BE1007435A3

BE1007435A3 - Dampkrachtinrichting.

Info

Publication number: BE1007435A3
Application number: BE9300826A
Authority: BE
Original assignee: Ven Livien Domien; Vincent Andre Raymond
Priority date: 1993-08-09
Filing date: 1993-08-09
Publication date: 1995-06-13

Abstract

Dampkrachtinrichting die een verdampbaar fluïdum (1) bevat, een verdamper (2) voor het verdampen van dit fluïdum (1), een dampmachine of -turbine (3) en een gesloten circuit (4) waarin de verdamper (2) en de dampmachine of -turbine (3) zijn gemonteerd, voor het transport van het fluïdum (1), daardoor gekenmerkt dat het fluïdum (1) een fluïdum is met een atmosferische verdampingstemperatuur lager dan 50 graden C en met zulkdanige verdampingseigenschappen dat reeds bij een lage temperatuur damp op een hoge druk wordt verkregen.

Description

Dampkrachtinrichting. De uitvinding heeft betrekking op een dampkrachtinrichting die een verdampbaar fluïdum bevat, een verdamper voor het verdampen van dit fluidum, een dampmachine of-turbine en een gesloten circuit waarin de verdamper en de dampmachine of-turbine zijn gemonteerd, voor het transport van het fluidum.

Een klassieke dampkrachtinrichting van deze soort is een stoomkrachtcentrale die als fluidum water gebruikt. De verdamper is de stoomgenerator en de dampmachine een stoommachine met zuigers of een stoomturbine die dan een stroomgenerator drijft.

De verdamping van water geschiedt evenwel op lOO. C bij atmosferische druk. Voor een goed rendement is overigens oververhitte stoom op nog veel hogere temperatuur gewenst. Dit betekent voor de verdamping in de stoomgenerator hoogwaardige brandstof nodig is en de inrichting niet kan werken uitsluitend met warmte op relatief lage temperatuur die in grote hoeveelheden beschikbaar is. De geleverde energie is dus relatief duur.

De uitvinding heeft nu als doel dit nadeel te verhelpen en een dampkrachtinrichting te verschaffen met een uitstekend rendement maar relatief goedkoop in werking, en waarmee in een bijzondere uitvoering doelmatig gebruik kan worden gemaakt van temperatuursbronnen op relatief lage temperatuur of van goedkope brandstoffen.

Dit doel wordt, volgens de uitvinding, bereikt doordat het fluidum een fluidum is met een atmosferische verdampingstemperatuur lager dan 50"c en met zulkdanige

verdampingseigenschappen dat reeds bij lage temperatuur damp net een grote druk wordt verkregen.

Geschikte fluida zijn in het bijzonder de fluida gebruikt in koelinstallaties, meer in het bijzonder fluor-koolwaterstoffen of een alternatieve stof.

Een zeer geschikt fluïdum is daarbij 1. 1 dichloro 2. 2. 2 trifluoroethaan.

In een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding is de verdamper een warmtewisselaar met het voornoemde fluidum als sekundair fluïdum en als primair fluïdum een vloeistof.

Deze warmtewisselaar kan doelmatig de radiator vormen van een ontploffingsmotor waarvan de koelvloeistof het primaire fluidum vormt of kan de uitlaat van een ontploffingsmotor bevatten waarvan de uitlaatgassen het primaire fluidum vormen.

Deze warmtewisselaar kan een ketel zijn die gevuld is met het primaire fluïdum dat door een warmtebron wordt opgewarmd. Deze warmtebron kan een brander zijn, een elektrische weerstand, zonneenergie enz..

In een andere bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding bevat de verdamper zelf een rechtstreekse warmtebron. Deze warmtebron kan een brander, een Spiegel van een zonneenergieinstallatie of een elektrische weerstand zijn, maar voordelig is de verdamper een ontploffingsmotor waarbij het fluïdum als koelvloeistof voor de motor dient.

In geval een ontploffingsmotor de warmte levert kan de dampmachine of- turbine op de uitgaande as van de motor

worden aangesloten en/of eenzelfde motorblok met de ontploffingsmotor vormen.

In een doelmatige uitvoeringsvorm van de uitvinding is in het circuit een expansievat opgesteld.

In een merkwaardige uitvoeringsvorm van de uitvinding bevat de dampkrachtinrichting meer dan een dampmachine of - turbine die achter elkaar in kaskade zijn opgesteld.

In een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding bevat de dampkrachtinrichting eveneens meer dan een dampmachine of - turbine die na elkaar zijn opgesteld, maar in verschillende gesloten circuits, waarbij het fluidum in het circuit waarin de tweede of volgende dampmachine of - turbine is gemonteerd opgewarmd wordt door de eerste of vorige dampmachine of-turbine of door het fluidum dat daardoor stroomt.

In dit geval kunnen de fluida in de opeenvolgende circuits verschillend zijn, afhankelijk van de temperaturen.

Andere bijzonderheden en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hier volgende beschrijving van een dampkrachtinrichting volgens de uitvinding. Deze beschrijving wordt enkel als voorbeeld gegeven en beperkt de uitvinding niet. De verwijzingscijfers betreffen de hieraan toegevoegde tekeningen, waarin : figuur 1 een blokschema weergeeft van een dampkrachtinrichting volgens de uitvinding ; figuur 2 een blokschema weergeeft analoog aan dit uit figuur 1, maar met betrekking op een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding ;

figuur 3 een blokschema weergeeft analoog aan dit uit de figuren 1 en 2, maar met betrekking op een nog andere uitvoeringsvorm van de uitvinding ; figuur 4 een blokschema weergeeft analoog aan dit uit de figuren 1 tot 3, maar met betrekking op een vierde uitvoeringsvorm van de uitvinding.

De dampkrachtinrichting weergegeven in de figuren bevat een verdampbaar fluïdum 1, een verdamper 2 voor het verdampen van dit fluïdum, een dampmachine of-turbine 3 en een gesloten circuit 4 waarin de verdamper 2 en de dampmachine of-turbine 3 zijn gemonteerd, voor het transport van het fluïdum 1. In het circuit 4 is, stroomopwaarts van verdamper 2, een pomp 5 gemonteerd. De dampmachine, dit is een machine zoals een stoommachine met zuigers,. of de turbine 3 kan een toestel, bijvoorbeeld een werktuig of een stroomgenerator, drijven. In het geval van een dampmachine met meerdere zuigers kan het fluïdum door middel van kleppen of dergelijke over de verschillende zuigers worden verdeeld.

Kenmerkend voor de uitvinding is dat het fluïdum geen water is maar een gemakkelijk verdampbaar medium waarvan de atmosferische verdampings-of kooktemperatuur lager is dan 50 C en bij voorkeur lager dan 30 C en dat zulkdanige verdampingseigenschappen bezit dat reeds bij een lage temperatuur damp op een hoge druk wordt verkregen.

Door lage temperatuur wordt hier bedoeld temperaturen lager dan 240 C, bij voorbeeld respektievelijk 240oC, 180&commat;C,
EMI4.1
120 C of 60 C en door hoge druk een druk hoger dan 10, bijvoorbeeld hoger dan 20 bar bij 120 C.

Fluida die aan deze voorwaarden voldoen en dus geschikt zijn voor het gebruik in de inrichting zijn de fluida de gebruikt worden in koelinstallaties, dit zijn vooral fluor-koolwaterstoffen.

Geschikte fluida zijn bijvoorbeeld fluor-koolwaterstoffen uit de reeks : trichlorofluoromethaan, dichlorodifluoromethaan, chlorodifluoromethaan, 1. 1 dichloro 2. 2. 2 trifluoroethaan, 1. 1 dichloro 1 fluorothaan, 1 chloro 1. 1 difluorothaan, 1. 1. 1. 2 tetrafluoroethaan en difluoromethaan, waarbij vooral dichloro trifluoromethaan (bijvoorbeeld KLEA F123 van ICI) en tetrafluoroethaan (bijvoorbeeld KLEA 134a van ICI) interessant zijn. De
EMI5.1
eerstgenoemde stof heeft atmosferisch kookpunt van 27 C en een kritische temperatuur van 183 C bij een druk van 36 bar, terwijl de laatstgenoemde stof een kookpunt bij atmosferische druk van bezit, maar bij 80. verdampt bij 26, 3 bar en op 100 C zelfs bij 39, 7. De kritische temperatuur van deze laatste stof is 101"C bij een druk van 40, 5 bar.

Deze damp voert men op analoge manier als stoom, toe aan een dampmachine met zuigers of een dampturbine 3 die daardoor gedreven wordt. In deze dampmachine of-turbine 3 vindt een drukdaling plaats. Het fluidum onder deze lagere druk, dat in vloeibare vorm kan zijn, pompt men met de pomp 5 opnieuw naar de verdamper 2.

Bij hogere temperaturen dan de verdampingstemperatuur bij de gegeven druk verkrijgt men een oververhitte damp en bij voorkeur produceert men in de verdamper lichtjes oververhitte damp om kondensatie in de dampmachine of - turbine te vermijden.

Dergelijke verzadigde of oververhitte damp verkrijgt men, door de bijzondere keuze van het fluidum, reeds bij relatief lage temperaturen zodat nuttig kan gebruik worden gemaakt van warmtebronnen op lage temperatuur die overvloedig voor handen zijn maar moeilijk op een rendabele manier kunnen benut worden. Zo kan de warmte van een ontploffingsmotor, die anders grotendeels verloren gaat in de atmosfeer, worden benut.

In de figuren zijn verschillende uitvoeringsvormen weergegeven van een dergelijke dampkrachtinrichting dat een van voornoemde fluïda bevat.

In de dampkrachtinrichting weergegeven in figuur 1 is de verdamper 2 de warmtewisselaar of radiator van een ontploffingsmotor 6, bijvoorbeeld van een voertuig, die, in plaats van met lucht, door het voornoemde fluidum word-c gekoeld. Het koelwater dat door het koelcircuit 7 van de motor 6 gepompt wordt door de pomp 8 en een temperatuur bezit van rond de 80 C vormt het primaire fluidum, het fluïdum dat door de pomp 5 door het circuit 4 wordt gepompt, vormt het sekundaire fluidum dat tot nagenoeg voornoemde temperatuur wordt opgewarmd en daarbij in damp overgaat. Stroomafwaarts van de verdamper 2 is een expansievat 9 gemonteerd waarin het verdampte sekundaire fluïdum wordt opgevangen en niet-verdampt fluidum wordt opgevangen en stroomafwaarts daarvan is een drukregelklep 10 in het circuit 4 gemonteerd.

In de verdamper verkrijgt men verzadigde of bij voorkeur oververhitte damp onder hoge druk. Zoals reeds aangegeven kan men, wanneer tetrafluoroethaan als fluidum 1 wordt gebruikt, bij 80 C aan de uitgang van de verdamper 2 een druk van 26 bar verkrijgen. De druk aan de ingang van de dampmachine of-turbine 3 kan worden ingesteld door de

drukregelklep 10, bijvoorbeeld in funktie van de druk in de cilinders van de ontploffingsmotor 6 indien deze een cilindermotor is of in funktie van het toerental van deze motor.

Op deze manier kan men ervoor zorgen dat het toerental van de motor 6 gelijk is aan het toerental van de dampmachine of-turbine 3 zodat, zoals in de uitvoeringsvorm weergegeven in figuur 2, de motor 6 en de machine of turbine 3 tot een zelfde motorblok kunnen zijn verenigd en eventueel zelfs een gemeenschappelijk as kunnen bezitten.

In een variante van deze uitvoeringsvorm gebruikt men niet het koelwater om het fluidum 1 op te warmen, maar de uitlaatgassen van de ontploffingsmotor 6. In dit geval vormt de uitlaat van de ontploffingsmotor 6 het primaire circuit van een warmtewisselaar waarvan het sekundaire circuit door het circuit 4 is gevormd. Het primaire fluidum is door de uitlaatgassen gevormd, terwijl het fluidum 1 het sekundaire fluidum is.

In de uitvoeringsvorm volgens figuur 3 is de verdamper 2 niet de radiator van de motor 6, maar de motor 6 zelf 1 hetgeen wil zeggen dat de motor 6 in het circuit 4 is gemonteerd en het fluïdum 1 ce koelvloeistof van de ontploffingsmotor 6 vormt. Een overbruggingsleiding 11 met een pomp 12 en een koeler 16 is op de motor 6 aangesloten om, in geval van defekt, het fluidum 1 te kunnen koelen.

De dampkrachtinrichting weergegeven in figuur 4 verschilt van de vorige doordat de warmte voor de verdamper 2 niet wordt geleverd door een ontploffingsmotor, maar door een warmtebron zoals een brander 13 die het fluïdum 1 in de verdamper, hetzij rechtstreeks, hetzij zoals weergegeven in de figuur 4 onder tussenkomst van een vloeistof 14 opwarmt.

In dit laatste geval vormt de verdamper 2 een warmtewisselaar met een ketel gevuld met de vloeistof 14 die het primaire fluïdum vormt en een leiding 15 die zieh door de ketel uitstrekt en die deel uitmaakt van het circuit 4 en waardoor het fluidum 1 als sekundair fluïdum stroomt. Voordelig is de brander 13 een waterstofbrander.

Verder bevat de inrichting weergegeven in figuur 4 niet een maar drie dampmachines of-turbines 3 die na elkaar in kaskade zijn gemonteerd en bijvoorbeeld samen een blok vormen. In de ketel 2 kan men het fluidum tot 180 C verwarmen. Dit fluidum in gasvorm en bij zeer hoge druk wordt toegvoerd aan de eerste dampmachine of-turbine en verlaat deze met een temperatuur van 120 C. Dit fluidum wordt dan toegevoerd aan de tweede dampmachine, verlaat
EMI8.1
deze aan 60 C en wordt tenslotte afgekoeld in de derde dampmachine tot 5 ä 10 C, en dan teruggepompt naar de verdamper 2. Tussen de opeenvolgende dampmachines of - turbines zou de damp eventueel opnieuw kunnen worden oververhit.

In deze uitvoeringsvorm kan de toegevoerde warmte optimaal worden benut en het rendement nog verbeterd.

In een variante van deze laatste uitvoeringsvorm, verwarmt men de ketel niet door middel van een brander, maar door middel van een spiegel die zonnestraling concentreert of door een elektrische weerstand.

In plaats van de verschillende dampmachines of-turbines in kaskade in een zelfde gesloten circuit te monteren, kan men in een, niet in de figuren weergegeven variante, deze dampmachines of-turbines in afzonderlijke gesloten circuits monteren, waarbij bij voorkeur in de verschillende

circuits een verschillend fluidum van de hogergenoemde soort stroomt.

In het eerste circuit, waarin de eerste dampmachine of - turbine is gelegen, is uiteraard een warmtewisselaar of verdamper zoals bij de hiervoor bechreven uitvoeringsvormen gemonteerd. Het fluïdum van het tweede circuit en dus voor de tweede dampmachine wordt opgewarmd, hetzij onder tussenkomst van een warmtewisselaar of warmtepomp door het fluïdum dat door het eerste circuit uit de eerste dampmachine of-turbine stroomt, hetzij door de eerste dampmachine of-turbine zelf waardoorheen dit tweede fluïdum stroomt. Op analoge manier wordt het fluïdum in het derde circuit opgewarmd door het fluïdum van het tweede circuit of rechtstreeks door de tweede dampmachine.

De fluïda van de drie circuits wordt aangepast aan de temperatuur. Zo kan men als eerste fluidum voornoemde fluorkoolwaterstof F123 gebruiken en dit fluidum tot 180 C opwarmen in de warmtewisselaar. In de eerste dampmachine of - turbine koelt dit fluidum af tot ongeveer 120 C. Het tweede fluidum is voornoemde koolwaterstof F134a en wordt tot ongeveer 120 C opgewarmd. Het koelt af tot 60 C in de
EMI9.1
tweede dampmachine en wordt opnieuw tot 120 C opgewarmd door warmtewisseling met het eerste fluidum dat de eerste dampmachine of-turbine verlaat. Aan de derde dampmachine kan men een fluorkoolwaterstof genoemd R11, opgewarmd tot 60 C, toegevoerd.

Dit fluidum verlaat de dampmachine bij ongeveer 15 C en wordt terug tot 50. C opgewarmd door warmtewisseling met het tweede fluidum.

Indien men als eerste fluidum en fluïdum gebruikt dat men tot 240 C kan verwarmen en dat bijvoorbeeld tot ongever 180 C afkoelt in een dampmachine, kan men deze dampmachine

voor de hiervoor genoemde plaatsen en dus een geheel met vier temperatuurstrappen verkrijgen, hetgeen uiteraard een bijzonder effektief gebruik van de warmte toelaat.

De hiervoor beschreven uitvoeringsvormen laten toe op een eenvoudige manier het rendement van een ontploffingsmotor of een andere warmtebron te verhogen.

De uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven uitvoeringsvormen en binnen het raam van de oktrooiaanvrage kunnen aan de beschreven uitvoeringsvormen vele veranderingen worden aangebracht.

Claims

Konklusies.

1. - Dampkrachtinrichting die een verdampbaar fluidum (l) bevat, een verdamper (2) voor het verdampen van dit fluidum (1), een dampmachine of-turbine (3) en een gesloten circuit (4) waarin de verdamper (2) en de dampmachine of EMI11.1 - (3) zijn gemonteerd, voor het transport van het fluidum (1), daardoor gekenmerkt dat het fluidum (1) een fluïdum is met een atmosferische verdampingstemperatuur lager dan 50. C en met zulkdanige verdampingseigenschappen dat reeds bij een lage temperatuur damp op een hoge druk wordt verkregen.

2.-Dampkrachtinrichting volgens vorige konklusie, daardoor gekenmerkt dat de atmosferische verdampingstemperatuur van het fluidum (1) lager is dan 30oC.

3.-Dampkrachtinrichting volgens een van de vorige konklusies, daardoor gekenmerkt dat de lage temperatuur EMI11.2 lager is dan 240. en de hoge druk hoger dan 10 bar.

4. een van de vorige konklusies, daardoor gekenmerkt dat het fluidum (1) van het type is dat wordt gebruikt koelinstallaties.

5.-Dampkrachtinrichting volgens een van de vorige konklusies, daardoor gekenmerkt dat het fluïdum (1) een fluor-koolwaterstof is.

6.-Dampkrachtinrichting volgens vorige konklusie, daardoor gekenmerkt dat het fluïdum (1) 1. 1 dichloro 2. 2. 2 trifluoroethaan is. <Desc/Clms Page number 12> 7.-Dampkrachtinrichting volgens konklusie 4, daardoor gekenmerkt dat het fluidum (1) tetrafluoroethaan is.

8.-Dampkrachtinrichting volgens een van de vorige konklusies, daardoor gekenmerkt dat de verdamper (2} een warmtewisselaar is met het voornoemde fluidum (1) als sekundair fluidum en als primair fluidum een vloeistof.

9.-Dampkrachtinrichting volgens vorige konklusie, daardoor gekenmerkt dat de warmtewisselaar (2) de radiator vormt van een ontploffingsmotor (6) waarvan de koelvloeistof het primaire fluïdum vormt.

10.-Dampkrachtinrichting volgens konklusie 8, daardoor gekenmerkt dat de warmtewisselaar (2) de uitlaat van een ontploffingsmotor bevat waarvan de uitlaatgassen het primaire fluidum vormen.

11.-Dampkrachtinrichting volgens konklusie 8, daardoor gekenmerkt dat de warmtewisselaar (2) een ketel is die gevuld is met het primaire fluidum (14) dat door een warmtebron (13) wordt opgewarmd.

12.-Dampkrachtinrichting volgens vorige konklusie, daardoor gekenmerkt dat de warmtebron (13) een brander, een elektrische weerstand of zonneënergie is.

13.-Dampkrachtinrichting volgens een van de konklusies 1 tot 7, daardoor gekenmerkt dat de verdamper (2) zelf een rechtstreekse warmtebron bevat.

14.-Dampkrachtinrichting volgens vorige konklusie, daardoor gekenmerkt dat de verdamper (2) een ontploffingsmotor (6) is waarbij het fluïdum (1) als koelvloeistof voor de motor dient. <Desc/Clms Page number 13>

15.-Dampkrachtinrichting volgens een van de konklusies 9, 10 en 14, daardoor gekenmerkt dat de dampmachine ofturbine (3) op de uitgaande as van de ontploffingsmotor (6) is aangesloten.

16.-Dampkrachtinrichting volgens een van de konklusies 9, 10 en 14, daardoor gekenmerkt dat de dampmachine ofturbine (3) eenzelfde motorblok met de ontploffingsmotor (6) vormt.

17.-Dampkrachtinrichting volgens een van de vorige konklusies, daardoor gekenmerkt dat ze meer dan een dampmachine of-turbine (3) bevat die achter elkaar in kaskade zijn opgesteld.

18.-Dampkrachtinrichting volgens een van de konklusies l tot 16, daardoor gekenmerkt dat ze meer dan een dampmachine of-turbine (3) bevat die na elkaar zijn opgesteld, maar in verschillende gesloten circuits (4), waarbij het fluidum (1) in het circuit (4) waarin de tweede of volgende dampmachine of-turbine (3) is gemonteerd, wordt opgewarmd door de eerste of vorige dampmachine of-turbine (3) of door het fluldum (1) dat daardoor stroomt.

19.-Dampkrachtinrichting volgens vorige konklusie, daardoor gekenmerkt dat de fluida (1) in de opeenvolgende circuits (4) verschillend zijn, afhankelijk van de temperaturen.

20.-Dampkrachtinrichting volgens een van de vorige konklusies, daardoor gekenmerkt dat in het circuit (4) een expansievat (9) is opgesteld.

21.-Dampkrachtinrichting volgens een van de vorige konklusies, daardoor gekenmerkt dat in het circuit (4) <Desc/Clms Page number 14> stroomafwaarts van de verdamper (2) een drukregelklep (10) is gemonteerd.