DE940466C - Multi-fuel process for converting heat into mechanical energy - Google Patents

Multi-fuel process for converting heat into mechanical energy

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DE940466C
DE940466C DEB16597A DEB0016597A DE940466C DE 940466 C DE940466 C DE 940466C DE B16597 A DEB16597 A DE B16597A DE B0016597 A DEB0016597 A DE B0016597A DE 940466 C DE940466 C DE 940466C
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gas
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poor
expelled
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DEB16597A
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Herbert Dr-Ing Bachl
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K5/00Plants characterised by use of means for storing steam in an alkali to increase steam pressure, e.g. of Honigmann or Koenemann type

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

Mehrstoffverfahren zur Umwandlung von Wärme in mechanische Energie Es ist bekannt, als Arbeitsmittel zur Umwandlung von Wärme in mechanische Energie Stoffgemische zu verwenden, deren Komponenten sich unter Wärmetönung miteinander mischen bzw. voneinander trennen. Es ist auch bekannt, den Prozeß bei stetig steigenden bzw. fallenden Temperaturen durchzuführen und einen erheblichen Teil der Wärmetönung rückzugewinnen, wie an einem Beispiel in Fig. 2 dargestellt wurde: Eine reiche, kalte Lösung wird von i bis 2 erwärmt und scheidet bei weiterer Erwärmung bis 3 einen Teil ihrer leichter siedenden Komponente in Gasphase aus. Das Gas wird in einem (nicht gezeichneten) Teilprozeß überhitzt und in einer Kraftmaschine entspannt. Die arme Lösung wird auf die Temperatur q. abgekühlt und wieder entspannt und nimmt im Verlaufe ihrer weiteren Abkühlung auf i das ebenfalls abgekühlte und entspannte Gas wieder auf.Multi-fuel process for converting heat into mechanical energy It is known as a working medium for converting heat into mechanical energy To use mixtures of substances, the components of which are exothermic with each other mix or separate from each other. It is also known to keep the process steadily increasing or falling temperatures and a considerable part of the heat tint to regain, as was shown in an example in Fig. 2: A rich, cold solution is heated from i to 2 and separates with further heating up to 3 part of its lower-boiling component in the gas phase. The gas is in a (not shown) partial process overheated and relaxed in a prime mover. The poor solution is reduced to temperature q. cooled down and relaxed again and takes in the course of their further cooling to i the likewise cooled and relaxed Gas on again.

Wie durch Verschiebung der Abkühlungskurve dargestellt wurde, kann die Wärmemenge QR nutzbar rückgewonnen werden, während die Wärmemenge QV als Verlust dies Prozesses an Kühlwasser abzuführen ist. Die Größe des Wärmerückgewinns wird wesentlich durch die Knickpunkte der beiden Kurven bei 2 und q. bestimmt. Um beide Kurven flacher verlaufen zu lassen und dadurch die Verlustwärme des Kreisprozesses zu verringern, wird erfindungsgemäß folgende Schaltung gewählt, die in Fig..i in Schaltsymbolen und in Fig. 3 im t-Q-Diagramm dargestellt wurde.As shown by shifting the cooling curve, can the amount of heat QR can be recovered usable, while the amount of heat QV as a loss this process is to be discharged to cooling water. The size of the heat recovery will mainly due to the inflection points of the two curves at 2 and q. certainly. To both To make curves run flatter and thereby reduce the heat loss of To reduce the cycle process, the following circuit is selected according to the invention, the in Fig..i in circuit symbols and in Fig. 3 in the t-Q diagram.

Die Einzelstufen des Verfahrens sind mit I bis VIII bezeichnet. Es sei mit der Stufe VI, dem Austreiber, begonnen. Hierin wird durch äußere Wärmezufuhr Q$ die Gasphase des Gemisches von der flüssigen Phase getrennt. Die Gasphase gelangt zunächst über die Leitung a zum Überhitzer VII und wird hierin durch , äußere Wärmezufuhr Q$ (Austreiber und überhitzer bilden im Hinblick auf die äußere Wärmezufuhr eine einzige Stufe) auf die Anfangstemperatur des Entspannungsprozesses gebracht. Über die Leitung b strömt das überhitzte Gas der Turbine c zu und wird in dieser unter Arbeitsleistung entspannt. Das Abgas gelangt über die Leitung d in den Absorber VIII, der durch Wärmeentzug Qy gekühlt wird.The individual stages of the process are labeled I to VIII. It let us begin with stage VI, the expeller. This is done by external heat input Q $ the gas phase of the mixture is separated from the liquid phase. The gas phase arrives first via line a to superheater VII and is here by, external heat supply Q $ (Expeller and superheater form one with regard to the external heat supply only stage) brought to the starting temperature of the relaxation process. Above the line b flows the superheated gas to the turbine c and is in this under Relaxed work performance. The exhaust gas reaches the absorber via line d VIII, which is cooled by heat extraction Qy.

Die arme flüssige Phase des Gemisches verläßt den Austreiber VI über die Leitung e, durchströmt zunächst den Wärmeaustauscher V und wird dann in der Maschine f unter Energieabgabe entspannt. Der Wärmeaustausch im Teil V verläuft zwischen der heißen, armen Lösung, die über die Leitung g zugeführt wird. Durch den Wärmeaustausch im Teil V wird aus der angereicherten Lösung ein Teil der Gasphase ausgetrieben (Leitung h). Lösung und Gas können, wie dargestellt, gemeinsam dem Austreiber VI zugeführt werden. Es kann jedoch auch das ausgetriebene Gas am-Austreiber VI vorbei unmittelbar in die Leitung a geführt werden.The poor liquid phase of the mixture leaves the expeller VI the line e, first flows through the heat exchanger V and is then in the Machine f relaxed while releasing energy. The heat exchange in part V takes place between the hot, poor solution which is supplied via line g. By the heat exchange in part V turns the enriched solution into part of the gas phase driven out (line h). Solution and gas can, as shown, together with the Expeller VI are supplied. However, it can also be the expelled gas on the expeller VI passed directly into line a.

Der hinter dem Wärmetauscher V geschaltete Wärmeaustauscher IV wirkt in diesem Fall nur als Vorwärmer für die angereicherte Lösung, die durch die Pumpe i über die Leitung k gefördert wird. Wärmeau.stauscher V kann je nach dem thermo-.dynamischen Verhalten des Stoffpaares auch entfallen. Die Stufe IV und folgende sind dagegen auf der Seite der armen, Lösung gleichzeitig Absorber insofern, als in ihnen Gas absorbiert wird. Dieses Gas kann z. B. in Stufe III aus der sich dort erwärmenden reichen Lösung ausgetrieben und über die Leitung m zugeführt oder - ährnlich wie beim Regenerativverfahren des Dampfkraftprozesses -aus einer Stufe der Kraftmaschine entnommen werden. Zwei solcher Entnahmestufen sind durch die Leitungen t und u angedeutet, die zu den Wärmeaustauschern IV und III führen. Die auf diese Weise teilweise angereicherte Lösung gelängt über die Entspannungsmaschine n und die Leitung o zur Stufe III. Es wiederholt sich dann in den folgenden Stufen das Arbeitsspiel, daß auf der einen Seite der Wärmeaustauscher arme Lösung unter stetiger -Anreicherung durch ausgetriebenes Gas Wärme abgibt und auf der anderen Seite reiche Lösung Wärme aufnimmt, wobei zwischen einzelnen Wärmeaustausohern eine Druckerhöhung- der sich erwärmenden heißen Lösung und eine Druckabsenkung der sich abkühlenden armen Lösung erfolgt. Vom Regenerativverfahren der Dampftechnik unterscheidet sich das Verfahren insofern, als die Teilgas(dampf)mengen nicht in Misch- oder Oberflächenvorwärmern ihre Wärme -an das flüssige Arbeitsmittel des Prozesses direkt abgeben, sondern die Wärmeaustauscher sind gleichzeitig Misch- und Oberflächenvorwärmer, in denen das Gas von dem sich abkühlenden und anreichernden ärmeren Gemisch aufgenommen und erst die hierbei frei werdende Wärme über eine Heizfläche an das sich erwärmende, reichere -Gemisch in einer anderen Druckstufe übertragen wird.The heat exchanger IV connected downstream of the heat exchanger V in this case only acts as a preheater for the enriched solution which is conveyed by the pump i via the line k. Heat exchanger V can also be omitted, depending on the thermodynamic behavior of the pair of substances. Stage IV and the following, on the other hand, are on the side of the poor solution at the same time as absorbers insofar as gas is absorbed in them. This gas can e.g. B. expelled in stage III from the rich solution heating up there and fed via line m or - similar to the regenerative method of the steam power process - taken from a stage of the engine. Two such extraction stages are indicated by the lines t and u , which lead to the heat exchangers IV and III. The solution, which has been partially enriched in this way, passes through the expansion machine n and the line o to stage III. The work cycle is then repeated in the following stages: on the one hand the heat exchanger gives off poor solution with constant enrichment through expelled gas and on the other hand the rich solution absorbs heat, with a pressure increase of the heating ones being called between individual heat exchangers Solution and a pressure reduction of the cooling poor solution takes place. The regenerative process of steam technology, the process is different, not as part of the gas (vapor) quantities in mixing or Oberflächenvorwärmern their heat - dispose to the liquid working fluid of the process directly, but the heat exchangers are simultaneously mixing and Oberflächenvorwärmer in which the gas from the cooling and enriching poorer mixture is absorbed and only the released heat is transferred via a heating surface to the warming, richer mixture in a different pressure level.

Im Absorber der tiefsten Druckstufe VIII trifft dann die abgekühlte, angereicherte Lösung mit dem in der Maschine bis auf diese Druckstufe entspannten Restgas zusammen und vereinigt sich mit diesem zur reichen Lösung, die - wie beschrieben - den Kreislauf in Richtung auf den Austreiber VI wieder beginnt. Sofern neben dem Gemisch ein inertes Gas im Kreislauf vorhanden ist, das sich nicht absorbieren läßt, wird dieses aus dem Absorber VIII über die Leitung q abgesaugt und kann z. B. über einen Verdichter r und die Leitung s dem Überhitzer wieder zugeführt werden.In the absorber of the lowest pressure level VIII, the cooled, enriched solution with the one relaxed in the machine up to this pressure level Residual gas together and combines with this to form a rich solution, which - as described - the cycle in the direction of the expeller VI begins again. Unless next to the Mixture there is an inert gas in the circuit that cannot be absorbed, this is sucked out of the absorber VIII via line q and can, for. B. over a compressor r and the line s are fed back to the superheater.

In Fig. 3 wurde im Q-t-Diagramm der Verlauf des beschriebenen Verfahrens daagestellt. Die Arbeitsbereiche der einzelnen Wärmetauscher wurden hier durch senkrechte Striche getrennt. Ein Vergleich mit Fig. a zeigt, daß durch die beschriebene, stufenweise Aufteilung von Wärmeaustausch, Druckänderung und Absorption bzw. Austreibung von Teilgasmengen die rückgewinnbare Wärmemenge QR erhöht und die Verlustwärme QV vermindert, d. h. der Wirkungsgrad des Wärmekraftprozesses gesteigert wird.In FIG. 3, the course of the method described was shown in the Q-t diagram put there. The working areas of the individual heat exchangers were created here by vertical Separated dashes. A comparison with Fig. A shows that through the described, stepwise Division of heat exchange, pressure change and absorption or expulsion of Partial gas quantities increase the recoverable heat quantity QR and reduce the heat loss QV, d. H. the efficiency of the thermal power process is increased.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: i. Mehrstoffverfahren zur Umwandlung von Wärme in mechanische Energie mit Komponenten des Arbeitsmittels, deren Mischung und Trennung unter Wärmetönung verläuft, dadurch gekennzeiohnet, daß die Verdichtung dies reichen und die Entspannung des armen Gemisches in mehreren hintereinander geschalteten Stufen erfolgt, daß das in den Wärmeaustauschern der höheren Druckstufen ausgetriebene Gas überhitzt, in einer Kraftmaschine entspannt und der armen Lösung in tieferen Druckstufen wieder beigemischt wird und daß in Wärmeaustauschern der tieferen Druckstufen, die auf der einen Seite von dem zu erwärmenden reichen, auf der anderen Seite von dem abzukühlenden armen Gemisch durchströmt werden, Teilgasmengen von dem sich abkühlenden armen Gemisch aufgenommen werden und die hierbei frei werdende Wärme auf das sich erwärmende reiche Gemisch übertragen wird. $. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das vom armen Gemisch aufgenommene Gas in einem der nächstfolgenden Wärmeaustauscher in der gleichen Druckstufe aus dem sich dort abkühlenden reichen Gemisch durch Wärmezufuhr ausgetrieben wird. 3. Verfahren nach Anspruch y und a, dadurch gekennzeichnet, daB zusätzlich zu dem vom armen Gemisch aufzunehmenden, aus der reichen Lösung ausgetriebenen Gas Entnahmegas aus der Kraftmaschine zugeführt wird. q.. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daB das vom armen Gemisch aufgenommene Gas teils in einem anderen Wärmeaustauscher ausgetrieben, teils aus der Kraftmaschine entnommen wird. PATENT CLAIMS: i. Multi-substance process for converting heat into mechanical energy with components of the working medium, the mixing and separation of which takes place under heat tint, characterized in that the compression is sufficient and the relaxation of the poor mixture takes place in several successive stages, that in the heat exchangers of the higher pressure stages expelled gas is overheated, expanded in an engine and added to the poor solution in lower pressure levels again and that partial gas quantities are flowed through in heat exchangers of the lower pressure levels, which range on the one hand from the mixture to be heated and on the other hand the poor mixture to be cooled be absorbed by the cooling poor mixture and the heat released in the process is transferred to the warming rich mixture. $. Process according to claim i, characterized in that the gas absorbed by the poor mixture is expelled in one of the next following heat exchangers in the same pressure stage from the rich mixture which is cooling there by supplying heat. 3. The method according to claim y and a, characterized in that in addition to the gas to be absorbed by the poor mixture and expelled from the rich solution, extraction gas is supplied from the engine. q .. The method according to claim r, characterized in that the gas absorbed by the poor mixture is partly expelled in another heat exchanger and partly taken from the engine.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE964414C (en) * 1954-04-06 1957-05-23 Sulzer Ag Steam power plant with intermediate steam extraction for feed water preheating
DE1174581B (en) * 1962-07-02 1964-07-23 Herbert Bachl Dr Ing Operating method for thermal power plants with a two-component process composed of gas turbine and absorption processes
FR2400676A1 (en) * 1977-08-17 1979-03-16 Alefeld Georg THERMODYNAMIC PROCESS FOR USING THERMAL ENERGY AT HIGH TEMPERATURE, ESPECIALLY TO RAISE THE EFFICIENCY OF A THERMAL PLANT, AND THERMAL PLANT FOR THE IMPLEMENTATION OF SUCH A PROCESS
DE3101858A1 (en) * 1980-04-08 1982-01-14 VEB Schwermaschinenbau "Karl Liebknecht" Magdeburg-Kombinat für Dieselmotoren und Industrieanlagen, DDR 3011 Magdeburg Method of utilising waste heat for the generation of mechanical energy, optionally with simultaneous refrigeration
EP0280453A1 (en) * 1987-02-17 1988-08-31 Alexander I. Kalina Direct fired power cycle

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