KR20070043772A - 열 기관 - Google Patents

열 기관 Download PDF

Info

Publication number
KR20070043772A
KR20070043772A KR1020077000233A KR20077000233A KR20070043772A KR 20070043772 A KR20070043772 A KR 20070043772A KR 1020077000233 A KR1020077000233 A KR 1020077000233A KR 20077000233 A KR20077000233 A KR 20077000233A KR 20070043772 A KR20070043772 A KR 20070043772A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat exchanger
high pressure
ambient
heat
pressure tank
Prior art date
Application number
KR1020077000233A
Other languages
English (en)
Inventor
스티브 하그리브스
프란쯔 피터 제겔
베른트 피터 파이페르
Original Assignee
인터내셔널 이노베이션즈 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 인터내셔널 이노베이션즈 리미티드 filed Critical 인터내셔널 이노베이션즈 리미티드
Publication of KR20070043772A publication Critical patent/KR20070043772A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/003—Devices for producing mechanical power from solar energy having a Rankine cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/0055—Devices for producing mechanical power from solar energy having other power cycles, e.g. Stirling or transcritical, supercritical cycles; combined with other power sources, e.g. wind, gas or nuclear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/70—Application in combination with
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/20—Solar thermal
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
  • Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Thermotherapy And Cooling Therapy Devices (AREA)
  • Details Of Heat-Exchange And Heat-Transfer (AREA)
  • Other Air-Conditioning Systems (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

본 발명은 제1 온도 레벨에서 주위 환경과 열을 교환하는 제1 주위 열교환기(1), 제2 온도 레벨에서 주위 환경과 열을 교환하는 제2 주위 열교환기(2), 고압 작동 매체를 수용하는 제1 고압 탱크(11), 고압 작동 매체를 수용하는 제2 고압 탱크(12), 상기 고압 탱크(11, 12) 중 하나로부터 배출되는 작동 매체로부터 기계적인 일을 생성하는 작동 기계(31), 및 이러한 과정의 진행을 제어하는 제어 장치(42)를 포함하는 열 기관에 관한 것이다. 고압 탱크(11)가 주위 열교환기(1, 2)와 공간적으로 분리되고 상기 제1 주위 열교환기(1)에 연결될 수 있는 제1 열교환기(21)를 구비하고, 제2 고압 탱크(12)가 상기 주위 열교환기(1, 2)와 공간적으로 분리되고 상기 제2 주위 열교환기(2)에 연결될 수 있는 제2 열교환기(22)를 구비하는 사실에 의하여 고효율 및 높은 유연성이 달성된다.
열교환기, 탱크, 작동 매체, 작동 기계, 집열기, 기관, 열, 고압

Description

열 기관{HEAT ENGINE}
본 발명은 제1 온도 레벨에서 주위 환경과 열을 교환하는 제1 주위 열교환기, 제2 온도 레벨에서 주위 환경과 열을 교환하는 제2 주위 열교환기, 고압 작동 매체를 수용하는 제1 고압 탱크, 고압 작동 매체를 수용하는 제2 고압 탱크, 상기 고압 탱크 중 하나로부터 배출되는 작동 매체로부터 기계적인 에너지를 생성하는 작동 기계, 및 이러한 과정의 진행을 제어하는 제어 장치를 갖는 열 기관에 관한 것이다.
자연적으로 발생되는 온도 차이를 이용함으로써 기계적인 일을 얻는 것이 가능하다는 것이 공지되어 있다. 이러한 목적을 위하여 태양열 시스템(solar system) 또는 대지-대-공기 열교환기(earth-to-air heat exchanger)로부터의 열이 사용될 수 있다.
가열 목적을 위하여 열을 얻는데 부가하여 전력을 얻는 터빈을 포함하는 빌딩용 태양열 시스템이 미국 특허 번호 5,259,363 A호에 공지되어 있다. 터빈은 작동 유체가 열을 공급함으로써 증발된 후, 터빈에서 팽창되고, 공급 펌프에 의하여 응축되고 다시 작동 압력으로 되는, 종래의 사이클 과정의 부품이다. 이러한 시스템은 최적의 조건 하에서 확실히 효율적일 수 있지만, 환경 조건이 유동적이거나 또는 부적당할 때는 비교적 작은 유연성(flexibility)을 나타낸다.
국제 특허 WO 02/075154 A호는 태양열 에너지 및/또는 주위 열에 의하여 기체를 응축하는 장치를 개시하고 있다. 이러한 장치에서, 주위 환경과 열 교환을 위한 집열기(collectors)로서도 구성되는 고압 열교환기가 사용된다. 고압 열교환기는 태양열 집열기로 구성될 수 있다. 공압 실린더(pneumatic cylinder)가 고압 열교환기의 고압부로부터 고압 매체를 팽창시키는 작동 기계로서 제공된다. 압력 평형에 도달된 후, 고압 열교환기의 고압부에서 처리되는 작동 매체가 새로운 작동 사이클의 개시를 가능하게 하기 위하여 보충된다. 공지된 이러한 종류의 장치에서는, 열, 냉각 및 기계적인 에너지를 동시에 사용하거나 또는 생성하는 것이 가능하다; 그러나, 과정의 효율이 매우 낮고, 상이한 조건 및 주위 상태에 대한 가능한 조절에 대하여 유연성이 제한적이다. 공지된 방식의 추가 단점은 주위 열교환기로 사용되는 집열기가 동시에 고압 탱크로 구성되며, 즉 매우 견고한 기계 장치를 구비할 필요가 있다는 것이다. 이것은 대부분 구성상의 노력을 증가시킨다.
스위스 특허 CH 647 590 A호는 저급 열원으로부터 유용한 에너지를 얻는 방법 및 장치를 개시한다. 이러한 장치는 실시예에서 분자 체 제올라이트(molecular sieve zeolite)로 충전되는 고압 탱크를 포함할 수 있다.
본 발명의 목적은 상기의 단점을 방지하고 유효한 온도 레벨을 최적으로 이용하고 고 효율을 달성하는 상기에서 언급한 종류의 열 기관을 제공하는데 있다. 또한, 단순한 구조의 구성이 달성된다. 본 발명의 다른 목적은 고 효율 및 높은 유연성을 가능하게 하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따라서, 제1 고압 탱크는 주위 열교환기와 공간적으로 분리되고 상기 주위 열교환기와 연결될 수 있는 제1 열교환기를 포함하고, 제2 고압 탱크는 제2 주위 열교환기와 공간적으로 분리되고 제2 주위 열교환기와 연결될 수 있는 제2 열교환기를 포함하고, 작동 기계와 기계적으로 결합되는 컴프레서가 구비되고, 바람직하게는 상기 컴프레서는 고압 컴프레서로 이루어지는 열 기관이 제공된다. 따라서 작동 매체를 저장하거나 또는 작동 매체를 필요에 따라 처리하기 위하여 작동 매체를 고압으로 되게 하는 것이 가능하다.
한편, 본 발명의 관련 실시예에 따르면 작동 매체가 열 에너지를 변환하도록 사용되고, 작동 매체는 고 효율을 달성하기 위하여 고압 하에 있게 된다. 다른 한편, 가열과 냉각을 직접 전환하는 것이 가능하기 때문에, 집열기의 공간 분리, 즉 주위 열교환기에 의하여 상당히 신속한 작동 사이클이 달성될 수 있다. 본 발명에 다른 시스템의 다른 장점은, 작동 매체가 고압 탱크 사이에서 앞뒤로 실질적으로 흐르기 때문에, 고압 탱크를 작동 매체로 충전하기 위하여 어떠한 공급 펌프도 필요하지 않다는 것이다. 저압 매체가 주위 열교환기를 통하여 흐르기 때문에, 태양열 집열기, 대지-대-공기 열교환기 등이 사용될 수 있으며, 이것은 구조의 구성을 단순화시키고 비용을 저감시킨다.
본 발명의 고유한 장점은 구성 부품을 분리시킴으로써 현재 이용가능한 온도 레벨의 이용에 대한 높은 유연성을 달성하는 것이 가능하다는 것이다.
작동 기계가 터빈으로 이루어질 때, 구조에 대하여 특히 바람직한 본 발명의 실시예가 주어진다. 작동 기계는 가역적일 수 있고, 즉 양 방향으로 작동되며, 따라서 회로에 위치되는 필요 부품을 감소시킬 수 있다.
제1 고압 탱크는 제1 열교환기에 부가하여 제5 열교환기를 포함하고, 제2 고압 탱크는 제2 열교환기에 부가하여 제6 열교환기를 포함하는 방식으로 효율의 증가가 달성될 수 있다. 이것은, 제1 주위 열교환기가 제5 및 제6 열교환기와 선택적으로 연결될 수 있고, 제2 주위 열교환기가 제1 및 제2 열교환기와 선택적으로 연결될 수 있을 때, 이러한 연결에 있어서 특히 바람직하다. 바람직하게는 제5 및 제6 열교환기를 갖는 제1 주위 열교환기가 밀폐 열 전달 사이클에 배치되고, 제1 및 제2 열교환기를 갖는 제2 주위 열교환기가 추가 밀폐 열 전달 사이클에 배치되도록, 회로가 구성된다. 제1 및 제2 열교환기는 정상 상태에서 제1 및 제2 고압 탱크에 교대로 열을 공급하는데 사용되고, 열은 제5 및 제6 열교환기를 통하여 2개의 고압 탱크 중 다른 하나를 통하여 회수된다. 밤과 같은 특수한 작동 상태 하에서, 열은 예를 들면 태양열 집열기와 같이 열을 흡수하는데 대체로 사용되는 주위 열교환기를 통하여 방출될 수 있고, 열은 예를 들면 대지-대-공기 열교환기로 구성될 수 있는 다른 주위 열교환기를 통하여 흡수된다는 것을 알아야 한다. 본 발명에 따른 장치의 고유한 유연성의 결과로서, 열을 기계적인 일로 변환하기 위하여 이러한 특별한 주위 환경 조건을 사용하는 것도 가능하다. 특히, 빌딩 또는 설비를 가열 또는 냉각하기 위하여 주위 열교환기를 제공하는 것도 가능하다.
또한 작동 기계와 선택적으로 연결될 수 있는 제3 고압 탱크 및 제4 고압 탱크를 구비함으로써 실제로 유연성이 더욱 증가될 수 있다. 바람직하게는 제3 고압 탱크가 제3 열교환기를 포함하고 제4 고압 탱크가 제4 열교환기를 포함하는 방식으로, 열의 공급 및 배출이 이루어진다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따르면, 제3 열교환기 및 제4 열교환기가 컴프레서와 선택적으로 연결될 수 있다. 또한, 제3 열교환기 및 제4 열교환기는 추가 작동 기계와 선택적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제3 고압 탱크는 제3 열교환기에 부가하여 제7 열교환기를 포함하고, 제4 고압 탱크는 제4 열교환기에 부가하여 제8 열교환기를 포함하며, 상기 제7 및 제8 열교환기는 고압 열 전달 사이클에서 컴프레서 및 작동 기계와 특히 연결될 수 있다. 이와 같이, 광범위한 주위 조건의 이용에 대하여 이전에 비할 수 없는 가변성이 얻어진다. 추가 고압 완충 저장 유닛을 제공하여, 에너지 수요가 가용 에너지를 초과하는 단기 기간 동안 바람직하게 대응할 수 있다.
또한 본 발명은 열이 제1 온도 레벨에서 제1 주위 열교환기에 의하여 주위 환경으로부터 흡수되고 고압 탱크에 존재하는 고압하의 작동 매체에 전달되고, 작동 매체가 작동 기계에서 팽창되는 고압을 받고 있는 상태에서, 제2 주위 열교환기가 제2 온도 레벨에서 주위 환경과 열을 교환하는, 열 에너지를 기계적인 일로 변환하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방법은 고압 탱크가 제1 주위 열교환기 및 제2 주위 열교환기와 교대로 열적으로 연결되는 것을 특징으로 한다. 짧은 사이클 시간에 의하여 고 효율이 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 변형예에 따르면, 제2 고압 탱크는 제1 주위 열교환기 및 제2 주위 열교환기와 열적으로 연결되어, 제1 고압 탱크가 하나의 주위 열교환기와 열적으로 연결되고 제2 고압 탱크가 다른 하나의 주위 열교환기와 열적으로 연결된다.
본 발명의 방법은 특히, 제1 작동 사이클에서 작동 매체가 제1 열교환기를 통하여 제1 고압 탱크에서 가열되어, 제1 열교환기가 제1 주위 열교환기와 연결되고, 동시에 제2 고압 탱크가 제6 열교환기를 통하여 냉각되어, 제6 열교환기가 제2 주위 열교환기와 연결되고, 및 제2 작동 사이클에서 제2 고압 탱크의 작동 매체가 제2 열교환기를 통하여 가열되어, 제2 열교환기가 제1 주위 열교환기와 연결되고, 동시에 제1 고압 탱크가 제5 열교환기를 통하여 냉각되어, 제5 열교환기가 제2 주위 열교환기와 연결되도록 교대로 실행된다.
이하에서 첨부 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명이 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명의 기본 개념을 개략적으로 설명하는 개략적인 회로도를 도시한다.
도 2는 도 1의 회로도의 변형예를 도시한다.
도 3은 회로도의 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한다.
도 1은 본 발명의 기본 개념을 개략적으로 도시한다. 제1 주위 열교환기(1) 가, 예를 들면 태양열 집열기(solar collector)로 구성된다. 제2 주위 열교환기(2)는 지열 집열기(ground heat collector)이다. 상기 집열기가 100m 이상의 깊이에 이르기까지 천공된 구멍에 배치되는 지중 집열기(depth collector) 또는 넓은 표면 영역을 따라서 대략 1 내지 2m의 깊이로 지면에 매설되는 평판 집열기(flat collector)와 관계되는 것인지는 본 발명과 무관하다. 각각, 제1 열교환기(21) 및 제2 열교환기(22)를 포함하는 제1 고압 탱크(11) 및 제2 고압 탱크(12)는 제1, 제2 주위 열교환기(1, 2)와 공간적으로 분리되도록 제공된다. 선택 밸브(selector valve)(51)는 제1 주위 열교환기(1)가 제1 열교환기(21) 또는 제2 열교환기(22)와 선택적으로 연결되는 것을 보장한다. 동시에, 제2 주위 열교환기(2)는 각각 다른 열교환기(21, 22)와 연결된다. 순환 펌프(도시되지 않음)는 상기 제1 및 제2 주위 열교환기(1, 2)의 열 전달 사이클(heat carrier cycle)에 작동 매체의 전달을 보장한다. 제어 장치(42)는 선택 밸브(51)의 각각의 최적 전환을 보장한다. 각각의 열교환기(21, 22)에 의한 고압 탱크(11, 12) 중 하나의 가열의 결과로서, 상기 고압 탱크(11, 12)의 내부 압력이 증가되며, 따라서 다른 고압 탱크(12, 11)에 대하여 압력 차이를 발생시킨다. 상기 압력 차이는, 예를 들면 터빈으로 구성되는 작동 기계(working machine)(31)에 의하여 기계적인 일로 변환될 수 있다. 압력 평형에 도달된 후, 선택 밸브(51)는 역전되어, 다른 고압 탱크(12, 11)가 가열되고 작동 기계(31)에 의하여 다른 방향으로 팽창이 발생된다. 작동 기계(31)는 가역적 구성을 가질 수 있거나, 또는 밸브(52, 53, 54, 55)가 상기 고압 탱크(11, 12)와 작동 기계(31) 사이에 작동 매체의 필요한 유도를 보장하기 위하여 사용된다.
도 2의 실시예에서, 제1 주위 열교환기(1), 제1 열교환기(21), 제2 주위 열교환기(2) 및 제2 열교환기(22)가 밀폐 사이클(closed cycle)에서 연속적으로 전환되도록 냉매 사이클(coolant cycle)이 배치된다. 가역 순환 펌프(3)는 2 방향 중 어느 한 방향으로 선택적으로 상기 순환의 작동 매체를 펌핑할 수 있다. 순환 펌프(3)가 화살표(4)의 방향으로 구동되면, 주위 열교환기(2)로부터 열이 제1 열교환기(21)를 통하여 제1 고압 탱크(11)를 가열하는데 사용되며, 따라서 작동 매체가 보다 차가운 주위 열교환기(2) 내로 흐른 후 제2 열교환기(22)를 통하여 제2 고압 탱크(12)를 냉각한다. 순환 펌프(3)가 화살표(5)의 방향으로 작동 매체를 전달하기 위하여 역전되면, 제1 주위 열교환기(1)로부터 흐르는 작동 매체는 제2 열교환기(22)를 통하여 제2 고압 탱크를 가열하고, 그 후 제2 주위 열교환기(2)를 통하여 흐르고, 그 후 제1 열교환기(21)를 통하여 제1 고압 탱크(11)를 냉각한다. 나머지 회로는 실질적으로 도 1의 회로에 대응한다. 본 실시예에서, 임의의 특수한 밸브 없이, 2개의 고압 탱크(11, 12)의 가열과 냉각을 전환하는 것이 가능하다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 기본 작용 원리를 개략적으로만 도시한다. 다양한 방식으로 변경이 가능하다. 따라서 2개 이상의 고압 탱크(11, 21)를 제공하고 상기 고압 탱크를 미리 설정된 전환 사이클에 따라 주위 열교환기(1, 2)와 연결하며, 따라서 상기 고압 탱크를 가열하거나 또는 냉각하는 것이 가능하다.
도 3의 실시예에서, 제1 고압 탱크(11)는 제1 열교환기(21) 및 제5 열교환기(25)를 구비한다. 제2 고압 탱크(12)는 제2 열교환기(22) 및 제6 열교환기(26)를 구비한다. 제1 주위 열교환기(1)는 밸브(56, 57)를 통하여 제1 열교환기(21)와 제 2 열교환기(22)와 선택적으로 연결될 수 있다. 동시에, 제2 주위 열교환기(2)는 밸브(58, 59)를 통하여 제5 열교환기(25)와 제6 열교환기(26)와 선택적으로 연결될 수 있다. 작동 기계(31)는 밸브(52, 53)를 통하여 제1 고압 탱크(11) 및 제2 고압 탱크(12)와 연결된다. 2개의 고압 탱크(11, 12)의 가열과 냉각을 교대함으로써, 작동 기계(31)가 구동될 수 있어, 작동 매체가 고압을 갖는 고압 탱크(11, 12)에서 저압을 갖는 다른 고압 탱크(12, 11)로 팽창된다. 작동 매체의 압력은 대략 200바(bars)의 크기이며, 또한 300 바 이상까지로 될 수 있다. 제1 및 제2 고압 탱크(11, 12)는 밸브(61, 62, 63, 64)를 갖는 고압 라인을 통하여 제3 고압 탱크(13) 및 제4 고압 탱크(14)와 연결된다. 제3 고압 탱크(13)는 제3 열교환기(23) 및 제7 열교환기(27)를 포함하며, 제4 고압 탱크(14)는 제4 열교환기(24) 및 제8 열교환기(28)를 포함한다. 제3, 제4, 제7 및 제8 열교환기(23, 24, 27, 28)는 밸브(65, 66)를 통하여 컴프레서(compressor)(32)와 연결되며, 상기 컴프레서는 작동 기계(31)에 의하여 구동된다.
다수의 고압 완충 저장 유닛(buffer storage units)(41)이 밸브(61, 62, 63, 64)를 통하여 고압 탱크(11, 12, 13, 14)와 연결되고, 또한 제7 및 제8 열교환기(27, 28)와 연결된다. 또한, 고압 사이클은 제7 및 제8 열교환기(27, 28), 및 그 하류측에서 밸브(67, 68)를 통하여 제3 및 제4 열교환기(23, 24)와 연결되는 추가 작동 기계(33)와 연결된다.
본 발명에 따른 장치의 작동 특성이 이하에서 보다 상세하게 설명된다.
고압 탱크(11, 12)는 초기에, 예를 들면 200 바의 균일한 압력을 갖는 작동 매체로 충전되어 있다. 작동 매체는 공기일 수 있지만, 적합한 다른 기체와 관계될 수도 있다. 상기 주위 열교환기(1)의 단열을 통하여 또는 다른 가열 장치를 통하여 상기 주위 열교환기(1)의 온도가 상승되고, 상기 주위 열교환기(2)의 온도가, 예를 들면 빌딩 내부 또는 토양 내의 음지에 위치되어 있기 때문에 저하된다고 가정한다. 제1 작동 사이클에서, 밸브(56, 59)가 열리고 밸브(57, 58)는 닫힌다. 그것은 제1 고압 탱크(11)가 제1 열교환기(21)를 통하여 가열되지만, 제2 고압 탱크(12)가 제6 열교환기(26)를 통하여 냉각되기 때문이다. 온도의 증가를 통하여 증가되는 제1 고압 탱크(11)의 압력은 작동 기계(31)를 통하여 처리되고, 작동 매체는 제2 고압 탱크(12)로 공급된다. 작동 기계(31)는 작동 매체를 고압으로 압축하고 먼저 제7 및/또는 제8 열교환기(27, 28)로 안내하는 컴프레서(32)와 기계적으로 연결되고, 여기에서 압축열이 제3 및/또는 제4 고압 탱크(13, 14)에 전달된다. 작동 매체는 고압 완충 저장 유닛(41)의 고압 하에서 저장된다.
제1 고압 탱크(11)와 제2 고압 탱크(11, 12)의 가열 사이의 전환은 이미 상기의 설명에서 설명되었다. 다수의 사이클 후, 제3 및/또는 제4 고압 탱크(13, 14)의 온도 따라서 압력은 작동 매체가 추가 작동 기계(33)를 통하여 팽창되고 처리될 수 있는 범위까지 상승된다. 팽창되고 냉각된 작동 매체는 제3 및/또는 제4 열교환기(23, 24)로 안내되고, 각각의 고압 탱크(13, 14)를 냉각한다. 각각을 제어할 경우에, 빌딩 또는 설비를 냉각하도록 사용될 수 있는 냉매를 생성하는 것이 가능하다.
본 발명은 열 에너지를 고효율 및 최대의 유연성을 갖고 기계적인 일로 변환 하도록 한다.
본 발명은 제1 온도 레벨에서 주위 환경과 열을 교환하는 제1 주위 열교환기, 제2 온도 레벨에서 주위 환경과 열을 교환하는 제2 주위 열교환기, 고압 작동 매체를 수용하는 제1 고압 탱크, 고압 작동 매체를 수용하는 제2 고압 탱크, 상기 고압 탱크 중 하나로부터 배출되는 작동 매체로부터 기계적인 에너지를 생성하는 작동 기계, 및 이러한 과정의 진행을 제어하는 제어 장치를 갖는 열 기관에 이용될 수 있다.

Claims (32)

  1. 열 기관에 있어서,
    제1 온도 레벨에서 주위 환경과 열을 교환하는 제1 주위 열교환기(1), 제2 온도 레벨에서 주위 환경과 열을 교환하는 제2 주위 열교환기(2), 고압 하에서 작동 매체를 수용하는 제1 고압 탱크(11), 고압 하에서 작동 매체를 수용하는 제2 고압 탱크(12), 상기 고압 탱크(11, 12)로부터의 작동 매체의 팽창으로 기계적인 일을 얻는 작동 기계(working machine)(31), 및 이러한 과정을 제어하는 제어 장치(41)를 구비하고,
    상기 제1 고압 탱크(11)는 상기 주위 열교환기(1, 2)와 공간적으로 분리되고, 상기 제1 주위 열교환기(1)와 연결될 수 있는 제1 열교환기(21)를 포함하고,
    상기 제2 고압 탱크(12)는 상기 주위 열교환기(1, 2)와 공간적으로 분리되고 상기 제2 주위 열교환기(2)와 연결될 수 있는 제2 열교환기(22)를 포함하며,
    상기 작동 기계(31)와 기계적으로 연결되는 컴프레서(compressor)(32)가 제공되는
    것을 특징으로 하는 열 기관.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 작동 기계는 터빈으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열 기관.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 컴프레서(32)는 고압 컴프레서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열 기관.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 주위 열교환기(1)는 밀폐 열 전달 사이클(closed heat carrier cycle)에서 상기 제1 열교환기(21)와 제2 열교환기(22) 중 어느 하나 또는 양자 모두와 연결되는 것을 특징으로 하는 열 기관.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 주위 열교환기(2)는 밀폐 열 전달 사이클에서 상기 제1 열교환기(21)와 제2 열교환기(22) 중 어느 하나 또는 양자 모두와 연결되는 것을 특징으로 하는 열 기관.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 기계(31)는 가역적인 것을 특징으로 하는 열 기관.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 고압 탱크(11)는 상기 제1 열교환기(21)에 부가하여 제5 열교환기(25)를 포함하고, 상기 제1 고압 탱크(12)는 상기 제1 열교환기(22)에 부가하여 제6 열교환기(26)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 기관.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 주위 열교환기(1)는 상기 제5 및 제6 열교환기(25, 26)와 선택적으로 연결되고, 상기 제1 주위 열교환기(2)는 상기 제1 및 제2 열교환기(21, 22)와 선택적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 열 기관.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제5 및 제6 열교환기(25, 26)를 갖는 상기 제1 주위 열교환기(1)는 밀폐 열 전달 사이클에 배치되고,
    상기 제1 및 제2 열교환기(21, 22)를 갖는 상기 제2 주위 열교환기(2)는 추가 밀폐 열 전달 사이클에 배치되는 것을 특징으로 하는 열 기관.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 주위 열교환기(1) 또는 상기 제2 주위 열교환기(2)는 태양열 집열기(solar collector)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열 기관.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 주위 열교환기(1) 또는 상기 제2 주위 열교환기(2)는 대지-대-공기 열교환기(earth-to-air heat exchanger)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열 기 관.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 주위 열교환기(1) 또는 상기 제2 주위 열교환기(2)는 실내공간(rooms) 또는 설비의 가열 및 냉각 중 어느 하나 또는 양자 모두를 위한 열교환기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열 기관.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 기계(31)와 선택적으로 연결될 수 있는 제3 고압 탱크(13) 및 제4 고압 탱크(14)가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 열 기관.
  14. 제13항에 있어서,
    제3 고압 탱크(13) 및 제4 고압 탱크(14) 중 어느 하나 또는 양자 모두가 주위 환경에 대하여 단열되어 있는 것을 특징으로 하는 열 기관.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 제3 고압 탱크(13)는 제3 열교환기(23)를 포함하고, 상기 제4 고압 탱크(14)는 제4 열교환기(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 기관.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제3 열교환기(23) 및 제4 열교환기(24)는 상기 컴프레서(32)와 선택적으로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 열 기관.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 제3 열교환기(23) 및 제4 열교환기(24)는 추가 작동 기계(33)와 선택적으로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 열 기관.
  18. 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 고압 탱크(13)는 상기 제3 열교환기(23)에 부가하여 제7 열교환기(27)를 포함하고,
    상기 제4 고압 탱크(14)는 상기 제4 열교환기(24)에 부가하여 제8 열교환기(28)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 기관.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제7 열교환기(27) 및 상기 제8 열교환기(28)는 고압 열 전달 사이클에서 상기 컴프레서(32) 및 상기 작동 기계(31, 33)와 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 열 기관.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    고압 완충 저장 유닛(41)이 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 열 기관.
  21. 열이 제1 온도 레벨에서 제1 주위 열교환기(1)에 의하여 주위 환경으로부터 흡수되고 제1, 제2 고압 탱크(11, 12)에 존재하는 고압 하에서 작동 매체에 전달되고, 작동 매체가 작동 기계(31)에서 팽창되는 고압을 받는 상태에서, 제2 주위 열교환기(2)가 제2 온도 레벨에서 주위 환경과 열을 교환하는, 열 에너지를 기계적인 일로 변환하는 방법에 있어서,
    상기 제1 고압 탱크(11)는 상기 제1 주위 열교환기(1) 및 상기 제2 주위 열교환기(2)와 교대로 열적으로 연결되고,
    컴프레서(32)는 작동 매체 또는 추가 작동 매체를 압축하는 작동 기계(31)에 의하여 구동되는
    것을 특징으로 하는 열 에너지를 기계적인 일로 변환하는 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제2 고압 탱크(12)는 상기 제1 주위 열교환기(1) 및 상기 제2 주위 열교환기(2)와 열적으로 연결되어, 상기 제1 고압 탱크(11)가 상기 주위 열교환기(1, 2)와 열적으로 연결되고, 상기 제2 고압 탱크(12)가 다른 주위 열교환기(2, 1)와 열적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 열 에너지를 기계적인 일로 변환하는 방법.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서,
    상기 제1 고압 탱크(11)의 작동 매체는 제1 열교환기(21)를 통하여 가열되고 냉각되어, 상기 제1 열교환기(21)가 상기 제1 주위 열교환기(1) 및 상기 제2 주위 열교환기(2)와 교대로 연결되는 것을 특징으로 하는 열 에너지를 기계적인 일로 변환하는 방법.
  24. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 매체는 상기 제1 열교환기(21)를 통하여 상기 제1 고압 탱크(11)에서 가열되고 냉각되어, 상기 제1 열교환기(21)가 상기 제1 주위 열교환기(1) 및 상기 제2 주위 열교환기(2)와 교대로 연결되는 것을 특징으로 하는 열 에너지를 기계적인 일로 변환하는 방법.
  25. 제21항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 작동 사이클에서, 상기 작동 매체는 교대로 상기 제1 열교환기(21)를 통하여 상기 제1 고압 탱크(11)에서 가열되어, 상기 제1 열교환기(21)가 상기 제1 주위 열교환기(1)와 연결되고, 이와 동시에 상기 제2 고압 탱크(12)는 제6 열교환기(26)를 통하여 냉각되어, 상기 제6 열교환기(26)가 상기 제2 주위 열교환기(2)와 연결되고,
    제2 작동 사이클에서, 상기 제2 고압 탱크(12)의 작동 매체는 제2 열교환기(22)를 통하여 가열되어, 상기 제2 열교환기(22)가 상기 제1 주위 열교환기(1)와 연결되고, 이와 동시에 상기 제1 고압 탱크(11)가 제5 열교환기(25)를 통하여 냉각되어, 상기 제5 열교환기(25)가 상기 제2 주위 열교환기(2)와 연결되는 것을 특징 으로 하는 열 에너지를 기계적인 일로 변환하는 방법.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컴프레서(32)는, 제3 및 제4 열교환기(23, 24)를 통하여 교대로 제3 및 제4 고압 탱크(13, 14)에 존재하는 작동 매체에 열을 전달하는 작동 매체를 가열하는 것을 특징으로 하는 열 에너지를 기계적인 일로 변환하는 방법.
  27. 제21항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 고압 탱크(11, 12)로부터의 작동 매체 및 선택적으로 상기 제3 및 제4 고압 탱크(13, 14)로부터의 작동 매체는 추가 작동 기계에서 팽창되는 것을 특징으로 하는 열 에너지를 기계적인 일로 변환하는 방법.
  28. 제21항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 매체는 고압 하에서 추가 고압 완충 저장 유닛(41)에 저장되는 것을 특징으로 하는 열 에너지를 기계적인 일로 변환하는 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    압축 공기가 펌프, 제너레이터(generators), 차량 등과 같은 추가 작동 기계를 구동하는데 사용되는 작동 매체로서 사용되는 것을 특징으로 하는 열 에너지를 기계적인 일로 변환하는 방법.
  30. 제21항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열교환기(21, 22)의 교대식 전달은 컨베이어 펌프(conveyor pump)(3)를 역전시킴으로서 수행되는 것을 특징으로 하는 열 에너지를 기계적인 일로 변환하는 방법.
  31. 제21항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축 동안 발생되는 열은 빌딩 또는 설비를 가열하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 열 에너지를 기계적인 일로 변환하는 방법.
  32. 제21항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 팽창 동안 발생되는 냉각은 빌딩 또는 설비를 냉각하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 열 에너지를 기계적인 일로 변환하는 방법.
KR1020077000233A 2004-06-08 2005-06-06 열 기관 KR20070043772A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA995/2004 2004-06-08
AT0099504A AT414268B (de) 2004-06-08 2004-06-08 Wärmekraftmaschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20070043772A true KR20070043772A (ko) 2007-04-25

Family

ID=34981453

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020077000233A KR20070043772A (ko) 2004-06-08 2005-06-06 열 기관

Country Status (14)

Country Link
US (1) US20070240418A1 (ko)
EP (1) EP1759116B1 (ko)
JP (1) JP2008501885A (ko)
KR (1) KR20070043772A (ko)
CN (1) CN101010507A (ko)
AT (2) AT414268B (ko)
AU (1) AU2005252257A1 (ko)
BR (1) BRPI0511895A (ko)
CA (1) CA2569696A1 (ko)
DE (1) DE502005002841D1 (ko)
MX (1) MXPA06014278A (ko)
RU (1) RU2006147231A (ko)
WO (1) WO2005121551A1 (ko)
ZA (1) ZA200610262B (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101464351B1 (ko) * 2010-02-09 2014-11-24 쯔보 네이터지 케미컬 인더스트리 컴퍼니 리미티드 온도차 엔진 장치
KR101887141B1 (ko) * 2017-12-18 2018-08-09 한국건설기술연구원 극한지에서의 온도차에 따른 상변화 팽창매체의 이동을 이용한 발전장치 및 발전방법

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE533122C2 (sv) * 2008-03-12 2010-06-29 Oerjan Forslund Omvandlare av solenergi till elektricitet
CN101302945B (zh) * 2008-07-10 2011-04-27 张中和 通过流体温差产生能量的设备
EP2159496A1 (en) * 2008-08-29 2010-03-03 Vito NV Controller for energy supply systems
AT511637B1 (de) * 2011-06-20 2013-08-15 Innova Gebaeudetechnik Gmbh Technische anlage zur gasverdichtung mittels temperatur- und druckunterschieden
GB2497088A (en) * 2011-11-29 2013-06-05 Andrzej Plucinski Electricity generator powered by environmental heat sources
CN104061029B (zh) * 2014-05-16 2015-12-30 张中和 一种太阳能集热流体温差空气增压发电设备

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4584842A (en) * 1976-08-02 1986-04-29 Tchernev Dimiter I Solar refrigeration
US4202178A (en) * 1978-06-23 1980-05-13 Peterman Paul L Low-boiling liquid apparatus
FR2501302A1 (fr) * 1981-03-06 1982-09-10 Anvar Groupe de pompage a moteur mu par un fluide vaporise par l'energie solaire, avec un distributeur a commande electrique
US4993483A (en) * 1990-01-22 1991-02-19 Charles Harris Geothermal heat transfer system
US5259363A (en) * 1991-12-23 1993-11-09 Lolar Logistics, Inc. Solar roofing system
DE19713345A1 (de) * 1997-03-29 1998-10-01 Reschberger Stefan Vorrichtung zur Umwandlung von Wärmeenergie aus Solarkollektoren in elektrische Energie
JPH11294316A (ja) * 1998-04-08 1999-10-26 Naohisa Sawada 太陽熱を利用する発電方法
AT410966B (de) * 2001-03-16 2003-09-25 Bammer Peter Vorrichtung zum verdichten eines gases mittels sonnenenergie und/oder umgebungswärme
US6981377B2 (en) * 2002-02-25 2006-01-03 Outfitter Energy Inc System and method for generation of electricity and power from waste heat and solar sources
US6615601B1 (en) * 2002-08-02 2003-09-09 B. Ryland Wiggs Sealed well direct expansion heating and cooling system
US7234314B1 (en) * 2003-01-14 2007-06-26 Earth To Air Systems, Llc Geothermal heating and cooling system with solar heating

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101464351B1 (ko) * 2010-02-09 2014-11-24 쯔보 네이터지 케미컬 인더스트리 컴퍼니 리미티드 온도차 엔진 장치
KR101887141B1 (ko) * 2017-12-18 2018-08-09 한국건설기술연구원 극한지에서의 온도차에 따른 상변화 팽창매체의 이동을 이용한 발전장치 및 발전방법

Also Published As

Publication number Publication date
ATA9952004A (de) 2006-01-15
ZA200610262B (en) 2008-05-28
US20070240418A1 (en) 2007-10-18
AT414268B (de) 2006-10-15
DE502005002841D1 (de) 2008-03-27
WO2005121551A1 (de) 2005-12-22
CA2569696A1 (en) 2005-12-22
AU2005252257A1 (en) 2005-12-22
BRPI0511895A (pt) 2008-03-25
JP2008501885A (ja) 2008-01-24
MXPA06014278A (es) 2007-05-08
CN101010507A (zh) 2007-08-01
EP1759116A1 (de) 2007-03-07
RU2006147231A (ru) 2008-07-20
EP1759116B1 (de) 2008-02-13
ATE386210T1 (de) 2008-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20070043772A (ko) 열 기관
US10965191B2 (en) Thermodynamic system for storing/producing electrical energy
US5272879A (en) Multi-system power generator
JP5671548B2 (ja) 多段熱エネルギー貯蔵設備を備えた断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システム
JP5272009B2 (ja) エネルギ貯蔵
US7964787B2 (en) Hybrid solar power generator
CN100419349C (zh) 冷冻设备
JP2013531218A (ja) 圧縮ガスを用いる熱交換装置を有する熱エネルギー貯蔵および回収装置ならびにシステム
JP2013127245A (ja) 熱交換器を介して接続された貯蔵配列及びチャージング／ディスチャージング配列を有する熱エネルギ貯蔵及び回収システム
US20080148754A1 (en) Cryogenic cooling system with energy regeneration
CN102985782B (zh) 利用具有扩展热相互作用区域的换热器装置进行热能储存和回收
MX2013002944A (es) Un sistema y metodo para almacenar energia y purificar fluido.
CA2667354A1 (en) Thermal energy storage system using compressed air energy and/or chilled water from desalination processes
CN102947575B (zh) 外燃式闭式循环热机
JP2005257127A (ja) 自然冷媒ヒートポンプシステム
KR20210128438A (ko) 에너지 저장 플랜트 및 공정
WO2009035326A1 (en) Installation and method for the conversion of heat into mechanical energy
JP2008501885A5 (ko)
JP2021032252A (ja) 発電装置、システム、及び方法
KR101960572B1 (ko) 삼중발전 시스템
EP3807539A1 (en) Hybrid multistage gas compression/expansion systems and methods
KR20190133809A (ko) 태양광모듈 냉각시스템
US20080093050A1 (en) Method for the Operation of Systems Comprising Media Changing their State, Device and Use Thereof
AU2014202086B2 (en) Thermal energy storage system using compressed air energy and/or chilled water from desalination processes
RU2181864C1 (ru) Способ охлаждения рабочего тела и устройство для его осуществления

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid