DE2358959A1 - Pressure liquefied work fluid - used for mechanical or electrical energy and re-cycled after cooling - Google Patents
Pressure liquefied work fluid - used for mechanical or electrical energy and re-cycled after coolingInfo
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Abstract
Description
Gewinnung von mechanischer Energie aus Wärmereservoiren niedriger Temperatur unter Verwendung druckverf lUssigter Arbeitsstoffe.Extraction of mechanical energy from heat reservoirs lower Temperature using pressurized working materials.
In einer Zeit bedrohlich abnehmender Brennstoffreserven und einer gleichzeitig steigenden Abgasbelastung der Umwelt stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe,mechanische Arbeit aus Wärmereservoiren zu gewinnen,die mit den bisher üblichen Wärmekraftmasehinenprozessen wegen fehlenden Druekgefälles oder wegen ihrer zu niedrigen Temperatur nicht genutzt werden können,um u.a. aus der daraus resultierenden Einsparungsmöglichkeit an Brennstoff eine Abgasentlastung der Umwelt herbeizuführen.At a time of threateningly diminishing fuel reserves and one At the same time increasing exhaust gas pollution of the environment, the present invention sets itself the task of mechanical work from heat reservoirs to win that with the previously usual thermal power machine processes because of the lack of pressure gradient or because of their too low Temperature cannot be used to, among other things, get out of it resulting savings in fuel an exhaust gas relief the environment.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Umwandlung der Kondensationswärme von Dämpfen einer Kondensationstemperatur bis etwa■-. 1000C und der Wärmeenergie von Abwässern oder anderen flüssigen Stoffen und Lösungen,Emulsionen und Dispersionen einer Temperatur von 20 bis 100°C,insbesondere von J50 bis 750C,in mechanische Energie, das dadurch gekennzeichnet ist,daß von diesen anorganischen uni/oder organischen Stoffen druckverflüssigten Arbeitsstoffen einer kritischen Temperatur zwischen 20 und 1000G Wärmemengen zugeführt werden und die hierbei im Temperaturbereich der kritischen Temperatur erfolgende räumliche Ausdehnung der flüssigen Arbeitsstoffe zur Arbeitsleistung verwendet wird.The invention relates to a method for converting the heat of condensation of vapors with a condensation temperature of up to about ■ -. 100 0 C and the thermal energy of wastewater or other liquid substances and solutions, emulsions and dispersions at a temperature of 20 to 100 ° C, in particular from J50 to 75 0 C, in mechanical energy, which is characterized in that of these inorganic uni / or organic substances are supplied to pressure-liquefied working materials at a critical temperature between 20 and 100 0 G of heat and the spatial expansion of the liquid working materials taking place in the temperature range of the critical temperature is used for work performance.
Als druokverflüssigte Arbeitsstoffe eignen sieh im Prinzip grundsätzlich solche Stoffe,und zwar unabhängig von deren chemischen Konstitution, die eine kritische Temperatur zwischen 20 und 1000C aufweisen. Beispiele derartiger druekverflüssigter und erfindungsgemäß geeigneter Arbeitsstoffe sind z.B. Chlortrifluormethan,Kohlendioxyd, Ϊthan,Acetylen,Stickoxydul,Methylfluorid,Chlorwasserstoff und Bromtrifluormethan.Die kritische Temperatur der genannten Stoffe wird aus der nachfolgenden Tabelle ersichtlich:As druokverflüssigte check agents are, in principle, in principle those materials, regardless of their chemical constitution, which have a critical temperature between 20 and 100 0 C. Examples of such pressurized and liquefied working substances suitable according to the invention are, for example, chlorotrifluoromethane, carbon dioxide, ethane, acetylene, nitrogen oxide, methyl fluoride, hydrogen chloride and bromotrifluoromethane. The critical temperature of the substances mentioned is shown in the table below:
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Gemäß der Erfindung wird hierbei bevorzugt,daß die räumliche Ausdehnung von Kohlendioxyd und '4than zur Arbeitsleistung verwendet wird. Beide Stoffe sind ehemiseh inert und stehen in großen Mengen preiswert zur Verfügung,so daß die Gewinnung von mechanischer Energie aus ihrer im Temperaturbereich der kritischen Temperatur erfolgenden räumliehen Ausdehnung technisch besonders problemlos und wirtschaftlich ist.According to the invention, it is preferred that the spatial extent of carbon dioxide and '4than is used for work performance. Both substances are formerly inert and are available in large quantities inexpensively, so that the extraction of mechanical energy from Their spatial expansion taking place in the temperature range of the critical temperature is technically particularly problem-free and economical is.
Erfindungsgemäß wird weiterhin bevorzugt,daß man die räumliche Ausdehnung,die sich in dem Temperaturintervall von etwa 10°C unterhalb der kritischen Temperatur der flüssigen Arbeitsstoffe bis zu deren kritischen Temperatur einstellt,zur Arbeitsleistung verwendet.Es hat sich gezeigt,daß die räumliche Ausdehnung in diesem Temperaturbereich besonders groß ist,so daß dieser zur Gewinnung von mechanischer Energie am geeignetsten ist.According to the invention it is further preferred that the spatial extent that in the temperature interval of about 10 ° C below the critical temperature of the liquid working materials up to their set critical temperature, used for work performance. It has it has been shown that the spatial expansion in this temperature range is particularly large, so that it is most suitable for generating mechanical energy.
So nimmt zum Beispiel das Volumen flüssigen Kohlendioxyds zwischen 2O0C und 3O0C um ~$0% zu.Hierbei ist bemerkenswert,daß schon eine Temperaturerhöhung von 300C auf 31 °C bei Kohlendioxyd sogar eine Volumenvergrößerung um bereits 27$ bewirkt.Es liegt deshalb auch im Rahmen der Erfindung,derartige in Temperaturkleinstintervallen befindliche Volumenvergroßerungsmaxima der erfindungsgemäß verwendeten druckverflUssigten Arbeitsstoffe gezielt für sich zur Gewinnung von mechanischer Energie auszunutzen.So does for example, the volume of liquid carbon dioxide between 2O 0 C and 3O 0 C to ~ $ 0% zu.Hierbei is noteworthy that even an increase in temperature of 30 0 C to 31 ° C in carbon dioxide even an increase in volume to already $ 27 bewirkt.Es is therefore also within the scope of the invention to utilize such volume enlargement maxima of the pressure-liquefied working materials used according to the invention, which are located in very small temperature intervals, specifically for the production of mechanical energy.
Nach erfolgter Arbeitsleistung der druokverflUssigten Arbeitsstoffe durch Temperaturerhöhung bis etwa zu ihrem kritischen Punkt wird die Arbeitsflüssigkeit rüekgekühlt.Gemäß der Erfindung wird hierbeiAfter the work done by the pressurized substances by increasing the temperature up to about its critical point, the working fluid is re-cooled. According to the invention, here
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bevorzugt,daß man die flüssigen Arbeitsstoffe dureh Abkühlung naeh jeweils erfolgter Arbeitsleistung einem Kreisprozess unterwirft„Dies entspricht den Verhältnissen,die in Wärmekraftmaschinen an sich üblich sind.it is preferred that the liquid working materials are sewn by cooling Each work performed is subject to a circular process “This corresponds to the conditions in heat engines are common.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich wie folgt zusammenfassen:The advantages of the method according to the invention can be summarized as follows sum up:
Im Vergleich zu den in konventionellen thermischen Kraftwerken ausgeübten Verfahrensweisen führt das erfindungsgemäße Verfahren-zu einer erheblichen Verbesserung der Ausbeute an mechanischer Energie. Dies resultiert insbesondere schon aus der Tatsache,daß die erfindungsgemäß gewonnene meehaniSQhe Arbeit u.a. aus dem Wärmeinhalt drucklosen Wasserdampfes erzeugt wird,der wegen fehlenden Druekgefalles in den üblichen Wärmekraftmasehinenprozessen gar.nicht genutzt werden kann.So entstehen bekanntlieh die Hauptverluste konventioneller thermischer Kraftwerke ,deren Gesamtwirkungsgrad nur J50 - lfo$ beträgt,bei der Rückkühlung des drucklosen Kondensates,wobei"die beträchtliche Kondensationswärme des Wasserdampfes an das Kühlwasser oder an die Atmosphäre abgegeben wird.Der Energiebetrag der Konderi— sationewärme des Wasserdampfes,der bei weitem den des Wärmegefälles reinen Wasserdampfes übersteigt,der in Wärmekraftmaschinen in mechanische Arbeit umgesetzt wird,läßt sich aber gemäß dea erfindungsgemäßen Verfahren in mechanische Arbeit transformieren.Dies führt aueh zur thermischen Entlastung der Kühlwasserreservoire und zur Abgasentlastung der Umwelt infolge Einsparungsmögliehkeit von Brennstoffen bei vorgegebener bestimmter mechanischer Leistungsabgabe.Compared to those practiced in conventional thermal power plants The method according to the invention leads to procedures a significant improvement in the mechanical energy yield. This results in particular from the fact that the invention gained meehaniSQhe work i.a. from the heat content unpressurized water vapor is generated due to the lack of pressure cannot be used at all in the usual thermal power machine processes. This is how the main losses of conventional systems are known to occur thermal power plants whose overall efficiency is only J50 - lfo $ when re-cooling the unpressurized condensate, where "the considerable heat of condensation of the water vapor is given off to the cooling water or to the atmosphere. The stationary heat of the water vapor, by far that of the heat gradient pure water vapor, which in heat engines in mechanical Work is implemented, but can be according to the invention according to the invention Transform processes into mechanical work. This leads also for thermal relief of the cooling water reservoirs and for Exhaust gas relief for the environment due to the possibility of fuel savings with a given specific mechanical power output.
Ebenfalls bedeutungsvoll ist das erfindängsgemäße Verfahren für die chemische Industrie.Bekanntlieh fallen dort zahllose anorganische oder oEegnisehe flüssige und dampfförmige Stoffe oder Stoffsysteme an,die eine Temperatur zwischen 20 und 1000C aufweisen und aus denen gemäß der vorgeschlagenen Verfahrensweise durch Abgabe von Wärme mechanische Energie gewonnen werden kann.Die Ausnutzung der dort anfallenden Dämpfe,Lösungen,Emulsionen und Dispersionen zur Gewinnung von mechanischer Arbeit bereichert in erhebliche» Maße die Technik, da der beträchtliche Wärmeinhalt solcher Stoffe oder StoffSysteme zur Gewinnung von mechanischer Energie überhaupt nooh nicht genutzt werden lconnte,was mit dem erfiMungsge»äßen Verfahren aber erstmalsAlso significant, the erfindängsgemäße methods for chemical Industrie.Bekanntlieh is covered there countless inorganic or oEegnisehe liquid and vapor substances or systems which have a temperature between 20 and 100 0 C, and from which recovered according to the proposed method, by releasing heat mechanical energy The exploitation of the vapors, solutions, emulsions and dispersions produced there for the production of mechanical work enriches the technology to a considerable degree, since the considerable heat content of such substances or substance systems for the production of mechanical energy could not be used at all, which is also possible the process according to the invention, however, for the first time
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möglich wird.Insofern eröffnet die vorliegende Erfindung ganz allgemein einen richtungsweisenden konkreten Weg,den Wärmeinhalt von zahlreichen Stoffsystemen einer niedrigen Temperatur zur Gewinnung von mechanischer Energie nutzbar zu machen,was mit den bisherigen Verfahrensweisen des Standes der Technik gar nicht realisiert werden konnte.In this respect, the present invention opens up quite generally a trend-setting concrete way, the heat content of to make numerous material systems of a low temperature usable for the generation of mechanical energy, what with the previous Procedures of the prior art could not be implemented at all.
Die erfindungsgemäß gewonnene mechanische Energie kann natürlich in an sich bekannter Weise in elektrische Energie oder andere Energiearten umgewandelt werden.Die Umwandlung der gewonnenen meehanisehen Energie in elektrische Energie wird hierbei bevorzugt.The mechanical energy obtained according to the invention can of course be converted into electrical energy or other types of energy in a manner known per se The transformation of the gained meehanis see Energy in electrical energy is preferred here.
Das erfindungsgemäße Verfahren sei anhand der im folgenden beschriebenen und in Figur 1 gezeichneten AusfUhrungsform,auf die die vorliegende Erfindung selbstverständlich keinesfalls beschränkt ist, näher erläutert:The method according to the invention is described with reference to the following and in Figure 1 drawn embodiment to which the present Invention is of course by no means restricted, explained in more detail:
Kondensierender Wasserdampf einer Temperatur von 10O0C wird aus einem Abdampfnetζ 1 über eine Mehrwegeapparatur 2 in einen Wärmeaustauscher 3 geleitet.Der Wärmeaustauscher 3 setzt sich zusammen aus einem Dampfraum 4, einer Heizfläche 5 j einem Arbeitsmittelraum 6, einer Kühlfläche 7 und aus einem Kondensatableiter 8. An der Heizfläche 5 kondensiert der zugeleitete Dampf und überträgt dabei seinen Wärmeinhalt an das Arbeitsmittel im Raum 6. Dieses besteht aus einem druckverflüssigten Arbeitsstoff der oben definierten Art und wird durch den kondensierenden Dampf bis nahe an seine kritische Temperatur aufgeheizt.Hierbei erfolgt eine räumliche Ausdehnung des flüssigen Arbeitsstoffs und die von ihm geleistete Dehnungsarbeit wird über den Transmitter 9 an ein Zylinderöl 10 übertragen.Das Kondensat aus dem Heizdampf wird über den Kondensatableiter 8 abgezogen .Condensing water vapor at a temperature of 10O 0 C is conducted from an exhaust steam unit 1 via a reusable device 2 into a heat exchanger 3. The heat exchanger 3 is composed of a steam space 4, a heating surface 5, a working medium space 6, a cooling surface 7 and a condensate drain 8 The supplied steam condenses on the heating surface 5 and transfers its heat content to the working medium in room 6. This consists of a pressure-liquefied working medium of the type defined above and is heated up to near its critical temperature by the condensing steam of the liquid working substance and the expansion work performed by it is transmitted via the transmitter 9 to a cylinder oil 10. The condensate from the heating steam is drawn off via the condensate drain 8.
Das Arbeitsmittelvolumen 6 am Wärmeaustauschersystem wird so groß gehalten,daß die Dehnungszunähme auf mehrere Arbeitszylinder 11 nacheinander verteilt werden kann.Die naeheinander folgende Beaufschlagung der einzelnen Arbeitszylinder 11 erfolgt über speziell vorgeschaltete,separat angesteuerte Schnellsehlußventile 12. Die Kolben 13 der Arbeitszylinder 11 übertragen die Kräfte über Freilauf einrichtungen 14 an die Abtriebswelle 16 und damit schließlich an eine Arbeitsmaschine,z.B. einen Generator 17. The working fluid volume 6 on the heat exchanger system is kept so large that the expansion can be distributed over several working cylinders 11 one after the other. The successive loading of the individual working cylinders 11 takes place via specially upstream, separately controlled quick-closing valves 12. The pistons 13 of the working cylinders 11 transmit the forces Freewheel devices 14 to the output shaft 16 and thus ultimately to a working machine, for example a generator 17.
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Sind alle Arbeitszylinder 11 auf ihrem maximalen Hub,so wird das Mehrwegeventil 2 umgeschaltet und das Arbeitssystem b mit analogen Bauelementen aufgeheizt.Der Vorgang wiederholt sich wie vorgenannt.If all working cylinders 11 are at their maximum stroke, this will be Multi-way valve 2 switched and the working system b with analog The process is repeated as described above.
Zur gleichen Zeit wird die Arbeltsflüssigkeitim System a rückgekühlt.Die Kondensationswärme des Heizdampfes wird somit nach Übertragung auf den druckverflüssigten Arbeitsstoff abzüglich der aus ihr gewonnenen mechanischen Energie aus diesem wieder abgezogen.Die Kühlung über die Kühlfläche 7 kann beispielsweise unter Verwendung einer Wärmepumpe erfolgen,die die Arbeitsmittelwärme an die Atmosphäre transportiert,oder mit Kühlluft oder Kühlwasser.Die Rückkühlung bewirkt eine Volumenreduzierung des druckverflüssigten Arbeitsstoffes, die vorzugsweise zwecks Erzielung eines echten Kreisprozesses so weit geführt wird,bis der volumenmäßige Ausgangszustand des Arbeitsstoffes wieder erreicht ist.Die Volumenkontraktion des druckverflüssigten Arbeitsstoffes ermöglicht" es,die Kolben IJ der Arbeitszylinder 11 über mechanische Kräfte gegen den Sättigungsdruck der Arbeitsflüssigkeit zurückzustellen".In""der"-Figur" 1 sind diese Kräfte als Federkräfte 15 dargestellt.At the same time, the working liquid in system a is re-cooled Heat of condensation of the heating steam is thus after transfer to the pressure-liquefied working material minus the The mechanical energy gained is withdrawn from it again Cooling via the cooling surface 7 can be used, for example a heat pump that transports the heat of the working medium to the atmosphere, or with cooling air or cooling water causes a volume reduction of the pressure-liquefied working material, preferably in order to achieve a real circular process like that is carried out until the initial volume state of the working substance is reached again The working substance enables "the piston IJ of the working cylinder 11 to reset by mechanical forces against the saturation pressure of the working fluid ". In" "the" figure "1, these forces are shown as spring forces 15.
Hat auch, das Arbeitssystem b seine maximale Dehnung erreicht,angezeigt durch den Hub.aller Arbeitszylinder des Systems,so wird der Dampf über das Mehr wegeventil 2 "auf'das dritte- System c geleitet .Der Vorgang'wiederholt sich. .."'"If the working system b has also reached its maximum expansion, indicated by the stroke of all working cylinders in the system, the steam is passed through the multi-way valve 2 "to the third system c . The process 'repeats itself. .."'"
Das System a befindet sich Inder Endphase der Kühlung.Bei System b wird gleichzeitig, mit der Kühlung begonnen.The system a is in the final phase of cooling. With system b the cooling is started at the same time.
Hit ÄbJsöhluß der räumlichen Ausdehnung des Systems - c wird das Syst err a vorgewärmt ,um die temperaturabhängige Trägheit des Vorwärmers zu überwinden.Für einen Augenblick können die Kolben des Systems c und die des Systems a auf die gleiche Welle wirken,was jedoch belanglos ist,da wegen der eingebauten Freilaufkupplungen stets die größere Dehhungsarbeit auf die Generatorwelle übertragen wird.Die Anzahl der einzelnen Arbeitszylinder ist natürlich abhängig von deren Kolbenhub und vom jeweiligen Dehnungsvolümen der beheizten Arbeitsflüssigkeit.Hit the conclusion of the spatial expansion of the system - c will that Syst err a preheated to the temperature-dependent inertia of the preheater For a moment the pistons of the System c and those of system a act on the same wave, what However, it is irrelevant because of the built-in overrunning clutches always transfer the greater work of expansion to the generator shaft The number of individual working cylinders is of course dependent of their piston stroke and of the respective expansion volume of the heated ones Working fluid.
Anhand der vorstehend beschriebenen Wärmekraftmaschine,die eine der möglichen konstruktiven Ausfükrungsformen für das-.--erf indüiigsgemäßeBased on the heat engine described above, which is one of the possible constructive embodiments for the -.-- according to the requirements
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Verfahren darstellt,ist es für den Durchschnittsfachmann leicht,aus den ihm zugänglichen Daten der verwendbaren druckverflüssigten Arbeitsstoffe und der Beschaffenheit des jeweils zu verwendenden Heizmediums mittels einfacher Versuche die jeweils günstigsten Bedingungen und konstruktiven Gestaltungen zur Gewinnung von mechanischer Energie zu ermitteln.Method, it is easy for one of ordinary skill in the art to from the data available to him on the usable pressure-liquefied working materials and the properties of the heating medium to be used in each case by means of simple experiments the most favorable conditions and structural designs for the generation of mechanical energy to investigate.
So wird man beispielsweise bei der Verwendung von Heizflüssigkeiten, z.B. von Warmwasser oder warmen wäßrigen Lösungen einer temperatur von 30 - 750C ,eine solche Flüssigkeit auf die Heizfläche 5 tropfen weise rieseln·lassen.Rieselfilme auf einer Heizfläche ergeben bekannt lieh einen hohen Wärmeübergang und eine äußerst geringe thermische Trägheit des Systems.Die nach Wärmeabgabe abfallenden Tropfen der Heizflüssigkeit können ähnlich problemlos wie das Kondensat bei dampfbeheizten Maschinen über Kondensatableiter abgeführt werden.Durch die Berieselung der Heizflächen sind wegen der geringeren Wärmekapazität im Heizmittelraum des Wärmeaustauschersystems die Heiz-und Kühlperiodenweehsel schnell zu realisieren.Thus, for example, with the use of heating fluids such as hot water or hot aqueous solutions of a temperature of 30 - dropwise 75 0 C, such a liquid on the heating surface 5 x lassen.Rieselfilme as trickle on a heating surface arising known lent a high heat transfer and An extremely low thermal inertia of the system. The drops of heating fluid that fall after the heat is emitted can be drained off via condensate drains just as easily as the condensate in steam-heated machines realize.
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Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19732358959 DE2358959C3 (en) | 1973-11-27 | Process for converting the heat of condensation of vapors and the thermal energy of waste water or other liquids and solutions, emulsions and dispersions into mechanical energy |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19732358959 DE2358959C3 (en) | 1973-11-27 | Process for converting the heat of condensation of vapors and the thermal energy of waste water or other liquids and solutions, emulsions and dispersions into mechanical energy |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2358959A1 true DE2358959A1 (en) | 1975-05-28 |
| DE2358959B2 DE2358959B2 (en) | 1975-11-27 |
| DE2358959C3 DE2358959C3 (en) | 1976-07-08 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1983000358A1 (en) * | 1981-07-23 | 1983-02-03 | Stephen Lanyi | HEAT-ENGINE FOR THE EFFECTIVE UTILIZATION OF LOW TEMPERATURE DIFFERENCES OF 10oC-12oC |
| DE3446130A1 (en) * | 1984-12-18 | 1986-06-26 | Hermann 8070 Ingolstadt Schmidt | Heat exchanger |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1983000358A1 (en) * | 1981-07-23 | 1983-02-03 | Stephen Lanyi | HEAT-ENGINE FOR THE EFFECTIVE UTILIZATION OF LOW TEMPERATURE DIFFERENCES OF 10oC-12oC |
| DE3446130A1 (en) * | 1984-12-18 | 1986-06-26 | Hermann 8070 Ingolstadt Schmidt | Heat exchanger |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2358959B2 (en) | 1975-11-27 |
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