DE102020006494A1

DE102020006494A1 - Small power plant with external combustion

Info

Publication number: DE102020006494A1
Application number: DE102020006494.9A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-05-26
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2021-12-02

Abstract

Das Kleinkraftwerk mit äußerer Verbrennung lädt Wasser zur Dampfaufbereitung in einen Erhitzer 4, von wo der erzeugte Wasserdampf als Treibmedium in einer Strahlpumpe 6 Gas (Luft) als Saugmedium dem Fluidstrom hinzufügt und durch im Wasserdampf enthaltene Wärmeenergie ausdehnt. Dadurch wird der Volumenstrom vergrößert, weitere motorische Energie hinzugefügt und die Temperatur gesenkt. Gleichzeitig erhöht sich (im Falle des geschlossenen Systems) die Druckdifferenz, da die Luft auf der Gegendruckseite des Motors 8 entnommen wird.The small power plant with external combustion loads water for steam processing in a heater 4, from where the generated water vapor as a driving medium in a jet pump 6 adds gas (air) as suction medium to the fluid flow and expands it with the thermal energy contained in the water vapor. This increases the volume flow, adds more motor energy and lowers the temperature. At the same time (in the case of the closed system) the pressure difference increases, since the air is withdrawn from the counterpressure side of the motor 8.

Description

Kleinkraftwerke gibt es in den Varianten Windkraft, Photovoltaik, Wasserkraft oder als Verbrennungsmotoren für Kraftstoffe, die sich für die interne Verbrennung eignen. Biomasse, Sonnenwärme oder Abwärme aus anderen Prozessen werden unterhalb der Leistungsklassen von Turbinen noch nicht wirtschaftlich genutzt, und als Verdrängermotoren für äußere Verbrennung fristen die Dampfmaschine aus wirtschaftlichen und der Stirlingmotor aus technischen Gründen ein Nischendasein. Hydraulik- und Pneumatikmotoren funktionieren zwar in einem Fluidstrom bei geeignetem Druck und angemessener Temperatur, aber der konnte bisher mit äußerer Verbrennung nicht bereitgestellt werden.Small power plants are available in the variants wind power, photovoltaics, hydropower or as internal combustion engines for fuels that are suitable for internal combustion. Biomass, solar heat or waste heat from other processes are not yet used economically below the power class of turbines, and as displacement engines for external combustion, the steam engine eke out a niche existence for economic reasons and the Stirling engine for technical reasons. Hydraulic and pneumatic motors function in a fluid stream at the appropriate pressure and temperature, but external combustion has not previously been able to provide this.

Mit der hier vorgestellten Anordnung wird die Absicht verfolgt, einen Wandler so mit Gas anzuströmen, dass der Druck im günstigen Bereich liegt und die Temperatur unschädlich ist. Dabei soll das Fluid selbst umweltverträglich sein, innerhalb der Anordnung über Erhitzung, Ausdehnung, Leistungsabgabe und Kondensation einen Kreislauf bilden, aber gleichzeitig ein genügend hohes Druckgefälle ermöglichen.With the arrangement presented here, the intention is to flow gas to a transducer in such a way that the pressure is in the favorable range and the temperature is harmless. The fluid itself should be environmentally friendly, form a cycle within the arrangement via heating, expansion, power output and condensation, but at the same time allow a sufficiently high pressure gradient.

DE 10 2004 003 694 A1 besteht zwar auch aus einem geschlossenen Kreislauf unter Vordruck, kann aber nur kleine Mengen des Fluids bewegen, da dieses mit jedem Hub im Zielbehälter Gegendruck aufbaut. Außerdem ist das treibende Fluid in der genannten „Anordnung zum Wandeln von thermischer in motorische Energie“ Wasser, während es im hier vorliegenden Ansatz gasförmig ist, da nach der Entspannung im Motor und nach der Kondensation Wasser- und Gaskreislauf getrennt sind, so dass beim Medium Gas (bevorzugt Luft) ein kontinuierlicher Strom stattfinden kann. DE 10 2004 003 694 A1 Although it also consists of a closed circuit under pre-pressure, it can only move small quantities of the fluid, as this builds up counter pressure in the target container with each stroke. In addition, the driving fluid in the aforementioned "arrangement for converting thermal into motor energy" is water, while in the present approach it is gaseous, since after the expansion in the motor and after the condensation, the water and gas cycle are separated, so that the medium Gas (preferably air) a continuous flow can take place.

Die vorliegende Erfindung beschreibt demnach einen Kreislauf mit zwei Fluiden, Gas und Wasser, die in der Arbeitsphase gemeinsam und als Gasgemisch (Wasserdampf und Luft) erscheinen, und in der Ladephase getrennt als Wasser und Gas behandelt werden.The present invention accordingly describes a cycle with two fluids, gas and water, which appear together in the working phase and as a gas mixture (water vapor and air) and are treated separately as water and gas in the loading phase.

Das folgende Ausführungsbeispiel soll die Funktionsweise näher erläutern.The following exemplary embodiment is intended to explain the mode of operation in more detail.

Die Ladepumpe 2 transportiert Wasser aus dem Kondensatortank 3 in den Erhitzer 4. Mit erhöhtem Druck erreicht der Wasserdampf beim Austritt aus dem Wärmetauscher 4 als Treibmedium die Strahlpumpe 6. Das Saugmedium besteht aus Gas (Luft), das zuvor im Kondensator 5 gekühlt wurde. Der Wasserdampfstrahl fügt dem Volumenstrom dieses Gas hinzu, mischt es mit dem Dampf, dem Wärmeenergie entzogen wird und dehnt sich dadurch aus, wodurch weitere enthaltene Wärme in motorische Energie gewandelt wird. Kurz, die im Volumenstrom enthaltene motorische Energie erhöht sich durch Hinzufügen von Luftmasse und Wandlung von thermischer in motorische Energie im Wege der Ausdehnung. Dabei wird der Verlust der motorischen Energie im Wasserdampf (Druck) als Treibmedium weitestgehend durch das Hinzufügen der Luft ausgeglichen, und der Zugewinn an motorischer Energie liegt in der Wandlung von Wärme in Ausdehnung.The charge pump 2 transports water from the condenser tank 3 in the heater 4th . With increased pressure, the water vapor reaches the exit from the heat exchanger 4th the jet pump as the driving medium 6th . The suction medium consists of gas (air) that was previously in the condenser 5 was cooled. The steam jet adds this gas to the volume flow, mixes it with the steam, from which heat energy is withdrawn, and thereby expands, which converts additional heat contained into motor energy. In short, the motor energy contained in the volume flow increases by adding air mass and converting thermal into motor energy by means of expansion. The loss of motor energy in the water vapor (pressure) as the driving medium is largely compensated for by adding air, and the gain in motor energy lies in the conversion of heat into expansion.

Zudem wird das für die Leistung des Motors entscheidende Druckgefälle dadurch erhöht, dass die Entnahme der gekühlten Luft aus dem Kondensator 5 und den Tanks 3 und 7 den Gegendruck über die Kondensation hinaus weiter mindert.In addition, the pressure gradient, which is decisive for the performance of the engine, is increased by the fact that the cooled air is withdrawn from the condenser 5 and the tanks 3 and 7th further reduces the back pressure beyond the condensation.

Es werden also mit dem erfindungsgemäßen Einsatz der Strahlpumpe mehrere wünschenswerte Effekte erzielt:

- Die Dampftemperatur vor dem Motor sinkt auf ein materialverträgliches Maß.
- Weitere enthaltene Wärmeenergie wandelt sich in motorische Energie.
- Der Gegendruck in Behälter 3 und 7 wird gesenkt, das Druckgefälle steigt.
- Der Volumenstrom vor dem Motor nimmt zu.

With the use of the jet pump according to the invention, several desirable effects are achieved:

- The steam temperature in front of the engine drops to a level that is compatible with the material.
- Further contained thermal energy is converted into motor energy.
- The back pressure in the container 3 and 7th is lowered, the pressure gradient increases.
- The volume flow in front of the motor increases.

Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass sie auch an vorhandene (Biomasse-)Heizanlagen angebaut werden kann. Wenn die Stromgewinnung Vorrang haben soll, kann der Hersteller oder Anwender die Wärmetauscher so arrangieren, dass in erster Linie Dampf erzeugt und nur die Restenergie aus dem Kondensator zur Heizung verwendet wird.Another advantage of this arrangement is that it can also be attached to existing (biomass) heating systems. If electricity generation is to have priority, the manufacturer or user can arrange the heat exchangers so that primarily steam is generated and only the residual energy from the condenser is used for heating.

Die Anordnung kann auch im offenen System betrieben werden, indem Luft aus der Umwelt als Saugmedium dient und diese direkt oder hinter dem Kondensator wieder an die Umwelt abgegeben wird.The arrangement can also be operated in an open system in that air from the environment serves as the suction medium and this is released back to the environment directly or behind the condenser.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1.1.: BefüllungFilling
2.2.: LadepumpeCharge pump
3.3.: KondensatortankCondenser tank
4.4th: ErhitzerHeater
5.5.: Kondensatorcapacitor
6.6th: StrahlpumpeJet pump
7.7th: Sammelbehälter GasGas collecting tank
8.8th.: PneumatikmotorPneumatic motor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102004003694 A1 [0003]

Claims

Small power plant as a motor with external combustion, with a charge pump for water 2, a heat exchanger for generating water vapor 4 and a fluid motor as converter 8, characterized in that the water vapor downstream of the heater 4 and upstream of the converter 8 is a jet pump 6 as the driving medium applied, the suction medium being gas (air).

Small power plant after Claim 1 , characterized in that the suction medium is cooled gas (air) from the closed system.

Small power plant after Claim 1 and 2 , characterized in that the volume flow of water vapor and gas (air) flows through a condenser 5 after the expansion in the converter 8.

Small power plant after Claim 1 - 3 , characterized in that the condensed water and the gas (air) are separated in a collecting container 3 behind the condenser 5.

Small power plant after Claim 1 - 4th , characterized in that the gas is further cooled after separation from the medium water and is held in a memory 7 on the way to the jet pump.