DE202013008115U1 - Device for injecting liquids - Google Patents

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    • F01K5/02—Plants characterised by use of means for storing steam in an alkali to increase steam pressure, e.g. of Honigmann or Koenemann type used in regenerative installation

Abstract

Einrichtung zur Einspritzung einer Flüssigkeit sowie Verfahren zur annähernd isothermen Verdichtung, – bestehend aus einem zusätzlichen elektrisch angesteuerten Einspritzventil 1 im Zylinderkopf 10 mit elektronischem Steuergerät 7 und Vorratsbehälter 3 – wobei die Flüssigkeit aus einem Kälte- bzw. Kühlmittel besteht, das entweder nach der Einspritzung verdampft oder ggfs. in der Flüssigphase verbleibt, und in beiden Fällen das Gas im Verdichtungshub z. B. bei CO2 auf eine Temperatur über 32°C und unter 40°C kühlt und damit zu einer annähernd isothermen Verdichtung führt, – wobei die Ansteuerung des Einspritzventils 1 durch das Steuergerät 7 mittels eines Sensorsignals 9 für die Kurbelwellenlage ausgelöst wird, – wobei die Menge des eingespritzten flüssigen Kühlmittels vom Steuergerät durch die Impulslänge des Ansteuersignals für das Ventil eingestellt wird, – und die Impulslänge wahlweise drehzahlabhängig fest vorgegeben oder vom Steuergerät 7 mit Hilfe des Sensorsignals 6 eines Temperatursensors geregelt wird.Device for injecting a liquid and method for approximately isothermal compression, - consisting of an additional electrically controlled injector 1 in the cylinder head 10 with electronic control unit 7 and reservoir 3 - wherein the liquid consists of a refrigerant or refrigerant, which evaporates either after injection or, if necessary. In the liquid phase remains, and in both cases, the gas in the compression stroke z. B. in CO2 to a temperature above 32 ° C and below 40 ° C and thus cooling leads to an approximately isothermal compression, - the triggering of the injector 1 is triggered by the control unit 7 by means of a sensor signal 9 for the crankshaft position, - Quantity of the injected liquid coolant from the control unit by the pulse length of the drive signal for the valve is set, - and the pulse length optionally speed-dependent fixed or controlled by the control unit 7 by means of the sensor signal 6 of a temperature sensor.

Description

In der Vergangenheit erfolgte die Energieversorgung weitgehend zentral, das heißt, die Energie wurde überwiegend in Großkraftwerken erzeugt und Energieverteilungsnetze im Hinblick auf eine zentrale Energieeinspeisung hin ausgelegt. In jüngerer Zeit werden an die Energieverteilungsnetze vermehrt dezentrale Energieerzeugungseinrichtungen insbesondere zur Nutzung regenerativer Energiequellen angeschlossen, zum Beispiel Windenergie- oder Photovoltaikanlagen. Da diese Energieerzeugungseinrichtungen häufig nicht in der Hand der Betreiber des Energieverteilungsnetzes liegen, kann durch die Netzbetreiber nicht beeinflusst werden, zu welchen Zeitpunkten und in welcher Menge Energie in das Energieverteilungsnetz eingespeist wird. Hierdurch kann eine Situation eintreten, in welcher die Kapazitäten der Leitungen des Energieverteilungsnetzes nicht mehr an die tatsächliche Energiesituation angepasst sind. Der forcierte Einsatz dezentraler Energieerzeugung erfordert mittel- bis langfristig neue Strategien zur Steuerung von Energieerzeugung und -verbrauch sowie größere Kapazitäten zur Zwischenspeicherung von Energie.In the past, the energy supply was largely central, that is, the energy was generated mainly in large power plants and laid out energy distribution networks with regard to a central energy supply. More recently, decentralized energy generation facilities, in particular for the use of renewable energy sources, for example wind energy or photovoltaic systems, are increasingly being connected to the energy distribution grids. Since these power generation facilities are often not in the hands of the operators of the power distribution network, can not be influenced by the network operators, at what times and in what amount of energy is fed into the power distribution network. This may result in a situation in which the capacities of the lines of the power distribution network are no longer adapted to the actual energy situation. The forced use of decentralized energy generation requires new strategies for the control of energy production and consumption over the medium to long term, as well as greater capacity for intermediate storage of energy.

Eine Möglichkeit zur Abschwächung dieses Problems kann darin gesehen werden, bei dezentralen Energieerzeugern Einrichtungen zur temporären Speicherung zur Verfügung stehender, aber momentan vor Ort nicht verbrauchbarer elektrischer Energie vorzusehen.One way to mitigate this problem may be seen as providing decentralized power generators with means for temporary storage of available but momentarily non-consumable electrical energy.

Eine von mehreren Möglichkeiten zur Realisierung elektrischer Energiespeicher (siehe z. B. Haisheng Chen, Thang Ngoc Cong, Wei Yang, Chunqing Tan, Yongliang Li, Yulong Ding, ”Progress in electrical energy storage system: A critical review”, Progress in Natural Science 19(2009) 291–312 ) stellen Druckluftspeicher dar, die bisher jedoch hauptsächlich als größere Anlagen, so genannte Druckluftspeicherkraftwerke, realisiert wurden. Das Prinzip derartiger Druckluftspeicherkraftwerke ist beispielsweise in der freien Enzyklopädie Wikipedia auf der Internet-Seite de.wikipedia.org/wiki/druckluftspeicherkraftwerk beschrieben. Druckluftspeicherkraftwerke sind Speicherkraftwerke, in denen Druckluft als Medium für die Energiespeicherung verwendet wird. Sie dienen zur Netzregelung wie beispielsweise zur Bereitstellung von Regelleistung: Wenn mehr Strom produziert als verbraucht wird, wird mit der überschüssigen Energie Luft unter Druck in einen Speicher gepumpt; bei Strombedarf wird mit der Druckluft in einer Turbine Strom produziert.One of several possibilities for implementing electrical energy stores (see, for example, US Pat. Haisheng Chen, Thang Ngoc Cong, Wei Yang, Chunqing Tan, Yongliang Li, Yulong Ding, Progress in Electrical Energy Storage System: A Critical Review, Progress in Natural Science 19 (2009) 291-312 ) represent compressed air storage, which were previously but mainly as larger systems, so-called compressed air storage power plants, realized. The principle of such compressed air storage power plants is described for example in the free encyclopedia Wikipedia on the Internet page de.wikipedia.org/wiki/druckluftspeicherkraftwerk. Compressed-air storage power plants are storage power plants in which compressed air is used as the medium for energy storage. They serve to regulate the network such as, for example, to provide control power: when more power is produced than consumed, the excess energy is used to pump air under pressure into a reservoir; When power is required, electricity is produced by compressed air in a turbine.

Ein Druckluftspeicher für kleinere Anlagen, das heißt Windkraft- oder Photovoltaikanlagen von kleiner bis mittlerer Größe mit Spitzenleistungen von 5 kW bis zu einigen 100 kW, z. B. wie in der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2012 010 190.0 dargestellt, umfasst einen Kompressor mit Elektromotor, Behälter für Druckluft und eine(n) Druckluftturbine/-motor mit gekoppeltem Generator. Derartige Energiespeicher finden bisher kaum Anwendung. Einer von mehreren Gründen ist die geringe Effizienz bei der Kompression der Druckluft (auch als Verdichtung bezeichnet).A compressed air storage for smaller systems, that is wind power or photovoltaic systems of small to medium size with peak power from 5 kW to some 100 kW, z. B. as in the utility model DE 20 2012 010 190.0 includes a compressor with electric motor, compressed air tank and a compressed air turbine / motor with coupled generator. Such energy storage found hitherto little application. One of several reasons is the low efficiency of compression of the compressed air (also referred to as compression).

Folgende Zitate aus der Literatur stellen die Anwendung von Druckluft als Energiespeicher zudem vordergründig in Frage: ”Bei isothermer Verdichtung ... d. h. die gesamte dem Verdichter zugeführte technischen Arbeit ... muss in Wärmeform ... abgeführt werden. (Engel, Ludolf [Herausgeber], ”Drucklufthandbuch”, Vulkan-Verlag Dr. W. Classen, Essen, 1971, S. 14) und ”Because there is no change in internal energy or enthalpy in an isothermal process, the heat transfer is equal to the work ...” (Borgnakke, Claus 1 Sonntag, Richard E. „Fundamentals of Thermodynamics”, John Wiley&Sons Inc., NY, 2009, p. 273) . Als Konsequenz müssen wir annehmen, dass im komprimierten Gas keine mechanische Energie im physikalischen Sinn gespeichert sein kann, wie z. B. bei einer gespannten Feder. Die später beim Entspannen des Gases gewonnene mechanische Energie wird aus der Umgebungswärme und/oder dem Wärmegehalt des Gases konvertiert, womit, wie bekannt, dessen Abkühlung verbunden ist (siehe auch Simons, Theodore, ”Compressed Air”, McGraw-Hill Book Company Inc., New York and London, 1921, p. 113–120 ).The following quotes from the literature also question the use of compressed air as energy storage superficially: "In isothermal compression ... ie all the technical work supplied to the compressor ... must be dissipated in heat form .... (Engel, Ludolf [Editor], "Drucklufthandbuch", Vulkan-Verlag Dr. W. Classen, Essen, 1971, p. and (Borgnakke, Claus 1 Sunday, Richard E. "Fundamentals of Thermodynamics", John Wiley & Sons Inc., NY.) "Because there is no change in internal energy or enthalpy in an isothermal process." , 2009, p.273) , As a consequence, we must assume that in the compressed gas no mechanical energy can be stored in the physical sense, such. B. at a tensioned spring. The mechanical energy recovered later on relaxing the gas is converted from the ambient heat and / or the heat content of the gas, with which, as is known, its cooling is connected (see also FIG Simons, Theodore, "Compressed Air," McGraw-Hill Book Company Inc., New York and London, 1921, p. 113-120 ).

Aus der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2012 010 190.0 ist bekannt, dass heute handelsübliche Kleinkompressoren um 100 l/min Luftleistung, wie sie z. B. zum Füllen von Tauchflaschen verwendet werden, nur einen Ein-/Ausgangs-Wirkungsgrad (elektrische Energie zu Druckluftenergie) zwischen 20% und 30% aufweisen.From the utility model DE 20 2012 010 190.0 It is known that today small commercial compressors to 100 l / min air flow, as z. B. are used to fill dipping bottles, only have an input / output efficiency (electrical energy to compressed air energy) between 20% and 30%.

Bei der Betrachtung der Energieeffizienz von Kompressoren/Verdichtern sind thermodynamische Gesetzmäßigkeiten zu beachten: z. B. ist der Energieaufwand bei der Kompression von Gasen ”ein sich selbstverstärkender Prozess”. Denn bei der Kompression erwärmt sich das Gas (siehe Fahrrad-Luftpumpe) => der Druck steigt => es muss mehr mechanische Energie zugeführt werden, die zum Teil wieder in Wärme umgewandelt wird => Druck und Temperatur steigen weiter => usw. Bei der sogenannten ”isothermen” Kompression müsste die geringste Wärmemenge abgeführt werden (siehe z. B. Engel, Ludolf [Herausgeber], ”Drucklufthandbuch”, Vulkan-Verlag Dr. W. Classen, Essen, 1971, S. 14) . Dieser Idealzustand ist aber bis heute technisch nicht zu erreichen. Die heute übliche ”Nachkühlung” bzw. „Zwischenkühlung” nach bzw. zwischen den Kompressionsstufen ist allerdings bezüglich Effizienz auch nicht zielführend, da dann ja schon ein hoher Anteil mechanischer Energie in die Erwärmung geflossen ist!When considering the energy efficiency of compressors / compressors, thermodynamic laws must be taken into account: eg. For example, the energy required to compress gases is "a self-reinforcing process". Because with the compression the gas warms up (see bicycle air pump) => the pressure rises => it must be supplied more mechanical energy, which is partly converted back into heat => pressure and temperature continue to rise => etc. With the so-called "isothermal" compression, the lowest amount of heat would have to be dissipated (see eg Engel, Ludolf [Editor], "Drucklufthandbuch", Vulkan-Verlag Dr. med. W. Classen, Essen, 1971, p. 14) , However, this ideal state is technically impossible to achieve today. However, today's "post-cooling" or "intermediate cooling" after or between the compression stages is not effective in terms of efficiency, since then already a high proportion of mechanical energy has flowed into the heating!

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kompressionswärme schon im Augenblick des Entstehens, das heißt während des Kompressionshubs abzuführen. Damit kommt der Prozess näher an die Isothermie und die Effizienz steigt deutlich. The invention has for its object to dissipate the heat of compression already at the moment of emergence, that is, during the compression stroke. This brings the process closer to isothermal and efficiency increases significantly.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bisher mehrere Verfahren bekannt, die alle einen erheblichen zusätzlichen Aufwand bedeuten:

  • • Erhöhung der Zylinderzahl und damit eine Erniedrigung der Drehzahl bei gleicher Luftleistung. Die dadurch erreichte längere Gasverweilzeit und vergrößerte Oberfläche führt zu einer verbesserten Wärmeabfuhr.
  • • Erhöhung der inneren Oberfläche im Verdichtungsraum durch Anbringen gepaarter Kühlrippen/Nuten, wie z. B. in Keller, A. und Keller, N., DE 27 36 472 , 1977, vorgeschlagen
  • • Einspritzen von Wasser als Kühlflüssigkeit während des Kompressionshubes bzw. des Verdichtungsvorgangs, siehe u. a. Keller, Jakob (ALSTOM Technology LTD), ”Verfahren zur isothermen Kompression von Luft sowie Düsenanordnung zur Durchführung des Verfahrens”, EP 990801 B1 , 30.09.1998 oder Coney, M. W. | Stephenson, P. | Malmgren, A. | Linnemann, C. I Morgan, R. E | Richards, R. A. | Huxley, R. | and Abdallah, H. | „Development of a Reciprocating Compressor Using Water Injection to Achieve Quasi-Isothermal Compression”, International Compressor Engineering Conference, Purdue University, UK, 2002.
To solve this problem, several methods are known so far, all of which mean a considerable additional effort:
  • • Increasing the number of cylinders and thus lowering the speed while maintaining the same air flow. The thus achieved longer gas residence time and increased surface area leads to improved heat dissipation.
  • • Increasing the inner surface in the compression chamber by attaching paired cooling fins / grooves, such. In basement, A. and Keller, N., DE 27 36 472 , 1977, proposed
  • • Injection of water as cooling liquid during the compression stroke or the compression process, see, inter alia, Keller, Jacob (ALSTOM Technology LTD), "Method for the isothermal compression of air and nozzle arrangement for carrying out the method", EP 990801 B1 , 30.09.1998 or Coney, MW | Stephenson, P. | Malmgren, A. | Linnemann, C. I Morgan, R. E | Richards, RA | Huxley, R. | and Abdallah, H. | "Development of a Reciprocating Compressor Using Water Injection to Achieve Quasi-Isothermal Compression", International Compressor Engineering Conference, Purdue University, UK, 2002.

In der Erfindung wird die dritte Methode verwendet, jedoch wird im Anspruch 1 anstelle des in der Flüssigphase verbleibenden Wassers, das wieder aus dem genutzten Ausgangs-Gasstrom entfernt werden muss, zur Kühlung (ähnlich wie bei der Benutzung eines Kältesprays) als Flüssigkeit ein Kältemittel, z. B. CO2, eingespritzt, welches schon bei niedrigen Temperaturen verdampft. Wird ein geringer Temperaturanstieg zugelassen, so kann z. B. das Kältemittel CO2 (kritischer Punkt 31,3°C, 73,8 bar) mindestens bis zu einem Kompressionsdruck von ca. 60 bar, das heißt in den ersten beiden Stufen eines mehrstufigen Verdichters verwendet werden. Bei geeigneter Abgasführung des Druckluftspeichers oder besser noch bei bestimmten weiteren Anwendungen (z. B. Verdichter für das Gas CO2 selbst, Methanverdichter für Verflüssigung von Erdgas (LNG) oder bei der Luftverflüssigung) kann das verdampfte Kältemittel im genutzten Ausgangs-Gasstrom verbleiben. Damit ist eine erhebliche Vereinfachung des technischen Aufwands verbunden. Bei den letztgenannten Anwendungen entspricht das erfindungsgemäße Verfahren der Rückführung eines Teils des erzeugten verflüssigten Gases zum Einspritzventil mit Hilfe einer den Druck erhöhenden hydraulischen Pumpe.In the invention, the third method is used, but in claim 1 instead of the liquid remaining in the liquid phase, which must be removed again from the used output gas stream, for cooling (similar to the use of a cold spray) as a liquid refrigerant, z. As CO 2 , injected, which evaporates even at low temperatures. If a slight increase in temperature is allowed, then z. B. the refrigerant CO 2 (critical point 31.3 ° C, 73.8 bar) at least up to a compression pressure of about 60 bar, that is, be used in the first two stages of a multi-stage compressor. If the compressed air reservoir is suitably exhausted, or even better for certain other applications (eg compressor for the gas CO 2 itself, methane compressor for liquefaction of natural gas (LNG) or for air liquefaction), the vaporized refrigerant can remain in the used outlet gas flow. This is associated with a considerable simplification of the technical effort. In the latter applications, the method according to the invention corresponds to the return of a part of the liquefied gas produced to the injection valve by means of a pressure-increasing hydraulic pump.

Im folgenden Abschnitt wird noch beispielhaft auf die betriebswirtschaftliche Seite der Erfindung eingegangen. Anwendung: Verdichter zur Verflüssigung von CO2
Verdampfungswärme CO2 = –159,2 Wh/kg.
Energiebedarf konventioneller Verdichter (60 bar, η = 30%):
Wel ≈ 100/30·57,9 Wh/kg = 193,0 Wh/kg.
Wärmeabgabe im isothermen Fall: Wisoth = 57,9 Wh/kg, diese Wärmemenge entspricht der Verdampfung von 363 g eingespritztem flüssigem CO2 . Die resultierende mögliche Einsparung elektrischer Energie (Annahme: η = 90% würde erreicht) beträgt unter Berücksichtigung des Mehraufwands an Energie für die rückgeführten Menge des Kältemittels:
ΔWel ≈ 0,9·(193,0 Wh/kg – 1,365·57,9 Wh/kg) = 114 Wh/kg. Dies entspräche einer Energiekosteneinsparung von etwa 59% bei einer geringen Erhöhung der Investitionskosten.In the following section, the business side of the invention will be described by way of example. Application: compressor for the liquefaction of CO 2
Heat of evaporation CO 2 = -159.2 Wh / kg.
Energy requirement of conventional compressors (60 bar, η = 30%):
W el ≈ 100/30 · 57.9 Wh / kg = 193.0 Wh / kg.
Heat output in the isothermal case: W isoth = 57.9 Wh / kg, this amount of heat corresponds to the evaporation of 363 g of injected liquid CO 2 . The resulting potential saving of electrical energy (assumption: η = 90% would be achieved) is, taking into account the additional energy required for the amount of refrigerant returned:
ΔW el ≈ 0.9 × (193.0 Wh / kg - 1.365 × 57.9 Wh / kg) = 114 Wh / kg. This would correspond to an energy cost savings of about 59% with a small increase in investment costs.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.Reference to the drawing, in which an embodiment of the invention is shown, the invention and refinements and advantages are explained in more detail below.

In der Figur wird die erfindungsgemäße Einrichtung zur Einspritzung einer Flüssigkeit schematisch dargestellt. Diese besteht aus einem zusätzlichen elektrisch angesteuerten Einspritzventil 1 z. B. im Zylinderkopf eines Kolben-Kompressors 10 mit elektronischem Steuergerät 7 und Vorratsbehälter 3 mit Rohrleitung 4 für die Flüssigkeit. Gegebenenfalls wird als Flüssigkeit das Ausgangsprodukt eines Gas-Verflüssigungsprozesses (nicht dargestellt) mit Hilfe einer hydraulischen Pumpe 2 zur Druckerhöhung teilweise rückgeführt. Der Ansteuerimpuls 5 des Einspritzventils 1 wird durch das Steuergerät 7 mittels eines Sensorsignals 9 z. B. für die Kurbelwellenlage ausgelöst, wobei das Steuergerät die Menge der eingespritzten Flüssigkeit durch die Impulslänge des Ansteuersignals für das Ventil bestimmt. Die Impulslänge wird wahlweise drehzahlabhängig fest vorgegeben oder mit Hilfe des Sensorsignals 6 eines Temperatursensors vom Steuergerät geregelt. Eine weitere Aufgabe des Steuergerätes 7 ist die Überwachung von Fülldruck bzw. -stand der Flüssigkeit im Vorratsbehälters 3 mittels eines Sensorsignals 8.In the figure, the device according to the invention for injecting a liquid is shown schematically. This consists of an additional electrically controlled injection valve 1 z. B. in the cylinder head of a piston compressor 10 with electronic control unit 7 and reservoir 3 with piping 4 for the liquid. Optionally, as the liquid, the starting product of a gas liquefaction process (not shown) by means of a hydraulic pump 2 partially recirculated to increase the pressure. The drive pulse 5 of the injection valve 1 is through the control unit 7 by means of a sensor signal 9 z. B. triggered for the crankshaft position, wherein the controller determines the amount of liquid injected by the pulse length of the drive signal for the valve. The pulse length is either fixed speed dependent fixed or using the sensor signal 6 a temperature sensor controlled by the controller. Another task of the control unit 7 is the monitoring of filling pressure or level of the liquid in the reservoir 3 by means of a sensor signal 8th ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

Figur

1
Schnellschaltendes Einspritzventil
2
Hydraulische Pumpe (Option)
3
Vorratsgefäß für das flüssige Kältemittel
4
Zuleitungsrohr zum Einspritzventil
5
Steuersignal für 1
6
Sensorsignal Temperatur
7
Elektronisches Steuergerät
8
Sensorsignal Behälterdruck/oder -füllstand von 3
9
Sensorsignal Kurbelwellenstellung
10
Zylinderkopf (Beispiel für einen Kolbenkompressor, schematische Darstellung ohne Ein- und Auslässe)
11
Kolben (Beispiel für einen Kolbenkompressor)
12
Zylindermantel (Beispiel für einen Kolbenkompressor)
figure
1
Quick-acting injection valve
2
Hydraulic pump (option)
3
Storage vessel for the liquid refrigerant
4
Supply pipe to the injection valve
5
Control signal for 1
6
Sensor signal temperature
7
Electronic control unit
8th
Sensor signal Tank pressure / or level of 3
9
Sensor signal crankshaft position
10
Cylinder head (example of a piston compressor, schematic diagram without inlets and outlets)
11
Piston (example of a reciprocating compressor)
12
Cylinder shell (example of a piston compressor)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 202012010190 [0004, 0006] DE 202012010190 [0004, 0006]
  • DE 2736472 [0009] DE 2736472 [0009]
  • EP 990801 B1 [0009] EP 990801 B1 [0009]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Haisheng Chen, Thang Ngoc Cong, Wei Yang, Chunqing Tan, Yongliang Li, Yulong Ding, ”Progress in electrical energy storage system: A critical review”, Progress in Natural Science 19(2009) 291–312 [0003] Haisheng Chen, Thang Ngoc Cong, Wei Yang, Chunqing Tan, Yongliang Li, Yulong Ding, Progress in Electrical Energy Storage System: A Critical Review, Progress in Natural Science 19 (2009) 291-312 [0003]
  • ”Bei isothermer Verdichtung ... d. h. die gesamte dem Verdichter zugeführte technischen Arbeit ... muss in Wärmeform ... abgeführt werden. (Engel, Ludolf [Herausgeber], ”Drucklufthandbuch”, Vulkan-Verlag Dr. W. Classen, Essen, 1971, S. 14) [0005] "In isothermal compression ... ie all the technical work supplied to the compressor ... must be dissipated in heat form .... (Engel, Ludolf [Editor], "Drucklufthandbuch", Vulkan-Verlag Dr. W. Classen, Essen, 1971, p 14) [0005]
  • ”Because there is no change in internal energy or enthalpy in an isothermal process, the heat transfer is equal to the work ...” (Borgnakke, Claus 1 Sonntag, Richard E. „Fundamentals of Thermodynamics”, John Wiley&Sons Inc., NY, 2009, p. 273) [0005] (Borgnakke, Claus 1 Sunday, Richard E. "Fundamentals of Thermodynamics", John Wiley & Sons Inc., NY.) "Because there is no change in internal energy or enthalpy in an isothermal process." , 2009, p.273) [0005]
  • Simons, Theodore, ”Compressed Air”, McGraw-Hill Book Company Inc., New York and London, 1921, p. 113–120 [0005] Simons, Theodore, "Compressed Air," McGraw-Hill Book Company Inc., New York and London, 1921, p. 113-120 [0005]
  • Engel, Ludolf [Herausgeber], ”Drucklufthandbuch”, Vulkan-Verlag Dr. W. Classen, Essen, 1971, S. 14) [0007] Engel, Ludolf [Editor], "Drucklufthandbuch", Vulkan-Verlag Dr. med. W. Classen, Essen, 1971, p. 14) [0007]

Claims (6)

Einrichtung zur Einspritzung einer Flüssigkeit sowie Verfahren zur annähernd isothermen Verdichtung, – bestehend aus einem zusätzlichen elektrisch angesteuerten Einspritzventil 1 im Zylinderkopf 10 mit elektronischem Steuergerät 7 und Vorratsbehälter 3 – wobei die Flüssigkeit aus einem Kälte- bzw. Kühlmittel besteht, das entweder nach der Einspritzung verdampft oder ggfs. in der Flüssigphase verbleibt, und in beiden Fällen das Gas im Verdichtungshub z. B. bei CO2 auf eine Temperatur über 32°C und unter 40°C kühlt und damit zu einer annähernd isothermen Verdichtung führt, – wobei die Ansteuerung des Einspritzventils 1 durch das Steuergerät 7 mittels eines Sensorsignals 9 für die Kurbelwellenlage ausgelöst wird, – wobei die Menge des eingespritzten flüssigen Kühlmittels vom Steuergerät durch die Impulslänge des Ansteuersignals für das Ventil eingestellt wird, – und die Impulslänge wahlweise drehzahlabhängig fest vorgegeben oder vom Steuergerät 7 mit Hilfe des Sensorsignals 6 eines Temperatursensors geregelt wird.Device for injecting a liquid and method for approximately isothermal compression, - consisting of an additional electrically controlled injection valve 1 in the cylinder head 10 with electronic control unit 7 and reservoir 3 - Where the liquid consists of a refrigerant or refrigerant, which evaporates either after injection or possibly. In the liquid phase remains, and in both cases, the gas in the compression stroke z. B. in CO 2 to a temperature above 32 ° C and below 40 ° C and thus leads to an approximately isothermal compression, - wherein the control of the injector 1 through the control unit 7 by means of a sensor signal 9 is triggered for the crankshaft position, - wherein the amount of liquid refrigerant injected by the control unit by the pulse length of the drive signal for the valve is set, - and the pulse length optionally speed-dependent fixed or specified by the control unit 7 with the help of the sensor signal 6 a temperature sensor is controlled. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eingespritzte und verdampfte Flüssigkeit im Ausgangs-Gasstrom verbleibt,Device according to claim 1, characterized in that the injected and vaporized liquid remains in the starting gas stream, Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeit das Ausgangsprodukt eines Gas-Verflüssigungsprozesses ggfs. mit Hilfe einer hydraulischen Pumpe 2 zur Druckerhöhung teilweise rückgeführt wird,Device according to claim 1 and 2, characterized in that as liquid, the starting material of a gas-liquefaction process if necessary. With the aid of a hydraulic pump 2 partially recirculated to increase the pressure, Einrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeit ein umweltneutrales und preisgünstiges Kältemittel, wie z. B. CO2 verwendet wird.Device according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the liquid is an environmentally neutral and inexpensive refrigerant such. B. CO 2 is used. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeit kryotechnisch verflüssigtes Methan verwendet wird.Device according to claim 1, 2 and 3, characterized in that as a liquid cryogenically liquefied methane is used. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeit kryotechnisch verflüssigte Luft verwendet wird.Device according to claim 1, 2 and 3, characterized in that as a liquid cryogenically liquefied air is used.
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