DE102011118042A1 - Method for producing heat and cold in left-running cycle, with thermal compressor in e.g. refrigerating apparatus, involves vaporizing superheated steam by heat source, and conveying steam to output point of left-running cycle - Google Patents

Abstract

The method involves transferring the sucked-cold refrigerant vapor in a piston cylinder system to small space under control of thermal valve by movement of the free-piston (9), and simultaneously increasing the pressure and temperature of refrigerant vapor. The superheated steam is cooled through heat exchangers (61) in heating circuit, vaporized by low temperature heat source, and conveyed to the output point of left-running cycle. An independent claim is included for an arrangement for producing heat and cold in left-running cycle, with thermal compressor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Erzeugung von Wärme und Kälte für einen linkslaufenden Kreisprozess mit einem thermisch angetriebenen Verdichter und einem integrierten Lineargenerator zur Stromerzeugung.The invention relates to a method and an arrangement for generating heat and cold for a left-handed cyclic process with a thermally driven compressor and an integrated linear generator for power generation.

Stand der TechnikState of the art

Zur Erzeugung von Wärme und Kälte werden mit Kälteanlagen Kreisprozesse realisiert. Sie sind in der Lage, Energiequellen mit niedriger Temperatur auf ein höheres Temperaturniveau zu bringen oder bei hohen Umgebungstemperaturen einen Raum zu kühlen. Für die Kälteerzeugung wird einer Umgebung Wärme entzogen, so dass sie gekühlt wird und sich die Temperatur in dieser Umgebung verringert. Die entzogene Wärme wird an eine andere davon unabhängige Umgebung abgeben. Für diesen Kreisprozess muss Fremdenergie eingesetzt werden. Als wesentliche Typen der Kältemaschinen werden Kompressions-, Ab- und Adsorptionsmaschinen eingesetzt. Bei den Kompressionsmaschinen wird die Fremdenergie als mechanische Energie und bei den Sorptionsmaschinen als Wärmeenergie eingebracht. Während Kompressions- und Absorptionsmaschinen einen kontinuierlichen Prozess bilden, verläuft bei Adsorptionsmaschinen dieser Prozess diskontinuierlich. Mit analoger Funktionsweise werden diese Kreisprozesse zur Erzeugung von Wärme eingesetzt, die als Wärmepumpen bezeichnet werden. Wärmepumpen sind in der Lage, die Energie aus Niedrigtemperaturquellen auf eine für die Nutzung notwendige Temperatur zu erhöhen.To generate heat and cold, cycle processes are realized with refrigeration systems. They are able to raise low temperature energy sources to a higher temperature level or to cool a room at high ambient temperatures. For the refrigeration, heat is extracted from an environment, so that it is cooled and the temperature in this environment decreases. The extracted heat will be released to another independent environment. External energy must be used for this cycle. As essential types of chillers compression, Ab and adsorption machines are used. In the compression machines, the external energy is introduced as mechanical energy and in the sorption machines as heat energy. While compression and absorption machines form a continuous process, in adsorption machines this process is discontinuous. With analogous operation, these cycles are used to generate heat, which are referred to as heat pumps. Heat pumps are able to increase the energy from low-temperature sources to a temperature necessary for their use.

Bei den Kompressionsmaschinen übernimmt in der Regel ein mit einem elektrischen Motor oder mit einem Verbrennungsmotor angetriebener Verdichter die Arbeit für die Druck- und Temperaturerhöhung (Eine übersichtliche Zusammenfassung für Kältemaschinen ist auf der Internetseite de.wikipedia.org/wiki/Kältemaschine – Stand 03.06.2011 dargestellt.). Der dabei eingesetzte Anteil der fremden elektrischen Energie oder Verbrennungsenergie im Verhältnis zur regenerativen Energie entscheidet über die Effizienz der Wärmepumpe. Für die gesamte energetische Bewertung der Wärmepumpe ist die eingesetzte Primärenergie von Bedeutung, mit der verfügbare regenerative Energie aus der Umgebung verwertet werden kann.In compressing machines, usually a compressor driven by an electric motor or an internal combustion engine takes over the work for the pressure and temperature increase (a clear summary for chillers is on the website de.wikipedia.org/wiki/Kältemaschine - as of 03.06.2011 shown.). The proportion of foreign electrical energy or combustion energy used in relation to regenerative energy determines the efficiency of the heat pump. For the overall energy rating of the heat pump, the primary energy used is of importance, with which available renewable energy from the environment can be utilized.

Für die Erzeugung der Antriebsenergie der Kompressionsmaschinen werden verlustreiche Prozesse für die zur Bereitstellung der mechanischen Energie zum Antrieb des Verdichters eingesetzt.For the generation of the drive energy of the compression machines lossy processes for the supply of mechanical energy to drive the compressor are used.

Bei Sorptionsmaschinen wird der Kreisprozess thermisch angetrieben. Diese Maschinen besitzen den Vorteil, dass keine mechanische Energie eingesetzt werden muss, aber dafür ist es notwendig, für die Desorption ein hohes Temperaturniveau bereitzustellen. In den Kreisprozessen treten neben den physikalisch bedingten Verlusten auch Verluste durch die Energieumwandlung durch Reibung, durch Aufheizung und Abkühlung von Sorptionsmitteln, durch Wärmeübertragung und vieles andere mehr auf. Mit den am weitesten verbreiteten Kompressionsmaschinen wird der Kältemitteldampf auf ein niedriges Temperaturniveau in einem linksläufigen Kreisprozesses von Verdichtern angesaugt und verdichtet. Die Kompressionsmaschinen werden durch mechanische Energie über Wellen oder Gestänge angetrieben. Mit dieser mechanischen Arbeit wird das Volumen reduziert und das kompressible Medium verdichtet. Sie besitzen den Nachteil, dass eine mechanische Arbeit, die außerhalb des Verdichters von einer Kraftmaschine hergestellt werden muss, zur Verdichtungsarbeit erforderlich ist. Das hat den Nachteil, dass bei elektromotorisch angetriebenen Kompressionsmaschinen bereits bei der Stromherstellung große Verluste an Primärenergie entstehen, die nur mit hohem Aufwand im Kreisprozess unter Zuführung von erneuerbarer Energie kompensiert werden können, um für die Wärmeversorgung oder Klimatisierung eine positive Bilanz bereit zu stellen. Auch die Erzeugung mechanischer Arbeit durch Wärmekraftmaschinen mit einer äußeren Wärmezufuhr, wie Dampfmaschine, Stirlingmotor, Vuilleumier-Maschine, oder mit innerer Wärmezufuhr, wie Verbrennungsmotore, erfordert komplizierte Maschinen, die einem Verschleiß unterliegen und einen hohen Wartungsaufwand erfordern, führt zu keinem höheren Wirkungsgrad.In sorption machines, the cycle is thermally driven. These machines have the advantage that no mechanical energy needs to be used, but for this it is necessary to provide a high temperature level for desorption. In addition to the physically caused losses, the cycle processes also involve losses due to energy conversion through friction, through heating and cooling of sorbents, through heat transfer and much more. With the most common compression engines, the refrigerant vapor is sucked and compressed to a low temperature level in a left-handed cycle of compressors. The compression machines are powered by mechanical energy via shafts or rods. This mechanical work reduces the volume and compresses the compressible medium. They have the disadvantage that a mechanical work, which must be made outside of the compressor of an engine, is required for compaction work. This has the disadvantage that in electromotive-driven compression machines already in power production large losses of primary energy arise, which can be compensated only with great effort in the cycle under supply of renewable energy to provide a positive balance for the heat supply or air conditioning. Also, the generation of mechanical work by heat engines with an external heat input, such as steam engine, Stirling engine, Vuilleumier machine, or with internal heat, such as combustion engines, requires complicated machines that are subject to wear and require high maintenance, does not lead to higher efficiency.

Ein „effizienter Lineargenerator/Linearmotor für Kolbenmaschinen” wurde von Markus Lindegger, Dipl. el. Ing. HTL, CIRCLE MOTOR AG Tannackerstrasse 25, CH-3073 Gümligen untersucht und 2008 für den Antrieb von Kompressoren bzw. für die Stromerzeugung mit einem Stirlingfreikolbenmotor veröffentlicht.An "efficient linear generator / linear motor for reciprocating engines" was studied by Markus Lindegger, Dipl. El. Eng. HTL, CIRCLE MOTOR AG Tannackerstrasse 25, CH-3073 Gümligen and published in 2008 for the drive of compressors or for power generation with a Stirling free piston engine.

Gut geeignete Kolbenkonstruktionen, wie sie beispielweise bei der Dampfmaschine der Bauart nach Sondermann von 1896 (s. www.jan-w-hartmann.de/Sims/Sondermann_2009-11-30.pdf – Stand 22.05.2011 ) oder der aktuellen Bauart der Freikolbenmaschine von der Firma OTAG (s. www.otag.de/download-data/090916_factsheet_lion-Powerblock_oil.pdf – Stand 22.05.2011 ) verwendet werden, sind nicht für die Verdichtung in einem kältetechnischen Kreisprozess geeignet. Der wechselseitig aufgegebene Dampf aus einem Speicher wird unter hohem Druck über einen Kolben entspannt. Die durch die Kolbenbewegung entstehende mechanische Arbeit wird dann zur Stromerzeugung zur Verfügung gestellt.Good piston designs, as they are, for example, in the steam engine of the type after Sondermann of 1896 (s. www.jan-w-hartmann.de/Sims/Sondermann_2009-11-30.pdf - Stand 22.05.2011 ) or the current design of the free piston machine from the company OTAG (s. www.otag.de/download-data/090916_factsheet_lion-Powerblock_oil.pdf - Stand 22.05.2011 ) are not suitable for compression in a refrigeration cycle. The mutually discontinued steam from a reservoir is expanded under high pressure via a piston. The mechanical work resulting from the piston movement is then made available for power generation.

In den Patentschriften DE 102006001122 A1 , DE 102004056298 A1 , DE 19813220 A1 und DE 10242271 B3 wird ein Freikolben in einem kältetechnischen Kreisprozess verwendet. Bei dem Verfahren wird ausschließlich die Entspannung eines bereits durch einen unabhängigen Hauptverdichter erzeugter Hochdruckdampf zur unterstützenden Arbeitsleistung für die Verdichtung in einem linkslaufenden Kreisprozess zur Optimierung der Effizienz genutzt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die Freikolbenmaschine nur unterstützend eingesetzt werden kann und in einem transkritischen Prozess arbeitet. Ebenso wird in der Patentschrift DE 10 2010007911 A1 eine Anwendung für die Nutzung der Abwärme in Fahrzeugen dargestellt, die zur Gewinnung von elektrischer Energie und mit Hilfe von aufwendigen Ad- oder Absorptionskälteanlagen für die Klimatisierung eingesetzt wird. Der dabei vorgesehene Dampflineargenerator wird nur durch Expansion des Dampfes angetrieben.In the patents DE 102006001122 A1 . DE 102004056298 A1 . DE 19813220 A1 and DE 10242271 B3 a free piston is used in a refrigeration cycle. In the method, only the relaxation of a high-pressure steam already generated by an independent main compressor for assisting work is used for the compression in a left-handed cyclic process to optimize the efficiency. This method has the disadvantage that the free piston machine can only be used as a support and works in a transcritical process. Similarly, in the patent DE 10 2010007911 A1 presented an application for the use of waste heat in vehicles, which is used for the production of electrical energy and with the help of elaborate adsorption or absorption refrigeration systems for air conditioning. The case provided steam linear generator is driven only by expansion of the steam.

Charakteristik der ErfindungCharacteristic of the invention

Der Erfindung hegt die Aufgabe zu Grunde, eine Kältemaschine mit Verdichtung in einem Kältekreislauf herzustellen, die einen Kreisprozess zur Herstellung von Wärme und Kälte mit einem thermischen Antrieb ausführen wird, der seinerseits durch die erzeugte Kolbenbewegung einen integrierten Lineargenerator zur Stromerzeugung antreibt. Dies wird dadurch erreicht, dass erfindungsgemäß der angesaugte kalte Kältemitteldampf in einem Kolben-Zylinder-System unter Zuführung von Wärme ventilgesteuert durch Bewegung des Kobens mit innerem Strömungsausgleich von einem größeren Raum in einen kleineren Raum überführt und dabei gleichzeitig der Druck und die Temperatur erhöht wird. Der kleinere Raum wirkt dabei direkt als Überhitzer, so dass kein Speicher für den Heißdampf erforderlich ist. In dem Zyklus wird der angesaugte kalte Dampf überhitzt und in einem gasförmigen oder einen transkritischen Zustand mit einem höheren Druck und einer höheren Temperatur überführt. Der Endzustand der Überhitzung wird neben der zugeführten Wärmemenge und der Temperatur der thermischen Antriebswärme wesentlich von dem Volumenverhältnis zwischen großem Raum (Ansaugvolumen) und kleinem Raum (Heißdampfvolumen) bestimmt.The invention has the object to produce a refrigeration machine with compression in a refrigeration cycle, which will run a cycle for the production of heat and cold with a thermal drive, which in turn drives an integrated linear generator for generating electricity by the generated piston movement. This is achieved in that according to the invention, the sucked cold refrigerant vapor in a piston-cylinder system under the supply of heat valve controlled by moving the Kobens with inner flow compensation of a larger space converted into a smaller space while the pressure and temperature is increased simultaneously. The smaller space acts directly as a superheater, so that no memory for the superheated steam is required. In the cycle, the drawn-in cold steam is superheated and transferred in a gaseous or transcritical state at a higher pressure and higher temperature. The final state of the overheating, in addition to the amount of heat supplied and the temperature of the thermal drive heat significantly from the volume ratio between large space (suction volume) and small space (superheated steam volume) determined.

Der überhitzte Dampf wird über Wärmetauscher unter Abgabe von Wärme an einen verbundenen Heizkreis abgekühlt. Die Abkühlung erfolgt in Abhängigkeit von den Kältemitteleigenschaften und dem Druck- und Temperaturniveau mit oder im transkritischen Gebiet ohne Phasenwechsel. Nachdem die Wärme übertragen ist, wird das Kältemittel über ein Expansionsorgan mit oder ohne Arbeitsleistung entspannt und auf eine geringe Temperatur abgekühlt. Wenn die Abgabe von Wärme von dem überhitzten Dampf nicht benötigt wird und die Temperatur der antreibenden Wärmequelle ausreichend hoch ist, ist das Volumenverhältnis von dem großem Raum zu dem kleineren Raum so zu wählen, dass der Betriebspunkt im transkritischem Gebiet direkt und ausschließlich durch die Wärmezufuhr erreicht wird. Anschließend wird über das Expansionsorgan auf eine geringere Temperatur entspannt. Das Kältemittel liegt nach der Entspannung als 2-Phasen-Gemisch vor. Dieses Gemisch wird durch Zufuhr von Wärme bei niedrigen Temperaturen verdampft, so dass verfügbare regenerative Umweltenergien (Luft, Wasser, Erdreich) oder Abwärmen Verwendung finden. Nach der Verdampfung wird der Ausgangspunkt des Kreisprozesses wieder erreicht. Der Kreislauf ist geschlossen. Für einen kontinuierlichen Prozess werden die Phase der Kompression und die Phase des Ansaugens parallel im Wechsel ausgeführt. In dem thermischen Verdichter mit einem Kolben-Zylinder-System wird erfindungsgemäß der Freikolben bei unterschiedlichen Ventilstellungen hin und her bewegt und realisiert für einen kontinuierlichen Kreisprozess den Ansaugvorgang des Kaltdampfes, die Verdichtung und Überhitzung des Dampfes und das Ausstoßen des Heißdampfes. Für die parallel ablaufenden Phasen in dem Kreisprozess wird eine Freikolbenmaschine mit einer spiegelgleichen oberen und unteren Kolben-Zylinderanordnung genutzt, die bei wechselseitiger Arbeitsweise einen kontinuierlichen Prozess sicherstellt. Die Bewegung des Freikolbens wird auf den Lineargenerator übertragen, der über den ventilgesteuerten thermischen Verdichter in einem Kreisprozess mit dem gesteuerten Expansionsventil Strom erzeugt.The superheated steam is cooled by heat exchangers with the release of heat to a connected heating circuit. The cooling takes place as a function of the refrigerant properties and the pressure and temperature level with or in the transcritical region without phase change. After the heat is transferred, the refrigerant is decompressed via an expansion device with or without work and cooled to a low temperature. When the release of heat from the superheated steam is not needed and the temperature of the driving heat source is sufficiently high, the volume ratio of the large space to the smaller space should be selected so that the operating point in the transcritical area is reached directly and solely by the heat input becomes. Then it is expanded via the expansion device to a lower temperature. The refrigerant is present after the relaxation as a 2-phase mixture. This mixture is vaporized by supplying heat at low temperatures so that available renewable environmental energies (air, water, soil) or waste heat are used. After evaporation, the starting point of the cycle is reached again. The cycle is closed. For a continuous process, the phase of the compression and the phase of the suction are carried out in parallel in alternation. In the thermal compressor with a piston-cylinder system according to the invention the free piston is moved at different valve positions back and forth and realized for a continuous cycle the suction of the cold steam, the compression and superheating of the steam and the expulsion of the superheated steam. For the parallel phases in the cycle, a free-piston engine is used with a mirror-like upper and lower piston-cylinder assembly, which ensures a continuous process in reciprocal operation. The movement of the free piston is transferred to the linear generator, which generates power via the valve-controlled thermal compressor in a cyclic process with the controlled expansion valve.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung besitzt den Vorteil, dass die Druck- und Temperaturanhebung im Kreisprozess ohne äußere mechanische Arbeit erfolgt und ein kontinuierlicher Kreisprozess ohne Speicher realisiert wird. Für die Verdichtung wird ausschließlich thermische Energie verwendet, die indirekt in den Prozess über Wärmetausch eingebracht wird, so dass ein geschlossener Kältemittelkreis gewährleistet ist. Die Erfindung ist besonders dort gut geeignet, wo thermische Energie ungenutzt zur Verfügung steht. In dem Kältekreis werden die gebräuchlichen Kältemittel angewendet, so dass für die einzubringende thermische Energie nur ein relativ geringes Temperaturniveau benötigt wird. Ein typisches Beispiel ist dabei die Herstellung von Klimakälte in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren. Zur Herstellung der mechanischen Antriebsenergie für den Fahrbetrieb werden nur 30–40% der eingebrachten Primärenergie umgewandelt. Der Rest wird zum überwiegenden Teil als Abwärme über das Abgas und den Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors abgeführt. Alternativ zu dem bisher eingesetzten mechanisch von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Verdichter, der zur Erhöhung des Kraftstoffverbrauches bei der Klimatisierung um 6–10% führt, kann der thermische Verdichter aus der ungenutzten Abwärme des Verbrennungsmotors Klimakälte und Strom herstellen. Durch eine geeignete Wahl der Durchmesser des Freikolben-Zylindersystems wird auf einen aufwendigen Hochdruckwärmetauscher für die Kühlung wie er beispielsweise bei Verwendung von R744 im Kältekreis einer Fahrzeugklimaanlage erforderlich ist, vollständig verzichtet oder wird in sehr eingeschränkter Größe ausgeführt. Ebenso wird in dem Freikolben-Zylinder-System ein Lineargenerator integriert, der elektrische Energie aus der Abwärme des Verbrennungsmotors erzeugt, die besonders in Hybridfahrzeugen mit Verbrennungs- und Elektroantrieb genutzt werden kann. Dabei wird bei der Umwandlung von Abwärme in elektrische Energie ein Wirkungsgrad zwischen 10 und 20% erwartet. Im Stand bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor wird der Kreislauf mit einem separaten Hilfsbrenner in Betrieb gehalten und somit die Klimatisierung des Fahrzeuges und die Versorgung von Hilfssystemen mit Strom sicher gestellt. Mit der Festlegung des Volumenverhältnisses zwischen dem Ansaugvolumen und dem Heißdampfvolumen wird das Verdichtungsverhältnis, das den Betriebspunkt nach der thermischen Kompression bei gefordertem Temperaturhub festlegt, bestimmt. Mit der erfindungsgemäßen Anwendung als Wärmepumpe können erprobte Verdampfer, wie Phasenwechselsonden, Direktverdampferkollektoren, Luftregister, Verdampfer mit Flüssigkeitszirkulation usw., auch von diesem thermischen Verdichter genutzt werden. Als Wärmequellen sind Energien mit niedrigen Temperaturen wie Luft, Wasser, Erdreich oder Abwärmen einsetzbar.The invention has the advantage that the pressure and temperature increase in the cycle takes place without external mechanical work and a continuous cycle is realized without memory. For the compression only thermal energy is used, which is indirectly introduced into the process via heat exchange, so that a closed refrigerant circuit is ensured. The invention is particularly well suited where thermal energy is unused. In the refrigerant circuit, the conventional refrigerant is applied, so that only a relatively low temperature level is required for the thermal energy to be introduced. A typical example is the production of air conditioning refrigeration in vehicles with internal combustion engines. To produce the mechanical drive energy for driving only 30-40% of the introduced primary energy is converted. The remainder is dissipated for the most part as waste heat via the exhaust gas and the cooling circuit of the internal combustion engine. As an alternative to the previously used mechanically driven by the engine compressor, which leads to increase the fuel consumption in the air conditioning by 6-10%, the thermal compressor from the unused waste heat of the engine Air conditioning and electricity production. By a suitable choice of the diameter of the free-piston cylinder system is completely unnecessary or is carried out in a very limited size on a complex high-pressure heat exchanger for cooling as it is required for example when using R744 in the refrigeration circuit of a vehicle air conditioning. Likewise, in the free-piston-cylinder system, a linear generator is integrated, which generates electrical energy from the waste heat of the internal combustion engine, which can be used especially in hybrid vehicles with combustion and electric drive. In the conversion of waste heat into electrical energy, an efficiency between 10 and 20% is expected. When stationary with the internal combustion engine switched off, the circuit is kept in operation with a separate auxiliary burner, thus ensuring the air conditioning of the vehicle and the supply of auxiliary systems with electricity. By determining the volume ratio between the intake volume and the superheated steam volume, the compression ratio, which determines the operating point after the thermal compression at the required temperature stroke, is determined. With the heat pump application according to the invention, proven evaporators, such as phase change probes, direct evaporator collectors, air registers, evaporators with liquid circulation, etc., can also be used by this thermal compressor. As sources of heat, low-temperature energies such as air, water, soil or waste heat can be used.

Die bessere Verwertung der Primärenergie gegenüber elektrisch betriebenen Wärmepumpen oder Kälteanlagen stellt einen weiteren Vorteil dar, der zur Schonung der Ressourcen beiträgt und auch für den Verbraucher wirtschaftlich ist. Wenn für die thermische Arbeit der unabhängigen Wärmequelle dezentral verfügbare Energieträger, wie Gas, Heizöl, feste Brennstoffe, solare Energie verwendet werden, dann entfallen die hohen Verluste bei der zentralen Stromherstellung und der Versorgung über ein Stromnetz. Die Energie für die thermische Arbeit kann mit einem wesentlich geringeren Aufwand von dem Verbraucher bezogen werden.The better utilization of the primary energy compared to electrically operated heat pumps or refrigeration systems represents another advantage, which contributes to the conservation of resources and is also economical for the consumer. If decentralized sources of energy, such as gas, heating oil, solid fuel, solar energy are used for the thermal work of the independent heat source, then the high losses in central power generation and supply via a power grid are eliminated. The energy for the thermal work can be obtained from the consumer at a much lower cost.

Die thermische Arbeit kann auch aus der Biogas-, Pellet- oder Holzverbrennung und aus regenerierbaren Energien geleistet werden und ist damit nicht unbedingt auf Strom oder andere fossile Energieträger angewiesen.The thermal work can also be done from the biogas, pellet or wood combustion and from renewable energies and is therefore not necessarily dependent on electricity or other fossil fuels.

Die Primärenergieausnutzung zur Herstellung von Wärme bzw. Kälte kann mit dieser Kältemaschine verbessert werden. Bei der Kältemaschinentechnologie wird eine deutliche Verbesserung erreicht. Im Wärmepumpenprozess sind primärenergetische Arbeitszahlen von über 2 erreichbar. Das bedeutet, dass eine Steigerung der primärenergetischen Nutzung gegenüber dem Standardbrennwertkessel auf mehr als das 2-fache und gegenüber den konventionellen Standardwärmepumpen bis auf das 2-fache realisiert werden kann.The primary energy utilization for the production of heat or cold can be improved with this chiller. In refrigeration technology, a significant improvement is achieved. In the heat pump process, primary energy work figures of more than 2 can be achieved. This means that an increase in primary energy use compared to the standard condensing boiler can be achieved more than 2 times and up to 2 times compared to conventional standard heat pumps.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen zu den Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to the drawings to the embodiments.

1: Schema des Kolben-Zylinder-Systems für einen thermischen Verdichter mit festgelegtem Volumenverhältnis und mit Freikolben in Abwärtsbewegung 1 : Scheme of the piston-cylinder system for a fixed volume ratio thermal compressor with free piston in downward motion

2: Schema des Kolben-Zylinder-Systems für einen thermischen Verdichter mit stufenweise steuerbarem Volumenverhältnis und mit Freikolben in Aufwärtsbewegung 2 : Scheme of the piston-cylinder system for a thermal compressor with a stepwise controllable volume ratio and with free piston in upward motion

3: Schema des Kolben-Zylinder-Systems für einen thermischen Verdichter mit Freikolben in Abwärtsbewegung und mit variabel steuerbarem Volumenverhältnis über einen Zusatzfreikolben 3 Scheme of the piston-cylinder system for a thermal compressor with free piston in downward movement and with variable volume ratio control via an additional free piston

4: Schema des Überhitzungsraumes im thermischen Verdichter mit fluiddurchströmten Wärmetauschern im Druckzylinder 4 Scheme of the superheat space in the thermal compressor with fluid-flow heat exchangers in the pressure cylinder

5: Schema des Überhitzungsraumes im thermischen Verdichter mit Heatpipe-Wärmetauschern im Druckzylinder 5 : Scheme of the superheat space in the thermal compressor with heat pipe heat exchangers in the pressure cylinder

6: Schema des Kreisprozesses mit einem thermischen Verdichter 6 : Diagram of the cycle with a thermal compressor

7: Schema des Kreisprozesses mit einem thermischen Verdichter mit inneren Wärmeübertrager 7 : Diagram of the cycle with a thermal compressor with internal heat exchanger

8: Schema des Kreisprozesses mit einem thermischen Verdichter mit inneren Wärmeübertrager und mit arbeitsleistender Entspannung 8th : Diagram of the cycle with a thermal compressor with internal heat exchanger and with work-performing expansion

9: Schema des Kreisprozesses mit einem thermischen Verdichter mit Freikolben in Abwärtsbewegung für eine Wärmepumpenanwendung 9 : Diagram of the cycle with a free-piston thermal compressor in downward motion for a heat pump application

10: Schema des Kreisprozesses mit einem thermischen Verdichter mit Freikolben in Aufwärtsbewegung für eine Wärmepumpenanwendung 10 : Diagram of the cycle with a thermal compressor with free piston in upward motion for a heat pump application

11: Schema des Kreisprozesses mit einem thermischen Verdichter für eine Anwendung mit einem Verbrennungsmotor 11 : Diagram of the cycle with a thermal compressor for an internal combustion engine application

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

Für den thermischen Verdichter bieten sich mehrere Anwendungen an. Wie auch die mechanischen Verdichter kann er als Kältemaschine zur Kühlung und zur Versorgung mit Wärme eingesetzt werden. Die Kopplung des Kolben-Zylinder-Systems mit einem Lineargenerator wird zur Stromerzeugung genutzt.There are several applications for the thermal compressor. Like the mechanical compressor, it can be used as a chiller for cooling and for the supply of heat. The coupling of the piston-cylinder system with a linear generator is used to generate electricity.

In dem Ausführungsbeispiel wird ein Kolben-Zylinder-System als Freikolbenmaschine erläutert. Die Freikolbenmaschine in 1 mit innen liegenden Überhitzungsräumen stellt die Grundfunktion übersichtlich dar und wird deshalb zur wesentlichen Beschreibung verwendet. Sie besteht aus dem Zylinder 1, der gestuft ausgeführt ist. An dem innen liegenden Teil befinden sich die Druckzylinder 4 und 5. Diese Zylinder besitzen einen kleineren Durchmesser als die außen liegenden Ansaugzylinder 49 und 50. Die Überhitzungsräume 2 und 3 befinden sich in den Druckzylindern 4 und 5. In den Ansaugzylindern 49 und 50 befinden sich die Ansaugräume 27 und 28 und die Druckausgleichräume 14 und 15. Die Druckzylinder 4 bzw. 5 sind über die Streben 16 fest mit den Ansaugzylindern 49 bzw. 50 verbunden. Zwischen dem oberen Druckzylinder 5 und dem unteren Druckzylinder 4 ist ein Wärmeübertrager 61 angeordnet.In the embodiment, a piston-cylinder system is explained as a free-piston engine. The free piston machine in 1 with internal overheating rooms, the basic function is clear and is therefore used for essential description. It consists of the cylinder 1 which is stepped. At the inner part are the impression cylinders 4 and 5 , These cylinders have a smaller diameter than the external intake cylinders 49 and 50 , The overheating rooms 2 and 3 are located in the pressure cylinders 4 and 5 , In the intake cylinders 49 and 50 are the suction chambers 27 and 28 and the pressure compensation rooms 14 and 15 , The impression cylinder 4 respectively. 5 are about the struts 16 firmly with the intake cylinders 49 respectively. 50 connected. Between the upper impression cylinder 5 and the lower pressure cylinder 4 is a heat exchanger 61 arranged.

In den Druck- und Ansaugzylinder ist ein Freikolben 9 angeordnet. Der Freikolben besteht aus einem oberen Ansaugkolben 47, der in dem oberen Ansaugzylinder 49 angeordnet ist, einem oberen Druckkolben 11, der in dem oberen Druckzylinder 5 angeordnet ist, einem unteren Druckkolben 10, der in dem unteren Druckzylinder 4 angeordnet ist und einem unteren Ansaugkolben 48, der in dem unteren Ansaugzylinder 50 angeordnet ist. Die Kolben sind über ein Kolbenrohr 6 fest mit einander verbunden, so dass der vollständige Freikolben 9 aus einer mechanisch verbundenen Einheit gebildet wird. Das Kolben-Zylindersystem ist zu beiden Seiten des Wärmeübertragers 61 baugleich ausgeführt. Am oberen Ansaugzylinder 49 ist für einen Lineargenerator 56 eine Spule 57 angebracht. Der Magnet 58 des Lineargenerators 56 ist über eine Verbindungsstange 7 mit dem Freikolben 9 verbunden.In the pressure and suction cylinder is a free piston 9 arranged. The free piston consists of an upper suction piston 47 in the upper intake cylinder 49 is arranged, an upper pressure piston 11 in the upper impression cylinder 5 is arranged, a lower pressure piston 10 which is in the lower pressure cylinder 4 is arranged and a lower suction piston 48 in the lower intake cylinder 50 is arranged. The pistons are over a piston tube 6 firmly connected with each other, leaving the complete free piston 9 is formed of a mechanically connected unit. The piston-cylinder system is on both sides of the heat exchanger 61 identical construction. At the upper intake cylinder 49 is for a linear generator 56 a coil 57 appropriate. The magnet 58 of the linear generator 56 is over a connecting rod 7 with the free piston 9 connected.

Im Bereich des oberen Ansaugkolbens 47 ist in dem Kolbenrohr 6 das obere Steuerventil 19 und das obere Differenzdruckventil 37 und im Bereich des unteren Ansaugkolbens 48 ist das untere Steuerventil 20 und das untere Differenzdruckventil 38 eingebaut.In the area of the upper intake piston 47 is in the piston tube 6 the upper control valve 19 and the upper differential pressure valve 37 and in the area of the lower intake piston 48 is the lower control valve 20 and the lower differential pressure valve 38 built-in.

Da die Freikolbenmaschine auf beiden Seiten des Wärmeübertragers 61 spiegelgleich ausgeführt ist, wird die weitere Anordnung stellvertretend nur für die untere Seite für die Abwärtsbewegung des Freikolbens 9 beschrieben. Die Bezugszeichen für die obere spiegelgleiche Seite bei Aufwärtsbewegung des Freikolbens 9 werden in Klammern angegeben. Der Freikolben 9 kann sich über die konstruktiv festgelegte Hublänge, die durch die Baulänge des Ansaugzylinders bestimmt wird, frei bewegen. Der Antrieb des Verdichters erfolgt durch eine unabhängige Wärmequelle. Dem unteren Überhitzungsraum 2 (3) wird von außen über eine fremde Wärmequelle thermische Energie zugeführt. Der untere Überhitzungsraum 2 (3) steht in dieser Betriebsphase mit dem unteren Ansaugraum 28 (27) über den Wärmeübertrager 61 in Verbindung. Das Steuerventil 20 (19) ist geöffnet, so dass der Kältemitteldampf von dem Ansaugraum 28 (27) über den Wärmeübertrager 61 in den Überhitzungsraum 2 (3) strömt.Because the free piston engine on both sides of the heat exchanger 61 is executed mirror-like, the further arrangement is representative only for the lower side for the downward movement of the free piston 9 described. The reference numerals for the upper mirror-like side with upward movement of the free piston 9 are given in brackets. The free piston 9 can move freely over the design-defined stroke length, which is determined by the overall length of the intake cylinder. The compressor is driven by an independent heat source. The lower overheating room 2 ( 3 ) is supplied from the outside via a foreign heat source thermal energy. The lower overheating room 2 ( 3 ) is in this phase of operation with the lower intake 28 ( 27 ) over the heat exchanger 61 in connection. The control valve 20 ( 19 ) is opened so that the refrigerant vapor from the suction chamber 28 ( 27 ) over the heat exchanger 61 in the overheating room 2 ( 3 ) flows.

Die Ventile sind in der geschlossenen Stellung als schwarz gefüllter Kreis und in der offenen Stellung als ungefüllter Kreis dargestellt. Das untere Steuerventil 20 (19) wird in der am Ende des Hubes des Freikolbens 9 nach unten durch den unteren Steuerventilschließer 22 (21) geschlossen und am Ende seines Hubes nach oben durch den unteren Steuerventilöffner 24 (23) wieder geöffnet. Hinter dem unteren Steuerventil 20 (19) befindet sich ein einstellbares unteres Differenzdruckventil 38 (37). Das untere Differenzdruckventil 38 (37) öffnet, wenn der Druck im unteren Überhitzungsraum 2 in der komprimierenden Phase um einen festgelegten Betrag höher als im oberen Überhitzungsraum 3, der sich gerade in der ausstoßenden Phase befindet, liegt. Dadurch wird erreicht, dass während der Verdichtung das Kältemittel in dem gasförmigen bzw. transkritischen Gebiet bleibt und eine ausreichende Kraft zur Bewegung des Freikolbens 9 aufgebracht wird. Die Bewegung des Freikolbens 9 wird weiter von dem Massenstrom bestimmt, der durch das Expansionsventil 39 fließt. Als Expansionsventile 39 kommen thermostatische oder elektronisch regelbare zum Einsatz. Mit einer integrierten Sicherheitsfunktion im Expansionsventil 39 werden kritische Druckbelastungen ausgeschlossen. Der untere Ansaugraum 28 (27) ist mit dem unteren Ansaugventil 30 (29) abgesperrt und bildet mit dem unteren Überhitzungsraum 2 (3), der durch das untere Ausstoßventil 34 (33) abgesperrt ist, einen geschlossenen Raum. Auf den unteren Ansaugkolben 48 (47) wirken auf beide Kolbenflächen annähernd gleiche Drücke des angesaugten Kältemitteldampfes, so dass dadurch keine Kraft auf den Freikolben 9 wirkt. Bei geöffnetem oberen Ansaugventil 29 (30) und oberen Druckausgleichventil 13 (12) wird bei der Bewegung des Freikolbens 9 nach unten der obere Ansaugraum 27 (28) über die obere Ansaugleitung 77 (78) mit Kaltdampf gefüllt. Der obere Ansaugraum 27 (28) und der Druckausgleichraum 15 (14) wird bei geöffneten Druckausgleichventil 13 (12) der Druckausgleich hergestellt, so dass auch von dem oberen Ansaugzylinder 47 keine Kraft auf den Freikolben 9 ausgeübt wird. Zwischen dem oberen Druckausgleichraum 15 (14) und dem unteren Druckausgleichraum 14 (15) ist eine Umströmleitung 43 angeordnet. In dieser Umströmleitung 43 befindet sich das Umströmventil 8. Das Umstromventil 8 ist in der Regel geöffnet. Die Druckausgleichräume 14 und 15 besitzen bei jeder Position des Freikolbens 9 in Summe das gleiche Volumen und beeinflussen den Prozess deshalb nicht. Die Kraft für die Bewegung des Freikolbens 9 wird durch die Druckdifferenz zwischen dem Druck im unteren 2 und oberen Überhitzungsraum 3 aufgebracht. Die Druckkolben 10 und 11 arbeiten gegen atmosphärischen Druck.The valves are shown in the closed position as a black filled circle and in the open position as an unfilled circle. The lower control valve 20 ( 19 ) is in the at the end of the stroke of the free piston 9 down through the lower control valve closer 22 ( 21 ) closed and at the end of its stroke up through the lower control valve opener 24 ( 23 ) opened again. Behind the lower control valve 20 ( 19 ) is an adjustable lower differential pressure valve 38 ( 37 ). The lower differential pressure valve 38 ( 37 ) opens when the pressure in the lower superheat room 2 in the compressing phase by a fixed amount higher than in the upper superheat space 3 which is currently in the ejection phase lies. This ensures that during the compression, the refrigerant remains in the gaseous or transcritical region and sufficient force to move the free piston 9 is applied. The movement of the free piston 9 is further determined by the mass flow passing through the expansion valve 39 flows. As expansion valves 39 thermostatic or electronically controllable are used. With an integrated safety function in the expansion valve 39 critical pressure loads are excluded. The lower intake chamber 28 ( 27 ) is with the lower intake valve 30 ( 29 ) and forms with the lower superheat space 2 ( 3 ) passing through the lower discharge valve 34 ( 33 ) is closed off, a closed room. On the lower suction piston 48 ( 47 ) act on both piston surfaces approximately equal pressures of the sucked refrigerant vapor, so that thereby no force on the free piston 9 acts. With the upper intake valve open 29 ( 30 ) and upper pressure compensation valve 13 ( 12 ) becomes during the movement of the free piston 9 down the upper intake 27 ( 28 ) via the upper intake pipe 77 ( 78 ) filled with cold steam. The upper intake chamber 27 ( 28 ) and the pressure compensation room 15 ( 14 ) is opened with pressure compensation valve 13 ( 12 ) made the pressure equalization, so that also from the upper intake cylinder 47 no force on the free piston 9 is exercised. Between the upper pressure compensation room 15 ( 14 ) and the lower pressure equalization chamber 14 ( 15 ) is a bypass line 43 arranged. In this bypass 43 is the bypass valve 8th , The flow valve 8th is usually open. The pressure compensation rooms 14 and 15 own at everyone Position of the free piston 9 in sum, the same volume and therefore do not affect the process. The force for the movement of the free piston 9 is due to the pressure difference between the pressure in the bottom 2 and upper overheating room 3 applied. The pressure pistons 10 and 11 work against atmospheric pressure.

Der Lineargenerator 56 wird in das Kolben-Zylinder-System integriert. Der wechselnde Hub des thermischen Freikolbenverdichters bewirkt eine gegenläufige lineare Bewegung von Spule 57 und Magnet 58. Der dabei erzeugte Strom wird über einen netzsynchronen Wechselrichter 59 in eine verwertbare Wechselspannung oder in eine speicherfähige Gleichspannung gewandelt. Für die mobile Nutzung ist neben der direkten Klimatisierung die Unterstützung des elektrischen Antriebs in Hybridelektrokraftfahrzeugen anwendbar. Bei dem Einsatz von Lineargeneratoren 56 sind elektronisch geregelte Expansionsventile 39 besser geeignet, da sie sowohl den Kältekreislauf, als auch die Stromerzeugung unter Beachtung der Hubfrequenz bei verschiedenen Ventilstellungen im Kältekreis und den Drücken und Temperaturen bei den jeweiligen Betriebszuständen steuern.The linear generator 56 is integrated into the piston-cylinder system. The alternating stroke of the free-piston thermal compressor causes an opposite linear movement of the coil 57 and magnet 58 , The generated electricity is generated by a grid synchronous inverter 59 converted into a usable AC voltage or into a storable DC voltage. For mobile use, in addition to the direct air conditioning, the support of the electric drive in hybrid electric vehicles applicable. When using linear generators 56 are electronically controlled expansion valves 39 more suitable because they control both the refrigeration cycle, as well as the power generation under consideration of the stroke frequency at different valve positions in the refrigerant circuit and the pressures and temperatures at the respective operating conditions.

Für einen geregelten Betrieb des thermischen Verdichters ist es erforderlich, dass er in einem geschlossenen Kältekreis, wie in der 6, 7 und 8 dargestellt, integriert und betrieben wird. Dieser Kältekreis besteht neben dem thermischen Verdichter 40 aus dem Wärmeübertrager 41, dem Expansionsventil 39 und dem Verdampfer 42. Bei Bedarf wird in dem Kältekreis ein innerer Wärmetauscher 46 und anstelle des Expansionsventils 39 eine Expansions-Kompressions-Maschine 54 zur arbeitsleistenden Entspannung integriert. Die Antriebsenergie wird durch Wärmezufuhr über eine unabhängige Wärmequelle 17 an die Überhitzungsräume 2 und 3 des thermischen Verdichters 40 zugeführt.For a controlled operation of the thermal compressor, it is necessary that it in a closed refrigeration circuit, as in 6 . 7 and 8th represented, integrated and operated. This cooling circuit is next to the thermal compressor 40 from the heat exchanger 41 , the expansion valve 39 and the evaporator 42 , If necessary, in the refrigerant circuit an internal heat exchanger 46 and instead of the expansion valve 39 an expansion compression machine 54 integrated into the work-inducing relaxation. The drive energy is generated by supplying heat via an independent heat source 17 to the overheating rooms 2 and 3 of the thermal compressor 40 fed.

Auf diese Weise erfolgt mit dem thermischen Verdichter 40 Takt für Takt ein kontinuierlicher Ansaug- und Druckvorgang. Die Wärmeenergie zum Antrieb des thermischen Verdichters 40, die eine deutlich höhere Temperatur als die Eintrittstemperatur in den Wärmeübertrager 41 aufweisen muss, erfolgt über warme Fluide oder wird durch Verbrennungsgase von Brennern eingebracht. Das Volumenverhältnis zwischen dem unteren Ansaugraum 28 bei der oberen Position des Freikolbens 9 und dem unteren Überhitzungsraum 2 bei der unteren Position des Freikolbens 9 einschließlich des Volumens auf der Kältemittelseite des Wärmeübertragers 61 bestimmt das spezifische Volumen des Dampfes für die Betriebspunkte beim Ansaugen und am Ende der Kompression. Mit diesem Volumenverhältnis wird auch das Verdichtungsverhältnis bestimmt. Durch Begrenzung der Temperatur der Fremdenergiequelle oder durch Nutzung einer Fremdenergiequelle 17 mit einer konstanten Temperatur werden der Druck und die Temperatur des überhitzten Dampfes am Ende der Kompression festgelegt. Mit einem Expansionsventil 39 mit Sicherheitsfunktion wird eine zusätzliche Druck- und Massenstrombegrenzung erreicht. Mit der Massenstromreglung wird die Hubfrequenz des Freikolbens bestimmt, die über einen sehr großen Bereich variiert werden kann. Für die Stromerzeugung mit dem Lineargenerator 56 wird die Hubfrequenz vorzugsweise so gesteuert, dass sie konstant ist und stabil in den Frequenzbereich des Stromnetzes umgewandelt werden kann. Mit einem langsam laufenden thermischen Verdichter und längerem Hub kann man damit den Verschleiß senken und die Lebensdauer der Maschine bei gleicher Leistung verlängern. Je nachdem, ob der thermische Verdichter 40 als Kühlanlage oder als Wärmepumpe mit oder ohne Stromerzeugung eingesetzt wird, wird in Abhängigkeit des verwendeten Kältemittels der Zustand des Kältemittels am Ende der Kompression unter Berücksichtigung des spezifischen Volumens in das gasförmige oder transkritische Phasengebiet gelegt.This is done with the thermal compressor 40 Clock by cycle a continuous suction and printing process. The heat energy to drive the thermal compressor 40 , which is a significantly higher temperature than the inlet temperature in the heat exchanger 41 must be via hot fluids or is introduced by combustion gases from burners. The volume ratio between the lower intake chamber 28 at the upper position of the free piston 9 and the lower superheat room 2 at the lower position of the free piston 9 including the volume on the refrigerant side of the heat exchanger 61 Determines the specific volume of steam for the operating points during intake and at the end of the compression. With this volume ratio and the compression ratio is determined. By limiting the temperature of the external energy source or by using a foreign energy source 17 At a constant temperature, the pressure and temperature of the superheated steam are set at the end of the compression. With an expansion valve 39 with safety function, an additional pressure and mass flow limitation is achieved. With the mass flow control, the stroke frequency of the free piston is determined, which can be varied over a very wide range. For power generation with the linear generator 56 the stroke frequency is preferably controlled so that it is constant and can be stably converted into the frequency range of the power grid. With a slow-running thermal compressor and longer stroke, you can reduce wear and extend the life of the machine with the same performance. Depending on whether the thermal compressor 40 is used as a cooling system or as a heat pump with or without power generation, depending on the refrigerant used, the state of the refrigerant at the end of compression, taking into account the specific volume in the gaseous or transcritical phase region.

Für einige Prozesse ist es ausreichend, mit einem einzigen festgelegten Volumenverhältnis den Kreisprozess zu betreiben. Das ist besonders dann der Fall, wenn die Verdampfungs- und Überhitzungstemperatur annähernd konstant gefahren werden und die Temperatur der Wärmequelle 17 ebenfalls annähernd konstant zur Verfügung steht. Für eine Klimaanlage in Fahrzeugen steht beispielsweise aus dem Kühlwasserkreislauf eine annähernd konstante Wassertemperatur von ca. 90°C zur Verfügung. Die Verdampfungstemperatur liegt in der Regel zwischen 0 und 5°C. Damit sind die Bedingungen für einen thermischen Verdichter mit einem fest eingestellten Volumenverhältnis gut erfüllt. Insbesondere bei der Anwendung von R744 wird der Betriebspunkt am Ende der Kompression in den transkritischen Bereich mit einem sehr geringen spezifischen Volumen leicht erreicht, so dass nach der Entspannung eine große Enthalpiedifferenz für die Verdampfung zur Verfügung steht. Der Einfluss hoher Außentemperaturen, die bei mechanisch angetriebenen Kompressionskältemaschinen insbesondere im transkritischen Kreisprozess einen großen Hochdruckgaskühler für die Klimatisierung benötigen, wirkt sich bei dem thermischen Freikolbenverdichter unter Anwendung eines geeigneten Volumenverhältnisses nicht so erheblich aus. Man kann sogar auf den Wärmeübertrager 41 in dem Kreislauf verzichten. In dem Kreisprozess (6, 7, 8) wird deshalb mit dem Bypass-Ventil 53 und dem Ventil 81 die Umfahrung des Warmeübertragers 41 dargestellt.For some processes it is sufficient to run the cycle with a single fixed volume ratio. This is especially the case when the evaporation and overheating temperatures are driven approximately constant and the temperature of the heat source 17 is also approximately constant available. For an air conditioning in vehicles, for example, from the cooling water circuit is an approximately constant water temperature of about 90 ° C available. The evaporation temperature is usually between 0 and 5 ° C. Thus, the conditions for a thermal compressor with a fixed volume ratio are well met. In particular, when using R744, the operating point at the end of the compression in the transcritical region with a very small specific volume is easily reached, so that after the expansion a large enthalpy difference is available for the evaporation. The influence of high ambient temperatures, which require a large high-pressure gas cooler for air conditioning in mechanically driven compression refrigeration machines, in particular in the transcritical cycle process, does not have such a significant effect on the free-piston thermal compressor using a suitable volume ratio. You can even access the heat exchanger 41 abstain in the cycle. In the cycle ( 6 . 7 . 8th ) is therefore with the bypass valve 53 and the valve 81 the bypass of the heat exchanger 41 shown.

Bei einer Klimaanlage mit dem Kältemittel R744 besitzt der Kaltdampf bei 0°C ein spezifisches Volumen von ca. 0,010 m³/kg nach vollständiger Verdampfung. Mit einer Verringerung des spezifischen Volumens auf Werte <= 0,0015 m³/kg ergibt sich eine geeignete Verdampfungsenthalpie von 160 bis 180 kJ/kg zur Erzeugung von Klimakälte. Für die thermische Verdichtung ist deshalb das Volumen der Überhitzungsräume 2 bzw. 3 in Abhängigkeit von dem gewünschten Betriebspunkt am Ende der Kompression um bis zu 7 bis 10-fach größer zu wählen, als das der Ansaugräume 27 bzw. 28. Das gewünschte Volumenverhältnis zwischen Ansaugraum und Überhitzungsraum kann fast beliebig gewählt und an den Bedarf angepasst werden.In an air conditioner with the refrigerant R744, the cold vapor at 0 ° C has a specific volume of about 0.010 m ³ / kg after complete evaporation. With a reduction of the specific Volume to values <= 0.0015 m ³ / kg results in a suitable enthalpy of enthalpy of 160 to 180 kJ / kg for the production of air conditioning. For the thermal compression is therefore the volume of superheated spaces 2 respectively. 3 depending on the desired operating point at the end of the compression by up to 7 to 10 times greater than that of the suction chambers 27 respectively. 28 , The desired volume ratio between intake and superheat space can be chosen almost arbitrarily and adapted to the needs.

Bei verschiedenen Anwendungen verändern sich die Betriebsbedingungen des thermischen Verdichters im laufenden Kühl- oder Wärmepumpenprozess stark, so dass die Volumenverhältnisse zwischen Ansaugraum und Überhitzungsraum und damit die Verdichtungsverhältnisse an die Bedingungen angepasst werden müssen. In der 2 wird ein thermischer Verdichter mit innen liegenden Überhitzungsräumen dargestellt. Die thermodynamische Funktionsweise unterscheidet sich von der unter 1 dargestellten nur unwesentlich, so dass auf eine ausführliche Beschreibung der Anordnung und des Prozesses verzichtet wird. Die Besonderheit liegt in der Ausgestaltung der Druck- und der Ansaugkolben. Die Ansaugkolben 47 bzw. 48 besitzen ein oder mehrere Ansaugkolbenringe 25 und die Druckkolben 10 bzw. 11 besitzen ein oder mehrere Druckkolbenringe 26. Je nach Volumenbedarf sind die Ansaugkolbenringe 25 mit dem Ansaugkolben verbunden und führen die Bewegung des Ansaugkolbens mit aus. Die Funktion entspricht dann der in 1 dargestellten schematischen Konstruktion. Soll das Volumen im Ansaugraum verringert werden, werden die Ansaugkolbenringe mit dem Ansaugzylinder 49 bzw. 50 verbunden. Damit reduziert sich die wirksame Kolbenfläche. Das Volumen reduziert sich im Verhältnis der Fläche des Ansaugkolbenringes der nicht mehr mit dem Ansaugkolben verbunden ist. Die Änderung des Ansaugraumes durch die Ansaugkolbenringe wird parallel und gleichzeitig für den oberen und unteren Ansaugkolben vorgenommen. Die Anpassung des Volumens in den Überhitzungsräumen 2 bzw. 3 erfolgt auf analoge Weise. Durch verschiedene Kombinationen in den Ansaugräumen und den Überhitzungsräumen wird eine große Spanne von Volumenverhältnissen abgedeckt, so dass verschiedene Betriebsbedingungen mit dem thermischen Verdichter erzeugt werden können. Die Betriebsbedingungen werden in diskreten Stufen gesteuert eingestellt.In various applications, the operating conditions of the thermal compressor in the current cooling or heat pump process change greatly, so that the volume ratios between intake and superheat space and thus the compression ratios must be adapted to the conditions. In the 2 a thermal compressor is shown with internal overheating spaces. The thermodynamic mode of operation differs from that under 1 shown only insignificant, so that is dispensed with a detailed description of the arrangement and the process. The special feature lies in the design of the pressure and the suction piston. The suction piston 47 respectively. 48 have one or more Anskolbenkolbenringe 25 and the pressure pistons 10 respectively. 11 have one or more pressure piston rings 26 , Depending on the volume requirements are the Ansaugkolbenringe 25 connected to the suction piston and carry out the movement of the suction piston with. The function then corresponds to the in 1 illustrated schematic construction. If the volume in the suction chamber to be reduced, the Ansaugkolbenringe with the suction cylinder 49 respectively. 50 connected. This reduces the effective piston area. The volume is reduced in proportion to the area of the Ansaugkolbenringes which is no longer connected to the suction piston. The change of the suction space through the Ansaugkolbenringe is made in parallel and simultaneously for the upper and lower Ansaugkolben. The adaptation of the volume in the overheating rooms 2 respectively. 3 takes place in an analogous way. Various combinations in the suction chambers and the superheat spaces cover a wide range of volume ratios, so that different operating conditions can be created with the thermal compressor. The operating conditions are set controlled in discrete stages.

In der 3 ist ein thermischer Verdichter dargestellt, bei dem das Volumenverhältnis kontinuierlich gesteuert verändert werden kann. Die Volumenänderung wird über einen Zusatzfreikolben 18 mit einer Kolbensteuerung 31 vorgenommen. Der Zusatzfreikolben besteht aus einem oberen 33 und unteren Verdrängungskolben 34 mit gleichen Durchmessern. Die Verdrängungskolben sind mit einem Rahmen 44 so verbunden, dass eine Kolbensteuerung 31 das Schiebestück 32 axial bewegen kann. Die Verdrängungskolben 33 bzw. 34 sind in den Druckkolben 10 bzw. 11 so eingebaut, dass sie sich als Zuatzfreikolben 18 in dem Freikolben 9 bewegen können. Mit Hilfe der Kolbensteuerung 34 werden die Verdrängerkolben in ihrem Abstand voneinander verschoben, so dass bedarfsgerecht das Volumen im Überhitzungsräumen verändert wird und die gewünschten Betriebsbedingungen gesteuert eingestellt werden können. Dabei ist der Abstand der Innenflächen der Verdrängerkolben von maximal dem Abstand, den die Innenflächen der beiden Druckkolben untereinander besitzen bis minimal dem Abstand zwischen oberer und unterer Fläche der Überhitzungsräume, die an den Wärmeübertrager 61 grenzen, einstellbar.In the 3 a thermal compressor is shown, in which the volume ratio can be changed continuously controlled. The volume change is via an additional free piston 18 with a piston control 31 performed. The additional free piston consists of an upper one 33 and lower displacement pistons 34 with the same diameters. The displacement pistons are with a frame 44 connected so that a piston control 31 the sliding piece 32 can move axially. The displacement pistons 33 respectively. 34 are in the pressure piston 10 respectively. 11 installed so that they are used as additional free piston 18 in the free piston 9 can move. With the help of the piston control 34 the displacers are shifted in their distance from each other, so that the volume is changed in the overheating spaces as needed and the desired operating conditions can be controlled controlled. In this case, the distance of the inner surfaces of the displacer from a maximum of the distance between the inner surfaces of the two pressure pistons to each other to minimize the distance between the upper and lower surfaces of the superheat spaces, to the heat exchanger 61 borders, adjustable.

Mit den gesteuerten Anordnungen in den 2 und 3 werden geeignete Bauweisen dargestellt. Das Volumenverhältnis wird durch den gesteuerten Verdrängerkolben (3) oder durch Ringkolbenkombinationen (2) bedarfsgerecht eingestellt. Das festgelegte Volumenverhältnis zwischen den Ansaugräumen 14 bzw. 15 und den Überhitzerräumen 2 bzw. 3 muss bei variierenden Betriebsbedingungen angepasst werden. Durch eine Wahl von unterschiedlichen Volumina des jeweiligen Überhitzungs- und Ansaugraumes lassen sich verschiedene Betriebsbedingungen über einen weiten Bereich in abgestuften diskreten Schritten oder durch kontinuierliche Anpassung absichern und die Betriebspunkte am Ende der Kompression gesteuert auf die optimalen Bedingungen einstellen. Beispielsweise können unter Verwendung des Kältemittels R134a die Verdampfungstemperaturen von –30°C bis 10°C und die Kondensationstemperaturen von 20°C bis 80°C durch Volumenverhältnisse von dem 1,5 bis zum 20-fachen abgesichert werden. Die Funktionsweise wird dadurch abgesichert, dass die Steuerung in Abhängigkeit der Druck- und Temperaturverhältnisse im Ansaugraum zu denen im Überhitzungsraum erfolgt. Je größer der Unterschied zwischen Verdampfungs- und Kondensationstemperatur (im transkritischen Gebiet Heißgastemperatur) ist, umso größer ist der Unterschied zwischen den Ansaugräumen zu dem Überhitzungsräumen zu wählen.With the controlled arrangements in the 2 and 3 suitable constructions are presented. The volume ratio is determined by the controlled displacer ( 3 ) or by ring piston combinations ( 2 ) adjusted as needed. The fixed volume ratio between the suction chambers 14 respectively. 15 and the superheater rooms 2 respectively. 3 must be adapted to varying operating conditions. By choosing different volumes of the respective superheat and suction space, various operating conditions can be ensured over a wide range in graduated discrete steps or by continuous adjustment and the operating points at the end of the compression controlled to the optimum conditions. For example, using the refrigerant R134a, the evaporation temperatures of -30 ° C to 10 ° C and the condensation temperatures of 20 ° C to 80 ° C can be ensured by volume ratios of 1.5 to 20 times. The mode of operation is ensured by the fact that the control takes place as a function of the pressure and temperature conditions in the suction chamber to those in the superheat room. The greater the difference between evaporation and condensation temperature (in the transcritical region, hot gas temperature), the greater the difference between the suction chambers and the superheat spaces.

Im Gegensatz zu den in 1, 2 und 3 dargestellten Freikolbenmaschinen mit innen liegenden Überhitzungsräumen und einem Lineargenerator 56 an der Peripherie, besteht auch die Möglichkeit die Freikolbenmaschine mit den außen liegenden Überhitzungsräumen auszuführen. In der 4 und 5 sind geeignete Bauformen von außen liegenden Überhitzungsräumen als Teil eines Kolben-Zylindersystem dargestellt. Für eine gute und schnelle Wärmeübertragung werden die Überhitzungsräume mit einer möglichst großen Wärmeübertragungsfläche ausgeführt. Mehrere Rohrwärmeübertrager werden auf dem Boden des Druckzylinders 4 so angeordnet, dass sie in den Überhitzungsraum hineinragen. Über Kanäle im Körper des Druckzylinders wird Wärme von außen über ein Fluid zugeführt. Durch die zwangsgeführte Strömung des Kaltgases vorbei an den Rohrwärmeübertragern wird die Wärme auf das Kaltgas übertragen und dabei die Temperatur und der Druck in dem Überhitzungsraum erhöht. Die Rohrwärmeübertrager werden entweder durch eine Zirkulation eines Fluides (4) über ein Doppelrohr 75 oder über Heatpipewärmetauscher (5) mit dem Wärmerohr 76 mit Wärmeenergie von der Wärmequelle versorgt. Das Kaltgas wird über Leitbleche 71 und Leitrohre 72 vorbei an dem hineinragenden Rohrwärmeübertrager in Rohrhülsen 74 auf dem Druckkolben 10 bzw. 11 bis in den Überhitzungsraum geführt. Die Druckkolben 10 bzw. 11 sind an der Außenseite mit einer Isolation 73 beschichtet. In den 9 und 10 wird eine Anwendung des thermischen Verdichters 40 als Wärmepumpe mit einer Erdwärmesonde 84 als regenerative Energiequelle dargestellt. Mit einem Brenner 83 wird der Wärmeträger Wasser in üblicher Weise erwärmt und mit der Zirkulationspumpe 82 dem Wärmetauscher 61 im thermischen Verdichter 40 zugeführt. Diese Wärme dient als Antriebsenergie für den Verdichter. Der im Wärmetauscher 61 erwärmte Kältemitteldampf wird durch Steuerung über das obere 33 und untere Ausstoßventil 34 wechselseitig über die obere 35 und untere Ausstoßleitung 36 aus dem thermischen Verdichter 40 dem Wärmeübertrager 41 zugeleitet. Der thermische Verdichter 40 arbeitet in oben beschriebener Weise und fördert das komprimierte Arbeitsmittel unter hohem Druck und hoher Temperatur zu dem Wärmeübertrager 41 mit Hilfe seiner Hubarbeit. Mit der Hubbewegung des thermischen Verdichters 40 entsteht ein kontinuierlicher Massenstrom. Das Volumenverhältnis zwischen dem Ansaugraum zu dem Überhitzungsraum wird so gewählt, dass die Eintrittstemperatur des Kältemitteldampfes oberhalb der gewünschten Kondensationstemperatur für die Wärmeübertragung liegt. In dem Wärmeübertrager 41 wird die Wärme an den Heizkreislauf 85 übertragen. Die Verteilung des Wärmeträgers Wasser im Heizkreislauf 85 erfolgt mit einer Heizungspumpe 86. Der Kreislauf des Brenners 83 mit dem thermischen Verdichter 40 und der Heizkreislauf sowie eine Warmwasserbereitung (hier nicht dargestellt) können hydraulisch eingebunden werden, so dass Leistungsspitzen vom Brenner abgedeckt und Redundanzen in der Heizungsversorgung sichergestellt werden. Bei dem Wärmeübergang auf den Heizkreislauf 85 wird das Arbeitsmittel, ein übliches Kältemittel im Wärmeübertrager 41, abgekühlt und kondensiert. Nach der Wärmeabgabe wird das Arbeitsmittel im Expansionsventil 39 entspannt und stark abgekühlt. Das nach der Entspannung im gasförmig-flüssigen Zustand und unter geringem Druck vorliegende Arbeitsmittel wird in dem dargestellten Beispiel mit Hilfe der oberflächennahen Erdwärme vollständig verdampft und bringt damit regenerative Energie in das System ein. Dieses Arbeitsmittel ist nun in der Lage, Energie aus einer Niedrigtemperaturwärmequelle aufzunehmen. Der Wärmeübergang auf das Arbeitmittel erfolgt im Verdampfer 42. Das verdampfte Arbeitmittel wird wechselseitig über die obere 77 und untere Ansaugleitung 78 und gesteuert durch das obere 30 und untere Ansaugventil 29 dem thermischen Verdichter 40 zugeführt. In der 9 sind die Fließwege und gesteuerten Ventilstellungen während der Abwärtsbewegung des Freikolbens 9 und in der 10 während der Aufwärtsbewegung dargestellt. Die Integration des Lineargenerators 56 in andere Stromnetze wird hier nicht näher eingegangen. Neben der Erdwärme können auch andere Niedrigtemperaturwärmequellen oder auch andere thermische Antriebswärmequellen in das System integriert werden.Unlike the in 1 . 2 and 3 Free piston machines shown with internal overheating spaces and a linear generator 56 on the periphery, it is also possible to carry out the free-piston engine with the outer overheating spaces. In the 4 and 5 suitable designs of external overheating spaces are shown as part of a piston-cylinder system. For a good and fast heat transfer, the overheating rooms with the largest possible Heat transfer surface executed. Several tube heat exchangers are placed on the bottom of the pressure cylinder 4 arranged so that they protrude into the overheating room. Through channels in the body of the printing cylinder, heat is supplied from outside via a fluid. The positively driven flow of the cold gas past the tube heat exchangers, the heat is transferred to the cold gas and thereby increases the temperature and pressure in the superheat space. The tube heat exchangers are either by a circulation of a fluid ( 4 ) via a double pipe 75 or via heatpipe heat exchanger ( 5 ) with the heat pipe 76 supplied with heat energy from the heat source. The cold gas is via baffles 71 and guide tubes 72 past the protruding tube heat exchanger in tube sleeves 74 on the pressure piston 10 respectively. 11 led up to the overheating room. The pressure pistons 10 respectively. 11 are on the outside with an insulation 73 coated. In the 9 and 10 becomes an application of the thermal compressor 40 as a heat pump with a geothermal probe 84 represented as a regenerative energy source. With a burner 83 the heat transfer medium water is heated in the usual way and with the circulation pump 82 the heat exchanger 61 in the thermal compressor 40 fed. This heat serves as drive energy for the compressor. The in the heat exchanger 61 heated refrigerant vapor is controlled by the upper 33 and lower discharge valve 34 alternately over the top 35 and lower discharge line 36 from the thermal compressor 40 the heat exchanger 41 fed. The thermal compressor 40 works in the manner described above and promotes the compressed working fluid under high pressure and high temperature to the heat exchanger 41 with the help of his lifting work. With the lifting movement of the thermal compressor 40 creates a continuous mass flow. The volume ratio between the suction space to the superheat space is selected so that the inlet temperature of the refrigerant vapor is above the desired condensation temperature for the heat transfer. In the heat exchanger 41 the heat is transferred to the heating circuit 85 transfer. The distribution of the heat carrier water in the heating circuit 85 done with a heating pump 86 , The cycle of the burner 83 with the thermal compressor 40 and the heating circuit and a hot water supply (not shown here) can be hydraulically integrated, so that power peaks covered by the burner and redundancies in the heating supply are ensured. In the heat transfer to the heating circuit 85 becomes the working fluid, a common refrigerant in the heat exchanger 41 , cooled and condensed. After the heat release, the working fluid in the expansion valve 39 relaxed and cooled strongly. The working medium present after relaxation in the gaseous-liquid state and under low pressure is completely evaporated in the illustrated example with the aid of near-surface geothermal energy and thus brings regenerative energy into the system. This work equipment is now able to absorb energy from a low temperature heat source. The heat transfer to the working fluid takes place in the evaporator 42 , The evaporated working fluid is alternately over the top 77 and lower suction line 78 and controlled by the upper one 30 and lower intake valve 29 the thermal compressor 40 fed. In the 9 are the flow paths and controlled valve positions during the downward movement of the free piston 9 and in the 10 shown during the upward movement. The integration of the linear generator 56 in other power grids will not be discussed here. In addition to geothermal energy, other low-temperature heat sources or other thermal drive heat sources can be integrated into the system.

In analoger Weise ist auch eine Anwendung in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor ausführbar. In der 11 wird ein wassergekühlter Verbrennungsmotor 89 als thermische Antriebswärmequelle eingesetzt. Neben der Wärme aus dem Kühlwasserkreis des wassergekühlten Verbrennungsmotors 89 wird die Wärme auch aus dem Abgasstrom über einen Abgaswärmeübertrager 88 in den Heizkreis eingebracht. Zusätzlich wird mit einem Brenner 83 die Erwärmung des Wärmeträgers sicher gestellt, wenn der wassergekühlte Verbrennungsmotor 89 nicht betrieben wird und trotzdem Klimakälte oder elektrische Hilfsenergie über einen Lineargenerator 56 bereit gestellt werden muss. Bei der Anwendung in Fahrzeugen stehen die Klimatisierung und die Herstellung von Elektroenergie im Vordergrund. Das Volumenverhältnis zwischen dem Ansaugraum zu dem Überhitzungsraum wird im thermischen Verdichter 40 so gewählt, dass der Betriebpunkt des Kältemittels bei solchen Druck-/Temperaturbedingungen liegt, die eine Entspannung auf eine möglichst geringe Enthalpie erzeugen. Damit wird eine große Verdampfungswärme für die Kühlung über den Verdampfer 42 zur Verfügung gestellt. Bei Kältemitteln mit einer geringen kritischen Temperatur, wie beispielsweise R744, wird der Kältemitteldampf im transkritischen Bereich mit dem geeigneten Volumenverhältnis ohne Kühlung zu dem gewünschten Betriebspunkt gebracht. Hierzu erfolgt über das Bypass-Ventil 53 die Umgehung des Wärmeübertrages 41. Bei einem Betrieb unterhalb des kritischen Punktes des Kältemittels ist eine Kondensation des Kältemittels im Wärmeübertrager 41 vor der Entspannung über das Expansionsventil 39 erforderlich. Die Verdampfung des Kältemittels erfolgt im Verdampfer 42. Für den Fall, dass keine Klimakälte benötigt wird, erfolgt die Verdampfung in einem Wärmeübertrager 90, der über die Ventile 92 und 93 angesteuert und von der Motorabwärme gespeist wird. Damit kann der Kreisprozess auch vorrangig zur Erzeugung von Elektroenergie mit einem hier nicht dargestellten Lineargenerator 56 eingesetzt werden. Das verdampfte Arbeitmittel wird wechselseitig über die obere 77 und untere Ansaugleitung 78 und gesteuert durch das obere 30 und untere Ansaugventil 29 dem thermischen Verdichter 40 zugeführt. In der dargestellten Position befindet sich der Freikolben in der Abwärtsbewegung.In an analogous manner, an application in conjunction with an internal combustion engine can be carried out. In the 11 becomes a water-cooled internal combustion engine 89 used as a thermal drive heat source. In addition to the heat from the cooling water circuit of the water-cooled internal combustion engine 89 The heat is also from the exhaust gas flow through an exhaust heat exchanger 88 introduced into the heating circuit. In addition, with a burner 83 the heating of the heat carrier is ensured when the water-cooled internal combustion engine 89 is not operated and still air or electrical auxiliary energy via a linear generator 56 must be provided. When used in vehicles, the air conditioning and the production of electrical energy are in the foreground. The volume ratio between the suction space to the superheat space is in the thermal compressor 40 chosen so that the operating point of the refrigerant is at such pressure / temperature conditions that produce a relaxation to the lowest possible enthalpy. This creates a large heat of vaporization for cooling via the evaporator 42 made available. For low critical temperature refrigerants such as R744, the refrigerant vapor in the transcritical range of the appropriate volume ratio without refrigeration is brought to the desired operating point. This is done via the bypass valve 53 the circumvention of the heat transfer 41 , When operating below the critical point of the refrigerant is a condensation of the refrigerant in the heat exchanger 41 before relaxing over the expansion valve 39 required. The evaporation of the refrigerant takes place in the evaporator 42 , In the event that no air conditioning is needed, the evaporation takes place in a heat exchanger 90 that's about the valves 92 and 93 controlled and powered by the engine waste heat. Thus, the cycle can also primarily for the production of electric energy with a not shown here linear generator 56 be used. The evaporated working fluid is alternately over the top 77 and lower suction line 78 and controlled by the upper one 30 and lower intake valve 29 the thermal compressor 40 fed. In the position shown, the free piston is in the downward movement.

Bei der Anwendung von Verbrennungsmotoren im stationären Betrieb werden Niedrigtemperaturwärmequellen zur Verdampfung über den Verdampfer 42 genutzt.When stationary-mode internal combustion engines are used, low-temperature heat sources are vaporized via the evaporator 42 used.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Zylindercylinder

22

unterer Überhitzungsraumlower overheating room

33

oberer Überhitzungsraumupper overheating room

44

unterer Druckzylinderlower impression cylinder

55

oberer Druckzylinderupper impression cylinder

66

Kolbenrohrpiston tube

77

Verbindungsstangeconnecting rod

88th

Überströmventiloverflow

99

Freikolbenfree piston

1010

unterer Druckkolbenlower pressure piston

1111

oberer Druckkolbenupper pressure piston

1212

unteres Druckausgleichventillower pressure compensation valve

1313

oberes DruckausgleichventilUpper pressure compensation valve

1414

unterer Druckausgleichraumlower pressure compensation room

1515

oberer DruckausgleichraumUpper pressure compensation chamber

1616

Strebenpursuit

1717

Wärmequelleheat source

1818

ZusatzfreikolbenAdditional free piston

1919

oberes Steuerventilupper control valve

2020

unteres Steuerventillower control valve

2121

oberer SteuerventilschließerUpper control valve closer

2222

unterer Steuerventilschließerlower control valve closer

2323

oberer Steuerventilöffnerupper control valve opener

2424

unterer Steuerventilöffnerbottom control valve opener

2525

AnsaugkolbenringeAnsaugkolbenringe

2626

DruckkolbenringePressure piston rings

2727

oberer Ansaugraumupper intake chamber

2828

unterer Ansaugraumlower intake space

2929

oberes AnsaugventilUpper intake valve

3030

unteres Ansaugventillower intake valve

3131

Kolbensteuerungpiston control

3232

Schiebestücksliding piece

3333

oberer Verdrängerkolbenupper displacer

3434

unterer Verdrängerkolbenlower displacement piston

3535

obere Ausstoßleitungupper discharge pipe

3636

untere Ausstoßleitunglower discharge line

3737

oberes DifferenzdruckventilUpper differential pressure valve

3838

unteres Differenzdruckventillower differential pressure valve

3939

Expansionsventilexpansion valve

4040

Thermischer VerdichterThermal compressor

4141

WärmeübertragerHeat exchanger

4242

VerdampferEvaporator

4343

UmströmleitungUmströmleitung

4444

Rahmenframe

4545

Gebläsefan

4646

innerer Wärmetauscherinternal heat exchanger

4747

oberer Ansaugkolbenupper suction piston

4848

unterer Ansaugkolbenlower intake piston

4949

oberer Ansaugzylinderupper intake cylinder

5050

unterer Ansaugzylinderlower intake cylinder

5151

oberes Ausstoßventilupper discharge valve

5252

unteres Ausstoßventillower discharge valve

5353

Bypass-VentilBypass valve

5454

Expansions-Kompressions-MaschineExpansion compression machine

5555

Kompressionsventilcompression valve

5656

Lineargeneratorlinear generator

5757

SpuleKitchen sink

5858

Magnetmagnet

5959

Wechselrichterinverter

6060

Zylindereinheitcylinder unit

6161

WärmeübertragerHeat exchanger

6262

Öffner für oberes FüllventilOpener for upper filling valve

6363

Schließer für oberes FüllventilNormally open for upper filling valve

6464

Öffner für unteres FüllventilOpener for lower filling valve

6565

Schließer für unteres FüllventilNormally open for lower filling valve

6666

oberer Verdrängungszylinderupper displacement cylinder

6767

unterer Verdrängungszylinderlower displacement cylinder

6868

oberer KolbenanschlagUpper piston stop

6969

unterer Kolbenanschlaglower piston stop

7070

Kanalchannel

7171

Leitblechbaffle

7272

Leitrohrguide tube

7373

Isolationisolation

7474

Rohrhülsetubular sleeve

7575

Doppelrohrdouble tube

7676

Wärmerohrheat pipe

7777

obere Ansaugleitungupper suction line

7878

untere Ansaugleitunglower suction line

7979

oberes Füllventilupper filling valve

8080

unteres Füllventillower filling valve

8181

VentilValve

8282

Zirkulationspumpecirculation pump

8383

Brennerburner

8484

Erdwärmesondegeothermal probe

8585

Heizkreislaufheating circuit

8686

Heizungspumpeheat pump

8787

Turboladerturbocharger

8888

AbgaswärmeübertragerExhaust gas heat exchanger

8989

Wassergekühlter VerbrennungsmotorWater-cooled internal combustion engine

9090

WärmeübertragerHeat exchanger

9191

Motorkühlerradiator

9292

Bypass-VentilBypass valve

9393

VentilValve

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 102006001122 A1 [0008] DE 102006001122 A1 [0008]
• DE 102004056298 A1 [0008] DE 102004056298 A1 [0008]
• DE 19813220 A1 [0008] DE 19813220 A1 [0008]
• DE 10242271 B3 [0008] DE 10242271 B3 [0008]
• DE 102010007911 A1 [0008] DE 102010007911 A1 [0008]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

• de.wikipedia.org/wiki/Kältemaschine – Stand 03.06.2011 [0003] en.wikipedia.org/wiki/Kältemaschine - as of 03.06.2011 [0003]
• www.jan-w-hartmann.de/Sims/Sondermann_2009-11-30.pdf – Stand 22.05.2011 [0007] www.jan-w-hartmann.de/Sims/Sondermann_2009-11-30.pdf - Stand 22.05.2011 [0007]
• www.otag.de/download-data/090916_factsheet_lion-Powerblock_oil.pdf – Stand 22.05.2011 [0007] www.otag.de/download-data/090916_factsheet_lion-Powerblock_oil.pdf - Stand 22.05.2011 [0007]

Claims (2)

Verfahren zur Erzeugung von Wärme und Kälte für einen linkslaufenden Kreisprozess mit einem thermisch angetriebenen Verdichter, gekennzeichnet dadurch, dass angesaugter kalter Kältemitteldampf in einem Kolbenzylinder-System unter Zuführung von Wärme ventilgesteuert durch Bewegung des Kolbens mit einem inneren Strömungsausgleich von einem großen Raum in einen kleineren Raum überführt und dabei gleichzeitig Druck und Temperatur erhöht wird, wobei der größere Raum als Überhitzer wirkt, und der überhitzte Dampf über Wärmetauscher in bekannter Weise in einem Heizkreis abgekühlt, entspannt, von einer Wärmequelle mit geringer Temperatur verdampft und zum Ausgangspunkt des Kreisprozesses gefördert wird.A method for generating heat and cold for a left-handed cyclic process with a thermally driven compressor, characterized in that sucked cold refrigerant vapor in a piston-cylinder system under the supply of heat valve controlled by movement of the piston with an internal flow equalization of a large space in a smaller space transferred and while pressure and temperature is increased, the larger space acts as a superheater, and the superheated steam cooled by heat exchanger in a known manner in a heating circuit, relaxed, evaporated by a heat source with low temperature and promoted to the starting point of the cycle. Anordnung zur Erzeugung von Wärme und Kälte für einen linkslaufenden Kreisprozess mit einem thermisch angetriebenen Verdichter, gekennzeichnet dadurch, dass der thermal angetriebene Verdichter als Freikolbenmaschine mit einer spiegelgleichen oberen und unteren Kolben-Zylinder-Anordnung und einer Ventilsteuerung ausgebildet ist, wobei der Freikolben bei einzustellender Ventilsteuerung bewegt und für einen kontinuierlichen Kreisprozess den Ansaugvorgang des Kaltdampfes, die Verdichtung und Überhitzung des Dampfes und das Ausstoßen des erzeugten Heißdampfes bewirkt.Arrangement for generating heat and cold for a clockwise cyclic process with a thermally driven compressor, characterized in that the thermally driven compressor is designed as a free piston engine with a mirror-like upper and lower piston-cylinder assembly and a valve control, wherein the free piston at valve timing to be adjusted moved and for a continuous cycle process the suction of the cold vapor, the compression and overheating of the steam and the ejection of the generated superheated steam causes.

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