RU2131987C1

RU2131987C1 - Hear-transfer apparatus using stirling-cycle principle

Info

Publication number: RU2131987C1
Application number: RU97116156A
Authority: RU
Inventors: Гюнтер Пешль
Original assignee: ППВ Фервальтунгс АГ
Priority date: 1995-03-27
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 1999-06-20
Also published as: JPH11502583A; DE19511215A1; DE59602171D1; EP0817907A1; AU5274896A; EP0817907B1; WO1996030638A1; ATE181140T1; KR19980703351A

Abstract

FIELD: thermal power stations. SUBSTANCE: heat- transfer apparatus 10 has working-gas loop 12 wherein gas producing its working heat is heated up in first heat exchanger to high temperature to make it capable of performing work and coolant loop 14 with second heat exchanger wherein working gas is cooled down upon completion of work. Mentioned first and second heat exchangers are, essentially, zeolite base heat storages 16, 18 whereto working gas is alternately supplied from working gas cylinder 11 or wherefrom it is discharged in response to commands from controller 67; zeolite base heat storages 16, 18 are actuated by controller 67 so that they can exchange heat with coolant loop 14. As distinct from standard Stirling engines which do not actually generate heat that could be considered as waste heat, here heat is transferred to coolant in the course of working gas adsorption in one of zeolite base heat storages and this heat transferred to heat exchanger is recovered again in the course of working gas desorption from zeolite in other heat storage. EFFECT: improved heat balance of power station due to heat recovery in heat storage. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к тепловым установкам такого типа, который охарактеризован в ограничительной части первого пункта формулы изобретения. The invention relates to thermal installations of the type described in the restrictive part of the first claim.

Двигатели Стирлинга известны, например, из справочника "Meyers Lexikon der Technik und der Exacten Naturwissenschaften", Bibliographisches Institut. Mannheim/Wien/Zurich, 1970, 589 или из проспекта "Entwicklungsarbeit am Stirlingmotor" фирмы SOLO Kleinmotoren GmbH, Sindelfingen. Данный проспект распространялся на Ярмарке Инноваций, проходившей в городе Феллбах (Fellbach) в Германии с 9 по 11 марта 1995 г. Stirling engines are known, for example, from the reference book "Meyers Lexikon der Technik und der Exacten Naturwissenschaften", Bibliographisches Institut. Mannheim / Wien / Zurich, 1970, 589 or from the prospectus "Entwicklungsarbeit am Stirlingmotor" of the company SOLO Kleinmotoren GmbH, Sindelfingen. This brochure was distributed at the Innovation Fair, held in Fellbach, Germany, from March 9 to 11, 1995.

Конструкция известных вариантов двигателя Стирлинга делает необходимым использование в них рабочего вещества, имеющего высокую температуру и давление, значения которых обычно доходят до 1000^oC и 300 атм. Кроме того, в качестве рабочего газа обычно применяется гелий. Работа при высоких значениях температуры и давления требует применения сложных массивных конструкций, обладающих высокой термостойкостью и устойчивостью к действию давления. Использование гелия создает существенные проблемы с уплотнением в связи с очень высокой скоростью диффузии гелия. Для достижения высоких температур требуется применение первого теплообменника, выполненного как нагреватель, который использует отходящие газы достаточно высокой температуры, за счет чего рабочее тело может быть нагрето в требуемой степени.The design of the known variants of the Stirling engine makes it necessary to use in them a working substance having a high temperature and pressure, the values of which usually reach 1000 ^o C and 300 atm. In addition, helium is usually used as the working gas. Operation at high temperatures and pressures requires the use of complex massive structures with high heat resistance and resistance to pressure. The use of helium creates significant problems with compaction due to the very high diffusion rate of helium. To achieve high temperatures, it is necessary to use a first heat exchanger designed as a heater that uses exhaust gases of a sufficiently high temperature, due to which the working fluid can be heated to the required degree.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании тепловой установки типа, охарактеризованного в ограничительной части первого пункта формулы изобретения, которая обеспечит значительное улучшение теплового баланса и, кроме того, сможет функционировать при существенно более низких значениях температуры и давления рабочего газа. The problem to which the present invention is directed, is to create a thermal installation of the type described in the restrictive part of the first paragraph of the claims, which will provide a significant improvement in heat balance and, in addition, will be able to function at significantly lower values of temperature and pressure of the working gas.

Решение этой задачи достигается благодаря совокупности существенных признаков, включенных в первый пункт формулы изобретения. The solution to this problem is achieved due to the combination of essential features included in the first claim.

В тепловой установке, выполненной в соответствии с настоящим изобретением, нагреватель, который обеспечивает высокую температуру, а также и радиатор, который служит только для отвода тепла, заменены аккумуляторами тепла на основе цеолита. Достоинство цеолита состоит в том, что он поглощает рабочий газ, который, согласно настоящему изобретению, поступает к нему как нагретый выхлопной газ из рабочего цилиндра тепловой установки. Рабочий газ встраивается в молекулярную решетку цеолита, что приводит к возникновению интенсивной экзотермической реакции, в результате которой поданный к цеолиту рабочий газ нагревается. Другими словами, в ходе этого процесса рабочий газ приводится в состояние, подобное переохлажденному, даже несмотря на то, что он нагревается. В связи с этим давление в аккумуляторе тепла на основе цеолита очень резко падает. В соответствии с имеющимся уровнем знаний о подобных процессах, можно предположить, что в цеолите возникает явление массопереноса, и это позволяет аккумулятору тепла адсорбировать очень большой объем рабочего газа, десятикратно превышающий объем цеолита. In a thermal installation made in accordance with the present invention, the heater, which provides high temperature, as well as the radiator, which serves only to remove heat, are replaced by heat accumulators based on zeolite. The advantage of the zeolite is that it absorbs the working gas, which, according to the present invention, flows to it as a heated exhaust gas from the working cylinder of the thermal installation. The working gas is embedded in the molecular lattice of the zeolite, which leads to an intense exothermic reaction, as a result of which the working gas supplied to the zeolite is heated. In other words, during this process, the working gas is brought into a state similar to supercooled, even though it is heated. In this regard, the pressure in the heat accumulator based on zeolite drops very sharply. In accordance with the existing level of knowledge about such processes, it can be assumed that mass transfer occurs in zeolite, and this allows the heat accumulator to adsorb a very large volume of the working gas, ten times the volume of zeolite.

Описанный процесс накапливания рабочего газа происходит поочередно в двух аккумуляторах тепла на основе цеолита. После того, как второй аккумулятор тепла оказывается также заполненным рабочим газом, адсорбированным на цеолите, рабочий газ из другого аккумулятора тепла, который был заполнен ранее, начинает отводиться в нагретом состоянии посредством десорбции с цеолита и используется в тепловой установке в качестве рабочего тела. Для этого необходим подвод тепла. Для его обеспечения через аккумулятор тепла, из которого нужно отвести запасенный в нем рабочий газ, по контуру теплоносителя пропускается газ-теплоноситель. Благодаря пропусканию через один из аккумуляторов тепла на основе цеолита теплоносителя, тепло которому было передано в рабочем цилиндре установки и/или в другом аккумуляторе тепла, где происходит адсорбция рабочего газа, в этом аккумуляторе тепла начинается эндотермическая реакция, в ходе которой рабочий газ высвобождается из цеолита. В ходе этого процесса рабочий газ нагревается в достаточной мере для того, чтобы выполнять работу в качестве рабочего тела в рабочем цилиндре установки. Запуск эндотермической реакции происходит в результате поступления тепла от теплоносителя. Таким образом, в соответствии с изобретением, тепло, выделяемое в рабочем цилиндре, полностью утилизуется для высвобождения запасенного рабочего газа. Благодаря этому тепловая установка согласно настоящему изобретению обеспечивает значительное улучшение теплового баланса по сравнению с известными тепловыми машинами Стирлинга, в которых отвод отходящего тепла осуществляется через радиатор (охладитель). Два аккумулятора тепла на основе цеолита действуют в тепловой установке по настоящему изобретению поочередно: в то время, как один из них обеспечивает снабжение нагретым рабочим газом, служащим рабочим телом в цилиндре тепловой установки, второй аккумулятор запасает рабочий газ и охлаждает его, и наоборот. Отходящее тепло в рабочем цилиндре утилизуется посредством теплоносителя для выведения из аккумулятора тепла рабочего газа, который ранее запас тепло в ходе его накапливания в этом аккумуляторе. The described process of accumulation of working gas occurs alternately in two heat accumulators based on zeolite. After the second heat accumulator is also filled with the working gas adsorbed on the zeolite, the working gas from another heat accumulator, which was previously filled, begins to be removed in the heated state by desorption from the zeolite and is used as a working fluid in the thermal installation. This requires a supply of heat. To ensure it, a heat gas is passed through the heat accumulator, from which it is necessary to divert the working gas stored in it, along the coolant circuit. Due to the passage of heat carrier through one of the heat-storage zeolite-based heat exchangers to which heat was transferred in the working cylinder of the installation and / or in another heat accumulator, where the working gas is adsorbed, an endothermic reaction begins in this heat accumulator, during which the working gas is released from the zeolite . During this process, the working gas is heated sufficiently to perform work as a working fluid in the working cylinder of the installation. The start of the endothermic reaction occurs as a result of heat from the coolant. Thus, in accordance with the invention, the heat generated in the working cylinder is completely utilized to release the stored working gas. Due to this, the thermal installation according to the present invention provides a significant improvement in heat balance compared to the known Stirling heat engines, in which the waste heat is removed through a radiator (cooler). Two zeolite-based heat accumulators operate alternately in the thermal installation of the present invention: while one of them provides a supply of heated working gas serving as a working fluid in the cylinder of the thermal installation, the second accumulator stores the working gas and cools it, and vice versa. The waste heat in the working cylinder is utilized by means of a heat carrier to remove heat from the working gas from the accumulator, which previously stored heat during its accumulation in this accumulator.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения отражены в зависимых пунктах формулы. Preferred embodiments of the invention are reflected in the dependent claims.

В качестве рабочего газа предпочтительно применяется газ с низкой температурой кипения. Достигаемое при этом преимущество состоит в том, что температура рабочего тела в состоянии, когда оно способно совершать работу, может быть низкой. Среди известных в настоящее время рабочих газов, которые пригодны для использования в качестве газов с низкой температурой кипения в установке по настоящему изобретению, особенно подходящим оказался углекислый газ (CO₂). CO₂ дает особенно сильную экзотермическую реакцию в аккумуляторе тепла на основе цеолита при адсорбции рабочего газа, что приводит к особенно высокой эффективности его охлаждения. В общем случае выгодно увеличивать разность температур горячей и холодной полостей тепловой машины. Данная выгода наиболее полно может быть реализована в случае, если рабочим газом является CO₂. Она связана с наличием так называемой "тепловой дыры", проявляющейся в повышенной способности цеолита к запасанию газа. Эта способность позволяет цеолиту адсорбировать значительно больший объем газа, чем его собственный объем. Цеолит ограничивает броуновское движение молекул (подобно тому, как это имеет место в процессах сжатия или переохлаждения) путем связывания их с молекулярной решеткой, что позволяет аккумулятору тепла накопить намного больший объем газа, чем это было бы возможно при нормальных значениях давления и температуры без использования цеолита.As the working gas, a gas with a low boiling point is preferably used. The advantage achieved in this case is that the temperature of the working fluid in a state when it is able to perform work can be low. Among the currently known working gases that are suitable for use as low boiling point gases in the apparatus of the present invention, carbon dioxide (CO ₂ ) has proven to be particularly suitable. CO ₂ gives a particularly strong exothermic reaction in a heat accumulator based on zeolite during adsorption of the working gas, which leads to a particularly high efficiency of its cooling. In the general case, it is advantageous to increase the temperature difference between the hot and cold cavities of the heat engine. This benefit can be most fully realized if the working gas is CO ₂ . It is associated with the presence of the so-called "thermal hole", manifested in the increased ability of the zeolite to store gas. This ability allows the zeolite to adsorb a much larger volume of gas than its own volume. Zeolite restricts the Brownian movement of molecules (similar to the process of compression or supercooling) by binding them to the molecular lattice, which allows the heat accumulator to accumulate a much larger volume of gas than would be possible at normal pressure and temperature without using zeolite .

Если, согласно одному из вариантов осуществления изобретения, тепловая установка дополнительно снабжается теплом, например от горелки или гелиоустановки, появляется возможность эффективно использовать ее в качестве блока тепловой электростанции для комбинированной выработки тепла и электроэнергии. В этом случае дополнительное тепло может быть эффективно передано теплоносителю в контуре теплоносителя, который в этом случае утилизует отходящую теплоту тепловой установки в сочетании с отходящей теплотой горелки, или с теплом, генерируемым гелиоустановкой. If, according to one embodiment of the invention, the heating installation is additionally supplied with heat, for example from a burner or solar installation, it becomes possible to effectively use it as a unit of a thermal power station for combined heat and power generation. In this case, additional heat can be effectively transferred to the coolant in the coolant circuit, which in this case utilizes the waste heat of the thermal installation in combination with the waste heat of the burner, or with the heat generated by the solar installation.

Фиг. 1 представляет собой схему тепловой установки согласно настоящему изобретению;
на фиг. 2 - схема блока тепловой электростанции, оснащенной тепловой установкой в соответствии с изобретением.FIG. 1 is a diagram of a thermal installation according to the present invention;
in FIG. 2 is a block diagram of a thermal power plant equipped with a thermal installation in accordance with the invention.

Как показано на фиг. 1, тепловая установка 10, работающая по принципу Стирлинга, содержит контур 12 рабочего тела (рабочего газа) и контур 14 теплоносителя, причем оба эти контура связаны с рабочим цилиндром 11. Контур рабочего газа содержит два теплообменника, каждый из которых состоит из аккумулятора 16, 18 тепла на основе цеолита. Контур 14 теплоносителя включает в себя две параллельные трубопроводные ветви 20, 22, которые проходят через аккумулятор 16, 18 тепла и подсоединены к общим трубопроводам 24 и 26, находящимся перед и за аккумуляторами тепла соответственно. Общий трубопровод 24 ведет от выхода 28 цилиндра 11 по теплоносителю к аккумуляторам 16, 18 тепла, а общий трубопровод 26 ведет ко входу 30 цилиндра 11 по теплоносителю. Кроме того, в общий трубопровод 26 включен третий теплообменник 32 вместе с насосом 34 для прокачки 15 теплоносителя по контуру 14 теплоносителя. В описываемом примере осуществления в качестве теплоносителя используется вода. Электромагнитные клапаны 36 и 38, с помощью которых можно перекрыть поток теплоносителя в соответствующем трубопроводе, установлены в трубопроводах 20, 22, проходящих через аккумуляторы 16, 18 тепла, на входе этих аккумуляторов. Отрезок 20a трубопровода 20, который входит снизу в аккумулятор 16 тепла, заканчивается в трубчатом теплообменнике, установленном внутри аккумулятора 16 тепла. Выход этого теплообменника подсоединен к продолжению 20b трубопровода 20, как это показано на фиг. 1. Аккумулятор 18 тепла имеет аналогичную структуру. Пространство внутренних камер 17, 19 в аккумуляторах 16, 18 тепла, не занятое трубчатыми теплообменниками контура 14 теплоносителя, заполнено цеолитом. As shown in FIG. 1, a thermal installation 10 operating according to the Stirling principle comprises a working fluid (working gas) circuit 12 and a coolant circuit 14, both of which are connected to the working cylinder 11. The working gas circuit contains two heat exchangers, each of which consists of a battery 16, 18 heat based on zeolite. The coolant circuit 14 includes two parallel piping branches 20, 22 that extend through a heat accumulator 16, 18 and are connected to common pipelines 24 and 26 located in front of and behind the heat accumulators, respectively. The common pipeline 24 leads from the output 28 of the cylinder 11 through the coolant to the heat accumulators 16, 18, and the common pipe 26 leads to the input 30 of the cylinder 11 through the coolant. In addition, a third heat exchanger 32 is included in the common pipe 26 together with a pump 34 for pumping 15 coolant along the coolant circuit 14. In the described embodiment, water is used as a heat transfer medium. Solenoid valves 36 and 38, with which you can block the flow of coolant in the corresponding pipeline, are installed in pipelines 20, 22 passing through the heat accumulators 16, 18, at the input of these batteries. A section 20a of conduit 20, which enters from below into the heat accumulator 16, ends in a tubular heat exchanger mounted inside the heat accumulator 16. The outlet of this heat exchanger is connected to extension 20b of conduit 20, as shown in FIG. 1. The heat accumulator 18 has a similar structure. The space of the inner chambers 17, 19 in the heat accumulators 16, 18, not occupied by the tubular heat exchangers of the coolant circuit 14, is filled with zeolite.

Контур 12 рабочего газа проходит от выхода 42 рабочего цилиндра 11 к двум входным контурам 44. 46 аккумуляторов 16, 18 тепла и далее, как это видно из фиг. 1, от этих входных контуров 44, 46 к общему выходному трубопроводу 48, который через буферную камеру 50 и следующий трубопровод 52 ведет к входу 54 рабочего цилиндра 11. В трубопроводе 48 дополнительно установлен насос 56. Электромагнитные клапаны 58 и 60 установлены в отрезках трубопровода 12, которые ведут к входным трубопроводам 44, 46 соответственно. Электромагнитные клапаны 62, 64 установлены в трубопроводах, которые ведут от входных трубопроводов 44, 46 соответственно и заканчиваются в общем трубопроводе 48. Кроме того, электромагнитный клапан 66 установлен в трубопроводе 52, отходящем от буферной камеры 50. Указанные электромагнитные клапаны 58-66 служат в качестве запорных клапанов, которые попеременно открывают или разрывают связь трубопровода 12 с трубопроводами 44 или 46 и т. д. Выход буферной камеры 50 может быть перекрыт с помощью электромагнитного клапана 66 до тех пор, пока в буферной камере не будет достигнуто высокое давление. Управление всеми вышеперечисленными электромагнитными клапанами осуществляется посредством контроллера 67. The working gas circuit 12 extends from the outlet 42 of the working cylinder 11 to the two inlet circuits 44. 46 heat accumulators 16, 18 and further, as can be seen from FIG. 1, from these input circuits 44, 46 to a common output pipe 48, which through the buffer chamber 50 and the next pipe 52 leads to the input 54 of the working cylinder 11. A pump 56 is additionally installed in the pipe 48. The solenoid valves 58 and 60 are installed in sections of the pipe 12 that lead to the inlet pipelines 44, 46, respectively. Solenoid valves 62, 64 are installed in pipelines that lead from inlet pipelines 44, 46, respectively, and terminate in a common pipe 48. In addition, the solenoid valve 66 is installed in a pipe 52 extending from the buffer chamber 50. These solenoid valves 58-66 serve as shut-off valves, which alternately open or break the connection of the pipeline 12 with the pipelines 44 or 46, etc. The output of the buffer chamber 50 can be blocked by means of an electromagnetic valve 66 until the buffer chamber High pressure will not be reached. All of the above solenoid valves are controlled by controller 67.

Рабочий цилиндр 11, входящий в состав описанной выше тепловой установки, может соответствовать обычному двигателю Стирлинга, известному, например из источников, указанных в начале описания, однако с тем существенным для настоящего изобретения отличием, что для улучшения теплового энергетического баланса подобного двигателя Стирлинга, два теплообменника в виде нагревателя и радиатора, известные из уровня техники, выполнены как аккумуляторы тепла на основе цеолита, что в сочетании с наличием контура теплоносителя минимизирует любые теплопотери и, в частности, вообще не приводит к генерирированию сбросной теплоты. The slave cylinder 11, which is part of the thermal installation described above, can correspond to a conventional Stirling engine, known, for example, from the sources indicated at the beginning of the description, but with the difference that is significant for the present invention, in order to improve the thermal energy balance of such a Stirling engine, two heat exchangers in the form of a heater and radiator, known from the prior art, are made as heat accumulators based on zeolite, which in combination with the presence of a coolant circuit minimizes any heat loss and, in particular, does not generally generate waste heat.

Тепловая установка по настоящему изобретению работает следующим образом. The thermal installation of the present invention operates as follows.

Как и обычно, рабочий цилиндр 11 представляет собой периодически работающий поршневой двигатель, который поочередно использует сильно нагретый и охлажденный рабочий газ, которым в данном случае предпочтительно является CO₂, взаимодействующий с двумя не изображенными на чертеже поршнями для преобразования подводимой к нему тепловой энергии в механическую энергию, используемую для приведения в действие электрогенератора 68, как это показано на фиг. 1. Необходимая для этого теплота, которая в известных двигателях генерировалась путем сжигания какого-либо топлива в камере сгорания (не изображена) вне цилиндра 11 и подавалась к рабочему газу в цилиндре посредством отдельного нагревателя, в тепловой установке по настоящему изобретению поступает в виде латентной теплоты, которая необходима только для запуска установки. На начальном этапе генератор 68 функционирует как двигатель и приводит в действие тепловую машину 11, которая на этом этапе действует так тепловой насос и подает CO₂ к одному или другому тепловому аккумулятору 16, 18. CO₂ хранится в этом аккумуляторе тепла за счет адсорбции на цеолите при экзотермической реакции, как это было описано выше. После того, как оба аккумулятора тепла заполнены, может начинаться процесс Стирлинга. Потери тепла в тепловом двигателе, которые не могут быть предотвращены, компенсируются в данном процессе за счет латентного тепла из окружающей среды. Дополнительная тепловая энергия, которая требуется, например, в связи с отводом тепла через генератор 68, может подводиться к тепловому двигателю через теплообменник 32, например от окружающего воздуха, за счет использования солнечной радиации, путем нагрева теплообменника 32 с помощью горелки и т.д. В отличие от известных двигателей, в которых теплоноситель должен быть нагрет до температур вплоть до 1000^oC, тепловой двигатель согласно изобретению может работать при рабочей температуре около 60^oC при условии наличия разности давлений между входом 30 цилиндра 11 и входами аккумуляторов тепла (трубопроводы 44 и 46), которая соответствует достижению давления 10 атм в буферной камере 50. Этот вопрос будет более подробно рассмотрен далее.As usual, the working cylinder 11 is a periodically operating piston engine, which alternately uses a highly heated and cooled working gas, which in this case is preferably CO ₂ , interacting with two pistons not shown in the drawing to convert thermal energy supplied to it the energy used to drive the generator 68, as shown in FIG. 1. The necessary heat for this, which in known engines was generated by burning any fuel in the combustion chamber (not shown) outside the cylinder 11 and supplied to the working gas in the cylinder by means of a separate heater, enters the thermal installation of the present invention in the form of latent heat , which is necessary only to start the installation. At the initial stage, the generator 68 functions as an engine and drives the heat engine 11, which at this stage acts like a heat pump and supplies CO ₂ to one or another heat accumulator 16, 18. CO ₂ is stored in this heat accumulator due to adsorption on zeolite during an exothermic reaction, as described above. After both heat accumulators are full, the Stirling process can begin. Heat losses in a heat engine that cannot be prevented are compensated in this process by latent heat from the environment. Additional thermal energy, which is required, for example, in connection with heat removal through the generator 68, can be supplied to the heat engine through a heat exchanger 32, for example from ambient air, through the use of solar radiation, by heating the heat exchanger 32 with a burner, etc. Unlike known engines in which the coolant must be heated to temperatures up to 1000 ^o C, the heat engine according to the invention can operate at an operating temperature of about 60 ^o C provided that there is a pressure difference between the inlet 30 of the cylinder 11 and the inlets of the heat accumulators (pipelines 44 and 46), which corresponds to a pressure of 10 atm in the buffer chamber 50. This issue will be discussed in more detail below.

После запуска тепловой машины и создания запаса рабочего газа в двух аккумуляторах тепла 16, 18 может начаться процесс Стирлинга. В результате протекания процесса накопления рабочего газа в одном из аккумуляторов тепла создается падение давления, определяемое объемом адсорбированного газа. Вследствие экзотермической реакции энергия давления одновременно передается как тепло к теплоносителю, который в данном процессе сильно нагревается. Если рабочий газ накапливается в аккумуляторе 16 тепла, то электромагнитный клапан 36 закрыт, электромагнитный клапан 58 открыт, электромагнитный клапан 62 закрыт, а электромагнитный клапан 38 открыт. Если теперь одновременно рабочий газ высвобождается из цеолита в результате десорбции в теплообменнике 18, электромагнитный клапан 60 закрыт, а электромагнитный клапан 64 открыт. В связи с началом процесса десорбции в аккумуляторе 18 тепла электромагнитный клапан 36 через определенный промежуток времени открывается, в дополнение к электромагнитному клапану 38. так что теплоноситель, который предварительно был нагрет в фазе адсорбции в аккумуляторе 16 тепла, теперь проходит через аккумулятор 18 тепла с тем, чтобы подвести к нему тепло, необходимое для протекания здесь десорбционного процесса. В случае необходимости может быть включен насос 56 для подачи рабочего газа к цилиндру 11. В ходе десорбционного процесса рабочий газ, вытесняемый из теплового аккумулятора 18, оказывается достаточно нагретым, чтобы совершать механическую работу в качестве рабочего тела в цилиндре 11. В то время, как теплоноситель протекает через аккумулятор 18 тепла, из которого нужно вытеснить рабочий газ путем десорбции с цеолита, теплоноситель через определенный промежуток времени начинает протекать, по крайней мере временно, через другой аккумулятор 16 тепла, поскольку аккумулятору 18 тепла требуется дополнительное тепло для поддержания процесса десорбции. Первоначально процесс десорбции протекает без подачи дополнительного тепла от аккумулятора 16 тепла, поскольку запаса тепла в цеолите теплообменника 18 оказывается достаточно. Когда, через определенный промежуток времени, этот запас сокращается, так что процесс десорбции не может больше протекать, открывается электромагнитный клапан 36, и нагретый теплоноситель от аккумулятора 16 тепла может теперь проходить через аккумулятор 18 тепла. After starting the heat engine and creating a supply of working gas in two heat accumulators 16, 18, the Stirling process can begin. As a result of the process of accumulation of the working gas in one of the heat accumulators, a pressure drop is created, which is determined by the volume of adsorbed gas. Due to the exothermic reaction, the pressure energy is simultaneously transferred as heat to the heat carrier, which is very hot in this process. If the working gas accumulates in the heat accumulator 16, then the electromagnetic valve 36 is closed, the electromagnetic valve 58 is open, the electromagnetic valve 62 is closed, and the electromagnetic valve 38 is open. If now the working gas is simultaneously released from the zeolite as a result of desorption in the heat exchanger 18, the electromagnetic valve 60 is closed and the electromagnetic valve 64 is open. In connection with the start of the desorption process in the heat accumulator 18, the electromagnetic valve 36 opens after a certain period of time, in addition to the electromagnetic valve 38. so that the heat carrier that was previously heated in the adsorption phase in the heat accumulator 16 now passes through the heat accumulator 18 so that in order to bring to it the heat necessary for the desorption process to occur here. If necessary, a pump 56 can be switched on to supply the working gas to the cylinder 11. During the desorption process, the working gas displaced from the heat accumulator 18 is sufficiently heated to perform mechanical work as a working fluid in the cylinder 11. At the same time, the coolant flows through the heat accumulator 18, from which it is necessary to displace the working gas by desorption from the zeolite, the coolant begins to flow, at least temporarily, through another 16 t accumulator pla, since the heat accumulator 18, additional heat is required to maintain the desorption process. Initially, the desorption process proceeds without supplying additional heat from the heat accumulator 16, since the heat reserve in the zeolite of the heat exchanger 18 is sufficient. When, after a certain period of time, this supply is reduced so that the desorption process can no longer proceed, the electromagnetic valve 36 is opened, and the heated coolant from the heat accumulator 16 can now pass through the heat accumulator 18.

Однако, если тепловая энергия, запасенная в цеолите аккумуляторов 16 и 18 тепла, достаточна для того, чтобы соответствующий процесс десорбции имел место, нет необходимости использовать теплоноситель от другого теплового аккумулятора. В этом случае аккумуляторы 16, 18 тепла фактически вводятся в соединение в режиме переноса тепла с контуром теплоносителя только поочередно, посредством соответствующих команд от контроллера 67. However, if the thermal energy stored in the zeolite of the heat accumulators 16 and 18 is sufficient for the corresponding desorption process to take place, there is no need to use a heat carrier from another heat accumulator. In this case, the heat accumulators 16, 18 are actually introduced into the connection in the heat transfer mode with the coolant circuit only alternately, by means of appropriate commands from the controller 67.

Управление электромагнитными клапанами через контроллер 67 может быть осуществлено вручную оператором. Однако, контроллер 67 предпочтительно выполняется как самостоятельный орган на базе свободно программируемого компьютера, который управляет тепловым двигателем на основе данных измерений. В число этих данных входят, в частности, значения температур и давлений в разных точках установки, которые определяются с помощью различных датчиков температуры и давления (не показанных на чертеже). Электромагнитные клапаны управляются от контроллера 67 по линиям, изображенным на фиг. 1 пунктиром. The control of the electromagnetic valves through the controller 67 can be carried out manually by the operator. However, the controller 67 is preferably implemented as an independent entity based on a freely programmable computer that controls the heat engine based on the measurement data. These data include, in particular, the values of temperatures and pressures at different points of the installation, which are determined using various temperature and pressure sensors (not shown in the drawing). The electromagnetic valves are controlled from the controller 67 along the lines depicted in FIG. 1 dotted line.

На фиг. 2 показан вариант использования вышеописанной тепловой установки в составе блока тепловой электростанции. Элементы, идентичные с элементами, представленными на фиг. 1, имеют те же числовые обозначения и поэтому не требуют специального рассмотрения. В связи с этим далее описываются только дополнительные компоненты. Как показано на фиг. 2, дополнительное тепло поступает к тепловой установке 10 от горелки 74, в которую подается топливо 73 типа нефти или газа, и/или от гелиоустановки 76. Если планируется передавать избыток электрической энергии в сеть, генератор 68 может быть связан с этой сетью через соединитель 70. Горелка 74 может работать как на газе, так и на жидком топливе. Температура продуктов сгорания на выходе горелки не должна превышать 200^oC, поскольку в этом случае в описанной тепловой установке будут развиваться чрезмерно высокие значения давления, что может создавать угрозу для цеолита в аккумуляторах 16, 18 тепла.In FIG. 2 shows an embodiment of the use of the above-described thermal installation as part of a block of a thermal power plant. Elements identical to those shown in FIG. 1 have the same numerical designations and therefore do not require special consideration. In this regard, only additional components are described below. As shown in FIG. 2, additional heat is supplied to the thermal installation 10 from the burner 74, to which fuel 73 such as oil or gas is supplied, and / or from the solar installation 76. If it is planned to transfer excess electric energy to the network, the generator 68 can be connected to this network via a connector 70 The burner 74 can operate both on gas and on liquid fuel. The temperature of the combustion products at the outlet of the burner should not exceed 200 ^o C, because in this case, the described thermal installation will develop excessively high pressure values, which can pose a threat to the zeolite in the heat accumulators 16, 18.

Горелка 74 дополнительно снабжает теплом контур 75 горячей воды, например для обогрева зданий. Нагревательный контур, к которому поступает тепло от контура 14 теплообменника, обозначен, как 15. Рабочий газ, используемый в рабочем контуре 12, - это CO₂.The burner 74 additionally supplies heat to the hot water circuit 75, for example for heating buildings. The heating circuit to which heat is supplied from the heat exchanger circuit 14 is indicated as 15. The working gas used in the working circuit 12 is CO ₂ .

Claims

1. A thermal installation (10) operating according to the Stirling principle, containing a working gas circuit (12), in which the working gas forming the working body of the installation is heated in the first heat exchanger to a high temperature, which gives it the ability to perform work, and the circuit (14) heat carrier with a second heat exchanger, in which the working gas is cooled after completion of work, characterized in that the said first and second heat exchangers are made in the form of heat accumulators (16,18) based on zeolite, while the working gas from the working cylinder (11) is Independent user is supplied to said battery or removed from them under the control of the controller (67) and in that the heat accumulators (16,18) based on a zeolite are capable of heat exchange with the contour (14) of coolant under the control of the controller (67).

2. Installation according to claim 1, characterized in that the gas with a low boiling point is selected as the working gas.

3. Installation according to claim 2, characterized in that carbon dioxide (CO ₂ ) is selected as the working gas.

4. Installation according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is equipped with an additional heat source in the form of a burner (74) and / or solar installation (76).