DE852015C

DE852015C - Verfahren zur Energieerzeugung aus Gasen und Gasdampfgemischen niederen Druckes, z. B. Abgasen von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE852015C
Application number: DEH5266D
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl-Ing Hingst
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1944-05-12
Filing date: 1944-05-12
Publication date: 1952-10-09

Description

Verfahren zur Energieerzeugung aus Gasen und Gasdampfgemischen niederen Druckes, z. B. Abgasen von Brennkraftmaschinen Es sind Verfahren zur Energieerzeugung aus heißen Abgasen bekannt, bei denen der Wärmeinhalt der Abgase zur Dampferzeugung benutzt und der Dampf in Kraftmaschinen oder zu Heizzwecken ausgenutzt wird. Es ist ferner bekannt, mit heißen Abgasen verdichtete Luft aufzuheizen, die in einer Kraftmaschine Arbeit leistet und den Verdichter antreibt.
Diese bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß zur 1`'ärmeübertragung auf einen anderen Stoff Wärmeaustauschftächen erforderlich sind und die für den Wärmeaustausch erforderliche Temperaturdifferenz für die Energieausnutzung verlorengeht. Bei Verfahren mit Dampf als Energieträger liegt außerdem der durch den Aufwand für die Verdampfungswärme des Wassers bedingte Nachteil des geringeren Wirkungsgrades vor.
Die Nachteile der bekannten Verfahren werden nach der Erfindung dadurch vermieden, daß die heißen Gase oder Gasdampfgemische niedrigen Druckes (Abgase) in einer Turbine oder einer andern Arbeitsmaschine auf tieferen Druck expandieren, danach bei diesem Druck gekühlt und anschließend auf den Anfangsdruck der Expansion oder atmosphärischen Druck verdichtet werden.
Das Verfahren wird an Hand der Abb. i bis 5 beschrieben.
Nach Abb. i treten die heißen Abgase durch die Leitung i in die Turbine 2 ein, in der sie unter Arbeitsleistung expandieren. Von der Turbine 2 aus strömt das Gas oder Gasdampfgemisch durch die Leitung 3 in den Kühler 5, in dem die Gase gekühlt werden. Die Kühlung erfolgt nach der Abb. i mittelbar durch Wasser, das durch die Leitung 6 in den Kühler eintritt und sich selbst durch Wärmeaufnahme aus dem Gas erwärmt. Das erwärmte Wasser oder Dampfwassergemisch verläßt den Kühler 5 durch die Leitung 8 zu anderweitiger Verwendung. Die Kühlung kann auch direkt durch Einspritzen -von Wasser entgegen dem Gasstrome erfolgen.
Die gekühlten Gase strömen vom Kühler 5 durch die Leitung 9 dem Verdichter io zu, in dem sie auf den Anfangsdruck vor der Turbine oder den atmosphärischen Druck verdichtet werden. Die Nutzleistung der Turbine, die sich nach Abzug der Verdichterleistung ergibt, wird in dem Generator 12 nutzbar gemacht. Ein besonderer wirtschaftlicher Vorteil dieses Verfahrens ist dann gegeben, wenn die zur Verfügung stehenden Abgase an sich einen so geringen Überdruck haben, daß eine Ausnutzung des Druckgefälles nicht lohnt.
Bei der in Abb.2 dargestellten Abwandlung des Verfahrens expandieren die heißen Abgase in der Turbine 2, die nur den Verdichter io antreibt, während die die Nutzleistung erzeugende Turbine 14 Luft durch dieLeitung15 derAtmosphäre entnimmt, die durch die Abgase der Turbine 2 in dem Wärmeaustauscher 16 erwärmt wird, wobei die Abgase selbst vorgekühlt werden. Nach Arbeitsleistung in der Turbine 14 strömt die Arbeitsluft mit den Abgasen der Turbine 2 zusammen in den Endkühler 18, der in diesem Falle als Einspritzkühler dargestellt ist. Die gekühlten Gase werden durch die Leitung9 vom Verdichter io angesaugt, der sie auf atmosphärischen Druck verdichtet.
Eine weitere Abart des Verfahrens zeigt Abb. 3, bei der außer einer Nutzleistung auch noch eine Kälteleistung erzielt wird. Die heißen Abgase aus der Leitung i expandieren in der Turbine 2, die den Verdichter io antreibt. Die Abgase der Turbine werden unter Ausnutzung der Wärme in dem Kühler 5 gekühlt. Die die Nutzleistung erzeugende Turbine 14 entnimmt durch die Leitung 15 Luft der Atmosphäre, die unter Arbeitsleistung auf tiefere Temperaturen expandiert. Die kalte Abluft dieser Turbine durchströmt den Wärineaustauscher 2o, in dem die Kälteleistung nutzbar gemacht wird. Nach Abgabe ihres Kälteinhaltes wird die Luft durch die Leitung 21 zusammen mit den Abgasen der Turbine 2 vom Verdichter io angesaugt und verdichtet.
Eine besonders vorteilhafte Durchführung des Verfahrens ergibt sich durch die Anwendung eines Zellenrades bekannter Bauart. Hierfür sind Ausführungsbeispiele in Abb.4 und 5 veranschaulicht.
Am Umfang des in der Abwicklung dargestellten Zellenrades 22 ist eine Anzahl Kammern oder Zellen gleichen Rauminhaltes angebracht. Die heißen Abgase werden durch die Leitung i der Zelle a zugeführt. Bei Weiterbewegung der Zelle in die Stellungen b-f strömt ein Teil des Zelleninhaltes durch die Leitungen 23-27 in die Zellen h-m über, in denen jeweils ein etwas geringerer Druck herrscht. In einer Zelle findet also während der Bewegung aus .der Stellung b-f eine Expansion und während der Bewegung aus der Stellung h in die Stellung m eine Kompression des Zelleninhaltes statt. In der Stellung g wird die Zelle in den Kühlerkreislauf eingeschaltet, der aus der Leitung 28, dem Wärmeaustauscher 29, dem Kühler 5, dem Gebläse 30 und der Rückleitung 31 besteht. Durch das Gebläse 30 wird das Gas in Pfeilrichtung umgewälzt, d. h. das in der Kammer g befindliche heiße Gas wird abgesaugt und von gekühltem Gas aus der Leitungar verdrängt. Im Verlauf der weiteren Drehung des Zellenrades 22 kommt die mit kaltem Gas aus der Leitung 31 gefüllte Kammer g in die Stellung a zurück, in der das kalte Gas wiederum durch heißes Gas von niederem Druck verdrängt wird. Die die Nutzleistung erzeugende Turbine 14 erhält, etwa wie in Abb. 2, durch die Leitung 15 ein Gas niederen Druckes, z. B. atmophärische Luft, die durch die von der Kammer g des Zellenrades zum Kühler 5 strömenden Gase im Wärmeaustauscher 29 erwärmt wird. Die Abgase der Turbine strömen durch die Leitung 3 zum Kühler 5.
Bei dem in Abb.5 veranschaulichten Verfahren wird das zur Energieerzeugung dienende Gas nicht ständig neu zugeführt, sondern in einem geschlossenen Kreislauf umgewälzt. Dieser Kreislauf geht vom Zellenrad 22 durch die Leitung 32 über den Wärmeaustauscher 29 und eine Brennkammer 33, in der das im Kreislaut befindliche Gas aufgeheizt wird, durch die Leitung 34 zurück zum Zellenrad. Von der Leitung 34 des geschlossenen Kreislaufes wird in der Brennkammer aufgeheiztes Gas durch eine Leitung 36 der Turbine 14 zugeführt, deren Abgasleitung 35 in die vom Zellenrad zum Kühler gehende Leitung 28 einmündet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Energieerzeugung aus Gasen und Gasdampfgemischen niederen Druckes, z. B. Abgasen von Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase oder Gasdampfgemische in einer Turbine oder einer anderen Arbeitsmaschine auf tieferen Druck expandieren, danach bei diesem Druck gekühlt und anschließend auf den Anfangsdruck der Expansion oder atmosphärischen Druck verdichtet werden.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Abkühlung der Gase abgeführte Wärmemenge durch Erwärmung des Kühlmittels oder zur Dampferzeugung nutzbar gemacht wird.
3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Verdichtung des gekühlten Gases durch die heißen Abgase erfolgt und die Nutzleistung durch Expansion von Gas normaler Temperatur bei gleichzeitiger Erzeugung einer Kälteleistung oder durch Expansion von Gas erzeugt wird, das durch die Abgase nach der Erzeugung der Verdichtungsleistung erhitzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verdichtung ein Zellenrad verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Energieerzeugung dienende Gas in einem geschlossenen Kreislauf umgewälzt und vor der Verdichtung aufgeheizt wird.