10. Inrichting (1) volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de behuizing (2) en de verdringer (3) een eerste compressor vormen, dat de inrichting (1) een tweede, soortgelijke compressor (19) omvat, dat de verwarmingselementen van de eerste compressor een brander omvatten, die thermisch is gekoppeld met de tweede ruimte (5) van de eerste compressor, en die een afvoergasuitlaat (18) omvat voor het afvoeren van afvoergassen van deze brander, waarbij deze afvoergasuitlaat (18) als verwarmingsmiddel gekoppeld is met de tweede compressor (19).

11. Inrichting (1) volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de inrichting (1) een motor omvat voor het aandrijven van de verplaatsingsbeweging van de verdringer (3).

12. Inrichting (1) volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de inrichting (1) een generator omvat, die aandrijfbaar is met de verplaatsingsbeweging van de verdringer (3).

13. Warmtepomp, met het kenmerk dat deze warmtepomp een inrichting (1) volgens één van de voorgaande conclusies omvat.

14. Werkwijze voor het thermisch comprimeren van een medium in een inrichting (1) voor de thermische compressie van een medium, omvattende: - een behuizing (2); - een verdringer (3), die in de behuizing (2) is aangebracht, voor het in de behuizing (2) afbakenen van: i. een eerste ruimte (4); ii. een tweede ruimte (5); waarbij deze verdringer (3) verplaatsbaar is in de behuizing (2) tussen een eerste positie waarin de eerste ruimte (4) minimaal is en de tweede ruimte (5) maximaal is en een tweede positie waarin de eerste ruimte (4) maximaal is en de tweede ruimte (5) minimaal is; - een inlaat (6), voor het inlaten van het te comprimeren medium in de eerste ruimte (4); en - een uitlaat (7), voor het uitlaten van het gecomprimeerde medium uit de eerste ruimte (4); - afkoelmiddelen, die thermisch gekoppeld zijn of koppelbaar zijn met de eerste ruimte (4); - verwarmingsmiddelen, die thermisch gekoppeld zijn of koppelbaar zijn met de tweede ruimte (5); en

- een eerste regenerator (15), waarmee de eerste ruimte (4) en de tweede ruimte (5) onderling koppelbaar zijn, voor het aandrijven van de verplaatsingsbeweging van de verdringer (3),

waarbij deze werkwijze de volgende stappen omvat: - stap a het verwarmen van medium in de tweede ruimte (5) met behulp van de verwarmingsmiddelen voor het verplaatsen van de verdringer (3) van de eerste positie naar de tweede positie, waarbij te comprimeren medium in de eerste ruimte (4) wordt ingelaten via de inlaat (6);

- stap b het afkoelen van medium in de eerste ruimte (4) met behulp van de afkoelmiddelen voor het verplaatsen van de verdringer (3) van de tweede positie naar de eerste positie, waarbij het gecomprimeerde medium via de uitlaat (7) uit de eerste ruimte (4) uitgelaten wordt;

met het kenmerk dat verder:

- wanneer de verdringer (3) zich in de eerste positie bevindt, voorafgaand aan stap a, in een stap c, vaten (8, 9, 10, 11, 12), elk gevuld met medium onder een druk, waarbij deze druk voor elk van de vaten (8, 9, 10, 11, 12) lager is dan de druk van medium in de tweede ruimte (5), en waarbij deze druk voor elk van de vaten (8, 9,

10, 11, 12) afwijkt, afwisselend trapsgewijs gekoppeld worden met een genoemde ruimte (4, 5), te beginnen met het vat (8) met het medium onder de hoogste druk en eindigend met het vat (12) met het medium onder de laagste druk, om medium uit de tweede ruimte (5) trapsgewijs te verplaatsen van de tweede ruimte (5) naar de vaten (8,

9, 10, 11, 12); en

- vóór of bij stap b elk van deze vaten (8, 9, 10, 11, 12) afwisselend trapsgewijs gekoppeld wordt met een genoemde ruimte (4, 5), te beginnen met het vat

(12) met het medium onder de laagste druk en eindigend met het vat (8) met het medium onder de hoogste druk, om medium uit de vaten (8, 9, 10, 11, 12)

trapsgewijs te verplaatsen van de vaten (8, 9, 10, 11, 12) naar de tweede ruimte (5).