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Verfahren zur Energieerzeugung mittels Verflüssigung von Dampfgemischen aus zwei oder mehreren Flüssigkeiten.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren insbesondere zur Energieerzeugung mittels Dampfgemischen aus zwei oder mehreren Flüssigkeiten. Bei gleichzeitiger Energieerzeugung kann nämlich in einer Ausführungsform das Verfahren die Trennung dieses Dampfgemisches in seine Bestandteile und in einer andern Ausführungsform die Verflüssigung dieses Dampfgemisches betreffen. Unter den Flüssigkeiten sind hiebei vorzugsweise solche verstanden, deren Gemenge nicht oder nur teilweise ineinander löslich sind, sowie jene Gemische von Flüssigkeiten, deren Bestandteile untereinander löslich sind, die aber einen maximalen oder minimalen Siedepunkt aufweisen.
Gemäss dem Verfahren nach der Erfindung zur Energieerzeugung mittels Verflüssigung von Dampfgemischen aus zwei oder mehreren Flüssigkeiten wird das in bekannter Weise verdampfte Flüssigkeitsgemenge durch ein oder mehrere z. B. unmittelbar aufeinanderfolgende Expansionen und
Kompressionen unter Arbeitsabgabe vollkommen oder teilweise verflüssigt, hierauf unter Wärmezufuhr wieder verdampft und in den Arbeitsprozess zurückgeführt. Das Verfahren kann in Wärmekraftmaschine, z. B. in einer oder mehreren Dampfkraftmaschinen, durchgeführt werden.
Bei der zur Trennung des Dampfgemisches in seine Bestandteile durchgeführten Ausführungsform des Verfahrens wird erfindungsgemäss das unter entsprechendem Druck und entsprechender Temperatur befindliche Dampfgemisch unter Arbeitsabgabe zur Expansion gebracht, in diesem Zustande ein bzw. mehrere Bestandteile vollständig oder teilweise ausgeschieden und hierauf nach Kompression des restlichen Dampfgemisches der oder die übrigen Bestandteile vollständig oder teilweise verflüssigt.
Bei der zur Verflüssigung des Dampfgemisches durchgeführten Ausführungsform des Verfahrens wird erfindungsgemäss das Dampfgemisch unter Arbeitsabgabe Expansions-und Kompressionsvorgängen bis zur vollständigen oder teilweisen Verflüssigung unterzogen. Verfahrensgemäss können hiebei die einzelnen Expansions-und Kompressionsvorgänge unter zusätzlicher Kühlung erfolgen oder bzw. und durch Zwischenkühlung unterbrochen werden. Gegenüber bekannten Verfahren zur Trennung oder Verflüssigung von Dampf-bzw. Gasgemischen, die bisher unter Wärmezufuhr und-abfuhr oder unter Zufuhr von Energie erfolgten, stellt das Verfahren nach der Erfindung eine Trennung oder Verflüssigung von Dampfgemischen unter Wärmezufuhr, jedoch bei gleichzeitiger Energieerzeugung dar.
In der Zeichnung sind beispielsweise drei Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes nebst Schaulinien für einen Zweistoffdampf dargestellt.
Fig. 1 ist eine p-v-Schaulinie für den geschilderten thermischen Vorgang der Trennung, Verflüssigung und Energieerzeugung von Dämpfen bei Expansion und Kompression. Fig. 2 ist eine zugehörige Einrichtung zur Trennung, Verflüssigung und Energieerzeugung. Fig. 3 ist eine Einrichtung zur Energieerzeugung. Fig. 3a und 3b sind zwei zugehörige Schaulinien. Fig. 4 ist eine vereinfachte Einrichtung nach Fig. 3 nebst Schaulinienbild 4a.
Verdampft man (Fig. 1) ein Gemenge oder Gemisch von vorbeschriebenen Flüssigkeiten, so bildet sich ein Dampfgemisch, dessen Zusammensetzung in der Dampfphase eindeutig von der Temperatur abhängt, d. h. da. s Mischungsverhältnis wird sich mit der Temperatur ändern. Expandiert man nun ein solches Dampfgemisch, bestehend aus z. B. zwei Bestandteilen, in einem abgeschlossenen Zylinder, so muss sich demnach die ursprüngliche Dampfzusammensetzung mit abnehmender Temperatur ändern.
Bei dem unveränderlichen Gewicht des Zylinderinhaltes kann sich die geänderte Dampfzusammensetzung nur darin äussern, dass ein Bestandteil teilweise als Flüssigkeit ausgeschieden werden wird (Expansionskurve AB). Komprimiert man nun diesen Dampf von geändertem Mischung-
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verhältnis (Punkt B), so wird nunmehr (Kompressionskurve BC) der andere Bestandteil des Gemisches teilweise als Flüssigkeit ausgeschieden werden, weil das Mischungsverhältnis der Dämpfe in Abhängigkeit von der Temperatur eingehalten werden muss.
Bei Fortsetzung der Expansions-und Kompressions- vorgänge erhält man für Dampfgemisch der vorbeschriebenen Art weiter die Expansionslinien CD, EF und die Kompressionslinien DE, FG, die schon mit Rücksicht auf die abnehmenden Dampfgewichte einen vollständig voneinander verschiedenen Verlauf zeigen.
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fahrens zur Energieerzeugung dient. In einem Kessel K befindet sich ein Zweistoffdampf, bestehend aus z. B. den Dämpfen zweier ineinander nicht löslicher Flüssigkeiten, etwa von Wasser und einem Kohlenwasserstoff, unter einem gewissen Druck. Durch ein Ventil 1 wird dieses Dampfgemiseh einer Maschine Mi zugeführt, die bei Expansion Arbeit leistet. Beim Rückgang des Kolbens wird das Dampfgemisch, in dem sich infolge der geringen Temperatur Wasser abgeschieden hat (vgl.
Punkt B der Fig. 1), durch einen Behälter Bi gedrückt, in dem nun dieses Wasser abgetrennt wird. Das restliche Dampfgemisch, das diejenige Zusammensetzung aufweist, welche der geringen Temperatur des Behälters Bi entspricht, und dem Gewichte nach um die abgeschiedene Wassermenge kleiner ist. wird von einer Maschine M2 angesaugt und beim Rückgang auf dieselbe Temperatur komprimiert, die im Kessel K herrscht. Dieser Arbeitsleistung entspricht die Kompressionskurve BC in Fig. 1. Das Gleichgewicht des Dampfgemisches bei dieser hohen Temperatur aber verlangt, dass der Kohlenwasserstoff in flüssiger Form ausgeschieden wird. Im Behälter B2 kann diese Flüssigkeit aufgefangen werden.
Der Vorgang kann bei geöffnetem Ventil 2 und geschlossenem Ventil 1 so lange fortgesetzt werden, bis der grösste Teil des Dampfgemisches in die beiden Bestandteile zerlegt sein wird. Hierauf kann durch eine neue Füllung der Maschine Mi das Spiel von neuem beginnen. Durch die verschiedenen Gewichtsmengen sowohl, wie auch durch den verschiedenen Verlauf der Expansions-und Kompressions- linien (Fig. 1) ist der Prozess mit Energieabgabe verbunden, wobei der Kohlenwasserstoff bei höherer, Wasser bei niedrigerer Temperatur abgeschieden wird.
Will man nun ein Dampfgemisch von entsprechendem Druck und entsprechender Temperatur nicht in seine Bestandteile trennen, sondern lediglich unter Energieabgabe verflüssigen, so wird sich durch die Aufeinanderfolge von Expansion und Kompression zwischen, beispielsweise etwa nach dem Linienzug ABCDEFG (Fig. 1), zweckmässig gewählten Grenzen schliesslich eine Verflüssigung des Dampfgemisches, z. B. bei der Anfangstemperatur, einstellen.
Es ist selbstverständlich auch möglich, die Verflüssigung dieses Dampfgemisches so durchzu- führen, dass nach anfänglicher Expansion bei der tieferen Temperatur das Dampfgemisch teilweise gekühlt wird, um durch spätere Kompression auf einen gewünschten hohen Druck gebracht zu werden.
Handelt es sich aber nicht um eine Trennung des Dampfgemisches in die Bestandteile und nicht um seine Verflüssigung, sondern vielmehr um die Energieerzeugung mittels des beispielsweise ange- führten Wasser-Kohlenwasserstoff-Dampf-Gemisches in einen stofflichen Kreisprozess selbst, so werden diese beiden Bestandteile aus den beiden Behältern Bi und B2 (Fig. 2) dem Kessel K mit Hilfe von
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erzeugung dient. In einem Kessel K wird das Flüssigkeitsgemenge unter Druck verdampft und dieser Dampf in einem Überhitzer U überhitzt. In einer Maschine Mi leistet das Dampfgemisch die in dem p-v-Schaulinienbild gemäss Fig. 3a dargestellte Arbeit abed.
In einem Behälter B wird der eine Bestandteil als Flüssigkeit abgeschieden und durch eine Pumpe Pg wieder dem Kessel K zugeführt. Der restliche Dampf wird aus dem Behälter B von einer Maschine M angesaugt, u. zw. unter einem Druck P2' unter Arbeitsaufnahme auf einen Druck P3 (vgl. Schaulinie eight in Fig. 3b) gebracht und nach Durchströmen eines Rückschlagventils'R in den Kessel K zurückbefördert. Die gesamte in der Einrichtung genäss Fig. 3 geleistete Arbeit ist in Fig. 3a durch den schraffierten Teil angegeben.
Eine vorgesehene Kühlung des Behälters B zum Zwecke der teilweisen oder vollständigen Icon- densation des Dampfes kann durch Zufuhr eines Kühlmittels W in bekannter Weise erfolgen.
Fig. 4 stellt eine Vereinfachung des Verfahrens nach Fig. 3 dar. In einer Maschine M wird durch geeignete Steuerung das Dampfgemisch bei Fi eingelassen und zur Expansion gebracht, worauf sofort ohne Zwischenschaltung eines Behälters die Kompression erfolgt und das Dampfgemisch bei
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zurückgedrückt wird. Fig. 4a gibt das Schaulinienbild dieses Vorganges wieder. Die schraffierte Fläche dieser Figur stellt die Arbeitsabgabe dar.
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