DE102004037934B4 - Arbeitsverfahren - Google Patents
Arbeitsverfahren Download PDFInfo
- Publication number
- DE102004037934B4 DE102004037934B4 DE200410037934 DE102004037934A DE102004037934B4 DE 102004037934 B4 DE102004037934 B4 DE 102004037934B4 DE 200410037934 DE200410037934 DE 200410037934 DE 102004037934 A DE102004037934 A DE 102004037934A DE 102004037934 B4 DE102004037934 B4 DE 102004037934B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- heat
- heat exchanger
- gas
- working method
- working
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
- F01K25/06—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using mixtures of different fluids
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
- F01K3/18—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Arbeitsverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass ein Arbeitsmedium in einem Wärmetauscher (1) Wärme aufnimmt und als Treibgas oder Treibdampf in einer Strahlpumpe (2) ein Sauggas oder einen Saugdampf in ein nachgeschaltetes Wirbelrohr (3) mitnimmt und das Mischgas oder der Mischdampf in dem Wirbelrohr in zwei Wärmefraktionen zerlegt wird, wobei die höherwertige Temperaturfraktion den Verdampfer/Erhitzer (4) eines Turbinenkreislaufes beaufschlagt sowie erneut dem Wärmetauscher (1) zugeführt wird und die niederwertige Temperaturfraktion den Kondensator/Kühler des getrennten Turbinenkreislaufes und/oder den Wärmetauscher (15) zu einem Kältekreislauf beaufschlagt sowie von dort der Strahlpumpe (2) als Sauggas wieder zur Verfügung gestellt wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Arbeitsverfahren zur Erzeugung mechanischer und/oder elektrischer Energie, bei dem mit Hilfe einer Gas-/Dampfstrahlpumpe und eines Wirbelrohres der Gas-/Dampfmassenstrom in einem Carnot'schen Kreisprozess erhöht und eine Temperaturspreizung zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer des getrennten Turbinenkreislaufes herbeigeführt wird.
- Bei der Nutzung solarthermischer, geothermischer und sonstiger Wärmequellen mit geringer Temperaturdifferenz zur Umwelttemperatur als Kondensatorvorlage sind bei Carnot'schen Kreisprozessen nur kleine Wirkungsgrade erreichbar. So beträgt bei einer erreichbaren Temperaturspreizung zwischen 300 K und 400 K der Carnot'sche Wirkungsgrad nur 0,25, der aufgrund spezifischer Verluste durch Speisepumpen- und Regelarbeit sowie Wärmeverluste praktisch nicht erreicht werden kann.
- Mit Erfolg wird im Rahmen des Kalina-Prozesses versucht, die Ausbeute an mechanischer und elektrischer Energie dadurch zu erhöhen, dass mit einer Wasser-Ammoniak-Mischung und regelbarer Siedetemperatur eine bessere Temperaturspreizung bis nahe an den Gefrierpunkt von Wasser als Kondensationsvorlage für den Turbinenabdampf herbeigeführt wird. Der Einsatz von Absorptionskälteanlagen ist teuer und mit Prozessmedien wie Ammoniak umweltgefährlich.
- Aus der
WO 00/63534 US-3 788 064 ist u. a. ein Hochtemperaturwärmetauscher beschrieben in einem Hochtemperaturkeislauf sowie ein zweiter Rückführkreis für einen zweiten Gasfluss einer Wärmekraftmaschine. - Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfacheres, weniger teures und weniger umweltgefährdendes Verfahren zur Erreichung der gleichen Zielsetzung der Temperaturspreizung zwecks Erhöhung des Wirkungsgrades zu finden.
- Da als weitere Randbedingung eine wesentliche Absenkung der Kondensationstemperatur aufgrund des steileren Kennlinienverlaufes des Carnot'schen Wirkungsgrades bei zunehmend kleineren Kondensationstemperaturen angestrebt wird, war erfindungsgemäß eine deutliche Absenkung der unteren Prozesstemperatur im Turbinenkreislauf unter die Umgebungstemperaturen zu erreichen.
- Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
- Hier wird mit einem mehrstufigen Dampfstrahlpumpe-Wirbelrohr die von dem Treibdampf durchgesetzte Masse mit entsprechender Temperaturspreizung verdoppelt oder vervielfacht. Diese zusätzliche Masse wird dem jeweils nachgelagertem Kaltkreislauf derart entnommen, dass bei der letzten Stufe das dem Wirbelrohr entströmende Kaltgas den Kondensator des Turbinenkreislaufes durchströmt, dort das noch dampfförmige Arbeitsmedium unter Wärmeaufnahme kondensiert und entweder unmittelbar wieder von der Dampfstrahlpumpe angesaugt wird oder das Wirbelrohr als unterkühltes Kondensat verlässt, über eine Speisepumpe in den Kondensator des Turbinenkreislaufes gedrückt wird, dort verdampft und erneut von der Dampfstrahlpumpe angesaugt wird. In den der letzten Stufe vorgelagerten Stufen wird das Sauggas jeweils über die zum Turbinenkreislauf gehörenden Wärmetauscher wie Vorwärmer und Verdampfer angesaugt.
- Ein dreistufiger Arbeitsprozess ist also derart aufgebaut, dass in einem ersten Teilkreislauf das Arbeitsmittel in einem ersten Wärmetauscher
1 erhitzt oder verdampft wird und über eine erste Gas-/Dampfstrahlpumpe2 unter Mitnahme des Sauggases in ein erstes Wirbelrohr3 eintritt und das Arbeitsmittel dort in zwei Temperaturfraktionen zerlegt wird. Die höherwertige Temperaturfraktion durchströmt den Überhitzer4 des Turbinenkreislaufes6 , die niederwertigere Temperaturfraktion wird einer zweiten Gas-/Dampfstrahlpumpe7 zugeführt. - Das Arbeitsmittel nimmt in einem zweiten Teilkreislauf in der Gas-/Dampfstrahlpumpe
2 wiederum das Sauggas mit und wird in einem zweiten Wirbelrohr8 in zwei Temperaturfraktionen zerlegt, deren temperaturmäßig höherwertigere Fraktion dem Verdampfer9 des Turbinenkreislaufes zugeführt wird und von dort über einen zweiten Wärmetauscher10 als Sauggas von der Dampfstrahlpumpe1 angesaugt wird, die niederwertigere Tempe raturfraktionen wird einer dritten Gas-/Dampfstrahlpumpe11 zugeführt. Der Wärmetauscher2 dient der Aufnahme von Wärme aus der Umwelt. - In einem dritten Teilkreislauf wird die niederwertigere Temperaturfraktion nach dem Wirbelrohr
2 der Gas-/Dampfstrahlpumpe3 zugeführt. Deren höherwertige Temperaturfraktion erwärmt das Arbeitsmedium des Turbinenkreislaufes in dem Vorwärmer12 und strömt über einen dritten Wärmetauscher13 der Gas-/Dampfstrahlpumpe2 als Sauggas zu. Der Wärmetauscher13 dient wahlweise zur Abgabe von Kälte an einen Kältekreislauf oder zur Aufnahme von Wärme aus der Umwelt. Die niederwertige Temperaturfraktion nach dem dritten Wirbelrohr14 wird zur Beaufschlagung des Kondensators15 des Turbinenkreislaufes genutzt. - Der Kondensator
15 kann als Gegenstrom-Kondensator-Verdampfer ausgebildet werden, in dem einerseits das Arbeitsmittel der Teilkreisläufe nach Kondensation im Wirbelrohr3 und Transport durch eine Speisepumpe16 erneut unter Wärmeaufnahme verdampft und andererseits das Arbeitsmittel des Turbinenkreislaufes nach Verlassen der Turbine unter Wärmeabgabe kondensiert. - Das Arbeitsmedium des Turbinenkreislaufes wird in dem Vorwärmer erwärmt, in dem Verdampfer verdampft und in dem Überhitzer überhitzt, beaufschlagt dann die Turbine und wird in dieser entspannt bevor es in dem Kondensator wieder verflüssigt wird. Eine zweite Speisepumpe
17 fördert das Arbeitsmedium des Turbinenkreislaufes in den Vorwärmer. - Der Wärmetauscher
1 ist zur Wärmeaufnahme des Treibgases/-dampfes aus einem Solarkollektor oder einer sonstigen Wärmequelle vorgesehen, der Wärmetauscher10 zur Aufnahme von Wärme aus einer weiteren Wärmequelle wie zum Beispiel Luft oder Wasser. - Um optimale Treibdrücke zu erzielen, wird das Arbeitsmedium des Wärmearbeitskreislaufes in einem vierten Wärmetauscher
19 kondensiert und über eine dritte Speisepumpe20 der treibenden Wärmequelle im Wärmetauscher1 ausgesetzt. - Die rechnerische Auslegung des erfindungsgemässen Arbeitsverfahrens führt zu dem Ergebnis, das bei einer Temperaturdifferenz zwischen Wärmetauscher
1 und dem Wärme tauscher2 von etwa 20 K ein einstufiger Arbeitsprozess gefahren werden kann und sodann je weiteren 20 K eine weitere Stufe, ein weiterer Teilkreislauf zum Einsatz gebracht werden kann, wobei die jeweilige Druckabstufung zwischen den Stufen der Teilkreisläufe eine Frage der gewünschten Masseverhältnisse zwischen Treibgas/-dampf und Sauggas/-dampf ist. - Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich dadurch, dass die erzeugte Kaltgas-/Kaltdampffraktion auch genutzt werden kann, um über einen Wärmetauscher Kälte für einen Kältekreislauf zur Verfügung zu stellen.
- Der Wärmearbeitskreislauf kann mit einem Gas oder einer verdampfbaren Flüssigkeit, vorzugsweise einem Kältemittel wie z. B. R 124 oder R 365 mfc betrieben werden. Die besondere Prozessführung mit Strahlpumpen und Wirbelrohren sowie entsprechenden Teilkreisläufen in dem Wärmearbeitskreislauf legt es nahe, aceotrope Stoffgemische einzusetzen, um je nach Stufe optimale Verdampfungs- und Kondensationswärmen zu erhalten.
- In der Zeichnung ist ein dreistufiges Verfahren wiedergegeben. Die Bezugszeichen stehen für die im obigen Text verwandten Bezeichnungen der einzelnen Bauteile.
Claims (6)
- Arbeitsverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass ein Arbeitsmedium in einem Wärmetauscher (
1 ) Wärme aufnimmt und als Treibgas oder Treibdampf in einer Strahlpumpe (2 ) ein Sauggas oder einen Saugdampf in ein nachgeschaltetes Wirbelrohr (3 ) mitnimmt und das Mischgas oder der Mischdampf in dem Wirbelrohr in zwei Wärmefraktionen zerlegt wird, wobei die höherwertige Temperaturfraktion den Verdampfer/Erhitzer (4 ) eines Turbinenkreislaufes beaufschlagt sowie erneut dem Wärmetauscher (1 ) zugeführt wird und die niederwertige Temperaturfraktion den Kondensator/Kühler des getrennten Turbinenkreislaufes und/oder den Wärmetauscher (15 ) zu einem Kältekreislauf beaufschlagt sowie von dort der Strahlpumpe (2 ) als Sauggas wieder zur Verfügung gestellt wird. - Arbeitsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Strahlpumpen(
2 ,7 ,11 )-Wirbelrohre (3 ,8 ,14 ) hintereinandergeschaltet sind und die jeweils höherwertige Temperaturfraktion abgestuft den Wärmetauschern der heißen Seite des Turbinenkreislaufes, also dem Vorwärmer (12 ), dem Verdampfer (9 ) und dem Überhitzer (4 ) zur Verfügung gestellt wird und von dort der jeweils vorgelagerten Strahlpumpe wieder als Sauggas unter Wärmeaufnahme durch einen Wärmetauscher (13 ,10 ) zuströmt. - Arbeitsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmedium in dem letzten Wirbelrohr (
14 ) vor dem Kondensator (15 ) des Turbinenkreislaufes als Kondensat ausgeschieden wird und nach Durchlaufen einer Speisepumpe (16 ) in dem Kondensator unter Wärmeaufnahme wieder verdampft wird. - Arbeitsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmedium nach dem Überhitzer zwecks Kondensation dem Wärmetauscher einer nachgelagerten Sauggasstufe und über eine Speisepumpe erneut dem Wärmetauscher zur Verdampfung zugeleitet wird.
- Arbeitsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitsmittel im Wärmekreislauf ein Gas oder eine verdampfbare Flüssigkeit eingesetzt wird.
- Arbeitsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitsmittel im Wärmekreislauf ein aceotropes 2-Stoff-System eingesetzt wird.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200410037934 DE102004037934B4 (de) | 2004-08-04 | 2004-08-04 | Arbeitsverfahren |
PCT/EP2005/008353 WO2006015768A1 (de) | 2004-08-04 | 2005-08-02 | Verfahren zur wirkungsgraderhöhung mittels temperaturspreizung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200410037934 DE102004037934B4 (de) | 2004-08-04 | 2004-08-04 | Arbeitsverfahren |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102004037934A1 DE102004037934A1 (de) | 2006-02-23 |
DE102004037934B4 true DE102004037934B4 (de) | 2009-08-27 |
Family
ID=34973194
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE200410037934 Expired - Fee Related DE102004037934B4 (de) | 2004-08-04 | 2004-08-04 | Arbeitsverfahren |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102004037934B4 (de) |
WO (1) | WO2006015768A1 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007329461A (ja) * | 2006-05-01 | 2007-12-20 | Bridgestone Corp | 光透過性電磁波シールド性窓材の製造方法、及び光透過性電磁波シールド性窓材、 |
CN105333637A (zh) * | 2015-11-24 | 2016-02-17 | 北京运特科技有限公司 | 多效多级涡流管冷热双能机系统的制造工艺 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3788064A (en) * | 1972-01-26 | 1974-01-29 | R Hawkins | System for driving heat motor |
WO2000063534A1 (de) * | 1999-04-14 | 2000-10-26 | Joachim Schwieger | Verfahren zur wärmetransformation mittels eines wirbelaggregats |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4121425A (en) * | 1976-06-14 | 1978-10-24 | Nicodemus Carl D | Thermodynamic system |
US4037414A (en) * | 1976-07-23 | 1977-07-26 | Nicodemus Carl D | Liquid/vapor energy cycle |
US4333017A (en) * | 1980-10-20 | 1982-06-01 | Connell John J O | Method and apparatus for closed loop vortex operation |
JPS6022005A (ja) * | 1983-07-15 | 1985-02-04 | Hitachi Ltd | 蒸気タ−ビン漏洩蒸気回収法 |
SU1318702A1 (ru) * | 1986-01-02 | 1987-06-23 | Московский энергетический институт | Теплоэнергетическа установка |
DE4343088A1 (de) * | 1993-12-18 | 1995-06-22 | Keller Juergen U Univ Prof Dr | Kondensationswirbelrohr |
DE10131072C1 (de) * | 2001-06-27 | 2002-12-12 | Joachim Schwieger | Wärmetrafo mit Rückverdichtung |
DE10228865A1 (de) * | 2002-06-27 | 2004-01-15 | Uehlin, Jürgen, Dipl.-Ing. | Kollektor mit integrierter Expansionsmaschine und Generator zur Wandlung thermischer Solarstrahlung in Elektrizität |
-
2004
- 2004-08-04 DE DE200410037934 patent/DE102004037934B4/de not_active Expired - Fee Related
-
2005
- 2005-08-02 WO PCT/EP2005/008353 patent/WO2006015768A1/de active Application Filing
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3788064A (en) * | 1972-01-26 | 1974-01-29 | R Hawkins | System for driving heat motor |
WO2000063534A1 (de) * | 1999-04-14 | 2000-10-26 | Joachim Schwieger | Verfahren zur wärmetransformation mittels eines wirbelaggregats |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102004037934A1 (de) | 2006-02-23 |
WO2006015768A1 (de) | 2006-02-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2188499B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur umwandlung der wärmeenergie einer niedertemperatur-wärmequelle in mechanische energie | |
EP2115365B1 (de) | Wärmepumpe, kleinkraftwerk und verfahren zum pumpen von wärme | |
EP2765278A1 (de) | Dampfkraftkreislaufsystem | |
EP2021634B1 (de) | Anlage und assoziiertes verfahren zur umwandlung von wärmeenergie in mechanische, elektrische und/oder thermische energie | |
EP1706599B1 (de) | Verfahren und anlage zur umwandlung von anfallender wärmeenergie in mechanische energie | |
DE102004037934B4 (de) | Arbeitsverfahren | |
DE112016000565T5 (de) | Arbeitsflüssigkeit für eine Einheit, Einheit und Verfahren zum Umwandeln von Wärme in mechanische Energie | |
DE102010011737B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Energieumwandlung | |
DE102009043720A1 (de) | Carnotisierter Rankineprozess für Solarthermische Kraftwerke | |
AT506353B1 (de) | Strahlverdichterwärmekraftmaschine | |
DE102009016775A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserdampf auf hohem Temperaturniveau | |
DE2629345A1 (de) | Waermepumpe | |
US8910477B2 (en) | Thermodynamic cycle | |
US20240084722A1 (en) | A rankine cycle arrangement comprising an ejector | |
WO2014117924A2 (de) | Verfahren zum betrieb eines niedertemperaturkraftwerkes, sowie niedertemperaturkraftwerk selbst | |
DE202012007723U1 (de) | Vorrichtung zur Optimierung des inneren Wirkungsgrades eines Organic-Rankine-Prozesses mittels eines Rekuperator-Zwischenkreislaufs | |
DE102010040765A1 (de) | Einrichtung zur Bereitstellung von Heizwärme oder zur Erzeugung von Klimakälte und Einrichtung zur Bereitstellung von Elektroenergie, sowie Verfahren zur Bereitstellung von Heizenergie, Verfahren zur Erzeugung von Kälteenergie und Verfahren zur Erzeugung von Bewegungsenergie und/oder Elektroenergie | |
EP2343489B1 (de) | Wärmepumpe | |
DE4243569A1 (en) | Efficient steam-raising process for thermally operated power station - has additional water circulation for reclamation of latent heat of condensation to assist steam generation and eliminate cooling towers | |
EP3623725A1 (de) | Absorptionsmaschine und sorptionskreisprozess | |
DE102004030367A1 (de) | Stromgewinnung aus der Kondensatorabwärme einer Anlage zur Wassergewinnung aus Luft mittels Kondensation zur anteiligen Deckung des Energiebedarfs | |
CH460815A (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Ausnutzung von Wärme aus industriellen Anlagen und Anwendung des Verfahrens | |
DE3321739A1 (de) | Dampfkraftmaschinen-kreisprozess zur erhoehung des waermewirkungsgrades, insbesondere fuer dampfkraftwerke | |
DE3435072A1 (de) | Waermekraftmaschine | |
DE2040576A1 (de) | Schaltung zur Ausnutzung des kalten Endes eines Gasturbinenprozesses |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8122 | Nonbinding interest in granting licenses declared | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DEUTSCHE ENERGIE HOLDING GMBH, 44227 DORTMUND, DE |
|
8181 | Inventor (new situation) |
Inventor name: PRIEBE, KLAUS-PETER, 44357 DORTMUND, DE |
|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20140301 |