DE3616313A1

DE3616313A1 - A method for obtaining industrially useful energy via heat and a heat (steam) engine which operates according to this principle

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Publication number: DE3616313A1
Application number: DE19863616313
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-05-13
Filing date: 1986-05-13
Publication date: 1987-11-19

Abstract

Method for obtaining industrial work from heat, and a heat engine which operates according to this principle. Heat ensures the production or (and) change of state of steam. This steam is intended (e.g. through lifting energy), if possible, to generate technically useful energy (electricity, etc.) exclusively by means of a liquid. Industrially useful energy is obtained from steam with a very good theoretical efficiency with the aid of a liquid. A steam wheel renders it possible to dissipate lifting energy as the kinetic energy of rotation. The steam wheel dips into a liquid and by virtue of its design provides the steam at the circumference with the opportunity of dissipating its lifting energy.

Description

Possibilities of my heat engine

Bei meiner Wärmekraftmaschine wird durch direkte oder (und) indirekte Wärmeeinwirkung eine Volumen- oder (und) Druckänderungsarbeit von Dampf erzeugt. Dampf entsteht oder (und) ändert seinen Zustand. Dieser Dampf soll (z. B. durch Auftriebsarbeit), wenn möglich, ausschließlich mittels einer Flüssigkeit technisch verwertbare Arbeit (Elektrizität usw.) erzeugen. Die Eigenart meiner Wärmekraftmaschine besteht also darin, daß mit Hilfe einer Flüssigkeit durch Dampf technische Arbeit erzeugt wird.In my heat engine is by direct or (and) indirect heat exposure a volume or (and) Pressure change work generated by steam. Steam is created or (and) changes its state. This steam should (e.g. through buoyancy work), if possible, exclusively by means of a liquid technically usable work (electricity etc.) generate. The peculiarity of my heat engine is that with the help of a liquid technical work is generated by steam.

Da es sich um technisches Neuland handelt, kann ich genaue Angaben über Wirtschaftlichkeit, optimale Wirkungsgrade usw. leider nicht machen. Aber ich habe Thermodynamik und Strömungslehre studiert, kann deshalb folgende Aussagen machen (und noch genauer erklären). Wenn ich Wasser als Arbeitsmedium nehme, ist der Wirkungsgrad theoretisch fast identisch mit dem Carnot-Prozeß. Wenn mein Beispiel einer Wärmekraftmaschine richtig optimiert ist, hat es mit Wasser als Arbeitsmedium einen Wirkungsgrad von 80-86% einer Carnot-Wärmekraftmaschine (für jede Einheit und natürlich ohne Kesselwirkungsgrad von ca. 90%). Ich kann viel höhere Temperaturen erreichen als heutige Dampfkraftwerke mit Wasser betrieben.Since it is new technical territory, I can precise information about economy, optimal efficiency etc. unfortunately do not do. But I have Studying thermodynamics and fluid mechanics can therefore make the following statements (and explain them in more detail). If I use water as a working medium, the efficiency is theoretically almost identical with the Carnot process. If my example is a heat engine is properly optimized, it has with Water as a working medium has an efficiency of 80-86% of a Carnot heat engine (for each Unit and of course without boiler efficiency of approx. 90%). I can reach much higher temperatures than today's steam power plants operated with water.

Meine Wärmekraftmaschine hat aber auch einen Nachteil. Sie besteht aus mehreren Einheiten. Je Einheit hat sie eine Temperaturdifferenz von ca. 100-500 Kelvin. Ich muß bei jeder Einheit mit einer anderen Flüssigkeit arbeiten, einen Temperaturdifferenzverlust (Wärmetauscher) akzeptieren.My heat engine also has a disadvantage. It consists of several units. Per unit they have a temperature difference of approx. 100-500 Kelvin. I have to use a different liquid for each unit work, a temperature difference loss (heat exchanger) accept.

Trotzdem wird der Gesamtwirkungsgrad einer Anlage (besteht aus mehreren Einheiten) wohl etwas größer sein als der heutiger Dampfkraftwerke. Nevertheless, the overall efficiency of a plant (consists of several units) probably a bit bigger be than today's steam power plants.

Ich habe von Dampfkraftwerken gehört, die einen Wirkungsgrad von ca. 90% haben. Ein Dampfkraftwerk wird aber nicht zur Erzeugung von Fernwärme gebaut. Der wirkliche Wirkungsgrad (Erzeugung von Strom) dürfte 40% nur wenig überragen. Und dies auch nur bei hochmodernen (teuren) Dampfkraftwerken. Eine hochmoderne Wärmekraftmaschine meiner Bauart dürfte jedoch wirkliche Wirkungsgrade von ca. 40-60% durchaus erreichen können. Diese Aussage werde ich beweisen.I've heard of steam power plants that have an efficiency of about 90%. A steam power plant will but not built to generate district heating. The real efficiency (electricity generation) should be 40% tower just a little bit. And this only with ultra-modern (expensive) steam power plants. A state-of-the-art heat engine my design, however, should be real efficiencies 40-60%. I will prove this statement.

Ob noch höhere Wirkungsgrade möglich sind, müssen Professoren und Ingenieure mit einer höheren Qualifikation als ich herausfinden. Whether even higher efficiencies are possible must be determined Professors and engineers with higher qualifications when I found out.

A process for generating technically usable Work through heat

In diesem Abschnitt werden Verluste nicht berücksichtigt. Ich habe folgende "theoretischen" Voraussetzungen. Ein ca. 40 Meter hoher Kochtopf wird bis zum Rand mit Wasser gefüllt (Druck am Boden deshalb 5 bar) und zum Sieden gebracht. Jeder weitere Wärmestrom läßt am Topfboden Dampfblasen entstehen. Jede dieser Dampfblasen könnte auf dem Weg nach oben Arbeit verrichten. Die Auftriebskraft multipliziert mit der Wegstrecke.Losses are not taken into account in this section. I have the following "theoretical" requirements. An approx. 40 meter high saucepan is used until Rim filled with water (pressure at the bottom therefore 5 bar) and brought to a boil. Any further heat flow creates steam bubbles on the bottom of the pot. Any of these Steam bubbles could do work on the way up. The buoyancy multiplied by the Distance.

W = mgh W = mgh

m = Auftrieb (Gewicht der verdrängten Flüssigkeitsmenge- Eigengewicht des Dampfes
V = Dampfvolumen
ρ _F = Dichte der Flüssigkeit
ρ _D = Dichte des Dampfes m = buoyancy (weight of the amount of liquid displaced - weight of the steam
V = steam volume
ρ _F = density of the liquid
ρ _D = density of the vapor

Y = Korrekturfaktor
W = Arbeit
h = Höhe der Flüssigkeit
g = Erdbeschleunigung Y = correction factor
W = work
h = height of the liquid
g = gravitational acceleration

W = mgh
m = V (ρ _F-ρ _D)
W = V (p _F-ρ _D) gh W = mgh
m = V ( ρ _F - ρ _D )
W = V ( p _F - ρ _D ) gh

Zur Vereinfachung der Gleichung folgendesTo simplify the equation, the following

(p _F-ρ _D) = Y ρ _F ( p _F - ρ _D ) = Y ρ _F

Der gekennzeichnete Ausdruck ist die Druckdifferenz innerhalb derer die Dampfblase Ihre Arbeit verrichtet. Sie muß dabei die Wegstrecke "h" zurücklegen.The marked expression is the pressure difference within which the vapor bubble does its job. You must cover the distance " h ".

Mit einer Dampftafel kann ich nun die Arbeit ganz einfach bestimmen. Das durchschnittliche Dampfvolumen bestimmt sehr stark die technische Arbeit. Dieser Wert muß also sehr genau sein. Ich muß deshalb die Gesamtlänge des Weges, den die Dampfblase zurücklegt, in gleiche Teile teilen, schließlich den Mittelwert bilden. Ist die Dampftafel mit Temperaturabstufung versehen, ist dies unmöglich. Gleiche Temperaturdifferenzen sind hier doch stark unterschiedliche Druckdifferenzen und damit auch Höhendifferenzen.
Gleiche Druckabstufung der Dampftafel sind aber in großen Bereichen ziemlich gleiche Höhendifferenzen. Bei kleinen Drücken ist diese Annahme sehr genau.With a steam table I can now easily determine the work. The average steam volume very much determines the technical work. So this value must be very precise. I must therefore divide the total length of the distance that the vapor bubble travels into equal parts, and finally form the mean. If the steam table has temperature grading, this is impossible. The same temperature differences here are very different pressure differences and thus also height differences.
The same pressure gradation of the steam table, however, is pretty much the same height difference in large areas. This assumption is very precise at small pressures.

Nun unser Beispiel für 1 kg DampfNow our example for 1 kg of steam

ΔR = ρ _F gh = 4 bar [4 · 10⁵Nm^-2] ΔR = ρ _F gh = 4 bar [4 · 10 ⁵ Nm ^-2 ]

4 bar = (Druck am Boden-Außendruck) 5vbar-1 bar. In diesem Druckbereich muß ich die durchschnittlichen Werte ermitteln.4 bar = (pressure at ground external pressure) 5vbar-1 bar. In this Pressure range I have to determine the average values.

ρ _F = 0,933113 kg dm^-3
p _D = 0,001379 kg dm^-3
V = 0,725344 m³
Y = 0,998523 ρ _F = 0.933113 kg dm ^-3
p _D = 0.001379 kg dm ^-3
V = 0.725344 m ³
Y = 0.998523

Die freiwerdende Arbeit (theoretisch) ist alsoThe work released (theoretically) is therefore

W _max = 289709 Joule [Nm] W _max = 289709 joules [Nm]

Da dies die maximale Arbeit ist (leichte Verluste durch Kondensation) schreibe ich W _max Since this is the maximum work (slight losses due to condensation) I write W _max

So habe ich das durchschnittliche Volumen gebildet. Die Dampftafel ist in gleiche Druckdifferenzen ΔR abgestuft. Für jeden Druck gibt es ein bestimmtes spezifisches Dampfvolumen V (m³ kg^-1)That's how I made the average volume. The steam table is graded in equal pressure differences ΔR . There is a specific specific vapor volume V (m ³ kg ^-1 ) for each pressure

Wenn der Kurvenverlauf beim ersten Wert nicht gerade allzu steil ist, ist dieses durchschnittliche spezifische Dampfvolumen ziemlich genau. If the curve is not straight at the first value is too steep, this is average specific Steam volume pretty much.

Folgende Wärmemenge brauche ich um 1 kg Dampf zu erzeugen. Siehe Dampftafel.I need the following amount of heat by 1 kg of steam produce. See steam table.

h′ (151,84°C) - h′ (99,632°C) = Δ h′ h ′ (151.84 ° C) - h ′ (99.632 ° C) = Δ h ′

Um das Kondensat auf Siedetemperatur zu erwärmen. Der Dampf hat also schon einmal seine Arbeit verrichtet und wurde kondensiert.To heat the condensate to boiling temperature. So the steam has already done its job and was condensed.

h″ (151,84°C) - h′ (151,84°C) = Δ hv (151,84°C) h ″ (151.84 ° C) - h ′ (151.84 ° C) = Δ hv (151.84 ° C)

Um diese Flüssigkeit zu verdampfen.To evaporate this liquid.

= Δ h′ + Δ hv = 2330010 Joule kg^-1= spezifische Wärme =Δ H' +Δ hv = 2330010 joules kg^-1= specific heat

Wirkungsgrad alsoSo efficiency

T ₂ = Siedetemperatur bei 5 bar (151,84°C)
T ₁ = Siedetemperatur bei 1 bar (99,632°C)
Wirkungsgrad nach Carnot T ₂ = boiling temperature at 5 bar (151.84 ° C)
T ₁ = boiling temperature at 1 bar (99.632 ° C)
Efficiency according to Carnot

Wenn diese Dampfblase keine Arbeit verrichtet, bleibt die Arbeit im Dampf (laienhaft ausgedrückt). Der Dampf überhitzt sich auf dem Weg nach oben und gibt seine überschüssige Wärme an die Umgebung ab (als Verdampfungswärme). Überhitzen bedeutet hier nicht, daß der Dampf noch heißer wird. Er liegt nur nicht mehr als Sattdampf vor. Bei optimalem Wärmeaustausch kühlt die Dampfblase aber wieder auf Sattdampftemperatur ab. If this vapor bubble does no work, remains work in steam (in layman's terms). The steam overheats on the way up and gives his excess heat to the environment (as heat of vaporization). Overheating here does not mean that the steam is still there gets hotter. It just lies no more than saturated steam in front. The vapor bubble cools with optimal heat exchange but again to saturated steam temperature.

Wird jedoch Arbeit verrichtet, geschieht dies auf Kosten der Inneren Energie der Dampfblase. Durch die Entspannung der Dampfblase wird jedoch gleichzeitig innere Energie frei. Beide haben jedoch nicht den gleichen Wert. Deshalb kondensiert Dampf beim Verrichten der Arbeit. Dieser kondensierte Dampf kann natürlich keine Arbeit mehr verrichten. Demzufolge ist die wirkliche Arbeit etwas geringer. Den Dampf, der übrigbleibt, nachdem die Arbeit verrichtet ist, kann man berechnen. Je mehr Arbeit verrichtet wird, desto geringer ist die übrigbleibende Dampfmenge. Deshalb werde ich diesen Wert mit der maximalen Arbeit berechnen. Ich erhalte damit die kleinstmögliche Dampfmenge nach verrichteter Arbeit. Wenn ich nun die kleinstmögliche Dampfmege relativ also als Dampfgehalt mit der maximalen Arbeit (der Arbeit, welche der Dampf verrichtet, wenn er nicht kondensieren würde) multipliziere, erhalte ich die minimale Arbeit. Dies ist eine grobe Methode, aber ich bin kein Wissenschaftler. Die tatsächliche Arbeit und somit auch der übrigbleibende Dampfgehalt muß sich irgendwo dazwischen befinden.However, when work is done, this happens Internal bubble energy costs. By however, the relaxation of the vapor bubble becomes simultaneous inner energy free. However, neither have the same value. That is why steam condenses during Do the work. This condensed steam can of course no longer do any work. As a result the real work is a little less. The steam, that remains after the work is done can be calculated. The more work is done the lower the amount of steam remaining. Therefore I will use this value with the maximum Calculate work. I get the smallest possible Amount of steam after work. Now if I do that The smallest possible amount of steam is relative as the steam content with the maximum work (the work which the Steam does if it would not condense) multiply, I get the minimal work. This is a rough method, but I'm not a scientist. The actual work and therefore the remaining one Steam content must be somewhere in between.

Nun zur Berechnung. Würde die Dampfmenge gleich bleiben, wäre die Rechnung einfachNow for the calculation. If the amount of steam stayed the same, the calculation would be easy

h′ = ct [Joule kg^-1] = spezifische Arbeit
ct ₁ + Δ hv ₁ = ct ₂ + Δ hv ₂ + H' =ct [Joule kg^-1] = specific work
ct ₁ +Δ hv ₁ =ct _2nd +Δ hv _2nd +

Leider geht das nicht so einfach. Deshalb muß ich die Dampfmenge berücksichtigen.Unfortunately, it's not that easy. So I have to take into account the amount of steam.

m ₁ ct ₁ + m ₁ Δ hv ₁ = m ₁ ct ₂ + m Δ-hv ₂ + m ₁ m ₁ ct ₁ + m ₁ Δ hv ₁ = m ₁ ct ₂ + m Δ - hv ₂ + m ₁

X = Übrigbleibende relative Dampfmasse also der Dampfgehalt. Diese Gleichung stimmt zwar nicht ganz genau, denn m ₁ ist nicht genau richtig, aber der Fehler ist so gering, daß er praktisch nicht auffällt. Die hiermit ermittelten Werte stimmen sehr gut mit den abgelesenen Werten aus dem h-s Diagramm für Wasser überein. X = Remaining relative vapor mass, i.e. the vapor content. This equation is not exactly correct, becausem ₁ is not exactly right, but the mistake is so small that it is practically invisible. The hereby The values determined agree very well with the readings Values from theH-s Chart for water match.

Werte aus dem h-s Diagramm
ΔR _D = Druckbereich in dem 1 kg Dampf seine Arbeit verrichtet.
_o = abgelesene isentrope Entspannungsarbeit im Sattdampfgebiet (maximal mögliche)
X _D = Dampfgehalt nachdem 1 kg Dampf innerhalb des Druckbereiches seine isentrope Entspannungsarbeit verrichtet hat.Values from theH-s diagram
ΔR _D = Pressure range in which 1 kg of steam does its work.
_O = read isentropic relaxation work in the Saturated steam area (maximum possible)
X _D = Steam content after 1 kg of steam within the Pressure range his isentropic relaxation work has done.

X = Der von mir errechnete Wert (Dampfgehalt). Ich habe natürlich dieselbe isentrope Entspannungsarbeit als Auftriebsarbeit genommen. Die Enthalpien sind aus der Dampftafel. X = The value I calculated (steam content). Of course I took the same isentropic relaxation work as buoyancy work. The enthalpies are from the steam table.

Ich kann jetzt endlich für mein Beispiel die minimale technische Arbeit berechnen.I can finally use the minimum for my example calculate technical work.

X _max = 0,903628
W _min = X _max · W _max = 261789 Joule [Nm]
X _min = 0,915993 X _max = 0.903628
W _min = X _max · F _max = 261,789 Joules [Nm]
X _min = 0.915993

X _max ist der kleinstmögliche Dampfgehalt, welcher sich ergibt, wenn ich mit der maximalen Arbeit in die Gleichung reingehe (siehe oben). X _max is the smallest possible vapor content, which results when I go into the equation with the maximum work (see above).

Und nun noch eine Auflistung, wenn 1 kg Dampf Arbeit leistet.
ΔR = Druckdifferenz innerhalb der die Arbeit verrichtet wird.
W _o = maximal mögliche isentrope Entspannungsarbeit im Sattdampfgebiet (aus h-s Diagramm).
X _o = Enddampfgehalt nach Verrichtung der obigen Arbeit.
W _max = errechnete maximale Arbeit
W _min = errechnete minimale Arbeit
X _max = Dampfgehalt nach Verrichtung der maximalen Arbeit.
X _min = Dampfgehalt nach Verrichtung der minimalen Arbeit
η = Wirkungsgrad
η _max, h _min, η _ideal = maximaler, minimaler und idealer Wirkungsgrad (nach Carnot).And now a list if 1 kg of steam does work.
ΔR = pressure difference within which the work is performed.
W _o = maximum possible isentropic relaxation work in the saturated steam area (from h - s diagram).
X _o = final steam content after performing the above work.
W _max = calculated maximum work
W _min = calculated minimum work
X _max = steam content after performing the maximum work.
X _min = steam content after performing the minimum work
η = efficiency
η _max , h _min , η _ideal = maximum, minimum and ideal efficiency (according to Carnot).

ΔR = 5 bar-1 bar = 4 bar [4 · 10⁵ Nm^-2]
W _o = 272000 Joule [Nm]
W _max = 289709 Joule [Nm]
W _min = 261789 Joule [Nm]
X _o = 0,911-0,912
X _max = 0,903628
X _min = 0,915993
η _max = 12,434%
η _min = 11,236%
η _ideal = 12,285% ΔR = 5 bar-1 bar = 4 bar [4 · 10 ⁵ Nm ^-2 ]
W _o = 272,000 joules [Nm]
W _max = 289709 joules [Nm]
W _min = 261789 joules [Nm]
X _o = 0.911-0.912
X _max = 0.903628
X _min = 0.915993
η _max = 12.434%
η _min = 11.236%
η _ideal = 12.285%

Wegen der relativ großen Rechengänge und der fehlenden wissenschaftlichen Qualifikation möchte ich nun keine relativ großen Gedankengänge niederschreiben. Es steht aber fest, daß mein Verfahren zur Gewinnung von technischer Arbeit aus Wärme einen Wirkungsgrad (theoretisch) hat, der dem einer idealen Wärmekraftmaschine (nach Carnot) sehr nahe kommt. Dies Verfahren kann theoretisch die maximal mögliche Enthalpiedifferenz bei einer Zustandsänderung der Dampfblase von 5 auf 1 bar Druck als technisch verwertbare Arbeit abgeben. Es handelt sich meiner Meinung nach um die einzige "Wärmekraftmaschine", welche nur im Sattdampfgebiet arbeiten kann und gleichzeitig so einen hohen Wirkungsgrad besitzt. Because of the relatively large arithmetic operations and the lack of I would like scientific qualifications now do not write down relatively large lines of thought. But it is certain that my method of extraction efficiency of technical work from heat (theoretically) has that of an ideal heat engine (after Carnot) comes very close. This procedure can theoretically be the maximum possible enthalpy difference when the state of the vapor bubble changes from 5 to Submit 1 bar pressure as technically usable work. In my opinion, it is the only one "Heat engine", which only in the saturated steam area can work while maintaining high efficiency owns.

Example of my heat engine

Ich halte es für wenig sinnvoll, hier allzu detaillierte konstruktive Hinweise zu geben. Es handelt sich um ein Dampfrad, daß eine gewisse Ähnlichkeit mit einem Wasserrad hat. Es muß jedoch in eine Flüssigkeit eintauchen. Dampf (die Auftriebskraft) gibt nun seine Arbeit ab. Der Dampf sollte an der tiefsten Stelle auf das Dampfrad übertragen werden. Hier soll er nun seine Auftriebsarbeit abgeben. Oben verläßt er das Dampfrad wieder. Nun kann er in einem Wärmetauscher kondensieren oder an einem weiteren Dampfrad seine Arbeit leisten (nun etwas geringerer Druck). Es gibt wahrscheinlich noch mehr Möglichkeiten, aber für mich reichen diese schon.I do not think it makes much sense to be too detailed here to give constructive information. It is about a steam wheel that bears some resemblance to a Has water wheel. However, it must be immersed in a liquid. Steam (the buoyancy) is now doing its job from. The steam should be at the lowest point on the Steam wheel are transmitted. Here he should now do his buoyancy work submit. He leaves the steam wheel at the top. Now it can condense in a heat exchanger or on another steam wheel to do its job (now something lower pressure). There is probably more Possibilities, but for me these are enough.

Bei dieser Wärmekraftmaschine haben alle Dämpfe im Unterdruckbereich ihren größten Wirkungsgrad relativ zur Anlagengröße. Man sollte deshalb in jeder Einheit verschiedene Dämpfe (jeweils im Unterdruck) arbeiten lassen oder einen bestimmten Dampf unter Druck von Dampfrad zu Dampfrad entspannen lassen, wobei er seine Arbeit verrichtet.With this heat engine all vapors have in the Vacuum range their greatest efficiency relative to plant size. One should therefore in every unit different vapors (each in negative pressure) work let or a certain steam under pressure let relax from steam wheel to steam wheel while he does its job.

Ein einzelnes Dampfrad könnte nun so gebaut sein. Am Umfang befinden sich viele kreisringsektorförmige Kolben, die axiale Bewegungen ausführen können. Außen am Umfang des Dampfrades befinden sich Führungsstifte, welche durch einen feststehenden "Stator" (etwa größer als das Dampfrad) geführt werden. Sie übertragen eine durch den "Stator" vorgeschriebene Bewegung je Umlauf auf die einzelnen Kolben. Diese Bewegung muß natürlich genau berechnet werden. Der Dampfdruck sollte immer so groß wie der hydrostatische Druck sein. Dadurch braucht der Dampf nicht die Kolben zu bewegen, sondern die Auftriebskräfte tun dies. Ich kann dadurch praktisch die ganze Auftriebsarbeit aus dem Dampf holen, denn die Strömungsverluste innerhalb der Dampfleitungen sind wegen der geringen Dichte und Geschwindigkeit praktisch bedeutungslos. Das Dampfrad sollte gegenüber der Flüssigkeit gut wärmeisoliert sein. Dadurch kann die Flüssigkeitstemperatur so niedrig sein, daß die Flüssigkeit nur an der Oberfläche Siedetemperatur hat. Hierdurch hat man praktisch keine Wärmeverluste durch Verdampfung der Flüssigkeit. Flüssigkeit und Dampf könnten sogar ganz verschieden sein.A single steam wheel could now be built like this. There are many circular sector-shaped on the circumference Pistons that can perform axial movements. Outside there are guide pins on the circumference of the steam wheel, which by a fixed "stator" (about larger than the steam wheel). You broadcast one movement per revolution prescribed by the "stator" on the individual pistons. This movement must of course can be calculated exactly. The vapor pressure should always be be as large as the hydrostatic pressure. Thereby the steam does not need to move the pistons, but the buoyancy forces do this. I can use it practically get all the buoyancy work out of steam, because the flow losses within the steam lines are because of the low density and speed practically meaningless. The steam wheel should be opposite the liquid must be well insulated. Thereby the liquid temperature can be so low that the liquid only boiling at the surface Has. This means that there is practically no heat loss by evaporation of the liquid. Liquid and Steam could even be very different.

Wenn man das Dampfrad an der Seite, wo sich die Kolben bewegen, günstig auslegt, kann man sehr gute Wirkungsgrade erreichen. Natürlich ist das Dampfrad an der Seite, wo sich die Kolben bewegen, ungleichförmig, aber diese ungleichmäßige Form bleibt relativ zur Flüssigkeit immer konstant. Deshalb dürfte sich der Strömungswiderstand sehr stark vermindern lassen. Auch der Wärmeverlust des Dampfrades an die nun kältere Flüssigkeit kann sehr stark gedrosselt werden.If you put the steam wheel on the side where the pistons are move, cheaply designed, you can very good efficiencies to reach. Of course, the steam wheel is on the side, where the pistons move, non-uniform, but this irregular shape remains relative to the liquid always constant. Therefore the flow resistance is likely reduce very strongly. Also the heat loss of the steam wheel to the now colder liquid can be throttled very much.

Ich habe Wärmeübertragung und Strömungslehre studiert und kann deshalb behaupten, daß hier Wirkungsgrade von 90% zu erreichen sind. Da die Wärmeübertragung durch die Dicke der Isolation und die Strömungsverluste durch extreme Verlangsamung der Drehbewegung in praktisch bedeutungslose Bereiche abgedrängt werden können, kann ich dies behaupten. Natürlich wäre so eine Maschine wegen der Anlagenkosten unwirtschaftlich, aber es geht ja nur um meinen Wirkungsgrad von 90%. Genaue Angaben kann man also nur durch die Praxis erhalten. Für die nun folgenden Berechnungen sind die 90% also nicht falsch und mit Sicherheit auch in der Praxis zu erreichen. I studied heat transfer and fluid mechanics and can therefore claim that efficiencies of 90% can be reached. Because the heat transfer through the Insulation thickness and flow losses through extreme slowing down of the rotation in practical meaningless areas can be pushed away I claim this. Of course, that would be a machine uneconomical because of the plant costs, but it works yes only by my efficiency of 90%. Exact allegation can only be obtained through practice. For the the following calculations are not the 90% wrong and certainly to achieve in practice.

Da ich keine Lust habe, eine komplette Anlage konstruktiv durchzurechnen, mache ich nur die unbedingt notwendigen Angaben. Es soll nur mit Wasser gearbeitet werden. Für weitere hier notwendige Stoffe fehlen mir leider die Dampftafeln. Es handelt sich um 11-12 Dampfräder. Die Dampfräder haben einen Durchmesser von 10 Meter. Im ersten Dampfrad hat der Dampf ein spezifisches Volumen von 0,2 m³/kg (10 bar). Im vorletzten eines von 1,7 m³/kg (1 bar). Die letzte Stufe wird verdoppelt. Dadurch habe ich hier nicht so große Dampfmengen. Der entstehende Dampf verrichtet an jedem Dampfrad seine Arbeit mit einem Wirkungsgrad von 90%. Deshalb ist auch der Gesamtwirkungsgrad 90%. Den Beweis dazu später. Die Berechnungen im vorigen Abschnitt beweisen, daß ich theoretisch den Wirkungsgrad einer idealen Wärmekraftmaschine (nach Carnot) mit Wasser als Arbeitsmedium fast erreichen kann. Für meinen maximalen theoretischen Wirkungsgrad nehme ich also den idealen mal 96%.
η = Wirkungsgrad meiner Wärmekraftmaschine (mit Wasser)
h _o = theoretisch maximaler Wirkungsgrad meiner Wärmekraftmaschine.
T ₂ = Siedetemperatur bei 10 bar = 453 Kelvin (ca. 180°C)
T ₁ = Siedetemperatur bei 0,1 bar = 319 Kelvin (ca. 46°C)Since I don't feel like constructively calculating a complete system, I only provide the information that is absolutely necessary. Only water should be used. Unfortunately, I do not have the steam tables for other materials required here. There are 11-12 steam wheels. The steam wheels have a diameter of 10 meters. In the first steam wheel, the steam has a specific volume of 0.2 m ³ / kg (10 bar). In the penultimate one of 1.7 m ³ / kg (1 bar). The last stage is doubled. So I don't have that much steam here. The steam produced does its work on each steam wheel with an efficiency of 90%. That is why the overall efficiency is 90%. The proof of that later. The calculations in the previous section prove that theoretically I can almost achieve the efficiency of an ideal heat engine (according to Carnot) with water as the working medium. For my maximum theoretical efficiency, I take the ideal 96%.
η = efficiency of my heat engine (with water)
h _o = theoretically maximum efficiency of my heat engine.
T ₂ = boiling temperature at 10 bar = 453 Kelvin (approx. 180 ° C)
T ₁ = boiling temperature at 0.1 bar = 319 Kelvin (approx. 46 ° C)

η = η _o · 0,9 = 0,256 [25,6%] η = η _o x 0.9 = 0.256 [25.6%]

Würde ich nur diese Einheit betreiben, hätte ich noch ca. 10% Verlust. Das ist der Kesselwirkungsgrad also der Wärmeübergang vom Rauchgas zum Wasser. Dieser Wert ist in der Kraftwerkstechnik durchaus erreichbar. If I only operated this unit, I would still have it about 10% loss. So that's the boiler efficiency the heat transfer from the flue gas to the water. This value is quite achievable in power plant technology.

Diese Berechnungen gelten nur für eine Temperaturdifferenz von ca. 134 Kelvin. In Dampfkraftwerken sind aber Temperaturdifferenzen von ca. 500 Kelvin üblich. Meine Drücke würden aber in jeder Einheit 10 bar nicht überschreiten. Deshalb kann ich in viel größere Temperaturbereiche vordringen. Die Festigkeitseigenschaften der Werkstoffe erlauben dies. Hier könnte man wohl auch mit flüssigen Metallen arbeiten. Ich könnte zwar dann die einzelnen Wirkungsgrade nicht addieren (denn nun gibt es ja mehrere Einheiten), aber wegen der schon oben recht hohen Wirkungsgrade kann ich nun mit Sicherheit behaupten, daß Wirkungsgrade (reale) von 40-60% zu erreichen sind. Ich kann also 40-60% Strom aus der Kohle holen.These calculations only apply to a temperature difference of approximately 134 Kelvin. Are in steam power plants but temperature differences of approx. 500 Kelvin are common. However, my pressures would not be 10 bar in each unit exceed. So I can go into much wider temperature ranges penetrate. The strength properties of the materials allow this. Here you could probably also work with liquid metals. I could then do not add up the individual efficiencies (because now there are several units), but because of the I can now achieve very high efficiencies with Security claim that efficiencies (real) of 40-60% can be reached. So I can get 40-60% electricity from the Get coal.

Ein wesentlich kleinerer Dampfraddurchmesser würde zwar bedeuten, daß ich viel mehr Dampfräder brauche, aber an dem Gesamtwirkungsgrad würde sich wohl kaum etwas ändern (Beweis später). Durch größere Wärmeabgabe, Lagerreibung usw. würde er nur wenig kleiner werden. Optimaler wäre das Arbeiten mit mehreren Flüssigkeiten. Man brauchte weniger Dampfräder und hätte also größere Wirkungsgrade relativ zur Anlagengröße, obwohl an jedem Wärmetauscher 20-30 Kelvin "verlorengehen" würden.A much smaller steam wheel diameter would mean that I need a lot more steam wheels, but the overall efficiency would hardly affect change something (proof later). Through greater heat emission, Bearing friction etc. would only be a little smaller. Working with several liquids would be better. You needed fewer steam wheels and would have bigger ones Efficiencies relative to the size of the plant, although on everyone Heat exchangers 20-30 Kelvin would be "lost".

Die Behauptung, daß der Wirkungsgrad unabhängig ist von der Anzahl der Dampfräder, wenn derselbe Dampf von einem Dampfrad zum anderen transportiert wird, möchte ich hier nun kurz beweisen. Ich rechne zwei Anlagen durch. Eine mit einem Dampfrad und eine mit drei Dampfrädern. Der Temperaturbereich, in dem die Wärmekraftmaschine arbeitet, ist 300-600 Kelvin. Um diese Rechnung einfach zu gestalten, nehme ich an, daß meine Wärmekraftmaschine mit Wasser theoretisch den idealen Wirkungsgrad erreichen würde. Außerdem rechne ich ohne irgendwelche Verluste. The claim that efficiency is independent on the number of steam wheels if the same steam from one steam wheel is transported to the other I now prove briefly here. I calculate two plants by. One with a steam wheel and one with three steam wheels. The temperature range in which the heat engine works is 300-600 Kelvin. To this bill simple to design, I assume that my heat engine theoretically the ideal with water Would achieve efficiency. I also count without any losses.

1st example

W = Q η ₁ = 0,5 Q W = Q η ₁ = 0.5 Q

2nd example

Jedes Dampfrad arbeitet innerhalb einer Temperaturdifferenz von 100 Kelvin.Each steam wheel works within a temperature difference from 100 Kelvin.

W ₁ = Q h ₁ = 0,16 Q
W ₂ = (Q-W ₁) η ₂ = 0,16 Q
W ₃ = [Q-(W ₁ + W ₂)]η ₃ = 0,16 Q
W _Gesamt = W ₁ + W ₂ + W ₃ = 0,5 Q W ₁ = Q h ₁ = 0.1 6 Q
W ₂ = ( Q - W ₁ ) η ₂ = 0.1 6 Q
W ₃ = [ Q - ( W ₁ + W ₂ )] η ₃ = 0.1 6 Q
W _total = W ₁ + W ₂ + W ₃ = 0.5 Q

An den Rechengängen würde sich auch nichts ändern, wenn man die Wirkungsgradverluste mit berücksichtigt. Man kann so rechnen, weil fast alle Wirkungsgradverluste (Strömungsverluste des Dampfrades usw.) letztendlich als Wärme (Dampf) am nächsten Dampfrad wieder ihre Arbeit verrichten können. Wirkungsgradverluste bedeuten fast immer Wärmeentwicklung. Nun ist dies aber eine Wärmekraftmaschine und die Wärme wird von Dampfrad zu Dampfrad transportiert als Dampf. Ob sie als "normale" Wärme noch nicht in technische Arbeit umgewandelt wurde oder als Wirkungsgradverlust letztendlich wieder zur Wärme wurde. Natürlich habe ich nicht nur innere Wirkungsgradverluste, sondern auch äußere und diese nur als Wärmeabstrahlung usw.. Es ist aber eine kompakte Anlage und äußere Wärmeisolierung ist besser zu erreichen als Verminderung der inneren Wirkungsgradverluste. Somit braucht man die äußeren Wärmeverluste praktisch kaum zu berücksichtigen.Nothing would change in the arithmetic operations, if you take into account the losses in efficiency. You can do this because almost all losses in efficiency (Flow loss of the steam wheel, etc.) ultimately as heat (steam) on the next steam wheel Can do work. Loss of efficiency means almost always heat development. Now this is one Heat engine and the heat is from steam wheel too Steam wheel transported as steam. Whether they are "normal" Heat has not yet been converted into technical work was or ultimately as a loss of efficiency became warm again. Of course I don't just have internal efficiency losses, but also external and this only as heat radiation, etc. But it is one compact system and external heat insulation is better to be achieved as a reduction in internal efficiency losses. So you need external heat loss practically hardly to be considered.

Arbeitet man mit mehreren Flüssigkeiten, hat man viel weniger Dampfräder für einen bestimmten Wirkungsgrad und kann in größere Temperaturbereiche vordringen als heutige Dampfkraftwerke (mit Wasser). Man muß nur bei jedem Wärmetauscher eine Temperaturdifferenz von ca. 20-30 Kelvin berücksichtigen, welche nicht mehr zur Gewinnung von technischer Arbeit zur Verfügung steht.If you work with several liquids, you have a lot fewer steam wheels for a certain efficiency and can penetrate larger temperature ranges than today's steam power plants (with water). You just have to a temperature difference for each heat exchanger of approx. 20-30 Kelvin take into account which no longer available for the acquisition of technical work stands.

Beim Einführen der Wärme in jede weitere Einheit oder jedes weitere Dampfrad, sollte man auf Wärmeisolation zur übrigen Flüssigkeit achten. In einem kleinen wärmeisolierten Bereich sollte der Dampf reingeleitet werden oder entstehen. Dieser dort entstehende Dampfdruck sollte identisch sein mit dem hydrostatischen Druck auf die Kolben in dem Dampfradbereich, wo der Dampf auf das Dampfrad übertragen wird. Dadurch hat man hier sehr geringe "Temperaturdifferenzverluste". When the heat is introduced into each additional unit or any other steam wheel, you should put on thermal insulation pay attention to the remaining liquid. In a little one the heat-insulated area, the steam should be introduced will or arise. This vapor pressure created there should be identical to the hydrostatic Pressure on the pistons in the steam wheel area where the Steam is transferred to the steam wheel. So you have here very low "temperature difference losses".

Ferner sollte dieser wärmeisolierte Bereich eine kleine Öffnung zur äußeren Flüssigkeit haben. Wenn nun am Dampfradaustritt der Dampfdruck steigt, weil der Weitertransport des Dampfes in die nächste Einheit oder auf das nächste Dampfrad langsamer wurde, so steigt auch der Dampfdruck im wärmeisolierten Bereich. Dadurch wird auch hier der Wärmetransport gedrosselt. Beim Wärmetauscher ist dies logisch. Er muß ja mit Flüssigkeit bedeckt sein. Wenn Dampf von Dampfrad zu Dampfrad geleitet wird, muß dieser Dampf im wärmeisolierten Bereich mit der Flüssigkeit in Kontakt kommen.Furthermore, this heat-insulated area should be a have a small opening to the external liquid. If now at the steam wheel outlet the steam pressure rises because the steam is transported to the next unit or slowed down to the next steam wheel, increases also the vapor pressure in the heat-insulated area. Thereby the heat transfer is throttled here too. At the Heat exchanger, this is logical. He has to use liquid be covered. When steam from steam wheel to steam wheel is conducted, this steam must be insulated Area in contact with the liquid.

Solange sich Dampf in einem Zylinder des Dampfrades befindet, kann dieser Arbeit verrichten, wenn er noch durch die Flüssigkeit Auftrieb erfährt. Deshalb sollten die Dampfradzylinder oben erst entleert werden, wenn sie nicht mehr in die Flüssigkeit eintauchen.As long as steam is in a cylinder of the steam wheel can do this work if he is still experiences buoyancy through the liquid. Therefore should the steam wheel cylinders above are only emptied when no longer immerse them in the liquid.

Der Wirkungsgrad von 90% dürfte deshalb von mir mit Sicherheit zu erreichen sein, wird bei der Gesamtanlage schlechter durch den Kesselwirkungsgrad (auch 90%) und die an jedem Wärmetauscher "verlorengegangene" Temperaturdifferenz. The efficiency of 90% should therefore be mine It will be possible to achieve with certainty in the overall system worse due to the boiler efficiency (also 90%) and the "lost" on each heat exchanger Temperature difference.

What are the limits of my heat engine?

Im Gegensatz zu einer idealen Wärmekraftmaschine (nach Carnot) kann bei mir jeder Stoff nur in einem stark begrenzten Gebiet als Dampf seine Arbeit verrichten. Die obere Grenze ist durch den kritischen Druck gegeben. Die untere wird wohl am Tripelpunkt liegen. Da ich jedoch bei meiner Wärmekraftmaschine mehrere Stoffe benutzen kann, werden auch hier die Grenzen, wie allgemein üblich, durch die Umgebungstemperatur und Festigkeitseigenschaften von Maschinenteilen bestimmt. Die Festigkeitseigenschaften von Maschinenteilen sind jedoch Temperatur- und Druckkennwerte von Werkstoffen. Temperatur und Druck beeinflussen sich gegenseitig. Bei den heutigen Dampfkraftwerken sind die hohen Drücke erforderlich und höhere Temperaturen sind nun durch Festigkeitseigenschaften der Werkstoffe nur schwer erreichbar. Meine Wärmekraftmaschine hat bei sehr niedrigen Drücken die besten Wirkungsgrade. Deshalb kann ich in Temperaturbereiche von 800-1000°C vordringen.In contrast to an ideal heat engine (after Carnot) with me, every substance can only be strong in one do limited work as steam. The upper limit is given by the critical pressure. The lower one will probably be at the triple point. There However, I have several in my heat engine Can use fabrics, the limits here too, like common, due to the ambient temperature and Strength properties of machine parts determined. The strength properties of machine parts are however, temperature and pressure parameters of materials. Temperature and pressure influence each other. In today's steam power plants, the high ones Pressures are required and higher temperatures are now due to the strength properties of the materials only hard to reach. My heat engine has very low pressures the best efficiencies. That's why I can penetrate into temperature ranges from 800-1000 ° C.

Möglicher praktischer Wirkungsgrad einer optimierten Einheit (Wasser als Stoff und mehrere Dampfräder) liegt bei ca. 85% einer idealen Wärmekraftmaschine (nach Carnot). Hier ist natürlich noch kein Kesselwirkungsgrad enthalten. Wie groß aber sind die maximalen theoretischen Wirkungsgrade von anderen Stoffen. Alle nun folgenden Berechnungen, Gedankengänge und Tabellenwerte sind letztendlich aus dem VDI Wärmeatlas bzw. ganz am Schluß dieser Niederschrift als Diagramme und Dampftafeln wiederzufinden. Possible practical efficiency of an optimized Unit (water as a substance and several steam wheels) at approx. 85% of an ideal heat engine (according to Carnot). Of course, boiler efficiency is not included here. But how great are the maximum theoretical efficiencies of other substances. All following now Calculations, lines of thought and table values are ultimately from the VDI Warmth Atlas or at the very end this transcript as diagrams and steam tables to find again.

Bei meinem späteren Übungsbeispiel soll der Dampf zwischen 0,5 und 1 bar Druck seine Arbeit leisten. Innerhalb dieses Druckbereiches habe ich die größte spezifische Wärmekapazität für die weiteren Rechnungen genommen. Da ich hiermit über die Wärmemenge Q den Wirkungsgrad bestimme, müßte er also eher etwas zu klein werden.In my later exercise example, the steam should do its work between 0.5 and 1 bar pressure. Within this pressure range I have taken the largest specific heat capacity for the further calculations. Since I hereby determine the efficiency via the amount of heat Q , it should rather be a little too small.

Die negativen Siedetemperaturen der Frigene im Druckbereich von 0,5-1 bar stören hier nicht (siehe Dampftafel). Diese Stoffe dienen nur als Vergleichswerte. Die drei letzten Stoffe könnte man aber praktisch verwenden. Wenn auch vielleicht nur unter Laborbedingungen. Ich habe aus ca. 20 Stoffen die günstigsten ausgesucht. The negative boiling temperatures of the Frigene in the pressure range from 0.5-1 bar does not interfere here (see steam table). These substances serve only as comparative values. The three the last substances could be used practically. If only under laboratory conditions. I I chose the cheapest from about 20 fabrics.

Aus dem VDI Wärmeatlas (Charakteristisches Verhalten und überschlägliche Berechnung von Stoffwerten/ 3.1 Spezifisches Volumen von Gasen) stammt die folgende Berechnung der durchschnittlichen spezifischen Dampfvolumen.From the VDI Warmth Atlas (characteristic behavior and rough calculation of material values / 3.1 specific volume of gases) comes from the following Calculation of the average specific Steam volume.

Bei kleinen Drücken (normierten Drücken = P _R) soll das Gesetz für ideale Gase ziemlich genau sein. Aus Bild 1 kann man mit Hilfe von P _R und T _R ungefähr Z (dimensionsloser Kompressibilitätsfaktor) bestimmen. Damit geht man in die GleichungAt low pressures (standardized pressures = P _R ) the law for ideal gases should be fairly precise. From Figure 1 one can determine approximately Z (dimensionless compressibility factor) using P _R and T _R. This goes into the equation

Nun gilt aber Bild 1 nur für den Bereich 0,8 ≦ωτ T _R ≦ωτ 15. Ich kann aber Z für die ersten drei Stoffe berechnen. Mit der idealen Gasgleichung und den realen Werten aus der Dampftafel für das spezifische Dampfvolumen. Da es sich immer um Sattdampf handelt, gehört zu jedem Dampfdruck nur eine bestimmte Siedetemperatur. Dies gilt auch für die obige Tabelle. Nun aber die erforderliche Gleichung für die weitere Berechnung.Now, however, Figure 1 only applies to the range 0.8 ≦ ωτ T _R ≦ ωτ 15. However, I can calculate Z for the first three substances. With the ideal gas equation and the real values from the steam table for the specific steam volume. Since it is always saturated steam, there is only a certain boiling temperature for each steam pressure. This also applies to the table above. But now the necessary equation for the further calculation.

Die angegebenen Werte haben folgende Bedeutung. In jedem Kästchen steht oben die Siedetemperatur in °C. In jedem Kästchen steht unten das spezifische Volumen in m³/kg. Dieses spezifische Volumen wurde mit der idealen Gasgleichung ohne Berücksichtigung des dimensionslosen Kompressibilitätsfaktors Z errechnet.The values given have the following meaning. The boiling temperature in ° C is at the top of each box. In each box there is the specific volume in m ³ / kg below. This specific volume was calculated using the ideal gas equation without taking the dimensionless compressibility factor Z into account.

Obwohl nun für Bild 1 gilt 0,8 ≦ωτ T _R ≦ωτ 15, kann ich durch folgende Überlegungen weiterkommen. Je kleiner P _R ist (bei gleichem T _R) desto geringer ist die relative Abweichung von der idealen Gasgleichung. Je größer T _R wird (bei gleichem P _R) desto geringer ist auch hier wieder die Abweichung von der idealen Gasgleichung. Bei Wasser habe ich eine Abweichung von 1-1,5% von der idealen Gasgleichung. Bei den Frigenen ist T _R ungefähr so groß wie bei Wasser, aber P _R ist das fünffache des Wertes von Wasser. Deshalb ist die relative Abweichung von der idealen Gasgleichung auch 2,3-3,8%. Although 0.8 ≦ ωτ T _R ≦ ωτ 15 now applies to Figure 1, I can get ahead with the following considerations. The smaller P _R (with the same T _R ), the smaller the relative deviation from the ideal gas equation. The greater T _R (with the same P _R ), the smaller the deviation from the ideal gas equation. For water, I have a deviation of 1-1.5% from the ideal gas equation. For the Frigen, T _{R is} about the same size as water, but P _R is five times the value of water. Therefore the relative deviation from the ideal gas equation is also 2.3-3.8%.

Nun sind aber die T _R Werte der drei letzten Flüssigkeiten größer wie die der Frigene. Auch die P _R Werte sind kleiner oder gleich groß wie die P _R Werte der Frigene. Somit muß also auch die relative Abweichung von der idealen Gasgleichung bei den drei letzten Stoffen kleiner oder gleich 3,8% sein. Sie muß jedoch auch größer ca. 2% sein. Diese relative Abweichung werde ich jedoch erst zum Schluß dieser Berechnung berücksichtigen.Now the T _R values of the last three liquids are larger than those of the Frigene. The P _R values are also smaller or the same as the P _R values of the Frigene. Thus, the relative deviation from the ideal gas equation for the last three substances must also be less than or equal to 3.8%. However, it must also be greater than approximately 2%. However, I will only take this relative deviation into account at the end of this calculation.

Die Behauptung, daß Bild 1 nur für a _c = 6 gilt, halte ich für unwichtig. Die Abweichung von Bild 1 für andere Werte von a _c soll jedoch nicht groß sein. Wo hat diese Aussage den überhaupt Bedeutung. Durch andere a _c Werte wird doch nur der Kurvenverlauf der T _R Werte beeinflußt. Bei sehr hohen normierten Drücken macht sich eine Änderung vom T _R Kurvenverlauf relativ stark beim Z Wert bemerkbar (siehe Bild 1). Bei P _R Werten unter 0,025 ist die Beeinflussung auf den Z Wert durch einen leicht geänderten T _R Kurvenverlauf aber praktisch bedeutungslos. Jedenfalls spielt er für meine Berechnungen hier keine Rolle.I consider the assertion that image 1 only applies to a _c = 6 to be unimportant. However, the deviation from Figure 1 for other values of a _c should not be large. Where does this statement have any meaning at all? Other a _c values only affect the curve of the T _R values. At very high normalized pressures, a change in the T _R curve is relatively noticeable at the Z value (see Figure 1). At P _R values below 0.025, the influence on the Z value by a slightly changed T _R curve course is practically meaningless. In any case, it does not play a role in my calculations here.

Ich werde nun mit der idealen Gasgleichung das durchschnittliche spezifische Dampfvolumen (Sattdampf) berechnen, wenn er von 1 bis 0,5 bar seine Arbeit verrichtet. Hier wird noch konstante Dampfmasse angenommen. Dazu muß ich stark improvisieren. Ich werde für alle Stoffe v-p Diagramme anfertigen. p ist der Siededruck und v das entsprechende spezifische Dampfvolumen, welches zu dem Siededruck gehört. Das durchschnittliche spezifische Dampfvolumen werde ich graphisch ermitteln. Fläche abzählen und durch die Grundlinie teilen. Die überzähligen Punkte sollen das Toleranzfeld verdeutlichen. Sie gelten für ±10% Abweichung von der idealen Gasgleichung. Damit habe ich eine optische Möglichkeit die Genauigkeit der Ergebnisse abzuschätzen. I will now use the ideal gas equation to calculate the average specific steam volume (saturated steam) if it does its work from 1 to 0.5 bar. Here constant vapor mass is assumed. I have to improvise a lot. I will make v - p diagrams for all substances. p is the boiling pressure and v is the corresponding specific vapor volume that belongs to the boiling pressure. I will determine the average specific steam volume graphically. Count the area and divide by the baseline. The surplus points should clarify the tolerance range. They apply to a deviation of ± 10% from the ideal gas equation. This gives me a visual opportunity to estimate the accuracy of the results.

Der p-Maßstab ist praktisch identisch mit einem Höhenmaßstab. Man denke an die Dampfblase im Kochtopf auf dem Weg nach oben. Würde man den Weg der Dampfblase in gleiche Teile teilen, hätte man gleichzeitig fast identische Druckdifferenzen erzeugt. Somit kann ich im p-v Diagramm den Kurvenverlauf durch identische Druckabstände teilen und somit einen Mittelwert des spezifischen Dampfvolumens bilden. Bei einem v-T Diagramm würde ich also ein viel zu großes durchschnittliches spezifisches Dampfvolumen erhalten.The p- scale is practically identical to a height scale. Think of the steam bubble in the saucepan on the way up. If you divided the path of the vapor bubble into equal parts, you would have created almost identical pressure differences at the same time. So in the p - v diagram I can divide the curve by identical pressure distances and thus form an average of the specific steam volume. With a v - T diagram, I would get a much too large average specific vapor volume.

Die v-p Diagramme für alle sechs Stoffe befinden sich am Schluß dieser Niederschrift. Ich werde nun das durchschnittliche Dampfvolumen für Wasser graphisch mit dem v-p Diagramm berechnen. Das v-p Diagramm wurde mit der idealen Gasgleichung erstellt. Dann berechne ich das durchschnittliche Dampfvolumen (siehe Abschnitt "Ein Verfahren zur Erzeugung von technisch verwertbarer Arbeit durch Wärme") genau mit der Dampftafel. Dieses exakte durchschnittliche Dampfvolumen muß ca. 1-1,5% geringer sein (Z Wert) als das graphisch ermittelte.The v - p diagrams for all six substances are at the end of this transcript. I will now calculate the average volume of steam for water graphically using the v - p diagram. The v - p diagram was created using the ideal gas equation. Then I calculate the average volume of steam (see section "A process for the production of technically usable work by heat") exactly with the steam table. This exact average steam volume must be approx. 1-1.5% less ( Z value) than that determined graphically.

Werte aus dem v-p Diagramm (Wasser) für ein durchschnittliches spezifisches Dampfvolumen zwischen 0,5 und 1 bar Druck.Values from the v - p diagram (water) for an average specific steam volume between 0.5 and 1 bar pressure.

ΔR(m bar)V _spez.(m³ kg^-1) ΔR (m bar) V _spec. (m ³ kg ^-1 )

500-5503,1 550-6002,81 600-6502,59 650-7002,39 700-7502,23 750-8002,1 800-8501,99 850-9001,9 900-9501,83 950-1000 1,77 Summe,10 = 22,71 Mittelwert = 2,271 m/kg 500-5503.1 550-6002.81 600-6502.59 650-7002.39 700-7502.23 750-8002.1 800-8501.99 850-9001.9 900-9501.83 950-1000 1, 77 total, 10 = 22.71 mean = 2.271 m / kg

Das graphisch ermittelte durchschnittliche spezifische Dampfvolumen ist somit 2,271 m³/kg. Das genau ermittelte ist 2,304 m³/kg. Der exakte Wert ist 1,5% größer als der graphische. Er müßte aber 1-1,5% kleiner sein. So ist das graphische Volumen also bis zu 3% zu klein ermittelt worden. Das ist auch durchaus verständlich. Im v-p Diagramm habe ich im Bereich von 0,5-1 bar keinen einzigen Kurvenpunkt. Aber je einen Kurvenpunkt bei 0,5 bis 1 bar. Das wäre eigentlich zu wenig, aber zwei weitere Kurvenpunkte erlauben es die Kurve mit eine Genauigkeit von ±3% zu zeichnen. Das graphisch ermittelte durchschnittliche spezifische Dampfvolumen ist also das ideale ±3%. Diese Aussage gilt für alle v-p Diagramme, wie man optisch leicht überprüfen kann. Die überzähligen Punkte geben eine Toleranz von ±10% an.The graphically determined average specific vapor volume is thus 2.271 m ³ / kg. The exactly determined is 2.304 m ³ / kg. The exact value is 1.5% larger than the graphic one. But it should be 1-1.5% smaller. So the graphic volume has been determined up to 3% too small. That is understandable. In the v - p diagram I don't have a single curve point in the range of 0.5-1 bar. But one curve point each at 0.5 to 1 bar. That would actually be too little, but two further curve points allow the curve to be drawn with an accuracy of ± 3%. The graphically determined average specific vapor volume is therefore the ideal ± 3%. This statement applies to all v - p diagrams, as can be easily checked visually. The surplus points indicate a tolerance of ± 10%.

Das exakte Dampfvolumen (Dampftafel) ist aber kleiner als das ideale. Auch hier lassen sich Toleranzen angeben, wenn die Dämpfe (Sattdämpfe) von 0,5 bis 1 bar Druck berechnet werden sollen.However, the exact volume of steam (steam table) is smaller as the ideal. Tolerances can also be specified here, if the vapors (saturated vapors) from 0.5 to 1 bar Pressure should be calculated.

Z wurde schon erklärt. Der dimensionslose Kompressibilitätsfaktor. Z (exakt) berücksichtigt alles. Wenn ich das graphisch ermittelte durchschnittliche spezifische Dampfvolumen damit multipliziere, erhalte ich denselben Wert, den ich erhalten würde, wenn ich mit einer Dampftafel den Wert berechnen würde. Z (+Toleranz) würde man also gebrauchen, wenn man die Werte aus der Dampftafel mit der idealen Gasgleichung berechnen will. Z (exakt) berücksichtigt noch zusätzlich die Toleranz beim graphischen Ermitteln der durchschnittlichen Dampfvolumen. Z has already been explained. The dimensionless compressibility factor. Z (exactly) takes everything into account. If I multiply the graphically determined average specific volume of steam by this, I get the same value that I would get if I calculated the value with a steam chart. Z (+ tolerance) would therefore be used if you want to calculate the values from the steam table with the ideal gas equation. Z (exactly) also takes the tolerance into account when determining the average vapor volume graphically.

Nun kann ich aber endlich wieder berechnen (wie im Abschnitt "Ein Verfahren zur Erzeugung von technisch verwertbarer Arbeit durch Wärme"). Das Formelzeichen für die Arbeit bleibt dasselbe, obwohl es nun die spezifische Arbeit bezeichnet (also kJ/kg). Es hat nur einen kleinen Punkt obendrauf.Now I can finally calculate again (as in Section "A method of generating technical usable work by heat "). The formula symbol the same remains for work, although it is now the denotes specific work (i.e. kJ / kg). It only has a little dot on top.

_max = Y · ΔR · V = Y · ΔR · V _(graphisch)- · Z _(exakt) _Max =Y ·ΔR ·V =Y ·ΔR ·V _{(graphical) -} ·Z _(exactly)

Y ist hier immer fast 1 (stoffabhängig). Hier läßt es sich sehr umständlich berechnen. Wegen der schon großen Toleranz im Z (exakt) möchte ich mir dies sparen. Als Beispiel nun folgende Berechnung. Diäthylketon hat hier mit ca. 750 kg/m³ die geringste Dichte. Y müßte hier also am ungünstigsten sein. Y is always almost 1 (depending on the substance). Here it is very difficult to calculate. Because of the already large tolerance in the Z (exactly) I would like to save this. The following calculation as an example. Diethyl ketone has the lowest density here at approx. 750 kg / m ³ . Y should be the worst here.

Ich brauche also Y nicht zu berücksichtigen. Nun die graphisch ermittelten durchschnittlichen spezifischen Dampfvolumen, maximalen spezifischen Arbeiten usw. tabellarisch aufgelistet. So I don't need to take Y into account. Now the graphically determined average specific steam volume, maximum specific work, etc. are listed in a table.

Nun die spezifische Wärmemenge , damit die Arbeit überhaupt verrichtet werden kann. Diese Berechnungen habe ich ohne Dampftafeln gemacht. Die Wirkungsgrade sind durch die maximale spezifische Wärmekapazität deshalb eher etwas zu klein geworden. Nun die Berechnungen.
Δ h _y = Verdampfungsenthalpie bei 1 bar
C = maximale spezifische Wärmekapazität
Δ T = Temperaturdifferenz = T ₂ (Siedetemperatur bei 1 bar)
-T ₁ (Siedetemperatur bei 0,5 bar).Now the specific amount of heat so the work can be done at all. These calculations I made it without steam tablets. The efficiencies are by the maximum specific heat capacity therefore rather a bit too small. Now the calculations.
Δ H _y = Enthalpy of vaporization at 1 bar
C. = maximum specific heat capacity
Δ T = Temperature difference =T _2nd (Boiling temperature at 1 bar)
-T ₁ (Boiling temperature at 0.5 bar).

Δ T = T ₂-T ₁ [Kelvin]
= C Δ T + Δ hv = Δ h′ + Δ hv [Joule kg^-1] Δ T =T _2nd-T ₁ [Kelvin]
=C. Δ T +Δ hv =Δ H' +Δ hv [Joule kg^-1]

Fehlende Stoffwerte waren schon in anderen Tabellen. In den Wirkungsgraden ist die Toleranz von ±4% noch nicht berücksichtigt. Ich müßte bei Diäthylketon jetzt eigentlich folgendes schreibenMissing material values were already in other tables. In terms of efficiency, the tolerance is still ± 4% not considered. I should be on diethyl ketone now actually write the following

Ich wollte natürlich noch weitere Berechnungen anstellen oder sogar Dampftafeln für die drei letzten Stoffe auftreiben, aber alles hat nicht geklappt. Ich habe hier schon stark improvisieren müssen, aber trotzdem aussagefähige Resultate erhalten. Bei weiteren Berechnungen müßte ich aber so stark improvisieren, daß jeder hochqualifizierte Wissenschaftler dies als Blödsinn abstempeln könnte. Deshalb kann, wer will, diesen Blödsinn übergehen (aber nur bis zur nächsten Tabelle.)Of course I wanted to do more calculations or even steam tables for the last three substances find, but everything did not work. I have here have to improvise a lot, but still informative Get results. For further calculations I would have to improvise so strongly that everyone was highly qualified Scientists stamp this as nonsense could. So whoever wants can do this nonsense skip (but only to the next table.)

Ich finde, daß die letzten Tabellenwerte schon aussagefähig genug sind. Die kritischen Drücke der drei letzten Stoffe sind nicht geringer wie die der Frigene. Deshalb dürfte auch hier die relative Vergrößerung der Verdampfungsenthalpie nicht viel größer ausfallen als bei den Frigenen mit 1,037. I find that the last table values are already meaningful are enough. The critical pressures of the last three Fabrics are no less than that of the Frigene. That's why the relative enlargement of the Evaporation enthalpy is not much larger than with the Frigen with 1.037.

Bei Wasser ist diese Vergrößerung logischerweise geringer. Zur Sicherheit rechne ich bei den drei letzten Stoffen mit 1,05.This increase is logical for water less. For security, I count on the last three Fabrics with 1.05.

Dann kann ich aber folgende Tabellenwerte angeben (Berechnung wie im Abschnitt "Ein Verfahren zur Erzeugung von technisch verwertbarer Arbeit durch Wärme").Then I can specify the following table values (calculation as described in the section "A method of generation of technically usable work through heat ").

Auch hier ist natürlich die Toleranz in der minimalen spezifischen Arbeit (±4%) in den Zahlen nicht berücksichtigt worden. Die drei ersten Werte (Verdampfungsenthalpien bei 0,5 bar) sind exakt aus der Dampftafel und die drei letzten mittels der relativen Vergrößerung von 1,05 geschätzt worden.Here too, of course, the tolerance is minimal specific work (± 4%) not included in the figures been. The first three values (enthalpy of vaporization at 0.5 bar) are exactly from the steam table and the last three using relative magnification of 1.05.

Die sehr bedeutsamen Aussagen habe ich bewußt in diesem Abschnitt versteckt, um eine psychologische Hemmschranke zu überwinden. Mit dieser Aussage werden somit hoffentlich nur Personenkreise konfrontiert werden, die eine hohe wissenschaftliche Qualifikation besitzen. Ich bin überzeugt, daß außer der letzten Tabelle alles sehr genau berechnet wurde, die bedeutsamen Aussagen also der Wahrheit entsprechen.I have consciously made the very significant statements in this Section hidden to a psychological barrier to overcome. Hopefully with this statement only groups of people are confronted with the one have high academic qualifications. I am convinced that everything except the last table very much was calculated exactly, the meaningful statements to be true.

Claims

1. Claim
A process for obtaining technical work by heat. Steam generates or (and) changes its state through the action of heat. If possible, this steam (e.g. through buoyancy work) should only generate technically usable work (electricity, etc.) using a liquid. The peculiarity of my heat engine is that with the help of a liquid, steam can be used to produce technically usable work.

2. Claim
A heat engine according to claim 1, could, for. B. work like this. A steam wheel is immersed in a liquid, structurally offering the steam on the circumference the possibility of giving up its buoyancy work as rotation work. The steam wheel diameter is therefore approximately the path that is used to determine the buoyancy work.