DE4140573A1 - Thermal to mechanical energy conversion process - using e.g. liq. carbon di:oxide with waste heat recycling - Google Patents
Thermal to mechanical energy conversion process - using e.g. liq. carbon di:oxide with waste heat recyclingInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Umwandlung von Wärmeener gie in nutzbare mechanische Energie.The invention relates to processes for converting heat gie in usable mechanical energy.
Kraftmaschinen zur Umwandlung von Energie sind bereits in einer großen Anzahl unterschiedlicher Ausgestaltungen vor allem als Wärmekraftmaschi nen bekannt.Engines for converting energy are already in a big one Number of different configurations, especially as a heat engine known.
Wärmekraftmaschinen sind Einrichtungen bei denen im Prinzip das natür liche Wärmegefälle ausgenützt wird, vergleichbar einer Wasserkraftan lage, wo die kinetische Energie des Wassers in mechanische Energie umge wandelt wird.Heat engines are devices where in principle that is natural heat gradient is used, comparable to a hydropower plant location where the kinetic energy of water is converted into mechanical energy is changed.
Dieser Vergleich stimmt nur bedingt, denn Wasser ist ein stoffliches Medium, dessen kinetische Energie z. B. in einer Turbine theoretisch zu 100% in mechanische Energie umgewandelt werden kann.This comparison is only partially correct, because water is a material Medium, the kinetic energy z. B. theoretically in a turbine can be converted 100% into mechanical energy.
Wärme dagegen ist eine an ein stoffliches Medium (Arbeitsmittel) gebun dene Energieform die niemals in einem Durchgang durch eine periodische Wärmekraftmaschine zu 100% in mechanische Energie umwandelbar ist.Heat, on the other hand, is bound to a material medium (work equipment) energy form that never in one pass through a periodic Heat engine is 100% convertible into mechanical energy.
Bei einem Durchgang des Arbeitsmittels durch eine periodische Wärmekraft maschine kann jeweils nur ein Teil der zugeführten Wärme in mechanische Arbeit umgewandelt werden, der verbleibende Anteil der zugeführten Wärme muß zum Erreichen der Ausgangsstellung der periodischen Wärmekraftma schine als Abwärme abgeführt werden.When the working fluid passes through a periodic thermal force machine can convert only a part of the heat supplied into mechanical Work to be converted, the remaining portion of the heat input must reach the starting position of the periodic thermal power be dissipated as waste heat.
Der maximal erreichbare Wirkungsgrad ist vom Wärmegefälle abhängig und errechnet sich nach Carnot.The maximum achievable efficiency depends on the heat gradient and is calculated according to Carnot.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, ein Verfahren zur Umwandlung von Wärmeenergie in nutzbare mechanische Energie zu schaffen, bei dem die naturgesetzlich bei jedem Durchgang eines Arbeitsmittels durch eine periodische Kraftmaschine anfallende Abwärme wieder dem Kreislauf zuge führt werden kann.The object of the invention is therefore a method for converting To create thermal energy in usable mechanical energy, in which the natural law with each passage of a work equipment through a periodic engine waste heat returned to the cycle can be led.
Alle Angaben zu diesem neuartigen Verfahren zur Umwandlung von Wärme energie in nutzbare mechanische Energie beziehen sich auf Kohlendioxid CO2, da mir nur über dieses Medium genaue Diagramme und Daten zur Verfügung stehen. Es ist jedoch anzunehmen, daß sich auch andere Flüssigkeiten so, oder ähnlich verhalten.All information on this new process for converting thermal energy into usable mechanical energy relates to carbon dioxide CO 2 , since precise diagrams and data are only available to me via this medium. However, it can be assumed that other liquids also behave in this or a similar manner.
Da diese mir vorliegenden Diagramme und Unterlagen über CO2 älteren Datums sind, sind die Angaben über mechanische und thermische Größen in alten Einheiten und nicht in SI-Einheiten angegeben.Since these diagrams and documents available to me about CO 2 are older, the information about mechanical and thermal quantities is given in old units and not in SI units.
Weitere Einzelheiten des Verfahrens zur Umwandlung von Wärmeenergie in nutzbare mechanische Energie sind den Zeichnungen zu entnehmen.Further details of the process for converting thermal energy into Usable mechanical energy can be found in the drawings.
Fig. 1 Schematische Darstellung eines Mollier t-s Diagrammes für CO2 mit den unterschiedlichen Aggregatzuständen. Fig. 1 Schematic representation of a Mollier ts diagram for CO 2 with the different physical states.
Fig. 2 Ausschnitt des t-s Diagramms für CO2 im Bereich flüssig-gasför mig, mit eingezeichnetem Rankine-Kreisprozeß. Fig. 2 section of the ts diagram for CO 2 in the liquid-gas form, with the Rankine cycle shown.
Fig. 3 Ausschnitt des t-s Diagramms für CO2 im Flüssig-hochdruck bereich, mit beispielsweise eingezeichnetem Verfahrens-Kreis prozeß. Fig. 3 section of the ts diagram for CO 2 in the liquid-high pressure area, with the process cycle shown, for example.
Fig. 4 Schematische Darstellung einer Kraftmaschine und der bei jedem Punkt herrschenden Parameter im beispielsweisen CO2-Kreisprozeß. Fig. 4 Schematic representation of an engine and the parameters prevailing at each point in the exemplary CO 2 cycle process.
Die im schematischen Mollier t-s Diagramm für CO2 in Fig. 1 unterschied lich schraffierten Flächen zeigen den Bereich flüssig-gasförmig (in Fig. 2 dargestellt) und den Flüssig-Hochdruckbereich (in Fig. 3 dar gestellt.)The areas hatched differently in the schematic Mollier ts diagram for CO 2 in FIG. 1 show the area liquid-gaseous (shown in FIG. 2) and the liquid high-pressure area (shown in FIG. 3).
Der in Fig. 2 im t-s Diagramm für CO2 eingezeichnete Rankine-Kreis prozeß ist der, bei der Erzeugung von nutzbarer mechanischer Energie aus Wärmeenergie am meisten verwendete Kreisprozeß er läuft auch bei Wasser, allerdings bei höheren Temperaturen, so ab.The Rankine cycle shown in FIG. 2 in the ts diagram for CO 2 is the cycle process most used in the production of usable mechanical energy from thermal energy. It also runs in water, but at higher temperatures.
Dabei wird von (a) nach (b) über eine Speisepumpe die Arbeitsflüssig keit auf Kesseldruck gebracht und von (b) nach (c) durch Wärmezufuhr verdampft. In einer adiabatischen Kraftmaschine von (d) nach (e) wird der von (c) nach (d) überhitzte Dampf entspannt und leistet Arbeit.The working fluid is transferred from (a) to (b) via a feed pump brought to boiler pressure and from (b) to (c) by supplying heat evaporates. In an adiabatic engine from (d) to (e) the steam superheated from (c) to (d) relaxes and does work.
Die von (e) nach (a) bei der Kondensation freiwerdende Abwärme kann, da die Kondensation bei niederer Temperatur als die Verdampfung erfolgt, nicht in den Kreisprozeß zurückgeführt werden.The waste heat released from (e) to (a) during the condensation can since the condensation takes place at a lower temperature than the evaporation, cannot be returned to the cycle.
Im CO2-Diagramm Fig. 3 ist beim Verfolgen der Enthalpielinien (i) von rechts nach links zu sehen, daß bei gleicher Enthalpie (i) mit zunehmen dem Druck (p) die Temperatur (t) bis zu einem Scheitelpunkt bei ca. 400 at bis 600 at ansteigt. Nach Überschreiten dieses Scheitelpunktes tritt eine Umkehrung des üblichen Verhaltens von Arbeitsmitteln ein.In the CO 2 diagram of FIG. 3, when the enthalpy lines (i) are followed from right to left, it can be seen that, with the same enthalpy (i), the pressure (p) increases with increasing temperature (t) up to a peak at approximately 400 at increases to 600 at. After this peak is exceeded, the usual behavior of work equipment is reversed.
Bei der Kompression erfolgt eine Abkühlung statt der üblichen Erwärmung.With compression, cooling takes place instead of the usual heating.
Bei der Entspannung erfolgt eine Erwärmung statt der üblichen Abkühlung.During relaxation, heating takes place instead of the usual cooling.
Der in Fig. 3 dargestellte Kreisprozeß (1/2/3/4), bestehend aus zwei Polytropen (1-2/3-4) und zwei Isochoren (2-3/4-1), wird in Fig. 4 an hand einer schematischen Kraftmaschine und den für jeden Punkt (1/2/3/4) des Kreisprozesses im CO2 Diagramm Fig. 3 ablesbaren Parameter beschrieben. The circular process shown in Fig. 3 ( 1/2/3/4 ), consisting of two polytropes ( 1-2 / 3-4 ) and two isochors ( 2-3 / 4-1 ), is shown in Fig. 4 by hand a schematic engine and the parameters readable for each point ( 1/2/3/4 ) of the cycle in the CO 2 diagram in FIG. 3.
Auf der Strecke von Punkt (1), Arbeitskolben UT, nach Punkt (2), Arbeits kolben OT, wird das Arbeitsmittel adiabatisch komprimiert, die Enthalpie steigt um den Betrag der geleisteten Arbeit an.On the route from point ( 1 ), working piston UT, to point ( 2 ), working piston OT, the working fluid is compressed adiabatically, the enthalpy increases by the amount of work done.
Auf der Strecke von Punkt (2), Arbeitskolben OT, nach Punkt (3), Arbeits kolben OT (isochor) wird dem Arbeitsmittel Wärme zugeführt wodurch der Druck (p) ansteigt.On the route from point ( 2 ), working piston OT, to point ( 3 ), working piston OT (isochoric), heat is supplied to the working medium, causing the pressure (p) to rise.
Auf der Strecke von Punkt (3), Arbeitskolben OT, nach Punkt (4) Arbeits kolben UT wird das Arbeitsmittel unter Arbeitsleistung adiabatisch ent spannt, die Enthalpie fällt um den Betrag der gewonnenen mechanischen Arbeit ab.On the route from point ( 3 ), working piston OT, to point ( 4 ) working piston UT, the working fluid is adiabatically relaxed under work performance, the enthalpy drops by the amount of mechanical work gained.
Auf der Strecke von Punkt (4), Arbeitskolben UT, und dem Ausgangspunkt (1) des Kreisprozesses, Arbeitskolben UT (isochore), wird dem Arbeitsmittel Wärme entzogen, wodurch der Druck (p) auf den Anfangsdruck des Kreis prozesses abfällt.On the route from point ( 4 ), working piston UT, and the starting point ( 1 ) of the cycle, working piston UT (isochore), heat is removed from the working medium, as a result of which the pressure (p) drops to the initial pressure of the cycle process.
Die auf der Strecke von Punkt (4) und dem Ausgangspunkt (1) des Kreis prozesses abzuführende Abwärme (8) fällt bei höherer Temperatur an, als die dem Arbeitsmittel auf der Strecke von Punkt (2) nach Punkt (3) zugeführt werden muß. Theoretisch kann also die gesamte anfallende Abwärme (8) zur neuerlichen Verwendung dem Kreisprozeß zugeführt werden.The on the route from point ( 4 ) and the starting point ( 1 ) of the cycle process to be dissipated waste heat ( 8 ) occurs at a higher temperature than that of the working fluid on the route from point ( 2 ) to point ( 3 ). Theoretically, the entire waste heat ( 8 ) can be fed to the cycle for reuse.
Die gleichwertig der abgegebenen mechanischen Arbeit neu zuzuführende Wärmemenge (9) wird bei Punkt (3), Arbeitskolben OT, zugeführt.The amount of heat ( 9 ) to be newly added, which is equivalent to the mechanical work being performed, is supplied at point ( 3 ), working piston OT.
Claims (8)
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DE19914140573 DE4140573A1 (en) | 1991-12-10 | 1991-12-10 | Thermal to mechanical energy conversion process - using e.g. liq. carbon di:oxide with waste heat recycling |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19914140573 DE4140573A1 (en) | 1991-12-10 | 1991-12-10 | Thermal to mechanical energy conversion process - using e.g. liq. carbon di:oxide with waste heat recycling |
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DE4140573A1 true DE4140573A1 (en) | 1993-06-17 |
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ID=6446636
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DE19914140573 Withdrawn DE4140573A1 (en) | 1991-12-10 | 1991-12-10 | Thermal to mechanical energy conversion process - using e.g. liq. carbon di:oxide with waste heat recycling |
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- 1991-12-10 DE DE19914140573 patent/DE4140573A1/en not_active Withdrawn
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