DE102018008081A1

DE102018008081A1 - Process as Clausius Rankine process with regenerative CO2 circulation for driving vehicles

Info

Publication number: DE102018008081A1
Application number: DE102018008081.2A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-11-12
Filing date: 2018-10-12
Publication date: 2019-05-16
Also published as: DE102018000050A1; DE102018000087A1

Abstract

Dieses Verfahren, deren Funktion auf den Enthalpie- und Druckdifferenzen eines Hochdruckgases beruht, soll eingesetzt werden, um den Ausstoß von Schadstoffen durch herkömmliche Verbrennungsmotoren zu eliminieren. Es ist eine Alternative zu den bisher bekannten Antrieben. Im Vergleich zu konventionellen Motoren benötigt dieses Verfahren eine geringere Menge an Energie.
Mittels einer Brennstoffzelle und einer Kälteanlage mit Wärmerückgewinnung werden Druck- und Temperaturunterschiede erzeugt, die es erlauben den Druck von CO2 soweit zu erhöhen, dass dadurch eine Turbine wirtschaftlich angetrieben werden kann.
Die Vorrichtung kommt als Antriebsmotor von Maschinen in PKWs, LKWs, Schiffen, Flugzeugen und anderen Fahrzeugen, sowie zum allgemeinen Antrieb von Turbinen zur Stromerzeugung zum Einsatz.

This process, which is based on the enthalpy and pressure differences of a high-pressure gas, should be used to eliminate the emission of pollutants by conventional internal combustion engines. It is an alternative to the previously known drives. Compared to conventional engines, this process requires less energy.
Using a fuel cell and a refrigeration system with heat recovery pressure and temperature differences are generated, which allow the pressure of CO2 to increase so that a turbine can be economically driven.
The device is used as a drive motor of machines in cars, trucks, ships, aircraft and other vehicles, as well as for the general drive of turbines for power generation.

Description

EINLEITUNGINTRODUCTION

Verfahren als Clausius-Rankine-Prozess mit regenerativer CO2-Zirkulation zum Antrieb von Fahrzeugen in Kombination mit einer Brennstoffzelle und einem Kältekreislauf, indem ein flüssiges Hochdruckgas (wie z.B. R744 (CO2), R744A etc.) in einem geschlossenen System mittels der Wärmeenergie einer Brennstoffzelle und der Kondensationsenergie einer Wärmepumpe erwärmt und nach dessen Expansion in den verschiedenen Turbinenstufen von einer Kälteanlage wieder verflüssigt wird. Hierbei wirkt der linksläufige (Camot)-Kreislauf eines Kälteprozesses auf den rechtsläufigen Clausius-Rankine-Prozess eines Turbinenantriebes, indem ein Kältemittel im Druck-Enthalpie-Diagramm linksläufig verdichtet und verflüssigt wird, um mittels der Verdampfung des Kältemittels das im Enthalpie-Druck-Diagramm rechtsläufigzirkulierende CO2 zu verflüssigen. Der Einsatz von CO2 verringert die erforderlichen Temperaturen zum Antrieb einer Turbine erheblich, sodass die Turbinen mit einem herkömmlichen Druck von >220 bar bei weniger als +80°C CO2-Dampftemperatur, anstatt mit z.B. +530°C Wasserdampftemperatur betrieben werden können. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Clausius-Rankine-Prozesses signifikant erhöht.Procedure as a Clausius-Rankine process with regenerative CO2 circulation for driving vehicles in combination with a fuel cell and a refrigeration cycle by a liquid high-pressure gas (such as R744 (CO2), R744A etc.) in a closed system using the heat energy of a fuel cell and the condensation energy of a heat pump is heated and liquefied again after its expansion in the various turbine stages of a refrigeration system. In this case, the left-handed (Camot) cycle of a cooling process acts on the clockwise Clausius-Rankine process of a turbine drive by a refrigerant in the pressure-enthalpy diagram is compressed and liquefied left-hand to the means of evaporation of the refrigerant in the enthalpy pressure diagram liquefy right-circulation CO2. The use of CO2 significantly reduces the temperatures required to drive a turbine so that turbines with a conventional pressure of> 220 bar at less than + 80 ° C CO2 steam temperature, rather than with e.g. + 530 ° C steam temperature can be operated. This significantly increases the efficiency of the Rankine cycle.

NAME DER ERFINDUNGNAME OF THE INVENTION

Verfahren als Clausius-Rankine-Prozess mit regenerativer CO2-Zirkulation zum Antrieb von Fahrzeugen.Process as Clausius Rankine process with regenerative CO2 circulation for driving vehicles.

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Antriebstechnik, Fahrzeugantriebe, Automobilindustrie, TurbinenDrive technology, vehicle drives, automotive industry, turbines

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Es ist nicht bekannt, ob eine Kälteanlage und eine Brennstoffzelle genutzt wird, um hohe CO2-Druckdifferenzen zu erzeugen, die wiederrum zum Antrieb einer Turbine in einem Fahrzeug genutzt werden können.It is not known if a refrigeration system and a fuel cell is used to generate high CO2 pressure differences, which in turn can be used to drive a turbine in a vehicle.

DAS ZUGRUNDELIEGENDE PROBLEMTHE ROUNDING PROBLEM

Wegen den derzeitigen Auflagen und Ziele der nationalen und internationalen Behörden soll die Verbrennung von fossilen Brennstoffen aufgrund des Klimawandels und der Umweltverschmutzung reduziert, bzw. abgeschafft werden. Das kann man erreichen, indem andere Verfahren angewandt werden, die die Effizienz der gängigen Fahrzeugantriebe wesentlich erhöhen. Anstatt fossile Brennstoffe zu verbrennen, um die benötigten Drücke auf die Turbinenschaufeln zu erhalten, wird in diesem Verfahren CO2, oder ein Gas mit ähnlichen Eigenschaften, mittels der Wärmeenergie einer Brennstoffzelle und der Wärmeenergie einer Kälteanlage mit Wärmerückgewinnung auf den gleichen, bzw. einen höheren Druck gebracht, der ebenfalls auf die Turbinenschaufeln wirkt. Der Kältemittelverdichter wird von der Brennstoffe angetrieben.Due to current requirements and targets of national and international authorities, the burning of fossil fuels due to climate change and pollution should be reduced or abolished. This can be achieved by using other methods that significantly increase the efficiency of current vehicle drives. Instead of burning fossil fuels to obtain the required pressures on the turbine blades, in this method, CO2, or a gas with similar properties, by the heat energy of a fuel cell and the heat energy of a heat recovery refrigeration plant at the same, or a higher pressure brought, which also acts on the turbine blades. The refrigerant compressor is driven by the fuels.

ALLGEMEINESGENERAL

Dieses Verfahren nutzt die Eigenschaft eines flüssigen Hochdruckgases (wie z.B. CO2), mit einer geringen Temperaturerhöhung hohe Druckunterschiede erzielen zu können. Gemäß den physikalischen Gesetzen der Energieerhaltung handelt es sich hierbei vorwiegend um künstlich erzeugte Temperatur- und Druckunterschiede. Es wird sowohl die Energiezufuhr durch die Verdampfung eines Kältemittels, als auch die Energieabfuhr durch die Verflüssigung eines Kältemittels in einem physikalisch geschlossenem System eines Kreisprozesses (Kälteprozess) als Energiequelle genutzt. D.h. die benötigte Energie wird zum einen von einer Brennstoffzelle geliefert, und zum anderen wird die Verdichtungsenergie des eingesetzten Verdichters genutzt, um hohe CO2-Drücke und große Enthalpie-Differenzen zu erhalten, die auf die Turbine wirken.
Alle nachfolgend beschriebenen Ventile können direkt- oder pilotgesteuert ausgeführt werden, bzw. über z.B. Nockenwellen geöffnet und geschlossen werden. Alle Druckregelventile können mechanisch, thermo-mechanisch, oder über Druck- oder Temperaturtransmitter und einer Elektronik angesteuert werden. Die Antriebe aller automatisierten Ventile können entweder mechanisch, elektro-mechanisch, elektrisch, elektro-magnetisch, pneumatisch, hydraulisch, oder gleichwertig ausgeführt werden. Die aufgeführten Wärmetauscher können sowohl als Rohrbündel-, als auch als Platten-, oder Micro-Channel-Wärmetauscher oder sonstigen Wärmeaustauschtechnologien ausgeführt werden. Die nachfolgend beschriebene Vorrichtung und das beschriebene Verfahren, das als wirtschaftlicher Antrieb von Fahrzeugen eingesetzt werden soll, erzeugt mittels der zuvor erwähnten Energiequellen große Enthalpie-Differenzen bei hohen Drücken, die auf die Turbinenschaufelräder wirken könnten.This method uses the property of a liquid high-pressure gas (such as CO2) to achieve high pressure differences with a small increase in temperature. According to the physical laws of energy conservation, these are predominantly artificially produced temperature and pressure differences. It is used both the energy supply by the evaporation of a refrigerant, as well as the energy dissipation by the liquefaction of a refrigerant in a physically closed system of a cycle process (refrigeration process) as an energy source. This means that the energy required is supplied by a fuel cell, and the compression energy of the compressor used is used to obtain high CO2 pressures and large enthalpy differences that affect the turbine.
All valves described below can be executed directly or pilot-controlled, or be opened and closed via eg camshafts. All pressure control valves can be controlled mechanically, thermo-mechanically, or via pressure or temperature transmitters and electronics. The drives of all automated valves can be either mechanical, electro-mechanical, electrical, electro-magnetic, pneumatic, hydraulic, or equivalent. The listed heat exchangers can be designed as tube bundle, as well as plate, or micro-channel heat exchangers or other heat exchange technologies. The apparatus and method described below, which is to be used as an economical drive of vehicles, generates large enthalpy differences at high pressures, which could act on the turbine blade wheels, by means of the aforementioned energy sources.

TECHNISCHE BESCHREIBUNGTECHNICAL DESCRIPTION

FIGUR 1:FIG. 1:

Die Darstellung der Druck-Temperaturkurve von CO2 im Vergleich zu NH3 soll veranschaulichen, dass nur eine geringe Temperaturerhöhung von CO2, oder eines ähnlichen Hochdruckgases zu hohen Drücken führt. Es wird eine wesentlich geringere Energiezufuhr benötigt, die zum wirtschaftlichen Antrieb von Turbinen führt.The representation of the pressure-temperature curve of CO2 compared to NH3 is intended to illustrate that only a small increase in temperature of CO2, or similar high-pressure gas leads to high pressures. It requires a much lower energy input, which leads to the economic drive of turbines.

FIGUR 2: FIGURE 2:

Darstellung des Verfahrens im Druck-Enthalpie-Diagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens von zwei voneinander getrennten Kreisprozessen, wobei der linksläufige Kreisprozess eines Kühlkreislaufes (A-B-D-E) den rechtsläufigen Kreisprozess (G-H-K-L) kühlt und u.U. auch erwärmt. Im linksläufigen Kreisprozess kann ein anderes Kältemittel verwendet werden, als im rechtsläufigen Kreisprozess. Es wird darauf hingewiesen, dass die Figur lediglich zum Verständnis der Vorrichtung und des Verfahrens dient. Die exakte Lage der einzelnen Linien, bzw. der Betriebszustände können je nach den tatsächlich vorherrschenden Drücken, Temperaturen, Enthalpie etc. variieren und sind für das Verfahren deshalb nicht bindend. Wegen den Wirkungsgraden, den Reibungswiderständen, den Federkräften, den Öffnungsdifferenzdrücken der eingesetzten Ventile, den Druckverlusten in den verwendeten Komponenten, wie Wärmetauscher, Rohrleitungen etc. ändern sich die im Diagramm dargelegten Betriebszustände, sodass die hier verwendeten Begriffe isobar, isochor, isentrop etc. nicht exakt zutreffen, sondern nur als Orientierungshilfe dienen sollen. Wird z.B. der Begriff „bei gleichbleibender Enthalpie“ verwendet, kann sich dies nur auf eine adiabatische Zustandsänderung beziehen, wobei die Enthalpie in reellen Zuständen nicht zwingend gleichbleibend sein muss. sondern sich z.B. in Abhängigkeit der Entropie ändern kann. Gleiches gilt u.a. auch für die Druck-, Temperatur-, und Dichteangaben, die lediglich zum Verständnis dienen sollen und von den reellen Zuständen abweichen können.Representation of the method in the pressure-enthalpy diagram to illustrate the process of two separate cycle processes, the left-handed cycle of a cooling circuit (A-B-D-E) cools the clockwise cycle (G-H-K-L) and u.U. also heated. In the left-handed cycle, a different refrigerant can be used than in the clockwise cycle. It should be noted that the figure is only for understanding the device and the method. The exact position of the individual lines, or the operating states can vary depending on the actual prevailing pressures, temperatures, enthalpy, etc. and are therefore not binding for the process. Because of the efficiencies, the frictional resistances, the spring forces, the opening differential pressures of the valves used, the pressure losses in the components used, such as heat exchangers, pipelines, etc. change the operating states shown in the diagram, so that the terms used here isobaric, isochoric, isentropic etc. not exactly apply, but should only serve as a guide. If e.g. The term "at constant enthalpy", this can only refer to an adiabatic state change, the enthalpy in real states does not necessarily have to be consistent. but e.g. can change depending on the entropy. The same applies u.a. also for the pressure, temperature, and density data, which are to serve only for understanding and can deviate from the real states.

Ein Kältemittelverdichter (1), der zur Vermeidung der Verbrennung des Schmierstoffes bei hohen Verdichtungsendtemperaturen eventuell auch ohne Öl betrieben werden kann, saugt das überhitzte Kältemittel vom Punkt (A) an und verdichtet es auf Punkt (B). Das heiße Gas mit der Enthalpie-Differenz-Strecke (B-C) wird für die Erwärmung der CO2-Flüssigkeit (8) mit Enthalpie-Differenz (K-G) genutzt.A refrigerant compressor ( 1 ), which may also be operated without oil to prevent the combustion of the lubricant at high compression end temperatures, sucks the superheated refrigerant from the point ( A ) and condenses it to point ( B ). The hot gas with the enthalpy difference distance ( B - C ) is used for the heating of the CO2 liquid (8) with enthalpy difference ( K - G ) used.

Das Kältemittel wird vom Punkt (C) auf Punkt (D) des Weiteren von der Umgebungstemperatur der Vorrichtung gekühlt, verflüssigt und evtl. unterkühlt. Wird die Verdichtungswärme der Strecke (2) vom Punkt (B) bis ca. Punkt (C) nicht für die Erwärmung der CO2-Flüssigkeit (8) genutzt, wird diese Wärmemenge ebenfalls an die Umgebungsluft abgegeben, d.h. das Kältemittel wird vom Punkt (B) bis Punkt (D) von der Umgebungsluft der Vorrichtung gekühlt, verflüssigt und evtl. unterkühlt. Wie bei einem konventionellen Kühlkreislauf liegt die Kondensationstemperatur, bzw. der Druck der Strecken (2) und (3) oberhalb der Umgebungstemperatur, um die Wärme entsprechend abführen zu können. Das eingesetzte Kältemittel im Kreislauf (A-B-D-E) kann vom CO2-Hochdruckgas des Kreislaufes (G-H-K-L) verschieden sein, sodass eine Verflüssigung im subkritischen Bereich möglich ist. Im Kreislauf (A-B-D-E) kann auch ein Hochdruckkältemittel, wie z.B. CO2, eingesetzt werden, dass jedoch im transkritischen Bereich gekühlt und u.U. nicht verflüssigt wird. In diesem Fall würde der Punkt (D) im transkritischen Bereich liegen (nicht dargestellt). Das Kältemittel wird vom Punkt (D) auf Punkt (E) entspannt, d.h. bei konstanter Enthalpie expandiert. Dieses expandierte Kältemittel nimmt in einem Wärmetauscher (5) die Energie des ebenfalls expandierten Hochdruckkältemittels (7) auf, um dieses vom Punkt (L) auf Punkt (G) zu kühlen und zu verflüssigen. Das vom Punkt (F) bis Punkt (A) überhitzte Kältemittel wird wieder vom Verdichter (1) angesaugt. Um die Verdichtungsendtemperatur (B) bis oberhalb der Temperatur am Punkt (H) oder wahlweise auch am Punkt (K) zu erhöhen, mit welcher das Flüssiggas auf den Strecken (8) und (9) erwärmt werden kann, kann die Länge der Strecke (6) mit z.B. einem zusätzlichen Wärmetauscher verlängert werden. Bei größerer Überhitzung wird Punkt (A) und folglich auch Punkt (B) nach rechts verschoben. Die hierfür benötigte Wärmemenge kann der Umgebungsluft, oder einer anderen zur Verfügung stehenden Wärmequelle entzogen werden.The refrigerant is removed from the point ( C ) to point ( D ) further cooled by the ambient temperature of the device, liquefied and possibly supercooled. Is the heat of compression of the track ( 2 ) from the point ( B ) to approx. point ( C ) is not used for the heating of the CO2 liquid (8), this amount of heat is also released into the ambient air, ie the refrigerant is from the point ( B ) to point ( D ) cooled by the ambient air of the device, liquefied and possibly supercooled. As with a conventional cooling circuit, the condensation temperature or the pressure of the sections ( 2 ) and (3) above the ambient temperature in order to dissipate the heat accordingly. The used refrigerant in the circuit ( A - B - D - e ) can from the high-pressure CO2 gas of the circuit ( G - H - K - L ), so that liquefaction in the subcritical range is possible. In the cycle ( A - B - D - e ) can also be a high-pressure refrigerant, such as CO2, are used, but that is cooled in the trans-critical range and may not be liquefied. In this case, the point ( D ) are in the transcritical range (not shown). The refrigerant is removed from the point ( D ) to point ( e ), that is expanded at constant enthalpy. This expanded refrigerant takes in a heat exchanger ( 5 ) the energy of the likewise expanded high-pressure refrigerant ( 7 ) to get this from the point ( L ) to point ( G ) to cool and liquefy. That from the point ( F ) to point ( A ) superheated refrigerant is returned from the compressor ( 1 sucked). To the compression end temperature ( B ) above the temperature at the point ( H ) or alternatively at the point ( K ), with which the LPG on the routes ( 8th ) and ( 9 ), the length of the track ( 6 ) be extended with eg an additional heat exchanger. In the case of greater overheating, point ( A ) and therefore also point ( B ) moved to the right. The amount of heat required for this purpose can be withdrawn from the ambient air, or any other available heat source.

Der Kühlkreislauf (A-B-D-E) wird demnach für die Verflüssigung von CO2 (oder ähnlich) eingesetzt und sekundär auch für die Erwärmung von CO2 (Strecke 8), in Form einer Wärmerückgewinnung gemäß dem Prinzip einer Wärmepumpe verwendet.The cooling circuit ( A - B - D - e ) is therefore used for the liquefaction of CO2 (or similar) and secondarily for the heating of CO2 (route 8th ), used in the form of heat recovery according to the principle of a heat pump.

FIGUR 3:FIG. 3:

Darstellung des CO2-Kreislaufes (G-H-K-L) gemäß 2. Alternativ kann auch ein anderes Hochdruckgas eingesetzt werden. Das CO2 wird vom Kältekreislauf (4) im Verflüssiger (45) verflüssigt und im Sammler (43) angestaut und ggf. gemäß 4 unterkühlt. Das flüssige, unterkühlte CO2 wird mit Hilfe der Speisepumpe (20) dem Wärmetauscher (66) zugeführt, wo es von der Wärmeenergie der Brennstoffzelle erwärmt und dadurch verdampft wird.Representation of the CO2 cycle ( G - H - K - L ) according to 2 , Alternatively, another high-pressure gas can be used. The CO2 is removed from the refrigeration cycle ( 4 ) in the liquefier ( 45 ) liquefied and in the collector ( 43 ) and if necessary according to 4 supercooled. The liquid, supercooled CO2 is removed with the help of the feed pump ( 20 ) the heat exchanger ( 66 ), where it is heated by the heat energy of the fuel cell and thereby evaporated.

Das dampfförmige CO2 wird auf die Schaufelflächen der Hochdruckturbine (21) geleitet, wo es Antriebsarbeit verrichtet. Nach verrichteter Arbeit strömt das dampfförmige CO2 aus der Hochdruckturbine in den Wärmetauscher (33), in welchem das CO2 von der Kondensationsenergie der Wärmepumpe gemäß 4 erwärmt wird. Das CO2 wird vom Wärmetauscher (33) in die Zwischendruckturbine (22) und anschließend in die Niederdruckturbine (23) geleitet. Die Turbinen (21,22 und 23) treiben das Fahrzeug an. Das CO2 wird aus der Niederdruckturbine (23) in den Verflüssiger (45) der Kälteanlage geleitet, wo es gemäß 4 wieder verflüssigt wird. Der CO2-Sammler (43) kann ebenfalls von der Kälteanlage, z.B. mittels einem innenliegenden Rohrbündelwärmetauscher unterkühlt werden, um Kavitationen in der Speisepumpe (20) zu vermeiden.The vaporous CO2 is transferred to the blades of the high-pressure turbine ( 21 ), where it does drive work. After the work has been completed, the vaporous CO2 from the high-pressure turbine flows into the heat exchanger ( 33 ), in which the CO2 from the condensation energy of the heat pump according to 4 is heated. The CO2 is emitted by the heat exchanger ( 33 ) into the intermediate pressure turbine ( 22 ) and then into the low-pressure turbine ( 23 ). The turbines ( 21 . 22 and 23 ) drive the vehicle. The CO2 is released from the low-pressure turbine ( 23 ) in the liquefier ( 45 ) of the refrigeration system, where according to 4 is liquefied again. The CO2 collector ( 43 ) can also be subcooled by the refrigeration system, for example by means of an internal tube bundle heat exchanger to cavitations in the feed pump ( 20 ) to avoid.

FIGUR 4:FIG. 4:

Darstellung des Kühlkreislaufes, bestehend aus einem Verdichter (42) mit Antrieb (43), Wärmetauscher (33), Verflüssiger (44), optionalen Wärmetauscher als Überhitzer (48), Verdampfer (45), CO2-Sammler mit Unterkühlungsverdampfer (43), Expansionsventile (46b und 49b), sowie diverse Magnetventile (46a, 49a, 47a, 47b und 39b). Der Verdichter (42) saugt das verdampfte Kältemittel aus dem Verdampfer (45) ab und verdichtet es auf den Kondensationsdruck. Um die Verdichtungsendtemperatur (Punkt B, 2) zu erhöhen, kann der Überhitzungswärmetauscher (48) über die Magnetventile [47a (AUF) und 47b (ZU)] zugeschaltet werden, wodurch das bereits überhitzte Sauggas weitere Energie aus der Umgebungsluft aufnimmt. Die polytrope Verdichtung (Strecke 1, 2) wird im Druck-Enthalpie-Diagramm dadurch weiter nach rechts verschoben, um eine größere, nutzbare Enthalpie-Differenz (Strecke 2, 2) zu erhalten, die zur Erwärmung und Verdampfung der CO2-Flüssigkeit im Wärmetauscher (33) genutzt werden kann. Die Zuschaltung des Überhitzers (48) erfolgt, falls eine höhere Verdichtungstemperatur benötigt wird. Die Verdichtungswärme wird über den Wärmetauscher (33) an das CO2 abgegeben. Nach Abgabe der Wärmeenergie (Strecke 2, 2), wird das Kältemittel ggf. in den Verflüssiger (44) geleitet, wo die restliche Wärmemenge (Strecke 3, 2) an die Umgebungsluft abgegeben werden kann und das Kältemittel dadurch verflüssigt und ggf. unterkühlt wird (Punkt D, 2). Das verflüssigte Kältemittel wird über das Magnetventil (49a) und das Expansionsventil (49b) in den Wärmetauscher (43) des Sammlers entspannt, wo es die Wärmemenge der CO2-Flüssigkeit aufnimmt, welche dadurch unterkühlt wird. Der Wärmetauscher (45) ist Verdampfer des Kältemittels und Verflüssiger des CO2 zugleich. Flüssiges Kältemittel wird hierfür über das Magnetventil (46a) und das Expansionsventil (46b) in den Wärmetauscher im Behälter (45) entspannt, wodurch Wärmeenergie vom CO2 aufgenommen wird und dieses verflüssigt wird. Wird im Wärmetauscher (33) keine Energie benötigt, öffnet das Magnetventil (39b) den Bypass zum Verflüssiger (44).Representation of the cooling circuit, consisting of a compressor ( 42 ) with drive ( 43 ), Heat exchangers ( 33 ), Liquefier ( 44 ), optional heat exchanger as superheater ( 48 ), Evaporator ( 45 ), CO2 collector with supercooling evaporator ( 43 ), Expansion valves ( 46b and 49b ), as well as various solenoid valves ( 46a . 49a . 47a . 47b and 39b ). The compressor ( 42 ) sucks the vaporized refrigerant from the evaporator ( 45 ) and compresses it to the condensation pressure. To the compression end temperature (point B . 2 ), the superheat exchanger ( 48 ) via the solenoid valves [ 47a (On and 47b (ZU)] are switched on, whereby the already superheated suction gas receives more energy from the ambient air. The polytropic compaction (range 1 . 2 ) is shifted further to the right in the pressure-enthalpy diagram to a larger, usable enthalpy difference (distance 2 . 2 ), which are used for heating and vaporization of the CO2 liquid in the heat exchanger ( 33 ) can be used. The connection of the superheater ( 48 ), if a higher compression temperature is needed. The heat of compression is transferred via the heat exchanger ( 33 ) to the CO2. After release of heat energy (distance 2 . 2 ), the refrigerant is possibly added to the condenser ( 44 ), where the remaining amount of heat (distance 3 . 2 ) can be discharged to the ambient air and the refrigerant is thereby liquefied and possibly undercooled (point D . 2 ). The liquefied refrigerant is released via the solenoid valve ( 49a) and the expansion valve ( 49b) in the heat exchanger ( 43 ) of the collector, where it absorbs the amount of heat of the CO2 liquid, which is thereby undercooled. The heat exchanger ( 45 ) is evaporator of the refrigerant and condenser of CO2 at the same time. Liquid refrigerant is for this purpose via the solenoid valve ( 46a ) and the expansion valve ( 46b ) in the heat exchanger in the container ( 45 ), whereby heat energy is absorbed by the CO2 and this is liquefied. Is in the heat exchanger ( 33 ) requires no energy, opens the solenoid valve ( 39b ) the bypass to the liquefier ( 44 ).

FIGUR 5:FIG. 5:

Veranschaulichung einer möglichen Anordnung der Antriebsturbinen in einem Fahrzeug. Mit diesem Verfahren können auch Schiffe, LKWs, Flugzeuge etc. angetrieben werden. Die Turbinenstufen (21, 22, 23) werden wir in 3 beschrieben von CO2, oder einem ähnlichen Gas angetrieben. Die Kraft wird über ein Getriebe (24), z.B. einem Differenzial (13) und einer Antriebswelle (12) auf die Hinterräder (11b) des Fahrzeuges übertragen. Zur Veranschaulichung werden auch die Vorderräder (11a) dargestellt.An illustration of a possible arrangement of the drive turbines in a vehicle. This method can also be used to propel ships, trucks, aircraft etc. The turbine stages ( 21 . 22 . 23 ) we will be in 3 described by CO2, or a similar gas powered. The power is transmitted via a transmission ( 24 ), eg a differential ( 13 ) and a drive shaft ( 12 ) on the rear wheels ( 11b ) of the vehicle. As an illustration, the front wheels ( 11a ).

FIGUR 6:FIG. 6:

Veranschaulichung einer möglichen Anordnung der Kälteanlage mit Wärmerückgewinnung in einem Fahrzeug. Die Funktionsweise wurde in 4 beschrieben.An illustration of a possible arrangement of the refrigeration system with heat recovery in a vehicle. The functioning was in 4 described.

FIGUR 7:FIG. 7:

Veranschaulichung einer möglichen Anordnung der Brennstoffzelle (60), deren elektrische Energie den Motor (41) des Kältemittelverdichters (40) antreibt. Die Wärmeenergie der Brennstoffzelle (60) wird an ein Arbeitsmedium abgegeben, dass mit Hilfe der Umwälzpumpe (63) in den Wärmetauscher (66) geleitet wird, um das CO2 im Clausius-Rankine-Prozess gemäß 3 zu erwärmen. Der optionale Wärmetauscher (64) kann überschüssige Wärmeenergie der Brennstoffzelle an die Umgebungsluft abgeben. Das Symbol (62) stellt die Elektronik und ggf. die Batterie dar, die zum Betrieb einer Brennstoffzelle in einem Fahrzeug erforderlich sind.Illustration of a possible arrangement of the fuel cell ( 60 ), whose electrical energy is the engine ( 41 ) of the refrigerant compressor ( 40 ) drives. The heat energy of the fuel cell ( 60 ) is delivered to a working medium that with the help of the circulation pump ( 63 ) in the heat exchanger ( 66 ) is directed to the CO2 in the Rankine process according to 3 to warm up. The optional heat exchanger ( 64 ) can surrender excess heat energy of the fuel cell to the ambient air. The symbol ( 62 ) represents the electronics and possibly the battery required to operate a fuel cell in a vehicle.

Claims

Method as Clausius-Rankine process for the drive of vehicles and turbines, characterized in that a Clausius-Rankine process is operated by the heat energy of a mobile fuel cell in order to drive a vehicle.

Method according to Claim 1 , characterized in that a gas compressor is driven by a fuel cell engine and either the waste heat of the fuel cell or the compression energy of the gas compressor, or both energies for the heating of the working medium in the Rankine process is used.

Method according to Claim 1 or Claim 2 , characterized in that a turbine with a plurality of turbine stages can be operated with a temperature of the working medium of less than 200 ° C in the Clausius-Rankine process.

Method according to one of Claims 1 to 3 characterized in that a liquefied gas such as CO2 is heated by means of a mobile fuel cell to thereby drive a turbine in a vehicle.

Method according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that both the vaporization and the condensation energy of a refrigeration system is used to drive a turbine directly or indirectly.

Method according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that a clockwise Clausius-Rankine process with an inorganic liquid, such as CO2, is operated.

Method according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that a mobile turbine, which is located in a vehicle, is operated by a built-in the same vehicle fuel cell and a built-in mobile refrigeration system with heat recovery.

Method according to one of Claims 1 to 7 , characterized in that CO2 is used to drive a vehicle, which is not consumed, but is circulated continuously in a closed system.

Method according to one of Claims 1 to 8th , characterized in that in a vehicle high CO2 vapor pressures can be generated in order to drive a built-in relaxation machine in the vehicle, the force of which is used to drive the vehicle.

Method according to one of Claims 1 to 9 , characterized in that CO2, which is located in the drive system of a vehicle, liquefied by means of a mobile refrigeration system and by subsequent heat supply, a pressure and temperature increase is generated in order to drive by means of the CO2 vapor pressure in the vehicle integrated expansion turbine.