DE1601585A1 - Process and gas turbine for converting chemical binding energy into mechanical energy - Google Patents
Process and gas turbine for converting chemical binding energy into mechanical energyInfo
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C1/00—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
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Description
. o--nforschn.nrjsanlr^-;o «.".lieh de ρ !v.wic-ss No -c'rhein-w'estf alon-e. V.. o - nforschn.nrjsanlr ^ -; o «.". borrowed de ρ! v.wic-ss No -c'rhein-w'estf alon-e. V.
ν';:<'ΛΠ,Ι·:.οη und Gasturbine zur Umwandlung von chenis-oher Bindunrsonor^ie in mecUaniscl-e .'ine:.'p· icν ';: <' ΛΠ, Ι ·: .οη and gas turbine for converting chenis-oher Bindunrsonor ^ ie in mecUaniscl-e .'ine:. 'p · ic
. :C:'.ni.:un7 betrifft ein Verfnb-en und eine Gasturbine zw.- V:v:-!;\n-Ali\ng von ebonlscher Bindungsenergie in mechar.ir ·■·.■" !!'nor^ie.. : C: '. Ni.:un7 concerns a faucet and a gas turbine between - V: v: - ! ; \ n-Ali \ ng of Ebonl's binding energy in mechar.ir · ■ ·. ■ "!! 'nor ^ ie.
/-■■ hLsher ;:o!:r.nntcn G'ε turbinen werden onbv.'ode.v mit .I'i'enom o.lo:- rait sesclilop-jencai Kreislauf beti'ieben. Dabei \.±-C ür.s 71 uid, das heißt Luft oder ein anderes Gas, im Verdichter aui höheren Druck und auf höhere Temperatur ;obr;:. 3ht. In Anschluß daran wird das Flux J durch die in einei Brennkammer freigesetzte oder durch die in einca V'arsioübertrager zugoiührte V/ärme bei annähernd gieichiieiJendem Druck auf eine hohe Temperatur gebracht, worauf iji der Turbine unter Druck- und Temperaturabsenkung jaecha-•■iKf.iis Leistung entnommen wird, von der nur ein Teil als !."...taleistuns au:.· VerfÄgun- steht, weil ein Teil dieser .Yü;.:;; !:ung der.i Vordichter zugeführt werden Muß., Sine viel-L. Ά ' .ngcwendete Verbesserung dieses Verfahrens zum Bet:,ci..)on oino:·· Gasturbine Gesteht darin, daß der verdichte- / - ■■ hLsher ; : o!: r.nntcn G'ε turbines are operated onbv.'ode.v with .I'i'enom o.lo: - rait sesclilop-jencai cycle. Here \. ± -C for.s 71 uid, i.e. air or another gas, in the compressor at a higher pressure and at a higher temperature; obr;:. 3ht. Subsequently, the flux J is brought to a high temperature by the V / arms released in a combustion chamber or fed into a V'arsiotransmitter at approximately the same pressure, whereupon the turbine is subjected to a pressure and temperature drop. iis service is withdrawn, of which only a part as!. "... taleistuns au:. · is available because part of this .Yü;.: ;;!: ung der.i pre-sealer has to be supplied., Sine much-L. Ά '. Applied improvement of this procedure to Bet:, ci ..) on oino:
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te Luft- oder Gasstrom durch das Abgas aus der Turbine vor Eintritt in die Brennkammer oder In den Wärmeübertrager vorgewärmt wird. Durch dies*Haßaahme wird eier · Wirkungsgrad des Verfahrens 2w>r etwas erhöht, er liegt jedoch noch immer erheblich tiefer &!· der nach eiern Garnet'sehen Prinzip aus der Höchsttemperatur und der Umgebungstemperatür bestimmte Wirkungsgrad, da die 7/ärmezufuhr weit unterhalb der Höchstt*»frera$ir und die Wärmeentnahme oberhalb der Umgebungsteeret* tür erfolgt.te air or gas flow through the exhaust gas from the turbine before entry into the combustion chamber or into the heat exchanger is preheated. Through this * hatred becomes eggs The efficiency of the process 2w> r increased somewhat, it lies but still considerably deeper &! · looking for a Garnet's Principle of the maximum temperature and the ambient temperature certain efficiency since the 7 / arm intake far below the maximum temperature and the heat extraction above the surrounding tarred door.
Auf der Grundlage des bekannte« Eriesoa-Prozesses ist zwar auch schon vorgeschlagen werde*t bei einer Heißluftmaschine, die aus einen Verdichter üöd einer Expansionsmaschine besteht, etas Arbeitsgas, s.B.. Luft oder Helium, zwischen dem Verdickter und der Expansionsmaschine zu erwärmen und bei der Expansion «Inen Teil der aufgenommenen Wärme in mechanische Arbeit umzuwandeln (vergl. z.B. E, Schmidt, TheraodyÄami*, 10, Auflage, Springer, Berlin 1963, S. 134). Bfcr theoretische ?/irkungsgrad einer in dieser Welse betriebeftep Maschine ist zwar gleich dem Carnot-Wirkungsgrad, du» heißt er ist durch die oberen un-d unteren bei dem Verfahren angewendeten Temperaturen und Drucke gegeben. Notwendige Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß sowohl die ^Depression des Ar-' beitsgaees im Verdichter als auch die Expansion in derBased on the well-known "Eriesoa process is going even been suggested * t at a hot air machine from a compressor üöd an expansion machine is, etas working gas, SB. Air or helium to be heated between the thickener and the expansion machine and to convert part of the absorbed heat into mechanical work during expansion (cf. e.g. E, Schmidt, TheraodyÄami *, 10, edition, Springer, Berlin 1963, p. 134) . The theoretical efficiency of a machine operated in this way is equal to the Carnot efficiency, i.e. it is given by the upper and lower temperatures and pressures used in the process. A necessary prerequisite for this, however, is that both the depression of the working gas in the compressor and the expansion in the
Turbine oder in der Expansionsmaschine isotherm erfolgen. ' Dies ist jedoch mit den bisher bekannten Einrichtungen \ nicht oder nur mit einem sehr erheblichen konstujirktiven Aufwand zu; verwirklichen, und zwar £0r'der Weise, daß derTurbine or isothermal in the expansion machine. 'However, this is \ or only with a very considerable effort to konstujirktiven with the previously known devices; realize, and indeed £ 0 r 'in such a way that the
VerdichtungsVorgang in kleinere Teilschritte »erlegt wird, ; wobei nach jeder adiabatlschen Kompression wieder auf die Ausgangstei^eratür nurückgekühlt, wird'. Das gilt in ν 00984^/0354 ; : Compression process into smaller steps "will be killed; after each adiabatic compression, it is only cooled back to the original part. This applies in ν 00984 ^ / 0354 ; :
entsprechender Weise auch tür den Expansloneprozeß, wobei zwischen den einzelnen adiabatiechen Teilschritten wieder ruf die Arbeitetemperatur aufgeheizt werden muß.correspondingly also for the expansion process, whereby between the individual adiabatic sub-steps the working temperature must be heated up again.
Aufgabe dejr,Erfindung 1st, es ,daher, ein Verfahren und eine Gasturbine, zur Jferwandlung chemischer Energie.in mechanische Energie< zw jschaffen,,bei der das-Gas oder Gasgemisch .bei einer,Temperatur expandiert wird, die annähernd der Temperatur entspricht, die dem Gas oder Gasgemisch von ei$,er an sich bekannten, zur Wärmeübertragung geeigneten Einrichtung, wie einem Wärmetauscher oder, auch einem Kernreaktor, erteilt worden ißt*The object of the invention is, therefore, a method and a Gas turbine for converting chemical energy into mechanical energy Energy <zw jschaffen, in the case of the gas or gas mixture . is expanded at a temperature which approximates the Temperature corresponds to the gas or gas mixture of a known per se, suitable for heat transfer Device, such as a heat exchanger or, also a nuclear reactor, been granted eats *
Diese·Aufgabe wird,gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein an, sich-bekanntes, bei einer vorbestimmten Temperatur unter,Aufnahme von chemischer BiI dungvwärme bei praktisch gleichbleibender,Temperatür zerfallendes oder sich um- , wandelndes Gas oder Gasgemisch mittels eines Kernreaktors, eines Wärmetauschers oder einer sonstigen an sich beLnnntcn Einrichtung zur Wärmeübertragung durch ,Aufheizen bis oberhalb der Zerfalls- oder Umwandlungstemperatur zum Zerfall gebracht oder umgewandelt wird, und daß die Zerfalls- oder Umwandlungsprodukte bei einer unterhalb der -,Zerialls- oder Uiawandlungstemperatür liegenden Temperatur.This object is achieved according to the invention in that something known per se at a predetermined temperature under, absorption of chemical heat of formation at practically constant, temperature decaying or revolving, converting gas or gas mixture by means of a nuclear reactor, a heat exchanger or some other inherent information Device for heat transfer through, heating up to above the decomposition or transformation temperature to Decomposition is brought about or converted, and that the decomposition or conversion products at a below -, Zerialls- or Uiawandlungstemperatur lying temperature.
-.unter einer bei praktisch gleichbleibender Temperatur verlaufenden Expansion in der Gasturbine rekombiniert werden. Die, Rekombination in der Gasturbine erfolgt dabei gemäß dei? ErI in dung in Gcgenv/art eines an sich bekannten Kata--.under a running temperature at practically constant Expansion can be recombined in the gas turbine. The recombination in the gas turbine takes place according to dei? Creation in the manner of a known catalog
Vo.rteilhait ist es, nJLs Arbcitsgas ein an sich bekr-iintes orfranisches Gas zu verwenden. Dabei ist. es. .zweckmäßig, bei Durchführung des Verfahrens- gemäß der Erfindung dasIt is a matter of judgment that nJLs work gas is an intrinsic one to use French gas. It is. it. .practical, at Implementation of the method according to the invention
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Gas in der zur Wärmeübertragung vorgesehenen Einrichtung zu dehydrieren.To dehydrate gas in the facility provided for heat transfer.
Eine.bevorzugte Maßnahme zur Durchführung des Verfahrens gemäß.der Erfindung besteht darin, als Arbeitsgas Athan zu verwenden, das im Wärme tauscher oder eine?: sonstigen zur Wärmeübertragung geeigneten Einrichtung in Äthylen und Wasserstoff zerlegt wird. Dabei ist es vorteilhaft, dem Athan in an sich bekannter Weise einen Druc:k von etwa 40 atm und eine Temperatur von etwa IGOO0C zu erteilen.A preferred measure for carrying out the method according to the invention is to use as the working gas athan, which is broken down into ethylene and hydrogen in the heat exchanger or another device suitable for heat transfer. It is advantageous, the ethane in a manner known per se Pressure: k of about 40 atm and to provide a temperature of about 0 C IGOO.
Die Gasturbine zur Durchführung des Verfahrens gemäß eier Erfindung ist zweckmäßig so ausgebildet, daß der zur Rekombination der Zerfalls- oder Umwandlungsprodukte des ;:.:.-beitsgases erforderliche.Katalysator auf den Leit- und Laufschaufeln der Gasturbine vorgesehen ist. Das kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die Leit- und Laufschaufeln der Gasturbine in an sich bekannter Weise mit einer Katalysatorbeschichtung versehen werden. Um den Ablauf der Rekombination bei praktisch gleichbleibender Temperatur zu fördern, ist es vorteilhaft, die Beschichtung der Leit- und Laufschaufeln von der Eingangsseite der Gasturbine bis zur Auegangsseite mit zunehmender Dicke auszubilden. Bei der Verwendung von Athan als Arbeitsgas und von nicht-pyrophorem Nickel, das unter der Bezeichnung Raney-Nickel bekannt ist,' ist als Katalysator eine Zunahme der Beschichtung von 10 ju auf 1 mm zweckmäßig. Daneben oder statt dessen ist es auch möglich, die Konzentration des verwendeten Katalysators zu ändern. Eine v/eitere vorteilhafte Maßnahme zur Gewährleistung einer praktisch gleichbleibenden Temperatur bei der Rekombination besteht darin, die Katalysatorbeschichtung porig zwar, mit von der Eingangsseite zur Auegangsseite derThe gas turbine for carrying out the method according to eier The invention is expediently designed so that the for recombination of the decomposition or conversion products of the;:.: .- working gas The required catalytic converter is provided on the guide and rotor blades of the gas turbine. That can happen, for example, that the guide and rotor blades of the gas turbine in a known manner with be provided with a catalyst coating. To the process To promote the recombination at a practically constant temperature, it is advantageous to use the coating of the guide and rotor blades from the inlet side of the gas turbine to the outlet side with increasing thickness to train. When using athan as the working gas and non-pyrophoric nickel under the designation Raney nickel is known, 'is used as a catalyst It is advisable to increase the coating from 10 μm to 1 mm. In addition to or instead of this, it is also possible to change the concentration of the catalyst used. Another one advantageous measure to ensure a practically constant temperature during the recombination is, the catalyst coating is porous, with from the inlet side to the outlet side of the
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Gasturbine, zunehmender Porengröße auszubilden. Dies kanu auf einfache Weise durch die Verwendung von Haney-IT:".cI:g1 verschiedener Korngrößen verwirklicht werden. Als KcitalyndDr erwies sich außerdem auch ein feinkörniges Platin, das unter der Bezeichnung Platinschwarz bekannt ist, als sehr geeignet. Im übrigen können als Katalysatoren je nach Wrhl des Arbeitsgases die Übersanfipelemente des periodischen Systems oder deren Verbindungen oder aber auch Züdelmetalle verwendet werden. Gas turbine to form increasing pore size. "CI: This canoe easily through the use of Haney-IT. G1 different grain sizes are realized as KcitalyndDr also proved to be a fine-grained platinum, which is known as platinum black, to be very suitable in law may as catalysts.. Depending on the working gas, the Übersanfipelements of the periodic system or their compounds or also Züdelmetalle can be used.
ülin großer Vorzug des Verfahrens gemäß der Srfindung besteht darin, daß bei der Wärmezufuhr mittels eines Wä: raeübertrageES das Arbeitsmittel, nämlich das Gas oder das Gasgemisch, beim Zerfall oder bei der umwandlung Wärme in Form von chemischer Bildungswärme aulnimmt, ohne daß dabei eine wesentliche Temperaturerhöhung eintritt. Die 3intrittstemper.at.ur des Gases .wird praktisch während des gesamten Sxpansionsprozesses in der Turbine beibehalten, das heißt die !Expansion erfolgt mit der für die Bedingungen im praktischen Betrieb größtmöglichen Näherung isotherm. Das bedeutet, daß der Carnot-Wirkungsgrad bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung weitaus besser als durch clie bisher bekannten Verfahren angenähert wird. Hinzu kommt als weiterer Vorteil, daß dem Gas während des. Expansionsprozesses laufend Wärme aus ; der chemischen Bildungsenergie zugeführt wird, ohne daß es dazu, wie beispielsweise bei ^iner Verbrennung, be- j sonderer Reaktionsräume bedarf, ^in ganz besonderer ' Vorteil, der sich aus der Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung ergibt, besteht schließlich darin, daß eine größere Nutzleistung deshalb verfügbar ist, weil die von der Gasturbine abgegebene Leistung größer ist, als ·,.■<, die vom Verdichter aufgenommene Leistung. Denn das Ar-A great advantage of the method according to the invention consists in the fact that when heat is supplied by means of a Wä: raeübertrageES the working medium, namely the gas or the gas mixture absorbs heat in the form of chemical formation heat during decomposition or conversion, without that there is a substantial increase in temperature. The 3intrittstemper.at.ur of the gas .will be practical during maintain the entire expansion process in the turbine, that is, the! expansion takes place with that for the conditions in practical operation the greatest possible approximation isothermal. That means that the Carnot efficiency at the implementation of the method according to the invention is much better approximated than by the previously known methods will. In addition, there is a further advantage that the gas continuously heats up during the expansion process; the chemical formation energy is supplied without it to this, as for example in the case of combustion, be j special reaction spaces are required, ^ in very special ' Advantage resulting from the application of the procedure according to the invention results, ultimately consists in that a greater useful power is available because the power output by the gas turbine is greater than · ,. ■ <, the power consumed by the compressor. Because the work
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— α —- α -
beitsgas hat nach der Zersetzung ein größere.«=: Volumen, als nach der ?iekombination.after decomposition, bit gas has a larger one. "=: volume, than after the combination.
Nach der I?el:ombination der bei der Spaltung oO.es Ui-r.vanalung entstandenen Produkte wird das Gas oder dz>s ~?.sgemisch zur Durchführung des Verfahrens genäß cle.v ."rfinduns im Kreislauf wieder zurück au dem 7ä.vmeübcvtvn<ro-r ^lührt, wo eine erneute Spaltung oder Umwandlung stattfindet. Falls es Im Bedarfsfalle, - beispielsweise aus nias^hinenbaulichen Gründen - gewünscht wird, ist os ohne v;vi. fceres möglich, nur einen Teil der vorhandenen latenten Hieini-schen BiI dungsenergio in der Gasturbine aumzuseczen. L-azu braucht nur die Belegungsstärke unJ/o-:i3v die Konzentration des Katalysators vermindert zu werden.After I el: ombination of the resulting products r.vanalung UI in the cleavage oO.es the gas or dz> s ~ .sgemisch genäß cle.v for performing the method "rfinduns au back in circulation again the 7A?. . .vmeübcvtvn <ro-r ^ lührt where a new cleavage or conversion takes place if there in case of need, - for example, from nias ^ hinenbaulichen reasons - is desired, os without v vi fceres possible to use only a portion of the existing latent Hieini. The formation energy in the gas turbine needs only to be reduced by the occupancy rate and the concentration of the catalyst.
Nun können bei der "-henischen Reaktion ira Yrärineübovtrager Nebenproclulrte auftreten, das sind bei de ν Verv/oniamg von :ithan als \xbeitsgas, Tee:., höhere Pr.ri-f fine, ΓοΖ;· olefine und Methrn. Diese P.vodulite werclon durch einen :;or/!"inuiev-Iioh arbeitenden, an sich bekannten Bypaß vf±eCo::i,v:Zbereitet und in den Kreislauf zurückgeführt. Die Av;:bereitung der bei der Verwendung von lithan anfallenden Produkte erfolgt dabei über eine' Hochteraperaturpyrplyse bei 1500""5T, gegebenenfalls unter Mitwirkung von elektrischen Glimmentladungen. In the case of the "-henic reaction ira Yrärineübovtrager secondary processes can occur, these are in de ν Verv / oniamg of: ithan als \ xbeitsgas, tea:., Higher Pr.ri-f fine, ΓοΖ; · olefine and Methrn. These P. vodulite werclon by a:; or /! "inuiev-Iioh working, known bypass vf ± eCo :: i, v: Z prepares and returns it to the circulation. The preparation of the products resulting from the use of lithane takes place via a high-temperature pyrolyse at 1500 "" 5T, possibly with the help of electrical glow discharges.
Das Verfahren gemäß der Erfindung soll anhand des nachstehend ausgeführten Ausführungsbeispiels erläutert werden, Athan wurde bei einem Druck von 40 atm, bei einer Temperatur von eb*.va ICOO C in einen Y/ärmatauscher in Äthylen und Wasserstoff gespalten. Dieses Gasgemisch wurcie mit einer Temperatur von etwa ciöO°C in die Gasturbine ein-The method according to the invention shall be based on the following Executed embodiment will be explained, Athan was at a pressure of 40 atm, at a Temperature from eb * .va ICOO C in a Y / heat exchanger in Ethylene and hydrogen split. This gas mixture was caused at a temperature of about ciöO ° C in the gas turbine
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feeleitet. Es behielt während der Expansion eine Temperatur box, die zwischen (300° und 35O°C lag, wobei als Katalysator feinkörniges Nickel verwendet wurde. Die Eekombination zu Athan vollzog sich bis auf einige wenige Prozent. Das Gas dilatierte bei der Expansion bis zu einem Dr ti el: von etvr. b vtm. De:-.· T'ärmeuasatz. betrug dabei in ^tohänrvif^ioit von der .'oweiligen Arbeitsweise 25 bis 30 l.cal/IIol entstandenen Athans.be guided. During the expansion it kept a temperature box between (300 ° and 350 ° C., fine-grained nickel being used as a catalyst. The combination to athan took place up to a few percent. The gas dilated during the expansion up to a Dr ti el: von etvr.b vtm. De: -.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEK0064275 | 1967-12-21 |
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Publication Number | Publication Date |
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DE1601585A1 true DE1601585A1 (en) | 1970-11-05 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19671601585 Pending DE1601585A1 (en) | 1967-12-21 | 1967-12-21 | Process and gas turbine for converting chemical binding energy into mechanical energy |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1601585A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2428143A1 (en) * | 1978-06-06 | 1980-01-04 | Kms Fusion Inc | THERMODYNAMIC CONVERSION PROCESS COMPRISING A RADIOLYSIS CHEMICAL DISSOCIATION STEP |
-
1967
- 1967-12-21 DE DE19671601585 patent/DE1601585A1/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2428143A1 (en) * | 1978-06-06 | 1980-01-04 | Kms Fusion Inc | THERMODYNAMIC CONVERSION PROCESS COMPRISING A RADIOLYSIS CHEMICAL DISSOCIATION STEP |
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