DE19702942A1 - Stromerzeugungsanlage mit offenem oder geschlossenen Kreislauf, vorzugsweise für Verwertung von Bio-Festbrennstoffen - Google Patents
Stromerzeugungsanlage mit offenem oder geschlossenen Kreislauf, vorzugsweise für Verwertung von Bio-FestbrennstoffenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Stromerzeugungsanlage mit offenem oder
geschlossenen Kreislauf, die sich besonders für die Verwertung von
Bio-Festbrennstoffen eignen soll.
Aus der OS DE 38 41 876 A1 ist ein Aufbau für derartige Anlagen
bekannt, deren Hauptaufgabe wie beschrieben darin besteht, daß
das Arbeitsmedium Gas in mehreren Stufen isothermisch, d. h. unter
Zwischenkühlung verdichtet wird, wobei keine Aussage über den
wünschenswerten Enddruck gemacht wird.
Dann soll das Gas über einen internen Wärmetauscher, der die Abwär
me des Abgases an die verdichtete Luft überträgt, aufgeheizt werden,
und dann soll das mit innerer oder äußerer Verbrennung zusätzlich
aufgeheizte Gas noch in mehreren Stufen mit Zwischenüberhitzung
noch zusätzlich erhitzt werden.
Dieser Aufbau bringt gewisse Nachteile mit sich, da durch die
Zwischenüberhitzung und den internen Gegenstromwärmetauscher ein
relativ hoher Aufwand betrieben werden muß, was die Anlage für den
Kunden verteuert, und was auch mehr Probleme in der Wärmeübertra
gung bringt.
Wird die verdichtete Luft im geschlossenen Kreislauf durch das
Abgas vorgeheizt, dann läßt sich die Wärme aus der Verbrennung
auch nicht mehr vollständig übertragen, wozu diese Schrift vor
schlägt, dann diese Wärme an die angesaugte Luft zu übertragen,
was noch einen zusätzlichen Wärmetauscher erfordert, und die Sache
noch einmal verteuert.
Die Ziele der Erfindung bestehen darin, einen wesentlich höheren
Wirkungsgrad als bei dieser Anlage zu erreichen, indem ein anderer
Prozeß durchlaufen wird.
Die Ziele der Erfindung werden dadurch erreicht, daß im offenen
Prozeß atmosphärische Luft, und im geschlossenen Prozeß ein ande
res günstiges Gas derart unter Zwischenkühlung in mindestens
4 Stufen verdichtet wird, daß der Verdichtungsenddruck sich in
der Nähe des kritischen Punktes der verwendeten Gase befindet.
Bei Luft liegt der kritische Druck bei 37, 66 bar, also müßte
in diesem Prozeß die Verdichtung immer bis ca. in diesen Bereich
betrieben werden.
Im Bereich des kritischen Punktes ist das Gas in der Lage, nach
Zuführung von Wärme und Entspannung die optimale Arbeit zu leis
ten, somit ist dieser Umstand zur Erreichung des gewünschten hohen
Wirkungsgrades meiner Anlage sehr wichtig.
Die Verwendung von mindestens 4 Verdichterstufen mit Zwischen
kühlung ist wichtig, um sich nahe an der idealen Isotherme zu
bewegen, da sonst auch die Verluste sehr ansteigen würden.
Bei der Entspannung des Gases wird eine Adiabate durchgeführt,
von ca. 1100° Cels. Höchsttemperatur des Gases auf ca. ein bar
Enddruck, wodurch dann die Temperatur bei 1 bar unter 100° Cels.
sinkt, und die Luft nicht mehr in einem zusätzlichen Wärmetauscher
abgekühlt werden muß, sondern direkt ins Freie gehen kann.
Dazu ist es notwendig, daß nicht mit Zwischenüberhitzung gearbeitet
wird, sondern nur ein einfacher Wärmetauscherstrang im Gegenstrom
verwendet wird, der die verdichtete Luft zwischen Verdichter und
ein oder mehrstufiger Entspannung aufheizt, auf ca. 1100° Cels.
Also nur diese eine Stelle, an der Wärme zugeführt wird.
Die Entspannung in einer Adiabate bringt auch einen höher Wirkungs
grad als bei Zwischenüberhitzung und ist viel sicherer durchzu
führen.
Da die Endtemperatur nach Verdichtung bei ca. 30 bis 70° Cels.
liegt, läßt sich also bequem das ganze Temperaturgefälle bei
äußerer Verbrennung im Gegenstrom an das Arbeitsgas übertragen,
so daß fast keine Wärme ungenutzt ins Freie geht.
Führt man diese Verdichtung bis zum kritischen Punkt durch, und
die Entspannung, bekommt man einen sehr einfachen und preisgünstigen
Prozeß mit bestem Wirkungsgrad, und liegt in der Materialbe
lastung doch noch viel niedriger, als die Dampfmaschinen bei
220 bis 250 bar Druck.
Im geschlossenen Kreislauf soll ein Gas verwendet werden, das
seinen kritischen Punkt bei ca. 70 bar hat, und das durchaus bei
ca. 30-40 bar dann kondensiert.
Ein anderer Umstand des Prozesses liegt darin, daß in den oberen
Verdichterstufen auch eine Teil- oder Vollkondensation des Gases
im geschlossenen Kreislauf erfolgen darf. Das flüssige Gas wird
dann über eine Pumpe in einen Flüssiggasvorratsbehälter gepumpt,
und flüssiges Gas wird auch zur Regelung der Anlage auf den Wärme
tauscher im geschlossenen Kreislauf gespritzt, so daß es verdampft
aber trotzdem im geschlossenen System bleibt. Durch Steuerung und
der Absaugung und Einspritzung kann man den Gesamtdruck der Anlage
Steuern.
Es wäre in der Praxis also ein Prozeß, wo sich das Gas erst nach
erreichen einen gewissen Druckes verflüssigt.
Dadurch könnte dann der Verdichtungsaufwand besonders niedrig
gehalten werden.
Also, je nach verwendetem Gas tritt keine, oder eine mehr oder
weniger starke Verflüssigung ein, auch abhängig von den Praxis
bedingungen. Aber bis in Nähe Kritischer Druck soll immer
verdichtet werden.
Meine Anlage zeichnet sich also durch folgende Punkte aus.
- 1. Isotherme Verdichtung in mindestens 4 Stufen bis Nähe kritischer Druck.
- 2. Übertragung der Wärme in nur einem Tauscherstrang ohne Zwischenüberhitzung bei Entspannung.
- 3. Adiabate Entspannung in ein oder mehreren Stufen bis ca. 1 bar und geringer Endtemperatur.
- 4. Endtemperatur im Abgas von höchstens 150° Cels. und keine Wärmeübertragung an das verdichtete Gas.
Die Abwärme des Prozesses aus Verdichtung und Abgasendtemperatur
kann an einen Heizkreislauf übertragen werden.
Im offenen oder geschlossenen Kreislauf wird das Gas über einen
Gegenstromwärmetauscher durch äußere Verbrennung erhitzt, kann
aber im offenen Kreislauf auch durch innere Verbrennung erhitzt
werden.
Es ist geplant u. Umständen Verdichter zu verwenden, die nach dem
Drehkolbenprinzip des Wankelmotors arbeiten, jeder Kolben betätigt
dabei 2 Verdichtungskammern, und der Auslaß wird über Ventile
gesteuert.
Durch die Wärmeübertragung in einem Gegenstromtauscherstrang
lassen sich in meiner Anlage Rauchgasaustrittstemperaturen von
unter 100° Cels. erreichen, und damit auch die Kondensationswärme
aus dem im Wasserdampf des Rauchgases enthaltenen Energie nutzen.
Das ist bei der DE 38 41 876 und anderen Maschinen nicht gegeben,
erhält seine Wichtigkeit bei äußerer Verbrennung und ist von sehr
großem energetischen Vorteil.
Der Brennofen besteht aus einer oder mehreren Röhren, von ca.
2 Meter bis ca. 4 Meter Länge die nebeneinander senkrecht stehend,
oder schräg stehend angebracht sind. Es können normale Druckfeste
Rohre verwendet werden.
In jeder dieser Röhren befindet sich ein röhrenförmiger Wärme
tauscher aus Keramik, mit geringerem Querschnitt, der mit Rippen
an innen und Außenwand versehen ist.
Dieser Keramiktauscher ragt unten und oben aus der Metallröhre
heraus. Die Metallröhren sind oben und unten Luft bzw. Druckdicht
mit der Keramikröhre verbunden, so daß der Zwischenraum zwischen
Metallröhre und Keramikröhre druckdicht ist.
In diese stehenden Röhren wird von oben das Brennmaterial über
Klappen und z. B. Schnecken eingeführt, die Klappen sofort wieder
geschlossen. Von unten wird über ein Gebläse frische Luft einge
blasen zur Verbrennung, und die Asche wird unten z. B. mechanisch
ausgetragen. Im Inneren der Keramikröhre findet also die Verbren
nung statt, und der Zwischenraum zwischen Metallröhre und Keramik
röhre wird vom hochverdichteten Gas im Gegenstrom durchflossen,
so daß der Arbeitsgasaustritt relativ weit unten aus der Metall
röhre stattfindet.
Durch diese Anordnung wird die Keramik nur auf Druck belastet,
die Stahlröhre aber auf Zug, was genau den Erfordernissen ent
spricht, da Keramik sehr druckfest ist.
Im Innern der Stahlröhre befindet sich noch eine Isolierung, die
das Rohr gegen das heiße Arbeitsgas schützt.
Auf jeder stehenden Röhre befindet sich ein kleiner Trichter, in
den das Brennmaterial fällt, und bei öffnen der Klappe in die
Röhre fällt.
Die Metallröhren sind sinnvollerweise außen nicht isoliert.
Hinter dieser Reihe stehender Metallröhren (Tauscher) befinden
sich einzelne nachgeschaltete Wärmetauscher, oder der Gasstrom
wird in einen oder zwei nachgeschalteten Wärmetauschern zusam
mengefaßt. Auch hier Gegenstrom.
- 1. Verdichter
- 2. Zwischenkühler
- 3. Brennofen mit Hochtemperatur Wärmetauscher.
- 4. Abgasrohr für Brenngase
- 5. Entspannungsmaschinen
- 6. Arbeitsgasauslaß
- 7. Arbeitsgaseinlaß.
- 1. rohrförmiger Außenmandel
- 2. Isolierschicht
- 3. Zwischenraum für Gaserhitzung
- 4. Keramikrippen
- 5. Keramikrohr
- 6. Auslaß für heißes Arbeitsgas
- 7. Gebläse
- 8. Festbrennstoffeinfülltrichter
- 9. Verbindungsrohr f. Brenngase
- 10. Verbindungsrohr f. Arbeitsgas z. B. Luft
- 11. Nachgeschalteter Niedertemperatur Wärmetauscher
- 12. Abgasrohr f. Brenngase.
Zu Zeichnung I. Das Arbeitsgas wird durch die Verdichter aus
dem Freien oder einen Vorratsbehälter angesaugt und unter
Zwischenkühlung durch die Kühler (2) isothermisch verdichtet.
Dann wird es im Brennofen (3) im Gegenstrom erhitzt, bzw. noch in
einem nachgeschalteten Wärmetauscher, und dann über die
Entspannungsmaschinen (5) Adiabat entspannt, unter Erzeugung
von mechanischer Leistung. Verbunden mit (5) ist ein Genera
tor und die Verdichter (1).
Mit Rauchgas ist die Luft gemeint, in der der Brennstoff ver
brennt. Abgas tritt am Ende der Entspannung aus der Entspannungs
maschine.
Claims (8)
1. Stromerzeugungsanlage mit offenen oder geschlossenen Kreis
lauf bei der eine isotherme Verdichtung erfolgt, und eine Wärme
übertragung bei gleichem Druck,
gekennzeichnet dadurch:
daß nahe an den kritischen Druck des jeweiligen Gases verdichtet wird,
daß mindestens vier Verdichterstufen verwendet werden, und das verwendete Gas bis ca. zur Höhe seines kritischen Druckes verdichtet wird. Danach erfolgt die vollständige Wärmeübertra gung in einem einzigen Gegenstromstrang, und danach die adiabate Entspannung ohne Zwischenüberhitzung. Geringe Abgasendtemperatur und keine Wärmeübertragung auf die verdichtete Luft in Zwischenüberhitzung.
daß nahe an den kritischen Druck des jeweiligen Gases verdichtet wird,
daß mindestens vier Verdichterstufen verwendet werden, und das verwendete Gas bis ca. zur Höhe seines kritischen Druckes verdichtet wird. Danach erfolgt die vollständige Wärmeübertra gung in einem einzigen Gegenstromstrang, und danach die adiabate Entspannung ohne Zwischenüberhitzung. Geringe Abgasendtemperatur und keine Wärmeübertragung auf die verdichtete Luft in Zwischenüberhitzung.
2. Stromerzeugungsanlage nach Oberbegriff,
gekennzeichnet dadurch:
daß im offenen Kreislauf auch mit innerer Verbrennung gearbeitet werden kann bzw. Kraftstoffeinspritzung in Brennkammer.
daß im offenen Kreislauf auch mit innerer Verbrennung gearbeitet werden kann bzw. Kraftstoffeinspritzung in Brennkammer.
3. Stromerzeugungsanlage nach Anspruch 1,
gekennzeichnet dadurch:
daß bei erreichen eines gewissen Druckes eine Teilverflüssigung oder Vollverflüssigung des Gases erfolgen kann, daß diese Flüssig keit über Pumpe abgesaugt wird, und in einen Flüssiggasvorrats behälter eingeleitet wird, oder direkt auf den heißen Wärmetauscher aufgespritzt wird, wo Verdampfung und Expansion erfolgt. Dies kann zur Drucksteuerung der Anlage verwendet werden.
daß bei erreichen eines gewissen Druckes eine Teilverflüssigung oder Vollverflüssigung des Gases erfolgen kann, daß diese Flüssig keit über Pumpe abgesaugt wird, und in einen Flüssiggasvorrats behälter eingeleitet wird, oder direkt auf den heißen Wärmetauscher aufgespritzt wird, wo Verdampfung und Expansion erfolgt. Dies kann zur Drucksteuerung der Anlage verwendet werden.
4. Stromerzeugungsanlage nach Oberbegriff,
gekennzeichnet dadurch:
daß ein Brennofen verwendet wird, der aus stehenden Metallröhren besteht, in deren Innern sich mit Rippen versehene Keramikröhren befinden, in deren Innern die Verbrennung erfolgt, und das Arbeits gas im Gegenstrom zum Luftstrom geführt wird. Die Keramikröhren werden von oben mit Brennmaterial beschickt, und unten wird die Asche entnommen und Frischluft zugeführt.
daß ein Brennofen verwendet wird, der aus stehenden Metallröhren besteht, in deren Innern sich mit Rippen versehene Keramikröhren befinden, in deren Innern die Verbrennung erfolgt, und das Arbeits gas im Gegenstrom zum Luftstrom geführt wird. Die Keramikröhren werden von oben mit Brennmaterial beschickt, und unten wird die Asche entnommen und Frischluft zugeführt.
5. Stromerzeugungsanlage nach Oberbegriff,
gekennzeichnet dadurch:
daß die nach den stehenden Metallröhren geschalteten Wärmetau scher auch aus Keramik bestehen können.
daß die nach den stehenden Metallröhren geschalteten Wärmetau scher auch aus Keramik bestehen können.
6. Stromerzeugungsanlage nach Oberbegriff,
gekennzeichnet dadurch:
daß die in Reihe geschalteten Verdichter nach dem Drehkolbenprin zip des Wankelmotors arbeiten, wobei jeder Drehkolben dann zwei Verdichtungskammern hat. Die Auslaßsteuerung erfolgt dabei sinnvollerweise über Ventile.
daß die in Reihe geschalteten Verdichter nach dem Drehkolbenprin zip des Wankelmotors arbeiten, wobei jeder Drehkolben dann zwei Verdichtungskammern hat. Die Auslaßsteuerung erfolgt dabei sinnvollerweise über Ventile.
7. Stromerzeugungsanlage nach Anspruch 1,
gekennzeichnet dadurch:
daß das Verfahren es ermöglicht die Rauchgasaustrittstemperatur bei gut unter 100° Cels. zu halten, und damit auch die Kondensati onswärme des im Rauchgas enthaltenen Wasserdampfes an das verdichtete Gas zu übertragen.
daß das Verfahren es ermöglicht die Rauchgasaustrittstemperatur bei gut unter 100° Cels. zu halten, und damit auch die Kondensati onswärme des im Rauchgas enthaltenen Wasserdampfes an das verdichtete Gas zu übertragen.
8. Stromerzeugungsanlage nach Oberbegriff,
gekennzeichnet dadurch:
daß die Röhren des Brennofens anstelle nebeneinander auch in einem Kreis angeordnet sein können, wobei der nachgeschaltete Wärmetauscher in der Mitte des Kreises oder außerhalb sein kann.
daß die Röhren des Brennofens anstelle nebeneinander auch in einem Kreis angeordnet sein können, wobei der nachgeschaltete Wärmetauscher in der Mitte des Kreises oder außerhalb sein kann.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997102942 DE19702942A1 (de) | 1997-01-28 | 1997-01-28 | Stromerzeugungsanlage mit offenem oder geschlossenen Kreislauf, vorzugsweise für Verwertung von Bio-Festbrennstoffen |
DE1997111246 DE19711246A1 (de) | 1997-01-28 | 1997-03-18 | Verbrennungskraftmaschine bzw. Stromerzeugungsanlage mit offenem Kreislauf, vorzugsweise für die Verbrennung von Bio-Festbrennstoffen |
EP98101368A EP0855500A1 (de) | 1997-01-28 | 1998-01-27 | Heissgasbetriebene Verbrennungskraftmaschine mit Rückgewinnung der Wärme aus dem Abgas |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997102942 DE19702942A1 (de) | 1997-01-28 | 1997-01-28 | Stromerzeugungsanlage mit offenem oder geschlossenen Kreislauf, vorzugsweise für Verwertung von Bio-Festbrennstoffen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19702942A1 true DE19702942A1 (de) | 1998-07-30 |
Family
ID=7818516
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1997102942 Withdrawn DE19702942A1 (de) | 1997-01-28 | 1997-01-28 | Stromerzeugungsanlage mit offenem oder geschlossenen Kreislauf, vorzugsweise für Verwertung von Bio-Festbrennstoffen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19702942A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008026955A2 (en) * | 2006-05-23 | 2008-03-06 | Jacek Skalmierski | A method for generation of mechanical energy by means of internal combustion traction |
DE202011001806U1 (de) | 2011-01-22 | 2011-03-31 | Tomic, Michael | Stromerzeugung durch das integrieren einer Kugelturbine in ein speziell gefertigtes Rohrgehäuse zur Nutzbarmachung von fließenden Stoffen. |
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-
1997
- 1997-01-28 DE DE1997102942 patent/DE19702942A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
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