DE4317947C1

DE4317947C1 - Heat-conversion system into mechanical work

Info

Publication number: DE4317947C1
Application number: DE19934317947
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Dr Rer Na Fasbinder
Original assignee: ATZ EVUS
Current assignee: ATZ EVUS
Priority date: 1993-05-28
Filing date: 1993-05-28
Publication date: 1994-06-23
Anticipated expiration: 2013-05-29

Abstract

The operating medium flows through first and second heat-accumulators, the liberated heat being stored in the first one. The heat for heating the medium is at least partly derived from the second accumulator. Medium flow through the accumulators is reversed at a suitable time interval, so that the first accumulator becomes the second one and vice versa. Storage in the accumulators so takes place that after storage in the first one three-dimensional temp. distribution takes place. This gives a temp. gradient at the hottest area increasing towards the cooler ones.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Umwandlung der einem Medium in newohnenden thermischen Energie in mechanische Arbeit durch eine Wärme kraftmaschine über einen Kreisprozeß, der zwischen einem hohen und einem niedri gen Temperaturniveau betrieben wird und bei dem die beim Abkühlen des Mediums freigesetzte thermische Energie zur Temperaturerhöhung des Mediums beim Erwär men übertragen wird, weiterhin auf Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens und auf die Verwendung von Regeneratoren bestimmter Abmessungen mit einer Wärmespeichermasse aus Schüttgut, beispielsweise wie sie aus der DE 42 36 619 bekannt sind.The invention relates to a method for converting a medium into new habitual thermal energy in mechanical work by heat Engine over a cycle that is between a high and a low Operating temperature level and at which the cooling of the medium thermal energy released to increase the temperature of the medium when heated Men continues to be transferred to devices for performing the method and on the use of regenerators of certain dimensions with a Heat storage mass from bulk material, for example as described in DE 42 36 619 are known.

Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erzielen, wird versucht, sich bei Wärme kraftmaschinen weitgehendst an den Carnot-Prozeß anzulehnen. Beim Carnot-Prozeß wird ein Medium adiabatisch komprimiert, anschließend in einem isothermen Prozeß Arbeit geleistet. Dann wird das Gas adiabatisch expandiert und anschließend in ei nem isothermen Prozeß komprimiert, bei welchem Energie in Form von Wärme auf niedrigem Niveau abgeführt wird. Derartige Wärmekraftmaschinen arbeiten zwischen einem hohen und einem niedrigen Temperaturniveau und sind geeignet, die thermi sche Energie eines Mediums in mechanische Energie umzusetzen, wobei der theoretische Wirkungsgrad nur durch die Temperaturdifferenz von hohem zu nied rigem Temperaturniveau begrenzt ist. Der Carnot-Prozeß hat weiter den Vorteil, daß er den höchst möglichen, nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik erlaubten Wirkungsgrad liefert.In order to achieve the highest possible efficiency, an attempt is made to deal with heat engines largely based on the Carnot process. In the Carnot process a medium is compressed adiabatically, then in an isothermal process Job done. Then the gas is expanded adiabatically and then in egg compresses an isothermal process, in which energy in the form of heat low level is discharged. Such heat engines work between a high and a low temperature level and are suitable to thermi converting the energy of a medium into mechanical energy, the theoretical efficiency only through the temperature difference from high to low temperature level is limited. The Carnot process has the further advantage that he allowed the highest possible, according to the second law of thermodynamics Efficiency delivers.

Technisch ist dieser Prozeß jedoch kaum zu verwirklichen, da bei hohen Temperaturdifferenzen, also hohen Wirkungsgraden, auch ein sehr hoher Druckun terschied bei der Kompression erzeugt werden muß. Deswegen wurde von J. Acke ret und C. Keller ein anderes Verfahren vorgeschlagen (AK-Verfahren), welches statt der adiabatischen Kompression und Expansion isobare Prozesse verwendet, also Pro zesse bei denen definitionsgemäß der Druck bei Temperaturänderung gleich bleibt. Bei der Temperaturerhöhung des Arbeitsmediums muß aber in dem isobaren Teil des Kreislaufs eine große Energiemenge wieder zugeführt werden, die bei der isobaren Abkühlung wieder frei wird. Diese Energie wird beim AK-Prozeß durch Wärmetau scher übertragen.Technically, however, this process is hardly feasible, since at high Temperature differences, i.e. high efficiencies, also a very high pressure Difference in the compression must be generated. That is why J. Acke ret and C. Keller proposed another procedure (AK procedure), which takes place adiabatic compression and expansion uses isobaric processes, so Pro processes where by definition the pressure remains the same when the temperature changes. When the temperature of the working medium rises but in the isobaric part of the Circulation a large amount of energy can be fed back, which is isobaric Cooling is released again. In the AK process, this energy is generated by heat dew transferred.

Theoretisch sollte sich also bei einer Maschine, die nach dem AK-Prozeß arbeitet, ein ähnlich guter Wirkungsgrad einstellen wie bei dem Carnot-Prozeß, wenn die Wärme übertragung zwischen den isobaren Verläufen des Kreisprozesses vollständig erfolgt.Theoretically, a machine that works according to the AK process should become one Set a similarly good efficiency as in the Carnot process when the heat Transfer between the isobaric processes of the cycle is complete.

Dies stellt hohe Anforderungen an die Wärmetauscher. Als Wärmetauscher sind ein mal sogenannte Rekuperatoren bekannt. Dies sind Einrichtungen, die von zwei Fluiden durchströmt werden, von denen das eine Wärme an das andere abgibt, wo bei die Fluide durch eine feste Wand voneinander getrennt sind. Im Gegensatz dazu gibt es Regeneratoren, die ein als Wärmespeichermittel besonders gut geeignetes Material umfassen. Der Wärmetausch wird dadurch durchgeführt, daß die Strömun gen des wärmeabgebenden und des zu erwärmenden Fluids abwechselnd durch einen oder den anderen Regenerator geführt werden. Das Wärmespeichermaterial nimmt dabei die zu tauschende Energie auf bzw. gibt sie ab.This places high demands on the heat exchangers. As a heat exchanger are a sometimes known as recuperators. These are facilities by two Fluids are flowed through, from which one gives off heat to the other, where where the fluids are separated from each other by a solid wall. In contrast to there are regenerators that are particularly suitable as heat storage agents Include material. The heat exchange is carried out in that the currents alternating between the heat emitting and the fluid to be heated one or the other regenerator. The heat storage material thereby absorbs or releases the energy to be exchanged.

Bei Rekuperatoren hängt der Wärmetausch im wesentlichen davon ab, wie der Wär meübergang durch die genannte Wand stattfindet und welche Zeit aufgrund der Länge der Austauschflächen für einen Wärmetausch zur Verfügung steht. Bei sehr großen Flächen des Wärmetauschers muß allerdings auch mit einem entsprechend großen Wärmeverlust aufgrund der nach außen dringenden bzw. gelangenden Wärme gerechnet werden, so daß man ihn möglichst klein dimensionieren wird. Damit alle Teilbereiche des Fluids mit der austauschbaren Wand in Wechselwirkung kommen, muß der Querschnitt der Rohre entsprechend eng sein, was zu einem Druckabfall über den Wärmetauscher führt. Ein solcher Druckunterschied ist nachteilig, da da durch ein Teil der maximal möglichen Arbeit verloren geht. Selbst wenn der Wärme tauscher mit größeren Querschnitten für die Fluide ausgelegt wird, muß wegen der größeren Länge ebenfalls mit einem Druckabfall über den Wärmetauscher gerechnet werden. Ferner lassen sich Rekuperatoren nur für Temperaturen bis 600°C bauen, wodurch schon der thermodynamische maximal erreichbare Wirkungsgrad begrenzt ist.In the case of recuperators, the heat exchange essentially depends on how the heat transition takes place through the wall mentioned and what time due to the Length of the exchange surfaces for a heat exchange is available. At very Large areas of the heat exchanger must also be used accordingly great heat loss due to the heat escaping or reaching the outside be calculated so that it will be dimensioned as small as possible. So everyone Parts of the fluid come into interaction with the exchangeable wall, the cross-section of the pipes must be correspondingly narrow, resulting in a pressure drop leads over the heat exchanger. Such a pressure difference is disadvantageous because there lost through part of the maximum possible work. Even if the heat Exchanger with larger cross sections for the fluids is designed because of the larger length also expected a pressure drop across the heat exchanger become. Furthermore, recuperators can only be built for temperatures up to 600 ° C, which already limits the thermodynamic maximum achievable efficiency is.

Bei Rekuperatoren entstehen, wie dargestellt, Verluste durch schlechtere Isolierung und den Druckabfall über den Wärmetauscher. In der Praxis wird daher kaum der hohe Wirkungsgrad mit Hilfe von Wärmetauschern erreicht, wie er aus dem Carnot- Prozeß möglich sein sollte und wie er durch den zweiten Hauptsatz der Thermo dynamik bestimmt ist.As shown, recuperators cause losses due to poorer insulation and the pressure drop across the heat exchanger. In practice, therefore, hardly any high efficiency achieved with the help of heat exchangers, such as those from the Carnot Process should be possible and how it is through the second law of thermo dynamics is determined.

Bei Regeneratoren gibt es ähnliche Probleme, da dort die Wärmeübertragung eben falls wie bei den Rekuperatoren auf ein anderes Medium, aber hier das Wärmespei chermittel, übertragen werden muß. Es ergibt sich aber auch ein zusätzliches Pro blem, da das Fluid in dem Wärmespeichermittel kältere und wärmere Stellen erzeugt, zwischen denen eine Konvektion, insbesondere ein Rückstrom, stattfinden kann, der über die Länge des Regenerators einen Temperaturausgleich herbeiführt und den Wirkungsgrad für die Wärmeüberführung senkt. Theoretische Berechnungen bei Re generatoren haben bisher gezeigt, daß eine mit Regeneratoren statt Rekuperatoren ausgestattete Wärmekraftmaschine keinen Vorteil bezüglich des Wirkungsgrades bringt.There are similar problems with regenerators, because heat transfer takes place there if, as with the recuperators, to a different medium, but here the heat storage agent, must be transferred. But there is also an additional pro problem because the fluid in the heat storage medium creates colder and warmer places, between which a convection, in particular a backflow, can take place brings about a temperature compensation over the length of the regenerator and the Efficiency for heat transfer lowers. Theoretical calculations at Re Generators have previously shown that one with regenerators instead of recuperators equipped heat engine no advantage in terms of efficiency brings.

Eine Erhöhung des Wirkungsgrades stellt aber eine grundsätzliche technische Auf gabe dar, nämlich einerseits um die Energiekosten zu senken, andererseits wird aber gerade heutzutage deutlich, daß die einen schlechten Wirkungsgrad bedingende überschüssige Wärme auch negative Einflüsse auf die Umwelt hat.However, an increase in efficiency represents a fundamental technical problem is, namely on the one hand to reduce energy costs, but on the other hand Nowadays it is clear that those which cause poor efficiency excess heat also has a negative impact on the environment.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und dazugehörige Vorrichtungen für einen einen Wärmeaustausch beinhaltenden Kreisprozeß zu schaffen, dessen Wir kungsgrad gegenüber dem Stand der Technik deutlich erhöht ist.The object of the invention is therefore a method and associated devices for a circular process involving heat exchange, the We degree of efficiency is significantly increased compared to the prior art.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem das Medium ein erstes und ein zweites Wärmespeichermittel durchströmt, bei dem die beim Abkühlen des Mediums freiwerdende thermische Energie in dem ersten Wärmespeichermittel gespeichert wird, bei dem die Energieerhöhung des Mediums beim Erwärmen zumindest teilweise durch Energiezufuhr aus dem zweiten Wärme speichermittel erfolgt, bei dem die Strömungswege des Mediums durch das erste und zweite Wärmespeichermittel vertauscht werden, so daß nach einem geeigneten Zeitintervall das erste Wärmespeichermittel als zweites Wärmespeichermittel und das zweite Wärmespeichermittel als erstes Wärmespeichermittel wirkt und bei dem die Energiespeicherung in den Wärmespeichermitteln so erfolgt, daß nach Speichern von Energie in dem ersten Wärmespeichermittel eine räumliche Temperaturverteilung ent steht, deren Temperaturgradient im Bereich der höchsten Temperatur in Richtung auf Bereiche niedriger Temperatur zunimmt.This object is achieved by a method of the type mentioned at the outset, in which the medium flows through a first and a second heat storage means in which the thermal energy released when the medium cools down in the first Heat storage medium is stored, in which the energy increase of the medium when heating at least partially by supplying energy from the second heat storage means takes place in which the flow paths of the medium through the first and second heat storage means are exchanged so that after a suitable one Time interval the first heat storage medium as the second heat storage medium and that second heat storage means acts as the first heat storage means and in which the Energy storage in the heat storage means takes place so that after saving Energy in the first heat storage means ent a spatial temperature distribution stands, whose temperature gradient in the area of the highest temperature towards Low temperature areas increases.

Dieses Verfahren entspricht also im wesentlichen dem im Stand der Technik geschil derten Verfahren mit Regeneratoren, allerdings mit der erfinderischen Maßgabe, daß im Wärmespeichermittel eine Temperaturverteilung entsteht, deren Temperaturgradi ent im Bereich der höchsten Temperatur in Richtung auf Bereiche niedriger Tempera tur zunimmt. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zu dem üblichen gleichmäßigen Temperaturverlauf, wie er bei Wärmetauschern und Regeneratoren nach dem Stand der Technik bekannt ist. Aufgrund des erfindungsgemäß verwendeten Wärme speichermaterials mit dem angegebenen Temperaturverlauf ist die Wärme besser als beim Stand der Technik im Bereich hoher Temperaturen lokalisiert, so daß weniger Wärme als Verlust abfließen kann. Dadurch sind auch höhere Temperaturdifferenzen zwischen dem hohen und dem niedrigen Temperaturniveau möglich, was den theore tisch erreichbaren Wirkungsgrad erhöht.This method essentially corresponds to that used in the prior art derten procedures with regenerators, but with the inventive proviso that A temperature distribution arises in the heat storage medium, the temperature gradi ent in the area of the highest temperature towards areas of low temperature increases. This is an essential difference from the usual uniform Temperature curve, as it is the case with heat exchangers and regenerators is known in the art. Because of the heat used in the invention storage material with the specified temperature profile, the heat is better than localized in the prior art in the area of high temperatures, so that less Heat can flow away as a loss. This also means higher temperature differences possible between the high and the low temperature level, which the theore table achievable efficiency increases.

Regeneratoren mit der erwünschten Art von Wärmespeichermitteln sind aus der DE 42 36 619 bekannt. Wie im Ausführungsbeispiel gezeigt werden wird, gelingt es, thermische Wirkungsgrade bei einer Wärmekraftmaschine von 68% zu erhalten, bei Temperaturdifferenzen, die einen Carnot-Wirkungsgrad von ungefähr 75% ergeben. Der technisch erreichbare Wirkungsgrad liegt also in der Nähe einer Carnot-Ma schine, was vor allen Dingen darauf zurückzuführen ist, daß der Wärmeaustausch mit Regeneratoren erfindungsgemäß günstiger geführt werden kann als beim Stand der Technik.Regenerators with the desired type of heat storage means are from DE 42 36 619 known. As will be shown in the exemplary embodiment, to obtain thermal efficiencies in a heat engine of 68% at Temperature differences that result in a Carnot efficiency of approximately 75%. The technically achievable efficiency is close to that of a Carnot-Ma seem, which is mainly due to the fact that the heat exchange can be performed cheaper with regenerators according to the invention than at the stand of the technique.

Außerdem lassen Regeneratoren wesentlich höhere Temperaturen zu als Rekuperato ren, was auch den maximalen erreichbaren Wirkungsgrad erhöht.In addition, regenerators allow much higher temperatures than recuperation ren, which also increases the maximum achievable efficiency.

Einleitend wurde auch bereits ausgeführt, daß ein Teil der theoretisch erzeugbaren mechanischen Arbeit durch diejenige Arbeit verlorengeht, die bei der Druckänderung im Wärmetauscher auftritt. Dieser Anteil ist bei der vorgeschlagenen Temperaturverteilung im Wärmespeichermittel unter anderem deshalb geringer als bei den üblichen Wärmetauschern, da aufgrund der Temperaturverteilung die Wärme menge besser lokalisiert ist und in dem kleineren Bereich, in welchem dem Medium die Wärmemenge zugeführt wird, ein wesentlich geringerer Druckabfall stattfindet.In the introduction it has already been stated that some of the theoretically producible mechanical work is lost by the work that occurs when the pressure changes occurs in the heat exchanger. This share is in the proposed Among other things, temperature distribution in the heat storage medium is therefore lower than in the usual heat exchangers because due to the temperature distribution, the heat quantity is better localized and in the smaller area, in which the medium the amount of heat is supplied, a significantly lower pressure drop takes place.

Wie einleitend schon erwähnt, ist ein wesentlicher Faktor für die Wärmeverluste durch die Konvektion und vor allen Dingen durch die Rückströmung gegeben, die bei einem Wärmespeichermittel einen Temperaturausgleich von niedrigerer zu höherer Temperatur bewirken könnte und damit die als vorteilhaft erkannte Temperaturver teilung nachteilig beeinflussen würde.As already mentioned in the introduction, is an essential factor for heat loss given by the convection and above all by the backflow, which at a heat storage medium temperature compensation from lower to higher Could cause temperature and thus the temperature ver recognized as advantageous would adversely affect division.

Deshalb sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, eine Druckänderung des Mediums beim Fließen durch das Wärmespeichermittel vorzusehen, die eine Rückströmung verhindert.An advantageous development of the invention therefore provides for a change in pressure of the medium when flowing through the heat storage means to provide the one Backflow prevented.

Damit wird vor allem der Kamineffekt verhindert, der dadurch entsteht, daß Teil ströme des Mediums von wärmeren Orten zu kälteren Orten fließen. Die Druckände rung sollte aber nach dem vorher gesagten nicht zu groß sein, damit die mechani sche Arbeit durch Ausdehnung bzw. Zusammendrücken des Mediums beim Durch strömen des Regenerators keine wesentliche Reduktion des Wirkungsgrads verur sacht.This primarily prevents the chimney effect that results from the fact that part flows of the medium flow from warmer places to colder places. The pressure zones tion should not be too large, however, so that the mechani work by expanding or compressing the medium as it passes the regenerator does not cause a significant reduction in efficiency gently.

Wie vorstehend schon deutlich wurde, ist bei der Verwendung des erfindungsgemä ßen Verfahrens vor allen Dingen auf die Temperaturverteilung zu achten, die sich in dem Wärmespeichermittel einstellt. Eine vorzugsweise Weiterbildung sieht vor, daß das Wärmespeichermittel Schüttgut mit einer Korngröße kleiner als 15 mm ist. Eine derartig kleine Korngröße ermöglicht einmal eine Druckänderung des Mediums ent lang des Wärmespeichermittels, um die Konvektion zu verhindern, zum anderen sor gen sehr kleine Körner des Schüttgutes dafür, daß zur Aufnahme der Wärmemenge im Schüttgut eine sehr große Oberfläche zur Verfügung steht, weshalb die Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe schnell und wirkungsvoll erfolgt. Außerdem wird dadurch eine hohe Leistungsdichte erreicht. Das hat zur Folge, daß die den Wir kungsgrad verringernde Druckänderung des Mediums beim Aufheizen sehr gering ist, da diese nur in einem kleinen Raumbereich erfolgt, wodurch der Beitrag der vom Me dium beim Aufheizen verrichteten Arbeit dementsprechend klein gehalten werden kann.As was already clear above, when using the inventive process, above all, pay attention to the temperature distribution that is in the heat storage medium. A preferred further training provides that the heat storage medium is bulk material with a grain size smaller than 15 mm. A Such a small grain size enables a change in the pressure of the medium long of the heat storage medium to prevent convection, on the other hand sor very small grains of the bulk material for the absorption of the amount of heat there is a very large surface area in the bulk material, which is why the Heat absorption and heat emission takes place quickly and effectively. Furthermore a high power density is achieved. As a result, the we degree of pressure reducing the medium during heating is very small, since this only takes place in a small area, which means that the contribution of the Me dium when heating up work accordingly be kept small can.

Wie Generatoren mit besonders kleiner Korngröße für die Schüttung ausgeführt wer den können, ist beispielsweise in der DE-OS 42 38 652 beschrieben.How generators with a particularly small grain size are designed for the bed the can, is described for example in DE-OS 42 38 652.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die zur Umwandlung in mechanische Arbeit benötigte thermische Energie in dem Kreisprozeß durch Ver brennung von Brennstoffen in dem ersten oder zweiten Wärmespeichermittel zuge führt wird.A preferred development of the invention provides that the conversion to mechanical work required thermal energy in the cycle through Ver combustion of fuels in the first or second heat storage means leads.

Auch diese Maßnahme verringert die Verluste beim erfindungsgemäßen Verfahren. Im Stand der Technik sind nämlich üblicherweise Wärmetauscher und Erhitzer von einander getrennt, wodurch für das Medium Verluste beim Übertragen vom Wärmetauscher zum Erhitzer auftreten können. Außerdem muß bei der Ausführung nach dem Stand der Technik ein zusätzlicher Aufwand für die Wärmeisolierung ge trieben werden, da Erhitzer, Zuleitung und Wärmetauscher isoliert werden müssen. Dagegen ist es gemäß der Weiterbildung möglich, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit der gleichzeitigen Heizung des Mediums im Wärmespeichermittel auch die entsprechenden Vorrichtungen wesentlich kompakter zu bauen, was den Auf wand für die Isolierung erniedrigt. Weiter werden Wärmeverluste des Brenners, wenn das Erwärmen innerhalb des Speichermediums geschieht, von dem Wärmespeicher mittel selbst aufgenommen und stehen dem weiteren Prozeß zur Verfügung.This measure also reduces the losses in the method according to the invention. In the prior art, heat exchangers and heaters are usually from separated from each other, causing losses for the medium when transferred from Heat exchangers to the heater can occur. In addition, the execution according to the prior art, an additional cost for thermal insulation ge driven because the heater, supply line and heat exchanger must be insulated. In contrast, according to the further development, it is possible in the case of the invention Process with the simultaneous heating of the medium in the heat storage medium too to build the corresponding devices much more compact, which is the on wall lowered for insulation. Next will be heat loss from the burner, though the heating takes place within the storage medium, from the heat storage self-absorbed and are available for the further process.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Kreisprozeß für das Medium näherungsweise dem AK-Kreislauf nachgebildet und folgende Schritte durchgeführt:According to an advantageous development of the invention, the cycle process for the Medium approximated the AK cycle and the following steps carried out:

a) at least approximately isothermal compression of the medium at low Temperature level,
b) almost isobaric heating of the medium to the high temperature level below Supply of thermal energy from the second heat storage medium,
c) Obtaining mechanical work by pressure and temperature change of the Me diums,
d) cooling the medium by passing it through the first heat storage medium that absorbs part of the energy of the medium

wobei nach einem geeigneten Zeitintervall die Strömungswege des Mediums durch die Wärmespeichermittel geändert werden, so daß das erste Wärmespeichermittel als zweites Wärmespeichermittel und das zweite Wärmespeichermittel als erstes Wär mespeichermittel wirkt.after a suitable time interval through the flow paths of the medium the heat storage means are changed so that the first heat storage means as second heat storage means and the second heat storage means as the first heat memory storage agent works.

Wie einleitend schon erwähnt, hat der AK-Prozeß einen großen theoretischen Wir kungsgrad, da er dem Carnot-Prozeß ähnlich nachgebildet ist, jedoch kann auf die im Carnot-Prozeß benötigten hohen Drücke verzichtet werden. Die besonderen Eigen schaften und Vorteile des AK-Verfahrens sind:As mentioned in the introduction, the AK process has a large theoretical we degree of efficiency, since it is simulated in a similar way to the Carnot process Carnot process required high pressures to be dispensed with. The special ones The advantages and advantages of the AK process are:

1) Load control is possible by changing the pressure level at a constant temperature Lich.
2) The efficiency is constant over a wide load range.
3) You do not need a control system in the high temperature range.
4) No high pressures are required.
5) The dimensions of machines and apparatus are small and compact Construction of a heat engine is possible.
6) Almost all fuels can be used.
7) Only a little cooling water is required, or pure air cooling can also be used be used.
8) Large unit performances are possible.
9) Various gases or liquids can be used as the medium.

Wie einleitend dargestellt, kann aber der AK-Kreislauf technisch nur näherungsweise verwirklicht werden, da im Wärmetauscher ein zumindest kleiner Druckverlust vor handen ist und dadurch Erwärmung und Abkühlung des Mediums nicht vollständig isobar verlaufen können. Weiter ist die Kompression des Mediums nur näherungs weise isotherm durchführbar. Zur Verwirklichung der technischen Annäherung an den AK-Prozeß wird gemäß einer Weiterbildung mittels einer Anzahl von hinterein ander geschalteter Kompressionsstufen komprimiert, wobei zwischen den Kompres sionsstufen auf eine Temperatur gekühlt wird, die nahe dem niedrigen Tem peraturniveau liegt.As described in the introduction, the AK cycle can only technically approximate be realized because there is at least a small pressure loss in the heat exchanger is present and therefore heating and cooling of the medium is not complete can run isobar. Furthermore, the compression of the medium is only approximate feasible isothermally. To realize the technical approach according to a further development, the AK process is followed by a number of at other switched compression stages, whereby between the compresses tion stages is cooled to a temperature close to the low tem temperature level.

Das Hintereinanderschalten mehrerer Stufen kann den isothermen Verlauf im AK-Pro zeß zwar nur annähern, jedoch erhöht diese Annäherung den Wirkungsgrad gegen über einer adiabatischen Kompression deutlich. Bei nur einer einzigen Stufe, bzw. ei ner rein adiabatischen Kompression, würde der Thompson-Prozeß dominieren, der insbesondere bei großen Drücken den thermischen Wirkungsgrad stark erniedrigt.Connecting several stages in series can change the isothermal curve in the AK-Pro zeß only approximate, but this approximation increases the efficiency against over an adiabatic compression. With only one stage, or egg A purely adiabatic compression, the Thompson process would dominate The thermal efficiency is greatly reduced, especially at high pressures.

Bei Kraftwerken großer Leistung ist eine Kühlung mit Luft nicht angebracht. Man wird dort die Leistung im wesentlichen über Kühlwasser abführen, was allerdings den Nachteil großer Kühltürme und einen hohen Wasserbedarf nach sich zieht.Cooling with air is not appropriate for large power plants. Man will drain the power there mainly via cooling water, which is true the disadvantage of large cooling towers and a high water requirement.

Deshalb sieht eine vorteilhafte Weiterbildung vor, daß die Kühlung des Mediums zwi schen den Kompressionsstufen in einer Füllkörpersäule im Gegenstrom mit Wasser erfolgt.Therefore, an advantageous development provides that the cooling of the medium between compression stages in a packed column in counterflow with water he follows.

Dadurch wird eine besonders effektive Kühlung erreicht.Particularly effective cooling is thereby achieved.

Die Effektivität kann noch weiter erhöht werden, wenn die Ströme der spezifischen Wärme des Wassers und des Mediums gleich sind.The effectiveness can be further increased if the currents of the specific Heat of the water and the medium are the same.

Dadurch erreicht man die Abkühlung mit einem Minimum an Wasser. Mit der Aus kopplung der Heizenergie durch Wasser wird die Ausnützung der übrigbleibenden thermischen Energie zur Heizung möglich. Bei Nichtbedarf von Heizenergie wird aber auch der Aufwand für die Rückkühlung im Kühlturm wesentlich geringer. This allows cooling with a minimum of water. With the out Coupling the heating energy through water will make use of the remaining ones thermal energy for heating possible. If heating energy is not required, however the cost of recooling in the cooling tower is also significantly lower.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Anzahl der Kompressionsstufen grö ßer als zwei und vorzugsweise vier.According to a development of the invention, the number of compression stages is large more than two and preferably four.

Nach dem oben gesagten ist es für die Nachbildung des AK-Prozesses besonders wichtig, die Druckerhöhung isotherm durchzuführen. Daraus folgt, daß die Anzahl der Kompressionsstufen sehr groß sein sollte. Bei wesentlich mehr als vier Kompressionsstufen wird der thermische Wirkungsgrad nur noch wenig gesteigert, es wächst jedoch der maschinelle Aufwand, so daß zu viele Stufen nicht mehr wirt schaftlich sind. Aufgrund von Berechnungen an Ausführungsbeispielen werden vier Kompressionsstufen bevorzugt.According to the above, it is special for the replication of the AK process important to increase the pressure isothermally. It follows that the number compression levels should be very large. With much more than four Compression levels, the thermal efficiency is only slightly increased, However, the machine effort increases, so that too many stages no longer work are economical. Based on calculations on exemplary embodiments, four Compression levels preferred.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird auch der Schritt zur Ge winnung mechanischer Arbeit im wesentlichen isotherm und in mehreren Stufen ge führt, wobei in jeder Stufe Druck und Temperatur des Mediums verringert werden und die Temperatur des Mediums zwischen nachfolgenden Stufen zumindest annä hernd wieder auf das hohe Temperaturniveau erhöht wird.In a preferred development of the invention, the step to Ge Mechanical work essentially isothermal and in several stages leads, the pressure and temperature of the medium being reduced in each stage and the temperature of the medium at least approximately between subsequent stages is raised again to the high temperature level.

Damit wird auch bei der Gewinnung mechanischer Arbeit der isotherme Verlauf des AK-Prozeß möglichst weit angenähert. Es ist zwar auch möglich, die mechanische Energie durch einen adiabatischen Prozeß zu gewinnen, der Wirkungsgrad wird im AK-Prozeß aber durch die isotherme Gewinnung mechanischer Arbeit erhöht. Außer dem können dann höhere Drücke ohne Wirkungsgradverlust verwendet werden, wo durch die spezifische Leistung des Mediums verbessert wird.Thus, the isothermal course of the AK process approximated as far as possible. It is also possible to use mechanical To gain energy through an adiabatic process, the efficiency is in the AK process but increased by the isothermal extraction of mechanical work. Except then higher pressures can be used without loss of efficiency where is improved by the specific performance of the medium.

Der der Gewinnung mechanischer Arbeit dienende Teil des Kreisprozesses wird in verschiedenen Stufen geführt, in denen jeweils eine mechanische Teilarbeit gewon nen wird, wobei sich Temperatur und Druck in jeder Stufe absenken. Nachfolgend wird wieder auf das höhere Temperaturniveau geheizt, bevor das Medium in die nächste Stufe eingeleitet wird. Theoretische Berechnungen an einem Ausführungs beispiel haben gezeigt, daß man dadurch thermische Wirkungsgrade auf über 67% anheben kann, während reine adiabatische Prozesse für die Energiegewinnung in der Größenordnung von 60% liegen. Die Absenkung des Wirkungsgrades kann man um gehen, wenn die Druckerhöhung des Mediums im Kreislauf geringer gewählt wird, wobei aber die erreichbare spezifische Leistung des Mediums absinkt.The part of the cycle that serves to extract mechanical work is shown in led to different stages, in each of which a mechanical part work won temperature and pressure decrease in each stage. Below is heated again to the higher temperature level before the medium in the next stage is initiated. Theoretical calculations on an execution examples have shown that this increases thermal efficiency to over 67% can raise, while pure adiabatic processes for energy in the Order of magnitude of 60%. One can reduce the efficiency by go if the pressure increase of the medium in the circuit is chosen lower, but the achievable specific performance of the medium decreases.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird das Verfahren so durch geführt, daß der Strom der spezifischen Wärme in das erste Wärmespeichermittel gleich dem Strom der spezifischen Wärme aus dem zweiten Wärmespeichermittel ist. Mit dem Strom der spezifischen Wärme ist die Änderung des Wärmemengenstromes mit der Temperatur gemeint, der auch als Wasserwert bezeichnet wird. Aufgrund der in der Weiterbildung verwendeten ausgeglichenen Bilanz der Ströme spezifischer Wärme wird sichergestellt, daß ungefähr die gleichen Energien übertragen werden und die Zeitintervalle für die Umschaltung konstant bleiben.According to a preferred development of the invention, the method is carried out in this way led that the flow of specific heat into the first heat storage medium is equal to the specific heat flow from the second heat storage medium. With the flow of specific heat is the change in the heat flow is the temperature, which is also called the water value. Due to the more balanced balance of currents used in continuing education Heat ensures that approximately the same energies are transferred and the time intervals for the switchover remain constant.

Gemäß einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung wird zur Erzeugung der gleichen Ströme spezifischer Wärme in das erste Wärmespeichermittel bzw. aus dem zweiten Wärmespeichermittel ein Teilstrom des Mediums abgezweigt, der einen Teil der spezifischen Wärme mit sich führt.According to a preferred development of the invention, the same flows of specific heat in the first heat storage medium or from the a partial flow of the medium branches off the second heat storage means, which is a part of specific heat.

Durch diese Maßnahme wird die obengenannte Energiebilanz aufgrund der Wärme strömung aufrechterhalten. Die dadurch abgeführte Wärme ist nicht verloren, da sie beispielsweise für ein Fernwärmenetz verwendet werden kann. Andere Möglichkeiten den abgezweigten Wärmestrom zu verwenden, sind in den folgenden Weiterbildun gen verwirklicht.Through this measure, the above energy balance due to the heat maintain flow. The heat dissipated is not lost as it can be used for a district heating network, for example. Other possibilities Use the branched heat flow in the following courses gen realized.

Danach wird ein Teilstrom des Mediums abgezweigt, der teilweise zur Leistung me chanischer Arbeit verwendet wird.After that, a partial flow of the medium is branched off, which in part leads to the output chanic work is used.

Dabei kann es sich um einen Teilstrom handeln, wie er vorher erwähnt wurde, oder auch einen gesondert abgezweigten Teilstrom zum Ausgleich der Energiebilanz an ir gendeinem Ort der Wärmekraftmaschine. Dadurch, daß dieser Strom auch teilweise zur Erzeugung mechanischer Arbeit verwendet wird, kann der Wirkungsgrad der ge samten Maschine weiter erhöht werden, selbst wenn die mit dem Teilstrom gewon nene mechanische Arbeit mit geringerem Wirkungsgrad erzeugt wird.This can be a partial flow, as previously mentioned, or also a separate branch stream to balance the energy balance to ir location of the heat engine. Because this current is also partially used to generate mechanical work, the efficiency of ge entire machine can be further increased, even if it is won with the partial flow mechanical work with less efficiency is generated.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird ein Teilstrom des Mediums abgezweigt, mit dem Brennstoff erwärmt wird.According to a further advantageous development of the invention, a partial flow branched off of the medium with which fuel is heated.

Auch diese Maßnahme erhöht den Wirkungsgrad, da die Energie zur Erwärmung des Brennstoffes sonst aus der Energie des Brennstoffs abgezogen würde. Insbesondere wird dadurch eine Wirkungsgraderhöhung erreicht, daß der Teilstrom des Mediums nach Erzeugung mechanischer Energie mit schlechterem Wirkungsgrad, wie oben be schrieben, zur Brennstofferwärmung verwendet wird, da dann der schlechtere Wir kungsgrad teilweise durch Weiternutzung der Abwärme energetisch kompensiert werden kann.This measure also increases the efficiency, since the energy for heating the Otherwise fuel would be deducted from the energy of the fuel. Especially an increase in efficiency is achieved in that the partial flow of the medium after generating mechanical energy with poorer efficiency, as above wrote, is used for fuel heating, because then the worse we The degree of efficiency is partially compensated for by the continued use of waste heat can be.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird ein anderer Teilstrom abgezweigt, mit dem in einem Vergasungssystem Kohle vergast wird.According to a development of the invention, another partial flow is branched off with which is gasified in a gasification system.

Dies sollte vor allem auf hohem Temperaturniveau erfolgen, z. B. in der Größenord nung von 1000°C. Dabei wir die zur Vergasung benötigte Luft möglichst hoch ( 1300°) vorgeheizt. This should be done primarily at a high temperature level, e.g. B. in the order of magnitude temperature of 1000 ° C. The air required for gasification is as high as possible ( 1300 °) preheated.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird Braunkohle vergast und das Gas als Brennstoff verwendet.According to an advantageous development of the invention, brown coal is gasified and used the gas as fuel.

Braunkohle ist besonders vorteilhaft, da in ihr üblicherweise selbst Sauerstoff gebun den ist, der bei der Vergasung frei wird. Dadurch wird das Gas heizwertreicher, gleichzeitig handelt es sich um einen technisch einfachen Prozeß.Lignite is particularly advantageous because it usually contains oxygen itself is the one that is released during gasification. This makes the gas more calorific, at the same time, it is a technically simple process.

Bei einer Vergasung von Kohle entstehen Abgase mit 60% brennbaren Bestandteilen, die in dem vorher beschriebenen AK-Prozeß vorteilhaft eingesetzt werden können.Gasification of coal produces exhaust gases with 60% combustible components, which can be used advantageously in the previously described AK process.

Prinzipiell lassen sich bei einem AK-Prozeß verschiedenste Medien verwenden. Ge mäß einer bevorzugten Weiterbildung ist aber das in dem Kreisprozeß geführte Me dium Luft. Luft ist leicht verfügbar, es sind keine besonderen Sicherheitsanforderun gen nötig und sie besitzt auch eine genügend hohe Wärmekapazität, um genügend thermische Energie in dem Kreislauf mitzuführen. Außerdem ist die Erhitzung von Luft unproblematisch, da keine Wärmetauscheinrichtungen notwendig sind.In principle, a wide variety of media can be used in an AK process. Ge According to a preferred further development, however, the Me carried out in the cycle dium air. Air is readily available and there are no special safety requirements gene necessary and it also has a sufficiently high heat capacity to sufficient carry thermal energy in the circuit. In addition, the heating of Air is not a problem, since no heat exchange devices are necessary.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird die mechanische Ener gie mittels einer Gasturbine gewonnen.According to a preferred development of the method, the mechanical energy gie won by means of a gas turbine.

Bei einer Gasturbine ist es besonders einfach, die Energie in mehreren Stufen zu ge winnen, wobei die einzelnen Stufen dann an eine gemeinsame Rotorachse gekoppelt werden. Die mechanische Energie kann sowohl für die Erzeugung der Kompressorlei stung als auch zur Erzeugung elektrischen Stromes von der Rotorachse abgenommen werden.With a gas turbine, it is particularly easy to transfer the energy in several stages win, the individual stages then coupled to a common rotor axis become. The mechanical energy can be used for the generation of the compressor Stung as well as for generating electrical current from the rotor axis become.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung liegt das hohe Temperaturniveau über einer Temperatur von 1000°C und insbesondere bei 1300°C.According to an advantageous development, the high temperature level is above one Temperature of 1000 ° C and especially at 1300 ° C.

Die gemäß dem Verfahren erreichbaren hohen Wirkungsgrade sind physikalisch durch den theoretischen Wirkungsgrad des Carnot-Prozeß bestimmt und begrenzt. Deshalb sind die technisch erreichbaren Wirkungsgrade nur dann erzielbar, wenn auch dieser Wirkungsgrad möglichst hoch gewählt wird. Bei 1000°C gegenüber Umgebungs temperatur von etwa 20°C erreicht man einen theoretischen Wirkungsgrad von 75%. Man könnte mit der Temperatur noch wesentlich höher gehen, jedoch wird dann die technische Realisierung schwierig. Für die weiter unten beschriebenen Aus führungsbeispiele werden 1300°C bevorzugt.The high efficiencies achievable according to the method are physically through determines and limits the theoretical efficiency of the Carnot process. That's why the technically achievable efficiencies can only be achieved if this too Efficiency is chosen as high as possible. At 1000 ° C compared to the ambient temperature of about 20 ° C you reach a theoretical efficiency of 75%. You could go much higher with the temperature, however then the technical implementation difficult. For the Aus described below Leading examples are preferred at 1300 ° C.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, wird die niedrige Temperatur unterhalb von 150°C und insbesondere unterhalb von 50°C gewählt. Auch diese Maßnahme sorgt für einen hohen theoretischen Wirkungsgrad. Bei der stufenweisen Kompression wird durch die Abkühlung zwischen den Stufen vorteil hafterweise bei niedrigen Temperaturen nur wenig Energie abgeführt, was sich eben falls günstig auf die Energiebilanz auswirkt. Dabei muß man sich aber vor Augen hal ten, daß die hohen Temperaturdifferenzen von 1000°C im hohen Temperaturniveau und unter 50°C im niedrigen Temperaturniveau nur durch eine effektive Kühlung bzw. Heizung sowie bei nur geringen Energieverlusten durchführbar ist, wie es einlei tend durch die erfindungsgemäß verwendeten Wärmespeichermittel mit lokalisiertem Temperaturverlauf beschrieben wurde.According to another advantageous development of the invention, the low Temperature selected below 150 ° C and in particular below 50 ° C. This measure also ensures a high theoretical efficiency. In the gradual compression is beneficial due to the cooling between the stages only little energy is dissipated at low temperatures, which is what if it has a positive effect on the energy balance. But you have to be careful ten that the high temperature differences of 1000 ° C in the high temperature level and below 50 ° C in the low temperature level only through effective cooling or heating, as well as with only slight energy losses, as is the case tend by the heat storage medium used according to the invention with localized Temperature curve was described.

Zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens wird folgende Vorrichtung vor geschlagen, umfassendThe following device is used to carry out the above-described method beaten, comprehensive

a heat engine, in particular a gas turbine,
- A multi-stage compressor with coolers in which a medium, in particular Air is compressed approximately isothermally,
- A first and a second regenerator for heat exchange, the Me dium to the low temperature level by delivering a partial energy to the Heat storage means of the first regenerator is cooled and the medium in the second regenerator is brought to a high temperature level, namely at least partially with the stored in the heat storage means of the first regenerator secured thermal energy, whereby energy also with additional fuels can be performed
- Switching means for exchanging the flow path from the first regenerator and the second regenerator so that the first regenerator acts as the second regenerator works and vice versa.

Eine derartige Vorrichtung ermöglicht alle beim Verfahren dargestellten Vorteile und läßt sich auch für die Weiterbildungen ausrüsten.Such a device enables all the advantages and shown in the method can also be equipped for further training.

Wie beim Verfahren schon erwähnt wurde, ist insbesondere bei Kraftwerken großer Leistung eine effektive Kühlung zweckmäßig. Zur Kühlung sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung vor, daß mindestens einer der Kühler eine Füllkörper säule enthält, in der das zu kühlende Medium mit Kühlwasser im Gegenstrom gekühlt wird.As has already been mentioned in the process, it is particularly large in power plants Effective effective cooling performance. For cooling looks an advantageous one Development of the device before that at least one of the coolers has a packing contains column in which the medium to be cooled is cooled with cooling water in countercurrent becomes.

Eine Füllkörpersäule ermöglicht neben der effektiven Kühlung auch einen kompakten Aufbau. Insbesondere dadurch, daß das Medium im Gegenstrom gekühlt wird, wird eine besonders hohe Kühlleistung erzielt, wobei die Wärmemenge vollständig im Kühlwasser aufgenommen werden kann.In addition to effective cooling, a packed column also enables a compact one Construction. In particular, by cooling the medium in countercurrent achieves a particularly high cooling capacity, the amount of heat completely in the Cooling water can be absorbed.

Zur Verringerung der benötigten Kühlwassermenge ist gemäß einer bevorzugten Wei terbildung für das Kühlwasser ein Kreislauf mit einer Umwälzpumpe vorgesehen. To reduce the amount of cooling water required, according to a preferred Wei A circuit with a circulating pump is provided for the cooling water.

Wie beim Verfahren schon erwähnt wurde, ist es für einen minimalen Kühlwasserbe darf zweckmäßig, die Ströme der spezifischen Wärme für das Kühlwasser und das Medium gleich groß zu halten. Diese Bedingung hängt stark davon ab, mit welcher Geschwindigkeit das Kühlwasser im Kreislauf umläuft. Deshalb ist es gemäß einer bevorzugten Weiterbildung zweckmäßig, daß die Umwälzpumpe mit einer Pumpge schwindigkeit betreibbar ist, bei der die Ströme der spezifischen Wärme für das Kühlwasser und das Medium gleich groß sind.As already mentioned in the procedure, it is for a minimal cooling water may appropriately, the flows of specific heat for the cooling water and Keep medium the same size. This condition strongly depends on which one Speed the cooling water circulates. Therefore it is according to one preferred training expedient that the circulation pump with a pump speed is operable at which the flows of specific heat for the Cooling water and the medium are the same size.

Da die Kühlung zwischen den Kompressorstufen erfolgt, kann das Kühlwasser nicht ohne weiteres, d. h. ohne adiabatische Expansion, bei der weitere Arbeit verloren ginge, weiterbehandelt, z. B. einem Kühlturm zum Kühlen zugeführt werden.Since the cooling takes place between the compressor stages, the cooling water cannot without further ado. H. without adiabatic expansion, lost in further work would go on, z. B. a cooling tower for cooling.

Deswegen sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, daß der Kreislauf einen Wärmetauscher enthält, über den dem Kreislauf thermische Energie entnehm bar ist. Durch den Wärmetauscher entsteht eine Auskopplung von Heizenergie, die es möglich macht, die abgeführte Wärme zum Heizen (beispielsweise zum Fernhei zen) weiter zu verwenden. Bei Nichtbedarf der Heizenergie wird der Aufwand für die Rückkühlung im Kühlturm wesentlich geringer.Therefore, an advantageous development of the invention provides that the cycle contains a heat exchanger that takes thermal energy from the circuit is cash. The heat exchanger creates a decoupling of heating energy makes it possible to use the heat dissipated for heating (e.g. for distant heating zen) continue to be used. If the heating energy is not required, the effort for the Recooling in the cooling tower is significantly less.

Wie schon oben beschrieben wurde, sollte der mehrstufige Kompressor mindestens zwei Stufen haben, andererseits aber die Anzahl der Stufen nicht zu groß sein, damit der technische Aufwand gegenüber dem möglichen Wirkungsgradgewinn angemes sen ist. Aufgrund dessen hat gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens der mehrstufige Kompressor der Vorrichtung mehr als zwei Stufen und insbesondere vier Stufen.As already described above, the multi-stage compressor should at least have two levels but on the other hand the number of levels should not be too large so the technical effort is reasonable compared to the possible efficiency gain is. Because of this, according to an advantageous development of the method the multi-stage compressor of the device more than two stages and in particular four levels.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung ist eine Zusatzturbine vor gesehen, die mechanisch mit der ein- oder mehrstufigen Gasturbine gekoppelt ist und von einem Teilstrom des Mediums betrieben wird.According to a preferred development of the device, an auxiliary turbine is provided seen that is mechanically coupled to the single or multi-stage gas turbine and is operated by a partial flow of the medium.

Wie vorstehend erklärt wurde, kann zur Aufrechterhaltung für die spezifischen Wär men der Strombilanz ein Teilstrom des Mediums abgezweigt werden. Dieser kann auch wieder eine ein- oder mehrstufige Gasturbine antreiben, so daß ein Teil der En ergie für die mechanische Arbeit zur Verfügung steht. LSt die Zusatzturbine nur ein stufig, arbeitet sie im wesentlichen adiabatisch und läuft mit einem nur geringen Wir kungsgrad, so daß eine hohe Abwärme des Teilstroms auftritt.As explained above, for specific heat maintenance a partial flow of the medium can be branched off in the current balance. This can again drive a single or multi-stage gas turbine, so that part of the En ergie is available for mechanical work. Only the additional turbine staged, it works essentially adiabatically and runs with only a small we degree of efficiency, so that a high waste heat of the partial stream occurs.

Zur Erhöhung des Wirkungsgrades ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung eine Abzweigung für den Teilstroms des Mediums zwischen zweitem Re generator und Gasturbine vorgesehen. Dadurch befindet sich die Temperatur für die Zusatzturbine auf sehr hohem Temperaturniveau, so daß der Wirkungsgrad der Zu satzturbine annähernd so groß wird, wie ohne zusätzlicher Zufuhr thermischer Ener gie theoretisch möglich ist.According to an advantageous further development, the Device a branch for the partial flow of the medium between the second Re generator and gas turbine provided. This is the temperature for the Additional turbine at a very high temperature level, so that the efficiency of the zu turbine becomes almost as large as without additional supply of thermal energy is theoretically possible.

Gemäß einer anderen Weiterbildung ist ein Wärmetauscher vorgesehen, bei dem der Teilstrom bei Verlassen der Zusatzturbine Brennstoff erwärmt.According to another development, a heat exchanger is provided in which the Partial flow heated when leaving the auxiliary turbine fuel.

Aufgrund dessen ist der Bedarf an zusätzlichem Brennstoff geringer, da kein Anteil des Heizwertes verlorengeht, um den Brennstoff erst auf eine höhere Temperatur zu bringen. Auch wird aufgrund dieser Maßnahme die Restwärme von der mit schlech terem Wirkungsgrad laufenden Zusatzturbine weiter verwendet, wodurch die En ergiebilanz innerhalb der Wärmekraftmaschine weiter verbessert wird.As a result, the need for additional fuel is lower since there is no share of the calorific value is lost in order to raise the fuel to a higher temperature bring. Also due to this measure, the residual heat from the bad terem efficiency ongoing auxiliary turbine used, whereby the En The energy balance within the heat engine is further improved.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung ist ein Wärmetau scher vorgesehen, in dem ein abgezweigter Teilstrom des Mediums den Brennstoff erwärmt. Aufgrund dieser Maßnahme ergibt sich entgegen der vorbeschriebenen Ab nahme eines Teilstromes hinter einer Zusatzturbine die Möglichkeit, an jeder Stelle einen Teil des Wärmestromes zur Erwärmung des Brennstoffs abzuzweigen, damit weniger zusätzlicher Brennstoff verwendet werden muß. Besonders vorteilhaft läßt sich diese Weiterbildung ausführen, wenn man den abgezweigten Teilstrom zur Er wärmung desjenigen Brennstoffs verwendet, mit dem die mechanische Arbeit quasi isotherm mit Hilfe des beschriebenen Stufenprozesses erzeugt wird, bei dem zwi schen zwei Stufen jeweils das Medium auf das höhere Temperaturniveau gebracht wird.According to another advantageous development of the device, there is a heat rope shear provided in which a branched-off partial flow of the medium contains the fuel warmed up. Due to this measure, contrary to the above Ab taking a partial flow behind an additional turbine, the possibility at any point to branch off part of the heat flow to heat the fuel, so less additional fuel needs to be used. Lets be particularly advantageous carry out this training if you take the branch stream to Er heating of the fuel with which the mechanical work practically isothermally generated using the step process described, in which between Two stages each brought the medium to the higher temperature level becomes.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Abzweigung zwischen der ein- oder mehrstufigen Gasturbine und dem ersten Regenerator für den Teilstrom des Mediums zur Erwärmung des Brennstoffs vorgesehen.According to a development of the invention, a branch between the one or multi-stage gas turbine and the first regenerator for the partial flow of the medium provided for heating the fuel.

Aufgrund dieser Maßnahme erfolgt die Abzweigung des Teilstroms des Mediums zur Brennstofferwärmung auf einem hohen Temperaturniveau, so daß die Brennstoffvorwärmung effektiv verläuft und für den quasiisothermen Stufenprozeß nur wenig Brennstoff verwendet werden muß. Durch die Abzweigung des Teilstro mes hinter der Gasturbine, wird auch keine Energie entnommen, die zur Leistung mechanischer Arbeit verwendet wird.On the basis of this measure, the partial flow of the medium is branched off to Fuel heating at a high temperature level, so that the Fuel preheating proceeds effectively and for the quasi-isothermal step process little fuel needs to be used. By the branch of the partial flow mes behind the gas turbine, no energy is taken, which leads to performance mechanical work is used.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist die Vorrichtung zur Durchführung ei nes der obengenannten Verfahren gekennzeichnet durch:In an advantageous development of the invention, the device for carrying out egg characterized by:

- A multi-stage compressor and cooler in which a medium, in particular Air is compressed approximately isothermally,
a heat engine, in particular a gas turbine,
- A first and a second regenerator for heat exchange, the Me dium in the first regenerator to the low temperature level by delivery ner partial energy of the medium to the heat storage means of the first regenerator is cooled, and wherein the medium in the second regenerator to a high Temperature level due to that in the heat storage medium of the first reactor stored heat is brought
- A branch for the medium between the second regenerator and the Gas turbine which branches off a partial flow of the medium at a high temperature level,
- A gasification system for coal, especially lignite, in which the partial flow of Medium is introduced at a high temperature level,
- Burners that use the medium created by gasification heat up the gas,
- Switching means for exchanging the flow path from the first regenerator and the second regenerator, so that the first regenerator flow and heat acts as a second regenerator and vice versa,

wobei das Wärmespeichermittel im ersten und zweiten Regenerator geeignet ist, eine räumliche Temperaturverteilung aufrechtzuerhalten, deren Temperaturgradient nach Speicherung von Wärme im Bereich der höchsten Temperatur in Richtung auf klei nere Temperaturen zunimmt.wherein the heat storage means in the first and second regenerators is suitable, one maintain spatial temperature distribution, its temperature gradient after Storage of heat in the area of the highest temperature towards small temperature increases.

Mit einer derartigen Vorrichtung wird insbesondere das bei dem Verfahren angege bene Kohlevergasungssystem verwirklicht, es können somit alle beim Verfahren ge schilderten Vorteile erreicht werden.With a device of this type, this is particularly indicated in the method bene coal gasification system realized, so it can all ge in the process described advantages can be achieved.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung ist auch eine Zusatzturbine vorgesehen, in der das Gas aus dem Vergasungssystem expandiert wird, wobei die Zusatzturbine einen Beitrag zur Abgabe der mechanischen Arbeit leistet.According to a preferred development of the device, there is also an auxiliary turbine provided in which the gas is expanded from the gasification system, the Additional turbine contributes to the submission of mechanical work.

Eine ähnliche Zusatzturbine mit den entsprechenden Vorteilen bezüglich der Erhö hung des Wirkungsgrades ist schon oben dargestellt worden. Die genannten Vorteile lassen sich auch bei einer mit vergaster Kohle arbeitenden Vorrichtung ausnutzen. Lm Unterschied zu der in den vorhergehenden Beispielen beschriebenen Zusatzturbine dient sie aber zusätzlich zur Expansion des durch Vergasung gewonnenen Brenn stoffs.A similar auxiliary turbine with the corresponding advantages in terms of elevation Efficiency has already been shown above. The advantages mentioned can also be used in a device working with gasified coal. Lm Difference to the auxiliary turbine described in the previous examples but it also serves to expand the gas obtained from gasification fabric.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das expandierte Gas aus der Zusatzturbine verbrannt und damit das Abgas aus der ein- oder mehrstu figen Gasturbine geheizt. According to another advantageous development of the invention, the expanded Gas burned from the auxiliary turbine and thus the exhaust gas from the one or more stages figen gas turbine heated.

Diese Vorrichtung ist anders ausgestaltet als die vorhergehend beschriebene Vorrich tung ohne Braunkohlevergasung. Da das Gas selbst der Brennstoff ist, muß nicht vorgewärmt werden. Das Gas kann deshalb auch zur Heizung des Abgases aus der mehrstufigen Gasturbine benutzt werden. Die thermische Energie wird dann dem er sten Regenerator zugeführt, während bei den vorerwähnten Vorrichtungen im we sentlichen der zweite Regenerator beheizt wird. Eine derartige Anordnung erlaubt eine Führung des Prozesses bei der Vergasung mit weniger Verlusten, da das Abgas aus der Zusatzturbine selbst schon eine hohe Temperatur hat und eine Abkühlung im AK-Prozeß vor der Heizung unzweckmäßig wäre.This device is designed differently than the Vorrich described above processing without lignite gasification. Since the gas itself is the fuel, it doesn't have to be preheated. The gas can therefore also be used to heat the exhaust gas from the multi-stage gas turbine can be used. The thermal energy is then the he Most regenerator supplied, while in the aforementioned devices in the we considerably the second regenerator is heated. Such an arrangement allows a guide to the process of gasification with fewer losses since the exhaust gas from the auxiliary turbine itself is already at a high temperature and cooling down in the AK process before heating would be inappropriate.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Vergasungssystem ein zir kulierender Wirbelschichtreaktor.In a preferred development of the invention, the gasification system is a zir cumulating fluidized bed reactor.

Ein derartiger Reaktor zeichnet sich dadurch aus, daß schon bei geringen Temperatu ren effektiv Kohle vergast werden kann.Such a reactor is characterized in that even at low temperatures coal can be effectively gasified.

Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung hat die Vorrichtung ein Filtersystem, welches das aus dem Vergasungssystem austretende Gas reinigt. Durch das Ausfiltern von Staubteilchen wird die Turbine geschont.According to another preferred development of the invention, the device a filter system that cleans the gas emerging from the gasification system. The turbine is protected by filtering out dust particles.

Bei einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung enthält das Filtersystem einen Elektrofilter. Derartige Filter sind vor allen Dingen für eine gute und wirkungsvolle Reinigung geeignet, haben aber den Nachteil, daß sie nur bei geringen Temperaturen, verglichen mit den im Verfahren verwendeten, arbeiten.In a preferred development of the invention, the filter system contains one Electrostatic precipitator. Such filters are especially good and effective Suitable for cleaning, but have the disadvantage that they only work at low temperatures, compared to those used in the process.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist deshalb ein Wärmetauscher vorgesehen, in dem das Gas aus dem Vergasungssystem für die Filterung gekühlt wird und nach der Filterung im Gegenstrom durch den Wärmetauscher rückgeführt wird, um die Temperatur wieder zu erhöhen.According to a preferred development, a heat exchanger is therefore provided in which the gas from the gasification system is cooled for filtering and after the countercurrent filtering is returned through the heat exchanger to the Increase temperature again.

Aufgrund dieser Maßnahme ist es möglich, Elektrofilter im niedrigen Tempe raturniveau zu betreiben, gleichzeitig aber auch das hohe Temperaturniveau mit nur geringen Verlusten zurückzugewinnen.Due to this measure, it is possible to use electrostatic precipitators at low temperatures operating level, but also the high temperature level with only recover small losses.

Die Temperatur wird für Elektrofilter abgesenkt, da die heute verfügbaren Elektrofilter nur bei geringen Temperaturen bis etwa 200°C betreibbar sind. Mit dem Wärmetau scher wird die Temperatur zum Betrieb eines Elektrofilters abgesenkt und bei der Rückführung des Gases vom Filter nimmt dieses die entzogene Energie wieder auf. Bei entsprechender Auslegung des Wärmetauschers können Verluste aufgrund dieses Prozesses gering gehalten werden. The temperature is lowered for electrostatic precipitators since the electrostatic filters available today can only be operated at low temperatures up to approximately 200 ° C. With the heat rope shear, the temperature for operating an electrostatic filter is lowered and at Returning the gas from the filter takes up the extracted energy again. With an appropriate design of the heat exchanger, losses can result from this Process can be kept low.

Gemäß einer anderen vorzugsweisen Weiterbildung liegt bei der Vorrichtung die Ver gasungstemperatur bei 1000°. Dabei sollte die Vergasungslufttemperatur minde stens 1300° betragen.According to another preferred further development, the Ver gassing temperature at 1000 °. The gasification air temperature should be at least be at least 1300 °.

Wie bei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung, soll auch bei der mit Braunkohle vergasung arbeitenden Vorrichtung eine möglichst effektive Kühlung zwischen den Stufen des mehrstufigen Kompressors erfolgen. Dementsprechend sind auch hier die folgenden vorteilhaften Weiterbildungen vorgesehen:As with the device described above, it should also be the case with lignite gasifying device, the most effective cooling between the Stages of the multi-stage compressor take place. Accordingly, here too The following advantageous further developments are provided:

1) That at least one of the coolers contains a packed column in which to cool medium is cooled with cooling water in countercurrent;
2) that a circuit with a circulation pump is provided for the cooling water;
3) that the circulation pump can be operated at a pumping speed at which the Specific heat flows for the cooling water and the medium each other are the same;
4) that the circuit contains a heat exchanger via which the circuit thermi energy can be extracted.

Wie vorstehend schon beschrieben, wird mit Hilfe dieser Weiterbildungen erreicht, daß einerseits die Abkühlung auf Umgebungstemperatur mit einem Minimum an Was ser erfolgt und andererseits fast auf die Eintrittstemperatur des Gases erhitzt wird, so daß eine Auskopplung von Heizenergie möglich wird oder, bei Nichtbedarf, der Aufwand für die Rückkühlung im Kühlturm wesentlich verringert wird.As already described above, with the help of these further developments that on the one hand cooling to ambient temperature with a minimum of what water takes place and on the other hand is almost heated to the inlet temperature of the gas, so that a decoupling of heating energy is possible or, when not required, the The cost of recooling in the cooling tower is significantly reduced.

Schließlich betrifft die Erfindung auch die Verwendung eines Regenerators mit einem Wärmespeichermittel aus Schüttgut zum Wärmetauschen bei der Umwandlung ther mischer Energie eines Mediums in mechanische Energie, bei dem der Anstieg des Druckverlustes während der Heizphase fünf Mal so groß ist, wie der Wert aus ρ·g·h, wobei ρ die Gasdichte bei einer Temperatur von 20°C, g die Erdbe schleunigung und h die Höhe des Regenerators ist. Ein derartiger Regenerator ist aus der Patentanmeldung DE 42 36 619.4 bekannt. Die Wahl des Druckverlustes in der Heizphase verhindert vor allem einen Wärmeausgleich aufgrund von Kamineffekten, so daß sich die beschriebene Temperaturverteilung einstellt, mit der das erfindungs gemäße Verfahren besonders günstig durchführbar ist.Finally, the invention also relates to the use of a regenerator with a Bulk heat storage medium for heat exchange during the conversion ther mixer energy of a medium in mechanical energy, in which the increase in Pressure loss during the heating phase is five times the value from ρ · g · h, where ρ is the gas density at a temperature of 20 ° C, g is the earth acceleration and h is the height of the regenerator. Such a regenerator is out the patent application DE 42 36 619.4 known. The choice of pressure loss in the Heating phase primarily prevents heat compensation due to chimney effects, so that the temperature distribution described occurs, with which the fiction according procedures can be carried out particularly cheap.

Gemäß einer Weiterbildung wird bei dem genannten Regenerator Schüttgut mit einer Korngröße kleiner als 15 mm verwendet. According to a further development, bulk material with a Grain size smaller than 15 mm is used.

Aufgrund der geringen Korngröße ist die Wärmeübertragung in das Wärmespeicher mittel besonders effektiv und es kann eine hohe Leistungsdichte erzeugt werden.Due to the small grain size, the heat transfer into the heat accumulator medium particularly effective and a high power density can be generated.

Eine hohe Leistungsdichte gewährleistet, daß nur geringe Verluste entstehen, da mit der hohen Dichte auch das Oberflächen/Volumenverhältnis verbessert wird und somit die möglicherweise durch die Oberfläche abströmende Wärme vermindert ist.A high power density ensures that only small losses arise because with the high density also improves the surface / volume ratio and thus the heat that may flow through the surface is reduced.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich auch aus den nachfolgenden Ausfüh rungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung.Further features and advantages also result from the following explanations Example in connection with the drawing.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 ein Schaubild des Temperaturverlaufs in einem Reaktor gemäß der DE 42 36 619.4, wie er in den folgenden Ausführungsbeispielen verwendet wird; Figure 1 is a graph of the temperature profile in a reactor according to DE 42 36 619.4, as used in the following embodiments.

Fig. 2 eine Gegenüberstellung des Carnot-Prozesses und des AK-Prozesses in zwei Schaubildern; Fig. 2 is a comparison of the Carnot cycle and the AK-process in two charts;

Fig. 3 ein Schaubild eines Ausführungsbeispiels für eine Vorrichtung gemäß dem er findungsgemäßen Verfahren; Figure 3 is a diagram of an embodiment for a device according to the inventive method.

Fig. 3a bis 3d in Schaubildern dargestellte Ergebnisse von Berechnungen von ther mischem Wirkungsgrad, dimensionsloser spezifischer Leistung und Temperaturen für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3; Fig. 3a to 3d shown in graphs results of calculations of thermal efficiency, dimensionless specific power and temperatures for the embodiment of FIG. 3;

Fig. 4 ein Schaubild eines anderen Ausführungsbeispieles der Erfindung; Fig. 4 is a diagram of another embodiment of the invention;

Fig. 4a bis 4d in Schaubildern dargestellte Ergebnisse von Berechnungen von ther mischem Wirkungsgrad, dimensionsloser spezifischer Leistung und Temperaturen für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4; Fig. 4a to 4d shown in graphs results of calculations of thermal efficiency, dimensionless specific power and temperatures for the embodiment of FIG. 4;

Fig. 5 ein Schaubild einer Vorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem Braunkohle vergast wird, und Fig. 5 is a diagram of an apparatus for the method according to the invention, in which brown coal is gasified, and

Fig. 6 ein Schaubild eines Kühlers zur Verwendung in dem Verfahren bzw. in den Vorrichtungen gemäß Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5. Fig. 6 is a diagram of a cooler for use in the method and in the apparatuses according to Fig. 3, Fig. 4 and Fig. 5.

Fig. 1 zeigt eine Temperaturverteilung′ wie sie bei einem Regenerator gemäß der Pa tentanmeldung DE 42 36 619.4 erreichbar ist. Diese Regeneratoren werden in den folgenden Ausführungsbeispielen für Wärmekraftmaschinen verwendet. Fig. 1 shows a temperature distribution 'as can be achieved with a regenerator according to Pa application DE 42 36 619.4. These regenerators are used in the following exemplary embodiments for heat engines.

Diese Regeneratoren enthalten als Wärmespeichermittel ein Schüttgut, dessen Kör nung kleiner als 15 mm gewählt ist, wodurch eine hohe Leistungsdichte erreicht wird. Weiter wird durch diese Schüttung ein Druckanstieg erzielt, der wesentlich größer als der Druckunterschied ist, der zum Kamineffekt beiträgt, über den sich die Temperaturverteilung ausgleichen könnte, so daß eine Rückströmung verhindert wird.These regenerators contain a bulk material, the Kör less than 15 mm is selected, whereby a high power density is achieved becomes. Furthermore, this bed increases the pressure, which is significant is greater than the pressure difference that contributes to the chimney effect over which the Temperature distribution could compensate so that a backflow prevented becomes.

Entsprechend wird in dem Diagramm von Fig. 1, in dem die Temperatur in °C ge genüber der Schichtdicke der Schüttung aufgetragen ist, eine sehr lokal begrenzte Temperaturverteilung gemessen.Correspondingly, a very locally limited temperature distribution is measured in the diagram of FIG. 1, in which the temperature is plotted in ° C. compared to the layer thickness of the bed.

In diesem Diagramm ist eine Kurve 1 eingezeichnet, die eine Temperaturverteilung bei herkömmlichen Regeneratoren und Wärmetauschern darstellt. Aufgrund des Wärmeausgleichs stellt sich ein gleichmäßiger Abfall von der höchsten Temperatur, hier 1200°C, zu der niedrigsten Temperatur bei etwa 950°C ein. Eine derartiger Temperaturverlauf ist auch bei Rekuperatoren zu erwarten, da dort ein Wärmeüber gang aufgrund von Wärmeleitung erfolgt, wobei die Wärmeleitung aber auch in Längsrichtung der wärmeaustauschenden Fluide wirkt, so daß entsprechend den sta tionären Lösungen der Wärmeleitungsgleichung immer eine im wesentlichen lineare Temperaturabhängigkeit, also mit einem konstanten Temperaturgradienten erreicht wird.A curve 1 is drawn in this diagram, which represents a temperature distribution in conventional regenerators and heat exchangers. Due to the heat balance, there is a steady drop from the highest temperature, here 1200 ° C, to the lowest temperature at around 950 ° C. Such a temperature profile is also to be expected in recuperators, since there is a heat transfer due to heat conduction, but the heat conduction also acts in the longitudinal direction of the heat-exchanging fluids, so that, according to the stationary solutions of the heat conduction equation, there is always an essentially linear temperature dependence, i.e. a constant temperature gradient is reached.

Bei Regeneratoren der genannten Patentanmeldung wird durch Einstellung von Druckunterschieden jedoch ein Temperaturausgleich über Konvektion vermieden, so daß sich eine andere Temperaturverteilung einstellt, die im wesentlichen auf die Wärmeaufnahme des Schüttgutes zurückzuführen ist.In the case of regenerators of the patent application mentioned, by setting Pressure differences, however, a temperature compensation via convection avoided that a different temperature distribution arises, which is essentially due to the Heat absorption of the bulk material is due.

Entsprechend zeigt die Kurve 2 in Fig. 1 eine Temperaturverteilung, wie sie am Ende einer Heizphase vorliegt. Die Kurve beginnt bei hohen Temperaturen (1200°C) mit dem gleichen Gradienten wie die Temperaturverteilung 1. Der Gradient wird aber mit fortschreitender Schichtdicke immer größer, so daß die Kurve 2 stark abknickt und bei 100°C statt bei über 950°C entsprechend der Temperaturverteilung der Kurve 1 endet. Correspondingly, curve 2 in FIG. 1 shows a temperature distribution as it is at the end of a heating phase. The curve begins at high temperatures (1200 ° C) with the same gradient as the temperature distribution 1. However, the gradient increases with increasing layer thickness, so that curve 2 kinks sharply and at 100 ° C instead of over 950 ° C accordingly Temperature distribution of curve 1 ends.

Zusätzlich zu der Kurve 2 sind auch noch zwei Kurven 3 und 4 eingezeichnet, wobei Kurve 3 einen Temperaturverlauf während der Aufnahme von Wärme zeigt. Auch bei Kurve 3 ist zu erkennen, daß der Temperaturgradient in Richtung auf niedrige Tem peraturen stark zunimmt, so daß sich auch während des Heizens eine stark lokali sierte Temperaturverteilung ergibt. Dagegen zeigt die Kurve 4 eine Temperatur verteilung, wie sie ermittelt wurde, nachdem der Regenerator zum Kühlen benutzt wurde. Auch hier zeigt sich eine starke Abweichung von einem linearen Temperatur verlauf. Bei Kurve 4 nimmt jedoch der Temperaturgradient mit abfallender Tempera tur ab, so daß sich ein Kurvenverlauf ergibt, der unterhalb eines linearen, die End punkte verbindenden Temperaturverlaufs liegt, was darauf hindeutet, daß mehr Wärme dem Wärmespeichermittel entzogen werden kann, als bei einem Wärmespei chermittel nach dem Stand der Technik, bei dem die Temperaturverteilung im we sentlichen linear verläuft.In addition to curve 2 , two curves 3 and 4 are also shown, curve 3 showing a temperature profile during the absorption of heat. Also in curve 3 it can be seen that the temperature gradient increases sharply in the direction of low temperatures, so that there is also a strongly localized temperature distribution during heating. In contrast, curve 4 shows a temperature distribution, as it was determined after the regenerator was used for cooling. Here, too, there is a strong deviation from a linear temperature curve. In curve 4 , however, the temperature gradient decreases with decreasing tempera ture, so that there is a curve which is below a linear temperature curve connecting the end points, which indicates that more heat can be removed from the heat storage medium than with a heat storage medium according to the prior art, in which the temperature distribution is essentially linear.

Aufgrund dieses Temperaturverlaufs kann dieses Wärmespeichermittel wesentlich effektiver Wärme aufnehmen und auch wieder abgeben, als dies bei Wärmespei chermitteln von Regeneratoren nach dem Stand der Technik bekannt ist.Because of this temperature profile, this heat storage medium can be essential absorb and release heat more effectively than with heat storage chermittel of regenerators according to the prior art is known.

Wie einleitend schon erwähnt wurde, stellt sich auch bei Rekuperatoren nur ein li nearer Temperaturverlauf ein, so daß der hier verwendete Regenerator auch den Rekuperatoren nach dem Stand der Technik überlegen ist.As has already been mentioned in the introduction, there is only a left even with recuperators near temperature curve, so that the regenerator used here also the Recuperators according to the prior art is superior.

Bei den hier verwendeten Regeneratoren wird ein Wärmeausgleich durch Rückstrom dadurch vermieden, daß der Druckverlust innerhalb des Regenerators entsprechend groß gewählt wird. Dieser Druckverlust führt natürlich auch innerhalb eines Regene rators zu einem Verlust an mechanischer Arbeit, der jedoch nur gering ist, da bei den hier verwendeten Regeneratoren nur durch den Druckverlust in einem sehr begrenz ten Raumbereich mechanische Arbeit verrichtet wird. Der beitragende Raumbereich wird durch den hohen Temperaturgradienten beschränkt. Trotzdem beträgt der Druckverlust weniger als 0,1% des Prozeßdrucks und kann für den Verlust an mechanischer Arbeit vernachlässigt werden.In the case of the regenerators used here, heat is compensated for by backflow thereby avoided that the pressure drop within the regenerator accordingly is chosen large. Of course, this pressure loss also leads to rain rators to a loss of mechanical work, which is, however, only slight since the regenerators used here only by the pressure loss in a very limited mechanical work is carried out in the The contributing area is limited by the high temperature gradient. Nevertheless, it is Pressure loss is less than 0.1% of the process pressure and can account for the loss mechanical work are neglected.

Fig. 2 zeigt zur Veranschaulichung des in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen verwendeten Kreisprozesses das AK-Verfahren im Verhältnis zum Carnot-Kreispro zeß. Fig. 2 shows the AK process in relation to the Carnot-Kreispro process to illustrate the cycle used in the following embodiments.

Auf der linken Seite von Fig. 2 ist der Carnot-Prozeß dargestellt, bei dem zur Gewin nung von mechanischer Arbeit aus thermischer Energie mit Hilfe eines Mediums bzw. Arbeitsmittels ein Kreisprozeß durchlaufen wird, der aus zwei isothermen Ab schnitten und zwei adiabatischen Abschnitten besteht. Dieser Prozeß verläuft zwi schen zwei Temperaturniveaus, einem hohen Temperaturniveau, das im angegebenen Beispiel bei ungefähr 970°K liegt und einem niedrigen Temperaturniveau, das im Bei spiel von Fig. 2 bei ungefähr 280°K liegt.On the left side of Fig. 2, the Carnot process is shown, in which for the gain of mechanical work from thermal energy with the aid of a medium or working fluid, a cyclic process is performed, which is cut from two isothermal sections and two adiabatic sections. This process runs between two temperature levels, a high temperature level, which is approximately 970 ° K in the example given, and a low temperature level, which is approximately 280 ° K in the example of FIG. 2.

Der Carnot-Prozeß ermöglicht den nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik höchsten erreichbaren Wirkungsgrad, der durch die Temperaturdifferenz zwischen hohem Temperaturniveau und niedrigem Temperaturniveau geteilt durch die Tempe ratur des hohen Temperaturniveaus gegeben ist. Entsprechend würde ein Kreispro zeß gemäß der Fig. 2 einen theoretischen Wirkungsgrad von ungefähr 70%; ergeben bei höheren Temperaturdifferenzen, beispielsweise 1300°C, lassen sich theoretisch Wirkungsgrade über 80% erreichen.The Carnot process enables the highest achievable efficiency according to the second law of thermodynamics, which is given by the temperature difference between the high temperature level and the low temperature level divided by the temperature of the high temperature level. Correspondingly, a circular process according to FIG. 2 would have a theoretical efficiency of approximately 70%; result in higher temperature differences, for example 1300 ° C, theoretically, efficiencies of over 80% can be achieved.

Ein derartig hoher Wirkungsgrad kann aber technisch nicht verwirklicht werden, da der Carnot-Prozeß mit technischen Mitteln nur angenähert werden kann. Außerdem ist nachteilig, daß, wie im Beispiel von Fig. 2 zu sehen ist, sehr hohe Drücke ver wendet werden müssen und am Übergang C zwischen adiabatischer Kompression und isothermem Verlauf bei hohem Temperaturniveau ein Druck vorgegeben ist, der das 256fache des Minimaldrucks im Kreisprozeß beträgt.However, such a high degree of efficiency cannot be achieved technically, since the Carnot process can only be approximated using technical means. Another disadvantage is that, as can be seen in the example of Fig. 2, very high pressures must be used ver and at the transition C between adiabatic compression and isothermal curve at a high temperature level a pressure is given which is 256 times the minimum pressure in the cycle .

Rechts neben dem Carnot-Prozeß ist der AK-Prozeß eingezeichnet, der mit wesent lich geringeren Druckdifferenzen auskommt. Auch dieser Prozeß besteht aus zwei isothermen Verläufen, wobei aber die Temperaturerhöhung vom niedrigen Niveau zum hohen Niveau isobar geführt wird. Bei den isobaren Prozessen wird aber Energie abgegeben oder aufgenommen, so daß im allgemeinen kein Wirkungsgrad wie beim Carnot-Prozeß erreicht werden könnte, es sei denn man führt die Wärme, die auf ei nem der isobaren Abschnitte frei wird, wieder dem Medium oder Arbeitsmittel auf der anderen Isobaren zu. Dies wird üblicherweise mit den genannten Wärmetau schern, Rekuperatoren und Regeneratoren durchgeführt.To the right of the Carnot process is the AK process, which is essential Lich pressure differences. This process also consists of two isothermal curves, but the temperature increase from the low level isobar to the high level. In the isobaric processes, however, there is energy delivered or added, so that generally no efficiency as with Carnot process could be achieved unless you carry the heat on it When the isobaric sections become free, the medium or work equipment the other isobars too. This is usually done with the heat accumulation mentioned shear, recuperators and regenerators.

Technisch wird vom AK-Prozeß abgewichen, da bei der Wärmeübertragung eine Druckänderung im Arbeitsmedium stattfindet, weshalb die beiden Prozesse, bei denen sich die Temperatur erhöht, nur näherungsweise isobar verlaufen. Eine weitere durch die Technik gegebene Abweichung vom idealen AK-Prozeß ist auf die isother men Teilprozesse des Kreisprozesses nach Fig. 2 zurückzuführen, da eine Kompres sion technisch im wesentlichen adiabatisch erfolgt, genauso wie auch eine Entspan nung über eine Gasturbine im wesentlichen ein adiabatischer Prozeß und kein iso thermer Prozeß ist. Deswegen behilft man sich technisch mit einer stufenweisen An näherung an den isothermen Prozeß, wobei in dem Bereich des niedrigen Tempera turniveaus stufenförmig adiabatisch komprimiert wird und zwischen den Stufen im mer in die Nähe des niedrigen Temperaturniveaus gekühlt wird. Entsprechend läßt sich auch die Erzeugung von mechanischer Energie mit Hilfe einer Gasturbine annä hernd isotherm durchführen, indem mehrere Stufen vorgesehen werden, jede Stufe mechanische Arbeit erzeugt und das Medium zwischen den Stufen wieder auf das hohe Temperaturniveau geheizt wird. Solche Kurven für eine technisch angenäherte isotherme Kompression bzw. Expansion sind als gestrichelte Dreiecke in dem rechten Teil von Fig. 2 eingetragen.Technically, there is a deviation from the AK process because there is a pressure change in the working medium during heat transfer, which is why the two processes, in which the temperature increases, are only approximately isobaric. A further deviation from the ideal AK process given by the technology is due to the isothermal partial processes of the cycle according to FIG. 2, since a compression is technically essentially adiabatic, as is a relaxation via a gas turbine, essentially an adiabatic process and is not an isothermal process. Therefore, one technically helps with a step-by-step approach to the isothermal process, whereby in the area of the low temperature turn level is compressed adiabatically and is cooled between the steps in the vicinity of the low temperature level. Accordingly, the generation of mechanical energy with the aid of a gas turbine can be carried out approximately isothermally by providing several stages, each stage producing mechanical work and the medium between the stages being heated again to the high temperature level. Such curves for a technically approximated isothermal compression or expansion are entered as dashed triangles in the right part of FIG. 2.

In Fig. 3 ist eine Wärmekraftmaschine schematisch dargestellt, die den technisch an genäherten AK-Prozeß der Fig. 2 benutzt. Über einen Einlaß 5 wird Luft zugeführt, die im gesamten Kreislauf als Medium oder Arbeitsmittel dient. Für die später darge stellten theoretischen Rechnungen wird dabei angenommen, daß es sich um Luft von 1 bar und 20°C handelt.In Fig. 3, a heat engine is shown schematically, which uses the technically approximated AK process of Fig. 2. Air is supplied via an inlet 5 and serves as a medium or working medium in the entire circuit. For the theoretical calculations presented later, it is assumed that the air is 1 bar and 20 ° C.

Die eingelassene Luft wird anschließend in einen vierstufigen Kompressor 6 eingelei tet, bei dem jede Stufe den Eingangsdruck verdoppelt, so daß an einem Auslaß 7 des vierstufigen Kompressors 6 ein Druck von 16 bar anliegt.The intake air is then introduced into a four-stage compressor 6 , in which each stage doubles the inlet pressure, so that a pressure of 16 bar is present at an outlet 7 of the four-stage compressor 6 .

Zwischen den einzelnen Stufen sind Kühler 8, 9, 10 vorgesehen, die die aus jeder Stufe austretende Luft auf 35°C herunterkühlen. Die Austrittstemperatur nach der ersten Stufe ist dabei 95°C und die der folgenden Stufen 114°C. Mit Hilfe dieser Stufen wird, wie in Fig. 2 beschrieben, ein quasi isothermer Prozeß geführt, da die Temperaturen durch Kühlung in die Nähe der ursprünglichen Temperatur rückgeführt werden. Die Gesamtenergie, die der Luft innerhalb der Stufen zugeführt wird, ist 315 kJ pro kg Luft. Dabei wird durch die Kühler 8, 9, 10 eine Energie von 220 kJ pro kg Luft entnommen.Between the individual stages, coolers 8 , 9 , 10 are provided which cool the air emerging from each stage down to 35 ° C. The outlet temperature after the first stage is 95 ° C and that of the subsequent stages is 114 ° C. With the aid of these stages, a quasi-isothermal process is carried out, as described in FIG. 2, since the temperatures are returned to the vicinity of the original temperature by cooling. The total energy supplied to the air within the stages is 315 kJ per kg of air. An energy of 220 kJ per kg of air is removed by the coolers 8 , 9 , 10 .

Neben der quasiisothermen Kompression benötigt der Kreislauf auf der rechten Seite von Fig. 2 auch Mittel zum Wärmetauschen. Diese werden in dem angegebenen Bei spiel von Fig. 3 durch zwei Regeneratoren, nämlich dem ersten Regenerator 11 und dem zweiten Regenerator 12, gebildet. Ferner enthält das Ausführungsbeispiel von Fig. 3 auch eine vierstufige Gasturbine 13, bei der zwischen den Stufen Brenner 15, 16, 17 angeordnet sind, die das Gas wieder auf das hohe Temperaturniveau erhö hen.In addition to quasi-isothermal compression, the circuit on the right-hand side of FIG. 2 also requires means for heat exchange. These are formed in the stated case of play of Fig. 3 by two regenerators, namely, the first regenerator 11 and the second regenerator 12. Further, the embodiment of Figure 3 includes. Also a four-stage gas turbine 13 are arranged in between the combustor 15, 16, 17, the raised stabili hen the gas back to the high temperature level.

Entsprechend dem in Fig. 2 dargestellten Kreisprozeß wird die Luft am Auslaß 7 des vierstufigen Kompressors 6, welche unter einem Druck von 16 bar bei 114°C steht, dem zweiten Regenerator 12 zugeführt und dadurch in diesem die Temperatur er höht. Der Regenerator gibt gespeicherte Energie ab, es wird in diesem Ausführungsbeispiel jedoch zusätzlich Energie zugeführt und zwar 1064 kJ pro kg Luft, so daß am Ausgang die Luft 1074°C heiß und weiterhin mit 16 bar Druck be aufschlagt ist. Die Energiezufuhr erfolgt durch Verbrennen von Brennstoffen im Re generator 12.According to the cycle shown in Fig. 2, the air at the outlet 7 of the four-stage compressor 6 , which is under a pressure of 16 bar at 114 ° C, the second regenerator 12 and thereby increases the temperature in this. The regenerator releases stored energy, but in this exemplary embodiment additional energy is supplied, namely 1064 kJ per kg of air, so that the air is 1074 ° C. hot at the outlet and continues to be pressurized with 16 bar. The energy is supplied by burning fuels in the generator 12 .

Bevor die Luft vom Regenerator 12 der ersten Stufe der vierstufigen Gasturbine 13 zugeführt wird, wird sie durch einen Brenner 14 auf 1300°C aufgeheizt.Before the air from the regenerator 12 is fed to the first stage of the four-stage gas turbine 13 , it is heated to 1300 ° C. by a burner 14 .

Jede Stufe der vierstufigen Gasturbine 13 ist wieder für eine Druckverminderung um einen Faktor 2 ausgelegt, so daß am Ende der vierstufigen Gasturbine 13 an einem Auslaß 18 wieder ein Druck von 1 bar erreicht wird. Jede Stufe der Gasturbine 13 verringert neben dem Druck zur Erzeugung mechanischer Arbeit auch die Temperatur auf ungefähr 1090°C. Die Temperatur wird zur Annäherung an den isothermen Teil des Kreisprozesses gemäß Fig. 2 durch die Brenner 15, 16, 17 wieder auf 1300°C aufgeheizt.Each stage of the four-stage gas turbine 13 is again designed for a pressure reduction by a factor of 2, so that a pressure of 1 bar is again reached at an outlet 18 at the end of the four-stage gas turbine 13 . Each stage of the gas turbine 13 also reduces the temperature to about 1090 ° C in addition to the pressure to generate mechanical work. The temperature is heated again to 1300 ° C. by the burners 15 , 16 , 17 to approach the isothermal part of the cycle according to FIG. 2.

Insgesamt erzeugt die vierstufige Gasturbine 13 damit eine Leistung von 985 kJ pro kg Luft. Die am Auslaß 18 aus der vierstufigen Gasturbine ausgelassene Luft wird dem ersten Regenerator 11 zugeführt, der die restliche Wärmeenergie in seinem Wär mespeichermittel aufnimmt, so daß am Auslaß 19 des Regenerators 11 eine Luft temperatur von 135°C vorliegt.Overall, the four-stage gas turbine 13 thus generates an output of 985 kJ per kg of air. The air discharged from the four-stage gas turbine at the outlet 18 is fed to the first regenerator 11 , which absorbs the remaining heat energy in its heat storage medium, so that an air temperature of 135 ° C. is present at the outlet 19 of the regenerator 11 .

Es ist ersichtlich, daß sich die Auslaßtemperatur des Regenerators 11 stark von dem hohen Temperaturniveau unterscheidet, woraus schon deutlich wird, daß aufgrund der effektiven Kühlung des ersten Regenerators 11 die meiste noch übrige thermi sche Energie innerhalb des Systems bleibt und für eine weitere Beheizung zur Verfü gung steht. Aufgrund dessen wird bei den Ausführungsbeispielen ein hoher Wir kungsgrad erreicht.It can be seen that the outlet temperature of the regenerator 11 differs greatly from the high temperature level, from which it is already clear that due to the effective cooling of the first regenerator 11 most of the remaining thermal energy remains within the system and is available for further heating is available. Because of this, a high degree of efficiency is achieved in the exemplary embodiments.

Die Regeneratoren 12 und 11 werden nach einem bestimmten Zeitabschnitt strö mungsmäßig umgeschaltet, so daß die in einem Regenerator gespeicherte thermische Energie von dem einen isobaren Teil des Kreisprozesses gemäß Fig. 2 auf den ande ren isobaren Teil des Kreisprozesses übertragen wird. Dabei muß natürlich auch die Zuleitung für den Brennstoff umgeschaltet werden, da nun der Regenerator der im Kreislauf von Fig. 3 als zweiter Regenerator 12 dient, geheizt wird.The regenerators 12 and 11 are switched in terms of flow after a certain period of time, so that the thermal energy stored in a regenerator is transferred from one isobaric part of the cycle according to FIG. 2 to the other isobaric part of the cycle. The feed line for the fuel must of course also be switched over since the regenerator, which serves as the second regenerator 12 in the circuit of FIG. 3, is now heated.

Damit gleich viel Energie in dem ersten Regenerator 11 gespeichert werden kann, wie dem zweiten Regenerator 12 entnommen wird, also zur Sicherstellung einer un gefähr gleichen Umschaltzeit, ist es wichtig, daß der Strom der spezifischen Wärme, d. h. der Wasserwert, in den ersten Regenerator 11 gleich dem Strom der spezifi schen Wärme bzw. dem Wasserwert aus dem zweiten Regenerator 12 ist. Um einen überschüssigen Strom der spezifischen Wärme nutzvoll einzusetzen, ist eine Abzwei gung 20 zwischen dem Auslaß des zweiten Regenerators 12 und erster Stufe der vierstufigen Gasturbine 13 vorgesehen. Über die Abzweigung 20 wird ein Teilstrom von 8,2% der im Kreislauf geführten Luft entnommen und einer Zusatzturbine 21 zugeführt. Da bei dieser die Expansion rein adiabatisch erfolgt, ist die Ausgangs temperatur sehr groß, nämlich 465°C und es wird nur eine Leistung von 57 kJ pro kg Luft erzeugt.So that the same amount of energy can be stored in the first regenerator 11 as is taken from the second regenerator 12 , that is to ensure an un dangerous same switching time, it is important that the flow of specific heat, ie the water value, into the first regenerator 11 is equal to the current of the specific heat or the water value from the second regenerator 12 . In order to use an excess flow of specific heat, a branch 20 is provided between the outlet of the second regenerator 12 and the first stage of the four-stage gas turbine 13 . Via the branch 20 , a partial flow of 8.2% of the air conducted in the circuit is withdrawn and fed to an additional turbine 21 . Since the expansion takes place in a purely adiabatic manner, the initial temperature is very high, namely 465 ° C and only an output of 57 kJ per kg of air is generated.

Die Abluft aus der Zusatzturbine 21 wird einem Wärmetauscher 22 zugeführt, mit dem der Brennstoff für die Brenner 14, 15, 16, 17 vorgewärmt wird. Die Brenner 14, 15, 16, 17 benötigen unter Berücksichtigung der Vorwärmung zum Aufrechter halten des Kreisprozesses eine Energie pro kg Luft von 0,0216 kg Erdgas bei einem Heizwert von 1.079 kJ pro kg Erdgas. Das Abgas aus der Zusatzturbine 21 wird aufgrund der Erwärmung des Brennstoffes auf eine Temperatur von 194°C gekühlt, so daß auch die Wärmeverluste, die aufgrund des geringen Wirkungsgrads der Zu satzturbine anfallen, praktisch vollständig ausgenutzt werden.The exhaust air from the auxiliary turbine 21 is fed to a heat exchanger 22 , with which the fuel for the burners 14 , 15 , 16 , 17 is preheated. The burners 14 , 15 , 16 , 17 require an energy per kg air of 0.0216 kg natural gas with a calorific value of 1,079 kJ per kg natural gas, taking into account the preheating to maintain the cycle. The exhaust gas from the auxiliary turbine 21 is cooled to a temperature of 194 ° C. due to the heating of the fuel, so that the heat losses which occur due to the low efficiency of the auxiliary turbine are practically fully utilized.

Die Kompressionsstufen des Kompressors 6, die Stufen der Turbine 13 und die Zu satzturbine 21 sind auf einer gemeinsamen Welle 23 montiert und erhalten ihre Lei stung von ihr bzw. geben Leistung an diese ab. Die Welle 23 treibt auch einen Stromgenerator 24 an. Damit steht für einen von der Welle 23 angetriebenen Gene rator 24 eine mechanische Leistung von 728 kJ pro kg Luft zur Verfügung.The compression stages of the compressor 6 , the stages of the turbine 13 and the auxiliary turbine 21 are mounted on a common shaft 23 and receive their performance from it or provide power to them. The shaft 23 also drives a power generator 24 . This means that a mechanical power of 728 kJ per kg of air is available for a generator 24 driven by the shaft 23 .

Aufgrund der angegebenen Werte errechnet sich ein Wirkungsgrad von 67,43% bei den genannten Bedingungen. Dabei wurde ein Wirkungsgrad von 0,85 für die Kom pressionsstufe und 0,9 für die Gasturbine angenommen. Die errechnete dimenslose spezifische Leistung bezogen auf 1 kg Luft beträgt 2,48.Based on the given values, an efficiency of 67.43% is calculated the conditions mentioned. An efficiency of 0.85 for the com compression level and 0.9 assumed for the gas turbine. The calculated dimensionless specific performance based on 1 kg air is 2.48.

In Fig. 3a bis 3d sind verschiedene Kenngrößen für ein System gemäß Fig. 3 in Ab hängigkeit des nach Kompression der Luft erhaltenen Drucks, also des Maxi maldrucks, aufgetragen. Parameter der verschiedenen Kurven sind dabei die Anzahl N der Kompressionsstufen, bzw. Leistungsstufen der Gasturbine, wobei zur Vereinfa chung der Darstellung die Anzahl der Leistungsstufen der Gasturbine gleich der An zahl der Kompressionsstufen gehalten wurde. In Fig. 3a to 3d, various parameters for a system according to FIG. 3 are plotted as a function of the pressure obtained after compression of the air, that is, the maximum pressure. The parameters of the various curves are the number N of compression levels or power levels of the gas turbine, the number of power levels of the gas turbine being kept equal to the number of compression levels to simplify the illustration.

In Fig. 3a ist der thermische Wirkungsgrad in Abhängigkeit vom Maximaldruck im System aufgetragen. Dieser Graph macht die Wirksamkeit mehrerer Stufen bei der Kompression bzw. der Leistungserzeugung deutlich. Bei nur einer Stufe N = 1, d. h. bei adiabatischen Prozessen für Kompression bzw. für die Erzeugung mechanischer Arbeit, ist ein starker Abfall des thermischen Wirkungsgrades mit dem Druck zu be obachten. Trotzdem ist der thermische Wirkungsgrad bei 4 bar 61%, also sehr hoch. Es ist aber nicht empfehlenswert mit N = 1 und 4 bar zu arbeiten, weil dann die di mensionslose spezifische Leistung gering ist, wie aus Fig. 3b hervorgeht.In Fig. 3a, the thermal efficiency as a function of the maximum pressure is applied in the system. This graph shows the effectiveness of several stages in compression or power generation. With only one stage N = 1, ie with adiabatic processes for compression or for the production of mechanical work, a sharp drop in the thermal efficiency with the pressure can be observed. Nevertheless, the thermal efficiency at 4 bar is 61%, which is very high. But it is not recommended to work with N = 1 and 4 bar, because then the dimensionless specific performance is low, as can be seen from Fig. 3b.

Fig. 3a zeigt, daß mit Zuwachs der Anzahl der Stufen der Wirkungsgrad immer we niger mit dem Maximaldruck im System abnimmt und wesentlich höher liegt als bei N = 1. Man erkennt ferner, daß der Wirkungsgrad schon bei vier Stufen sehr hoch ist. Bei zusätzlichen Stufen erhöht sich der Wirkungsgrad kaum noch, so daß sich bei ei ner sehr großen Anzahl von Stufen der technische Aufwand nicht lohnt. Aufgrund dessen ist das Ausführungsbeispiel von Fig. 3 auch mit vier Stufen ausgelegt wor den. Fig. 3a shows that as the number of stages increases, the efficiency decreases less and less with the maximum pressure in the system and is significantly higher than when N = 1. It can also be seen that the efficiency is very high at four stages. With additional stages, the efficiency hardly increases, so that the technical effort is not worthwhile for a very large number of stages. Because of this, the embodiment of FIG. 3 is also designed with four stages.

In Fig. 3b ist die dimensionslose spezifische Leistung aufgetragen, die angibt, wieviel Leistung von 1 kg Luft übertragen werden kann. Für mehr als zwei Stufen wächst die dimensionslose spezifische Leistung mit dem Maximaldruck an, so daß es günstig ist, bei hohen Drücken zu arbeiten. Auch hier wird wieder deutlich, daß man bei mehr als vier Stufen keinen wesentlichen Gewinn erhält, der durch den größeren erforderlichen technischen Aufwand gerechtfertigt wäre.In Fig. 3b, the dimensionless specific power is plotted, which indicates how much power can be transferred from 1 kg of air. For more than two stages, the dimensionless specific power increases with the maximum pressure, so that it is favorable to work at high pressures. Here, too, it becomes clear that with more than four levels, no significant profit is obtained that would be justified by the greater technical effort required.

In Fig. 3c ist die Temperatur der Luft am Auslaß 19 angegeben. Diese Temperatur sollte möglichst gering sein, da sie direkt Einfluß auf den thermodynamisch erreich baren Wirkungsgrad hat. Aus Fig. 3c ist zu entnehmen, daß diese Temperatur bis ungefähr 100°C gesenkt werden kann. Die große Absenkung der Temperatur im Re generator 11 zeigt, daß nahezu die gesamte thermische Energie der Abwärme im Re generator 11 aufgenommen wird.In Fig. 3c, the temperature of the air is indicated at the outlet 19. This temperature should be as low as possible, since it has a direct influence on the thermodynamically achievable efficiency. From Fig. 3c it can be seen that this temperature can be reduced to approximately 100 ° C. The large drop in temperature in the generator 11 shows that almost all of the thermal energy of the waste heat is absorbed in the generator 11 .

In Fig. 3d ist die Temperatur des Teilstroms der Luft gezeigt, die den Wärmetauscher 22 verläßt. Der Anteil der thermischen Energie, der durch die Luft nach Verlassen des Wärmetauschers 22 noch mitgeführt wird, beeinflußt den Wirkungsgrad nicht stark, da nur ein kleiner Teilstrom und damit nur ein geringer Energieanteil der Ge samtenergie über die Zusatzturbine geleitet wird. Aus der Fig. 3d ist aber insbeson dere entnehmbar, daß die Abluft bei vier Stufen und 16 bar Druck unter 200°C liegt, was darauf hinweist, daß die Energie des Teilstroms fast vollständig in das System zurückgeführt wird. In Fig. 3d the temperature of the partial flow of air is shown, which leaves the heat exchanger 22 . The proportion of thermal energy that is carried along by the air after leaving the heat exchanger 22 does not have a strong influence on the efficiency, since only a small partial flow and thus only a small proportion of the total energy is conducted via the auxiliary turbine. From Fig. 3d it can be seen in particular that the exhaust air at four levels and 16 bar pressure is below 200 ° C, which indicates that the energy of the partial stream is almost completely returned to the system.

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, das sich von dem Ausfüh rungsbeispiel in Fig. 3 vor allem dadurch unterscheidet, daß anstelle einer mehrstufi gen Gasturbine 13 nunmehr eine nur einstufige Gasturbine 26 verwendet wird, der Prozeß zur Erzeugung mechanischer Arbeit also im wesentlichen adiabatisch verläuft. Bei dem Beispiel von Fig. 4 wird im Einlaß 5 wieder Luft von 20°C und 1 bar einge lassen, die genau wie im Beispiel von Fig. 3 durch stufenweises Komprimieren im Kompressor 6 und Kühlen zwischen den Stufen nahezu isotherm geführt wird. Hier wurde, aus Gründen die später noch deutlich werden, ein Maximaldruck von 8 bar gewählt, so daß die erste Stufe 1,7 bar, die zweite Stufe 2,9 bar und die dritte Stufe 4,8 bar erzeugt. Die Ausgangstemperaturen der einzelnen Stufen sind danach 76°C, 95°C und 91°C. Die Luft wird durch die Kühler 8, 9 und 10 jeweils auf 35°C her untergekühlt, bevor sie in die nächste Stufe eingelassen werden, wobei insgesamt eine Wärmemenge von 158 kJ pro kg Luft entnommen wird.In Fig. 4, a further embodiment is shown, which differs from the exemplary embodiment in Fig. 3 mainly in that instead of a multi-stage gas turbine 13 now only a single-stage gas turbine 26 is used, the process for generating mechanical work essentially runs adiabatically. In the example of FIG. 4, air of 20 ° C. and 1 bar is again let in in the inlet 5 , which, as in the example of FIG. 3, is conducted almost isothermally by stepwise compression in the compressor 6 and cooling between the stages. Here, for reasons that will become clear later, a maximum pressure of 8 bar was chosen, so that the first stage produces 1.7 bar, the second stage 2.9 bar and the third stage 4.8 bar. The starting temperatures of the individual stages are then 76 ° C, 95 ° C and 91 ° C. The air is subcooled to 35 ° C. by the coolers 8 , 9 and 10 before they are admitted to the next stage, a total amount of heat of 158 kJ being taken from each kg of air.

Am Ausgang 7 hat die Luft dann einen Druck von 8 bar und eine Temperatur von 92°C. Die Luft wird im Regenerator 12 unter Zufuhr einer Energiemenge von 697 kJ pro kg Luft auf 733°C aufgeheizt. Diese relativ geringe Temperatur wurde zur Opti mierung des Wirkungsgrades gewählt, weil der Regenerator in diesem Beispiel beim Aufheizen durch die Abwärme nach Erzeugen mechanischer Arbeit über einen adiabatischen Prozeß auf eine geringere maximale Temperatur von 753°C gebracht wird. Bevor die Luft einer Leistungsstufe zugeführt wird, muß sie deswegen nachge heizt werden. Dafür ist ein Brenner 25 vorgesehen, der die Temperatur der Luft auf 1300°C erhöht.At outlet 7 , the air then has a pressure of 8 bar and a temperature of 92 ° C. The air is heated to 733 ° C. in the regenerator 12 with the supply of an amount of energy of 697 kJ per kg of air. This relatively low temperature was chosen to optimize the efficiency because the regenerator in this example is brought to a lower maximum temperature of 753 ° C. by means of an adiabatic process when it is heated up by the waste heat after generating mechanical work. Therefore, before the air is supplied to a power level, it must be reheated. For this purpose, a burner 25 is provided which increases the temperature of the air to 1300 ° C.

Die in diesem Beispiel als Leistungsstufe dienende einstufige Gasturbine 26 expan diert adiabatisch, so daß die Luft eine hohe Ausgangstemperatur von 753°C bei 1 bar hat. Die Luft wird im Regenerator 11 gekühlt und die Wärmeenergie im Wärme speichermittel des Regenerators 11 aufgenommen. Die gespeicherte Energie steht nach Umschalten der Regeneratoren 11 und 12 zur Erwärmung der Luft nach der Kompression in einem späteren Zeitpunkt wieder zur Verfügung.The single-stage gas turbine 26 serving as the power stage in this example expands adiabatically, so that the air has a high initial temperature of 753 ° C. at 1 bar. The air is cooled in the regenerator 11 and the heat energy in the heat storage medium of the regenerator 11 is absorbed. The stored energy is available again at a later point in time after switching over the regenerators 11 and 12 for heating the air after the compression.

Auch in diesem Beispiel wird ein Teilstrom zur Verbesserung der Strombilanz an einer Abzweigung 27 entnommen. Im angegebenen Beispiel beträgt dieser nur 0,055 kg/kg Luft, er reicht aber aus, den dem Brenner 25 über einen Wärmetauscher 22 zugeführten Brennstoff zu erwärmen.In this example, too, a partial flow is taken from a branch 27 to improve the current balance. In the example given, this is only 0.055 kg / kg of air, but it is sufficient to heat the fuel supplied to the burner 25 via a heat exchanger 22 .

Die mechanische Kompressionsarbeit im Kompressor 6 beträgt 230 kJ pro kg und bei der Kühlung über die Kühler 8, 9, 10 wird eine Wärmemenge von 158 kJ pro kg entnommen. Die Turbine 26 erzeugt bei der adiabatischen Expansion eine Leistung von 689 kJ pro kg Luft und es entweicht durch die erwärmte Abluft hinter dem er sten Regenerator 11 eine Wärmemenge von 92 kJ pro kg Luft und hinter dem Wärmetauscher 29 kJ pro kg Luft. Neben der Heizung des Regenerators wird auch noch ein wesentlicher Energieanteil von 740 kJ/kg Luft über den Brenner 25 zuge führt.The mechanical compression work in the compressor 6 is 230 kJ per kg and when cooling via the coolers 8 , 9 , 10 , a heat quantity of 158 kJ per kg is removed. The turbine 26 generates an output of 689 kJ per kg of air during the adiabatic expansion and it escapes through the heated exhaust air behind the first regenerator 11, a heat quantity of 92 kJ per kg of air and behind the heat exchanger 29 kJ per kg of air. In addition to heating the regenerator, a significant amount of energy of 740 kJ / kg of air is also supplied via the burner 25 .

Beim Zusammenrechnen dieser Größen, die unter Voraussetzung eines Wirkungsgra des von 0,85 für die Kompressionsstufe und 0,9 für die Leistungsstufe gewonnen wurden, ergibt sich ein theoretischer Wirkungsgrad von 62%. Dieser ist wie im Bei spiel von Fig. 3 ebenfalls hoch. Es ist aber anzumerken, daß die dimensionslose spe zifische Leistung in diesem Fall nur 1,56 beträgt, d. h., die Leistung die pro kg Luft übertragen wird, beträgt nur etwa 3/5 der Leistung im Beispiel von Fig. 3.Combining these quantities, which were obtained on the basis of an efficiency of 0.85 for the compression level and 0.9 for the power level, results in a theoretical efficiency of 62%. As in the example of FIG. 3, this is also high. It should be noted, however, that the dimensionless specific power in this case is only 1.56, ie the power that is transmitted per kg of air is only about 3/5 of the power in the example of FIG. 3.

Auch zum Beispiel von Fig. 4 sind entsprechende Graphen Fig. 4a bis Fig. 4d ange geben, die den thermischen Wirkungsgrad, die dimensionslose spezifische Leistung und die Temperaturen an den Auslässen in Abhängigkeit des Maximaldruckes und der Anzahl der Kompressionsstufen zeigen. Aus Fig. 4a ist zu ersehen, daß der Wir kungsgrad bei allen Stufenzahlen N für die Kompression stark mit dem maximalen Druck im System abfallen. Das ist der Grund dafür, daß für die Kompression ein niedrigerer Druck als im Beispiel von Fig. 3 gewählt wurde. Ein Druck von 8 bar scheint hier ein guter Kompromiß zu sein, da die dimensionslose spezifische Lei stung, die aus Fig. 4b hervorgeht, in der Größenordnung von 10 bar schon akzep table Werte annimmt.Also, for example of FIG. 4 are graphs corresponding to Fig. 4a through FIG. 4d be attached, which show the thermal efficiency, the dimensionless specific power and the temperatures at the outlets as a function of the maximum pressure and the number of compression stages. From Fig. 4a it can be seen that the degree of efficiency at all stages N for the compression drop sharply with the maximum pressure in the system. This is the reason that a lower pressure than in the example of FIG. 3 was chosen for the compression. A pressure of 8 bar seems to be a good compromise here, since the dimensionless specific performance, which emerges from FIG. 4b, already accepts acceptable values in the order of 10 bar.

Aus Fig. 4c ist die Temperatur der ausgelassenen Luft zu erkennen. Man sieht, daß die Temperaturen wesentlich höher als in dem Beispiel von Fig. 3 liegen und mit dem Druck stark anwachsen. Der mit der hohen Temperatur verbundene große Verlust durch die Abwärme ist die Ursache für den niedrigeren erreichbaren Wirkungsgrad.The temperature of the discharged air can be seen from FIG. 4c. It can be seen that the temperatures are significantly higher than in the example of FIG. 3 and increase strongly with the pressure. The large loss of waste heat associated with the high temperature is the reason for the lower achievable efficiency.

Die Temperatur hinter dem Wärmetauscher 22 ist gleichfalls sehr hoch (Fig. 4d), was ebenfalls darauf hinweist, daß die Energie nicht effektiv in das System zurückgeführt werden kann.The temperature behind the heat exchanger 22 is also very high ( Fig. 4d), which also indicates that the energy cannot be effectively returned to the system.

Den gezeigten Diagrammen ist zu entnehmen, daß der Prozeß gemäß Fig. 4 we sentlich ungünstiger verläuft als der nach Fig. 3. Trotzdem ist der Wirkungsgrad im mer noch hoch, nämlich 62,01%. Der Vorteil dieses Systems ergibt sich daraus, daß für die Leistungsstufe ein geringerer Aufwand benötigt wird, indem nämlich nur eine einstufige Turbine 26, die im wesentlichen die mit 1300°C und 8 bar am Einlaß be aufschlagte Luft expandiert.The diagrams show that the process according to FIG. 4 is considerably less favorable than that according to FIG. 3. Nevertheless, the efficiency is still high, namely 62.01%. The advantage of this system results from the fact that less effort is required for the power stage, namely by only one single-stage turbine 26 , which essentially expands the air charged at 1300 ° C. and 8 bar at the inlet.

In Fig. 5 ist eine Wärmekraftmaschine gezeigt, die das erfindungsgemäße Verfahren verwendet, jedoch mit Brennstoff aus Braunkohlevergasung arbeitet. Eine derartige Wärmekraftmaschine ist hier nur schematisch dargestellt, um das grundlegende Prin zip zu demonstrieren. Verbesserungen bezüglich des Wirkungsgrades durch Abzwei gungen für Zusatzturbinen oder Brennstoffheizung können aber auch hier durchge führt werden. Die dargestellte Wärmekraftmaschine weist wieder einen ersten Rege nerator 11 und einen zweiten Regenerator 12 auf, die nach vorgegebenen Zeit abschnitten umgeschaltet werden.In FIG. 5, a heat engine is shown which uses the inventive method, but operates with fuel from brown coal gasification. Such a heat engine is shown here only schematically to demonstrate the basic principle. Improvements in efficiency through branches for additional turbines or fuel heating can also be implemented here. The heat engine shown again has a first regenerator 11 and a second regenerator 12 , which are switched sections after a predetermined time.

Auf der linken Seite der Fig. 5 wird Luft über einen Einlaß 5 in einen Kompressor 6 eingeleitet, mehrstufig komprimiert und entweicht als komprimierte Luft durch den Auslaß 7. Dieser führt die komprimierte Luft wieder in den zweiten Regenerator 12, der während eines vorherigen Zeitabschnittes auf etwa 1300°C aufgeheizt wurde, nun die komprimierte Luft durch Abgabe der aufgenommenen Wärmeenergie erwärmt und die Luft an seinem Auslaß wieder entläßt. Das gesamte System ist so ausgestal tet, daß die Temperatur der komprimierten Luft am Auslaß des zweiten Regenerators 12 etwa 1300°C entspricht. Die heiße komprimierte Luft wird, wie im ersten Bei spiel von Fig. 3 direkt in eine vierstufige Gasturbine 13 geführt, wo es zwischen den Stufen mit Brennern 14, 15, 16 und 17 jeweils wieder auf 1300°C gebracht wird, damit die mechanische Arbeit im wesentlichen innerhalb eines angenähert isotherm verlaufenden Expansionsprozesses geleistet wird. Das heiße Gas wird vom Ausgang der Gasturbine 13 in den ersten Regenerator 11 geleitet, wo es seine Wärme abgibt, so daß am Auslaß 19 kaltes Gas ausgelassen wird. Es zeigt sich hier schon ein wesentlicher Unterschied zwischen diesem Ausführungsbeispiel und den vorherge hend diskutierten Ausführungsbeispielen, da hier die Energie für die Wärme kraftmaschine über den Brenner 17 erzeugt und den ersten Regenerator 11 anstatt in dem zweiten Regenerator 12 zugeführt wird. Diese Alternative ist deswegen mit Hilfe des erfindungsgemäß verwendeten Wärmespeichermaterials möglich, da die Regeneratoren der eingangs beschriebenen Art die Wärme effektiv aufnehmen und einen Wärmetransport ohne Wärmeverlust ermöglichen.On the left-hand side of FIG. 5, air is introduced into a compressor 6 via an inlet 5 , compressed in several stages and escapes through the outlet 7 as compressed air. This leads the compressed air back into the second regenerator 12 , which was heated to about 1300 ° C. during a previous period, now heats the compressed air by releasing the absorbed heat energy and releases the air at its outlet. The entire system is designed so that the temperature of the compressed air at the outlet of the second regenerator 12 corresponds to approximately 1300 ° C. The hot compressed air, as in the first example of FIG. 3, is guided directly into a four-stage gas turbine 13 , where it is brought back to 1300 ° C. between the stages with burners 14 , 15 , 16 and 17 , so that the mechanical work essentially within an approximately isothermal expansion process. The hot gas is passed from the outlet of the gas turbine 13 into the first regenerator 11 , where it gives off its heat, so that cold gas is discharged at the outlet 19 . There is already a significant difference between this embodiment and the embodiments discussed above, since here the energy for the heat engine is generated via the burner 17 and the first regenerator 11 is supplied instead of in the second regenerator 12 . This alternative is therefore possible with the help of the heat storage material used according to the invention, since the regenerators of the type described in the introduction absorb the heat effectively and enable heat to be transported without heat loss.

Im Unterschied zu den vorherigen Beispielen ist am Auslaß des zweiten Regenerators 12 eine Abzweigung 28 vorgesehen, mit der die heiße komprimierte Luft einem Ver gasungssystem 29 zugeleitet wird. Das Vergasungssystem 29 im Ausfüh rungsbeispiel ist ein zirkulierender Wirbelschichtreaktor. In diesem wird aus Braun kohle und Dampf, die über Einlässe 30, 31 dem Vergasungssystem 29 zugeführt werden, mit Hilfe der über die Abzweigung 28 abgezweigten 1300°C heißen Luft im Auslaß 32 des Vergasungssystems 29 ungefähr 1000°C heißes Brenngas erzeugt. Dieses wird, bevor es der Wärmekraftmaschine für die Erzeugung von Wärmeenergie zur Umwandlung mechanischer Arbeit zugeführt wird, mit Hilfe eines Filters gerei nigt. Dazu dient ein Elektrofilter 33. Da 1000°C eine zu hohe Temperatur für mo mentan verfügbare Elektrofilter darstellt, ist auch ein Wärmetauscher 34 vorgesehen, in dem das heiße Gas bis auf 200°C zum Einlaß in den Elektrofilter 33 herunterge kühlt wird. Nach der Filterung nimmt es jedoch wieder Energie über den Wärmetau scher 34 auf. Danach wird das Gas einer Turbine 35 zugeführt, in der das Gas in mehreren Stufen expandiert wird, wobei es einen Teil der zu gewinnenden mechani schen Arbeit leistet. Das expandierte Gas wird schließlich den Brennern 14, 15, 16 und 17 zur Aufheizung der als Medium dienenden Luft zugeführt. Zwischen der vier stufigen Gasturbine 13 und dem letzten Brenner 17 ist eine Abzweigung 36 vor gesehen, mit der die Bilanz der Ströme spezifischer Wärme für die beiden Regenera toren 11 und 12 ausgeglichen werden kann, wobei das abgeführte heiße Abgas wie in den vorherigen Beispielen zur Verbesserung des Wirkungsgrades verwendet wer den kann oder einem Fernwärmenetz zugeführt wird.In contrast to the previous examples, a branch 28 is provided at the outlet of the second regenerator 12 , with which the hot compressed air is fed to a gas system 29 in the United States. The gasification system 29 in the exemplary embodiment is a circulating fluidized bed reactor. In this is generated from brown coal and steam, which are supplied via inlets 30 , 31 to the gasification system 29 , with the help of the branched off via the branch 28 1300 ° C hot air in the outlet 32 of the gasification system 29, approximately 1000 ° C hot fuel gas. Before it is fed to the heat engine for generating thermal energy for converting mechanical work, it is cleaned with the aid of a filter. An electrostatic filter 33 is used for this . Since 1000 ° C is too high a temperature for currently available electrostatic precipitators, a heat exchanger 34 is also provided, in which the hot gas is cooled down to 200 ° C for inlet into the electrostatic precipitator 33 . After filtering, however, it absorbs energy again via the heat exchanger 34 . The gas is then fed to a turbine 35 , in which the gas is expanded in several stages, doing part of the mechanical work to be obtained. The expanded gas is finally fed to the burners 14 , 15 , 16 and 17 for heating the air serving as the medium. Between the four-stage gas turbine 13 and the last burner 17 , a branch 36 is seen before, with which the balance of the flows of specific heat for the two regenerators 11 and 12 can be compensated, the hot exhaust gas being removed as in the previous examples for improvement the efficiency used who can or is supplied to a district heating network.

Zur Vergasung in einem System der dargestellten Art eignet sich besonders Braun kohle. Die Vergasung wird hier besonders günstig mit heißer Luft (1300°C) durch geführt. Der Vorteil von Braunkohle liegt vor allem darin, daß in dieser Sauerstoff ge bunden ist. Durch Freisetzen dieses Sauerstoffs wird das austretende Gas heiz wertreicher. Man könnte als Nachteil ansehen, daß das über den Regenerator 12 er hitzte Gas durch das Vergasungssystem 29 wieder abgekühlt wird, dies wird jedoch durch die Erhöhung des Heizwerts kompensiert.Lignite is particularly suitable for gasification in a system of the type shown. The gasification is carried out particularly cheaply with hot air (1300 ° C). The main advantage of lignite is that oxygen is bound in it. By releasing this oxygen, the escaping gas becomes more valuable. One could consider a disadvantage that the gas heated by the regenerator 12 is cooled again by the gasification system 29 , but this is compensated for by the increase in the calorific value.

Einer erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine über Braunkohlevergasung Energie zuzuführen ist vor allem deswegen wirkungsvoll, da die dargestellten Verfahren nur wenig Brennstoff verbrauchen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel müßte zur Erreichung des höchstmöglichen Wirkungsgrades das Gas sogar noch verdünnt wer den.A heat engine according to the invention on lignite gasification energy It is particularly effective to supply because the described methods only consume little fuel. In the illustrated embodiment, would have to Achieving the highest possible efficiency even dilutes the gas the.

In Fig. 6 ist ein Kühler 8 gezeigt, wie er zwischen den Kompressionsstufen des Kompressors zur Annäherung an eine isotherme Kompression benutzt werden kann. Vom Kompressor 6 geht ein Auslaß 37 am Ende einer Kompressionsstufe ab. Weiter ist im Kompressor ein Einlaß 38 für die nachfolgende Stufe vorgesehen. Zwischen Auslaß 37 und Einlaß 38 ist der Kühler 8 angeordnet, der die durch die Kompression erzeugte Temperaturerhöhung durch Kühlung wieder vermindert, ehe das Medium durch den Einlaß 38 wieder der nächsten Stufe im Kompressor 6 zugeführt wird. In Fig. 6 a cooler 8 is shown how it can be used between the compression stages of the compressor to approach isothermal compression. An outlet 37 leaves the compressor 6 at the end of a compression stage. Furthermore, an inlet 38 is provided in the compressor for the subsequent stage. Between the outlet 37 and the inlet 38 , the cooler 8 is arranged, which reduces the temperature increase generated by the compression by cooling again before the medium is fed through the inlet 38 again to the next stage in the compressor 6 .

Der Kühler 8 enthält eine Füllkörpersäule 39, durch die Kühlwasser im Gegenstrom zu dem Medium verläuft und dieses kühlt. Dabei erwärmt sich das Kühlwasser, das sich am Boden 40 des Kühlers 8 sammelt. Eine Umwälzpumpe 41 ist am Boden des Kühlers 8 angeordnet, die Kühlwasser in einem Kreislauf 42 pumpt. Der geringste Kühlwasserverbrauch ist dann gegeben, wenn die Ströme der spezifischen Wärme bei dem Kühlwasser und dem Medium gleich sind. Dann nimmt das Wasser nicht nur die gesamte Wärmemenge auf, sondern die Temperatur des Wassers wird auch so groß, daß sie gleich der Temperatur des Mediums im Einlaß 38 ist. Um diese Bedin gung zu erreichen, muß die Geschwindigkeit im Kreislauf der Transport geschwindigkeit der Wärme durch das Medium angepaßt werden. Sinnvollerweise wird dies durch die Einstellung der Pumpgeschwindigkeit der Umwälzpumpe 41 er reicht.The cooler 8 contains a packed column 39 through which cooling water runs in counterflow to the medium and cools it. The cooling water that collects at the bottom 40 of the cooler 8 heats up. A circulation pump 41 is arranged on the bottom of the cooler 8 and pumps the cooling water in a circuit 42 . The lowest cooling water consumption is given when the specific heat flows in the cooling water and the medium are the same. Then the water not only absorbs the entire amount of heat, but the temperature of the water also becomes so high that it is equal to the temperature of the medium in the inlet 38 . In order to achieve this condition, the speed in the circuit of the transport speed of the heat through the medium must be adjusted. This is expediently achieved by adjusting the pumping speed of the circulation pump 41 .

Die im Kühlwasser aufgenommene Wärme ist jedoch nicht direkt verwendbar und kann auch nicht direkt einem Kühlturm zugeführt werden, da der Druck des Kühl wassers von dem Druck des komprimierten Mediums im Auslaß 37 bzw. im Einlaß 38 bestimmt ist. Deswegen ist ein weiterer Wärmetauscher 43 vorgesehen, in dem das Kühlwasser im Gegenstrom gekühlt wird und die Wärmemenge in einem zusätz lichen Wasserkreislauf aufgenommen wird. Der zusätzliche Wasserkreislauf arbeitet unter Normaldruck, so daß nun die Wärme als Heizenergie ausgekoppelt ist bzw. im Kühlturm rückgekühlt werden kann.However, the heat absorbed in the cooling water cannot be used directly and cannot be fed directly to a cooling tower, since the pressure of the cooling water is determined by the pressure of the compressed medium in the outlet 37 or in the inlet 38 . Therefore, another heat exchanger 43 is provided in which the cooling water is cooled in countercurrent and the amount of heat is absorbed in an additional water cycle. The additional water circuit works under normal pressure, so that the heat is now extracted as heating energy or can be recooled in the cooling tower.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen, daß man mit einem erfindungsgemä ßen Verfahren und den dazugehörigen Vorrichtungen in effektiver Weise Energie ge winnen kann. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen es sogar, ein Braunkohlekraftwerk mit hohem Wirkungsgrad, zusätzlichen Möglichkeiten für Fernwärmenetze und wenig schädlichen Abgasen zu errichten.The illustrated embodiments show that one with a ß process and related devices in an effective manner can win. The advantages of the method according to the invention even make it possible a lignite power plant with high efficiency, additional options for District heating networks and less harmful exhaust gases.

Claims

1. A method for converting the inherent thermal energy energy of a medium into mechanical work by a heat engine via a cycle that is operated between a high and a low temperature level and in which the thermal energy released when the medium is cooled to increase the temperature of the medium is transmitted during heating, characterized in that the medium flows through a first and a second heat storage medium,
that the thermal energy released when the medium is cooled is stored in the first heat storage means,
that the energy increase of the medium during heating takes place at least partially by supplying energy from the second heat storage means,
that the flow paths of the medium are interchanged by the first and the second heat storage means, so that after a suitable time interval the first heat storage means acts as the second heat storage means and the second heat storage means as the first heat storage means, and
that the energy storage in the heat storage means takes place in such a way that after storage of energy in the first heat storage means a spatial temperature distribution occurs, the temperature gradient of which increases in the region of the highest temperature towards regions of lower temperature.

2. The method according to claim 1, characterized in that a pressure change of the medium when flowing through the heat storage means is provided, the one Backflow prevented.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Bulk heat storage medium with a grain size smaller than 15 mm.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the required thermal energy in the cycle by combustion of a Fuel is supplied in the first or second heat storage means.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the cycle process for the medium is approximately simulated the AK cycle and the following steps are carried out:

a) at least approximately isothermal compression of the medium at a low temperature level,
b) almost isobaric heating of the medium to the high temperature level with the supply of thermal energy from the second heat storage medium,
c) obtaining mechanical work by changing the pressure and temperature of the medium,
d) cooling the medium by passing it through the first heat storage means, which absorbs part of the thermal energy of the medium,

after a suitable time interval through the flow paths of the medium the heat storage means are changed so that the first heat storage means as the second heat storage means and the second heat storage means as the first Heat storage agent works.

6. The method according to claim 5, characterized in that by means of a number successive compression stages is compressed, with between the compression stages is cooled to a temperature close to the low one Temperature level.

7. The method according to claim 6, characterized in that the cooling of the media um between the compression stages in a packed column in counterflow Water takes place.

8. The method according to claim 7, characterized in that the streams of the specifi heat of the water and the medium are the same.

9. The method according to any one of claims 6 to 8, characterized in that the Number of compression levels is greater than two, preferably four.

10. The method according to any one of claims 5 to 9, characterized in that the Step to obtain mechanical work essentially isothermal and in several ren stages runs, with each stage ver pressure and temperature of the medium be reduced and the temperature of the medium between subsequent stages is at least approximately increased again to the high temperature level.

11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the specific heat flow into the first heat storage means is equal to that Specific heat flow from the second heat storage means is.

12. The method according to claim 11, characterized in that for generating the same currents specific heat in the first heat storage medium or from the a partial flow of the medium is branched off from the second heat storage means Part of the specific heat.

13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that a partial flow of the medium is branched off, the mechani shear work is used.

14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that a partial flow of the medium is branched off, with which fuel is heated.

15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that a partial flow is branched off with which gasifies coal in a gasification system becomes.

16. The method according to claim 15, characterized in that brown coal gasifies and the gas is used as fuel.

17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that the circulating medium is air.

18. The method according to any one of claims 1 to 17, characterized in that the mechanical work is obtained by means of a gas turbine.

19. The method according to any one of claims 1 to 18, characterized in that the high temperature level above a temperature of 1000 ° C and in particular is at 1300 ° C.

20. The method according to any one of claims 1 to 19, characterized in that the low temperature level below 150 ° C and especially below of 50 ° C.

21. Device for performing one of the methods according to claim 1 to 20, characterized by:

a heat engine, in particular a gas turbine ( 13 , 26 ),
a multi-stage compressor ( 6 ) with coolers ( 8 , 9 , 10 ) in which a medium, in particular air, is compressed approximately isothermally,
- A first ( 11 ) and a second regenerator ( 12 ) for heat exchange, wherein the medium is cooled to the low temperature level by delivering a partial energy to the heat storage medium of the first regenerator ( 11 ) and wherein the medium in the second regenerator ( 12 ) a high temperature level is brought, at least partially with the thermal energy stored in the heat storage means of the first re-generator ( 11 ), wherein energy can also be supplied with additional fuels, and
- Switching means for exchanging the flow path from the first regenerator ( 11 ) and the second regenerator ( 12 ), so that the first regenerator ( 11 ) acts as a second regenerator ( 12 ) and vice versa.

22. The apparatus according to claim 21, characterized in that at least one of the coolers ( 8 , 9 , 10 ) contains a packed column ( 39 ) in which the medium is cooled with cooling water in countercurrent.

23. The device according to claim 22, characterized in that a circuit ( 42 ) with a circulating pump ( 41 ) is provided for the cooling water.

24. The device according to claim 23, characterized in that the circulation pump ( 41 ) can be operated at a pumping speed in which the flows of the specific heat for the cooling water and the medium are the same size.

25. The apparatus of claim 23 or 24, characterized in that the circuit ( 42 ) contains a heat exchanger ( 43 ) through which thermal energy can be removed from the circuit.

26. Device according to one of claims 21 to 25, characterized in that the multi-stage compressor ( 6 ) has more than two stages and in particular four stages.

27. The device according to one of claims 21 to 26, characterized in that an additional turbine ( 21 ) is provided, which is mechanically coupled to the one or more stage gas turbine ( 13 ), and which is operated by a partial flow of the medium.

28. The apparatus according to claim 27, characterized in that a branch ( 20 ) for a partial flow of the medium between the second regenerator ( 12 ) and gas turbine ( 13 ) is provided.

29. The device according to claim 27 or 28, characterized in that a heat exchanger ( 22 ) is provided in which the partial flow heats fuel after leaving the auxiliary turbine ( 21 ).

30. The device according to claim 21 to 29, characterized in that a heat exchanger ( 22 ) is provided in which a branched partial flow of the medium preheats the fuel.

31. The device according to claim 30, characterized in that a branch ( 27 ) between the single or multi-stage gas turbine ( 13 , 26 ) and the first Rege generator ( 11 ) for the partial flow of the medium for heating the fuel is seen easily.

32. Device for performing one of the methods according to claim 1 to 20, characterized by:

a multi-stage compressor ( 6 ) and coolers ( 8 , 9 , 10 ) in which a medium, in particular air, is compressed approximately isothermally,
a heat engine, in particular a gas turbine ( 13 , 26 ),
- A first ( 11 ) and second regenerator ( 12 ) for heat exchange, wherein the medium in the first regenerator ( 11 ) is cooled to the low temperature level by releasing a partial energy of the medium to the heat storage medium of the first re generator, and wherein the medium in the second regenerator ( 12 ) is brought to a high temperature level on the basis of the thermal energy stored in the heat storage means of the first regenerator ( 11 ),
a branch ( 28 ) for the medium between the second regenerator ( 12 ) and the gas turbine ( 13 ), which branches off a partial flow of the medium at a high temperature level,
- A gasification system ( 29 ) for coal, in particular brown coal, into which the partial flow of the medium is introduced at a high temperature level,
- Burners ( 17 ) which heat the medium with the help of the gas resulting from the gasification,
- Switching means for exchanging the flow path from the first regenerator ( 11 ) and the second regenerator ( 12 ), so that the first regenerator ( 11 ) acts in terms of flow and heat transfer as a second regenerator ( 12 ) and vice versa,

wherein the heat storage means in the first and second rain gate ( 11 , 12 ) is suitable to maintain a spatial temperature distribution, the temperature gradient increases after storage of heat in the region of the highest temperature in the direction of lower temperatures.

33. Apparatus according to claim 32, characterized in that an additional turbine bine ( 35 ) is provided, in which the gas from the gasification system ( 29 ) is expanded, the additional turbine ( 35 ) making a contribution to the mechanical work performed.

34. Apparatus according to claim 33, characterized in that a burner ( 17 ) is provided, which burns the expanded gas from the auxiliary turbine ( 35 ) and thus heats the exhaust gas from the single or multi-stage gas turbine ( 13 ).

35. Device according to one of claims 32 to 34, characterized in that the gasification system ( 29 ) is a circulating fluidized bed reactor.

36. Device according to one of claims 32 to 35, characterized by a filter system ( 34 ) which cleans the gas emerging from the gasification system ( 29 ).

37. Apparatus according to claim 36, characterized in that the filter system contains an electrostatic filter ( 34 ).

38. Apparatus according to claim 36 or 37, characterized by a Wärmetau shear ( 34 ) in which the gas from the gasification system ( 29 ) is cooled for filtering and is returned after filtering in countercurrent through the heat exchanger to the temperature again increase.

39. Apparatus according to claim 32 to 38, characterized in that the Ver gasification temperature is 1000 ° C.

40. Device according to one of claims 32 to 39, characterized in that at least one of the coolers ( 8 , 9 , 10 ) contains a packed column ( 39 ) in which the medium to be cooled is cooled with cooling water in countercurrent.

41. Apparatus according to claim 40, characterized in that a circuit ( 42 ) with a circulating pump ( 41 ) is provided for the cooling water.

42. Apparatus according to claim 41, characterized in that the circulation pump ( 41 ) can be operated at a pumping speed in which the flows of the specific heat for the cooling water and the medium are equal to one another.

43. Apparatus according to claim 41 or 42, characterized in that the circuit contains a heat exchanger ( 43 ) via which the circuit ( 42 ) thermal energy can be removed.

44. Use of a regenerator ( 11 , 12 ) with a heat storage medium made of bulk material for heat exchange in a cycle in the conversion of thermal energy of a medium into mechanical energy, in which the increase in pressure loss during the heating phase is five times the value from ρ · G · H, where ρ is the gas density at a temperature of 20 ° C, g is the acceleration due to gravity and H is the height of the regenerator ( 11 , 12 ).

45. Use of a regenerator as in claim 44, characterized in that the grain size of the bulk material is less than 15 mm.