DE2812429A1 - Heat engine using air heat - comprises two cylinder machine giving adiabatic expansion followed by isothermal compression - Google Patents
Heat engine using air heat - comprises two cylinder machine giving adiabatic expansion followed by isothermal compressionInfo
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Abstract
Description
Wärmekraftmaschine zur Nutzung von Luftwärme Heat engine for the use of air heat
Vorliegende Wärmekraftmaschine wandelt die in der atmosphärischen Luft gespeicherte Sonnen- oder geothermische Wärme unmittelbar, d. h. ohne Verwendung eines Wärmetauschers, in mechanische Arbeit um. Dabei ist es um so günstiger für den Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschine, je höher die Temperatur der Umgebungsluft ist. Die der Maschine zugeführte Luft verläßt diese bei relativ tiefer Temperatur bei Umgebungsdruck. Die zwischen der zu- und abgeführten Luft vorhandene Wärmedifferenz kann (gemäß dem mechanischen Wärmeaquivalent) in technische Arbeit umgesetzt werden.The present heat engine converts the in the atmospheric Air stored solar or geothermal heat directly, d. H. without use a heat exchanger, into mechanical work. It is all the cheaper for the efficiency of the heat engine, the higher the temperature of the ambient air is. The air supplied to the machine leaves it at a relatively low temperature at ambient pressure. The difference in heat between the incoming and outgoing air can be converted into technical work (according to the mechanical heat equivalent).
Da der Wärmeinhalt von Luft bei Umgebungsdruck und Temperatur relativ klein ist, müssen zur Erreichung großer Leistungen relativ große Luftmengen umgesetzt werden. Dazu sind relativ große Zylindervoluminas erforderlich. Eine derartige Wärmekraftmaschine wird daher bei Betrieb mit Luft vom Temperaturniveau der Umgebung vorwiegend in statischer Bauweise und in enorm von Großkraftanlagen (Kraftwerken) betrieben werden müssen.Because the heat content of air at ambient pressure and temperature is relative is small, relatively large amounts of air have to be implemented in order to achieve high performance will. This requires relatively large cylinder volumes. Such a heat engine is therefore predominantly in static construction and operated enormously by large power plants (power plants) have to.
Aus 1 m3 pro Sekunde der Maschine zugeführten Luftmenge bei 300 K (= 270C) Lufttemperatur können beispielsweise Praktisch (nach Abzug aller Verluste) noch etwa 10 KW mechanische Leistung gewonnen werden. Mit der Arbeitsabgabe wird gleichzeitig Kaltluft an die Umgebung abgegeben, die sich ebenfalls nutzen läßt, z. ß. in Kühlhäusern zur Frischhaltung von Lebensmitteln usw.From the amount of air supplied to the machine at 1 m3 per second at 300 K. (= 270C) Air temperature can, for example, Practically (after deducting all losses) about 10 KW of mechanical power can still be obtained. With the work submission At the same time, cold air is released into the environment, which can also be used, z. ß. in cold stores to keep food fresh, etc.
Da Luft überall auf der E;rde in praktisch unbegrenzter Menge bei ausreichender Temperatur und jederzeit (Tag und Nacht) zur Verfügung steht und die Luft die Maschine umweltfreundlich wieder verläßt, kann diese als die "ideale Kraftmaschine der Zukunft" angesehen werden.There is practically unlimited amounts of air everywhere on earth sufficient temperature and at all times (day and night) is available and the Air leaves the machine in an environmentally friendly way, it can be called the "ideal power machine." of the future ".
Mit der daraus gewonnenen mechanischen Energie kann beispielsweise (über Generatoren) elektrische Energie und daraus (durch Elektrolyse) Wasserstoffgas gewonnen werden. Mit Wasserstoffgas lassen sich dann weiterhin leistungsfähige und absolut umweltfreundliche Verbrennungskraftmaschinen (z.B. Kfz-Motoren) betreiben. Auf diese Weise ließe sich die gesamte Energieversorgung von den bisherigen Kraftstoffen (fossilen u. nuklearen) vollkommen unabhängig machen und für alle Zukunft sichern.With the mechanical energy obtained from it, for example (via generators) electrical energy and from it (through electrolysis) hydrogen gas be won. Hydrogen gas can still be used to produce powerful and operate absolutely environmentally friendly internal combustion engines (e.g. car engines). In this way, the entire energy supply could be obtained from the previous fuels Make (fossil and nuclear) completely independent and secure for all future.
Beschreibung Die Luft durchläuft einen dreiteiligen, quasi offenen, Wärmekr2ftmaschinenprozeß in der Reihenfolge: adiabatische Entspannung -> isothermische Verdichtung ->isobare Wärnieaufnahme0 Die bei der isothermischen Verdickt ung abzuführende Kompressionswärme qO wird mittels einer Wärmepumpe (WP) bewerkstelligt, die diese Wärme (einschließlich der Wärme, die durch die Kompressionsarbeit k am Kompressor Kp der Wärmepumpe entsteht) bei relaa tiv kleinem Temperaturgefälle an die ausgestoßeneiunterkUhlte (verbrauchte) Luft bei Umgebungsdruck weder zuführt Dadurch, daß der zum Betrieb der Wärmepumpe benötigte Arbeitsaufwand Wk Praktisch mesentlich kleiner bemessen werden kann (Theoretisch 'sverschwindende klein) als die beim Wärmekraftmaschinenprozeß freirzerdende mechanische Arbeit W, bleibt eine positive Differenzarbeit We übrig, die nach außen abgeführt und genutzt werden kann (W - Wk = + W )0 Somit ist eine Umgehung des 2 Hauptsatzes der Wärmelehre möglich, ohne dabei den Entropiesatz zu verletzen.Description The air runs through a three-part, quasi-open, Heat engine process in the order: adiabatic relaxation -> isothermal Compression -> isobaric heat absorption 0 The isothermal thickening The heat of compression qO to be dissipated is achieved by means of a heat pump (WP), which this heat (including the heat generated by the work of compression k am Compressor Kp of the heat pump arises) at a relatively small temperature gradient the discharged i subcooled (used) air at ambient pressure neither supplies Because the work required to operate the heat pump Wk Practical can be measured significantly smaller (theoretically 's vanishing small) than the mechanical work W, which is free rotating in the heat engine process, remains one positive differential work We left, which can be dissipated to the outside and used (W - Wk = + W) 0 Thus it is possible to bypass the 2nd law of thermodynamics, without violating the law of entropy.
Gemäß Abb. 1 gelangt nach Öffnen des Ventils V1 und Anwurf der Exzenter scheibe (oder Kurbelwelle) E von außen (mittels Starter-Motor) die Luft in den Expansionszylinder Z1. Deren Menge soll V1 m3 und die Temperatur T1 °C sein. Von diesem Zustand 1 ausgehend (P,v-Diagramm und T,s-Diagramm in Abb. 2 und 3) wird die Luft adiabat auf einen so niederen Druck -entspannt, daß sie sich auf die gewünschte Temperatur T2 abkühlt. Dabei muß zunächst gegen den höheren Umgebungsdruck Pu Arbeit geleistet werden, die durch die Fläche 1-a-2 dargestellt wird0 Nun muß die Luft von dem nun niederen Druck P2 auf Umgebungsdruck gebracht werden. Dazu transportiert man zunächst die Luft nach Öffnen des Ventils V2 und entsprechender Kolbenverschiebungen vom Zylinder Z1 in den Zylinder Z2 (Abb. 1).According to Fig. 1, the eccentric arrives after opening valve V1 and starting disc (or crankshaft) E from the outside (by means of a starter motor) the air into the expansion cylinder Z1. Their amount should be V1 m3 and the temperature T1 ° C. Starting from this state 1 (P, v diagram and T, s diagram in Fig. 2 and 3) the air becomes adiabatic to one so low pressure -relaxed that it cools down to the desired temperature T2. Work must first be done against the higher ambient pressure Pu, which is represented by the area 1-a-20 Now the air of the must now lower Pressure P2 are brought to ambient pressure. To do this, you first transport the Air after opening valve V2 and corresponding piston displacements from the cylinder Z1 into cylinder Z2 (Fig. 1).
Nach Schließen des Ventils V2 verdichtet man das Gas bezw. die Luft im Zylinder Z2 von 2 ausgehend isothermisch bis 3, wobei die Kompressionswärme qO bei der konstanten Tmperatur T2 mit theoretisch verschwindend kleinem (Praktisch "retativ" kleinem) Temperaturgefälle umkehrbar (über den Verdampfer Vpf und Kondensator Ko der Wärmepumpe) an den Ausgang des Kompressionszylinders Z2 mit der Temperatur T3 und dem Druck P3 = Pu an die Umgebung abgegeben wird (das Ventil V3 ist ein Uberdruckventil und öffnet, wenn im Zylinder Z2 Umgebungsdruck erreicht ist).After closing the valve V2 compresses the gas BEZW. the air in cylinder Z2 starting from 2 isothermally to 3, whereby the heat of compression qO at the constant temperature T2 with theoretically vanishingly small (in practice "retatively" small) temperature gradient reversible (via the evaporator Vpf and condenser Ko of the heat pump) to the output of the compression cylinder Z2 with the temperature T3 and the pressure P3 = Pu is released to the environment (the valve V3 is a pressure relief valve and opens when ambient pressure is reached in cylinder Z2).
Dabei leistet der höhere Außendruck P u am Zylinder Z2 eine Arbeit, die durch die Fläche 3-a-2 dargestellt wird. Somit stellt die Differenz fläche 1-2-3 die im ganzen gewonnene und zugleich höchstmögliche Arbeit W dar. Die am Ausgang ausgestoene, verbrauchte Kaltluft von der Temperatur T3>T>Tß u. dem Umgebungsdruck p3 = pu nimmt nun selbständig, d. h.The higher external pressure P u on cylinder Z2 does a job, represented by area 3-a-2. Thus the difference represents area 1-2-3 represents the work W gained as a whole and at the same time the highest possible. the Used cold air expelled at the outlet with a temperature T3> T> Tß u. the ambient pressure p3 = pu now increases independently, d. H.
ohne äußeren Arbeitsaulwand, Wärme aus der Umgebungsluft auf bis die Umgebungstemperatur Tu = T1 wieder erreicht ist. Der Anfangszustand Pu, Tu (des über die Atmosphäre offenen Kreisprozeßes) ist somit wieder hergestellt.without an outer work wall, heat from the ambient air up to the Ambient temperature Tu = T1 is reached again. The initial state Pu, Tu (des via the atmosphere of the open cycle) is thus restored.
Die Maximal gewinnbare Arbeit aus der Warmluft bezw. atmosphärischen Luft ergibt sich bei dem verwendeten dreiteiligen Kraftmaschinenprozeß (ohne Abzug des Arbeitsaufwandes für die Wärmepumpe) zu m = Masse des Arbeitestoffe c = spezifische Wärme des Arbeitsstoffs bei konstantem Druck p Tu =T1 = Temperatur der atmosphärischen Luft T2 = Temperatur der Luft nach der Entspannung.The maximum amount of work that can be gained from the warm air. atmospheric air results from the three-part engine process used (without deducting the workload for the heat pump) m = mass of the working substance c = specific heat of the working substance at constant pressure p Tu = T1 = temperature of the atmospheric air T2 = temperature of the air after expansion.
Anhand eines Beispiels soll gezeigt werden, daß auch noch bei angemessener Berücksichtigung der vorhandenen Verluste aus atmosphärischer Luft mechanische Arbeit zu gewinnen ist.Using an example, it should be shown that even with appropriate Consideration of the existing losses from atmospheric air mechanical work is to be won.
Beispiel Wie groß ist a) die Theoretisch, b) die Praktisch gewinnbare Leistung aus atmosphärischer Luft, wenn 1 m3 Luft pro Sekunde der Wärmekraftmaschine zugeführt wird und folgende Temperaturen zugrundeliegen: Eingangstemperatur in den Zylinder Z1 : Tu= T1 = 300 K (= 270C) Entspanntemperatur im Zylinder Z2 : T2 = 170 K (= -1030C).Example How big is a) the theoretical, b) the practically obtainable Power from atmospheric air if 1 m3 of air per second of the heat engine and the following temperatures are used as a basis: Inlet temperature in the Cylinder Z1: Tu = T1 = 300 K (= 270C) Relaxation temperature in cylinder Z2: T2 = 170 K (= -1030C).
Das mit den Betrieb der Wärmepumpe herzustellende Temperaturgefälle sei gewählt zu T2 - T1 = (180 - 160) K = 20°C (Abb. 3).The temperature gradient to be created with the operation of the heat pump be chosen as T2 - T1 = (180 - 160) K = 20 ° C (Fig. 3).
Lösung a) Die Theoretisch (Maximal) gewinnbare Leistung ergibt sich mit der oben näher angegebenen Gleichung und den folgenden zugrundeliegenden Daten für Luft : m = 1,225 Kg/s (> 1 m3 Luft pro Seckunde), c = 1,004 KJ/Kg K (= spezifische Wärme für Louft p bei 1 bar und 0 C) = 1,225 . 1,004 . 170 (+ - 1 - 0700) [KJ/s3 170 -= 210 (1,77 - 1 - ln 1,77) = 210 (0,77 - 0,57) = 210 . 0,2 = 42 KJ/s = 42 KW = 57 PS b) Die Praktisch (Minimal) gewinnbare Leistung errechnet sich wie folgt: Unter Zugrundelegung des theoretischen Flächenverhältnises (Abb. 3) erhält man bei einem vorhandenen Arbeitsflächenverlust (infolge polytropischer Betriebsweise und zusätzlicher mechanischer Verluste) für q von 50 % ein Reales (indiziertes) Arbeitsflächenverhältnis von W' q' 0,5 . 3,25 = 1,625 d. h. nach Abzug Wq qa 1 1 die Wärmepumpe aufzuwendenden mechanischen Arbeit von beispielsweise 1 KWh stehen an der Abtriebswelle jetzt noch (1,625 - 1)KWh = 0,625 KWh Effektiv zur Verfügung.Solution a) Theoretically (maximum) achievable power results from the above equation and the following underlying data for air: m = 1.225 Kg / s (> 1 m3 air per second), c = 1.004 KJ / Kg K (= specific heat for Louft p at 1 bar and 0 C) = 1.225. 1.004. 170 (+ - 1 - 0700) [KJ / s3 170 - = 210 (1.77 - 1 - ln 1.77) = 210 (0.77 - 0.57) = 210. 0.2 = 42 KJ / s = 42 KW = 57 PS b) The practically (minimal) achievable power is calculated as follows: Based on the theoretical area ratio (Fig. 3) With an existing loss of working area (due to polytropic operating mode and additional mechanical losses) for q of 50%, a real (indexed) working area ratio of W 'q' 0.5 is obtained. 3.25 = 1.625 ie after subtracting Wq qa 1 1 the mechanical work to be expended on the heat pump, for example 1 KWh, is now still (1.625 - 1) KWh = 0.625 KWh effectively available on the output shaft.
Von der ursprünglich Theoretisch zur Verfügung stehenden Nutzwärme von 3,25 KWh können somit Praktisch nur noch 9,625 = 0,192 19 % 3,25 des unter a) berechneten theoretischen Wertes gewonnen werden, also Wmin = 0,19 W max Wmax = 0,19 . 42 KJ/s = 8 KJ/s = 8 KW = 11 PS.From the originally theoretically available useful heat of 3.25 KWh can practically only 9.625 = 0.192 19% 3.25 of the under a) calculated theoretical value can be obtained, i.e. Wmin = 0.19 W max Wmax = 0.19. 42 KJ / s = 8 KJ / s = 8 KW = 11 PS.
Damit ist nachgewiesen, daß man aus der Wärme von atmosphärischer Luft mechanische Arbeit gewinnen kann.This shows that one can get out of the warmth of atmospheric Air can gain mechanical work.
L e e r s e i t eL e r s e i t e
Claims (2)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19782812429 DE2812429A1 (en) | 1978-03-22 | 1978-03-22 | Heat engine using air heat - comprises two cylinder machine giving adiabatic expansion followed by isothermal compression |
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DE19782812429 DE2812429A1 (en) | 1978-03-22 | 1978-03-22 | Heat engine using air heat - comprises two cylinder machine giving adiabatic expansion followed by isothermal compression |
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DE2812429A1 true DE2812429A1 (en) | 1979-10-04 |
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ID=6035116
Family Applications (1)
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DE19782812429 Pending DE2812429A1 (en) | 1978-03-22 | 1978-03-22 | Heat engine using air heat - comprises two cylinder machine giving adiabatic expansion followed by isothermal compression |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2812429A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4385498A (en) * | 1980-05-29 | 1983-05-31 | Battelle Development Corporation | Method for converting one form of energy into another form of energy |
FR2608221A1 (en) * | 1986-02-19 | 1988-06-17 | Scoufflaire Gaudin | Machine intermittently associating costly energy with atmospheric pressure for productive and more cost-effective continuous working |
DE4237826A1 (en) * | 1992-11-10 | 1994-05-11 | Klaus Dr Roth | Engine producing mechanical energy from heat - compresses gas in separate cylinder to achieve thermodynamic cycle with continuous heat addition |
-
1978
- 1978-03-22 DE DE19782812429 patent/DE2812429A1/en active Pending
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