DED0000746MA - Verfahren zur Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades von Wärmekraftmaschinen - Google Patents

Description

.»Verfahren zur ^Tftfffraqg des %hemiscfoßn Hrmnqßgrws oon, äämekj^ftm^oht^n-Z

Me Umsetzung oon uäme bzuu oon Brennstoff-

Heizwert in Arbeit ist naturgesetzlich nur zu einem gewissen Bracht eil möglich, für den der Begriff "thermischer Hrkungsgradⁿ geprägt wurde, Sein Bestmrt ist oon den Teaiperaturgrenzen abhängig, zwischen denen der Arbeitsprozess abläuft, üäobei die Tempera tür der ..■Jirae zufuhr ('^lObere Tamperaiurⁿ _s Tj) durch die Eigenschaften der oerfügb iron ,.ark- una diustoffe und die Temperatur der Jiruabfunr ("untere Temperatur", durch die ⁿUngebu -Igs l -j ■iper ι tür" gegeben sind. Der mögliche beste .imaags grad be trägt A « 1 -

und gilt nicht nur für den bekannten Cirnotprozess sondern auch für eine Reihe oon anderen Idealprozessen, sofern Wärmezufuhr und -abfuhr Isothemisch erfolgen sowie ein UMkehrbarer_g innerer Mrmeausiiusch durchgeführt wird, wie z*B, bei dem aus ζ sei Iso the men und zwei Isobaren besiehenden Ideal prozess der gasturbine. Auch für .tasserdampf lässt sich ein Idealorosess angeben ( s. z.B. Mauer "Die Technik", 3d. 3» 1943, Mr, 4, Abb. Ic), dessen wirkungsgrad ebenso hoch ist note der des Camo tprozesses.

Von den Idculprozessen se iahen die techiiscii oar ^lrkl ic'atea Prozesse h ins ich ti ich ihres geringeren .rirtungsgraas ab. ^ar kann z.Li. der u ^kenrbire_p innere .ärzeausiaasch Va Liegenerator einer Jisturbine oder die Joetsemsser -Liegenera t io- ' Aj rsärtung des ^asserdatapf-Prozesses beJrieaigend oertütrkl Icht werden; -weil-

Ferner ist die untere Isotherme nahezu ideal bei all den Arheiismedien durchführbar, bei denen die ff%gebungste®peratur in das Massda^ipfgebtet fällt und somit die kritische Temperatur höher als die Umgebungstemperatur ist» In diesen Fällen wird die untere Isotherme im Kondensator Oerwirklicht.' In den Fällen jedoch, in denen die kritische Temperatur des Mediums tiefer als die Umgebungstemperatur liegt, ist zur Erreichung auch nur einer grob angenäherten^ unteren Isoiheme die Verwendung eines wesentlich Energie beanspruchenden Kompressors notwendtg, wie das Beispiel des Betriebs mn Gasturbinen beweist.

Die obere Isotherm wird t-a wasserdampfprozess nit idealer Speisewasser-Regenera Uo- VorwUroiung solange Oermirkliciii_s wie eiit nicht überhitztem Sittdmpf gearbeitet wird, d.h. solange die Temperatur Tj kleiner als die kritische Temperatur des msseräanpfes ζ 574, ist. Sobald zur iusschöpfung der Eigenschaften der Derfügbaren Baustoffe die höchste, aus erkstoffgründen zulässige Temperatur (heute z.B. oon 550 -SO (Pc) anges trebt Wird_i ist eine-isotherm Särmezufuhr nicht mhr möglich* well die iärmezufuhr Ut Überhitzer unter Temperatursteigerung vor sich geht. Es wird oersucht, durch Vermrklichung des Prinzips der ZweistoffkraftmerKa in diesen fällen eine Jeroesserung zu erreichen. Auch kann man sicfyßusserst unoollko-wen der Isatheme durch eins einstufige ^wise'ien"iber%iUung nähern.

Die Srfindungsau;gibe besteht darin, Einrichtungen zu schaffen, die es emögl ichen- bon aussen zuzuführende iärm täglichst oollstäniig bei der höchsten, aus ierks ta ff gründen zulässigen Temperatur dem Arbeitsnitiel tsothermisch zuzuj "hren und hierbei die untere Isotherm zur Vermeidung eines Kompressors möglichst in einem KOfiensator zu oerwirklichen, ausserdem geht das Bestreben dahin, mn inneren, mkehrbire® liämeaustausch' zur Verbesserung des Urkungsgraäes -gebrauch zu machen. N

Zur Lösung oorstehender Aufgabe wird

erfindungsgemäss Dorgeschlagen_f ein Arbeitsniitel zu Oermsnden_g dessen kritische Temperatur höher llegty als die ^mUsigehungSie^peraiurⁿ ( Tgl$ - 2 ^0 aber tiefer als die technisch zulässige obere Tsaiperaiur ( T₁ heute 550 - 60-0° C), Ms Arbeitsmittel können z.L. . asserdaaipf, Kohlendioxyd, Scfmefeldioxyd nmr verwendet werden. Die wärmezufuhr kann ganz oder zum Teil Ui Oberhitzwigs gebiet des Medims, und zwar tunlichst isothem, durchgeführt werden, wobei mn sich der Isothemen durch Aufeinanu erfolge mn adiaba tischen bz&.. pol gtropischen Entspannungen um massige EeirJje und zuiischengesohalteten isobaren Erhitzungen auf die Höchsttempera tür nähern kann. Diese Erhitzungen brauchen nach der Erfindung nicht mittelbar durch Hetz flächen erreicht zu werden, sondern sind unmittelbar durch Seimischung äusserst heisser Qase erzielbar, welche eine möglichst gleiche chemische Zusamensetzung afie das Arbeitsmittel besitzen oder ate Kondensationsfähigkeit desselben nicht wesentlich beeinflussen. So können z.B. bei ..asserdawpf als Arbeits-Iiitiel solche Sase durch Verbrennung mn siisserstoff ntit Sauerstoff erzeugt werden, entsprechend bei Kohlendioxyd durch Verbrennung mn Kohlenstoff oder Kohlenoxyd mit sauerstoff und dergl .. Die einzelnen Verbrennungs- und MischDorgänge können, innerhalb oder auch ausserhalb des MasQhinenzyllnders_s bei Dmpfturhinen z.S, zwischen allen Liufrädern oder Liufradgruppen erfolgen. Der Snddruck der "isothermen" Expansion ist so zu wählen, dass die weitere Expansion auf Kondensi to rdruck, wel ehe ζ gegebenenfalls,, nachdem der Dampf in benannter $>'etse einen Begenerator oder Rekuperator zwecks übertragung eines Teils der Überhitzung simrm an den Frischdampf passiert hat) in üblicher seise ohne iärmezafuhr verläuft _rmd zu Sattdampf oder Empf Don nur geringer Feuchtigkeit führt, iährend der Expansion werden Teilmengen zwecks Durchführung

einer Speisemasser-BegeneraiiO-fQrmrmimg in bekannter Weise enimmen. Es IassiH sich Misch-Oder Oberfl ächenkondensätionm armenden.

Me durch die Erfindung erreichten Vorteile sind darin zu sehen, dass der thermische Wirkungsgrad #&gm aer starken Annäherung an den Mealprozess beträchtlich oerbessert wird. Mwr ein Teil der oim aussen zuzuführenden Wame_n der im Srenzfall zu Muli werden kann (Dgl. Matyew aaO., Abb. 1 c), ist im eigentlichen Dampfkessel mittelbar (durch Seizflächen) mä unter- BntsteMmg eines Abg.asoerlustes an das' Arbeitsmittel zu übertragen. Der Dampfkessel kann also in seinen Msmssen wesentlich kleiner ausgeführt werden. Ausserdem ist der Aufwand für einen ZmtschenQberhLizer mit seinen Zu- und Ableitungen und seinen Betriebs-Schwierigkeiten entfallen. Bei einer Begeneraiion der il&erhitzungswäme wird auch der kufmnü an mrsfes&em Baustoffen für den überhitzer und für die zur Maschine führende Heißd-mpfleitung wesentlich geringer . Ble eigentliche Wärmezufuhr Oallziehi sich mhrenä. der stuf&nweisen Beimischung mn artgleichen Verbrennungsgasen zum Arbeits" mittel, ahne dass Heizflächen notwendig sind bzw. Abgasoerlmte entstehen Können, Dabei kann die Expansion des Mediums völlig frei so geleitet werden, dass eine niedrigste ⁿSndfeuchtigkeit* in den letzten Turbtitertsttsfen entsteht, wodurch auch der thermodynamische ⁹Wirkungsgrad * verbessert wird. Auch das AscheprQblm_i Irtsbesondere das Problem der Flugasche/wird wesentl ich gemildert, Ber Aufwand für die Serstellung_i z,3. der Verbrennungsgase mn Sauerstoff und Wasserstoff und die Verwendung mn Massergas₁, oder eine Einrichtung für die KonDertierung des Kohlenoxyds zu Wasserstoff^ ist angesichts der durch das Verfahren nach der Erfindung erzielten wirtschaftlichen forteile vertretbar, umso mehr, als das Verfahren nach der Erfindung in Richtung der Bestrebungen liegt, eine direkte Kohlen-Oerfeuermg zu- Oemeiden und die Semtmtmg oon Kohlemoertstoffen zu ermöglichen*

Claims (1)

1· Verfahren zur SshSbu&s ds^thexsaischen «irteEgsgrades to 2»Jirstuf igen tfäsaekreftaa-SehlseB_t Isci denen die kritische feaperatur figs ,irbsitcaittsls höher uls die l^^i^st©®- perstur» aber niedriger ils öle Mebsts Arbeitstemperstuy Iiegt_t dadurch sekenaeseiehset, dass eine ans »hemd isotherme Zatvihr der I^rJSraie oder bei «ntorkritiscben Drücken eines Seile© derselben sum iirbeitsa&ttel durch Beisiseöaag von Missen Terbrennuagssaseii gleicher eh©adsd^«/Easr«iasBsetzaiig wie das ÄÄeitsiaitttgl^. oder von heissen Gaa·:·η ähnlicher, die Kondensation des Arbeitsmittels sieht wesentlich heelntr^ebtigfender Eus^sniense isung vcr den lijcpaasl onestufen der llrs-ftiasscfalne bewirkt

2· !erfahr« »»©h ÄsspsaÄ X₉ £a&ar«lt ge-IeeHHtselehBftt». äese •Iae sssllh«&d ieotherae Sufabr der W3rne Pder ei»® Heils deseelfce» an las:se.rdaspf als da* iirbeitsaittel Aarsl Ieiaigemiag worn ?erbrenBttagsgasan_f aas a er.

¥erbr#ssiiBg tob l&sserstoff .alt Saserstoff_f ψ&τ den -eieelaes IspansiöBsstaf» odea? Staf«- grttpjpen öer EraftsaseM,» wsmgommum «isS*

■ 3« fesfsksea nach den Anqpriiehes 1 vaa& 2, dadtirdh. gekesm^iehnet, dass die ¥srte»Bßiisg iÄ die ^isisohasg der Jfertesssifflgsgfise im fosbinensyllndter iras» den siazelaes !»ItrMesi odar Iititrmdsraipsa_r· auf dem Usfaag to^^*4®- «m*e*-4e±ee verteilt Tsrgeneeswn «dtrdU