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.