DE102009057095A1 - Waste heat supplied heat utilization device - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Wärmenutzungsvorrichtung WNV beschrieben, die unter Nutzung der Kühl- und/oder der Abgaswärme einer Primärmaschine PM in einem Betriebsmittel BM Kreislauf einen hohen Gesamtwirkungsgrad von 0,45 < ηPM+WNV < 0,69 erzielt.
Als PM werden eingesetzt ein Verbrennungsmotor VM, stationär oder eingebaut in einem (Kraft-)Fahrzeug, ein Gas-/Dampfturbinen Kraftwerk, eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage oder ein (Biogas-)Brenner, und als BM ein Heißdampf oder ein Gemisch aus einem überkritischen Hochdruckdampf plus dem Heißdampf und/oder plus Teilen des Abgases unter Gewinnung von Mischungsenthalpie.
Weiterhin ist eine Verwendung der WNV vorgesehen als Luft- oder Abgasverdichter unter Abspeicherung, als mechanischer Lader der PM, die, wie auch die WNV, unter Nutzung der abgespeicherten Druckluft/des -abgases als Druckluft-/Abgasmaschine bzw. als Booster betrieben werden kann und dann eine relative Gesamtleistung der PM + WNV Kombianlage von 1,6 < PPM+WNV/PPM < 2,3 ergibt.
A heat utilization device WNV is described, which achieves a high overall efficiency of 0.45 <η PM + WNV <0.69 using the cooling and / or exhaust heat of a primary machine PM in a resource BM cycle.
As a PM are used an internal combustion engine VM, stationary or installed in a (power) vehicle, a gas / steam turbine power plant, a combined heat and power plant or a (biogas) burner, and BM as a superheated steam or a mixture of a supercritical high pressure steam plus the superheated steam and / or plus parts of the exhaust gas to obtain enthalpy of mixing.
Furthermore, a use of WNV is provided as an air or exhaust gas compressor under storage, as a mechanical supercharger PM, which, as well as the WNV, using the stored compressed air / des-exhaust gas can be operated as a compressed air / exhaust engine or as a booster and then gives a total combined PM + WNV combined ratio of 1.6 <P PM + WNV / P PM <2.3.

Figure 00000001
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Description

Einleitungintroduction

Das Ziel der Erfindung ist es, auf möglichst effiziente Weise die gesamte Abwärme der Kühlung und/oder des Abgases einer Primärquelle/-maschine (PM),
I. eines Brenners, II. einer Gas- + Dampfturbine (GT + DT) oder III. eines Hub- oder Drehkolben (DK) Verbrennungsmotors (VM) mit Hilfe einer Wärmenutzungsvorrichtung (WNV) in einem einzigen Betriebsmittel Kreislauf einer Nutzung zuzuführen.
The aim of the invention is to obtain as efficiently as possible all the waste heat from the cooling and / or the exhaust gas of a primary source / machine (PM),
I. a burner, II. A gas + steam turbine (GT + DT) or III. a rotary or rotary piston (DK) internal combustion engine (VM) using a heat utilization device (WNV) in a single resource supply circuit to use.

Die WNV besteht aus einer die/das Betriebsmittel (BM) fördernden und verdichtenden Kompressionsvorrichtung, einem Verdichter oder einer Wärmepumpe (WP), und einer nachfolgenden Entspannungsvorrichtung, einer Dampf-/Gasmaschine (DM).The WNV consists of a / the operating medium (BM) promoting and compressing compression device, a compressor or a heat pump (WP), and a subsequent expansion device, a steam / gas engine (DM).

Die Funktion der Förder-/Kompressions-/Wärmepumpe WP für das dampf- oder gasförmige BM bzw. die einer Hochdruckpumpe für das anfänglich flüssige BM ist essentiell für den hohen effektiven Wirkungsgrad ηPM+WNZ der Umwandlung der Primärmaschine PM mit WNZ Anlage:
0,41 < ηPM+WNZ < 0,69
schon bei einer Drehzahl von U = 3000/min (1500/min) für einen VM bis zu ηVM+WNZ = 0,5 und für eine GT + DT Anlage als PM η(GT+DT)+WNZ = 0,7.
The function of the conveyor / compression / heat pump WP for the steam or gaseous BM or that of a high-pressure pump for the initially liquid BM is essential for the high effective efficiency η PM + WNZ of the conversion of the primary machine PM with WNZ system:
0.41 <η PM + WNZ <0.69
even at a speed of U = 3000 / min (1500 / min) for a VM up to η VM + WNZ = 0.5 and for a GT + DT system as PM η (GT + DT) + WNZ = 0.7.

Die WNV Förder-/Kompressionsvorrichtung verbraucht hier praktisch nichts bis zu maximal 30% (als Wärmepumpe WP) der Gesamtzusatzleistung PWNZ der WNZ Anlage, während z. B. der Turbinenverdichter einer GT etwa 40% der PGT Leistung benötigt.The WNV delivery / compression device consumes practically nothing up to a maximum of 30% (as heat pump WP) of the total additional power P WNZ of the WNZ system, while z. B. the turbine compressor of a GT about 40% of the P GT power needed.

Der gravierende Nachteil einer DT besteht darin, dass diese einen großen Massen-Volumenstrom bei hohem Druck benötigt. Der hohe Druck kann aber energetisch günstig nur im flüssigen Zustand des BM aufgebaut werden, und somit ist im BM Kreislauf nach einer DT Kette eine Verflüssigung des gesamten BM’s erforderlich. Diese erfolgt meistens unter Fremdkühlung und führt die hohe Kondensations- als nutzlose oder geringerer wenige Abwärme ab.The serious disadvantage of a DT is that it requires a large mass flow rate at high pressure. The high pressure can be built up energetically favorable only in the liquid state of the BM, and thus in the BM circulation after a DT chain a liquefaction of the entire BM is necessary. This is usually done by external cooling and performs the high condensation as useless or less few waste heat.

Die Abwärme der PM, des VM, der GT oder des Brenners (BR) muss vor der Erwärmung des BM, also vor jedem Kreiszyklus, dessen Verdampfungswärme zur Verfügung stellen, welche etwa gleich ist wie diejenige, die zur Erhitzung des BM von z. B. T0 = 30°C auf T2 = 530°C aufgebracht werden muss.!The PM, VM, GT or burner (BR) waste heat must provide its heat of vaporization prior to heating the BM, ie before each cycle, which is about the same as that used to heat the BM from e.g. B. T 0 = 30 ° C to T 2 = 530 ° C must be applied.!

Für die WNV, die hier z. B. als Drehkolbenmaschine (DKM) konzipiert ist, muss, je nach BM Gemisch, nur ein Viertel bis zum Gesamten des BM flüssigem Zustand vorliegen, welches dann durch eine Hochdruckpumpe mit dem hohen, überkritischen Druck beaufschlagt wird, während das nicht kondensierte BM direkt als Dampf dem Kreislauf wieder zurückgeführt wird, um dann in zwei der vorgesehenen vier BM Versionen in der ersten Komponente der WNV mit dem Hochdruckdampf gemischt zu werden.For the WNV, here z. B. is designed as a rotary piston engine (DKM), must be, depending on the BM mixture, only a quarter to the whole of the BM liquid state, which is then acted upon by a high-pressure pump with the high, supercritical pressure, while the non-condensed BM directly as Steam is recirculated back to the circuit and then mixed with the high pressure steam in two of the four BM versions provided in the first component of the WNV.

Der Vorteil der Hochdruck-/Heißdampf(Abgas)BMGemische beruht darauf, dass ein BM Zustand mit niedriger Entropie (Hochdruckdampf) gemischt wird mit einem hoher Entropie (Heißdampf oder Abgas), wodurch sich die nutzbare Exergie erhöht.The advantage of high-pressure / superheated steam (exhaust gas) BM mixtures is that a BM state with low entropy (high-pressure steam) is mixed with a high entropy (hot steam or exhaust gas), which increases the usable exergy.

Die auf diese Weise eingesparte Wärmeenergie von ca. 30% bis 50% kann zum Erhitzen des BM auf höhere Temperaturen oder zur Präparation einer größeren Charge BM eingesetzt werden. Da beide, die Molmenge des BM und dessen Temperatur etwa proportional mit der zur Verfügung stehenden Wärmeenergie ansteigen – aber miteinander in Konkurrenz stehen –, wird auch die erzielbare WNV Zusatzleistung PWNV in etwa linear mit der eingebrachten Wärmeenergie ansteigen.The heat energy saved in this way of about 30% to 50% can be used to heat the BM to higher temperatures or to prepare a larger batch BM. Since both, the molar amount of BM and its temperature increase approximately in proportion to the available heat energy - but compete with each other -, the recoverable WNV additional power P WNV will increase approximately linearly with the introduced heat energy.

Dies und der vorteilhafte Einsatz der DKM, die schon mit deutlich geringerem Druck und Volumenstrom vergleichbare Arbeit leistet, ist die Erklärung für die erzielbaren, hohen Werte der Zusatzleistung PWNV und des hohen Wirkungsgrades ηWNZ der WNV, siehe unten.This and the advantageous use of the DKM, which already achieves comparable work with significantly lower pressure and volume flow, is the explanation for the achievable, high values of the additional power P WNV and the high efficiency η WNZ of the WNV, see below.

Die DKM wird hier mit zwei Ein- und Auslässen pro DKM Scheibe ausgestattet und fördert dann drei Zylinderkammervolumen voll BM pro eine Umdrehung des jeweiligen Kreiskolbens.The DKM is equipped here with two inlets and outlets per DKM disc and then delivers three cylinder chamber volumes full of BM per one revolution of the respective rotary piston.

Die hier vorgestellte WNZ Anlage trägt dann in einem Kreislaufsystem, allein unter Ausnutzung der Abwärme einer PM, z. B. für einen VM oder einer (GT + DT) Anlage, eine relative Zusatzleistung zu der PM bei von
17% < PWNZ/PVM(GT+DT) < 61%,
schon für eine Drehzahl von U = 3000/min (1500/min), z. B. der DKM als WNV.
The presented here WNZ plant then contributes in a cycle system, alone taking advantage of the waste heat of a PM, z. For example, for a VM or a (GT + DT) plant, a relative additional power to the PM at
17% <P WNZ / P VM (GT + DT) <61%,
already for a speed of U = 3000 / min (1500 / min), z. B. the DKM as WNV.

Insbesondere für eine WNV hinter einem VM als PM liegt für den Betrieb mit einem BM Dampf der Vorteil darin, dass in dem einem Kreislaufsystem die Abwärme des Kühlwassers im Niedertemperaturbereich (NT) zur Verdampfung des BM’s eingesetzt wird, und die gesamte Abgaswärme des VM zur weiteren Erhitzung des BM auf höhere Temperaturen zur Verfügung steht.In particular for a WNV behind a VM as PM, the advantage for operating with a BM steam is that in one circulatory system the waste heat of the cooling water in the low temperature range (NT) is used to evaporate the BM, and the entire exhaust heat of the VM to the other Heating the BM to higher temperatures is available.

Damit zieht die Umsetzung von (Ab-)Wärme- in mechanische Energie der WNV Kombianlagen hinter einem VM mit der eines modernen Gas- und Dampf-(GuD)Kraftwerkes gleich und übertrifft dieses hinter einer GT + DT Anlage deutlich.The conversion of (waste) heat into mechanical energy of combined heat and power plants behind a VM thus equals that of a modern gas and steam (combined cycle) power plant and clearly outperforms it behind a GT + DT turbine.

Die jeweiligen Zusatzleistungen PWNZ mit einem VM oder einer GT + DT Anlage bzw. die Wirkungsgraderhöhung mit einem Brenner können unter Berücksichtigung und Einrechnung mehrerer einschlägiger, realistischer Verlustfaktoren ηx zwischen
0,75 < ηx < 0,95, siehe unten,
vergleichbare oder noch höhere Werte erreichen, vor allem unter Einbringung der vorgesehenen Zusatzfunktionen der WNV.
The respective additional services P WNZ with a VM or a GT + DT system or the increase in efficiency with a burner can, taking into account and including several relevant, realistic loss factors η x between
0.75 <η x <0.95, see below,
achieve comparable or even higher values, especially with the introduction of the planned additional functions of the WNV.

Zusätzlich soll und kann die WNV in prinzipiell drei weiteren Funktionen verwendet werden:

  • 1. als mechanischer Luftverdichter (LV) durch Umkehrung der Beschickungsrichtung – in der Aufwärmphase des VM, bei niedrigen Drehzahlen und bei hoher Leistungsanforderung zur Aufladung des VM und der GT plus deren Feuerungsstelle, sowie
  • 2. als LV und Abgasverdichter (AV) zur Rekuperation von Bewegungsenergie bei Schub- und Bremsvorgängen des VM betriebenen KFZ, bzw. im Unterlastbetrieb eines stationären VM, eines Brenners oder einer GT + DT Anlage – unter Abspeicherung der erzeugten Druckluft/des Druckabgases in einem Druckluftspeicher (DLS) und/oder einem Druckabgasspeicher (DAS) und – anschließendem kraftstofflosen/-armen Betrieb des VM bzw. der GT mit der abgespeicherten Druckluft/dem Druckabgas, sowie
  • 3. als Booster unter Beschickung der WNV Anlage selbst mit der abgespeicherten Druckluft/dem Druckabgas über einen Druckminderer für starke Beschleunigungsvorgänge im VM betriebenen KFZ und zur Abdeckung von Spitzenlast bei einem stationären VM und bei einer GT + DT Anlage, unter gleichzeitiger Beschickung des VM bzw. der GT und deren Feuerungsstelle. Die Leistungsabgabe des WNV Booster kann dann die maximale Leistung der Primärmaschine PM in etwa erreichen oder sogar übertreffen, im kurzfristigen Betrieb z. B. des VM in einem KFZ oder längerfristig bei der DT + GT und der stationären VM Anlage, abhängig von der Menge (und dem Druck) der/des gespeicherten Druckluft/-abgases.
In addition, the WNV should and can be used in principle three other functions:
  • 1. as a mechanical air compressor (LV) by reversing the feeding direction - in the warm-up phase of the VM, at low speeds and high power requirement for charging the VM and the GT plus their Feuerungsstelle, as well
  • 2. as LV and exhaust gas compressor (AV) for recuperation of kinetic energy during thrust and braking operations of the VM operated vehicle, or under load operation of a stationary VM, a burner or a GT + DT system - under storage of the generated compressed air / the pressure exhaust gas in one Compressed air storage (DLS) and / or a pressure exhaust gas storage (DAS) and - subsequent non-fuel / low-power operation of the VM or the GT with the stored compressed air / the pressure exhaust gas, and
  • 3. as a booster with the WNV system itself with the stored compressed air / pressure exhaust via a pressure reducer for strong acceleration operations in the VM operated vehicle and to cover peak load in a stationary VM and GT + DT system, while feeding the VM or the GT and its firing point. The power output of the WNV booster can then reach or even exceed the maximum power of the primary machine PM in about, in short-term operation z. B. the VM in a car or longer term in the DT + GT and the stationary VM plant, depending on the amount (and pressure) of the stored compressed air / -abgas.

Aufgrund der/des in den Energiespeicher DLS/DAS gespeicherten Druckluft/-abgases mit 100 l bis 300 l Fassungsvermögen, z. B. in einem PKW, die in ihrer Energiespeicher-Kapazität mit den Batteriespeichern heutiger „Mild Hyprid” Autos vergleichbar sind, werden alle dafür geeigneten Hilfsaggregate in den KFZ’s auf Druckluft umgestellt, wie z. B. Bremskraftverstärker, Lenkhilfe und Anlasser, etc.Due to the / in the energy storage DLS / DAS stored compressed air / -abgas with 100 l to 300 l capacity, z. As in a car, which are comparable in their energy storage capacity with the battery storage of today's "Mild Hyprid" cars, all suitable auxiliary equipment in the car's converted to compressed air, such. B. brake booster, power steering and starter, etc.

Das ermöglicht den VM im KFZ auch während des Fahrens gefahrlos abzuschalten, z. B. beim Heranrollen an rote Ampeln und an leichten Gefällstrecken.This allows the VM in the car safely shut off while driving, z. B. when rolling up to red traffic lights and on gentle slopes.

Ohne Einrechnung dieser Verwendungen kann die WNV Kombianlage dann im Optimum einen effektiven Wirkungsgrad erreichen von:
ηVM+WNZ > 0,5 bzw. ηGT+DT+WNZ > 0,70.
Without including these uses, the combined heat and power plant can achieve an effective efficiency of:
η VM + WNZ > 0.5 or η GT + DT + WNZ > 0.70.

Unter Ausnutzung der WNV Booster Funktion kann für den VM im KFZ unter Aufladung mit der gespeicherten Druckluft die kurzzeitig, z. B. für einige Minuten, abrufbare, maximale Leistung der Kombianlage, PVM+WNV,max, die maximale Nennleistung des VM, PVM,max, mehr als verdoppelt werden PVM+WNV,max > 2,3 PVM,max, siehe unten.Taking advantage of the WNV booster function can be for the VM in the car under charging with the stored compressed air for a short time, z. Eg for a few minutes, the maximum power of the combined plant, P VM + WNV, max , the maximum rated power of the VM, P VM, max , can be more than doubled P VM + WNV, max > 2.3 P VM, max , see below.

Durch den Ersparniseffekt an nicht benötigter, mehrmaliger Zwischen-Verdampfungsleistung im Falle II, einer GT + DT (GuD) Anlage, siehe unten, und durch den Betrieb der WNV Anlage mit einem 1:1 BM Gemisch aus Hochdruck- und Heißdampf, z. B. von H2O, ergibt sich eine erhöhte Zusatzleistung von
PWNV = 34 MW,
siehe Beschreibung zu 5a, zur den angenommen Grundleistungen des GuD Kraftwerkes, von PDT = 67 MW und PGuD = 200 MW.
Due to the savings effect of unneeded, multiple intermediate evaporation performance in case II, a GT + DT (GuD) plant, see below, and by operating the WNV plant with a 1: 1 BM mixture of high pressure and superheated steam, eg. B. of H 2 O, there is an increased additional power of
P WNV = 34 MW,
see description to 5a , to the assumed basic performances of the combined cycle power plant, of P DT = 67 MW and P GuD = 200 MW.

So dass dann für die GT + DT Anlage unter der Annahme
PGT+DT = 3 PDT mit PGT = 2 PDT und
PDT+WNV = 1,51 PDT
sich mindestens PGT+DT+WNV = 3,51 PDT ergibt, also eine Steigerung von 17%, (ohne Anrechnung der Booster Funktion der WNV), was den Wirkungsgrad ηGuD+WNV auf Werte nahe oder über ηGuD+WNV > 70% bringt.
So then assuming for the GT + DT plant
P GT + DT = 3 P DT with P GT = 2 P DT and
P DT + WNV = 1.51 P DT
At least P GT + DT + WNV = 3.51 P DT results, ie an increase of 17%, (without counting the booster function of the WNV), which the efficiency η GuD + WNV to values close to or above η GuD + WNV > 70% brings.

Für eine GuD Anlage kann weiterhin unter Aufladung der GT mit der abgespeicherten Druckluft, die mit der LV Funktion der WNV erzeugt und dann abgespeichert wurde, dann unter Wegfall des Turbinenverdichters und den obigen Annahmen,
PGuD+WNVBoost > 5 PDT erreicht werden, also eine Steigerung um einen Faktor 1,61,
für den Einsatz in Spitzenlastzeiten über eine längere Zeit, abhängig von der abgespeicherten Menge der/des Druckluft-/Druckabgases, siehe Beschreibung zu 5.
For a gas and steam turbine plant can continue under charging the GT with the stored compressed air, which was generated with the LV function of the WNV and then stored, then with the elimination of the turbine compressor and the above assumptions,
P GuD + WNVBoost > 5 P DT , ie an increase by a factor of 1.61,
For use in peak load periods over a long period of time, depending on the stored quantity of the compressed air / compressed exhaust gas, see description to 5 ,

Darin liegt für ein GuD Kraftwerk der weitere, große Vorteil der WNV Kombianlage, dass sie sowohl als Wärmenutzungsvorrichtung WNV als auch als LV unter Abspeicherung der erzeugten Druckluft betrieben werden kann, mit den oben beschriebenen Möglichkeiten, und kein zusätzlicher Kompressor benötigt wird.This is for a combined cycle power plant, the other great advantage of the combined WNV plant that they both as a heat-using device WNV and LV can be operated by storing the generated compressed air, with the possibilities described above, and no additional compressor is needed.

Mit der Abspeicherung des Druckabgases und dessen anschließendem Einsatz mit der WNV als Booster und dem VM als Druck(luft)abgasmotor wird restliche Wärmeinhalt des Abgases auch noch weitgehend verwendet.With the storage of the pressure exhaust gas and its subsequent use with the WNV as a booster and the VM as a pressure (air) exhaust gas engine residual heat content of the exhaust gas is also still widely used.

Die WNV Anlage kann eingesetzt werden hinter und mit folgenden Primäraggregaten:

  • – mit einem Biogas-Brenner in kleineren lokalen Anlagen, dessen Brenngas nicht als Brennstoff für einen VM oder eine GT genutzt werden kann, oder
  • – mit einem stationären VM Aggregat, wie z. B. in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK) für Schulen, Schwimmbäder und Krankenhäuser, aber auch schon für Ein- und Mehrfamilienhäuser,
  • – präferentiell mit einem Benzin oder Gas betriebenen Otto VM oder einer Drehkolbenmaschine (DKM), einem Wankel Motor, welcher schon bei niedrigen Drehzahlen eine hohe Abgastemperatur aufweist, und die dann als Kombianlage, stationär oder in einem KFZ betrieben, den Gesamtwirkungsgrad eines vergleichbaren Diesel VM deutlich übertrifft,
  • – mit einem aufgeladenen Diesel VM für PKW, LKW oder Schiffe,
  • – sowie mit einer mittleren GuD Anlage mit einer Leistung von bis zu 300 MW. – Auch ein kompakter Nachrüstsatz, z. B. für ältere PKW oder GuD Anlagen, mit einer eigenen Steuerung ist möglich.
The WNV plant can be used behind and with the following primary aggregates:
  • - with a biogas burner in smaller local plants, whose fuel gas can not be used as fuel for a VM or a GT, or
  • - With a stationary VM unit, such. B. in combined heat and power plants (CHP) for schools, swimming pools and hospitals, but also for single and multi-family homes,
  • - Preferably with a petrol or gas operated Otto VM or a rotary piston engine (DKM), a Wankel engine, which has a high exhaust gas temperature even at low speeds, and then operated as a combined plant, stationary or in a car, the overall efficiency of a comparable diesel VM clearly surpasses,
  • - with a charged diesel VM for cars, trucks or ships,
  • - as well as with a medium-sized combined cycle power plant with an output of up to 300 MW. - Also a compact retrofit kit, z. B. for older cars or CCG systems, with its own control is possible.

Mit der Kombination Biogas-Brenner oder stationäres VM Aggregat plus WNV Anlage kann deren Laufzeit auch im Sommer deutlich erhöht werden, da mehr Leistung zur Stromerzeugung und ggf. Verbund-Einspeisung ins Netz zur Verfügung steht, und die dann geringere, anfallende Restwärme, aber auf ggf. erhöhtem Temperaturniveau, siehe unten, weiter zur Brauchwasser Erhitzung oder als Prozesswärme genutzt werden kann.With the combination of biogas burners or stationary VM aggregate plus WNV plant, their runtime can be significantly increased even in the summer, as more power is available for power generation and possibly network feed-in to the grid, and then lower residual heat, but on if necessary, elevated temperature level, see below, can continue to be used for hot water heating or as process heat.

Der VM in einem KFZ oder in einem stationären Aggregat kann neben Benzin und Diesel auch präferentiell mit (Erd-)Gas betrieben werden, dessen Druckbehälter dann nach dem Teilverbrauch des Gases als DLS eingesetzt werden können.In addition to gasoline and diesel, the VM in a motor vehicle or in a stationary unit can also preferably be operated with (natural) gas, the pressure vessels of which can then be used as DLS after the partial consumption of the gas.

Es kann ein einkomponentiges flüssiges/dampfförmiges BM 11'', 11 oder eine Gemisch aus Hochdruck beaufschlagten Dampf 11', z. B. H2OHd, und Heißdampf 11, H2Od, und/oder variablen Anteilen des Abgases 13, dessen Temperatur sich noch (weit) im Hochtemperatur Bereich befindet, verwendet werden.It can be a one-component liquid / vaporous BM 11 '' . 11 or a mixture of high pressure steam 11 ' , z. B. H 2 O Hd , and superheated steam 11 , H 2 O d , and / or variable proportions of the exhaust gas 13 , whose temperature is still (far) in the high temperature range, can be used.

Die höchsten Werte für die Zusatzleistung der WNV ergeben sich, wenn der überhitzte, mit Hochdruck beaufschlagte BM Dampf 11', H2OHd, niedriger Entropie gemischt wird, entweder mit H2Od Dampf 11 und/oder mit dem (oder Teilen des) Abgas(es) 13 höherer Entropie, zum Gemisch BM 11' + 11 (+ 13) bzw. 11' + 13,

  • – wobei der H2OHd Dampf vorher durch hohe Druckbeaufschlagung mit p ~ pkrit, dem kritischen Druck des flüssigen BM 11'', z. B. H2Ofl, und Erwärmung in WT’s durch die Kühlabwärme und durch das Abgas, z. B. des VM’s, auf Temperaturen Tfl,d > Tkrit präpariert wurde, und
  • – anschließend in der ersten Komponente der WNV, z. B. einer DKM, die Gemischbildung des H2OHd mit dem H2Od und/oder dem Abgas stattfindet, unter Gewinnung von Mischenthalpie, und
  • – die nachfolgende Entspannung unter weiterer Arbeitsleistung in den anderen WNV Komponenten, z. B. den (drei) restlichen Zylinderkammern der Zweischeiben DKM bis an die Taulinie oder in das Zweiphasengebiet des H2Od Naßdampfes erfolgt.
The highest values for the additional power of the WNV arise when the superheated, high-pressure BM steam 11 ' , H 2 O Hd , low entropy is mixed with either H 2 O d vapor 11 and / or with the (or parts of) the exhaust gas (es) 13 higher entropy, to the mixture BM 11 ' + 11 (+ 13 ) respectively. 11 ' + 13 .
  • - wherein the H 2 O Hd vapor previously by high pressurization with p ~ p crit , the critical pressure of the liquid BM 11 '' , z. B. H 2 O fl , and heating in WT's by the cooling waste heat and by the exhaust gas, z. B. of the VM, to temperatures T fl, d > T crit was prepared, and
  • - Then in the first component of the WNV, z. B. a DKM, the mixture formation of H 2 O Hd takes place with the H 2 O d and / or the exhaust, with the production of mixing enthalpy, and
  • - The subsequent relaxation under further work in the other WNV components, eg. B. the (three) remaining cylinder chambers of the two-disc DKM up to the tau line or in the two-phase region of the H 2 O d wet steam.

In der Regel stellt sich heraus, dass etwa eine massenanteilige 1:3–4 Mischung für den VM und eine 1:1–2 Mischung für die GT + DT Anlage von Hochdruckdampf H2OHd und Heißdampf H2Od und/oder dem Abgas die besten Ergebnisse für die Zusatzleistung der WNV Anlage ergibt, und damit die hohen Werte für
ηWNV und PWNZ/PVM(GT+DT) erreicht werden,
siehe die oben angegebenen und die in Tab. 1 und 2 eingetragenen Werte.
In general, it turns out that about a 1: 3-4 by mass mixture for the VM and a 1: 1-2 mixture for the GT + DT plant of high-pressure steam H 2 O Hd and superheated steam H 2 O d and / or Exhaust gas gives the best results for the additional power of the WNV plant, and thus the high values for
η WNV and P WNZ / P VM (GT + DT) are achieved,
See the values given above and the values listed in Tab. 1 and 2.

Für alle diese WNV Anlagen werden Wärmetauscher (WT) benötigt.Heat exchangers (WT) are required for all these WNV systems.

Insbesondere bei den VM Aggregaten aber auch bei dem Biogas-Brenner, ggf. auch bei einer GT kann ein WT im Hochtemperaturbereich des Abgasstromes gleichzeitig als Katalysator (KAT) eingesetzt werden, durch eine entsprechende Dimensionierung und abgasseitige Beschichtung mit Katalysator-Edelmetallen, und ggf. ein zweiter, ebenfalls abgasseitig beschichteter WT als Oxydations-Katalysator mit geregelter Luftzufuhr, insbesondere für einen Dieselmotor als PM.Particularly in the case of the VM units but also in the case of the biogas burner, possibly also in the case of a GT, a WT in the high-temperature region of the exhaust gas stream can simultaneously be used as a catalyst (CAT) by appropriate dimensioning and exhaust gas-side coating with catalyst noble metals, and if necessary a second, likewise exhaust-side coated WT as an oxidation catalyst with controlled air supply, in particular for a diesel engine as PM.

Dies reduziert die Rückwirkung der Wärmetauscher WT auf den VM in eine ähnliche Größenordnung wie bei einem modernen VM mit geregelten Katalysatoren, siehe 4.This reduces the reaction of the heat exchangers WT on the VM in a similar order of magnitude as in a modern VM with controlled catalysts, see 4 ,

Stand der TechnikState of the art

Die gute alte, mit Wasserdampf (H2Od) betriebene Dampfmaschine steht im Geruch geringer Effizienz. So hatten die DM’s, welche bis 1957 für Dampflokomotiven entwickelt wurden, bei einem maximalen Kesseldruck des H2Od von ca. 25 bar entsprechend einer Temperatur von T = 225°C einen mechanischen Wirkungsgrad von maximal 13%, da der H2Od Abdampf mit einer Temperatur von ca. T = 100°C durch den Schornstein geblasen wurde.The good old steam engine (H 2 O d ) operated steam engine is in the smell of low efficiency. Thus, the DM's, which were developed for steam locomotives until 1957, at a maximum boiler pressure of H 2 O d of about 25 bar corresponding to a temperature of T = 225 ° C, a maximum mechanical efficiency of 13%, since the H 2 O d Steam at a temperature of about T = 100 ° C was blown through the chimney.

Davor hat die Abdampfströmung Rauchgas durch einen Unterdruck Effekt, z. B. mit Giesl Ejektoren, ab- und somit mehr Frischluft in den Heizkessel gesaugt, zur vollständigeren Verbrennung der Heizkohle. Der Wirkungsgrad einer entsprechenden, reversiblen, idealen Carnot Maschine, ηC = (T2 – T1)/T2, (1) zwischen den entsprechenden Temperatur Reservoirs mit T2 = 500 K und T1 = 373 K wäre, ohne die Abdampfverluste, ηC = 0,25.Before that has the exhaust steam flue gas by a negative pressure effect, z. B. with Giesl ejectors, and thus sucked more fresh air into the boiler, for more complete combustion of the heating coal. The efficiency of a corresponding, reversible, ideal Carnot machine, η C = (T 2 -T 1 ) / T 2 , (1) between the corresponding temperature reservoirs with T 2 = 500 K and T 1 = 373 K would be, without the Abdampfverluste, η C = 0.25.

Die Aufladung von Otto- und Dieselmotoren durch einen Abgasturbolader (ATL) oder einen mechanischen Verdichter und der Betrieb von Hubkolbenmotoren mit Druckluft sind bekannt, ebenso die Turbinenluftverdichter vor einer GT.The charging of gasoline and diesel engines by an exhaust gas turbocharger (ATL) or a mechanical compressor and the operation of reciprocating engines with compressed air are known, as well as the turbine air compressor in front of a GT.

In der Patentanmeldung DE 102 59 488 A1 „Wärmekraftmaschine” wird für einen VM unter Nutzung der Abwärme in zwei getrennten, geschlossenen Betriebsmittel-(BM)Kreisläufen, einem Niedertemperatur- und einem getrennten Hochtemperatur-Kreislauf, mit je einer Entspannungsvorrichtung eine Verbesserung des Wirkungsgrades eines VM von jeweils 5% bis 6% erreicht. Es wird jeweils von einem anfänglich flüssigen BM ausgegangen, das mit einer Pumpe gefördert und auf Betriebdruck gebracht, in Wärmetauschern verdampft und erhitzt wird.In the patent application DE 102 59 488 A1 "Heat engine" is a VM using the waste heat in two separate, closed equipment (BM) circuits, a low-temperature and a separate high-temperature circuit, each with a relaxation device, an improvement in the efficiency of a VM of 5% to 6% reached. It is assumed in each case from an initially liquid BM, which is conveyed by a pump and brought to operating pressure, evaporated in heat exchangers and heated.

In der hier vorliegenden Anmeldung dagegen wird ein einziges geschlossenes bzw. auch ein teiloffenes Kreislaufsystem für das BM verwendet, das verdampft und/oder vorgewärmt wird über Verdampfer VD und Wärmetauscher WT in einem Niedertemperatur-(NT)bereich, der Kühlung des VM bzw. den Endbereichen des Abgases des Brenners BR9 oder der GT, und weiter erhitzt wird durch WT’s im Hochtemperaturbereich des Abgases von allen PM’s. Das Betriebsmittel besteht entweder aus BM Dampf oder einem Gemisch aus Hochdruckdampf plus Dampf und/oder Abgas, und wird in getrennten Stufekomponenten der WNV gefördert, komprimiert und/oder unter Arbeitleistung entspannt, wobei eine Komponente für die BM Gemische als getaktete Mischungskammer verwendet wird.In the present application, however, a single closed or a partially open circulation system is used for the BM, which is evaporated and / or preheated via evaporator VD and heat exchanger WT in a low-temperature (NT) range, the cooling of the VM or the End regions of the exhaust gas of the burner BR9 or the GT, and further heated by WT's in the high-temperature region of the exhaust gas of all PM's. The equipment consists of either BM steam or a mixture of high-pressure steam plus steam and / or exhaust gas and is pumped in separate stages of the WNV, compressed and / or relaxed under work, with a component for the BM mixtures is used as a clocked mixing chamber.

Der Einsatz der WNV in den weiteren, oben und unten eingehender beschriebenen Funktionen ist inhärent eingeplant, vorgegeben und wird beansprucht.The use of WNV in the other, above and below described in more detail functions is inherently planned, given and claimed.

In der am 16.09.2008 eingereichten, dann aber zurückgezogenen Gebrauchsmusteranmeldung DE 102 59 488 A1 wurden schon Grundgedanken dieser Anmeldung in Ansätzen entwickelt.In the filed on 16.09.2008, but then withdrawn utility model application DE 102 59 488 A1 have been the basic idea of this application in approaches developed.

Zur großtechnischen Erzeugung von elektrischer Energie, Strom werden heute kombinierte Gas-/Dampf-(GuD)kraftwerke eingesetzt, da eine Gasturbine GT allein einen vergleichsweise geringen Wirkungsgrad von ηGT ≲ 45% hat, wegen des hohen Leistungsbedarfs (rund 40% der Gesamtleistung) des Turbinenverdichters und trotz der sehr hohen Eingangstemperaturen von 1200°C bis 1400°C.Today, combined gas / steam (combined cycle) power plants are used for the large-scale production of electrical energy and electricity, since a gas turbine GT alone has a comparatively low efficiency of η GT ≲ 45%, because of the high power requirement (around 40% of the total power) of the turbine compressor and despite the very high inlet temperatures of 1200 ° C to 1400 ° C.

Wegen der hohen Austrittstemperatur des Abgases von Ta = 550 bis 650°C der GT, bei einem Austrittsdruck nur etwas über dem Atmosphärendruck, ist es sinnvoll die Abgaswärme mittels Wärmetauschern zum Erhitzen eines Dampfes, in der Regel H2Od, zu verwenden, um damit mehrere DT Stufen zu betreiben. Der Nachteil der DT’s besteht darin, dass sie weitgehend im H2Od Einphasengebiet betrieben werden müssen, da sonst durch Tröpfchenbildung die Turbinenschaufeln abgetragen werden.Because of the high outlet temperature of the exhaust gas of T a = 550 to 650 ° C of GT, at an outlet pressure only slightly above atmospheric pressure, it makes sense to use the exhaust heat by means of heat exchangers to heat a vapor, usually H 2 O d , to operate with several DT stages. The disadvantage of the DT's is that they must be operated largely in the H 2 O d single-phase area, otherwise the turbine blades are removed by droplet formation.

Eine Lösung dafür besteht in einer Zwischenerhitzung des H2Od und als zweite Stufe eine, oder mehrere Mitteldruck (MD) DT’s und als dritte Stufe(n) Niederdruck (ND) DT’s einzusetzen.A solution to this is to reheat the H 2 O d and use one or more medium pressure (MD) DTs as the second stage and use low pressure (ND) DTs as the third stage (s).

Die ND DT wird in dieser Anmeldung erfolgreich auch für größere Einheiten mit einer
GT + DT Gesamtleistung von PGuD ≲ 300 MW
durch eine WNV Anlage ersetzt, welche dann viel weiter bis in das Zweiphasengebiet, H2Od plus Wasser H2Ofl, hinein betrieben werden kann.
The ND DT is successful in this application also for larger units with a
GT + DT Total power of P GuD ≲ 300 MW
replaced by a WNV plant, which then much further into the two-phase area, H 2 O d plus water H 2 O fl , can be operated into.

Bei den hier beschriebenen WNV’s verbraucht die Förderung und die Kompression, z. B. des H2OHd Hochdruckdampfes bzw. des H2Od Dampfes, in den o. a. BM Versionen für die Hochdruckpumpe einen Bruchteil und für die WP bis knapp ein Drittel der WNV Gesamtleistung.In the case of the WNVs described here, the delivery and the compression, z. B. the H 2 O Hd high-pressure steam or the H 2 O D vapor, in the above BM versions for the high pressure pump a fraction and for the WP to almost a third of the total WNV power.

Figurencharacters

1: Schematisches Schaubild einer Abwärme beschickte Wärmenutzungsvorrichtung WNV, für drei Verwendungen: I. hinter einem Verbrennungsmotor VM, II. hinter einer GT + DT Anlage und III. hinter einem Brenner. 1 : Schematic diagram of a waste heat fed WNV heat utilization device, for three uses: I. behind an internal combustion engine VM, II. Behind a GT + DT system and III. behind a burner.

2a bis c: T-S Diagramme für Abwärme beschickte WNV Kreiszyklen für einen VM (a) bis (c) und eine GT + DT Anlage (d) mit den Betriebsmittel BM Versionen (1), (3) und ((4)) (stehen an den Start- und Endpunkten) mit m = Mischung durch dünne Pfeile → angedeutet und na = nicht adiabatische Korrektur -->:
(a) (1): H2Od + (b) (3): H2OHd + H2Od X (c) ((4)): H2OHd + H2Od + Abgas ⊗ 2(d): für eine GT + DT Anlage mit der BM Version (3): H2OHd + H2Od
2a to c: TS diagrams for waste heat fed WNV cycle cycles for a VM (a) to (c) and a GT + DT plant (d) with the resource BM versions (1), (3) and ((4)) the start and end points) with m = mixture by thin arrows → indicated and na = not adiabatic correction ->:
(a) (1): H 2 O d + (b) (3): H 2 O Hd + H 2 O d X (c) ((4)): H 2 O Hd + H 2 O d + exhaust gas ⊗ 2 (d) : for a GT + DT system with the BM version (3): H 2 O Hd + H 2 O d

3a: Schaubild eines Verbrennungsmotors VM2 plus Wärmenutzungsvorrichtung WNV Anlage, hier einer Zweischeiben Drehkolbenmaschine (DKM), eingesetzt als Förder-(DM0)- und/oder Kompression- (WP5) und Entspannungsvorrichtung (DM1, DM2,3) betrieben mit den BM Gemischen
(3): H2OHd Hochdruckdampf + H2Od Dampf und
((4)): H2OHd Hochdruckdampf + H2Od Dampf plus Abgas, beschickt durch die Abwärme eines VM2, und verwendet als Luft- und Abgasverdichter (LV/AV) bzw. als WNV Booster 3b: dito betrieben mit der BM Version (1): reinem Heißdampf H2Od
3a : Diagram of an internal combustion engine VM2 plus heat utilization device WNV plant, here a two-disc rotary piston machine (DKM), used as conveyor (DM0) and / or compression (WP5) and expansion device (DM1, DM2,3) operated with the BM mixtures
(3): H 2 O Hd high pressure steam + H 2 O d steam and
((4)): H 2 O Hd high-pressure steam + H 2 O d vapor plus exhaust gas, fed by the waste heat of a VM2, and used as air and exhaust gas compressor (LV / AV) or as WNV booster 3b : dito operated with the BM version (1): pure superheated steam H 2 O d

4a und b: Längs- und Querschnitt durch einen Hochtemperatur Wärmetauscher/Katalysator WT2/KAT im Abgasstrom des VM2 mit einem Flatter-Rückschlagventil 4a and b: Longitudinal and cross section through a high-temperature heat exchanger / catalyst WT2 / KAT in the exhaust stream of the VM2 with a flutter check valve

5: Schaubild einer WNV Anlage als DKM hinter einer Gas- plus Dampfturbinen GuD Anlage, mit Wärmetauschern 5 : Diagram of a WNV plant as a DKM behind a gas plus steam turbine combined cycle plant, with heat exchangers

Figurenbeschreibung figure description

In dem Schaubild der 1 sind schematisch die drei prinzipiellen Verwendungsmöglichkeiten der Abwärme beschickten Wärmenutzungsvorrichtung WNV, hier als mindestens Zweischeiben DKM gezeigt:

  • I. hinter einem VM2, eingebaut in einem KFZ 60 oder in einem stationären Aggregat, zum Leistungserhöhten Betrieb eines KFZ 60 plus Nebenaggregaten bzw. eines Generators G51 plus Heizung 42'.
  • II. hinter einer GT4 + DT3‚3' Anlage zum Betrieb eines Generators G51 und zur Fern-/Prozessheizung 42,
  • III. hinter einem (Biogas-)Brenner BR9 zum Betrieb eines Generators G51 und einer Gebäude-/Brauchwasserheizung 42'.
In the diagram of the 1 schematically the three principal uses of the waste heat-charged heat utilization device WNV, shown here as at least two-disc DKM:
  • I. behind a VM2, installed in a car 60 or in a stationary unit, for increased power operation of a motor vehicle 60 plus ancillary units or a generator G51 plus heating 42 ' ,
  • II. Behind a GT4 + DT3.3 'system for the operation of a G51 generator and for remote / process heating 42 .
  • III. behind a (biogas) burner BR9 for the operation of a generator G51 and a building / hot water heating 42 ' ,

Mit dieser Einsatzmöglichkeit III der WNV kann vorteilhaft minderwertiges Deponie- oder Biogas zur lokalen Stromerzeugung in kleineren Einheiten gekoppelt mit Heiz-/Prozesswärme Erzeugung verwendet werden.With this possible use III of the WNV can advantageously be used inferior landfill or biogas for local power generation in smaller units coupled with heating / process heat generation.

Der weitere Einsatz der WNV Anlage als Luft-/(Abgas-)verdichter LV/(AV) mit der Abspeicherung und/oder der Aufladung des VM2, der Beschickung der GT4 plus deren Feuerungsstelle 54 oder des Brenners BR9, und Verwendung der abgespeicherten Druckluft 10' (des Druckabgases 13') in einem DLS 20 (DAS 50, siehe 3) zum kraftstofflosen/-armen Betrieb des VM2, der GT4 oder der WNV Anlage selbst als Booster, wird in 3 und 5 eingehend beschrieben.Further use of the WNV system as an air / (exhaust) compressor LV / (AV) with the storage and / or charging of the VM2, the charging of the GT4 plus its combustion point 54 or the burner BR9, and use of the stored compressed air 10 ' (the pressure exhaust gas 13 ' ) in a DLS 20 (THE 50 , please refer 3 ) for non-fuel / low-power operation of the VM2, the GT4 or the WNV plant itself as a booster, is in 3 and 5 described in detail.

Dem anfangs flüssigen, dann dampfförmig vorliegende Betriebsmittel BM 11'', 11 wird Enthalpie zugeführt über Verdampfer/Wärmetauscher VD/WT, die in dem Kühlkreislauf des VM2/der DKM bzw. endseitig in dem heißen Abgasstrom 13 des Brenners BR9, der GT4 und des VM2 eingesetzt sind:
WT0 und VD/WT0', VD/WT0'' im Niedertemperatur(NT)bereich (75°C < T < 130°C bis 250°C) zum Verdampfen/Vorerwärmen des BM, und
WT1 bis WT4 im Hochtemperatur(HT)bereich (250°C < Ta < 770°C bis 900°C) des Abgases 13 zum Weitererhitzen des BM.
The initially liquid, then vapor present resource BM 11 '' . 11 enthalpy is supplied via evaporator / heat exchanger VD / WT, in the cooling circuit of the VM2 / DKM or at the end in the hot exhaust gas flow 13 of the burner BR9, the GT4 and the VM2 are used:
WT0 and VD / WT0 ', VD / WT0''in the low temperature (NT) range (75 ° C <T <130 ° C to 250 ° C) for evaporating / preheating the BM, and
WT1 to WT4 in the high temperature (HT) range (250 ° C <T a <770 ° C to 900 ° C) of the exhaust gas 13 to reheat the BM.

Im Falle I des VM2 wird das Niedertemperatur-(90°C–130°C)Reservoir des Kühlwassers der VM2 und/oder der DKM über WT0 bzw. VD/WT0' zur Verdampfung und Vorerwärmung des dann dampfförmig vorliegendem BM 11 verwendet.In case I of the VM2, the low temperature (90 ° C-130 ° C) reservoir of the cooling water of the VM2 and / or the DKM via WT0 or VD / WT0 'for evaporation and preheating the then present in BM BM 11 used.

Für den Fall, das nur ein einkomponentiges, dampfförmiges Betriebsmittel verwendet wird, ist es vorteilhaft, das H2O Kühlmittel des VM2 direkt als BM 11'', 11', 11 in einem geschlossenen Kreislaufsystem für die WNV Anlage zu nutzen.In the case where only a one-component, vaporous operating medium is used, it is advantageous to use the H 2 O coolant of the VM2 directly as BM 11 '' . 11 ' . 11 to use in a closed loop system for the WNV plant.

Der Gefrierschutz kann durch ein gleichzeitig die DKM schmierendes Frostschutzmittel gelöst werden.The antifreeze can be released by a simultaneous antifreeze lubricating the DKM.

Ein Drittel bis zu zwei Dritteln der Kühlung des VM2 und der DM0/WP5 wird durch die Verdampfung/Vorerwärmung des BM 11 abgeführt, also eine Mischung aus Wasser- und Dampfkühlung für den VM2 und die DKM verwendet.One-third to two-thirds of the cooling of the VM2 and the DM0 / WP5 is due to the evaporation / preheating of the BM 11 discharged, so a mixture of water and steam cooling for the VM2 and the DKM used.

Für die Anwendung I, den VM2, wird erwärmtes Kühlwasser des VM2 mit einer Pumpe 27' durch Hohlkegel- oder Ultraschalldüsen 24 in feine ca. ∅ = 20 bis 70 μm Tröpfchen versprüht und unter Kühlung des VM2 und der DM0/WP5 und ggf. der DM1, verdampft und auf eine Temperatur T1 > 115°C bis 130°C erhitzt.For application I, the VM2, the heated cooling water of the VM2 is pumped 27 ' through hollow cone or ultrasonic nozzles 24 sprayed into fine about ∅ = 20 to 70 microns droplets and with cooling of the VM2 and the DM0 / WP5 and possibly the DM1, evaporated and heated to a temperature T 1 > 115 ° C to 130 ° C.

Im Anwendungsfall II wird der H2Od Heißdampf entweder nach der Mitteldruck MD Dampfturbine DT3', siehe 5, oder, wie hier gezeigt, an einem Mittelabgriff 56 der DT3' mit der passenden Temperatur T1 und dem Druck p1 abgezweigt. Der Abdampf der DT3' und der letzten WNV Komponente DM2,3 endet in einem vorteilhafterweise fremdgekühlten (42) Kondensationskühler 41.In Application II, the H 2 O d superheated steam is determined either by the medium pressure MD steam turbine DT3 ', see 5 , or, as shown here, at a center tap 56 the DT3 'with the appropriate temperature T 1 and the pressure p 1 diverted. The exhaust steam of DT3 'and the last WNV component DM2,3 ends in an advantageously externally cooled ( 42 ) Condensation cooler 41 ,

Für weitere Details der WNV Kombianlagen, siehe 3 und 5.For more details of the WNV combined systems, see 3 and 5 ,

Zum Aufbau z. B. des Wärmetauscher/Katalysators WT2/KAT, siehe 4.To build z. As the heat exchanger / catalyst WT2 / KAT, see 4 ,

Für den Fall I, den VM2, wird ein 0,6 l bis 1 l Otto-(oder Drehkolben-)Motor mit z. B. zwei bis vier Zylindern mit je vier Ventilen pro Zylinder verwendet, mit einem Durchschnittsverbrauch pro Stunde von 2,6 l/h entsprechend 2 kg/h Benzin (Gas), unter Einrechnung der WNV Zusatzleistung. Als Nennleistung des VM2 wird
PVM,max = 50 kW angenommen.
For the case I, the VM2, a 0.6 l to 1 l Otto (or rotary piston) engine with z. B. used two to four cylinders, each with four valves per cylinder, with an average consumption per hour of 2.6 l / h corresponding to 2 kg / h gasoline (gas), including the WNV additional power. As rated power of the VM2 will be
P VM, max = 50 kW assumed.

Wegen den für die WNV Anlage benötigten höheren Abgastemperaturen ist ein Betrieb des VM2 ohne Abgasturbolader ATL 15 oder eine DKM als VM2 vorzuziehen. Because of the higher exhaust gas temperatures required for the WNV plant, operation of the VM2 without exhaust gas turbocharger is ATL 15 or prefer a DKM as VM2.

Die 2 kg/h Benzinverbrauch entsprechen einem Heizwert pro Stunde, h/h = 84.000 kJ/h, von dem ca. 33%, also Δh/h = 27.000 kJ/h, normalerweise jeweils durch die Kühlung und durch das Abgas 13 des VM2 an die Umgebung verloren gehen.The 2 kg / h of gasoline consumption correspond to a calorific value per hour, h / h = 84,000 kJ / h, of which about 33%, ie Δh / h = 27,000 kJ / h, usually by the cooling and the exhaust gas 13 the VM2 gets lost to the environment.

Nur etwa ein Drittel der Heizwertleistung fließt in den Motor und die Hilfsaggregate, deren Leistungsaufnahme mit Hilfe der Umstellung auf Druckluft schon deutlich reduziert angenommen wurden, sodass bei dem Durchschnittsverbrauch von 2 kg/h Benzin (Gas) etwa 0,3 h/h = 25.500 kJ/h, entsprechend einer Leistung von
PVM = 7,1 kW
zum Vortrieb des KFZ (ohne WNV) zur Verfügung stehen.
Only about one-third of the calorific value flows into the engine and the auxiliary units, whose power consumption has already been significantly reduced by means of the changeover to compressed air, so that with the average consumption of 2 kg / h of gasoline (gas) about 0.3 h / h = 25,500 kJ / h, according to a performance of
P VM = 7.1 kW
for the propulsion of the vehicle (without WNV) are available.

Unter Berücksichtigung der WNV Zusatzleistung von
PWNV = 3,2 kW wird die Gesamtleistung des VM2 + WNV
PVM+WNV = 10,3 kW = 14 PS,
und damit kann ein kleineres KFZ im 5. Gang mit einer Geschwindigkeit von ca. 120 km/h in der Ebene betrieben werden.
Taking into account the WNV additional capacity of
P WNV = 3.2 kW will be the total power of VM2 + WNV
P VM + WNV = 10.3 kW = 14 hp,
and thus a smaller vehicle can be operated in 5th gear at a speed of about 120 km / h in the plane.

In 3a und b ist schematisch eine Kombianlage VM2 plus WNV für die beiden BM Versionen (3) und (2) gezeigt, und es sind auch die Leitungsführungen für den Betrieb der WNV als LV/AV mit Druckluft- DLS20 bzw. -abgasspeichern DAS50, als LV für den VM2 und als Booster eingezeichnet.In 3a and b is schematically shown a combination plant VM2 plus WNV for the two BM versions (3) and (2), and it is also the routing for the operation of the WNV as LV / AV with compressed air DLS20 and DAS50 gas tanks, respectively, as LV for the VM2 and as a booster drawn.

Für die WNV können vorteilhaft mit Wasser als BM vier Versionen eingesetzt werden:

  • (1) ein einkomponentiger H2Oa Dampf (11),
  • ((2)) ein Gemisch aus H2OHd Hochdruckdampf (11') plus Anteilen des (Abgases 13),
  • (3) ein Gemisch aus H2OHd Hochdruckdampf (11') plus H2Oa Heißdampf (11) und
  • ((4)) dito plus Zugabe von Anteilen des (Abgases 13) in einer der letzten Entspannungsstufe(n) der WNV, hier der DM3.
For WNV, four versions can be used to advantage with water as BM:
  • (1) a one-component H 2 O a vapor ( 11 )
  • ((2)) a mixture of H 2 O Hd high pressure steam ( 11 ' ) plus shares of (exhaust 13 )
  • (3) a mixture of H 2 O Hd high pressure steam ( 11 ' ) plus H 2 O a superheated steam ( 11 ) and
  • ((4)) dito plus addition of portions of (exhaust gas 13 ) in one of the last relaxation stage (s) of the WNV, here the DM3.

Für die BM Versionen ((2)), (3) und ((4)) wird nach den Wärmetauschern WT0 und WT0', siehe 1, zunächst vorgewärmtes, flüssiges BM 11'', hier z. B. H2Ofl, durch eine Hochdruck-(Zahnrad- oder Piezo-)Pumpe 27 mit einen Druck p ~ 190 bar beaufschlagt und durch den WT2 im Abgasstrom 13 der PM/VM2 auf T = 400°C > Tkrit = 374°C (für H2O) erhitzt. Dieser überhitzte H2OHd Dampf wird dann in der DM0, der ersten Stufe der WNV, in den angesaugten Heißdampf H2Od (bzw. das Abgas 13) eingespritzt, und das Gemisch aus Hochdruckdampf H2OHd + Heißdampf H2Od und/oder (+ Abgas 13) wird dann in vorteilhafterweise zwei (drei) Stufen der Entspannungsvorrichtung der WNV, DM1, DM2 (und der DM3), unter Arbeitsleistung entspannt.For the BM versions ((2)), (3) and ((4)) after the heat exchangers WT0 and WT0 ', see 1 , initially preheated, liquid BM 11 '' , here z. B. H 2 O fl , by a high pressure (gear or piezo) pump 27 subjected to a pressure p ~ 190 bar and through the WT2 in the exhaust stream 13 the PM / VM2 heated to T = 400 ° C> T crit = 374 ° C (for H 2 O). This superheated H 2 O Hd vapor is then in the DM0, the first stage of WNV, in the sucked superheated steam H 2 O d (or the exhaust gas 13 ), and the mixture of high-pressure steam H 2 O Hd + superheated steam H 2 O d and / or (+ exhaust gas 13 ) is then advantageously two (three) stages of the relaxation device of the WNV, DM1, DM2 (and the DM3), relaxed under work.

In der letzten Komponente der WNV und nachfolgend in einem Kondensationskühler 41 wird dann gerade der Teil des H2Od Dampf kondensiert, der für die Präparation des BM 11' H2OHd Anteils durch die Hochdruckpumpe 27 benötigt und das restliche BM 11, H2Od Heißdampf, ggf. nach einer Reinigung, direkt als H2Od Heißdampf durch Ansaugung mit der DM0 durch den WT1 wieder zugeführt wird.In the last component of the WNV and subsequently in a condensation cooler 41 Then just the part of the H 2 O D vapor is condensed, which is used for the preparation of BM 11 ' H 2 O Hd content through the high pressure pump 27 needed and the rest of BM 11 , H 2 O d superheated steam, if necessary after cleaning, directly as H 2 O d superheated steam by suction with the DM0 is supplied by the WT1 again.

In der daraus resultierenden Ersparnis der Verdampfungswärme und damit der Wärmeenergie, die hauptsächlich aus dem Kühlwasser/der Kühlung dem H2Ofl,Hd zuzuführen ist, liegt der eine Vorteil der (mechanischen) WNV Anlage, und der zweite Vorteil in der Nutzungsmöglichkeit der WNV als LV/AV und als Booster.In the resulting saving of the heat of vaporization and thus the heat energy, which is mainly from the cooling water / cooling the H 2 O fl, Hd supply, is the advantage of the (mechanical) WNV system, and the second advantage in the use of WNV as LV / AV and as a booster.

Im Folgenden wird die BM Gemisch-Version (3) im Detail berechnet, wobei die Berechnungen für die anderen BM Versionen (1), ((2)) und ((4)) analog dazu durchgeführt werden können, und die Ergebnisse ebenfalls in die Tab. 1 eingetragen sind.In the following, the BM mixture version (3) is calculated in detail, whereby the calculations for the other BM versions (1), ((2)) and ((4)) can be carried out analogously, and the results also in the Tab. 1 are registered.

Als WNV Kompression- und Entspannungsvorrichtung wird vorteilhafterweise eine Zweischeiben Drehkolbenmaschine (DKM) verwendet, deren DK keine Kolbenmulden besitzen, und deren Zylinderlaufflächen veredelt, z. B. verchromt sind.As WNV compression and expansion device advantageously a two-rotor rotary piston engine (DKM) is used, the DK have no piston recesses, and refined the cylinder surfaces, z. B. are chrome plated.

Diese DKM arbeitet als fast perfekter „Zweitakter” ohne Ventile und erlaubt eine sehr gute Trennung von Ansaug- und Kompressionsvorgängen. Sowohl die untere als auch die obere Zylinderkammer der DKM, welche sich bei jeder 120° Drehung des Drehkolbens abwechselnd ausbilden, können zu unterschiedlichen Funktionen mit jeweils zwei getrennten Ein- (18 bis 18''') und Auslässen (19 bis 19''') herangezogen werden. Diese DKM können ohne Kolbenmulde Kompressionsfaktoren von κ > 23:1 erreichen und sind zu hohen Drehzahlen von U > 18.000/min in der Lage.This DKM works as a nearly perfect "two-stroke" without valves and allows a very good separation of suction and compression processes. Both the lower and the upper cylinder chamber of the DKM, which are formed alternately with each 120 ° rotation of the rotary piston, can be used to different functions, each with two separate inputs ( 18 to 18 ' ) and outlets ( 19 to 19 ''' ) are used. This DKM can achieve compression factors of κ> 23: 1 without a piston recess and are capable of high speeds of U> 18,000 / min.

Das Kammervolumen der DKM sei 80 cm3 (90 cm3 für die BM Version (1)) mit einem Transportvolumen von
VT = 72 (81) cm3 und einem Verdichtungsverhältnis von κ = 22:1.
The chamber volume of the DKM was 80 cm 3 (90 cm 3 for the BM version (1)) with a transport volume of
V T = 72 (81) cm 3 and a compression ratio of κ = 22: 1.

Dem entspricht in der Bemaßung der DKM in 3 für beide Scheiben eine Zylinderkammerhöhe von A = 130 mm und für die erste Scheibe 1 eine – breite von
B = 24 (28) mm und für die zweite Scheibe 1' von 2B.
This corresponds to the dimensioning of the DKM in 3 for both discs a cylinder chamber height of A = 130 mm and for the first disc 1 a - wide of
B = 24 (28) mm and for the second disc 1' from 2B.

Das geförderte H2Od Volumen Vd pro Stunde ergibt sich dann zu Vd/h = VT × U/min × 60 min × 1,5 = 19,4 (22) m3/h (2) bei einer Drehzahl von U = 3000/min der DKM. Der Faktor 1,5 kommt zustande, da pro eine Umdrehung der Drehkolben 25, 25' die untere und die obere Zylinderkammer 22, 22' jeweils 1,5 mal vorkommen.The delivered H 2 O d volume V d per hour is then added to V d / h = V T × U / min × 60 min × 1.5 = 19.4 (22) m 3 / h (2) at a speed of U = 3000 / min DKM. The factor 1.5 comes about as per one revolution of the rotary pistons 25 . 25 ' the lower and the upper cylinder chamber 22 . 22 ' occur 1.5 times each.

Mit einer Dichte des H2Od von ρ = 1,5 kg/m3 bei einer Temperatur von T1 = 130°C wird die Masse H2Od Dampf pro Stunde, md/h, gefördert
md/h = 29,2 (32,6) kg/h entsprechend νd = (1250 + 350) = 1600 (1800) mol/h H2Od
With a density of H 2 O d of ρ = 1.5 kg / m 3 at a temperature of T 1 = 130 ° C, the mass H 2 O d vapor per hour, m d / h, promoted
m d / h = 29.2 (32.6) kg / h corresponding to ν d = (1250 + 350) = 1600 (1800) mol / h H 2 O d

In den unten beschriebenen Rechenbeispielen werden folgende Kriterien in der angegebenen Reihenfolge berücksichtigt:

  • – maximale Abwärmenutzung aus beiden, dem NT und vornehmlich dem HT Reservoir der PM’s, hier des VM2,
  • – bei den BM Versionen ((2)), (3) und ((4)) wird die H2OHd Menge soweit beschränkt, dass diese auf eine Temperatur T2 >> Tkrit 374°C in den WT’s im Abgasstrom 13 erhitzt wird; daher der kleine Anteil von νd = 350 mol/h H2OHd, siehe unten,
  • – der maximale Druck in den Rohrleitungen pmax < 250 bar, in der DKM pmax < 120 bar, die maximale Temperatur < 530°C nicht überschritten wird, und
  • – die Erfüllung obiger Kriterien bei möglichst kleiner Dimensionierung der DKM als WNV Zusatzaggregat.
In the calculation examples described below, the following criteria are taken into account in the given order:
  • Maximum use of waste heat from both the NT and especially the HT reservoir of the PM's, here the VM2,
  • - In the BM versions ((2)), (3) and ((4)), the H 2 O Hd amount is limited so that they to a temperature T 2 >> T crit 374 ° C in the WT's in the exhaust stream 13 is heated; hence the small fraction of ν d = 350 mol / h H 2 O Hd , see below,
  • - the maximum pressure in the piping p max <250 bar, in the DKM p max <120 bar, the maximum temperature <530 ° C is not exceeded, and
  • - compliance with the above criteria with the smallest possible dimensioning of the DKM as a WNV additional unit.

Bei größerer Dimensionierung der DKM und damit höherem Fördervolumen Vd/h und niedriger Starttemperatur des BM/BM Gemisches vor den WNV Entspannungskomponenten kommt man nach der letzten Komponente weiter in das Nassdampfgebiet H2Od + H2Ofl, vergleiche 2a bis c.With larger dimensioning of the DKM and thus higher delivery volume V d / h and lower starting temperature of the BM / BM mixture before the WNV expansion components, the final component continues into the wet steam zone H 2 O d + H 2 O fl , cf. 2a to c.

Prinzipiell das aber an den in Tab. 1 gelisteten Ergebnissen nur wenig, da die geförderte BM Menge und deren maximal erreichbare Temperatur T2 komplementär sind und beide in erster Näherung linear von der eingebrachten Abwärmeenergie abhängen.In principle, however, this is only slightly in the results listed in Tab. 1, since the conveyed BM amount and its maximum achievable temperature T2 are complementary and, in a first approximation, both depend linearly on the introduced waste heat energy.

Aus den Wärmezufuhren ΔQ vom Kühlmittel bzw. vom Abgas 13 der PM, hier des VM2, mit der Temperatur Ta, an das/die BM 11, 11' (11'') in den WT’s werden mit Hilfe der Formel, Gl. 3, die sich ergebenden BM Temperaturen Tx berechnet: Tx = (ηνaCp,aTa + νd/HdCvTx-1)/(ηνaCp,a + νd/HdCv,d/Hd), (3) wobei Tx für die Temperatur des BM (11'', 11', 11) nach und Tx-1 für die vor dem jeweiligen WTx steht.From the heat supply ΔQ from the coolant or the exhaust gas 13 the PM, here the VM2, with the temperature T a , to the BM 11 . 11 ' ( 11 '' ) in the WT's are calculated using the formula, Eq. 3, which calculates the resulting BM temperatures T x : T x = (η W ν a C p, a T a + ν d / Hd C v T x-1 ) / (η v a C p, a + ν d / Hd C v, d / Hd ), 3) where T x is the temperature of the BM ( 11 '' . 11 ' . 11 ) and T x-1, which stands before the respective WTx.

Der nur teilweise Wärmeübertrag durch Konvektion von dem PM Abgas 13 auf das/die verwendete/n BM 11, 11' (11'') wird durch μ = 0,8 berücksichtigt,
mit νa = 1180 mol, die Anzahl der Mole des Abgases 13, für 2 kg Benzin und stöchiometrischer Verbrennung, zusammengesetzt aus: 75% N2, 14% H2O Heißdampf und 11% CO2 und CO, mit einer Temperatur des VM2 Abgases 13 mit
Ta = 350 (bis 520°C) und 770°C vor den Wärmetauschern WT1 bzw. WT2, welcher letzterer direkt hinter dem Abgaskrümmer des VM2 angeordnet ist,
mit der mittleren Molwärme des Abgases 13 bei konstantem Druck und konstantem Volumen Cp,a = 32,3 J/(mol/K) für eine mittlere Temperatur von T = 580°C und
Cv,a = 21,5 J/(mol/K) für T = 350°C, siehe unten,
νd = 1250 mol und νHd = 350 mol, die Molzahlen für den H2Od Dampf und den H2OHd Hochdruckdampf,
sowie der Molwärme von H2Od bei konstantem Volumen für eine mittlere Temperatur von
T = 300°C, zur Berechnung der Mischtemperatur des BM Gemisches, von H2OHd + H2Od,
Cv,d = 30,8 J/(mol/K), und die mittlere Molwärme von H2OHd
Cv,Hd = 124 J/(mol/K)! für T = 130 bis 530°C.
The only partial heat transfer by convection of the PM exhaust gas 13 to the BM (s) used 11 . 11 ' ( 11 '' ) is taken into account by μ = 0.8,
with ν a = 1180 mol, the number of moles of exhaust gas 13 , for 2 kg of gasoline and stoichiometric combustion, composed of: 75% N 2 , 14% H 2 O superheated steam and 11% CO 2 and CO, with a temperature of the VM2 exhaust gas 13 With
T a = 350 (to 520 ° C) and 770 ° C in front of the heat exchangers WT1 and WT2, which latter is located directly behind the exhaust manifold of the VM2,
with the average molar heat of the exhaust gas 13 at constant pressure and constant volume C p, a = 32.3 J / (mol / K) for a mean temperature of T = 580 ° C and
C v, a = 21.5 J / (mol / K) for T = 350 ° C, see below,
ν d = 1250 mol and ν Hd = 350 mol, the molar numbers for the H 2 O d vapor and the H 2 O Hd high-pressure steam,
and the molar heat of H 2 O d at constant volume for an average temperature of
T = 300 ° C, for calculating the mixing temperature of the BM mixture, of H 2 O Hd + H 2 O d ,
C v, d = 30.8 J / (mol / K), and the average molar heat of H 2 O Hd
C v, Hd = 124 J / (mol / K)! for T = 130 to 530 ° C.

Die Entspannung in den WNV Komponenten DM0, DM1 und DM2 (DM3) wird isentrop (adiabatisch) berechnet, mit isochoren, nicht-adiabatischen Korrekturfaktoren ηn.ad zusammen mit den Überström-Korrekturfaktoren ηStr, wird die effektive Änderung der Enthalpie dann
ΔHeff = ηn.adηStrΔH,
mit ΔH = (+/–)νdCv,d(a)(T3(2) – T2(1)), (4) jeweils für die Kompressions- (mit – Vorzeichen) und die Entspannungsvorgänge (mit + Vorzeichen), mit ηn.ad = 0,8 und ηStr = 0,9 bis 0,95.
The relaxation in the WNV components DM0, DM1 and DM2 (DM3) is calculated isentropically (adiabatically), with isochoric, non-adiabatic correction factors η n.ad together with the overflow correction factors η Str , the effective change in enthalpy then becomes
ΔH eff = η n.ad η Str ΔH,
With ΔH = (+/-) ν d C v, d (a) (T 3 (2) - T 2 (1) ), (4) in each case for the compression (with sign) and the relaxation process (with + sign), with η n.ad = 0.8 and η Str = 0.9 to 0.95.

In der ersten Stufe der WNV, der DM0 als der unteren Zylinderkammer 22 der ersten DKM Scheibe 1, wird in diesem Falle der in dem WT1 auf T1 = 270°C aufgeheizten H2Od Dampf mit der reziproken Dichte 1/ρd = 0,65 m3/kg angesaugt.In the first stage of the WNV, the DM0 as the lower cylinder chamber 22 the first DKM disc 1 , In this case, the heated in the WT1 to T 1 = 270 ° C H 2 O d vapor with the reciprocal density 1 / ρ d = 0.65 m 3 / kg sucked.

Nach Schließen des Einlasses 18 durch Drehung des Drehkolbens (DK) 25, der damit die Funktion eines Rückschlagventils versieht, wird der überhitzte Hochdruckdampf, H2OHd (11') mit p ~ 190 bar und hier auf eine Temperatur von P2 = 400°C im Wärmetauscher WT2 aufgeheizt, über ein regelbares Dosierventil 7' ggf. über eine Hohlkegel-, Ultraschall- oder eine Überschalldüse, siehe 1, zugemischt und bleibt dabei dampfförmig.After closing the inlet 18 by rotation of the rotary piston (DK) 25 , which thus provides the function of a check valve, the superheated high-pressure steam, H 2 O Hd ( 11 ' ) with p ~ 190 bar and here heated to a temperature of P 2 = 400 ° C in the heat exchanger WT2, via a controllable metering valve 7 ' if necessary via a hollow cone, ultrasonic or supersonic nozzle, see 1 , mixed and remains in vapor form.

Die Mischungstemperatur Tm wird isentropisch (für das Gesamtsystem) nach Gl. 3, und wegen der verlustfreien Mischung der beiden Gase mit η = 1, berechnet zu Tm = 350°C.The mixture temperature T m is isentropic (for the whole system) according to Eq. 3, and because of the lossless mixture of the two gases with η = 1, calculated to T m = 350 ° C.

Für die Gemischdichte ρm gilt nach dem Gesetz von Amagat 1/ρm = (wdd + wHdHd), (5) mit wd = 0,78 und wHd = 0,22, den Mol-Massenanteilen des H2Od Dampfes bzw. des Hochdruckdampfes H2OHd, sodass sich mit 1/ρHd = 0,012 m3/kg für das BM (11, 11') Gemisch ergibt 1/ρm = 0,51 m3/kg.The mixture density ρ m is governed by the law of Amagat 1 / ρ m = (w d / ρ d + w Hd / ρ Hd ), (5) with w d = 0.78 and w Hd = 0.22, the molar mass fractions of the H 2 O d vapor or the high pressure steam H 2 O Hd , so that with 1 / ρ Hd = 0.012 m 3 / kg for the BM ( 11 . 11 ' ) Mixture gives 1 / ρ m = 0.51 m 3 / kg.

Mit dem Enthalpiewert H = 3170 kJ/kg als Ausgangspunkt 2 ist der höchste Punkt in den T-S Diagrammen für das Gemisch, H2Od plus H2OHd, des jetzt gemeinsamen BM 11, mit jetzt νd = 1600 mol H2Od Dampf erreicht, siehe 2b.With the enthalpy value H = 3170 kJ / kg as starting point 2, the highest point in the TS diagrams for the mixture, H 2 O d plus H 2 O Hd , of the now common BM 11 , with now ν d = 1600 mol H 2 O d vapor reached, see 2 B ,

Nach Öffnen des Auslasses 19 wird über eine volumenmäßig kleine, kurze Verbindung 34 die obere Kammer der ersten DKM Scheibe 1 als erste Entspannungsstufe mit einem -verhältnis 1:2, als DM1 befüllt, wodurch sich die reziproke Dichte von
1/ρ = 0,51 auf 0,87 m3/kg erhöht,
wobei Verluste durch Verbindungsleitungen (34) und durch Überströmen mit einem Kompressionsverlustfaktor von ηKV = 0,85 eingerechnet wurden.
After opening the outlet 19 is about a volume short, short connection 34 the upper chamber of the first DKM disc 1 as the first expansion stage with a ratio of 1: 2, filled as DM1, whereby the reciprocal density of
1 / ρ = 0.51 increased to 0.87 m 3 / kg,
where losses through interconnections ( 34 ) and by overflowing with a compression loss factor of η KV = 0.85.

Durch Einleiten des H2Od BM 11 parallel in die beiden Zylinderkammern 22 und 22' der zweiten DKM Scheibe 1' entspannt sich der H2Od Dampf unter Arbeitsleistung und Teilkondensation im Verhältnis 1:4,5 weiter auf
1/ρ = 3,33 m3/kg,
bevor er in dem Kühler 41 weiter gerade so weit teilkondensiert, dass der für die Hochdruckpumpe 27 benötigte flüssige H2Ofl BM 11'' Anteil und der in Dampfform verbleibende H2Od BM 11 Anteil dem BM Kreislauf getrennt wieder zugeführt werden, siehe 3a.
By introducing the H 2 O d BM 11 parallel in the two cylinder chambers 22 and 22 ' the second DKM disc 1' The H 2 O d vapor relaxes under working performance and partial condensation in a ratio of 1: 4.5 on
1 / ρ = 3.33 m 3 / kg,
before he gets in the cooler 41 further just so far partially condensed that for the high-pressure pump 27 required liquid H 2 O fl BM 11 '' Proportion and the remaining in vapor form H 2 O d BM 11 Part of the BM circuit to be fed separately, see 3a ,

Bei der BM Version ((4)), siehe Tab. 1, werden die beiden Kammern 22, 22' der zweite DKM Scheibe als DM2 und DM3 getrennt und nacheinander beschickt. Nach der DM2 werden 2/3 bis 3/4 des H2Od Dampfes mit ca. T = 140°C in den BM Kreislauf, den WT1, zurückgeführt, und dann erst das Abgas 13 in der oberen Kammer 22', der dritten WNV Entspannungsstufe DM3, dem verbleibenden H2Od Dampf beigemischt, wobei diese BM Leitungsführung in 3 nicht eingezeichnet ist.In the BM version ((4)), see Tab. 1, the two chambers become 22 . 22 ' the second DKM disc separated as DM2 and DM3 and fed one after the other. After the DM2, 2/3 to 3/4 of the H 2 O d vapor with approx. T = 140 ° C is returned to the BM circuit, the WT1, and only then the exhaust gas 13 in the upper chamber 22 ' , the third WNV relaxation stage DM3, the remaining H 2 O d steam admixed, this BM wiring in 3 is not shown.

Das hier frühzeitige Rückführen des H2Od Dampfes hat den Nachteil, dass die Entspannung nicht bis (weit) in den Nassdampfbereich ausgedehnt wird, hat aber den vergleichsweise viel größeren Ersparniseffekt, dass nur der für den H2OHd nötige H2Ofl Anteil kondensiert und wieder verdampft werden muss. Dies gilt auch, in ähnlichem Umfang für die BM Version (3). The early recycling of the H 2 O D vapor has the disadvantage that the expansion is not extended to (far) in the wet steam range, but has the comparatively much greater savings effect that only necessary for the H 2 O Hd H 2 O fl Part condensed and must be evaporated again. This also applies to a similar extent for the BM version (3).

Die Einsparung an zuzuführender Wärmeenergie ΔQ ist dann um ca. eine Größenordnung höher als die entgangene, restliche Arbeitsenergie.The saving in heat energy ΔQ to be supplied is then approximately one order of magnitude higher than the lost residual energy.

In der Rückführung des H2Od direkt in der Dampfphase in den BM Kreislauf ohne vorherige Kondensation liegt einer der Gründe für die hohen Wirkungsgrade für alle drei BM Versionen ((2)), (3) und ((4)), welche ein Gemisch H2OHd + H2Od (+ Abgas 13) nutzen.In the return of the H 2 O d directly in the vapor phase into the BM cycle without prior condensation is one of the reasons for the high efficiencies for all three BM versions ((2)), (3) and ((4)), which Mixture H 2 O Hd + H 2 O d (+ exhaust 13 ) use.

Das Abgas 13 in der BM Version ((4)) hat nach dem WT1 noch einen Druck p4 ~ 1,6 bar und eine Temperatur von T4 = 350°C und heizt den verbliebenen H2Od BM Dampf (11) dann von T = 140°C wieder auf eine Mischtemperatur von T = 290°C auf.The exhaust 13 in the BM version ((4)) after the WT1 still has a pressure p 4 ~ 1.6 bar and a temperature of T 4 = 350 ° C and heats the remaining H 2 O d BM steam ( 11 ) then from T = 140 ° C back to a mixing temperature of T = 290 ° C.

Es findet also eine Zwischenerhitzung des BM 11 H2Od Dampfes statt, ähnlich der bei einer mehrstufigen HD, MD (und ND) Dampfturbinen DT3,3' Anlage, siehe 5.So it finds a Zwischenerhitzung the BM 11 H 2 O d steam instead, similar to that in a multi-stage HD, MD (and LP) steam turbine DT3, 3 'system, see 5 ,

Voraussetzung dafür ist, dass der Druck des Abgases pa ~ 1,6 bar > pd, ~ 1,2 bar, dem Druck des H2Od Dampfes in der Zylinderkammern 22', der DM3, zum Zeitpunkt der Abgas (13) Zufuhr, d. h. der H2Od BM Dampf 11 hat sich schon soweit entspannt.The prerequisite for this is that the pressure of the exhaust gas p a ~ 1.6 bar> p d , ~ 1.2 bar, the pressure of H 2 O d vapor in the cylinder chambers 22 ' , the DM3, at the time of exhaust ( 13 ) Feed, ie the H 2 O d BM steam 11 has already relaxed so far.

Das neue BM Gemisch (11, 13) entspannt sich weiter unter Arbeitsleistung auf pa ~ 1 bar für das Abgas 13 und den Temperaturen von T ≈ 210°C bis T = 100°C und den entsprechenden Dampfdrucken für H2Od und wird dem Kondensationskühler 41 zugeführt, in dem das restliche H2Od plus der 14% H2Od Dampfanteil des Abgases 13 weiter bei T < 100°C auskondensieren und in den BM Kreislauf als H2Ofl über die Hochdruckpumpe 27 zurückgeführt werden, und das Abgas 13 nach der zusätzlichen Waschreinigung an die Atmosphäre abgegeben wird. Diese 14% H2Od Dampfanteil des Abgases 13 füllen in etwa die H2Od Dampfverluste in dem offenen Flusssystem wieder auf. Tab. 1: Werte für Kreiszyklen der WNV mit vier verschiedenen Betriebsmitteln BM Versionen mit Vor- und Nachteilen BM Versionen eff. (1) Dampf ((2)) HDdampf + Abgas (3) HDdampf + Dampf/((4)) + Abgas H2Od H2OHd + Abgas H2OHd + H2Od/ + Abgas Enthalpieänderung ΔHeff ΔHeff/ΔHm ΔHeff ΔHeff/ΔHm ΔHeff/ΔHm WNZ Komp. Einheit WP5/DM0 –133 +29* +28* +28* kJ/kg DM1 +151 +177 +99 +133 +133 kJ/kg DM2 +325 +297 +62 +246 +139 + 71 + 16 kJ/kg Summe 343 × 32,6 kg/h 503 × 9,3 kg/h + 190 × 29,2 kg/h 407 × 29,2 kg/h 387 × 29,2 kg/h kJ/h ΔW/h 11.180 9.380 11.900 11.300 kJ/h PWNV 3,1 2,6 3,3 – 0,1 = 3,2 3,15 – 0,1 = 3,05 kW PWNV/PVM 0,44 0,37 0,45 0,43 ηVM+WNV 0,47 0,45 0,48 0,47 ΔK/K –29% –27% –31% – 30% ΔQ/h 25.000 24.000 25.700 27.500 kJ/h ηWNV = ΔQ/ΔW 0,45 0,39 0,46 0,41 Vorteile Ein BM zusätzliche Abgasreinigung Höchste Zusatzleistungen Einfachster Aufbau Pumpe 27 kleine Leistung Pumpe 27 kleine Leistung Niederdrucksystem Weitere Regelparameter Weitere Regelparameter Weiterer Abgas KAT Weiterer Abgas KAT Nachteile Niedrigste Zusatzleistung Zwei BM Zwei BM/Drei BM Höchste Starttemperatur Verunreinigt BM Verunreinigt BM WP5 Leistungsminus Teil Hochdrucksystem Teil Hochdrucksystem teiloffenes Flusssystem teiloffenes Flusssystem kleinvolumiger WT2 Austausch des BM nötig Austausch des BM The new BM mixture ( 11 . 13 ) continues to relax under working power to p a ~ 1 bar for the exhaust gas 13 and the temperatures from T ≈ 210 ° C to T = 100 ° C and the corresponding vapor pressures for H 2 O d and is the condensation condenser 41 supplied in which the remaining H 2 O d plus the 14% H 2 O d vapor content of the exhaust gas 13 continue to condense at T <100 ° C and in the BM circuit as H 2 O fl via the high-pressure pump 27 be recycled, and the exhaust 13 after the additional wash cleaning is released to the atmosphere. This 14% H 2 O d vapor content of the exhaust gas 13 Fill up in about the H 2 O d vapor losses in the open river system again. Tab. 1: Values for circular cycles of the WNV with four different operating resources BM versions with advantages and disadvantages BM versions eff. (1) steam ((2)) HD steam + Exhaust (3) HD steam + Steam / ((4)) + Exhaust H 2 O d H 2 O Hd + Exhaust H 2 O Hd + H 2 O d / + Exhaust enthalpy ΔH eff ΔH eff / ΔH m ΔH eff ΔH eff / ΔH m ΔH eff / ΔH m WNZ comp. unit WP5 / DM0 -133 + 29 * + 28 * + 28 * kJ / kg DM1 +151 +177 +99 +133 +133 kJ / kg DM2 +325 +297 +62 +246 +139 + 71 + 16 kJ / kg total 343 × 32.6 kg / h 503 × 9.3 kg / h + 190 × 29.2 kg / h 407 × 29.2 kg / h 387 × 29.2 kg / h kJ / h .DELTA.W / h 11180 9380 11,900 11,300 kJ / h P WNV 3.1 2.6 3.3 - 0.1 = 3.2 3.15 - 0.1 = 3.05 kW P WNV / P VM 0.44 0.37 0.45 0.43 η VM + WNV 0.47 0.45 0.48 0.47 .DELTA.K / K -29% -27% -31% - 30% .DELTA.Q / h 25,000 24,000 25,700 27,500 kJ / h η WNV = ΔQ / ΔW 0.45 0.39 0.46 0.41 advantages A BM additional emission control Highest additional services Simple construction pump 27 small power pump 27 small power Low pressure system Further control parameters Further control parameters Additional exhaust KAT Additional exhaust KAT disadvantage Lowest additional power Two BM Two BM / Three BM Highest start temperature Contaminated BM Contaminated BM WP5 performance minus Part high-pressure system Part high-pressure system partially open river system partially open river system small volume WT2 Exchange of the BM necessary Exchange of the BM

Die in Tab. 1 mit einem * gekennzeichneten ΔHm Werte resultieren aus der Volumenarbeit gemäß Gl. 6 durch die Mischung, d. h. den Eintrag des H2OHd Hochdruck- in den H2Od Heißdampf: ΔHm = ∫∫Δp × Δ(1/ρ) = (5,8 – 3,8)105 Pa(0,65 – 0,51) m3/kg = 28 kJ/kg, (6) als Beispiel für die BM Versionen (3) und ((4)) in der WNV Komponente DM0.The ΔH m values marked with a * in Table 1 result from the volume work according to Eq. 6 through the mixture, ie the entry of H 2 O Hd high pressure in the H 2 O d superheated steam: Δ Hm = ∫∫Δp × Δ (1 / ρ) = (5.8-3.8) 10 5 Pa (0.65-0.51) m 3 / kg = 28 kJ / kg, (6) as an example for the BM versions (3) and ((4)) in the WNV component DM0.

Für die implizite Erhöhung der Enthalpiewerte für das Gemisch H2Od + H2OHd, siehe die Pfeile in den T-S Diagrammen in 2b und c (d).For the implicit increase of the enthalpy values for the mixture H 2 O d + H 2 O Hd , see the arrows in the TS diagrams in 2 B and c (d).

Für die BM Gemische nach den Versionen (1) bis ((4)) ergeben sich nun die Werte in Tab. 1: ΔHeff (ΔHm) die effektive Enthalpiedifferenz,
ΔW/h, PWNV, die Zusatzleistung der WNV, alle in den angegeben Einheiten, und
PWNV/PVM, das Leistungsverhältnis von WNV zu VM2,
ηVM+WNV = ηVM(1 + PWNV/PVM) des effektiven Wirkungsgrades des VM2 plus der WNV Anlage im Normalbetrieb, wobei hier ein Wert von ηVM = 0,33 eingesetzt wird, der mit modernen (aufgeladenen) Gas-/Benzin betriebenen Otto- oder DK-Motoren und erreichbar ist, bei einer klugen Verbrauchsreduzierung der Nebenaggregate, z. B. mittels Druckluft(-abgas) aus den DLS (DAS), und ΔK/K, die relative Kraftstoffersparnis.
For the BM mixtures according to the versions (1) to ((4)), the values in Table 1 now result: ΔH eff (ΔH m ) the effective enthalpy difference,
ΔW / h, P WNV , the additional power of the WNV, all in the specified units, and
P WNV / P VM , the power ratio of WNV to VM2,
η VM + WNV = η VM (1 + P WNV / P VM ) of the effective efficiency of the VM2 plus the WNV system in normal operation, whereby here a value of η VM = 0.33 is used, which is compatible with modern (charged) gas / Petrol-powered petrol or DK engines and is achievable, with a clever reduction in consumption of ancillaries, z. B. by compressed air (exhaust) from the DLS (DAS), and .DELTA.K / K, the relative fuel economy.

Für die eingehender diskutierte BM Version (3): H2OHd + H2Od, ergibt sich als relative Zusatzleistung der WNV Anlage
PWNV/PVM = (3,3 – 0,1) kW/7,1 kW = 0,45,
wobei die Leistungsaufnahme der Hochdruckpumpe 27 von 0,1 kW abgezogen wurde.
For the discussed BM version (3): H 2 O Hd + H 2 O d , results as relative additional power of the WNV plant
P WNV / P VM = (3.3 - 0.1) kW / 7.1 kW = 0.45,
the power consumption of the high-pressure pump 27 was deducted from 0.1 kW.

Für die implizite Erhöhung der Ausgangs Enthalpiewerte für den Kreiszyklus der Mischung H2Od + H2OHd, siehe die T-S Diagramme in 2b und c.For the implicit increase of the output enthalpy values for the cycle of the mixture H 2 O d + H 2 O Hd , see the TS diagrams in 2 B and c.

Die relative Kraftstoffersparnis ΔK/K wird dann ΔK/K = –(1 – 1/(1 + PWNV/PVM))/K = –31%. (7) mit dem effektiven Wirkungsgrad des VM2 plus der WNV Kombianlage
ηVM+WNV = ηVM(1 + PWNV/PVM) = 0,48 rund 50%,
der damit schon bei U = 3000/min in die Nähe der Wirkungsgrade heutiger GuD Anlagen kommt, sodass die Frage erlaubt ist, ob der Einsatz von Elektrofahrzeugen im Alltagsbetrieb noch sinnvoll erscheint?
The relative fuel economy ΔK / K then becomes ΔK / K = - (1 - 1 / (1 + P WNV / P VM )) / K = -31%. (7) with the effective efficiency of the VM2 plus the combined WNV system
η VM + WNV = η VM (1 + P WNV / P VM ) = 0.48 around 50%,
So that at U = 3000 / min it comes close to the efficiencies of today's combined cycle plants, so that the question is allowed whether the use of electric vehicles in everyday use still makes sense?

Im gemischten Fahrbetrieb nach dem NEFZ (Neuer Europäischer Fahrzyklus) sind durch die vorgesehene Rekuperation von Brems- und Schubenergie weitere, niedrige, zweistellige Prozentgewinne zu erwarten, so dass sich eine tatsächliche, relative Kraftstoffersparnis mit der Kombianlage VM + WNV von ca.
ΔK/K ~ –36% ergibt.
In the mixed mode of operation according to the NEDC (New European Driving Cycle), the planned recuperation of braking and thrust energy is expected to produce further, low, double-digit percentage profits, so that an actual, relative fuel saving with the combined system VM + WNV of approx.
ΔK / K ~ -36%.

Als Probe wird berechnet

  • – ein thermischer Wirkungsgrad ηWNZ der WNZ Anlage mit der BM Version (3) (nach einem angenäherten, irreversiblen Clausius-Rankine Prozess) zu ηWNZ = ΔW/ΔQ = 0,60, (8) der als letzter Wert in der Tab. 1 eingetragen ist, wobei die jeweils insgesamt im BM Kreiszyklus zugeführten Wärmemengen pro Stunde, ΔQ/h, auf- oder abgerundet, verwendet wurden, aber Effekte der Mischung(senthalpie) der BM Gemische nicht berücksichtigt werden. Der reversible Carnotprozess hätte bei der oberen T = 1043 K und der unteren Temperatur T = 347 K einen Wirkungsgrad nach Gl. 1 von ηC = (1043 – 347)/1043 = 0,68, wobei hier die Mischungen mit dem H2OHd Dampf nicht berücksichtigt sind.
As a sample is calculated
  • - A thermal efficiency η WNZ of the WNZ plant with the BM version (3) (after an approximate, irreversible Clausius-Rankine process) too η WNZ = ΔW / ΔQ = 0.60, (8) is entered as the last value in Tab. 1, wherein the total amount of heat supplied per hour in the BM cycle cycle, ΔQ / h, rounded up or were used, but effects of the mixture (senthalpy) of the BM mixtures are not taken into account. The reversible Carnot process would have an efficiency according to Eq. 1043 K and the lower temperature T = 347 K according to Eq. 1 of η C = (1043 - 347) / 1043 = 0.68, where the mixtures with the H 2 O Hd vapor are not taken into account.

In 2a bis c sind die Kreiszyklen der BM Versionen (1), (3) und ((4)) als T-S Diagramme eingezeichnet, für die WNV Anlage mit dem VM2 und in 2d mit der GT4 + DT3,3'.In 2a to c, the circular cycles of the BM versions (1), (3) and ((4)) are plotted as TS diagrams, for the WNV system with the VM2 and in 2d with the GT4 + DT3,3 '.

Der Vorteil der BM Gemisch Versionen ((2)), (3) und ((4)) beruht darauf, dass ein BM Zustand mit niedriger Entropie (H2OHd) gemischt wird mit einem solchen hoher Entropie (H2Od oder Abgas 13), wodurch sich die nutzbare Exergie erhöht.The advantage of the BM mixture versions ((2)), (3) and ((4)) is that a BM state with low entropy (H 2 O Hd ) is mixed with such a high entropy (H 2 O d or exhaust 13 ), which increases the usable exergy.

Die Vorteile der WMV Kombianlage hinter dem VM2 und der GT4 + Dt3,3', siehe 5, für die BM Version (1) bzw. die BM Gemischen ((2)) bis ((4)) sind:

  • 1. Die Summe beider (der drei) Massen geht linear in die Zusatzleistung PWNZ ein, und auch der Wärmeinhalt und die restliche Volumenarbeit des Abgases 13 wird in der Version ((2)) und ((4)) noch zum Teil ausgenutzt. Die gemeinsame Dichte ρm und Temperatur Tm des BM Gemisches liegt so weit im H2Od Dampfbereich, dass die Entspannung in den drei Stufen der WNV noch nicht oder nur knapp in den Nassdampfbereich des H2Od,fl führt.
  • 2. Die Druckaufladung des H2OHd Dampfes erfolgt mit einer Hochdruck-Flüssigkeitspumpe 27 und benötigt viel weniger Leistung als z. B. die Wärmepumpe WP5 oder ein Turbinenverdichter 52 für den H2Od Dampf bzw. ein Gas, z. B. Luft.
  • 3. Weiterhin hat das H2OHd BM 11' den Vorteil, dass es im unteren Temperaturbereich bis Tkrit = 374°C flüssig vorliegt und darüber in überkritischer Dampfform, und das für beide die Wärmeleitfähigkeit höher ist als für den H2Od Dampf. Dadurch kann die zu übertragende Wärmeenergie pro Zeiteinheit, ΔQ/Δt, leichter, d. h. mit kleinerem ΔT- und relativen Δp/p-Verlusten vom Abgas auf diesen Teil des BM 11' übertragen werden, resultierend in einer höheren Endtemperatur T2 des H2OHd, siehe die Berechnungen zu 4, oder es kann eine größere Menge H2OHd präpariert werden.
  • 4. Im Falle der BM Version ((2)) und ((4)), der Beimischung des Abgases 13 zu dem als H2Od vorliegenden BM 11 wird wieder die letzte Komponente der WNV aufgeteilt in die DM2 und DM3, hier die untere und obere Zylinderkammer 22, 22' der zweiten Scheibe 1' der DKM. Nach der DM2 werden z. B. zwei Drittel des H2Od abgezweigt und in den BM Kreislauf zurückgeführt, und nur ein Drittel des H2Od BM 11, der für die Hochdruckpumpe 27 in flüssiger Form, als H2Ofl, vorliegen muss, in dem Kondensationskühler 41 (41') verflüssigt, während der verbleibende H2Od Dampf direkt in den BM Kreiszyklus zurückgeführt wird. Dies bedeutet eine Ersparnis der entsprechenden Verdampfungswärmen, die sich auf mindestens ein Drittel der gesamten einzusetzenden Wärmeenergie beläuft. In einer normalen DT Anlage wird im Verhältnis zur geleisteten Arbeit etwa die gleiche Wärmeenergie in Form von Kondensationswärme durch den Kondensationskühler 41' abgeführt und geht verloren, bzw. wird als minderwertige Heizenergie genutzt, und muss dann als Verdampfungswärme im Kreiszyklus aus z. B. dem GT4 Abgas wieder aufgebracht werden. Dies hat den weiteren Vorteil, dass die Mischung aus restlichem H2Od und dem Abgas 13 auf der Isobaren p = 1 bar im T-S Diagramm nach links auf den Siedepunkt TS = 100°C des H2Od bei Atmosphärendruck entspannt und dann im Kühler 41 weiter auskondensiert und als H2Ofl der Hochdruckpumpe 27 wieder zugeführt wird.
  • 5. Schon die erste Stufe DM0 der WNV leistet durch die H2OHd Mischungszugabe Volumenarbeit (ΔHm Werte mit * in Tab. 1) bzw. verbraucht keine, während bei der BM Version (1) die Wärmepumpe WP5, die als erste Stufe für das Ansaugen, den Transport und die Kompression des reinen H2Od Dampf eingesetzt wird, ein knappes Drittel der gesamten WNV Zusatzleistung verbraucht. Das wird dadurch kompensiert, dass bei der BM Version (1) der Hauptteil des H2Od ohne Verflüssigung in den BM Kreislauf zurückgeführt wird, und dass hier etwas größere H2Od Molmenge mit höherer Ausgangstemperatur zur Verfügung gestellt werden können. Die benötigte Verdampfungswärme für die kleine Menge verflüssigtes H2Ofl von dem VM2 bzw. DKM Kühlwasser im NT Bereich aufgebracht und geht somit nicht negativ in die Energiebilanz des HT Abgas 13 Bereichs ein. Es fehlen hier Beiträge der Mischungsenthalpie. Die BM Version (1) hat aber den Vorteil des einfachsten Aufbaus der WNV.
  • 6. Durch den Leistungszuwachs zum VM2, zu der GT4 + DT3 Anlage mit der WNV Kombianlage steigt der Gesamtwirkungsgrad auch für den Brenner BR9 auf optimal rund 50% bzw. 70%, vergleiche Tab. 1 und 2. Die BM Versionen (3) und ((4)) ergeben die höchste Zusatzleistungen PWNV, siehe Diskussion oben, vornehmlich wegen des großen Beitrags der impliziten Mischungsenthalpie Hm und der direkten ΔHm Beiträge, Werte mit * in Tab. 1 und 2, durch die Volumenarbeit. Der Primärquelle/-maschine PM wird bei den BM Versionen ((2)) und ((4)) die größte Wärmeenergiemenge ΔQ/h entzogen, sowohl dem NT Bereich durch Verdampfen des flüssigen BM 11'' und Vorerhitzen des gasförmigen BM 11 bzw. des flüssigen BM 11'' für den H2OHd, als auch dem HT Bereich, dem Abgas 13 der PM, hier dem VM2, aber auch im Falle der GT4 oder dem Brenner BR9.
  • 7. Durch eine Extremwertaufgabe kann in jedem Betriebszustand das optimale Mischungsverhältnis H2OHd zu H2Od durch den Steuerungscomputer berechnet werden, in Abhängigkeit von der Umdrehungszahl U/min, der angebotenen Temperaturen des VM2 Kühlwassers, der DM0/WP5 und auch der DM1, sowie insbesondere von der Temperatur des Abgases 13, um dann über das Dosierventil 7' und/oder die H2Ofl,Hd Fördermenge der Hochdruckpumpe 27 eingestellt zu werden.
  • 8. Der Wasserdampf H2Od reinigt in der Version ((2)) und ((4)) das Abgas weiter nach dem Abgas Katalysator, hier in der Kombination WT2/KAT, weiter von SOx, NOx, und anderen Schadstoffen, und diese können am Ende des Zyklus im dann kondensierten H2Ofl, vor der Rückführung in den BM Kreiszyklus, durch Filter und/oder mit Chemikalien, z. B. mit Calciumhydroxid, CaOH, als Gips, ausgefällt werden, ähnlich der Auswaschreinigung in Kühltürmen bei GuD Kraftwerken. Das BM H2O wird nach einer festzulegenden Zahl von Zyklen, abhängig von der Effektivität der eingebauten Filter, ausgetauscht. Mit den BM Versionen ((2)) und ((4)) wird auch die Abgasreinigung einer Drehkolbenmaschine DKM deutlich einfacher.
The advantages of the WMV combination plant behind the VM2 and the GT4 + Dt3,3 ', see 5 , for the BM version (1) or the BM mixtures ((2)) to ((4)) are:
  • 1. The sum of both (three) masses is linear in the additional power P WNZ , and also the heat content and the residual volume work of the exhaust gas 13 is partially exploited in the version ((2)) and ((4)). The common density ρ m and temperature T m of the BM mixture is so far in the H 2 O d steam range that the relaxation in the three stages of the WNV does not or only slightly in the wet steam range of H 2 O d, fl leads.
  • 2. The H 2 O Hd vapor is charged with a high-pressure liquid pump 27 and needs much less power than z. As the heat pump WP5 or a turbine compressor 52 for the H 2 O d vapor or a gas, for. For example, air.
  • 3. Furthermore, the H 2 O Hd BM 11 ' the advantage that it is liquid in the lower temperature range to T crit = 374 ° C and above it in supercritical vapor form, and that for both the thermal conductivity is higher than for the H 2 O d vapor. As a result, the heat energy to be transmitted per unit time, ΔQ / Δt, lighter, ie with smaller ΔT and relative Δp / p losses of the exhaust gas on this part of the BM 11 ' transferred, resulting in a higher end temperature T 2 of H 2 O Hd , see the calculations 4 , or it can be prepared a larger amount of H 2 O Hd .
  • 4. In the case of the BM version ((2)) and ((4)), the admixture of the exhaust gas 13 to the BM present as H 2 O d 11 again the last component of the WNV is divided into the DM2 and DM3, here the lower and upper cylinder chamber 22 . 22 ' the second disc 1' the DKM. After the DM2 z. B. Two-thirds of H 2 O d branched off and returned to the BM cycle, and only a third of H 2 O d BM 11 , who for the high pressure pump 27 in liquid form, as H 2 O fl , must be present in the condensation cooler 41 ( 41 ' ), while the remaining H 2 O d vapor is returned directly to the BM cycle. This means a saving of the corresponding heat of evaporation, which amounts to at least one third of the total thermal energy to be used. In a normal DT system, the heat energy in the form of heat of condensation through the condensation cooler will be approximately equal to the work done 41 ' dissipated and lost, or is used as inferior heating energy, and then as heat of vaporization in the cycle from z. B. the GT4 exhaust are reapplied. This has the further advantage that the mixture of residual H 2 O d and the exhaust gas 13 on the isobaric p = 1 bar in the TS diagram, left to the boiling point T S = 100 ° C of the H 2 O d at atmospheric pressure and then in the condenser 41 condensed further and as H 2 O fl of the high-pressure pump 27 is fed again.
  • 5. Even the first stage DM0 of the WNV makes volume work (ΔH m values with * in Tab. 1) due to the H 2 O Hd mixing addition, or does not consume them, while in the BM version (1) the heat pump WP5, the As a first stage for the suction, transport and compression of pure H 2 O D steam is used, nearly one-third of the total WNV consumed power. This is compensated by the fact that in the BM version (1) the main part of the H 2 O d is returned without liquefaction in the BM cycle, and that here a little larger H 2 O d molar amount can be provided with higher starting temperature. The required heat of vaporization for the small amount of liquefied H 2 O fl applied by the VM2 or DKM cooling water in the NT range and thus does not negatively impact the energy balance of the HT exhaust gas 13 Area. There are no contributions of the enthalpy of mixing. The BM version (1) has the advantage of the simplest construction of the WNV.
  • 6. Due to the increase in performance to the VM2, to the GT4 + DT3 system with the WNV combination system, the overall efficiency also increases for the burner BR9 to optimally around 50% or 70%, compare Tab. 1 and 2. The BM versions (3) and ((4)) give the highest additional benefits P WNV , see discussion above, mainly because of the large contribution of the implicit enthalpy of mixing H m and the direct ΔH m contributions, values with * in Tables 1 and 2, through the volume work. In the BM versions ((2)) and ((4)), the primary source / machine PM is deprived of the largest amount of thermal energy ΔQ / h, both the NT region by evaporation of the liquid BM 11 '' and preheating the gaseous BM 11 or the liquid BM 11 '' for the H 2 O Hd , as well as the HT range, the exhaust gas 13 the PM, here the VM2, but also in the case of the GT4 or the BR9 burner.
  • 7. By an extreme value task, the optimal mixing ratio H 2 O Hd to H 2 O d can be calculated by the control computer in each operating state, depending on the number of revolutions RPM, the offered temperatures of VM2 cooling water, the DM0 / WP5 and also the DM1, and in particular the temperature of the exhaust gas 13 then to the metering valve 7 ' and / or the H 2 O fl, Hd flow rate of the high-pressure pump 27 to be adjusted.
  • 8. The water vapor H 2 O d cleans in the version ((2)) and ((4)) the exhaust gas further to the exhaust gas catalyst, here in the combination WT2 / KAT, further from SO x , NO x , and other pollutants , and at the end of the cycle, they may be condensed in the H 2 O fl , before being returned to the BM cycle, by filters and / or with chemicals, e.g. B. with calcium hydroxide, CaOH, as a gypsum precipitated, similar to the washout in cooling towers at combined cycle power plants. The BM H 2 O is exchanged after a number of cycles to be determined, depending on the effectiveness of the built-in filters. With the BM versions ((2)) and ((4)) also the exhaust gas cleaning of a rotary piston machine DKM becomes much easier.

Das verbliebene Druck- und das restliche Temperaturpotenzial des Abgases 13, auch dessen 14%igen H2Od Anteils, siehe oben, wird in den Versionen ((2)) und ((4)) weitgehend genutzt. Für die BM Version (3) gilt das gleiche wie für ((4)) bis auf die Nicht-Nutzung des verbliebenen Druck- und Temperaturpotentials des Abgases 13.The remaining pressure and the residual temperature potential of the exhaust gas 13 , also its 14% H 2 O d content, see above, is widely used in the versions ((2)) and ((4)). For the BM version (3), the same applies as for ((4)) except for the non-use of the remaining pressure and temperature potential of the exhaust gas 13 ,

Der weitere Unterschied zwischen den BM Versionen ((2)), ((4)) gegenüber (3) besteht in den Vorteilen von ((4)), dass

  • – eine Zwischenerhitzung des BM (11) in der DM0 bzw. DM3 Abgaszugabe-Stufe durch das restliche Wärmepotential des Abgases 13 stattfindet,
  • – das teilweise abgekühlte Abgas 13 noch zur direkten Arbeitsleistung herangezogen wird,
  • – das BM Gemisch (11, 13) am Ende der Entspannungs- und Abkühlungskette auf der Isobaren mit p = 1 bar im T-S Diagramm nach links bis auf die Siedetemperatur von TS = 100°C des H2O bei Normaldruck herunterfährt,
  • – nach dem KAT/WT2 eine weitere Schadstoff Reinigung des Abgases 13 durch Auswaschung im dampfförmigen/flüssigen BM stattfindet, wie in der BM Version (2), und
  • – das Spülen der WNV Anlage vor und nach Umschaltvorgängen zwischen den Funktionen der WNV wegen des teiloffenen BM Flusssystems ganz entfallen, bzw. auf zwei bis drei Umdrehungen der WNV reduziert werden kann, und in den Nachteilen von ((4)), dass
  • – der komplexeste Aufbau der WNV mit drei BM Sorten in einem teiloffenen BM Kreislaufsystem verwendet wird,
  • – die Endtemperatur des BM Kreiszyklus am höchsten liegt, was der Grund ist für die gegenüber (3) niedrigere Zusatzleistung,
  • – eine Reinigung des zirkulierenden BM durch Filter und/oder Zugabe von Chemikalien mit Ausfällung vorzusehen ist, und
  • – das BM ersetzt und recycelt werden muss nach einer festzulegenden (großen) Zahl von Stundenzyklen, und
  • – in der Version ((2)) der gesamte, geringe H2Od Anteil, aus der H2OHd Charge, vor der Rückführung zu H2Ofl auskondensiert werden muss, was aber nicht negativ in die Energiebilanz des HT Abgas 13 Bereichs eingeht, da die Vorerwärmung des H2Ofl aus dem Kühlwasser des VM2 und der DKM im NT Bereich effizient erfolgt.
The further difference between the BM versions ((2)), ((4)) versus (3) consists in the advantages of ((4))
  • - an intermediate heating of the BM ( 11 ) in the DM0 or DM3 exhaust gas addition stage by the residual heat potential of the exhaust gas 13 takes place,
  • - The partially cooled exhaust gas 13 is still used for direct work,
  • - the BM mixture ( 11 . 13 ) at the end of the relaxation and cooling chain on the isobarene with p = 1 bar in the TS diagram to the left down to the boiling point of T S = 100 ° C of H 2 O at atmospheric pressure,
  • - After the KAT / WT2 another pollutant purification of the exhaust gas 13 by leaching in the vapor / liquid BM, as in the BM version (2), and
  • - The flushing of the WNV system before and after switching operations between the functions of the WNV due to the partially open BM flow system completely omitted, or can be reduced to two to three turns of the WNV, and in the disadvantages of ((4)) that
  • - the most complex structure of WNV with three BM varieties in a partially open BM circulatory system is used,
  • - the final temperature of the BM circuit cycle is highest, which is the reason for the (3) lower additional power,
  • - cleaning the circulating BM by filtering and / or adding chemicals with precipitation, and
  • - the BM must be replaced and recycled after a (large) number of hourly cycles, and
  • - In the version ((2)), the entire, small H 2 O d portion, from the H 2 O Hd charge, must be condensed out before returning to H 2 O fl , but this does not have a negative impact on the energy balance of the HT flue gas 13 Range comes because the preheating of the H 2 O fl from the cooling water of the VM2 and the DKM in the NT area is efficient.

Die BM Versionen (3) und ((4)) können in analoger Weise auch für die Fälle II und III der Primärquellen, die GT4 + GT3 Anlage und den Brenner BR9, eingesetzt werden mit ähnlich guten Resultaten, siehe Beschreibung zu 5 und Tab. 2, und die oben angeführten Vorteile und die, bei stationären Anlagen, leichter zu beherrschenden Nachteile.The BM versions (3) and ((4)) can be used in an analogous manner also for the cases II and III of the primary sources, the GT4 + GT3 system and the burner BR9, with similarly good results, see description to 5 and Tab. 2, and the above-mentioned advantages and, in the case of stationary installations, more easily manageable disadvantages.

Alle Daten in Tab. 1 ergeben sich bei U = 3000/min der VM2 + WNV Anlage und ohne Einrechnung der weiteren, sich sparwirksam und/oder Energie steigernd sich auswirkenden Funktionen der WNV Anlage. Die absoluten Werte werden mit der Leistung/der Umdrehungszahl des VM2 gemäß G. 8, siehe unten, ansteigen.All data in Tab. 1 result at U = 3000 / min of the VM2 + WNV system and without inclusion of the additional, effective and / or energy-increasing functions of the WNV system. The absolute values will increase with the power / RPM of the VM2 according to G. 8, see below.

Für hohe Leistungsanforderungen wird auch der VM2 mit der Druckluft aufgeladen, was der VM2 kurzzeitig verträgt, und womit zu den 50 kW nochmals mindestens 15 kW Leistung hinzukommen.For high performance requirements, the VM2 is also charged with the compressed air, which the VM2 can tolerate for a short time, and which adds at least 15 kW to the 50 kW.

Mit der Booster Funktion der WNV Anlage lässt sich kurzzeitig, von einem vollem 100 l Druckluftspeicher DLS 20 ausgehend, für ca. 2 bis 3 min mindestens nochmals die maximale VM Nennleistung abrufen, also
PVM+LV,max + PWNVBoost = (65 + 50) kW = 115 kW.
With the booster function of the WNV system can be briefly, from a full 100 l compressed air storage DLS 20 starting, for about 2 to 3 min at least once again the maximum VM rated power retrieve, ie
P VM + LV, max + P WNVBoost = (65 + 50) kW = 115 kW.

Also wird aus einem 50 kW KFZ VM2 mit der WNV Kombianlage ein Sportgerät mit einer Leistung von 115 kW entsprechend 156 PS, was in einem Kleinwagen, z. B. der Poloklasse, eine enorme Kraftentfaltung ermöglicht, wobei die Steigerung im Drehmoment – maßgebend für die Beschleunigung – prozentual noch höher ausfällt.So from a 50 kW vehicle VM2 with the combined WNV system, a sports equipment with a power of 115 kW corresponding to 156 hp, which in a small car, z. As the polo class, allows an enormous power development, the increase in torque - decisive for the acceleration - percentage even higher.

Bei einer Drehzahl Änderung des VM2 und der WNV ist die Zusatzleistung PWNV proportional der geförderten BM Molzahl νd, welche linear mit der Umdrehungszahl U/min anwächst, siehe Gl. 2. Die Abhängigkeit der Temperatur des VM2 Abgases 13 von der VM2 Umdrehungszahl zeigt ein etwas komplexeres Verhalten, steigt aber auch mit U/min an. Also wird eine in erster Näherung angenommene Abhängigkeit PVM+WNV ~ U1,25...1,75 (8) im Bereich 2500 < U/min < 6500 brauchbar sein, welche stärker als linear mit der Drehzahl U/min ansteigt.At a speed change of the VM2 and the WNV, the additional power P WNV is proportional to the conveyed BM number of moles ν d , which increases linearly with the number of revolutions per minute, see Eq. 2. The dependence of the temperature of the VM2 exhaust gas 13 VM2 RPM shows a slightly more complex behavior, but also increases with RPM. So, in a first approximation assumed dependency P VM + WNV ~ U 1.25 ... 1.75 (8) in the range 2500 <RPM <6500, which increases more than linearly with RPM.

In 3b ist ein weiteres vorteilhaftes Beispiel der Kombianlage VM2 + WNV für die BM Version (1): reiner H2Od Dampf, mit der Plazierung des WT2 zwischen die WP5 und die DM1 schematisch gezeichnet.In 3b is another advantageous example of the combination system VM2 + WNV for the BM version (1): pure H 2 O d steam, with the placement of the WT2 between the WP5 and the DM1 drawn schematically.

Die Zweischeiben DKM wird hier als fördernde Wärmepumpe plus Arbeit leistende Dampfmaschine, WP + DM, verwendet, wobei die untere Zylinderkammer 22 der ersten Scheibe 1 der DKM als WP5 fungiert, die obere als DM1 Stufe, welche die Leistungsaufnahme der vorgeschalteten WP5 mehr als kompensiert, siehe Tab. 1, die gesamte zweite DKM Scheibe 1' ist wieder als DM2 Stufe eingesetzt.The double disc DKM is used here as a conveying heat pump plus working steam engine, WP + DM, with the lower cylinder chamber 22 the first disc 1 the DKM functions as WP5, the upper as DM1 stage, which more than compensates for the power consumption of the upstream WP5, see Tab. 1, the entire second DKM disc 1' is used again as a DM2 level.

Als Betriebsmittel H2Ofl,d BM 11'', 11 kann das H2Ofl Kühlwasser 21 selbst, wie hier angenommen, bzw. ein anderes, zunächst flüssiges BM 11'' verwendet werden.As equipment H 2 O fl, d BM 11 '' . 11 can the H 2 O fl cooling water 21 itself, as assumed here, or another, initially liquid BM 11 '' be used.

Aus dem Kühler 40 des VM2 wird der Hauptteil des Kühlwassers 21 mit einer Pumpe 27' durch den Zylinderkopf des VM2, bzw. durch die beiden Scheiben 1, 1' der DKM (in 3 nicht eingezeichnet) in Kanälen oder Röhrenschlangen (26') zirkuliert. Dieser Hauptfluss des Kühlwassers 21 kann durch ein Ventil 7'' so geregelt werden, dass die Wärmeabfuhr durch die Verdampfung und/oder Vorerwärmung des H2Ofl,d BM 11'', 11 gerade in der VM2/DKM Kühlung kompensiert wird.From the radiator 40 The VM2 becomes the main part of the cooling water 21 with a pump 27 ' through the cylinder head of the VM2, or through the two discs 1 . 1' the DKM (in 3 not shown) in channels or pipe snakes ( 26 ' ) circulates. This main flow of cooling water 21 can through a valve 7 '' be regulated so that the heat dissipation by the evaporation and / or preheating of the H 2 O fl, d BM 11 '' . 11 just in the VM2 / DKM cooling is compensated.

Die Kühlung der Zwei(Mehr-)Scheiben DKM, siehe 1, erfolgt bei Temperaturen t1 > 110°C bis 130°C entweder mit Wasser unter erhöhtem Druck oder direkt mit H2Od Dampf aus dem BM 11 Dampfkreislauf, unter weiterer Aufheizung des BM 11.The cooling of the two (multi) discs DKM, see 1 , takes place at temperatures t 1 > 110 ° C to 130 ° C either with water under elevated pressure or directly with H 2 O d steam from the BM 11 Steam cycle, under further heating of the BM 11 ,

Für die Verdampfer/Wärmetauscher WT0 und VD/WT0', siehe 1, können hier im NT Bereich z. B. auch aus Al gegossene Rohrblöcke verwendet werden, die in gutem thermischen Kontakt mit dem Zylinderblock des VM2 und der DKM stehen.For the evaporator / heat exchanger WT0 and VD / WT0 ', see 1 , can here in the NT area z. B. Al cast pipe blocks are used, which are in good thermal contact with the cylinder block of the VM2 and the DKM.

Zur Verbesserung der Verdampfung wird das Kühlwasser (versetzt mit einem schmierenden Frostschutzmittel) durch Hohlkegel- oder Ultraschalldüsen (24) in Tröpfchen mit einem Durchmesser von ca. ∅ = 20 bis 70 μm in das Kanal-/Röhrensystem des VD/WTO' versprüht, siehe 1, Fall I, oder von mit Ultraschall beaufschlagten Oberflächen vernebelt. To improve the evaporation, the cooling water (mixed with a lubricating antifreeze) by hollow cone or ultrasonic nozzles ( 24 ) in droplets with a diameter of about ∅ = 20 to 70 microns in the channel / tube system of the VD / WTO ', see 1 , Case I, or nebulised by ultrasonicated surfaces.

In den beiden WT1 und WT2/KAT im Abgasstrom 13 strömt innen in den Edelstahl-Röhrchen 26 das BM 11 und außen werden diese vom VM2 Abgas 13 umströmt.In the two WT1 and WT2 / KAT in the exhaust gas flow 13 flows inside in the stainless steel tubes 26 the BM 11 and on the outside these are from the VM2 exhaust 13 flows around.

Zum Aufbau des WT2/KAT als Beispiel, siehe 4.To build the WT2 / KAT as an example, see 4 ,

Die Ein- 18, 18', 18'', 18''' und Auslässe 19, 19', 19'', 19''' sind an den DKM Zylinderscheiben 1, 1' so angeordnet, dass sich bei der Drehung der Kreiskolben 25, 25' keine oder kaum eine Überlappung des Ansaug- und Ausstoßtaktes ergibt.The A- 18 . 18 ' . 18 '' . 18 ' and outlets 19 . 19 ' . 19 '' . 19 ''' are on the DKM cylinder discs 1 . 1' arranged so that during rotation of the rotary piston 25 . 25 ' No or little overlap of the intake and exhaust stroke results.

Insbesondere für die BM Version (1) muss hier darauf geachtet werden, dass die Todvolumina im WT2 am Auslass 19 und Einlass 18' so klein wie möglich gehalten werden.In particular for the BM version (1) care must be taken here that the dead volumes in the WT2 at the outlet 19 and inlet 18 ' be kept as small as possible.

Hinter dem DKM Auslass 19 ist ein Flatter-Rückschlagventil 37 eingebaut, um ein Rückströmen des BM 11 in die untere WP5, DKM Kammer zu verhindern.Behind the DKM outlet 19 is a flutter check valve 37 fitted to a backflow of the BM 11 into the lower WP5, to prevent DKM chamber.

Für den Betrieb der WNV mit der BM Version (1) wird das gesamte Innenvolumen des WT2 dann gleich dem Transportvolumen VT einer DKM Kammer 22, 22' gewählt, siehe 4, so dass das Verdichtungs- bzw. Entspannungsverhältnis der WP5 bzw. der DM1 vorteilhafterweise 2:1 bzw. 1:2 beträgt.For operation of the WNV with the BM version (1), the total internal volume of the WT2 then becomes equal to the transport volume V T of a DKM chamber 22 . 22 ' chosen, see 4 , so that the compression or expansion ratio of the WP5 or the DM1 is advantageously 2: 1 or 1: 2.

Für die anderen BM Versionen ist man in der Wahl insbesondere der Volumendimension der Wärmetauscher freier, und kann eine optimale Auslegung wählen, z. B. für den WT2 als KAT oder bezüglich des Druckverlustes Δp und der Temperaturdifferenz ΔT, siehe Gln. 9 und 10. Nach dem WT2/KAT folgt die zweite DKM Scheibe 1' mit doppelter Kammerbreite 2B als Dampfmaschine DM2 als weitere Entspannungsvorrichtung, welche die hauptsächliche Zusatzleistung erbringt. Dazu wird das H2Od BM 11 in beide Zylinderkammern 22, 22' der zweiten DKM Scheibe als DM2 parallel eingeleitet und unter Arbeitleistung weiter entspannt.For the other BM versions one is free in the choice in particular the volume dimension of the heat exchanger, and can choose an optimal design, eg. B. for the WT2 as KAT or with respect to the pressure loss .DELTA.p and the temperature difference .DELTA.T, see Eq. 9 and 10. After the WT2 / KAT follows the second DKM disc 1' double chamber width 2B as steam engine DM2 as another expansion device, which provides the main auxiliary performance. For this purpose, the H 2 O d BM 11 in both cylinder chambers 22 . 22 ' the second DKM disc introduced as DM2 parallel and further relaxed under work performance.

Alternativ kann die DKM Scheibe 1' ebenfalls die Breite B aufweisen, dann übersetzt durch ein Getriebe 16 mit der doppelten Drehzahl oder durch zwei Zahnräder (nicht eingezeichnet) und dann in umgekehrtem Drehsinn zur ersten DKM Scheibe 1 laufen, mit dann vertauschten Ein- 18 und Auslässen 19.Alternatively, the DKM disc 1' also have the width B, then translated by a transmission 16 with twice the speed or by two gears (not shown) and then in reverse direction to the first DKM disc 1 run, with then exchanged one 18 and outlets 19 ,

Nach der DM2(3) Stufe wird das BM H2Od in einen Kondensationskühler 41 geleitet, in dem es weiter zu einem geringen Teil von (1 – x) < 0,2 kondensiert, mit x = dem verbleibenden H2Od Dampfanteil, der über den WT1 wieder dem BM Kreislauf zugeführt wird.After the DM2 (3) stage, the BM H 2 O d becomes a condensation condenser 41 in which it continues to condense to a small extent of (1-x) <0.2, with x = the remaining H 2 O d vapor content, which is returned to the BM cycle via the WT1.

Der Kondensationskühler 41 steht zum Vorwärmen in einer regelbaren Verbindung zum VM2 (DKM) Hauptkühler 40.The condensation cooler 41 is available for preheating in a controllable connection to the VM2 (DKM) main cooler 40 ,

Der VM2 Kühler 40 muss für die BM 11 Version (1): H2Od, hier etwa für 1/3 bis zu 1/2 der VM2 (DKM) Kühlung aufkommen, und für die gesamte VM2 (DKM) Kühlung unterhalb der VM2 Übergangsdrehzahl UÜ < 2500/min, für welche die WNV als LV zum Aufladen des VM2 arbeitet, und allgemein beim Betrieb der WNV Anlage als LV/AV bzw. als Booster.The VM2 cooler 40 must for the BM 11 Version (1): H 2 O d , here about 1/3 to 1/2 of the VM2 (DKM) cooling arise, and for the entire VM2 (DKM) cooling below the VM2 transition speed U Ü <2500 / min, for which the WNV works as LV for charging the VM2, and generally when operating the WNV system as LV / AV or as a booster.

Zum Austreiben des schon in der DM2(3) Stufe der DKM kondensierten H2Ofl Anteils mit dem BM H2Od Hauptanteil kann die DKM liegend und vorteilhafterweise mit Seiteneinlässen betrieben werden.For expelling the already condensed in the DM2 (3) stage of DKM H 2 O fl share with the main part of BM H 2 O d DKM can be operated lying and advantageously with side inlets.

Für UÜ < 2500/min des VM2 werden dann die beiden DKM Scheiben durch den Einlass 29 in umgekehrter Flussrichtung zum WNZ/DM + WP Betrieb mit Atmosphärenluft beschickt und so als dreistufiger Luftverdichter, LV1 bis LV3 für den VM2 betrieben, und eine 1:3 bis 4 Untersetzung des Getriebes 16 gewählt.For U Ü <2500 / min of the VM2 then the two DKM discs through the inlet 29 In the reverse flow direction to the WNZ / DM + WP operation with atmospheric air fed and operated as a three-stage air compressor, LV1 to LV3 for the VM2, and a 1: 3 to 4 reduction of the transmission 16 selected.

Zum Umschalten von WNV/DM + WP auf LV/AV Betrieb sind alle vier Dreiwegeventile 6, die vor den Ein- 18, 18'' und hinter den Auslässen 19', 19'' der DKM Scheiben 1 und 1' angeordnet sind, z. B. elektro-magnetisch, umschaltbar vorgesehen. Das gilt auch für alle anderen Ventile und Regeleinheiten.To switch from WNV / DM + WP to LV / AV operation, all four three-way valves 6 who are 18 . 18 '' and behind the outlets 19 ' . 19 '' the DKM discs 1 and 1' are arranged, for. B. electro-magnetically, provided switchable. This also applies to all other valves and control units.

Bei den BM Versionen (1) und (3) werden die DKM Kammern 21, 21' über die Belüftungsventile 8 für etwa zehn Umdrehungen vor und nach jeder Umschaltung gespült.In the BM versions (1) and (3) the DKM chambers are 21 . 21 ' via the ventilation valves 8th flushed for about ten turns before and after each switch.

Für die BM Versionen ((2)) und ((4)) reichen weniger Umdrehungen, bzw. muss überhaupt nicht gespült werden, da die durch das Port 29 angesaugte Luft 10 (das Abgas) in dem teiloffenen Kreislaufsystem mit dem Abgas 13 ausgestoßen wird, bzw. die geringe Menge des in der WNV Anlage verbliebenen BM 11, H2Od, bei der Umschaltung auf LV/AV zur Aufladung des VM2 oder zur Abspeicherung der komprimierten Luft in dem DLS 20/dem DAS 50 nicht ins Gewicht fällt, bzw. bei der Abgas 13 Speicherung wegen des 14%igen H2Od Anteils im Abgas 13 vernachlässigbar ist, und im BM (11'', 11, 11', 13) Kreislauf dieser Anteil das in dem teiloffenen BM Kreislaufsystem verloren gegangene H2Od bei weitem ersetzt. For the BM versions ((2)) and ((4)) are less revolutions, or must not be rinsed at all, since the through the port 29 sucked air 10 (the exhaust gas) in the partially open circuit system with the exhaust gas 13 is ejected, or the small amount of remaining in the WNV plant BM 11 , H 2 O d , when switching to LV / AV to charge the VM2 or to store the compressed air in the DLS 20 / the DAS 50 does not matter, or in the exhaust 13 Storage due to the 14% H 2 O d content in the exhaust gas 13 is negligible, and in the BM ( 11 '' . 11 . 11 ' . 13 ) This fraction largely replaces the H 2 O d lost in the partially open BM circulatory system.

Bei Brems- und Schubvorgängen und bei Drehzahlen des VM2 unter UÜ < 2500/min wird im LV (AV) Betrieb ein Druckluft-(abgas)speicher DLS 20 (DAS 50) aufgeladen. Dessen Druckluft 10' (Druckabgas 13') wird dann über regelbare Druckminderer 17, 17' zugeführt:

  • – dem VM2 über den Ansaugstutzen 38 zur mechanischen Aufladung des VM2 unter UÜ < 2500/min und bei hoher Leistungsanforderung, oder
  • – zum Betrieb des VM2 ohne Kraftstoff bei genügender Füllung des DLS 20 (DAS 50), oder
  • – zum Betrieb der WNV Anlage als Booster.
During braking and pushing operations and at speeds of the VM2 below U Ü <2500 / min, a compressed air (exhaust) storage DLS is used in LV (AV) operation 20 (THE 50 ) charged. Its compressed air 10 ' (Pressure exhaust 13 ' ) is then via adjustable pressure reducer 17 . 17 ' fed:
  • - the VM2 via the intake manifold 38 for mechanical charging of the VM2 under U Ü <2500 / min and with high power requirement, or
  • - to operate the VM2 without fuel with sufficient filling of the DLS 20 (THE 50 ), or
  • - to operate the WNV system as a booster.

So reicht die in einem DLS 20 von 100 l Inhalt abgespeicherte Druckluft 10' mit einem Druck von ca. p ~ 100 bar und ca. T ~ 500°C zum Betrieb des VM2 ohne Kraftstoff für ca. 6 min, d. h. für eine Fahrstrecke von ca. 12 km bei einer mittleren Geschwindigkeit von 120 km/h.That's enough in a DLS 20 of 100 liters of stored compressed air 10 ' with a pressure of about p ~ 100 bar and about T ~ 500 ° C to operate the VM2 without fuel for about 6 min, ie for a distance of about 12 km at a mean speed of 120 km / h.

Die erhöhte Temperatur der Druckluft 10' (des Druckabgases 13') ist energetisch sinnvoll, da bei der expansiven Dekompression der gespeicherte Druckluft mittels der variablen Druckminderer 17, 17', auf ca. p ≈ 2 bar zur Aufladung des VM2 oder auf etwa einen Mitteldruck von pm ≈ 6 bar zum Betrieb des VM2 ohne Kraftstoff bzw. der WNV als Booster, eine deutliche Abkühlung der Luft stattfindet. Eine gute thermische Isolierung 53 des DLS 20 (DAS 50) sowie aller Zuleitungen (nicht gezeichnet) ist vorgesehen.The elevated temperature of the compressed air 10 ' (the pressure exhaust gas 13 ' ) is energetically meaningful, since with the expansive decompression the stored compressed air by means of the variable pressure reducer 17 . 17 ' , to about p ≈ 2 bar for charging the VM2 or to about a mean pressure of p m ≈ 6 bar to operate the VM2 without fuel or the WNV as a booster, a significant cooling of the air takes place. A good thermal insulation 53 of the DLS 20 (THE 50 ) and all supply lines (not shown) is provided.

Im Falle des Abkühlens des DLS 20 und insbesondere des DAS 50 unter den Taupunkt des mit abgespeicherten H2O, ist ein Entleerungshahn für H2O Rückstände am tiefsten Punkt der Speicherbehälter vorgesehen (in 3 nicht eingezeichnet). Die DLS 20 und DAS 50 Behälter sind innen durch eine Schutzschicht aus Kunststoff oder eine widerstandsfähige Metallbeschichtung gegen Korrosion geschützt.In case of cooling of the DLS 20 and especially the DAS 50 below the dew point of the stored H 2 O, a drain tap for H 2 O residues is provided at the lowest point of the storage tank (in 3 not shown). The DLS 20 and the 50 Containers are internally protected by a protective plastic coating or a durable metal coating against corrosion.

Da der WT2/KAT und/oder der WT1 auch bei LV(AV) Betrieb im Druckluft(10')(-abgas 13')-Strömungsverlauf bleibt, werden diese Wärmetauscher auf einer Temperatur von T > 300 bzw. > 400°C gehalten, sodass die energetisch effiziente Umschaltung auf WNV Betrieb ohne zeitliche Verzögerung erfolgen und in jedem Fahrzustand des KFZ Leistung steigernd eingesetzt und optimal genutzt werden kann.Since the WT2 / KAT and / or the WT1 are also in LV (AV) operation in compressed air ( 10 ' ) (- exhaust 13 ' ) Flow course, these heat exchangers are maintained at a temperature of T> 300 and> 400 ° C, so that the energy efficient switchover to WNV operation without delay and can be used in each driving condition of the car increasing performance and optimally used.

Die Umschaltzeiten sind hauptsächlich bestimmt durch die ca. zehn Umdrehungen der WNV, der DKM, die für die Spülung der Zylinderkammern 22, 22' und der Leitungen bei der BM Version (1) und (3) nötig sind, und belaufen sich z. B. bei der Übergangsdrehzahl von U = 2500/min auf Δt = 0,2 s, die etwa einer schnellen menschlichen Reaktionszeit entsprechen. Beim Betrieb der WNV mit den BM Versionen ((2)) und ((4)) ohne Spülung liegt die Umschaltzeit unter Δt < 0,1 s.The switching times are mainly determined by the approximately ten revolutions of the WNV, the DKM, which is used to flush the cylinder chambers 22 . 22 ' and the lines in the BM version (1) and (3) are necessary, and amount to z. B. at the transition speed of U = 2500 / min to .DELTA.t = 0.2 s, which correspond approximately to a fast human reaction time. When operating the WNV with the BM versions ((2)) and ((4)) without flushing, the changeover time is less than Δt <0.1 s.

Auf diese Weise kann die WNV mit praktisch kaum merkbarer Verzögerung zwischen den verschiedenen Funktionen umgeschaltet werden, was essentiell ist für die Energie Rekuperierung bei Brems- und Schubbetrieb des KFZ und für die Aktivierung der LV Funktion zur Aufladung des VM2 und der Booster Funktion bei starken Beschleunigungsvorgängen.In this way, the WNV with virtually barely noticeable delay between the various functions can be switched, which is essential for the energy recuperation during braking and coasting of the car and for activating the LV function for charging the VM2 and the booster function during heavy acceleration operations ,

Beim Betrieb des VM2 in unwirtschaftlichen Bereichen des VM2 Kennfeldes und bei Unterschreitung eines Mindestdruckes in den DLS 20 (DAS 50) wird eine höhere Leistung des VM2 durch Herunterschalten in einen niedrigeren Gang abgefordert (bei Schaltgetrieben z. B. durch einen elektrisch zu- und abschaltbaren Overdrive) und die LV/AV Funktion und gleichzeitig die Aufladung des VM2 aus dem DLS 20 über einen variablen Druckminderer 17 aktiviert.When operating the VM2 in uneconomic areas of the VM2 map and falling below a minimum pressure in the DLS 20 (THE 50 ), a higher power of the VM2 is demanded by downshifting to a lower gear (in the case of manual transmissions, for example, by an electrically connectable and deactivatable overdrive) and the LV / AV function and, at the same time, charging the VM2 from the DLS 20 via a variable pressure reducer 17 activated.

Die kürzer- oder längerfristige Abrufung, je nach Volumenauslegung des DLS 20, der Leistung des WNV Boosters kann die maximale Nennleistung des VM2 oder der DT3 erreichen bzw. überschreiten und wirkt also ähnlich der KERS (Kinetic Energy Recovery System) Einrichtung bei Formel 1 Motoren, nur mit deutlich höherer Leistungsentfaltung, siehe Einleitung.The shorter or longer term call, depending on the volume design of the DLS 20 , the performance of the WNV Booster can reach or exceed the maximum rated power of the VM2 or the DT3 and thus acts similar to the KERS (Kinetic Energy Recovery System) device for Formula 1 engines, only with significantly higher power delivery, see Introduction.

Diese Druckluftmotor-Funktion der WNV erspart in der Anwendung II ggf. eine zweite GT4' für Spitzenlastzeiten, siehe dazu Beschreibung für 5.This compressed air motor function of the WNV saves in application II if necessary a second GT4 'for peak load times, see description for 5 ,

Bei diesen drei Funktionen der WNV Anlage werden alle Vorgänge durch eine intelligente, elektronische Steuerung optimal eingesetzt und geregelt. With these three functions of the WNV system, all processes are optimally used and controlled by an intelligent, electronic controller.

Ein Treibriemen 34, der über je ein konisches Rad 32 auf der Kurbelwelle des VM2 und auf der Welle der WNV/DKM läuft, koppelt den VM2 mit der WNV vorteilhafterweise über ein CVT Getriebe 16 (Continously Variable Transmission) oder ein Planetengetriebe (nicht eingezeichnet). Dieses Getriebe 16 kann durch eine elektro-magnetische oder pneumatische Steuerung vorteilhafterweise kontinuierlich zwischen Untersetzungsverhältnissen 1:1 bis 4:1 variiert werden, zum optimierten Betrieb der DKM als WNV Anlage, als WNV Booster oder als LV/AV bzw. als mechanischer Lader für den VM2.A drive belt 34 , each with a conical wheel 32 running on the crankshaft of the VM2 and on the shaft of the WNV / DKM, advantageously couples the VM2 to the WNV via a CVT transmission 16 (Continously Variable Transmission) or a planetary gear (not shown). This gear 16 can be varied by an electro-magnetic or pneumatic control advantageously continuously between reduction ratios 1: 1 to 4: 1, for optimized operation of DKM as a WNV system, as WNV booster or as LV / AV or as a mechanical loader for the VM2.

In 4a und b ist der Aufbau eines Hochtemperatur-Wärmetauschers am Beispiel des WT2/KAT gezeigt, bestehend aus 12 Edelstahl-Röhrchen 26 mit Außendurchmesser ∅ = 3,4 mm oder 3,6 mm mit einer Wandstärke d = 0,2 mm bzw. 0,3 mm, mit einer Gesamtlänge von L = 850 mm. Diese Röhrchen aus entsprechend Hochtemperaturfestem Edelstahl halten einem Prüfdruck von p = 160 bar bzw. 280 bar stand.In 4a and b shows the construction of a high-temperature heat exchanger using the example of the WT2 / KAT, consisting of 12 stainless steel tubes 26 with outer diameter ∅ = 3.4 mm or 3.6 mm with a wall thickness d = 0.2 mm or 0.3 mm, with a total length of L = 850 mm. These tubes made of high-temperature resistant stainless steel withstand a test pressure of p = 160 bar or 280 bar.

Über dem Ein- 18' und dem Auslass 19 der DKM 1 sind je vier Röhrchen 26 in drei versetzten Reihen zu einem 12er Bündel in dem Anschlußflansch 35 an die DKM in einem Rechteck angeordnet, mit den Außenmaßen b = 30 mm und a = 13 mm.Above the 18 ' and the outlet 19 the DKM 1 are four tubes each 26 in three staggered rows to a 12-piece bundle in the connecting flange 35 arranged to the DKM in a rectangle, with the external dimensions b = 30 mm and a = 13 mm.

Die Röhrchen 26 sind mit einer vierfachen Umlenkung in jeweils vier Teilabschnitte mit einer Länge l = 212 mm in einer Gesamtweite w = 55 mm eingeteilt und an einem Ende in den Anschlussflansch 35 und am anderen Ende in einen gemeinsamen Umlenkflansch 36 hart eingelötet. Beide Flansche 35 und 36 sind ebenfalls aus Edelstahl, und die Lötung erfolgt mit einem Nickellot bei ca. 1000°C im Vakuum oder unter Schutzgas.The tubes 26 are divided into four sections with a length l = 212 mm with a fourfold deflection in a total width w = 55 mm and at one end into the connecting flange 35 and at the other end into a common deflection flange 36 soldered hard. Both flanges 35 and 36 are also made of stainless steel, and the soldering is done with a nickel solder at about 1000 ° C in a vacuum or under inert gas.

In der Auslassöffnung 19 der DKM ist in dem Anschlussflansch 35 ein Flatter-Rückschlagventil 37 eingesetzt, das im Rhythmus des Ansaug- und Kompressionstaktes der DKM Komponente WP5 den Einlass zu den 12 Röhrchen 26 öffnet bzw. verschließt.In the outlet opening 19 the DKM is in the connecting flange 35 a flutter check valve 37 used, in the rhythm of the intake and compression stroke of the DKM component WP5 the inlet to the 12 tubes 26 opens or closes.

Dieses Ventil 34 ist so dünnwandig und leichtgängig ausgeführt, dass es die hier maximale Taktfrequenz der Scheiben 1 und 1' der DKM von ca. U < 9.000/min bewältigt.This valve 34 is so thin-walled and smooth running that it has the maximum clock frequency of the discs 1 and 1' the DKM managed about U <9,000 / min.

Über die gesamten, gefalteten Röhrchen 26 Anordnung ist eine Edelstahlhaube 39 gestülpt, die dicht in einer Nut des Flansches 35 eingelassen ist. Durch zwei Abgas 13 Rohranschlüsse 33 und 33', jeweils im unteren Teil der Haube 39, werden die Röhrchenbündel 26 quer angeströmt, und der Abgasfluss 13 wird durch eine mittig zwischen den Röhrchenbündeln 26 angeordnete Trennwand 44 dann bis unter den oberen Flansch 36 und zurück bis zum Auslass 33 geführt.Over the entire, folded tubes 26 Arrangement is a stainless steel dome 39 inverted, tight in a groove of the flange 35 is admitted. By two exhaust 13 pipe connections 33 and 33 ' , each in the lower part of the hood 39 , become the tube bundles 26 flowed across, and the exhaust flow 13 is through a midway between the tube bundles 26 arranged partition 44 then up to below the upper flange 36 and back to the outlet 33 guided.

Vorteilhafterweise werden die Röhrchen 26 außen mit Pd oder Pt (40) beschichtet, so dass der Wärmetauscher WT2 gleichzeitig die Funktion des Abgaskatalysators KAT übernehmen kann. Die Dimensionierung des WT2/KAT ist dann außer für die BM Version (1) nur in Grenzen festgelegt und kann für die Katalysatorfunktion optimiert werden.Advantageously, the tubes are 26 outside with Pd or Pt ( 40 ), so that the heat exchanger WT2 can simultaneously take over the function of the catalytic converter KAT. The dimensioning of the WT2 / KAT is then limited except for the BM version (1) and can be optimized for the catalyst function.

Der Volumeninhalt des WT2, inklusive Flatter-Rückschlagventil 37 entspricht dann dem Transportvolumen von VT = 90 cm3 für die BM Version (1).The volume content of the WT2, including flutter check valve 37 then corresponds to the transport volume of V T = 90 cm 3 for the BM version (1).

Die Röhrchen 26 insbesondere in dem WT2 (und dem WT1) sind so ausgelegt, dass die Temperaturdifferenz ΔT, die nötig ist, um die Wärmemenge ΔQ/h durch Konvektion vom Abgas 13 auf den H2Od Dampf (den H2OHd Hochdruckdampf) zu übertragen, nur bis zu ΔT < 30 (20)°C beträgt, und der entsprechende Druckverlust in den WT’s nicht größer als Δp < 0,2 (5) bar wird. Für die insgesamt in alle WT’s übertragenen Wärmemengen/Stunde ΔQ/h, siehe Tab. 1.The tubes 26 In particular, in the WT2 (and the WT1) are designed so that the temperature difference .DELTA.T, which is necessary to the amount of heat .DELTA.Q / h by convection of the exhaust gas 13 to transfer the H 2 O d vapor (the H 2 O Hd high-pressure steam), only up to ΔT <30 (20) ° C, and the corresponding pressure loss in the WT's not greater than Δp <0.2 (5) bar becomes. For the total amount of heat transferred in all WTs / hour ΔQ / h, see Tab. 1.

Die Wärmeübertragung in dem strömenden Betriebsmitteln H2Od Dampf und H2OHd Hochdruckdampf wird berechnet für die BM Versionen (1) und (3), wobei die Daten und Werte für H2Od ohne und die für (H2OHd) in Klammern angegeben sind.The heat transfer in the flowing H 2 O d vapor and H 2 O Hd high pressure steam is calculated for the BM versions (1) and (3), with the data and values for H 2 O d without and for (H 2 O Hd ) are indicated in brackets.

Sie erfolgt vornehmlich durch Konvektion in dem aus den Rohr-26 bündeln bestehenden Wärmetauscher WT. Für den Wärmestrom pro Zeiteinheit gilt nach Newton: dQ/dt = αKoAΔT, (9) mit A = 2πnrL, die effektive Innenfläche des WT, siehe Werte für den WT2 in 4, mit der Gesamtlänge L = 0,85 (0,85) m der n = 12 Röhrchen 26 mit r = 0,0015 m und
αKo = Nuλ/2r, dem Wärmeübertragungskoeffizienten für Konvektion, mit
λ = 0,055 (0,1) W/(mK), der Wärmeleitfähigkeit des H2Od (des H2OHd) gemittelt über den entsprechenden Temperaturbereich, und der
Nußelt-Zahl Nu = 0,0235 Re0,8Pr0,48, mit der Reynolds-Zahl Re = vρ2r/η und der
Prandtl-Zahl Pr = ηcp/λ, dimensionslose Kenngrößen, mit
η = 22 (62) 10–6 kg/(ms), der dynamischen Viskosität und
cp = 2100 (7600) J/(kgK), der spezifischen Wärme bei konstantem Druck.
It takes place mainly by convection in the pipe 26 bundle existing heat exchanger WT. For the heat flow per time unit applies according to Newton: dQ / dt = α Ko AΔT, (9) with A = 2πnrL, the effective inner surface of the WT, see values for the WT2 in 4 , with the total length L = 0.85 (0.85) m of the n = 12 tubes 26 with r = 0.0015 m and
α Ko = Nuλ / 2r, the convective heat transfer coefficient, with
λ = 0.055 (0.1) W / (mK), the thermal conductivity of the H 2 O d (of the H 2 O Hd ) averaged over the corresponding temperature range, and the
Nusselt number Nu = 0.0235 Re 0.8 Pr 0.48 , with the Reynolds number Re = vρ2r / η and the
Prandtl number Pr = ηc p / λ, dimensionless characteristics, with
η = 22 (62) 10 -6 kg / (ms), the dynamic viscosity and
c p = 2100 (7600) J / (kgK), the specific heat at constant pressure.

Mit der Strömungsgeschwindigkeit
v = (Vd(Hd)/3600 s)/πnr2 = (19,4 (0,29) m3/3600 s)/8,5 10–5 m2 63 (11) m/s nach Gl. 2, für U = 3000/min der DKM, ergibt sich der Druckverlust in dem Röhrchen-26 Bündel zu Δp = λ'(1/2r)ρ/2v1,75, (10) mit λ' = 0,3164/Re0,25
With the flow speed
v = (V d (Hd) / 3600 s) / πnr 2 = (19,4 (0.29) m 3/3600 s) / 8.5 10 -5 m 2 63 (11) m / s according to Eq. 2, for U = 3000 / min of the DKM, the pressure loss in the tube 26 Bunch too Δp = λ '(1 / 2r) ρ / 2v 1.75 , (10) with λ '= 0.3164 / Re 0.25

Mit der Dichte ρ = 1,54 (100) m3/kg ergeben sich die dimensionslose Kenngrößen zu Re = 13.000 (53.000) und Pr = 0,84 (4,7) und eingesetzt in die Gln. 9 und 10 ergeben sich für den H2Od (H2OHd) Dampf ein Druckverlust Δp bzw. eine Temperaturdifferenz ΔT von
Δp = 0,1 (0,46) bar und ΔT = 25 (4)°C.
With the density ρ = 1.54 (100) m 3 / kg, the dimensionless parameters of Re = 13,000 (53,000) and Pr = 0,84 (4,7) are obtained and used in the equations. 9 and 10 result for the H 2 O d (H 2 O Hd ) vapor pressure drop Δp and a temperature difference .DELTA.T of
Δp = 0.1 (0.46) bar and ΔT = 25 (4) ° C.

Für den WT2/KAT können die Werte ΔT für die mit der BM Version (1) betriebene WNV noch unter in Kaufnahme von höheren Δp Werten reduziert werden, insbesondere durch Verkleinerung des Rohrradius r und durch simultane Verlängerung der Gesamtlänge L und ggf. durch Vergrößerung von n, wobei der Volumeninhalt des betreffenden Wärmetauschers konstant gehalten wird.For the WT2 / KAT, the values ΔT for the WNV operated with the BM version (1) can still be reduced below higher Δp values, in particular by reducing the pipe radius r and by simultaneously increasing the total length L and possibly increasing the size n, wherein the volume content of the heat exchanger in question is kept constant.

Für die anderen BM Versionen und die entsprechenden WT’s ist die Dimensionierung viel freier gestalt- und optimierbar, insbesondere im Hinblick auf die gleichzeitige Verwendung des WT2 als Katalysator KAT bzw. der optimalen Ausnutzung der Abgas-(13)wärme für die BM Gemische ((2)), (3) und ((4)).For the other BM versions and the corresponding WT's the dimensioning is much freer to design and optimize, especially with regard to the simultaneous use of the WT2 as a catalyst KAT or the optimal utilization of the exhaust gas ( 13 ) heat for the BM mixtures ((2)), (3) and ((4)).

Für den H2OHd Hochdruckdampf sind die Verhältnisse völlig unkritisch, da sowohl das kleine Δp als auch das ΔT weit im vorgegebenen Rahmen von Δp < 5 bar und ΔT < 30°C liegen und hier insbesondere der hohe Druck von p ~ 190 bar durch die Hochdruck- Flüssigkeitspumpe aufgebaut wird.For the H 2 O Hd high-pressure steam, the conditions are completely uncritical, since both the small Δp and the ΔT are well within the given range of Δp <5 bar and ΔT <30 ° C and here in particular the high pressure of p ~ 190 bar the high-pressure liquid pump is constructed.

In 5 ist als Beispiel ein PGuD = 200 MW (ohne WNV) GuD Kraftwerk (mit WNV PGuD+WNV = 234 MW) mit einer Gasturbine GT4, befeuert z. B. durch einen Gas- oder Öl-(55)brenner 54, mit Verdichterturbine 52 gezeigt, welche den Abgasstrom 13 zum Betrieb einer Hoch- HD DT3 und einer Mitteldruck Dampfturbine MD DT3' (und ohne WNV mit einer Niederdruck ND DT3'') erzeugt.In 5 is as an example a P GuD = 200 MW (without WNV) combined cycle power plant (with WNV P GuD + WNV = 234 MW) with a gas turbine GT4, z. B. by a gas or oil ( 55 )burner 54 , with compressor turbine 52 shown which the exhaust gas flow 13 to operate a high-HD DT3 and a medium pressure steam turbine MD DT3 '(and without WNV with a low pressure ND DT3'') generated.

Die GT4 wird direkt beschickt mit dem bis zu 1250°C heißen Abgas 13 der Feuerungsanlage 54 und erbringt mit PGT = 133 MW circa zwei Drittel der Leistung der GuD Anlage, das restliche Drittel von PDT = 67 MW würde von den DT3,3',3'' ohne WNV erbracht.The GT4 is directly charged with the up to 1250 ° C hot exhaust gas 13 the furnace 54 and with P GT = 133 MW provides about two-thirds of the power of the combined cycle plant, the remaining third of P DT = 67 MW would be provided by the DT3.3 ', 3''without WNV.

An die beiden DT’s, die HD DT3 und die MD DT3, ist anstelle der ND DT3'' eine WNV angekoppelt, hier als Beispiel bestehend aus
fünf großvolumigen Zweischeiben Drehkolbenmaschinen DKM, welche die
Maße A = 1100 mm und B = 450 mm, vergleiche 3, bei einer Drehzahl von
U = 1500/min aufweisen.
To the two DT's, the HD DT3 and the MD DT3, instead of the ND DT3 '' a WNV is coupled, here as example consisting of
five large - volume two - disk rotary engines DKM, which the
Dimensions A = 1100 mm and B = 450 mm, compare 3 , at a speed of
U = 1500 / min.

Von den fünf DKM’s ist nur eine schematisch mit DM0/WP5, DM1 und DM2,3, als den drei (vier) Komponenten der WNV, in 5a eingezeichnet.Of the five DKMs, only one is schematic with DM0 / WP5, DM1 and DM2,3, as the three (four) components of WNV, in 5a located.

Jede der fünf DKM’s fördert bei einem Transportvolumen von VT = 85 Liter nach Gl. 2
Vd/s = VT × 1500/min/60 × 1,5 = 3,2 m3/s
Each of the five DKMs delivers at a transport volume of V T = 85 liters according to Eq. 2
Vd / s = V T × 1500 / min / 60 × 1.5 = 3.2 m 3 / s

Was mit einer H2Od Dampfdichte von ρd = 4 kg/m3, eine geförderte H2Od Masse von
md/s = 5 × 3,2 m3/s × 4 kg/m3 = 64 kg/s
für alle 5 DKM’s entspricht, siehe unten.
What with a H 2 O d vapor density of ρ d = 4 kg / m 3 , a promoted H 2 O d mass of
m d / s = 5 × 3.2 m 3 / s × 4 kg / m 3 = 64 kg / s
for all 5 DKM's, see below.

Der Einsatz von großvolumigen Drehkolbenmaschinen DKM bis zu einem Zylinderdurchmesser von A > 100 cm, für die Bemaßung siehe 3, ist mit der o. a. Drehzahl möglich und wurde von Curtis-Wright und Ingersoll Rand unter Beweis gestellt, wobei die hier genutzten, kontinuierlicheren Verdichtungs- und Entspannungsvorgängen einfacher kontrolliert werden können als die explosionsartigen Verbrennungsvorgänge beim Einsatz einer großvolumigen DKM als VM. The use of large-volume rotary piston machines DKM up to a cylinder diameter of A> 100 cm, for the dimensioning see 3 , which is possible at the above speed, has been demonstrated by Curtis-Wright and Ingersoll Rand, and the more continuous compression and expansion processes used here can be controlled more easily than the explosive combustion processes of using a large volume DCM as a VM.

Weiterhin sind Wärmetauscher/Verdampfer, WT0''/VD, WT1, WT2, WT3 und WT4, und ein Druckluftspeicher DLS 20 (ein Druckabgasspeicher DAS ist nicht eingezeichnet) mit Wärmeisolierung 53 zur Abspeicherung der Druckluft 10' vorgesehen, damit die WNV durch Beschickung mit Atmosphärenluft 10 (oder Abgas 13) durch den Port 29 über zwei Dreiwegeventile 6 in umgekehrter Richtung als Luftverdichter LV1, LV2 und LV3 betrieben werden kann.Further, heat exchangers / evaporators, WT0 '' / VD, WT1, WT2, WT3 and WT4, and a compressed air reservoir DLS 20 (a pressure exhaust gas storage DAS is not shown) with heat insulation 53 for storing the compressed air 10 ' provided for the WNV by atmospheric air 10 (or exhaust 13 ) through the port 29 over two three-way valves 6 can be operated in the reverse direction as air compressor LV1, LV2 and LV3.

In einem Kondensationskühler 41', an dem als Fremdkühlung eine Abwärmeverwertung 42, z. B. eine Fernheizung, angeschlossen ist, wird das BM (11, 11') H2Od,Hd nach Durchlaufen der DT3 und DT3' sowie der drei DKM Komponenten für die BM Version (3) in Gänze verflüssigt.In a condensation cooler 41 ' in which as foreign cooling waste heat recovery 42 , z. B. a district heating, is connected, the BM ( 11 . 11 ' ) H 2 O d, Hd completely liquefied after passing through the DT3 and DT3 'as well as the three DKM components for the BM version (3).

Für die BM Version (1) mit der gestrichelten Leitungsführung in 5b wird nur etwa drei Viertel des H2Od verflüssigt und das restliche Viertel direkt als H2Od Dampf dem Kreislauf wieder zugeführt, ggf. durch Ansaugen mit einer Venturi Strahlpumpe 34 im Dampfstrom ausgangs der DT3, um Druckunterschiede auszugleichen.For the BM version (1) with the dashed cable routing in 5b only about three quarters of the H 2 O d is liquefied and the remaining quarter fed directly as H 2 O d steam to the circuit again, possibly by suction with a Venturi jet pump 34 in the steam flow output the DT3 to compensate for pressure differences.

Drei Dreiwegeventile 6 erlauben das elektro-magnetische Umschalten zwischen den verschiedenen Funktionen der WNV.Three three-way valves 6 allow the electromagnetic switching between the various functions of the WNV.

Über zwei Druckminderer 17 und 17' können sowohl die WNV als Booster, als auch die Feuerungsanlage 54 und damit die GT4, unter Abkoppelung des Turbinenverdichters 52 über eine Kupplung 57, mit der Druckluft 10' aus den DLS 20 betrieben bzw. beschickt werden.Over two pressure reducers 17 and 17 ' Both the WNV as a booster, and the firing system 54 and thus the GT4, with decoupling of the turbine compressor 52 via a clutch 57 , with the compressed air 10 ' from the DLS 20 operated or fed.

Für der BM Version (3) wird die WNV mit der Schaltung, wie in 5a eingezeichnet, betrieben, was auch für die GT + DT Anlage die größte Zusatzleistung im WNV Normalbetrieb ergibt.For the BM version (3), the WNV with the circuit, as in 5a drawn, operated, which also gives the GT + DT system the largest additional performance in normal mode WNV.

Das Besondere daran ist, dass der Hochdruckdampf H2OHd mit p = 190 bar und T = 530°C, erzeugt durch eine Hochdruckpumpe 27 für H2Ofl aus dem Kondensationskühler 41' und durch Erhitzung im ersten Wärmetauscher WT0'' und dann im WT3, die am Ende bzw. ganz vorn direkt hinter der PM im Abgasstrom 13 angeordnet sind, in alle drei Einheiten, in die HD DT3, die MD DT3' und die erste WNV Komponente DM0, an den Punkten 14 verzweigt, geregelt und dosiert (7') in der Regel mit je einem Drittel eingeleitet wird.The special feature is that the high-pressure steam H 2 O Hd with p = 190 bar and T = 530 ° C, generated by a high-pressure pump 27 for H 2 O fl from the condensation cooler 41 ' and by heating in the first heat exchanger WT0 '' and then in the WT3, the end or the very front just behind the PM in the exhaust stream 13 in all three units, in the HD DT3, the MD DT3 'and the first WNV component DM0, at the points 14 Branched, regulated and dosed ( 7 ' ) is usually initiated with one third each.

Die DT3 wird allein mit dem ersten Drittel des H2OHd Hochdruckdampfes betrieben, während die DT3' mit dem zweiten Drittel, also dann einem 1:1 Gemisch aus H2OHd und H2Od und die WNV mit dem letzten Drittel des H2OHd, also einem 1:2 Gemisch aus H2OHd und H2Od gefahren werden, indem jeweils der entstehende H2Od Heißdampf in die nächste Stufe der Kette weitergeleitet wird.The DT3 is operated with the first third of the H 2 O Hd high pressure steam alone, while the DT3 'with the second third, then a 1: 1 mixture of H 2 O Hd and H 2 O d and the WNV with the last third of the H 2 O Hd , so a 1: 2 mixture of H 2 O Hd and H 2 O d are driven by each of the resulting H 2 O d superheated steam is forwarded to the next stage of the chain.

Diese Verteilung kann um die Sollwerte, je ein Drittel, etwas variieren und durch eine elektronische Steuerung für die jeweilige Leistungsanforderung an die Kombianlage optimiert werden.This distribution can be slightly varied by the nominal values, one third each, and can be optimized by an electronic control for the respective power requirement to the combined plant.

Mit der BM Version (3) wird der gesamte expandierte H2Od Dampf für die WNV Anlage am Ausgang der MD DT3', mit ca. p ~ 8 bar, entsprechend einer reziproken Dichte von 1/ρ = 0,25 m3/kg und T = 190°C, abgezweigt, und anstelle einer weiteren Niederdruck ND DT3'' Stufe, dem WNV BM Kreislauf zugeführt und von den hier als Beispiel eingesetzten fünf parallelen geschalteten DKM’s, der ersten Komponente der WNV, der DM0, angesaugt. Dieser hohe Anfangsdruck p ~ 8 bar ist nötig, um den hohen Massentransport von
Δmd/Δt = 64 kg/s H2Od durch die fünf DKM’s zu erreichen.
With the BM version (3), the total expanded H 2 O d steam for the WNV plant at the output of MD DT3 ', with about p ~ 8 bar, corresponding to a reciprocal density of 1 / ρ = 0.25 m 3 / kg and T = 190 ° C, branched off, and instead of another low pressure ND DT3 '' stage, fed to the WNV BM circuit and sucked by the here used as an example five parallel switched DKM's, the first component of the WNV, the DM0. This high initial pressure p ~ 8 bar is necessary to ensure the high mass transport of
Δm d / Δt = 64 kg / s H 2 O d to be achieved by the five DKM's.

Die 1:1 Mischung von H2OHd + H2Od erfolgt am Eingang der DT3' ähnlich wie in einem Strahltriebwerk und in der ersten WNV Komponente DM0 durch getaktetes Einspritzen in die untere Kammer der ersten DKM Scheiben nach Schließen des Einlasses 18 durch die Drehung des Drehkolbens (25), der damit wieder die Funktion eines Rückschlagventils erfüllt.The 1: 1 mixture of H 2 O Hd + H 2 O d takes place at the entrance of the DT3 'similar to a jet engine and in the first WNV component DM0 by pulsed injection into the lower chamber of the first DKM disks after closing the inlet 18 by the rotation of the rotary piston ( 25 ), which again fulfills the function of a check valve.

Das Einspritzen in die DM0 kann über Hohlkegel- oder auch Ultraschalldüsen (in 5 nicht gezeichnet) zur starken Aufweitung erfolgen, damit es durch den Hochdruckdampfstrahl H2OHd mit p = 190 bar nicht zu einer Abtragung des Drehkolbens kommt.Injection into the DM0 can via hollow cone or ultrasonic nozzles (in 5 not drawn) for strong expansion, so that it does not come to a removal of the rotary piston by the high-pressure steam jet H 2 O Hd with p = 190 bar.

Die Vorteile der Nutzung des Gemisches, H2OHd + H2Od, für die beiden Einheiten, die DT3' und die WNV, anstelle einer ND DT, wurde schon bei der 3a und in der Einleitung eingehend diskutiert. The advantages of using the mixture, H 2 O Hd + H 2 O d , for the two units, the DT3 'and the WNV, instead of an ND DT, have been seen in the 3a and discussed in detail in the introduction.

Der zweite Vorteil besteht in der Nutzungsmöglichkeit der WNV als Luft-/Abgasverdichter und als Booster.The second advantage is the possibility of using the WNV as an air / exhaust compressor and as a booster.

Die Berechnung der Leistung der GuD Anlage mit nachgeschalteter WNV Anlage für die hier verwendete BM Version (3) wird analog zu der für den Verbrennungsmotor VM2 durch geführt, und das entsprechende T-S Diagramm ist als Kreiszyklus für die WNV, DM0, DM1 und DM2, in 2d in eingezeichnet.The calculation of the performance of the combined cycle plant with downstream WNV plant for the BM version (3) used here is carried out analogously to that for the internal combustion engine VM2, and the corresponding TS diagram is a cycle for the WNV, DM0, DM1 and DM2, in 2d in drawn.

Es werden die folgenden Korrekturfaktoren verwendet:
ηn.ad = η = 0,8, ηStr = 0,95 und ηKV = 0,85. Tab. 2: Werte für den Kreiszyklus einer WNV mit einer Dampfturbine DT und dem BM Gemisch (3), Hochdruckdampf H2OHd plus Heißdampf H2Od H2OHd H2Od eff. Enthalpieänderung DT/WNZ Komp. p/bar T/°C p/bar T/°C Tm/°C ΔHeff Einheit HD DT3 190 530 383 × 0,5 kJ/kg MD DT3' 190 530 35 447 500 502 kJ/kg 71* kJ/kg 573 × 1 kJ/kg DM0 190 530 0,95 350 440 42* kJ/kg DM1 15–7,5 440–300 172 kJ/kg DM2 7,5–1 300–100 333 kJ/kg 547 × 1,5 kJ/kg Summe (–12 + 1585) × 64 kg/s kJ/kg PDT+WNV = 101 MW PDT+WNV/PDT 101 MW/67 MW = 1,51 ΔQ/Δt 153 MW ηDT+WNV = PDT+WNV/(ΔQ/Δt) 0,51
The following correction factors are used:
η n.ad = η = 0.8, η Str = 0.95 and η KV = 0.85. Tab. 2: Values for the cycle cycle of a WNV with a steam turbine DT and the BM mixture (3), high-pressure steam H 2 O Hd plus superheated steam H 2 O d H 2 O Hd H 2 O d eff. enthalpy DT / WNZ comp. p / bar T / ° C p / bar T / ° C T m / ° C ΔH eff unit HD DT3 190 530 383 × 0.5 kJ / kg MD DT3 ' 190 530 35 447 500 502 kJ / kg 71 * kJ / kg 573 × 1 kJ / kg DM0 190 530 0.95 350 440 42 * kJ / kg DM1 15-7.5 440-300 172 kJ / kg DM2 7.5 to 1 300-100 333 kJ / kg 547 × 1.5 kJ / kg total (-12 + 1585) × 64 kg / s kJ / kg P DT + WNV = 101 MW P DT + WNV / P DT 101 MW / 67 MW = 1.51 .DELTA.Q / .DELTA.t 153 MW η DT + WNV = P DT + WNV / (ΔQ / Δt) 0.51

Die entsprechenden Zahlenwerte für die BM 11, 11' (3): H2Od + H2OHd werden aus der Summe der ΔHeff Werte berechnet, unter Abzug des Leistungsverbrauchs der Hochdruckpumpe HP mit PHP = 12 kJ/kg × 64 kg/s = 0,77 MW von der Leistung der DT3,3' mit WNV Anlage abgezogen, sodass sich multipliziert mit dem Massenstrom Δm/Δt = 64 kg/s eine Gesamtleistung von PDT+WNV = 101 MW für die DT + WNV ergibt, also ein Zuwachs von PWNV = 34 MW entsprechend 51%.The corresponding numerical values for the BM 11 . 11 ' (3): H 2 O d + H 2 O Hd are calculated from the sum of the ΔH eff values, subtracting the power consumption of the high pressure pump HP with P HP = 12 kJ / kg x 64 kg / s = 0.77 MW of the Power of the DT3,3 'deducted with WNV system, so that multiplied by the mass flow Δm / Δt = 64 kg / s results in a total power of P DT + WNV = 101 MW for the DT + WNV, thus an increase of P WNV = 34 MW corresponding to 51%.

Die Leistung der GT + DT Anlage erfährt durch die WNV eine Steigerung auf
PGT+DT+WNV = 234 MW, also um 17%.
The performance of the GT + DT system is being boosted by WNV
P GT + DT + WNV = 234 MW, ie by 17%.

Die mit einem * gekennzeichneten ΔHeff Werte resultieren wieder aus der Volumenarbeit gemäß Gl. 6 durch den Eintrag des H2OHd Hochdruck- in den H2Od Heißdampf siehe Tab. 1.The ΔH eff values marked with a * again result from the volume work according to Eq. 6 by the entry of the H 2 O Hd high pressure into the H 2 O d superheated steam see Tab. 1.

Für die implizite Erhöhung der Enthalpiewerte das Gemisch H2Od + H2OHd, siehe die dünnen Pfeile --> in den T-S Diagrammen in 2d (b und c).For the implicit increase of the enthalpy values the mixture H 2 O d + H 2 O Hd , see the thin arrows -> in the TS diagrams in 2d (b and c).

Aus dem Quotienten von PDT+WNV und der zugeführten Wärmeenergie pro Zeiteinheit ΔQ/Δt ergibt sich ein gemeinsamer Wirkungsgrad für die DT3,3' + WNV Anlage von
ηDT+WNV = 0,51.
From the quotient of P DT + WNV and the heat energy supplied per unit time ΔQ / Δt results in a common efficiency for the DT3,3 '+ WNV plant of
η DT + WNV = 0.51.

Das GuD Kraftwerk mit WNV und der zweistufigen DT3,3' erbringt somit eine Erhöhung des gemeinsamen Wirkungsgrades ηGuD+WNV auf ηGuD+WNV = ηGT + ηηDT+WNV(1 – ηGT) = 0,45 + 0,85 × 0,51(1 – 0.45) = 0,69 (11) also auf fast 70%, wobei für die GT4 ein Wirkungsgrad ηGT = 0,45 angenommen und der Wärmeübertrag in den WT’s vom Abgas 13 der GT4 auf die BM (11', 11) mit einem Wirkungsgrad von η = 0,85 eingerechnet wurde.The combined cycle power plant with WNV and the two-stage DT3,3 'thus provides an increase in the joint efficiency η GuD + WNV η GuD + WNV = η GT + η η DT + WNV (1-η GT ) = 0.45 + 0.85 × 0.51 (1 - 0.45) = 0.69 (11) that is, to almost 70%, assuming an efficiency η GT = 0.45 for the GT4 and the heat transfer in the WTs from the exhaust gas 13 the GT4 on the BM ( 11 ' . 11 ) was calculated with an efficiency of η = 0.85.

Dieser hohe Wert für η = 0,85 ist gerechtfertigt, da der größte Teil des BM aus dem überkritischen H2OHd Hochdruckdampf 11'' besteht und der Wärmeübertrag vom Abgasstrom 13 leichter als für den H2Od Heißdampf erfolgt, siehe Beschreibung zu 4.This high value for η = 0.85 is justified, since most of the BM from the supercritical H 2 O Hd high pressure steam 11 '' exists and the heat transfer from the exhaust stream 13 lighter than for the H 2 O d superheated steam, see description 4 ,

In 5b ist mit der gestrichelten Leitungsführung schematisch die Schaltung für einen Betrieb der WNV mit dem einkomponentigen BM nach Version (1): H2Od gestrichelt eingezeichnet. Diese Version entspricht der für den VM2, die in 3b dargestellt und dort eingehender beschrieben wurde. Dabei kann die Temperatur T und damit der H2Od Dampfdruck pd in dem Kondensationskühler 41' variiert und an den Dampfdruck ausgangs der DT3' angepasst werden.In 5b is schematically shown with the dashed wiring the circuit for operation of the WNV with the one-component BM according to version (1): H 2 O d dashed lines. This version is the same as for the VM2 in 3b shown and described there in more detail. In this case, the temperature T and thus the H 2 O d vapor pressure p d in the condensation cooler 41 ' varies and adapted to the vapor pressure output of the DT3 '.

Als Ergebnis einer analog zu oben durchgeführten Rechnung ergibt einen Wirkungsgrad von
ηDT+WNV = 0,47
woraus sich für die Gesamtleistung der GT + DT + WNV ein Wirkungsgrad ergibt zu
ηGuD+WNV = 0,67.
As a result of an analogous to the above calculation results in an efficiency of
η DT + WNV = 0.47
which results in an overall efficiency of the GT + DT + WNV
η GuD + WNV = 0.67.

Die als DKM vorgesehene WNV Kombianlage ist darüber hinaus nicht so empfindlich auf Tröpfchenbildung bei der Entspannung des H2Od wie die Dampfturbinen DT3,3'(3''), und deshalb kann die Entspannung des H2Od BM 11 bis (weit) in den Zweiphasenbereich, H2Od + H2Ofl, hinein erfolgen. Bei einer DT würden bei einem H2Ofl Anteil von (1 – x) > 0,12 Schäden an den Turbinenschaufeln durch Erosion auftreten.Moreover, the DKN combined gas turbine system is not as susceptible to the formation of droplets during the expansion of H 2 O d as the steam turbines DT 3,3 '(3''), and therefore the relaxation of H 2 O d BM 11 into the two-phase range, H 2 O d + H 2 O fl (far). In a DT, an H 2 O fl fraction of (1 - x)> 0.12 would damage the turbine blades by erosion.

Der weitere Vorteil der WNV Kombination besteht darin, dass sie in verbrauchsschwachen Zeiten durch Umschalten von drei Dreiwege-Ventilen 6 als mehrstufiger Luftverdichter LV (oder Abgasverdichter AV) eingesetzt werden kann, der über einen Einlass 29 Atmosphärenluft 10 (oder Abgas 13) ansaugt, siehe 1 und vergleiche 3, zum Aufladen eines hier großvolumigen Druckluftspeichers DLS 20 (Druckabgasspeichers DAS 50) der (die) mit einer Wärmeisolation 53 umgeben ist (sind).The further advantage of the WNV combination is that it can be used in low-consumption times by switching over three three-way valves 6 as a multi-stage air compressor LV (or exhaust gas compressor AV) can be used, which has an inlet 29 atmospheric air 10 (or exhaust 13 ), see 1 and compare 3 , for charging a large-volume compressed-air storage DLS 20 (Pressure exhaust gas storage DAS 50 ) the (the) with a heat insulation 53 is surrounded (are).

Mit der abgespeicherten, erhitzten Druckluft 10' (dem Druckabgas 13') kann dann über einen regelbaren Druckminderer 17 die WNV Anlage selbst und/oder die GT4 ohne oder mit reduzierter Brennstoffzuführung betrieben werden.With the stored, heated compressed air 10 ' (the pressure exhaust gas 13 ' ) can then via a controllable pressure reducer 17 the WNV system itself and / or the GT4 are operated with or without a reduced fuel supply.

Wie aus 5 zu ersehen ist, bleiben zumindest der Abgas 13 Wärmetauscher WT1 (und ggf. auch der WT2) in dem LV Strömungsverlauf und werden somit durch die heiße, komprimierte Luft 10' geheizt.How out 5 can be seen, at least remain the exhaust 13 Heat exchanger WT1 (and possibly also the WT2) in the LV flow and are thus by the hot, compressed air 10 ' heated.

Die DKM hat also auch hier wieder die drei oben beschriebenen Funktionen.The DKM also has the three functions described above.

In Spitzenlastzeiten kann die Boosterfunktion der WMV Anlage gekoppelt werden mit dem Aufladen der GT4 mit der abgespeicherten Druckluft 10' aus dem DLS (20) über einen zweiten Druckminderer 17'. Wird der Turbinenverdichter 52 der GT4 abgekoppelt, unter Wegfall des 40%igen Leistungskonsums, und unter Aufladung der mit Brennstoff 55 beschickten Feuerungsanlage 52 und der GT4 allein durch die Druckluft 10' aus dem DLS 20 kann die Leistung der GT4 + DT3,3' Anlage zusammen mit der WNV Boosterfunktion für Spitzenlastzeiten sogar um fast zwei Drittel erhöht werden,
PGT+DT+WNVBoost/PGT+DT = (PGT/0,6 + PDT+WNV)/PGT+DT > 1,61,
vorausgesetzt, die GT4 ist konstruktiv für die höhere Leistungsabgabe ausgelegt, und die Kapazität des DLS 20 ist entsprechen groß.
In peak load times, the boost function of the WMV system can be coupled with charging the GT4 with the stored compressed air 10 ' from the DLS ( 20 ) via a second pressure reducer 17 ' , Will the turbine compressor 52 the GT4 decoupled, eliminating the 40% power consumption, and under charging the fuel 55 Charged furnace 52 and the GT4 only by the compressed air 10 ' from the DLS 20 the performance of the GT4 + DT3,3 'system can even be increased by almost two thirds along with the WNV booster function for peak load times,
P GT + DT + WNVBoost / P GT + DT = (P GT / 0.6 + P DT + WNV ) / P GT + DT > 1.61
assuming the GT4 is designed for the higher power output, and the capacity of the DLS 20 is equal to big.

Die Druckluftspeicherung wird heute schon in Gebieten, in denen kein Wasserspeicher-Pumpwerk möglich ist, mit hohen Wirkungsgraden eingesetzt.The compressed air storage is already used today in areas where no water storage pumping station is possible with high efficiencies.

Die DKM hat wieder die Vorteile:

  • – drei Ansaug-, Kompressions- und Ausstoßtakte pro Umdrehung, mit hier getrennter Nutzung der unteren und der oberen Zylinderkammer 22, 22',
  • – keine Ventile, und
  • – im Vergleich mit Hubkolbenmaschine höhere Drehzahlen möglich, und damit ein inhärent hohes Leistungs-/Volumenverhältnis gegeben.
The DKM has the advantages again:
  • - Three intake, compression and ejection cycles per revolution, with here separate use of the lower and upper cylinder chamber 22 . 22 ' .
  • - no valves, and
  • - Compared with reciprocating engine higher speeds possible, and thus given an inherently high power / volume ratio.

Die Problematik der Dichtleisten sollte mit den Werkstoffen, SiC, Nikosil, Ferotic, Kohle-Antimon, Kohle-Aluminium oder hier wegen der Aggressivität der BM’s mit Gussdichtleisten gegen eine Chrom Beschichtung der Drehkolben-Oberflächen, gelöst werden können.The problem of the sealing strips should be solved with the materials, SiC, Nikosil, Ferotic, carbon-antimony, carbon-aluminum or here because of the aggressiveness of the BM's with cast sealing strips against a chrome coating of the rotary piston surfaces.

Als Resümee kann gezogen werden, dass

  • – die WNV plus die verschiedenen Primärmaschinen (PM), mit den vorgesehenen BM Versionen allein durch die Nutzung der Abwärme der PM, Wirkungsgrade von 0,41 < ηPM+WNV > 0,59 bis 0,69 erreicht werden, für die PM, den VM2 bzw. die GT4 + DT3 oder auch den Brenner BR9, ohne Einrechung der weiteren Nutzungsmöglichkeiten der WNV
  • – die Leistung eines VM2 um Faktoren 1,59 bis zu 2.3 und die einer GuD Anlage um Faktoren 1,17 bis zu 1,61 gesteigert werden können, wobei die ersten Werte unter Normaleinsatz und die zweiten unter Nutzung der WNV als Booster erreicht werden, teilweise ohne große bzw. mit konstruktiven Änderungen, die an den PM’s vorgenommen werden müssen. Eine Nachrüstung ist auch im Falle der GT + DT Anlagen denkbar.
In summary, it can be concluded that
  • - the WNV plus the various primary machines (PM), with the envisaged BM versions achieved solely by the use of the waste heat of the PM, efficiencies of 0.41 <η PM + WNV > 0.59 to 0.69, for the PM, the VM2 or the GT4 + DT3 or the burner BR9, without counting the other uses of the WNV
  • - the performance of a VM2 can be increased by factors of 1.59 to 2.3 and that of a CCGT by factors of 1.17 to 1.61, whereby the first values are achieved under normal use and the second as boosters using the WNV, sometimes without major or constructive changes that must be made to the PM's. Retrofitting is also conceivable in the case of GT + DT systems.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10259488 A1 [0038, 0041] DE 10259488 A1 [0038, 0041]

Claims (10)

Abwärme beschickte Wärmenutzungsvorrichtung (WNV) hinter einem die Abwärme/das Abgas liefernden Primäraggregat, einem Brenner, einer Gas-/Dampfturbine (GT/DT) oder einem Verbrennungsmotor (VM), dadurch gekennzeichnet, dass a) die WNV aus mehreren Komponenten besteht, welche das oder die flüssig/dampf- und/oder teilweise gasförmig vorliegenden Betriebsmittel BM (11'', 11', 11, 13) fördern und komprimieren (DM0, WP5, 27) und nachfolgend entspannen (DM1, DM2, DM3), in einem einzigen geschlossenen oder teiloffenen BM (11'', 11', 11, 13) Flusssystem, und c) als Betriebsmittel BM der WNV folgende Versionen eingesetzt werden können (1) ein reiner Heißdampf (11) oder ((2)) ein Gemisch aus Teilen des Abgases (13) und einem überkritischen Hochdruckdampf (11') oder (3) ein Gemisch aus Heißdampf (11) und dem Hochdruckdampf (11'), oder ((4)) einem Gemisch aus BM Dampf (11) und dem Hochdruckdampf (11'), welchem Gemisch in der letzten oder in einer der letzten WNV Entspannungskomponenten (DM3) noch Teile des Abgases (13) zugegeben werden, und c) alle diese Betriebsmittel BM (11'', 11, 11', 13) verschiedene Verdampfern (VD) und/oder Wärmetauscher (WT0, VD/WT0', VD/WT0'', WT1, WT2, WT3, WT4) unter Enthalpieaufnahme und nachfolgend die WNV Entspannungskomponenten (DM0, DM1, DM2, DM3) unter Arbeitsleistung durchlaufen, und d) je nach BM Version teilweise ((1)), ((2, 4))) oder ganz ((3)) auskondensieren und die entstandene BM Flüssigkeit (11'') über eine Hochdruckpumpe (27) zur Erzeugung des überkritischen Hochdruckdampfes (11') und der verbliebene BM Dampf (11) beide in den BM Kreislauf zurückgeführt werden, und e) die WNV zu weiteren leistungsteigernden, energiesparenden und/oder -rekuperierenden Funktionen eingesetzt werden kann.Waste heat supplied heat utilization device (WNV) behind a waste heat / the exhaust gas supplying primary unit, a burner, a gas / steam turbine (GT / DT) or an internal combustion engine (VM), characterized in that a) the WNV consists of several components, which the liquid / vapor and / or partially gaseous operating medium BM (s) 11 '' . 11 ' . 11 . 13 ) and compress (DM0, WP5, 27 ) and subsequently relax (DM1, DM2, DM3) in a single closed or partially open BM ( 11 '' . 11 ' . 11 . 13 ) Flow system, and c) the following versions can be used as operating medium BM of the WNV (1) a pure superheated steam ( 11 ) or ((2)) a mixture of parts of the exhaust gas ( 13 ) and a supercritical high pressure steam ( 11 ' ) or (3) a mixture of superheated steam ( 11 ) and the high pressure steam ( 11 ' ), or ((4)) a mixture of BM steam ( 11 ) and the high pressure steam ( 11 ' ), to which mixture in the last or in one of the last WNV expansion components (DM3) still parts of the exhaust gas ( 13 ) and c) all these resources BM ( 11 '' . 11 . 11 ' . 13 ) various evaporators (VD) and / or heat exchangers (WT0, VD / WT0 ', VD / WT0'', WT1, WT2, WT3, WT4) with enthalpy and subsequently the WNV relaxation components (DM0, DM1, DM2, DM3) under working performance depending on the BM version partially ((1)), ((2, 4))) or completely ((3)) condense and the resulting BM liquid ( 11 '' ) via a high-pressure pump ( 27 ) for generating the supercritical high-pressure steam ( 11 ' ) and the remaining BM steam ( 11 ) Both are attributed to the BM cycle, and e) the WNV can be used for further performance-enhancing, energy-saving and / or recuperating functions. Abwärme beschickte Wärmenutzungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) dass das BM (11', 11, 13) direkt aus dem Primäraggregat entnommen wird und/oder dem separaten gestellten BM (11'', 11', 11, 13) durch die Kühlabwärme und/oder dem Abgas (13) des VM2, der GT4 + DT3 Anlage oder des Brenners (BR9) in Verdampfern (VD) und/oder Wärmetauschern (WT0, VD/WT0', VD/WT0'', WT1, WT2, WT3, WT4) Enthalpie zugeführt wird, und c) das Betriebsmittel BM besteht aus (1) einem reinen Dampf (11) oder ((2)) einem Gemisch aus einem Teil des Abgases (13) eines der Primäraggregate und einem BM Hochdruckdampf (11'), der durch eine Hochdruckpumpe (27) auf p ≈ pkrit beaufschlagt und mit Wärmetauschern (WT0, WT0', WT0'', WT1, WT3) auf eine Temperatur T > Tkrit aufgeheizt wurde, oder (3) einem Gemisch aus BM Dampf (11) und dem Hochdruckdampf (11'), der wie in Version ((2)) präpariert wird, oder ((4)) einem Gemisch aus BM Dampf (11) und dem Hochdruckdampf (11'), dem in der oder in einer der letzten WNV Entspannungskomponenten (DM3) noch Teile des Abgases (13) zugegeben werden, nachdem, wie auch für die BM Version ((2)) hinter der vorherigen WNV Komponente (DM2) der Hauptteil des BM (11) Dampfes schon in den BM (11, 11', 11'') Kreislauf zurückgeführt wurde, und d) das jeweilige Betriebsmittel BM (11', 11, 13) nach dem Ansaugen, der Komprimierung oder Mischung in der ersten WNV Komponente (WP5 bzw. DM0) nachfolgend die WNV Entspannungskomponenten (DM0, DM1, DM2, DM3) unter Arbeitsleistung durchlauft und dabei in der/den letzten WNV Komponenten (DM2, DM3) zu einem geringem Teil kondensiert, und e) in einem Kondensationskühler (41, 41') – für die BM Version (1) ein weiterer Teil auskondensiert, der über Verdampfer/Wärmetauscher (VD/WT0, WT0') wie auch der verbliebene BM (11) Dampf in den BM (11, 11', 11'') Kreislauf zurückgeführt wird, oder – für die BM Version (3) der gesamte BM (11) Dampf auskondensiert und über die Hochdruckpumpe (27) in den BM (11, 11', 11'') Kreislauf zurückgeführt wird, oder – für die BM Versionen ((2)) und ((4)) das gesamte, im Dampfbereich verbliebene BM (11) zu der BM Flüssigkeit (11'') auskondensiert und über die Hochdruckpumpe (27) in den BM (11, 11', 11'') Kreislauf zurückgeführt und der BM Abgas-(13)anteil an die Umgebung abgegeben wird.Waste heat-fed heat utilization device according to claim 1, characterized in that a) that the BM ( 11 ' . 11 . 13 ) is taken directly from the primary aggregate and / or the separate BM ( 11 '' . 11 ' . 11 . 13 ) by the cooling waste heat and / or the exhaust gas ( 13 ) of the VM2, the GT4 + DT3 plant or the burner (BR9) in evaporators (VD) and / or heat exchangers (WT0, VD / WT0 ', VD / WT0'', WT1, WT2, WT3, WT4) enthalpy is supplied, and c) the resource BM consists of (1) a pure vapor ( 11 ) or ((2)) a mixture of a part of the exhaust gas ( 13 ) one of the primary units and a high-pressure steam BM ( 11 ' ), which by a high-pressure pump ( 27 ) Is applied on p ≈ p crit and (WT0 with heat exchangers, WT0 ', WT0'', WT1, WT3) was heated to a temperature T> T crit, or (3) a mixture of steam BM ( 11 ) and the high pressure steam ( 11 ' ) prepared as in version ((2)) or ((4)) a mixture of BM steam ( 11 ) and the high pressure steam ( 11 ' ), in which or in one of the last WNV expansion components (DM3) still parts of the exhaust gas ( 13 ), after, as for the BM version ((2)) behind the previous WNV component (DM2), the main part of the BM ( 11 ) Steam already in the BM ( 11 . 11 ' . 11 '' ) Cycle was returned, and d) the respective resource BM ( 11 ' . 11 . 13 ) after aspiration, compression or mixing in the first WNV component (WP5 or DM0), the WNV expansion components (DM0, DM1, DM2, DM3) subsequently run under working power and in the last WNV components (DM2, DM3) condensed to a small extent, and e) in a condensation condenser ( 41 . 41 ' ) - condensed for the BM version (1) another part, the evaporator / heat exchanger (VD / WT0, WT0 ') as well as the remaining BM ( 11 ) Steam in the BM ( 11 . 11 ' . 11 '' ) Cycle or, for the BM version (3), the entire BM ( 11 ) Condensed steam and the high pressure pump ( 27 ) in the BM ( 11 . 11 ' . 11 '' ) Or, for the BM versions ((2)) and ((4)), the entire BM remaining in the vapor region ( 11 ) to the BM fluid ( 11 '' ) and condensed via the high-pressure pump ( 27 ) in the BM ( 11 . 11 ' . 11 '' ) Recycled cycle and the BM exhaust ( 13 ) proportion is released to the environment. Abwärme beschickte Wärmenutzungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten der WNV, die WP5/DM0 und/oder die Entspannungsvorrichtungen DM1 und DM2,3 in umgekehrter Beschickungsrichtung eingesetzt werden, a) als Luftverdichter (LV), unter Ansaugung von Luft (10) aus der umgebenden Atmosphäre durch einen Port (29), zur Aufladung des VM2 in dessen Aufwärmphase, im unteren Teillastbetriebes des VM2 bis zu einer festzulegenden Übergangsdrehzahl UÜ/min und bei hoher Leistungsanforderung an den VM2 oder zur Aufladung der Primärmaschine (PM), und b) als LV oder als Abgasverdichter (AV), unter Ansaugung von teilabgekühlten Abgas (13) hinter dem letzten Wärmetauscher (WT1, WT0'') bei Schub- und Bremsbetrieb des KFZ zur Rekuperierung der Bewegungsenergie bzw. im Unterlastbetrieb eines stationären VM2 oder einer GT4 + DT3 Anlage oder eines Brenners (BR9), unter Speicherung der erzeugten Druckluft (10')/des Druckabgases (13') in einem Druckluftspeicher DLS (20) bzw. einem Druckabgasspeicher DAS (50), die jeweils gut Wärme isoliert (53) sind, wobei anschließend die gespeicherte Druckluft (10')/das Druckabgas (13') über regelbare Druckminderer (17, 17') in den VM2 bzw. die GT4 plus Feuerungsstelle (54) geleitet wird zum Betrieb ohne oder mit verminderter Kraftstoffzufuhr, bzw. ohne Einsatz des Turbinenverdichters (53) der GT4, oder c) die WNV selbst als Booster betrieben wird, durch Beschickung mit der gespeicherten Druckluft (10')/dem Druckabgas (13') über einen regelbaren Druckminderer (17), und d) die Zusatzaggregate des VM2 in einem KFZ, der Bremskraftverstärker, die Lenkhilfe, der Anlasser sowie weitere dafür geeignete Hilfsaggregate, auf Druckluft (10') umgestellt sind, und e) vor und nach jedem Umschalten der WNV auf LV/AV Betrieb über mehrere Umdrehungen der WNV diese mit Luft aus der Atmosphäre (10) bzw. mit BM Dampf (11) aus dem BM Kreislauf durch Spülventile (8) gespült wird.Waste heat-fed heat utilization device according to claims 1 and 2, characterized in that the components of the WNV, the WP5 / DM0 and / or the relaxation devices DM1 and DM2,3 are used in the reverse direction of charging, a) as an air compressor (LV), with suction of Air ( 10 ) from the surrounding atmosphere through a port ( 29 ), for charging the VM2 in its warm-up phase, in the lower part-load operation of the VM2 up to a to be determined transition speed U U / min and high power requirement to the VM2 or to charge the primary engine (PM), and b) as LV or exhaust gas compressor (AV), with intake of partially cooled exhaust gas ( 13 ) behind the last heat exchanger (WT1, WT0 '') during pushing and braking operation of the motor vehicle for recuperation of kinetic energy or under load operation of a stationary VM2 or a GT4 + DT3 system or a burner (BR9), storing the generated compressed air ( 10 ' ) / the pressure exhaust gas ( 13 ' ) in a compressed air storage DLS ( 20 ) or a pressure exhaust gas storage DAS ( 50 ), each of which isolates heat well ( 53 ), and then the stored compressed air ( 10 ' ) / the pressure exhaust gas ( 13 ' ) via adjustable pressure reducers ( 17 . 17 ' ) in the VM2 or the GT4 plus Feuerungsstelle ( 54 ) is used for operation with or without reduced fuel supply, or without use of the turbine compressor ( 53 ) of the GT4, or c) the WNV itself is operated as a booster, by charging with the stored compressed air ( 10 ' ) / the pressure exhaust gas ( 13 ' ) via an adjustable pressure reducer ( 17 ), and (d) the ancillary equipment of the VM2 in a vehicle, the brake booster, the power steering system, the starter and other auxiliary equipment suitable for this purpose, on compressed air ( 10 ' ) and e) before and after each switching of the WNV to LV / AV operation over several revolutions of the WNV these with air from the atmosphere ( 10 ) or with BM steam ( 11 ) from the BM circulation through flushing valves ( 8th ) is rinsed. Abwärme beschickte Wärmenutzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass a) als BM allein ein Dampf (11) verwendet wird, der vorgewärmt und verdampft in Wärmetauschern WT0, WT0' im Niedertemperaturbereich der PM und dann von der ersten Komponente der WNV, die als Wärmepumpe WP5 arbeitet, durch Wärmetauscher WT0 und WT1 angesaugt und hinter der WP5 in einen weiteren WT2, der mit einem Rückschlagventil (34) ausgestattet ist und ein gesamtes Innenvolumen aufweist etwa gleich dem Transportvolumen VT der ersten WNV Komponente (WP5), komprimiert wird, wobei der WT2 im Abgasstrom (13) direkt hinter der Primärmaschine PM angeordnet ist, und b) der so maximal erhitze BM Heißdampf (11) die weiteren Komponenten der WNV (DM1 und DM2), unter Entspannung und Arbeitsleistung durchlauft und dabei zu einem kleineren Teil (1 – x) < 0,25, mit x = BM Dampfanteil, in der letzten Komponente (DM2) bzw. in dem nachfolgenden Kühler (41, 41') kondensiert, und der verbleibende BM Dampf-(11)Hauptteil x unter Ersetzung des kondensierten (1 – x) Anteils, durch Verdampfung von flüssigem BM (11'') in Verdampfern (VD) dem BM Kreislauf direkt oder mittels einer Venturi-Strahlpumpe (57) wieder zugeführt wird, und c) als Betriebsmittel BM (11'', 11', 11, 13) genutzt werden: – Wasser versetzt mit einem Schmier- und/oder einem selbstschmierenden Gefrierschutzmittel, oder – eine geeignete Kohlen-Wasserstoff-Sauerstoffverbindung mit selbstschmierenden Eigenschaften oder versetzt mit einem Schmiermittel, oder – ein Glycerin oder Silikon oder eine andere synthetische Flüssigkeit mit selbstschmierenden Eigenschaften und geeignetem. Siedepunkten und Dampfdrucken.Waste heat-fed heat utilization device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a) as BM alone a steam ( 11 ), which preheats and vaporizes in heat exchangers WT0, WT0 'in the low temperature region of the PM and then by the first component of the WNV, which works as a heat pump WP5, sucked through heat exchangers WT0 and WT1 and behind the WP5 in another WT2, with a check valve ( 34 ) and has a total internal volume approximately equal to the transport volume VT of the first WNV component (WP5), is compressed, wherein the WT2 in the exhaust gas flow ( 13 ) is arranged directly behind the primary machine PM, and b) the thus maximum heated BM superheated steam ( 11 ) passes through the other components of the WNV (DM1 and DM2), under relaxation and work performance and thereby to a smaller part (1 - x) <0.25, with x = BM vapor content, in the last component (DM2) or in the following cooler ( 41 . 41 ' ) and the remaining BM vapor ( 11 ) Main part x with replacement of the condensed (1 - x) fraction, by evaporation of liquid BM ( 11 '' ) in evaporators (VD) the BM circuit directly or by means of a Venturi jet pump ( 57 ) and c) as operating medium BM ( 11 '' . 11 ' . 11 . 13 ) - water mixed with a lubricating and / or a self-lubricating antifreeze, or - a suitable carbon-hydrogen-oxygen compound with self-lubricating properties or mixed with a lubricant, or - a glycerine or silicone or other synthetic fluid with self-lubricating properties and suitable. Boiling points and vapor pressures. Abwärme beschickte Wärmenutzungsvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass a) ein Teil des zunächst flüssigen BM (11''), vorgewärmt durch Wärmetauscher (WT0, WT0') im Kühlsystem der PM und/oder um die erste Stufe der WNV bzw. vorerwärmt durch Wärmetauscher (WT0'') im Abgasstrom (13) der PM, durch eine Hochdruckpumpe (27) auf einen Druck von p ~ pkrit gebracht und durch einen Wärmetauscher (WT2 oder WT3) im Abgasstrom (13) auf mindestens eine Temperatur T > Tkrit erhitzt wird, und b) von der ersten WNV Komponente (DM0) entweder der andere Teil des BM (11) in Dampfform, verdampft in dem Verdampfer/Wärmetauscher (VD/WT0) und erhitzt in dem WT1 oder ein Teil des Abgases (13), nach der teilweisen Wärmeabgabe an alle Wärmetauscher, angesaugt wird, und nach Schließen der Zuführung, des Einlasses (18) der ersten WNV Komponente (DM0), das überkritische, auf Hochdruck gebrachte BM (11') über ein Dosierventil (7') durch einen Port (28) dosiert eingespritzt wird, und sich ein 1:1 bis 1:4 Gemisch aus Hochdruckdampf-/Dampf (11', 11) bzw. /Abgas (11', 13) einstellt, c) welches nachfolgend in mindestens zwei WNV Entspannungsvorrichtungen (DM1 und DM2) unter Arbeitsleistung entspannt wird, und entweder d) dabei und/oder in einem nachfolgenden Kondensationskühler (41, 41') gerade soviel BM (11) Dampf auskondensiert, um dann in flüssiger Form, gemäß Punkt a), der Hochdruckpumpe (27) und damit dem BM Kreislauf wiederzugeführt zu werden, oder e) der Dampfanteil (11) des BM Gemisches (11, 13) Dampf-/Abgas bei der Entspannung und nachfolgend in dem Kühler (41, 41') voll auskondensiert und nach einer Reinigung dem BM (11'', 11) Kreislauf flüssig, wie in Punkt a), wieder zugeführt wird, und dabei der Wasseranteil des Abgases (13) Verdampfungsverluste in dem teiloffenen BM Flusssystem ausgeglichen hat, und das restliche Abgas (13), das vorher abgasseits an dem WT2/KAT vor- und dann durch die Mischung mit dem dampfförmigen bzw. flüssigen BM (11, 11'') weiter gereinigt und in dem Kühler (41') heruntergekühlt wurde, an die Atmosphäre abgegeben wird, und f) eine Reinigung des flüssigen BM (11'') durch Filter und/oder Chemikalien mit Ausfällung vorgesehen ist, und nach einem hohen Stundenzyklus größer als 500 h ein Austausch unter Recycling des BM (11'') erfolgt.Waste heat-fed heat utilization device according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that a) a part of the initially liquid BM ( 11 '' ), preheated by heat exchangers (WT0, WT0 ') in the cooling system of the PM and / or around the first stage of the WNV or preheated by heat exchangers (WT0'') in the exhaust gas flow ( 13 ) of the PM, by a high-pressure pump ( 27 ) Crit brought to a pressure of p ~ p and (through a heat exchanger (WT2 or WT3) in the exhaust stream 13 ) is heated to at least one temperature T> T crit , and b) from the first WNV component (DM0) either the other part of the BM ( 11 ) in vapor form, vaporized in the evaporator / heat exchanger (VD / WT0) and heated in the WT1 or part of the exhaust gas ( 13 ), after the partial heat release to all heat exchangers, is sucked in, and after closing the feed, the inlet ( 18 ) of the first WNV component (DM0), the supercritical high pressure BM ( 11 ' ) via a metering valve ( 7 ' ) through a port ( 28 ) is metered injected, and a 1: 1 to 1: 4 mixture of high-pressure steam / steam ( 11 ' . 11 ) or / exhaust gas ( 11 ' . 13 c) which is subsequently expanded in at least two WNV expansion devices (DM1 and DM2) under working performance, and either d) thereby and / or in a subsequent condensation cooler ( 41 . 41 ' ) just as much BM ( 11 ) Condensed out steam, in order then in liquid form, according to point a), the high-pressure pump ( 27 ) and thus to be recirculated to the BM cycle, or e) the vapor content ( 11 ) of the BM mixture ( 11 . 13 ) Steam / exhaust gas during the expansion and subsequently in the cooler ( 41 . 41 ' ) fully condensed and after cleaning the BM ( 11 '' . 11 ) Liquid circuit, as in a), is supplied again, and thereby the water content of the exhaust gas ( 13 ) Has compensated evaporation losses in the partially open BM flow system, and the remaining exhaust gas ( 13 ), that abgasseits before the WT2 / KAT before and then by the mixture with the vaporous or liquid BM ( 11 . 11 '' ) and in the cooler ( 41 ' ) was cooled down, is released to the atmosphere, and f) a cleaning of the liquid BM ( 11 '' ) is provided by filters and / or chemicals with precipitation, and after a high hourly cycle greater than 500 hours, an exchange with recycling of the BM ( 11 '' ) he follows. Abwärme beschickte Wärmenutzungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsmittels BM (11', 11) nach den Punkten a) und b) des Anspruches 5 präpariert und die letzte WNV Entspannungskomponente in zwei Stufen (DM2 und DM3) aufgeteilt ist, wobei nach der DM2 der für den periodischen BM Kreiszyklus benötigte Dampf-(11)anteil in den BM Kreislauf zurückgeführt wird, und erst in der letzten Komponente (DM3) das gesamte (oder Teile des) Abgas(es) (13) des Primäraggregates, des VM2, der GT4 oder des Brenners (BR9), dem restlichen BM (11) Dampf zugegeben wird, nachdem dieser auf einen Druck pd < pa, dem Druck des Abgases (13), entspannt wurde, und das neue Gemisch (11, 13) aus restlichem BM Dampf (11) und dem zugemischten Abgas (13) dann die Punkte e) und f) von Anspruch 5 durchlaufen.Waste heat-fed heat utilization device according to claim 5, characterized in that the operating medium BM ( 11 ' . 11 ) is prepared according to the points a) and b) of claim 5 and the last WNV expansion component is divided into two stages (DM2 and DM3), wherein after DM2 the steam cycle required for the periodic BM cycle ( 11 ) portion in the BM cycle is returned, and only in the last component (DM3) the entire (or parts of) the exhaust gas (es) ( 13 ) of the primary unit, the VM2, the GT4 or the burner (BR9), the remaining BM ( 11 ) Steam is added after it has reached a pressure p d <p a , the pressure of the exhaust gas ( 13 ), and the new mixture ( 11 . 13 ) from residual BM vapor ( 11 ) and the admixed exhaust gas ( 13 ) then go through points e) and f) of claim 5. Abwärme beschickte Wärmenutzungsvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Komponenten der WNV Anlage für die Kompression-/Entspannungsvorgänge Hub-, Dreh- oder Radialkolbenmaschinen sind, oder dafür Drehschieber- oder Flügelzellenmaschinen verwendet werden, und b) als Verbrennungsmotor VM2 ein Otto-, ein Drehkolbenmotor, ein Diesel- oder Diesottomotor Verwendung finden, und c) eine (kompakte) WNV Anlage (auch als Nachrüstsatz) hinter einer PM, eingebaut ist hinter einem VM2 in einem beliebigen (Kraft-)Fahrzeug oder hinter stationären VM2 oder GT4 + DT3 Anlagen, jeweils mit einer eigenen Steuerung, und d) der VM2 mit komprimierten (Erd-)Gas betrieben wird, und die dazu benutzten Druckbehälter nach deren verbrauchsbedingter Entleerung als Druckluft- DLS (20) oder Druckabgasspeicher DAS (50) verwendet werden.Waste heat-fed heat utilization device according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that a) the components of the WNV system for the compression / expansion processes are lifting, rotary or radial piston machines, or for rotary vane or vane machines are used, and b) as an internal combustion engine VM2 a gasoline engine, a rotary piston engine, a diesel or Diesottomotor find use, and c) a (compact) WNV plant (also as a retrofit kit) behind a PM, is installed behind a VM2 in any (power) vehicle or behind stationary VM2 or GT4 + DT3 systems, each with its own control, and d) the VM2 is operated with compressed (natural) gas, and the pressure vessels used for this purpose after their consumption-related emptying as compressed air DLS ( 20 ) or pressure exhaust gas storage DAS ( 50 ) be used. Abwärme beschickte Wärmenutzungsvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmenutzungsvorrichtung WNV a) eine Drehkolbenmaschine DKM ist, die als Kompressions- WP5 und Entspannungsvorrichtung DM0, DM1 und DM2 verwendet wird und veredelte Zylinderlaufflächen und geeignete Dichtleisten aufweist, und b) diese eine Mehrscheiben DKM ist mit einer zweibogigen Trochoide als Zylindergehäuse (1, 1') und je einem Kolben (25, 25') in Form eines gleichseitigen Bogendreiecks, welcher in dem Gehäuse (1, 1') planetenartig rotiert, und c) an jeder DKM Gehäusescheibe (1, 1') je zwei Ein- (18 bis 18''') und Auslässe (19 bis 19'') für die beiden jeweils bei einer 2/3 Drehung der Drehkolben (25, 25') sich ausbildenden Zylinderkammern (22, 22') so angeordnet sind, dass sich der Ansaug- und Ausstoßtakt nicht oder kaum überlappen, und d) die zwei Zylinderkammern (22, 22') für getrennte Funktionen, zur Kompression und/oder zur Entspannung oder als verschließbare Mischkammer (DM0) eingesetzt werden, und eine Kühlung durch Wasser (21), durch das flüssige und/oder das dampfförmige BM (11'', 11) vorgesehen ist, und e) die DKM auf der Seite liegend verwendet wird und jede Scheibe (1, 1') mit mindestens je zwei Seitenein- (18 bis 18''') und -auslässen (19 bis 19''') versehen ist, und f) die DKM als WNV Anlage mit oder ohne einer Übersetzung durch ein variables Getriebe (16) mit der Antriebs-/Kurbelwelle (29) eines VM2 oder einer Dampfturbine DT3,3' gekoppelt ist.Waste heat-fed heat utilization device according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the heat utilization device WNV a) is a rotary piston machine DKM, which is used as a compression WP5 and relaxation device DM0, DM1 and DM2 and has refined cylinder surfaces and suitable sealing strips, and b ) this one multi-disc DKM is equipped with a two-pronged trochoid as a cylinder housing ( 1 . 1' ) and one piston each ( 25 . 25 ' ) in the form of an equilateral arch triangle, which in the housing ( 1 . 1' ) rotates in a planetary manner, and c) on each DKM housing disc ( 1 . 1' ) two each ( 18 to 18 ' ) and outlets ( 19 to 19 '' ) for the two each with a 2/3 turn of the rotary pistons ( 25 . 25 ' ) forming cylinder chambers ( 22 . 22 ' ) are arranged so that the intake and exhaust stroke do not overlap or hardly overlap, and d) the two cylinder chambers ( 22 . 22 ' ) are used for separate functions, for compression and / or relaxation or as a closable mixing chamber (DM0), and cooling by water ( 21 ), through the liquid and / or the vaporous BM ( 11 '' . 11 ) and e) the DKM is used on the side and each disc ( 1 . 1' ) with at least two side inputs ( 18 to 18 ' ) and outlets ( 19 to 19 ''' ), and f) the DKM as a WNV system with or without a gearbox ( 16 ) with the drive / crankshaft ( 29 ) of a VM2 or a steam turbine DT3, 3 'is coupled. Abwärme beschickte Wärmenutzungsvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Aufbau der Wärmetauscher WT0,0', WT1 und insbesondere der des WT2 so optimiert ist, dass der Enthalpietransfer zwischen dem Abgas (13) und dem aufzuheizenden BM (11', 11) bei möglichst kleiner Temperaturdifferenz ΔT < 30 (20)°C zwischen beiden erfolgt und gleichzeitig der Druckverlust Δp < 0,2 bar (2 bar für den H2OHd Hochdruckdampf) für den Einsatz hinter einer VM2 oder einer DT3,3' nicht übersteigt, und b) das gesamte Innenvolumen des Wärmetauschers WT2 etwa gleich dem Transportvolumen VT der ersten WNV Komponente (WP5) gewählt wird, und am Eingang des WT2, dem Auslass (19) des WP5 Kompressors, ein leichtgängiges Rückschlagventil (37) mit möglichst kleinem Volumenbedarf angeordnet ist, und c) mindestens ein Wärmetauscher (WT2) abgasseits zu einem Teil mit Edelmetall(en) beschichtet und dimensionsmäßig so ausgelegt ist, dass dieser gleichzeitig als Abgas (13) Katalysator (KAT) nutzbar ist, und mindestens ein Wärmetauscher (WT1) abgasseits zu einem Teil als Oxydationskatalysator präpariert und unter Frischluftzugabe und/oder als Träger eines Partikelfilters nutzbar ist und dimensionsmäßig dafür ausgelegt ist d) die Materialien der Kanalröhren (26) so gewählt werden, dass diese gegen die aggressiven BM Flüssigkeiten (11'') und die BM Dämpfe (11', 11) und die Abgas (13) Bestandteile inert sind, und deren Wandstärken (d) so dick gewählt werden, dass die Kanäle (26) den erforderlichen Drucken beim Betrieb der WNV, auch als Luft- (LV) und Abgasverdichter (AV), standhalten, und e) in den auch als Verdampfer (VD) genutzten Wärmetauschern (WT0, WT0') Hohlkegel- oder Ultraschalldüsen (24) zum Versprühen in feine Tröpfchen oder Ultraschall beschickte Oberflächen zum Vernebeln des flüssigen BM (11'') angebracht sind, und f) durch eine Extremwertaufgabe in jedem Betriebszustand das optimale Mischungsverhältnis BM Dampf (11) zu BM Hochdruckdampf (11') durch den Steuerungscomputer berechnet wird, in Abhängigkeit von der Umdrehungszahl U/min, der angebotenen Temperaturen des VM2 Kühlwassers, der DM0/WP5 und ggf. auch der DM1, sowie insbesondere von der des Abgases 13, um dann die Fördermenge der Hochdruckpumpe 27 und/oder über das Dosierventil 7' die Einspritzmenge des H2OHd eingestellt wird.Waste heat-fed heat utilization device according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that a) the structure of the heat exchanger WT0,0 ', WT1 and in particular that of the WT2 is optimized so that the enthalpy transfer between the exhaust gas ( 13 ) and the BM to be heated ( 11 ' . 11 ) at the smallest possible temperature difference ΔT <30 (20) ° C between the two and at the same time the pressure drop Δp <0.2 bar (2 bar for the H 2 O Hd high-pressure steam) for use behind a VM2 or a DT3,3 'not and b) the total internal volume of the heat exchanger WT2 is selected to be approximately equal to the transport volume V T of the first WNV component (WP5), and at the inlet of the WT2, the outlet ( 19 ) of the WP5 compressor, a smooth non-return valve ( 37 ) is arranged with the smallest possible volume requirement, and c) at least one heat exchanger (WT2) abgasseits coated to a part with precious metal (s) and dimensionally designed so that this at the same time as exhaust gas ( 13 ) Catalyst (KAT) is usable, and at least one heat exchanger (WT1) abgasseits prepared to a part as an oxidation catalyst and fresh air and / or as a carrier of a particulate filter is useful and dimensionally designed for d) the materials of the sewer pipes ( 26 ) are chosen so that they are resistant to aggressive BM fluids ( 11 '' ) and the BM vapors ( 11 ' . 11 ) and the exhaust gas ( 13 ) Components are inert, and their wall thicknesses (d) so thick be chosen that the channels ( 26 ) withstand the required pressures during operation of the WNV, also as air (LV) and exhaust gas compressor (AV), and e) in the heat exchangers (WT0, WT0 ') also used as evaporators (VD) hollow cone or ultrasonic nozzles ( 24 for spraying into fine droplets or ultrasonically charged surfaces for atomizing the liquid BM ( 11 '' ) and f) by an extreme value task in each operating state the optimum mixing ratio BM steam ( 11 ) to BM high-pressure steam ( 11 ' ) is calculated by the control computer, depending on the number of revolutions rpm, the offered temperatures of the VM2 cooling water, the DM0 / WP5 and possibly also the DM1, and in particular of the exhaust gas 13 Then, the flow rate of the high-pressure pump 27 and / or via the metering valve 7 ' the injection quantity of H 2 O Hd is set. Abwärme beschickte Wärmenutzungsvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Steuerung für die Wärmenutzungsvorrichtung WNV, hier z. B. die DKM, welche als Kompressions- und/oder als Entspannungsvorrichtung, als Wärmepumpe plus Dampfmaschine (WP + DM), als Booster, oder als Luft-/Abgasverdichter LV/AV oder als Abgasverdichter (AV) Anlage arbeitet, für die jeweiligen Betriebszustände des VM2 oder der DT3 die folgenden Parameter so variiert, dass der Beitrag zur Leistung PWNV und die anderen Nutzungsmöglichkeiten der WNV Anlage zu der Abwärme liefernden Primärmaschine (PM), dem VM2 bzw. der GT4/DT3 optimal (eingesetzt) werden, a) das Über- bzw. das Untersetzungsverhältnis des Getriebes (16), welches zur Kopplung zwischen der WNV und dem VM2 oder der DT3 eingeschaltet ist, und b) für den Fall des VM2 eingebaut in einem KFZ, dessen Leistungsabforderung optimiert wird, unter Aufladung des VM2 und/oder des DLS (20) oder des DAS (50) direkt bei LV/AV Betrieb der WNV, oder die Aufladung des VM2 aus dem DLS (20) über das regelbare Druckminderungsventil (17), und c) unter Beschickung mit Druckluft (10') oder mit Druckabgas (13') über die Druckminderer (17, 17') aus dem DLS (20) oder dem DAS (50): den Einsatz der WNV als Booster, des VM2 als Druckluftmotor oder den Betrieb der GT4 und deren Feuerungsanlage 54 unter Abkopplung des Turbineverdichters 52, und d) die Schaltung der Dreiwegeventile (6) und der Spülventile (8), bei der Umschaltung der DKM von WNV auf LV/AV Betrieb, und e) die regelbaren Druckminderer (17, 17') hinter dem Druckluft- DLS (20) und dem Druckabgasspeicher DAS (50) und das Sperrventil (7) im Ansaugstutzen (38) des VM2, sowie f) das gefahrlose Ab- und Wiederanschalten des KFZ VM2 auch während des Fahrens mit Hilfe der abgespeicherte Druckluft (10') oder des Druckabgases (13'), die/das auch im abgeschalteten Zustand des VM2 die anderen nötigen Funktionen des KFZ, wie Lenk- und Bremshilfe, aufrechterhalten, und g) die elektronische Steuerung zusammen mit einem Nachrüstsatz für alle drei Primäraggregate eingesetzt wird.Waste heat-fed heat utilization device according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that an electronic control for the heat utilization device WNV, here z. As the DKM, which works as a compression and / or relaxation device, as a heat pump plus steam engine (WP + DM), as a booster, or as air / exhaust compressor LV / AV or exhaust gas compressor (AV) system, for the respective operating conditions the VM2 or the DT3 the following parameters are varied in such a way that the contribution to the power P WNV and the other possible uses of the WNV system to the waste heat supplying primary machine (PM), the VM2 or the GT4 / DT3 are optimally used, a) the over- or the reduction ratio of the transmission ( 16 b) in the case of the VM2 installed in a vehicle whose performance requirement is optimized, with charging of the VM2 and / or the DLS (FIG. 2), which is switched on for coupling between the WNV and the VM2 or the DT3 (FIG. 20 ) or DAS ( 50 ) directly with LV / AV operation of the WNV, or the charging of the VM2 from the DLS ( 20 ) via the adjustable pressure reducing valve ( 17 ), and c) under compressed air ( 10 ' ) or with pressure exhaust gas ( 13 ' ) via the pressure reducer ( 17 . 17 ' ) from the DLS ( 20 ) or the DAS ( 50 ): the use of the WNV as a booster, the VM2 as a compressed air motor or the operation of the GT4 and its firing system 54 under decoupling of the turbine compressor 52 , and d) the circuit of the three-way valves ( 6 ) and the purge valves ( 8th ), when switching the DKM from WNV to LV / AV mode, and e) the adjustable pressure reducers ( 17 . 17 ' ) behind the compressed air DLS ( 20 ) and the pressure exhaust gas storage DAS ( 50 ) and the check valve ( 7 ) in the intake manifold ( 38 ) of the VM2, as well as f) the safe switching off and on again of the vehicle VM2 even while driving with the aid of the stored compressed air ( 10 ' ) or the pressure exhaust gas ( 13 ' ), which maintain the other necessary functions of the vehicle, such as steering and braking assistance, even when the VM2 is switched off, and g) the electronic control is used together with a retrofit kit for all three primary units.
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