DE3619547A1 - Process and device for generating a force from a temperature difference between two media - Google Patents
Process and device for generating a force from a temperature difference between two mediaInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Kraft aus einer Temperaturdifferenz zwischen zwei Medien nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Einrich tung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.The invention relates to a method for generating a Force from a temperature difference between two media according to the preamble of claim 1 and a Einrich device for performing such a method according to Preamble of claim 7.
In der Patentanmeldung P 34 45 785.2 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erzeugung einer Kraft aus der Temperaturdifferenz zweier Wärmespeichermedien beschrieben, bei denen in einem Kreisprozeß ein Kältemittel vorhanden ist, das in einem Verdampfer unter Arbeitsdruck durch Wärmeener gieaufnahme von einem Wärmeenergie-Abgabemedium verdampft, der erzeugte Dampf einer Druckmindereinrichtung, insbe sondere einem in umgekehrter Richtung angetriebenen Dreh schieberverdichter zugeführt wird, die unmittelbar ein Drehmoment, z. B. zum Antrieb eines Generators, abgibt, wobei gleichzeitig eine Temperaturerniedrigung des Kälte mittels erfolgt, und bei denen das entspannte Kältemittel zur Verflüssigung im Wärmeaustausch mit dem Wärmeaufnahme medium gebracht wird und dann über eine Pumpe auf den Ausgangsdruck im Verdampfer erhöht wird.In the patent application P 34 45 785.2 are a method and a device for generating a force from the Temperature difference between two heat storage media described, where there is a refrigerant in a cycle, that in an evaporator under working pressure by heat vaporized from a heat energy delivery medium, the steam generated by a pressure reducing device, esp special a rotation driven in the reverse direction vane compressor is supplied, the one immediately Torque, e.g. B. for driving a generator, while simultaneously lowering the temperature of the cold by means of, and in which the relaxed refrigerant for liquefaction in the heat exchange with the heat absorption medium is brought and then via a pump on the Output pressure in the evaporator is increased.
Der Wirkungsgrad einer derartigen Einrichtung bzw. eines derartigen Verfahrens ist jedoch systemimmanent begrenzt. Die Praxis hat weiter gezeigt, daß der Betrieb der Ein richtung mit einem Kältemittel zu Problemen der Abdich tung an den Lamellen des Drehschieberverdichters führen kann.The efficiency of such a device or Such a procedure is however inherently limited in the system. Practice has further shown that the operation of the A direction with a refrigerant to problems of sealing lead on the fins of the rotary vane compressor can.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ver besserung des Verfahrens und der Einrichtung nach der in der P 34 45 785.2 beschriebenen Art anzugeben, mit der ein störungsfreier Lauf des Drehschieberverdichters, ein erhöhter Wirkungsgrad sowie eine verbesserte Anpassung an unterschiedliche Betriebszustände erreichbar ist.The invention is therefore based on the object, a Ver improvement of the procedure and the facility after the in of the type described in P 34 45 785.2, with which trouble-free running of the rotary vane compressor increased efficiency as well as an improved adaptation to different operating states can be reached.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 2 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the in claims 1 and 2 specified invention solved. Advantageous further training the invention are specified in subclaims.
Durch die Hinzufügung eines im gesamten Kreislauf flüssig bleibenden Lösungsmittels zum Arbeitsmittel lassen sich einer seits der Wirkungsgrad der Einrichtung erhöhen und anderer seits die Laufeigenschaften des Drehschieberverdichters verbessern. Das Lösungsmittei dient im Drehschieberver dichter gleichzeitig als Schmiermittel, wodurch die Gleit eigenschaften der Lamellen verbessert, der Verschleiß ver ringert und die Abdichtung verbessert wird. Das Lösungs mittel kann gleichzeitig als Vorerwärmungsmittel für das dem Verdampfer zugeführte Arbeitsmittel verwendet werden.By adding a fluid throughout the circuit permanent solvent to the work equipment can be one increase the efficiency of the facility and others on the one hand, the running properties of the rotary vane compressor improve. The solution is used in the rotary slide valve denser than lubricant at the same time, which makes the sliding Properties of the slats improved, wear reduced wrestles and the seal is improved. The solution can also be used as a preheating agent for the equipment supplied to the evaporator can be used.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Teil des Lösungsmittels zur Erwärmung des den Drehschieber verdichter verlassenden Arbeitsmittels verwendet, um den Wirkungsgrad des nachfolgenden Kondensators, bzw. Flüssig keitssammlers zu erhöhen, und damit den gesamten Wirkungs grad der Einrichtung.In a special embodiment of the invention, a Part of the solvent for heating the rotary valve used equipment leaving the compressor Efficiency of the following capacitor, or liquid increase collector, and thus the overall impact degree of establishment.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs beispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on an embodiment example explained in more detail. Show it:
Fig. 1 eine grundsätzliche Anordnung zur Darstellung des Prinzips der gattungsmäßigen Einrichtung, Fig. 1 shows a basic arrangement showing the principle of the generic device,
Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung des Prinzips der Erfindung, Fig. 2 is a simplified illustration of the principle of the invention,
Fig. 3 eine verbesserte Darstellung der Einrichtung nach der Erfindung. Fig. 3 shows an improved representation of the device according to the invention.
Fig. 1 zeigt eine grundsätzliche Darstellung der Ein richtung. Es ist ein Wärmetauscher 1 vorhanden, der als Verdampfer ausgebildet ist und in dem das Kältemittel als Arbeitsmittel in Wärmeaustausch mit einem Energie abgabemedium gebracht ist. Dieses Energieabgabemedium kann z. B. industrielle Abwärme, Motorenabwärme, Sonnen kollektorwärme oder eine andere Wärmequelle erhöhter Tempe ratur sein. Das in diesem Wärmetauscher 1 verdampfte Kälte mittel wird einem Drehschiebermotor 5 zugeführt, der als Drehschieberverdichter ausgeführt ist, jedoch in umgekehrter Richtung verwendet wird. Damit wird das unter hohem Druck zugeführte Arbeitsmittel unter Abgabe eines Drehmomentes in Temperatur und Druck erniedrigt. Das den Drehschieberver dichter 5 verlassende Kältemittel wird dann einem Kon densator 13 zugeführt, in dem das Kältemittel weiter ab kühlt und die Restwärme abgibt. Das Wärmeaufnahmemedium kann z. B. Grundwasser oder ein anderes Energieaufnahmeme dium sein. In dem Kondensator 13 wird das Kältemittel ver flüssigt und kann anschließend im flüssigen Zustand von einer Pumpe 12 wieder auf erhöhten Druck gebracht werden, so daß es im nachfolgenden Verdampfer 1 erneut verdampfen kann. Zwischen der Pumpe 12 und Verdampfer 1 liegt ein Wärmetauscher 14, der in Wärmeaustausch mit dem Kälte mittel steht, das vom Drehschiebermotor 5 zum Kondensator 13 fließt. Damit wird einerseits das Kältemittel, das zum Verdampfer geführt wird, vorerwärmt und andererseits das vom Expansionsmotor abgeführte Kältemittel vorgekühlt. Fig. 1 shows a basic representation of a direction. There is a heat exchanger 1 , which is designed as an evaporator and in which the refrigerant as a working medium is brought into heat exchange with an energy delivery medium. This energy delivery medium can e.g. B. industrial waste heat, engine waste heat, solar collector heat or another heat source of increased temperature. The evaporated in this heat exchanger 1 refrigerant is fed to a rotary vane motor 5 , which is designed as a rotary vane compressor, but is used in the opposite direction. The working fluid supplied under high pressure is thus reduced in temperature and pressure by releasing a torque. The refrigerant leaving the rotary valve compressor 5 is then fed to a condenser 13 in which the refrigerant cools further and emits the residual heat. The heat absorption medium can e.g. B. groundwater or another energy absorption medium. In the condenser 13 , the refrigerant is liquefied ver and can then be brought back to elevated pressure by a pump 12 in the liquid state, so that it can evaporate again in the subsequent evaporator 1 . Between the pump 12 and evaporator 1 is a heat exchanger 14 , which is in heat exchange with the refrigerant, which flows from the rotary valve motor 5 to the condenser 13 . On the one hand, this pre-heats the refrigerant that is fed to the evaporator, and on the other hand it pre-cools the refrigerant discharged by the expansion engine.
Fig. 2 zeigt eine Einrichtung nach der Erfindung. Durch Einbringung eines Lösungsmittels in den Kältemittel-Kreis lauf läßt sich der Wirkungsgrad des in Fig. 1 beschriebenen Systems wesentlich verbessern. Das Lösungsmittel kann z.B. ein normales Kältemaschinenöl sein, das im Kältemittel kreislauf ständig flüssig bleibt. Zwischen Verdampfer 1 und Drehschiebermotor 5 ist ein Ölabscheider 11 angeord net, in dem das Lösungsmittel von dem dampfförmigen Ar beitsmittel, das als Kältemittel, z. B. Freon 502, einge setzt ist, abgetrennt wird. Das Lösungsmittel wird dann im Gegenstrom über einen Wärmeaustauscher 2, in dem es in Wärmeaustausch mit dem dem Verdampfer 1 zugeführten Ge misch steht, einem weiteren Wärmetauscher 3 zugeführt, in dem es durch Austausch mit einem Wärmeaufnahmemedium, z.B. Grundwasser abgekühlt wird. Das Lösungsmittel wird dann weiter über ein Entspannungsventil 4 an eine Zwischen stufe des Drehschiebermotors 5 geleitet. Durch diese Ab kühlung des Lösungsmittels wird dieses relativ kalt in den Drehschiebermotor 5 eingeführt, so daß hierdurch auch das Arbeitsmittel erheblich abgekühlt wird und das dann den Drehschiebermotor 5 verlassende Gemisch bereits eine relativ niedrige Temperatur aufweist. Eine weitere Abkühlung des Gemisches erfolgt über einen Wärmeaustau scher 14, bevor das Kältemittel/Lösungsmittel-Gemisch dem Kondensator bzw. Flüssigkeitssammler 13 zugeführt wird, in dem es in Wärmeaustausch mit dem Wärmeenergie aufnahmemedium, z. B. dem Grundwasser steht. Fig. 2 shows a device according to the invention. By introducing a solvent into the refrigerant circuit, the efficiency of the system described in Fig. 1 can be significantly improved. The solvent can be a normal refrigerating machine oil, for example, which remains constantly liquid in the refrigerant circuit. Between the evaporator 1 and rotary valve motor 5 , an oil separator 11 is arranged in which beitsmittel the solvent of the vaporous Ar, which as a refrigerant, for. B. Freon 502, is inserted, is separated. The solvent is then fed in countercurrent through a heat exchanger 2 wherein it to the evaporator 1 supplied Ge is mixed in heat exchange, a further heat exchanger 3, in which it is cooled by exchange with a heat absorbing medium, for example ground water. The solvent is then passed via an expansion valve 4 to an intermediate stage of the rotary valve motor 5 . From this cooling of the solvent, this is introduced relatively cold into the rotary valve motor 5 , so that this also cools the working fluid considerably and the mixture which then leaves the rotary valve motor 5 is already at a relatively low temperature. A further cooling of the mixture takes place via a heat exchanger 14 before the refrigerant / solvent mixture is fed to the condenser or liquid collector 13 , in which it is in heat exchange with the heat energy recording medium, for. B. the groundwater.
Die den Kondensator 13 verlassende Flüssigkeit wird zur Druckerhöhung über die Pumpe 12 über die Austauscher 14 und 2 zum Verdampfer 1 geleitet.The liquid leaving the condenser 13 is passed to the evaporator 1 to increase the pressure via the pump 12 via the exchangers 14 and 2 .
Fig. 3 zeigt eine verbesserte Darstellung von Fig. 2, die verschiedene Betriebszustände berücksichtigt. Zwischen dem Wärmeaustauscher 3 und dem Expansionsventil 4 ist ein Abzweig vorgesehen, mit dem Lösungsmittel entweder direkt über das Magnetventil 15 oder über das Magnet ventil 16 und einem Zwischenaustauscher 7 zu Einspritz düsen an einem Flüssigkeitssammler 6 geführt wird. FIG. 3 shows an improved representation of FIG. 2, which takes into account different operating states. Between the heat exchanger 3 and the expansion valve 4 , a branch is provided with the solvent either directly via the solenoid valve 15 or via the solenoid valve 16 and an intermediate exchanger 7 to injectors to a liquid collector 6 is performed.
Der Tauscher 7 dient zum Vorkühlen des den Drehschieber motor 5 verlassenden Kältemittel/Lösungsmittel-Gemisches, bevor dies dem Kondensator 13 zugeführt wird. Durch Ein spritzen des Lösungsmittels in den Sammler 6 kann das Lösungsmittel bis zu 80% Kältemitteldampf binden.The exchanger 7 is used for pre-cooling the refrigerant / solvent mixture leaving the rotary valve motor 5 before this is fed to the condenser 13 . By injecting the solvent into the collector 6 , the solvent can bind up to 80% refrigerant vapor.
Kondensator 13 und Sammler 6 werden vertauscht, wenn das in den Sammler 6 eingespritzte Lösungsmittel wärmer als das den Drehschiebermotor 5 verlassende Kältemittel ist. Dadurch, daß über das Expansionsventil 4 Lösungsmittel in den Drehschiebermotor 5 zusätzlich eingeführt wird, läßt sich eine weitere Abkühlung und damit ein höherer Naßdampf anteil an dem Expansionsmotor erreichen.The condenser 13 and the collector 6 are interchanged when the solvent injected into the collector 6 is warmer than the refrigerant leaving the rotary valve motor 5 . Characterized in that solvent is additionally introduced into the rotary valve motor 5 via the expansion valve 4 , further cooling and thus a higher proportion of wet steam in the expansion motor can be achieved.
Bisher wurde angenommen, daß ein Lösungsmittel verwendet ist, das im Kreisprozeß nicht verdampft. Es sind jedoch auch Lösungsmittel verwendbar, die in dem Kreisprozeß mit verdampfen, die jedoch einen höheren Siedepunkt auf weisen als das eingesetzte Kältemittel. Bei der Ver flüssigung des Lösungsmittels bindet dieses einen erheb lichen Teil des Kältemitteldampfes.So far it has been assumed that a solvent is used is that does not evaporate in the cycle. However, there are solvents can also be used in the cyclic process evaporate with, however, a higher boiling point show as the refrigerant used. When ver liquid of the solvent binds this a lot part of the refrigerant vapor.
Je stärker der Expansionsmotor belastet wird, desto höher wird der Pumpendruck und damit der Druck im Verdampfer 1. Bei hohem Druck und hoher zugeführter Wärmeenergie über steigt das Lösungsmittel/Arbeitsmittel-Gemisch den kri tischen Punkt. Das Kältemittel und damit auch das Lö sungsmittel bleiben daher in diesem Betriebszustand im Ver dampfer praktisch flüssig. Statt einer Dampfbildung dehnt sich nun die Flüssigkeit aus und nimmt bei weiter zugeführ ter Wärmeenergie ein erhöhtes Volumen ein. In dieser überkriti schen Phase erfolgt keine Abscheidung des Lösungsmittels im Ölabscheider 11. Wenn der Entspannungsmotor stark belastet wird, erhöht sich der Pumpendruck bei konstant zuge führter Heiztemperatur. Der niedrigere Entnahmedruck der Pumpe 12 in Verbindung mit einem in Überlast betriebenen Expansionsmotor führt dazu, daß das Kälte/ Lösungsmittel innerhalb des Expansionsmotors und im Kondensator Wärme aufnimmt. Damit die Pumpe 12 weiterhin mit Flüssigkeit und nicht mit Dampf arbeiten muß, ist es in diesem Betriebszustand unbedingt erforder lich, daß ein Lösungsmittel vorhanden ist, das einen großen Teil des Kältemittels bindet und evtl. zusätzlich hinter dem Kondensator abschaltbar ein Nachverdichter 8, ein Wärme tauscher 9, der mit dem Grundwasser in Verbindung steht, sowie ein Expansionsventil 10 vorhanden sind. Die Anwesenheit des Lösungsmittels ermöglicht es daher, daß die Ein richtung auch im überkritischen Bereich sowie mit über lastetem Expansionsmotor 5 betrieben werden kann.The more the expansion motor is loaded, the higher the pump pressure and thus the pressure in the evaporator 1 . At high pressure and high heat energy supplied, the solvent / working medium mixture rises to the critical point. The refrigerant and thus the solvent therefore remain practically liquid in the evaporator in this operating state. Instead of the formation of steam, the liquid expands and takes on an increased volume with continued heat energy. In this supercritical phase, there is no separation of the solvent in the oil separator 11 . If the expansion motor is heavily loaded, the pump pressure increases while the heating temperature is constantly supplied. The lower discharge pressure of the pump 12 in conjunction with an expansion motor operated in overload causes the refrigerant / solvent to absorb heat within the expansion motor and in the condenser. So that the pump 12 must continue to work with liquid and not with steam, it is absolutely necessary in this operating state that a solvent is present that binds a large part of the refrigerant and possibly additionally a downstream compressor 8 , a heat exchanger 9 , which is connected to the groundwater, and an expansion valve 10 are available. The presence of the solvent therefore makes it possible for the device to be operated in the supercritical range as well as with the expansion motor 5 under load.
Bei einem vollständig mit flüssigem Kälte/Lösungs mittel gefüllten Kreislauf wird eine Dampfbildung völlig vermieden. Das flüssige Kältemittel gibt im Wärme tauscher 13 noch Wärme ab. Diese Wärmeenergie ist je doch wesentlich kleiner, als sie bei üblichen Systemen abgegeben wird.With a circuit completely filled with liquid refrigerant / solvent, steam formation is completely avoided. The liquid refrigerant still gives off heat in the heat exchanger 13 . However, this thermal energy is much smaller than it is given off in conventional systems.
Die Erfindung ermöglicht die Ausnutzung der Temperatur differenz zwischen einem Wärmeaufnahme- und einem Wärme abgabemedium zur Erzeugung eines Drehmomentes an einem Drehschiebermotor, an den ohne weiteres ein Generator zur Erzeugung elektrischen Stroms angeschlossen werden kann. Wegen des Betriebs bei niedrigen Temperaturen können auch Prozeßwärmeenergien, deren Temperatur nur wenig über der Temperatur eines Wärmeaufnahmemediums, z.B. dem Grundwasser, liegt, zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet werden. The invention enables the use of the temperature difference between a heat absorption and a heat output medium for generating a torque on a Rotary vane motor, to which a generator can easily be attached be connected to generate electrical power can. Because of the low temperature operation can also process heat energies whose temperature only little above the temperature of a heat absorption medium, e.g. the groundwater, for the generation of electrical Energy can be used.
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Bezugszeichenliste
1 Wärmetauscher
2 Wärmetauscher
3 Wärmetauscher
4 Expansionsventil
5 Drehschiebermotor
6 Flüssigkeitssammler
7 Wärmetauscher
8 Verdichter
9 Wärmetauscher
10 Expansionsventil
11 Ölabscheider
12 Pumpe
13 Wärmetauscher
14 Wärmetauscher
15 Magnetventil
16 Magnetventil 1 heat exchanger
2 heat exchangers
3 heat exchangers
4 expansion valve
5 rotary vane motor
6 liquid collectors
7 heat exchangers
8 compressors
9 heat exchangers
10 expansion valve
11 oil separators
12 pump
13 heat exchangers
14 heat exchangers
15 solenoid valve
16 solenoid valve
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863619547 DE3619547A1 (en) | 1984-12-13 | 1986-06-11 | Process and device for generating a force from a temperature difference between two media |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19843445785 DE3445785A1 (en) | 1984-12-13 | 1984-12-13 | Method and apparatus for generating a force from the temperature difference of two heat storage media |
DE19863619547 DE3619547A1 (en) | 1984-12-13 | 1986-06-11 | Process and device for generating a force from a temperature difference between two media |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3619547A1 true DE3619547A1 (en) | 1987-12-17 |
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ID=25827392
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863619547 Withdrawn DE3619547A1 (en) | 1984-12-13 | 1986-06-11 | Process and device for generating a force from a temperature difference between two media |
Country Status (1)
Country | Link |
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- 1986-06-11 DE DE19863619547 patent/DE3619547A1/en not_active Withdrawn
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