DE196746C

DE196746C -

Info

Publication number: DE196746C
Application number: DENDAT196746D
Authority: DE

Description

^!'f^.s_C''?;4,"*^b«.jC'T'^! 'f ^ .s _C ''?; 4, "* ^b « .jC'T'

KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- M 196746 KLASSE 13 #. GRUPPE- M 196746 CLASS 13 #. GROUP

FRITZ SCHNEEVOGL in BERLIN.FRITZ SCHNEEVOGL in BERLIN.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 28. November 1905 ab.Patented in the German Empire on November 28, 1905.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, um ein beliebiges zur Verfügungstehendes Wärmegefälle oder Teile desselben in ein anderes thermodynamisch gleichwertiges mit solcher Anfangs- und EndtempeÄitur um-. zuformen, daß eine bequemere technische.Verwertung des Wärmegefälles möglich wird.The invention is a method to any available Heat gradient or parts of it into another thermodynamically equivalent one with such an initial and final temperature. shape so that a more convenient technical utilization of the heat gradient is possible.

Von dem gewöhnlich zwischen iooo° (Verbrennungstemperatur) und 15⁰ (Außentemperatur) liegenden Temperaturgefälle einer durch Verbrennung frei werdenden Wärmemenge kann meistens nur ein kleiner Teil, etwa zwischen 200⁰C. und 50⁰ C. wirtschaftlich ausgenutzt werden, während die übrigen Teile des Gefälles wegen ihrer ungünstig gelegenen Temperaturgrenzen durch unmittelbaren Übergang von einem wärmeren auf einen kälteren Körper vernichtet werden müssen, bei Dampfmaschinenbetrieb beispielsweise durch den Übergang der Wärme von den etwa iooo⁰ heißen Feuergasen auf das etwa 200° heiße Kesselwasser.From the usually between iooo ° (internal temperature) and 15 ⁰ (external temperature) lying temperature gradient of a released by combustion heat amount can usually only a small part, such as between 200 ⁰ C and 50 ⁰ C. can be economically utilized, while the remaining parts of gap must be destroyed because of their unfavorable located temperature limits will direct transition from a warmer to a colder body in steam engines operating hot for example by the transfer of heat from the hot fire gases about iooo ⁰ to about 200 ° boiler water.

Durch das nachstehend beschriebene Verfahren sollen nun solche bisher außerhalb der technisch verwertbaren Grenzen liegenden Teile eines Wärmegefälles in Wärmegefälle, welche innerhalb dieser Grenzen liegen, umgeformt werden.By the method described below, those previously outside of the parts of a heat gradient that are technically usable limits in a heat gradient, which are within these limits are transformed.

Das Verfahren beruht auf der bekannten Erscheinung, daß zahlreiche Lösungen von verhältnismäßig wenig oder garnicht flüchtigen Körpern, besonders Salzen oder Gemischen derselben (z. B. Ätznatron und Ätz-. kali), in flüchtigeren Lösungsmitteln bei jedem Druck~ einen wesentlich höheren Siedepunkt als letztere allein besitzen, obgleich aus den siedenden Lösungen nur Dämpfe des reinen Lösungsmittels entweichen, welche lediglich wegen der hohen Temperatur der Lösung entsprechend überhitzt sind, während der gelöste Körper unverändert in der Lösung verbleibt und lediglich die Sättigung der letzteren zunimmt. Infolge dieser Erscheinung muß zur Erzeugung von Wasserdampf mit Atmosphärendruck aus einer Lösung, deren Siedetemperatur beispielsweise 250⁰ beträgt, Wärme mit einer Temperatur von 250⁰ aufgewendet werden, während die Rückgewinnung der aufgewendeten .Wärme durch Wiederaufnahme des reinen Wasserdampfes bei etwa ioo° C. möglich ist.The method is based on the well-known phenomenon that numerous solutions of relatively little or not at all volatile substances, especially salts or mixtures thereof (e.g. caustic soda and caustic potash), in more volatile solvents at any pressure have a significantly higher boiling point than the latter alone, although only vapors of the pure solvent escape from the boiling solutions, which are only correspondingly overheated because of the high temperature of the solution, while the dissolved body remains unchanged in the solution and only the saturation of the latter increases. As a result of this phenomenon, heat at a temperature of 250 ⁰ must be used to generate water vapor at atmospheric pressure from a solution whose boiling temperature is, for example, 250 ⁰ , while the recovery of the applied heat is possible by resuming the pure water vapor at around 100 ° C is.

Zur Erzeugung von Hochdruckdampf von beispielsweise 10 Atm. aus dieser Lösung, deren Siedepunkt bei diesem Druck bereits, etwa 400⁰ C. betragen wird, muß in gleicher Weise Wärme mit dieser letzteren Temperatur aufgewendet werden, deren Rückgewinnung , aus dem erzeugten Dampf entsprechend seiner Niederschlagstemperatur bei etwa i8o° C. erfolgen kann.To generate high-pressure steam of, for example, 10 atm. from this solution, the boiling point will be already about 400 ⁰ C., at this pressure, heat must be applied to this latter temperature, the recovery, from the generated steam to its precipitation temperature can be at about i8o ° C respectively in the same manner.

In beiden Fällen hat aber gleichzeitig eine Sättigung der Lösung stattgefunden, und es lassen sich die beschriebenen Vorgänge erfahrungsgemäß genau umkehren, indem man aus reinem Wasser entwickelten Dampf unter gleichzeitiger Wärmeabfuhr in der Lösung niederschlägt und sie hierdurch wieder verdünnt. In both cases, however, the solution was saturated at the same time, and so did it experience has shown that the processes described can be exactly reversed by Steam evolved from pure water with simultaneous dissipation of heat in the solution precipitates and thereby thins it again.

Die mit ioo° C. zur Erzeugung von Dampf von Atmosphärendruck aufgewendete Wärme wird hierbei also mit annähernd 250⁰ C, und die mit i8o° C. zur Erzeugung von Dampf von 10 Atm. aufgewendete Wärme mit annähernd 400⁰ C. in der Lösung wieder frei, während die Sättigung der Lösung gleichzeitig wieder auf ihren ursprünglichen Wert zurückgeht. .The time spent with ioo ° C. for generating steam from atmospheric heat is in this case therefore with approximately 250 ⁰ C, and with i8o ° C. for generating steam of 10 atm. expended heat with approximately 400 ⁰ C. in the solution is released again, while the saturation of the solution at the same time goes back to its original value. .

Zu der beabsichtigten Umformung eines beliebigen Wärmegefälles in ein thermodynamisch gleichwertiges mit anderen Temperaturgrenzen ist es hiernach lediglich nötig, eine passende Lösung in einem weiterhin als ersten Kessel bezeichneten Kessel unter einem solchen Druck zum Sieden zu bringen, daß die Siedetemperatur gleich der Anfangstemperatur des umzuformenden Wärmegefälles ist, und eine gleiche Lösung in einem zweiten Kessel durch Einleiten von Wasserdampf unter solchem Druck wieder entsprechend zu verdünnen,, daß die Siedetemperatur der Lösung hierbei unwesentlich über der Endtemperatur des umzuformenden Wärmegefälles liegt. Es muß also, wenn man beispielsweise die angenommene Lösung' bei 10 Atm. zum Sieden bringt und durch Einführung von Dampf von beispielsweise 1 Atm. absolut wieder verdünnt, dem ersten Kessel Wärme mit 400⁰ C. zugeführt werden, während der zweite Kessel Wärme mit annähernd 250⁰ C. abgeben kann. Andererseits hat man Dampf von 10 Atm. Spannung erhalten, welcher seinen Wärmeinhalt, abgesehen von der geringfügigen Überhitzungswärme, mit ungefähr i8o° C. abgeben kann, während zur Wiederverdünnung der Lösung Wasserdampf von ι Atm. dient. Es steht in diesem Fall als ein W^Tärmegefälle zwischen den Temperaturen i8o° C. und ioo° C. für technische Zwecke zur Verfügung, während von außen Wärme mit 400⁰ C. zu- und mit annähernd 250⁰ C. abgeführt \vorden ist. Es hat somit eine Umformung dieses letzteren Wärmegefälles in ersteres stattgefunden.For the intended transformation of any heat gradient into a thermodynamically equivalent one with other temperature limits, it is only necessary to bring a suitable solution to the boil in a boiler, which is still referred to as the first boiler, under such a pressure that the boiling temperature is equal to the initial temperature of the heat gradient to be converted , and to dilute an identical solution in a second kettle by introducing steam under such pressure again accordingly, that the boiling temperature of the solution is insignificantly above the final temperature of the heat gradient to be transformed. So it must, for example, if the assumed solution is' at 10 Atm. brings to the boil and by introducing steam of, for example, 1 atm. absolutely diluted again, the first boiler heat at 400 ^° C. can be supplied, while the second boiler can give off heat at approximately 250 ^° C. On the other hand, there is steam of 10 atm. Tension obtained, which, apart from the slight overheating, can give off its heat content at around 180 ° C., while water vapor of ι atm. To re-dilute the solution. serves. It is in this case stands as a W ^T ärmegefälle between temperatures i8o ° C. and ioo ° C. for technical purposes, while from the outside to-heat at 400 ⁰ C. and discharged at approximately 250 ⁰ C. \ vorden . This latter heat gradient has thus been transformed into the former.

Die vorstehend angenommene Lösung kannThe solution assumed above can

bei den angenommenen Dampfdrucken auch dazu dienen, ein Wärmegefälle von 400⁰ bisat the assumed vapor pressures also serve to maintain a heat gradient from 400 ⁰ to

. i8o° C. in ein solches von 250⁰ bis ioo° C. umzuformen, indem der Wärmeinhalt des aus dem ersten Kessel entweichenden Dampfes von 10 Atm. Spannung mit i8o° C. nach außen abgegeben und die aus der zweiten Lösung mit 250° C. frei gewordene Wärme irgendeinem technischen Zweck nutzbar gemacht und darauf als Abwärme mit ioo° C. in Form von Wasserdampf mit Atmosphärendruck in den zweiten Kessel \vieder eingeleitet wird.. reshape i8o ° C. in such a from ⁰ to 250 ° C. ioo by the heat content of the gas leaving the first vessel vapor of 10 atm. Voltage at 180 ° C. is released to the outside and the heat released from the second solution at 250 ° C. can be used for any technical purpose and then introduced into the second boiler as waste heat at 100 ° C. in the form of water vapor at atmospheric pressure will.

Um die erläuterte Umformung eines Wärmegefälles ununterbrochen zu gestalten, muß die Sättigung der Lösung in beiden Kesseln dauernd gleichbleibend und möglichst unverändert gleich erhalten werden, was beispielsweise dadurch geschehen kann, daß man Lösung aus dem ersten Kessel in den zweiten Kessel überströmen läßt und die unwesentlich dünnere Lösung aus letzterem in ersteren überpumpt, wobei zur Verminderung der Wärmeverluste wegen der verschiedenen Temperatur in den beiden Kesseln zweckmäßig ein Gegenstromvorwärmer oder ein gleichwertiges Mittel zwischengeschaltet wird.In order to make the described transformation of a heat gradient uninterrupted, the The saturation of the solution in both tanks is constant and as unchanged as possible can be obtained immediately, which can be done, for example, by adding solution from the first kettle to the second Can overflow boiler and the insignificantly thinner solution of the latter in the former overpumped, reducing heat loss due to the different temperature It is advisable to have a countercurrent preheater or an equivalent in the two boilers Medium is interposed.

Fig. ι zeigt in Umrissen als .Ausführungsbeispiel eine Anordnung zur Durchführung des neuen Verfahrens, wobei zur technischen Ausnutzung des umgeformten Wärmegefälles eine Dampfmaschine, angenommen ist. An die Stelle der Dampfmaschine können irgendwelche anderen technischen Vorrichtungen, wie Destillierapparate, Verdampfapparate o. dgl., treten.Fig. Ι shows an arrangement for implementation as .Example of the new process, with the technical exploitation of the deformed heat gradient a steam engine, is assumed. The steam engine can be replaced by any other technical devices, such as stills, evaporators or the like., occur.

In dem ersten Kessel α wird eine Lösung beispielsweise bei 10 Atm. mit 400⁰ C. Siedepunkt zum Sieden gebracht. Mit dem Hochdruckdampf wird eine Dampfmaschine b betrieben und der . mit Atmosphären druck abgehende Auspuffdampf in die Lösung des zweiten Kessels c geleitet, deren Sättigung durch fortwährenden Austausch mittels einer Pumpe/) annähernd gleich derjenigen im ersten Kessel gehalten wird. Es wird somit, nach dem Vorangegangenen, der Wärmeinhalt des in der zweiten Lösung niedergeschlagenen Abdampfes der Maschine annähernd mit 250⁰ C. wieder frei. Die Maschine b ist also durch ein bisher bei Dampfkesselbetrieb nutzlos abgedrosseltes Wärmegefälle von 400 bis 2_ςο° C. betrieben worden. Die mit 250⁰ C. abgehende Abwärme kann in beliebiger Weise, z. B. ebenfalls zum Dampfmaschinenbetrieb, weiter ausgenutzt werden.In the first vessel α a solution is, for example, at 10 atm. brought to the boil with 400 ^{0 C. boiling point.} A steam engine b is operated with the high pressure steam and the. exhaust steam leaving the atmosphere at atmospheric pressure is passed into the solution of the second boiler c , the saturation of which is kept approximately equal to that in the first boiler by continuous exchange by means of a pump /). It is thus, according to the foregoing, the heat content of the deposited solution in the second exhaust steam of the machine almost free again with 250 ^0C. The machine b has thus been operated by a heat gradient from 400 to 2_ςο ° C., which was previously uselessly throttled in steam boiler operation. The waste heat leaving at 250 ^° C. can be used in any way, e.g. B. also for steam engine operation, are further exploited.

Zur Regelung der Überströmung bzw. zur Aufrechterhaltung des Druckunterschiedes zwischen dem ersten und dem zweiten Kessel muß in die die gesättigte Lösung von dem ersteren nach dem letzteren führende Leitung ein Widerstand, z. B. in Form eines Druckminderungs- oder Schwimmerventils, eingeschaltet werden, der nicht mehr Lösung nach dem zweiten Kessel übertreten läßt, als der durch Eindampfen verringerten, aus dem zweiten Kessel nach dem ersten Kessel übergepumpten Lösungsmenge entspricht.To regulate the overflow or to maintain the pressure difference between the first and the second boiler must be in the the saturated solution of the the former after the latter leading line a resistor, z. B. in the form of a pressure reducing or float valve, which no longer dissolves from the second boiler than that reduced by evaporation Kettle after the first kettle corresponds to the amount of solution pumped over.

Ein Temperaturausgleich zwischen den beiden Kesseln wird dadurch vermieden, daß man die beiden zwischen den Kesseln übergehenden Ströme in einem Wärmeaustauscher, z.B. einem Gegenstromvorwärmer, aufeinander einwirken läßt, so daß jeder Kessel mit einer Lösung gespeist wird, die schon ungefähr seine Temperatur aufweist. Man kann auch durch Verwendung mehrerer VorrichtungenA temperature equalization between the two boilers is avoided by one the two streams passing between the boilers in a heat exchanger, e.g. a countercurrent preheater, can act on each other, so that each boiler with one Solution is fed, which is already approximately its temperature. One can also by using multiple devices

ein zwischen weit auseinander gelegenen Temperaturgrenzen zur Verfugung stehendes Wärmegefälle in eine Summe kleinerer, zwischen denselben Grenzen liegender Gefälle umformen, um beispielsweise große AVärmegefälle in Einzylindermaschinen, einstufigen Dampfturbinen, einfachen Verdampfvorrichtungen u. dgl. ausnutzen zu können.one available between widely spaced temperature limits Convert heat gradients into a sum of smaller gradients lying between the same limits, for example by large heat gradients in single-cylinder machines, single-stage steam turbines, simple evaporation devices to be able to take advantage of the like.

Ein Beispiel für eine solche Anordnung, beiAn example of such an arrangement at

ίο welcher ein zwischen den Temperaturen 300⁰ C. und 45⁰ C. verfügbares Wärmegefälle in drei gleiche Wärmegefälle von 180 bis ioo° C. umgeformt werden soll, zeigt Fig. 2. Zur Verwendung kommt hierbei eine Lösung, deren Siedepunkt bei 10 Atm. 300⁰ C. bzw. bei 1 Atm.' 180⁰C. bzw. bei 0,1 Atm. ioo° C. beträgt. Die Gegenstromvorwärmer, welche zwischen den Vorrichtungen α und c bzw. a' und c' eingeschaltet sind, sind der Einfachheit halber in der Zeichnung fortgelassen und nur die Umlaufsrohre gezeichnet worden. Die Kreise b deuten Vorrichtungen "zur Ausnutzung des umgeformten Wärmegefälles an. Durch j-ede dieser Vorrichtungen g'eht, abgesehen von denίο which a heat gradient available between the temperatures 300 ⁰ C. and 45 ⁰ C. is to be converted into three equal heat gradients from 180 to 100 ° C. is shown in FIG. 2. A solution is used here, the boiling point of which is 10 atm. 300 ⁰ C. or at 1 atm. ' 180 ^° C. or at 0.1 atm. ioo ° C. The countercurrent preheaters, which are connected between the devices α and c or a ' and c' , have been omitted in the drawing for the sake of simplicity and only the circulation pipes have been drawn. The circles b indicate devices for utilizing the deformed heat gradient. Through each of these devices, apart from the

Verlusten, eine Wärmemenge hindurch, die gleich der ursprünglich bei α zugeführten Wärmemenge ist, und es hat also gewissermaßen eine Umformung des zwischen 300⁰ C. und 45⁰ C. verfügbaren Wärmegefälles in.ein gleichwertiges Gefälle von etwa dreifacher Kapazität, jedoch nur ¹Z₃ Potentialdifferenz stattgefunden. Natürlich ist auch das Umgekehrte, also die Umformung eines., geringen Wärmegefälles . von großer Wärmekapazität in ein solches von großer Potentialdifferenz, bei entsprechend geringerer Wärmekapazität möglich.Losses, an amount of heat therethrough, which is equal to the initially supplied with α amount of heat, and so it has to some extent a transformation of the available between 300 ⁰ C and 45 ⁰ C. thermal gradient in.ein equivalent gradient of about three times the capacity, but only ¹ Z ₃ potential difference occurred. Of course, the reverse is also possible, i.e. the transformation of a small heat gradient. from a large heat capacity to one with a large potential difference, with a correspondingly lower heat capacity possible.

Die drei Vorrichtungen b, c. und c' können zu einer einzigen vereinigt oder in beliebiger anderer Weise unter sich, sowie mit anderen Vorrichtungen, beispielsweise mit solchen, die mit unmittelbaren Wärmegefällen arbeiten, vereinigt werden. Auch die im Beispiel nach Fig. ι angenommene Dampfmaschine läßt sich ohne weiteres mit einer die übrige Ausnutzung der gegebenen Wärme bewirkenden Maschine oder mit anderen technischen Vorrichtungen zur Ausnutzung des gesamten verfügbaren Wärmegefälles in beliebiger Weise verbinden. Auch steht nichts im Wege, zur beliebigen Unterteilung eines zur Verfügung stehenden Wärmegefälles mehrere Lösungen mit verschiedenen Siedepunkten zu verwenden. The three devices b, c . and c ' can be combined into a single one or in any other way with each other, as well as with other devices, for example with those which work with direct thermal gradients, can be combined. The steam engine assumed in the example according to FIG. 1 can easily be connected in any way with a machine which makes the rest of the utilization of the given heat or with other technical devices for utilizing the entire available heat gradient. Nothing stands in the way of using several solutions with different boiling points to subdivide an available heat gradient as desired.

Die beschriebene Umformung bietet noch den Vorteil, daß aus den hochsiedenden Lösungen naturgemäß überhitzter Dampf entweicht und daher besondere Überhitzer nicht erforderlich sind.The deformation described also offers the advantage that from the high-boiling solutions naturally superheated steam escapes and therefore special superheaters are not required are.

Das Verfahren ist auch dazu geeignet, Temperatursteigerungen beliebigen Ursprunges umzuformen.The method is also suitable for temperature increases of any origin to reshape.

Claims

Patent claim:

Process for converting heat gradients into equivalent, but technical Easier usable heat gradient using the process that solutions have a higher boiling point than that of the solvent Vapors of the latter at temperatures above the boiling point of the solvent under exposure . absorb the heat of evaporation of the solvent, characterized in that the outside of the respective technical usable limits of the available heat gradient for regeneration of steam of any voltage for technical utilization from the solution diluted by the addition of steam be used.

For this purpose ι sheet of drawings.