Verfahren zum Erzeugen von Arbeit aus Wärme und Wärme-Kraft-Anlage zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung bezieht sieh auf ein Ver fahren zum Erzeugen von Arbeit aus Wärme, mit nindesteps einem Arbeitsmittel, wobei dem Arbeitsmittel in verdichteten Zuständen Wärme mit Hilfe von Heizmittel zugeführt und in entspannten Zuständen Wärme mit Hilfe von Kühlmittel entzogen wird.
Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Prozesse vorgesehen sind und mindestens ein mal einem höher temperierten vorgeschal teten Prozess ein niedriger temperierter Pro zess derart nachgeschaltet ist, dass das Ar beitsmittel des vorgeschalteten Prozesses als Heizmittel verwendet wird, aus welchem den nachgeschalteten Prozess mindestens ein Teil der ihm zuzuführenden Wärme zuströmt, und dass mindestens für den nachgeschalteten Pro zess ein in einem Kreislauf geführtes Arbeits mittel verwendet wird, dessen kritische Tem peratur mindestens 260 Kelvin und höchstens 620 Kelvin beträgt, und dieses Arbeitsmittel derart gewählt und das Verfahren derart ge leitet wird, dass ein Teil der Periode - wäh rend welcher den Arbeitsmittel die aus seinem Kreislauf endgültig abzuführende Wärme menge entzogen wird,
es verdichtet wird und ihm die ihm zuzuführende Wärmemenge zu strömt - mindestens bei normaler Nutzlei stung in ein den kritischen Punkt des Ar beitsmittels enthaltendes Zustandsgebiet fällt, in welchem die Kelvintemperaturen minde stens dem 0,95fachen und höchstens dem 1,1- fachen der kritischen Temperatur gleichen und niedriger sind als die Höchsttemperatur des Kreislaufes und in welchem die absoluten Drücke mindestens dem der 0,95fachen kriti schen Temperatur entsprechenden Verdamp- fungsdruck und höchstens dem 10fachen des kritischen Druckes gleich sind.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Wärme-Kraft-Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, mit minde stens einem Erhitzer, der verdichtetem Ar beitsmittel Wärme zuführt, mindestens einer Entspannungseinrichtung, welche verdichtetes und erhitztes Arbeitsmittel kraftleistend ent spannt, mindestens einem Wärmeaustauseher, welcher entspanntem Arbeitsmittel Wärme entzieht und dieselbe verdichtetem Arbeits mittel zuführt, ferner mindestens einer Kühl einrichtung, welche entspanntem Arbeitsmittel endgültig abzuführende Wärme entzieht, und mindestens einem Verdichter.
Diese Wärme Kraft-Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer Wärmeaustauseher vorgesehen ist, welcher als Kühleinrichtung des höher temperierten vorgeschalteten Pro zesses und zugleich als Erhitzer des niedriger temperierten nachgeschalteten Prozesses dient.
Die zum Erzeugen von Arbeit. bestimmte Wärme kann einer beliebigen Quelle entstam men. Sie kann z. B. bei den höchsten existie renden Temperaturen entspringen und dann, bevor oder während sie dem Arbeitsmittel zu geführt wird, auf eine Temperatur herab- gesetzt werden, welche mit Rücksicht auf die für eine Gewinnung von Arbeit in Betracht kommenden Werkstoffe zulässig ist. Sie kann auch schon eine zulässige Anfangstemperatur besitzen. Meistens aber wird ein oberer Teil des bis herab auf die Temperatur der Um gebung an sieh dargebotenen Temperaturgefäl les ungenutzt bleiben müssen, bereits, wenn die Arbeit mit Hilfe eines intermittierenden Prozesses (z. B. Kolbenmotor) gewonnen wird, noch mehr aber, wenn der Prozess stationär verläuft (z. B.
Dampf- oder Gasturbine). Die Rücksicht auf die Werkstoffe begrenzt dann die obere Temperatur auf z. B. etwa 900 Kel vin, von welcher ab ein Temperaturgefälle zur Verfügung steht, das bis auf die Tem peratur der Umgebung, z. B. etwa 290 Kel vin, herabreicht.
Möglichst vollständige Ausnutzung dieses Temperaturgefälles ergibt die grösste mögliche Ausbeute also das Optimum des Wirkungs grades. Anzustreben ist daher, sowohl die Wärmezufuhr zum, wie die Wärmeabfuhr vom Arbeitsmittel isothermisch verlaufen zu lassen.
Isothermen, die zugleich Isobaren sind, finden sieh im Nassdampfgebiet von Stoffen. Zur Verwendung als Arbeitsmittel ist jedoch kein Stoff bekannt, dessen Nassdampf- gebiet eine praktisch geeignete Durchführung eines Prozesses gestattet, welcher zwischen einer obern 900 Kelvin und einer untern 290' Kelvin entsprechenden Isobaren-Isotherme arbeitet. Stoffe, deren kritische Temperatur hoch, insbesondere höher als 900 Kelvin liegt, pflegen einen zu hoch liegenden Siedepunkt zu besitzen, und ihre Kondensation bei 290 Kelvin würde dann ein dem absoluten allzu nahe liegendes Vakuum erfordern, so dass Niederdruckteil und Kondensator der Anlage ganz unzulässig grosse Abmessungen besitzen müssten.
Stoffe dagegen, die bei 290 Kelvin praktisch kondensierbar sind (wenn auch zum Teil, wie z. B. Wasser, unter einem noch immer sehr grossen Aufwand für Niederdruek- teil und Kondensator), pflegen eine zu nied rige kritische Temperatur zu besitzen, so dass z. B. bei Wasser (kritische Temperatur etwa 647 Kelvin) etwa die Hälfte des zwischen 900 und 290 Kelvin zur Verfügung stehen den Temperaturgefälles ungenutzt bleiben müsste.
Um diese Verluste zu verringern, hat man bei der Wasserdampfmasehine von der isothermischen Wärmezufuhr abweichen müs sen und hat Überhitzung angewendet, um so den bisher ungenutzten, oberhalb der Ver dampfungstemperatur liegenden Teil des Tem peraturgefälles, wenn auch nur teilweise und nur für einen Teil der zugeführten Wärme menge, auszunutzen. Vorgeschlagene Mehr- stoff-Dampfmasehinen, z. B. Quecksilber dampf/Wasserdampf, würden an sieh gestat ten, das gesamte Temperaturgefälle auszunut zen, haben sich aber bisher in der Praxis nicht durchsetzen können.
Beim Dampfprozess lässt sieh somit die Wärme zwar isothermisch abführen (aller dings unter sehr grossem Aufwand für den Niederdruckteil und den Kondensator), hin sichtlich der Wärmezufuhr dagegen hat man von vornherein auf thermodynamisch günstig ste Prozessführung zu verzichten.
Auch beim Gasprozess (z. B. Gasturbine) war man genötigt, von der theoretisch gün stigsten Prozessführung abzuweichen. Eine Abweichung wurde nötig, weil eine Isotherme beim Gas nieh realisierbar ist, indem sie hier Wärmezufuhr bei gleiebzeitiger Entspannung bzw.
Wärmeabfuhr bei gleichzeitiger Ver- diehtung erfordern würde. Praktisch führt dies dazu, dass nicht mehr als nur eine An näherung an die Isotlierme möglich ist, wozu man an der obern Isotherme eine Turbine mit möglichst vielen Zwisehenerhit.zungsstufen, an der untern Isotherme einen Verdichter mit möglichst vielen Zwisehenkühlstufen vorzu sehen hätte.
Vielstufige Maschinen dieser Art sind teuer und umfangreich, vor allem aber kompliziert und verursachen ihrerseits wieder zusätzliche Verluste. Von einer gewissen Stu fenzahl an aufwärts werden diese letzteren so gross, dass sie die theoretisch zu erwartende Verbesserung wieder zunichte machen oder diese sogar überwiegen.
Dies beschränkt die zulässige Stufenzahl und vergrössert die Ab weichung von der geforderten Isotherme. Ge- genüber dem Dampfprozess wird jedoch der Vorteil gewonnen, dass nunmehr die gesamte der Quelle entstammende Wärme bei hohen Temperaturen zugeführt wird, während beim Dampfprozess ein meist grösserer Teil dieser Wärme auf der wesentlich tiefer temperierten Verdampfungsisotherme, also unter weit grö sseren Verlusten an Temperaturgefälle, zuge führt werden muss. Demgegenüber entsteht der Nachteil, dass auch die Wärmeabfuhr nicht isotlermisch erfolgt. Beim Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel entstehen also nunmehr ähnliche Verluste an Temperaturgefälle wie beim Wärmeaustausch mit dem Heizmittel.
Zudem ist hier die zur ungefähr adiabatischen Verdichtung des gasförmigen Arbeitsmittel nötige Verdiclterleistung schon rein theo retisch recht gross im Vergleich zur gewinn baren Nutzleistung. Daher bceinträeltigen, wenn auch ein solcher adiabatischer Verdich ter im Vergleich zu seiner Leistung kleinere Verluste aufweisen kann als ein Verdichter mit vielen Zwischenkühlungen, diese Verluste doch sehr stark die Nutzleistung, indem letz tere ja nur als Differenz zwischen der Tur binen- und der Verdichterleistung gewonnen wird. Bei der Dampfmaschine ist demgegen über die Verdichtung in das flüssige Zustands gebiet verlegt, wodurch die Verdichterleistung auf einen verschwindend kleinen Wert herab gesetzt werden kann.
Mit dem Ziel, die Nachteile zu beseitigen bzw. zu vermindern, welche somit in der einen Weise dem Dampfprozess und in anderer Weise dem Gasprozess anhaften, richtet sich der Vor schlag nach der Erfindung unter anderem darauf, eine sonst ungünstig ausfallende Wärneabfulr mit Hilfe mindestens eines naehgeschalteten und besonders gearteten Prozesses durch einen günstiger ausfallenden Wärmeaustausch zu ersetzen, wobei der nach geschaltete Prozess selbst zum Erzeugen von Nutzleistung beiträgt.
Das naelstelende Verzeichnis, in welchem eine Anzahl bekannter Stoffe als Beispiele aufgeführt sind, zeigt, dass schon diese als Arbeitsmittel für das Verfahren nach der Erfindung das in Betracht kommende Gebiet kritischer Temperaturen hinreichend zu dek- ken vermögen und es gestatten, bei der Aus wahl auch andere Gesichtspunkte zu berück- sicltigen, z. B. solche der Zersetzungs-, Explo- sions-, Korrosions- sowie physiologischer Ge fahren. Insbesondere im Hinblick auf diese Gefahren können die Fluor-Chlor-Derivate des Methans (siehe Die Thermischen Eigen schaften aller Fluor-Chlor-Derivate des Me thans von G.
Seger, erschienen im Beiheft Nr. 43, 1942 der Zeitschrift des Vereins deut scher Chemiker sowie Die Fluor-Chlor-Deri vate gesättigter Kohlenwasserstoffe und ihre technische Verwendbarkeit von Prof. Dr. R. Plank in Beiheft Nr. 44, 1942 der Zeitschrift des Vereins deutscher Chemiker ), von denen im Verzeichnis nur zwei Beispiele aufgeführt sind, besonders Beachtung verdienen.
In dem nachstehenden, nach kritischen Temperaturen geordneten Verzeichnis wird jeweils zunächst der Stoff, gegebenenfalls dahinter in Klammern seine chemische Formel und dann seine ungefähre kritische Tempera tur in Kelvin genannt: Ozon 268, Äthylen 282, Xenon 289, Kohlendioxyd 304, Athan 305, Acethylen 309, Stickoxydul (N2O) 309, Methylfluorid (CH3F) 318, Chlorwasserstoff (HCl) 324, Phosphorwasserstoff (PH3) 324, Schwefelhexafluorid (SF6) 333, Bromwasser stoff (HBr) 363, Propylen 365, Propan 370, Sehwefelwasserstoff 373, Kohlenoxy dsulfid (COS) 378, Difluordiehlormethan (CCl2F2) 384, Oktafluor-Butylen (C4F8) 388, (Di-)- Methyläther (C2H6O) 400, Cyan 401, Ammo niak 405, Isobutan (C4H10) 406, Methylehlorid (CH3Cl) 416, Chlor 417, Methylamin (CH@N) 430, Schwefeldioxyd 430,
Dimethylamin (C2H7N) 437, Nitrosylchlorid (NOCl) 438, ,@thylamin 456, ii-Pentan 470, Diäthylamin 500, Äthylalkohol (C.,11,0) 516, n-Heptan 5-10, Benzol<B>(CH")</B> 561, Brom 583, Toluol (C;II,:@ 593, Essigsäure 59-1.
Zum Vergleich: Wasser 6471 Kelvin finit einem kritischen Druck von 225 kg/em=.
Die am Schluss des Verzeichnisses nur als Vergleich aufgeführten Daten von Wasser zei gen, da.ss und warum für das Verfahren nach der Erfindung der Stoff Wasser als Arbeits- mittel nicht in Betracht kommen kann. Beim Wasser liegt nämlich der kritische Druck der art hoch, dass eine Überschreitung der kriti schen Temperatur bei der Entropie des kriti schen Punktes, wie sie beim Verfahren nach der Erfindung nicht nur vorkommen kann, sondern bei bev orzugten Arten dieses Ver fahrens sogar anzustreben ist, beim Wasser zu derart hohen Drücken führen müsste, dass sich hieraus voraussichtlich unüberwindbare praktische Schwierigkeiten ergeben würden. Den gemäss der Erfindung gegebenen Vor schriften entsprechende Arbeitsmittel können auch durch Mischung gewonnen werden.
Es kann sich empfehlen, das Verfahren derart zu leiten und mindestens für den nach geschalteten Prozess das Arbeitsmittel derart zu wählen und die Temperaturen und Drücke derart einzustellen, dass mindestens bei nor maler Nutzleistung dieses Arbeitsmittel, wäh rend ihm die aus seinem Prozess endgültig abzuführende Wärmemenge entzogen wird, in sein Nassdampfgebiet eintritt, seine spezifi sehe Wärme bei konstantem Druck also un endlich gross ist, und dass dieses Arbeitsmittel, während ihm die ihm zuzuführende Wärme menge zuströmt, Zustände mit endlich grossen spezifischen Wärmen bei konstantem Druck durchläuft,
wobei der über ein Temperatur intervall von jeweils 20 Kelvingraden berech nete Mittelwert dieser spezifischen Wärmen höchstens viermal so gross ist wie der über das gleiche Temperaturintervall berechnete Mittelwert der Werte -dQ/dT des Wärme austausehers, wo dQ die Wärmemenge bedeu tet, welche je Gewichtseinheit des Arbeitsmit tels diesem aus dem Heizmittel zuströmt, wäh rend die Temperatur des Heizmittels sieh um -dT ändert.
Durch Befolgung dieser Vorschrift wird unter anderem eine Korrektur im einzelnen des Wärmeaustausehes, welcher zwisehen dem vorgeschalteten und dem nachgeschalteten Prozess stattfindet, erleichtert: Durch entsprechende Wahl des Verhält nisses der Arbeitsmittelmengen des vor- und des nachgesehalteten Prozesses, welche als Heiz- bzw.
Kühlmittel Komponenten des Wärmeaustausehes zwisehen den beiden Pro zessen sind, wird dieser vor allem im ganzen korrigiert , und zwar derart, dass die Wärme menge, welche der naehgeschaltete Prozess aufnimmt, der vom vorgesehalteten Prozess zwi schen den beabsichtigten Temperaturgrenzen abzugebenden gleicht. Alsdann kann es sieh empfehlen, zusätzlich die erwähnte Korrek tur im einzelnen anzuwenden:
Will man einen Wärmeaustauseh zwischen zwei Komponenten im Gegenstrom unter möglichst geringen Verlusten an Temperatur gefälle durchführen, so hat man dafür zu sorgen, dass, während auf einem Differential des Weges der Strömung ein Differential der Wärmemenge von der Wärme abgebenden auf die aufnehmende Komponente übergeht, die Temperatur der ersteren um möglichst den gleichen Betrag sinkt, um den die Temperatur der letzteren steigt.
Andernfalls divergieren die Temperaturen der beiden Komponenten voneinander, und es entstehen Verluste an Temperaturgefälle, die nur in beschränktem Umfang zugelassen werden können. Ein ver lustarmer Wärmeaustauseh zwischen einer Komponente mit endlich grosser spezifischer Wärme bei konstantem Druck (im folgenden kurz spezifische Wärme genannt) und einer andern Komponente, welche einen rela tiv grossen Teil der Wärme bei unendlich gro sser spezifischer Wärme aufnimmt bzw. ab gibt, also einer Komponente, die sieh während eines relativ grossen Teils des Wärmeaus tausches isobar in Nassdampfzustand befindet, ist.
also undurelifülirbar. Aueli eine hinrei- ehende Korrektur im einzelnen ist in sol- ehem Fall praktisch undurchführbar, denn, wie oben sehon clar--elegt, in einem Gas, also in einer Komponente mit endlich grosser spe zifiseher Wärme, eine Isotherme praktisch nicht, realisierbar, indem, wie dort dargelegt, die Verluste dann derart.
gross ausfallen, class sie die theoretisch zu erwartende Verbesserun, wieder zunichte machen oder diese sogar über wiegen. Werden dagegen die gemäss der Er findung hinsichtlich der Wahl des Arbeits mittels und der Leitung des Verfahrens ge gebenen Vorschriften befolgt, so gelingt es, den Temperaturverlauf der einen Komponente dem der andern derart anzupassen, dass eine Korrektur im einzelnen durchführbar ist.
In den weiter unten zur Erläuterung von Ausführungsbeispielen benutzten T/S (Tem- peratur/Entropie)-Diagrammen ermittelt sieh die hierfür wichtige spezifisele Wärme aus folgender Überlegung: Es bezeichne Q die Wärmenenge je Ge- wieltseinheit, S die Entropie, T' die Kelvin- Tenperatur, ei) die spezifische Wärme bei konstantem Druck, im weiteren kurz als spe zifische Wärne bezeichnet. Dann gelten die bekannten Differentialgleichungen IQ = cl . dl' und IS = dQ/T Aus ihnen folgt dT/dS = T/cp) oder in Worten: Die Steigung der Isobaren in T/S-Diagrann ist der KelvinTemperatur direkt und der spezifischen Wärme umgekehrt proportional.
Zwecks Korrektur im einzelnen kann, vor Vollendung, des Wärmeaustausches, einer der Komponenten mechanisehe Energie zugeführt werden. Es kann dies mittels mindestens eines Verdichters geschehen. Es kann vor Vollen dung des Wärmeaustausehes die in Wärme austausch tretende Menge einer der K ompo- nenten verändert werden. Es kann dies mit tels mindestens einer Abzweigun g geschehen. Dabei kann die aus der Komponente abge zweigte Teilmenge gesondert behandelt, z. B. gesondert mindestens einstufig verdichtet oder entspannt und, gegebenenfalls nach Wärme- zuftulr oder -entzug, dem Prozess wieder zu geführt oder endgültig aus ihm entlassen werden.
Es kann vor Vollendung des Wärne- austausches einer der Komponenten zusätzlich Wä rme zugeführt werden. Diese zusätzliele Wä rmezufuhr kann auch mittels exothernmer chemiscler Reaktion der Komponente ge- sclehen.
An Hand von Ausführungsbeispielen sol- len naehstehend das Verfahren nach der Er findung und die Wärme-Kraft Anlage zur Durclführung des Verfahrens nach der Er- Findung noch näher erläutert werden.
Hierzu stellen die Fig.1, 3, 5, 7, 9, 11 der Zeichnung in Form von T/S (Temperatur/Entropie)-Dia- grammen Ausführungsbeispiele des Verfah rens nach der Erfindung dar und die Fig. 2, 4, 6, 8, 10 der Zeichnung in schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele der Wärme- Kraft-Anlage, wobei das Beispiel nach Fig. 2 zur Durchführung des Beispiels nach Fig. 1, das Beispiel nach Fig. 4 zur Durchführung des Beispiels nach Fig. 3, und so fort, verwen det werden kann. Auch die T/S-Diagramme sind schematische Darstellungen, indem ins besondere, um die Wärmeaustausehvorgänge klarer darstellen zu können, die dargestellten Prozesse in der S-Hichtung gegeneinander ver schoben sind.
Zu beachten ist ferner, dass in den dargestellten Prozessen nicht die gleichen Gewichtsmengen Arbeitsmittel umlaufen und dass infolgedessen die Darstellung sieh nicht auf 1 kg Arbeitsmittel bezieht, sondern schon eine wenigstens ungefähre Korrektur im ganzen enthält. In den Diagrammen bezeich net K den kritischen Punkt, L die linke und R die rechte Grenzkurve des für den betref fenden Prozess gewählten Arbeitsmittels, fer ner sind für letzteres in Fig. 1 und 11 ein gezeichnet und bezeichnet mit: 1 die dem 0,95faehen, 2 die dem 1,1faclen der kritischen Temperatur entsprechende Isotlerme, 3 die Isobare des Verdampfungsdrueles, welcher der 0,95fachen kritischen Temperatur ent- sprieht, 4 die Isobare des l0faehen des abso luten kritischen Druckes.
Das von diesen Linien 1-4 umgrenzte Zustandsgebiet ist durch Schraffur hervorgehoben.
Fig.l. und 2: Der vorgeschaltete Prozess ist mit den Ziffern 5 bis 13, der naeligesehal- tete Prozess finit den Ziffern 1-t bis 18 bezeich net.
Als vorgeschalteter Prozess ist ein offener Prozess mit einem gasförmigen Arbeitsmittel gewählt, Lind für den nachgeschalteten Pro zess, der ein geschlossener Prozess ist, ist als Arbeitsmittel Difluordielilormetlian gew ählt. Ini vorgeschalteten Prozess wird auf der Isobaren- streeke 5-6 die ihm von aussen zuzuführende Wärme mitgeteilt.
Es ist hierfür eine Brenn- kammer 20 gewählt, welcher durch eine Rohr- leiteng 21 Brennstoff zugeführt wird, der in der Feuerung 22 im Arbeitsmittel verbrennt und daher das Arbeitsmittel chemisch ver ändert. Auf der Strecke 6-7 wird in der Turbine 23 kraftleistend entspannt. Auf der Isobarenstreeke 7-8 wird im Wärmeaustau- scher 24 Wärme entzogen. Auf der Isobaren strecke 8-10 wird im Wärmeaustauscher 25 Wärme an den nachgeschalteten Prozess abge geben. Auf der unterbrochenen Strecke 10-1l wird Wärme an die Umgebung abgeführt.
Hierzu wird das Arbeitsmittel im Punkt 10 durch einen Auslass 26 ins Freie entlassen, und im Punkt 11 wird mittels eines Ein lasses 27 frisches Arbeitsmittel aus der Atmo sphäre angesaugt. Das frisch aus der Atmo sphäre angesaugte Arbeitsmittel wird auf der Strecke 11-13 mittels Verdichter 28 v erdich tet, und ihm wird alsdann auf der Isobare 13-5 mittels des Wärmeaustausehers 24 die ihm auf der Strecke 7-8 entzogene Wärme wieder zugeführt.
Im nachgeschalteten Prozess wird auf der Isobare 14-15 mittels des Wärmeaustau- schers 25 die dem Prozess zuzuführende, der Streeke 8-10 des vorgeschalteten Prozesses entstammende Wärme mitgeteilt. Auf der Strecke 15-16 wird mittels Turbine 29 kraft leistend entspannt. Auf der Isobare 16-18 wird mittels Kühlers 30 die endgültig abzu führende Wärme an ein Kühlmittel der Um gebung abgeführt. Auf der Strecke 18-14 wird mittels Verdichter bzw. Pumpe 31 v er diehtet.
Der Wärmeaustausch zwischen dem vor geschalteten Prozess (Strecke 8-10) und dem nachgeschalteten Prozess (Strecke 14-15) wird im ganzen korrigiert durch entspre- ehende Wahl der Arbeitsmittelmengen, welehe einerseits im vorgeschalteten und anderseits im nachgeschalteten Prozess umlaufen. Wie ersichtlich, gelingt es, die Isobare 14-15, welche durch das schraffierte, von den Linien 1-4 umgrenzte Zustandsgebiet hindurch ge legt ist, derart zu gestalten, dass sie sieh in ihrer Form schon relativ gut der Isobare 8-10 anpasst.
Insbesondere in der Mitte der Isobare 14-15 ergeben sieh jedoch Abweichungen: Während, vom Punkt 14 ausgehend, die Stei gung dieser Isobare zunächst auf noch un gefähr konstante spezifische Wärme hinweist, wird die Isobare in ihrem weiteren Verlauf immer flacher und weist dadurch auf eine Vergrösserung der spezifischen Wärme hin, bis weiterhin in der Nähe des Punktes 15 die spezifische Wärme wieder abnimmt und wie derum ungefähr konstant wird. Auf der Iso bare 8-10 dagegen bleibt die spezifische Wärme über den ganzen Bereich ungefähr konstant. Es kann sieh somit empfehlen, zu sätzlich am Wärmeaustausch noch eine Kor rektur im einzelnen anzubringen. Hierzu kann (wie gestrichelt in Fig. 1 eingezeichnet) z.
B. im Punkt 9 eine Teilmenge der dem vor geschalteten Prozess angehörenden Kompo nente abgezweigt und durch einen besonderen, in Fig.2 nicht gezeichneten Verdichter bis zum Punkt 19 verdichtet werden, worauf dann dieser abgezweigten Teilmenge auf der Isobare 19-12 mittels eines in Fig. 2 gleichfalls nicht gezeichneten Wärmeaustausehers Wärme entzogen und diese Wärme zusätzlich der an dern, dem nachgeschalteten Prozess angehören den Komponente vor Vollendung des Wärme austausches mitgeteilt. werden kann, und zwar insbesondere auf dem mittleren, flacher ver laufenden und daher auf eine vergrösserte spezifische Wärme hinweisenden Teilstück der Isobare 14-l5.
Hierbei ändert. sich zudem die Menge der in Wärmeaustausch tretenden, dem vorgeschalteten Prozess angehörenden Komponente, indem, ausgehend vom Punkt 8, zunächst die gesamte illenge in Wärmeaus tauseh tritt, sieh alsdann um die abgezweigte Teilmenge vermehrt und weiterhin vom Punkt 9 ab sich wiederum auf die gesamte Menge vermindert und sieh schliesslich in der Nähe des Punktes 10 weiter auf die um die abge zweigte Teilmenge verminderte Gesamtmenge verkleinert.
Die abgezweigte Teilmenge kann im Punkt 1\? dem v or-esehalteten Prozess wie der zugeführt werden und denselben erneut durchlaufen. Da diese Teilmenge nur kein ist, so ist es unschädlich, wenn diese z. B. die Feuerung 2\' erneut durchläuft. Als Beispiel für eine die Nutzleistung der Wärmeanlage aufnehmende Arbeitsmaschine ist in Fig. 2 ein Elektrogenerator 32 gewählt.
Für den nachgeschalteten Kreisprozess kann unter Beachtung der gemäss der Erfin dung gegebenen Vorschriften auch ein anderes Arbeitsmittels, z. B. Kohlendioxyd, gewählt werden.
In den Fig.3 und 4 sind ein Verfahren und eine Anlage dargestellt, welche in gewis sem Sinn eine Alternative zu Fig.1 und 2 bilden. Der vorgeschaltete, mit den Ziffern 33 bis 40 bezeichnete Prozess ist wiederum ein Prozess mit einem gasförmigen Arbeitsmittel, und zwar ist hier ein geschlossener Prozess gewählt, so dass als Arbeitsmittel ein belie biges Gas vorgesehen werden kann. Für den nachgeschalteten Kreisprozess ist wiederum als Arbeitsmittel Difluordichlormethan gewählt. Er ist mit den Ziffern 41 bis 47 bezeichnet. Im vorgeschalteten Kreisprozess wird auf der Isobare 33-34 dem Arbeitsmittel die von aussen zuzuführende Wärme mitgeteilt. Als Erhitzer ist ein Gaserhitzer 48 gewählt, der mittels einer Feuerung 49 beheizt und mit einem Rekuperator 50 sowie einem Saugzug ventilator 51 versehen sein kann.
Auf der Strecke 34-35 wird in der Turbine 52 kraft leistend entspannt. Auf der Isobare 35-36 wird dem entspannten Arbeitsmittel mittels Wärmeaustauscher 53 Wärme entzogen. Auf den Isobarenstrecken 36-37 und 37-38 wird mittels der Wärmeaustauscher 54 bzw. 55 weiter Wärme entzogen, welche Wärme dem nachgeschalteten Kreisprozess zugeleitet wird. Auf der Isobarenstrecke 38-39 wird end gültig abzuführende Wärme entzogen, und zwar in einem Kühler 56 mit Hilfe eines der Umgebung entnommenen Kühlmittels. Auf der Strecke 39-40 wird im Verdichter 57 verdichtet, vorauf das Arbeitsmittel in das Rohrbündel des Wärmeaustauschers 53 ein strömt und ihm dort, und zwar auf der Iso barenstrecke 40-33, die ihm vorher auf der Isobarenstrecke 35-36 entzogene Wärme wie der zugeführt wird.
Im nachgeschalteten Kreisprozess wird auf der Strecke 41-44 dem Arbeitsmittel die die- sen Kreisprozess zuzuführende Wärme mit geteilt. Auf der Strecke 44-45 wird in der Turbine 58 kraftleistend entspannt, und auf der Strecke 45-47 wird im Kühler 59 end gültig abzuführende Wärme mittels eines der Umgebung entnommenen Kühlmittels entzogen. Auf der Strecke 47-41 wird mittels Pumpe 60 verdichtet.
Durch entsprechende Wahl der einerseits im vorgeschalteten und anderseits im nach geschalteten Kreisprozess umlaufenden Ar beitsmittelmengen wird wiederum der zwi schen der Isobarenstrecke 36-38 des vorge schalteten Kreisprozesses und der Strecke 41-44 des nachgeschalteten Kreisprozesses stattfindende Wärmeaustausch im ganzen korrigiert . Um diesen Wärmeaustausch auch im einzelnen zu korrigieren , wird das Ar beitsmittel des nachgeschalteten Kreisprozesses auf der Strecke 42-43 mittels Verdichter 61 verdichtet, wodurch ihm mechanische Ener gie zugeführt wird, und infolgedessen liegen sowohl die Drücke wie insbesondere auch die Temperaturen der Isobarenstrecke 43-44 nunmehr höher, als sie auf der verlängerten Isobarenstrecke 4112 liegen würden.
Auf diese Weise wird erreicht, dass die Tempera turen der die Strecke 41-12-43-44 durch laufenden wärmeaufnehmenden Komponente des Wärmeaustauschers weniger von den Tem peraturen der die Wärme abgebenden, die Strecke 36-37-38 durchlaufenden Kom ponente abweichen.
Der Wärmeaustauscher 55 führt hierbei die auf der Isobarenstrecke 37-38 entzogene Wärme dem nachgeschal teten Kreisprozess auf der Isobarenstrecke 41--12 zu, der Wärmeaustauscher 54 die auf der Isobarenstrecke 36-37 entzogene Wärme dem nachgeschalteten Kreisprozess auf der Isobarenstrecke 43-44. Als eine weitere vor teilhafte Folgeerscheinung dieser Korrektur im einzelnen zeigt sich,
dass nunmehr die Isobarenstrecke 45-46 kürzer wird als in Fig.1 die Isobarenstrecke 16-17. Infolgedes sen wird nunmehr fast die gesamte auf der Strecke 45-47 endgültig abzuführende Wärme isothermisch entzogen. Auch hier kann für den nachgeschalteten Kreisprozess unter Beaehtung der gemäss der Erfindung gegebenen Vorschriften ein anderes Arbeits mittel, z. B. Kohlendioxyd, gewählt werden. Als Arbeitsmaschine, welche die gewonnen e Nutzleistung aufnimmt, ist auch hier ein Elektrogenerator 32 als Beispiel gewählt.
In Fig. 5 und 6 ist für den vorgeschalteten Prozess ein solcher gewählt, bei dem ein Teil des Arbeitsmittels einen gresllossenen nit den Ziffern 6268 bezeichneten Prozess und der Rest des Arbeitsmittels einen offenen Prozess durchläuft, der die mit 62-69-70-71-72-73 bezeiehnete Linie sowie die mit 74-65 be- zeiehnete Linie umfasst. Für den naehge- schalteten Kreisprozess, welcher mit den Zif fern 75-81 bezeichnet ist, ist als Arbeits mittel wiederum Difluordichlormethan ge wählt.
Im Punkt 62 wird mittels Abzweigung 82 ein Teil des Arbeitsmittels des vorgesehal- teten Prozesses aus dem in sieh geschlossenen Prozess abgezweigt, und diese Teilmenge wird dann mittels der Feuerung 83 auf der Iso bare 62-69-70 erhitzt. Diese Erlltzung darf bis auf eine Temperatur getrieben werden, welche im Punkt 70 wesentlich höher ist als die mit Ricksielht auf mit Zentrifugalkräften belastete Werkstoffe zulässige, etwa den Punk ten 63 und 71 entsprechende Temperatur.
Denn die entnommene Teilmenge durchfliesst auf der Isobare 70-71 den Wärmeaustauscher 84 und tritt in diesem in Wärmeaustauseh mit dem auf der Isobarenstreeke 62-63 be findlichen Arbeitsmittelmenge des in sich ge schlossenen Prozesses. Beide Komponenten dieses Wärmeaustausehes besitzen aber, da sie auf der gleiehen Isobare liegen, den Bleiehen Druck, so dass das Rohrbündel dieses W ärme- austauschers 84 keinerlei Beanspruclung durch Druckkräfte erfährt. Das somit bis zum Punkt 63 erhitzte Arbeitsmittel des in sieh geschlossenen Prozesses wird alsdann auf der Strecke 63-64 in der Turbine 85 kraft leistend entspannt, und ihm wird alsdann auf der Isobare 64-65 im Wärmeaustauscher 86 Wärme entzogen.
Auf der Isobare 65-66 wird ihm in einem aus drei Bündeln 87, 88 und 89 bestehenden Wärmeaustauscher weitere Wärme entzogen, welche auf den naehgesehal- teten Kreisprozess übertragen wird. Auf der Isobare 66-67 wird schliesslieh dem Arbeits mittel endgültig abzuführende Wärme mittels des Kühlers 90 entzogen, und zwar durch ein Kühlmittel, welches der Ungebun g entnom men wird. Auf der Strecke 67-68 wird im Verdielter 91 verdichtet, worauf dem verdich teten Arbeitsmittel auf der Isobare 68-62 im Wärmeaustauscher 86 die ilm auf der Strecke 64-65 entzogene Wärme wieder zugeführt wird. Im offenen Prozess des vorgesehalteten Prozesses wird auf der Streckle 71-72 in den Turbinen 92 und 92' kraftleitend entspannt und alsdann im Wärmeaustauscher 93 auf der Isobare 72-73 zusä tzlieh Wärme an den nachgesehalteten Kreisprozess abgegeben.
Im Punkt 73 wird mittels Auslassöffnung 94 die entnommene Teilmenge in die Atmosphäre ge leitet, und im Punkt 74 wird mittels der Ein lassöffnung 95 frisches Arbeitsmittel als Er satz für die entnommene Teilmeng ,e aus der Atmosphäre angesaugt, auf der Strecke 74-6a im Ladeverdichter 96 verdichtet und im Punkt 65 mittels Einmündung 97 dem in sich geschlossenen Prozess des vorgesehalteten Pro zesses wieder zugeführt.
Dem nachgesehalteten Kreisprozess wird auf der Isobare 75-78 die ihm zuzuführende Wärme mitgeteilt. Auf der Strecke 78-79 wird in der Turbine 98 kraftleistend entspannt und alsdann auf der Streeke 79-81 mittels Kühler 99 endgiltig abzuführende Wärme mit Hilfe eines der Umgebung entnommenen Kühl mittels entzogen. Auf der Strecke 81-75 wird mittels Pumpe 100 verdientet.
Der Wärmeaustausch zwischen der Isobare 65-66 des vorgesehalteten und der Isobare 75-78 des naehgesehalteten Prozesses voll zieht sieh in den Wärmeaustausehern 87, 88, 89, wobei wiederum durel entsprechende Wahl der im vorgeschalteten und im naeh- geschalteten Prozess unlaufenden Arbeitsmit- telmengen dafür gesorgt wird, dass dieser Wärmeaustauseh,unter Einsehluss der auf der Isobare<B>72-73</B> zusä.tzlielt ausgetauschten Wärme, im ganzen korri;iert ist.
Eine Korrektur im @ einzelnen erfolgt dadureli, dass der wärineaufnehinenden Komponente des Wärmeaustausches auf der Isobare 76-77, also auf derjenigen Strecke der Isobare 75-78, welche sieh durch besonders flachen Verlauf und somit durch eine besonders grosse spezifische Wärme auszeichnet, zusätz lich Wärme zugeführt wird. Es wird der auf nehmenden Komponente zunächst im Rohr bündel 89 auf der Strecke 75-76 Wärme von der Isobare 65-66 zugeführt, und alsdann wird der Strom der aufnehmenden Kompo nente im Punkt 101 gegabelt.
Bin Teil des Stromes durclfliesst das Rohrbündel 88, wo diesem Teil Wärme von der Isobare 65-66 zugeführt wird, ein anderer Teil des Stromes durchfliesst den Wärneaustauscher 93, in welchem ihm zusätzliche, auf der Strecke 72-73 dem Arbeitsmittel des offenen Pro zesses des vorgeschalteten Prozesses entzogene Wärme zugeführt wird (Strecke 76-77). Schliesslich durchströmt die mittels der Ein mündung 102 wieder vereinigte Komponente das Rohrbündel 87, in welchem ihr auf der Strecke 77-78 wiederum nur der Strecke 65-66 entnommene Wärme zugeführt wird. Auch hier kann für den nachgeschalteten Kreisprozess unter Beachtung der gemäss der Erfindung gegebenen Vorschriften ein an deres Arbeitsmittel, z. B. Kohlendioxyd, ge wählt werden.
Als Arbeitsmaschine, welche die gewonnene Nutzleistung aufnimmt, ist hier ein Propeller 103 gewählt, der mit Hilfe eines Zahnrad getriebes 104 angetrieben wird. Mit der Tur bine 85 und dem Verdichter 91 ist eine elek- triscle Maschine 105 gekuppelt, welche dort zur Deckung etwa fehlender Leistungsbeträge dienen kann und welche ebenso einen dort ent stehenden Überschuss an Kraftleistung in elektrische Energie umzusetzen vermag.
Verfahren und Anlage nach Fig. 5 und 6 weisen noch weitere besondere Vorteile auf. Bei einer Anlage, in welcher der Erhitzer das Arbeitsmittel chemisch verändert (z. B. durch Verbrennung eines Brennstoffes im Arbeits mittel) können nämlich Säuren entstehen, so bald die Temperatur des so veränderten Ar beitsmittels einen gewissen Wert unterschrei- tet. Aus diesem Grunde darf bei einem offenen Prozess, z. B. bei einem Verfahren nach Fig.1, die Verwertung der Abwärme des vorgeschalteten Prozesses mittels des nachge schalteten Kreisprozesses nur bis zu einer be stimmten Temperaturgrenze herab geschehen bzw. es müssen für gewisse Teile der Anlage säurebeständige und daher besonders teure Werkstoffe vorgesehen werden, falls der Brennstoff säurebildende Bestandteile, z. B. Schwefel, enthält.
Bei dem Verfahren nach Fig. 5 dagegen läuft im in sich geschlossenen Prozess des vorgeschalteten Prozesses reine Luft um, und die Verwertung darf daher dort bis herab auf etwa die Temperatur der Um gebung durchgeführt werden. Daher weist in Fig. 5 der Punkt 66 eine wesentlich tiefere Temperaturlabe auf als der Punkt 73, in wel- cheni das durch die Verbrennung ellemiseh veränderte Arbeitsmittel ins Freie gelassen werden muss. Die im Punkt 73 ins Freie aus strömende Menge ist aber weitaus kleiner als die im in sich geschlossenen Prozess des vorge schalteten Prozesses, also auch im Punkt 66 umlaufende Arbeitsmittelmenge, so dass der erzielte Vorteil für den weitaus grössten Teil des Arbeitsmittels gesichert ist.
Ein weiterer Vorteil ist, dass auf eine Zwischenkühlung sowohl beim Aufladeverdichter 96 wie beim Verdichter 91 verzichtet werden kann, indem die sonst durch Zwischenkühler nutzlos in die Unigebung abgeführte Wärme hier nutzbrin gend mittels der Wärmeaustauscher 86 bis 89 dem nachgeschalteten Kreisprozess zugeführt wird.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 und 8 ist für den vorgeschalteten und den naellgeschalteten Prozess als Arbeitsmittel Kohlendioxyd vorgesehen. Die Verwendung von Kohlendioxyd für den vorgeschalteten Prozess bringt unter anderem den Vorteil, dass sowohl die Verdiehterleistung wie auch, bei gegebener Nutzleistung und gegebener sekund lich umlaufender Kilo-1llol-Zahl, das Verhält nis zwischen dem obern und dem untern Druck des Prozesses sowie die für Turbine und Verdichter nötige Stufenzahl relativ klein ausfallen.
Der vorgeschaltete Prozess, ein Kreispro zess, ist mit den Ziffern 106 bis 113 bezeiel- net, der nachgesehaltete Kreisprozess mit den Ziffern 114 bis 120. Bei normaler Nutzlei stung kann z. B. der obere Druck des vor geschalteten Prozesses (Isobare 113-107) etwa 70 kg/cm2, der untere Druck (Isobare 108-112) etwa 12 kg/cm2 betragen, der obere Druck des nachgeschalteten Prozesses (Isobare 114-116) etwa 160 kg/em2 und der untere Druck (Isobare 117-120) etwa 65 kg/cm2.
Die dem vorgeschalteten Prozess zuzufüh rende Wärme wird auf der Strecke l06-107 mittels des Gaserhitzers 121 dem Arbeitsmittel mitgeteilt. Der Gaserhitzer ist mit einer Feue rung 122 ausgerüstet und kann mit Rekupera tor 123 und SaugzugVentilator 124 versehen sein. Auf der Strecke 107-108 wird in der Turbine 125 kraftleistend entspannt. Auf der Isobare 108-109 wird im Wärmeaustauseher 126 Wärme entzogen. Auf den Isobaren strecken 109-110 und 110-11l wird in den Wärmeaustausehern 127 und 128 Wärme ent zogen und dem naehgesclalteten Kreisprozess mitgeteilt. Auf der Isobare l11-112 wird im Kühler 129 mit Hilfe eines der Umgebung ent nommenen Kühlmittels endgültig abzufüh rende Wärme entzogen. Auf der Strecke 112-113 wird im Verdichter 130 verdichtet.
Auf der Isobare 113-106 wird im Wärme- austauscher 126 die auf der Strecke 108-109 entzogene Wärme dem Arbeitsmittel wieder zugeführt.
Im nachgeschalteten Kreisprozess wird auf den Isobaren 114115 und 115-116 in den Wärmeaustausehern 128 und 127 die den obern Kreisprozess auf den Strecken 111-110 und 110-109 entzogene Wärme dem Arbeits mittel des untern Kreisprozesses zugeführt. Auf der Strecke 116-117 wird in der Tur bine 131 kraftleistend entspannt. Auf der Isobare 117-118 wird dem Arbeitsmittel im Wärmeaustauscher 132 Wärme entzogen, und dieselbe wird als zusätzliche Wärme dem Ar beitsmittel auf der Strecke 114-115 wieder zugeführt, wodurch eine Korrektur im ein zelnen des Wärmeaustausches zwischen den beiden Kreisprozessen erzielt wird. Auf der Isobare 118-120 wird endgültig abzufüh rende Wärme im Kühler 123 mittels eines der Umgebung entnommenen Kühlmittels ent zogen. Auf der Strecke D0-114 wird im Verdienter 134 verdichtet.
Als Arbeits maschine, welche die gewonnene Nutzleistung aufnimmt, ist als Beispiel wiederum ein Elek tro-Generator 32gewählt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 und 10 ist für den vorgeschalteten Prozess ein offener gewählt und für den nachgeschal teten Kreisprozess ist als Arbeitsmittel Di- fluordiehlornnethan vorgesehen. Der vorge schaltete Prozess ist mit den Ziffern 135 bis 745 bezeichnet, der naehgesehaltete Kreis prozess mit den Ziffern 146 bis 152. Die den vorgeschalteten Prozess zuzuführende Wärme wird auf der Isobare 135-136 mittels der Brennkammer 153, also unter chemischer Ver änderung des Arbeitsmittels, diesem mitge teilt. Auf der Strecke 136-137 wird in der Turbine 154 kraftleistend entspannt. Auf der Isobare 137-138 wird im Wärmeaustauscher 155 Wärme entzogen.
Auf der Strecke 138-139 wird im Wärmeaustauscher 156 und auf der Isobare 139-140 im Wärmeaustauscher 157 Wärme entzogen, und diese Wärmen werden den naehgesehalteten Kreisprozess zugeführt. In Punkt 140 wird das Arbeitsmittel des vor- gesehalteten Prozesses mittels Auslass 158 in die Atmosphäre entlassen. Im Punkt 141 wird mittels Einlass 159 frisches Arbeitsmittel aus der Atmosphäre angesaugt und in erster Stufe mittels Verdichters 160 auf der Strecke 141-142 verdichtet. Auf der Isobare 142-143 wird im Wärmeaustauscher 161 und auf der Isobare 143-144 im Wärmeaustauscher 162 Wärme entzogen und den naehgesehalteten Kreisprozess zugeführt.
Auf der Strecke 144-145 wird im Verdichter 163 in zweiter Stufe endgültig auf den obern Druck des vor geschalteten Prozesses verdichtet. Auf der Isobare 1-15-13:1 wird die dein Arbeitsmittel auf der Isobare .137-138 entzo-ene Wärme im Wärmeaustauscher <B>155</B> wieder zugeführt. Im naehgesehalteten Kreisprozess wird auf der Isobare 1.46-1.17 mittels des Wärmeaus- tauseliers <B>1621</B> auf der Isobare <RTI
ID="0010.0023"> 1-13-144 ent- zogene Wärme zugeführt. Auf der Isobare b7-148 wird mittels der Wärmeaustauscher 157 und 161 sowohl die auf der Isobare 139-140 wie auch die auf der Isobare 142-143 entzogene Wärme zugeführt. Auf der Isobare 148-149 wird im Wärmeaustau- scher 156 die auf der Isobare 138-139 ent zogene Wärme zugeführt. Durch die beschrie benen Vorgänge auf der Isobare 146-147 148-149 wird eine Korrektur im einzelnen des Wärmeaustausches zwischen den beiden Prozessen erzielt, indem der auf der Strecke 147-148 grösseren (durch die geringere Stei gung dieser Strecke angezeigten) spezifischen Wärme entsprechend dort sowohl von der Isobare 139-140 als auch zugleich von der Isobare 142-143 (und somit zusätzlich) Wärme zugeführt wird.
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, dass das in der Brennkammer l_53 chemisch veränderte Arbeitsmittel des vorgeschalteten Prozesses schon im Punkt 140, also bei noch relativ hoher Temperatur, ins Freie entlas sen werden kann und dass aus diesem Grunde zum Verbrennen in der Brennkammer 153 auch säurebildende, z. B. schwefelhaltige Brennstoffe verwendet werden können, ohne dass durch diese Säuren irgendwelche Teile der Anlage geschädigt werden können. Der hierbei für den Wärmeaustausch zur Isobare 146-747 entstehende Fehlbetrag wird durch zusätzliche Wärmezufuhr gedeckt und diese geschieht von der Isobare 143-144 her.
Die Verdichtung im vorgeschalteten Prozess, die in erster Stufe auf der Strecke l41-142 und in zweiter Stufe auf der Strecke 144-145 be wirkt wird, geschieht also mit Zwischenküh lung (Isobare 142-144), wobei aber die zwecks Zwischenkühlung entzogene Wärme nicht, wie dies sonst üblich ist, nutzlos in die Umgebung fliesst, sondern hier nutzbar den nachgeschalteten Kreisprozess zugeführt wird. Im nachgeschalteten Kreisprozess wird weiter auf der Strecke 149-150 in der Tur bine 164 kraftleistend entspannt. Auf der Isobare 150-752 wird im Kühler 165 nittels eines der Umgebung entnommenen Kühlmit tels endgültig abzuführende Wärme entzogen. Auf der Strecke 152-146 wird in der Pumpe 166 verdichtet. Auch hier kann für den nach geschalteten Kreisprozess unter Beachtung der gemäss der Erfindung gegebenen Vorschriften ein anderes Arbeitsmittel, z. B.
Kohlendioxyd, gewählt werden.
Fig.11 zeigt, in welcher Weise auch mehr als zwei Prozesse hintereinandergeschaltet werden können. Es sind hier drei Kreis prozesse a, b und c vorgesehen, wobei a als vorgeschalteter Kreisprozess zum nachgeschal teten Kreisprozess b, b als vorgeschalteter Kreisprozess zum nachgeschalteten Kreis prozess c anzusehen ist. Für den Kreis prozess a kann ein Gas-Kreisprozess ge wählt werden, für ,den Kreisprozess b kann als Arbeitsmittel z. B. Schwefeldioxyd (S0,) und für den Kreisprozess c kann als Arbeits mittel z.
B. Oktafluor-Butylen verwendet wer den. Für die Kreisprozesse b und c sind somit Arbeitsmittel verwendet., deren kritische Tem peratur mindestens 26011 Kelvin und höchstens 620 Kelvin beträgt. Wie ferner aus dem Dia gramm hervorgeht, sind für die Kreisprozesse b und c diese Arbeitsmittel derart gewählt und ist das Verfahren derart geleitet, dass für den naehgesehalteten Kreisprozess c ein Teil der Periode, während welcher das Arbeitsmit tel verdichtet wird und ihm die ihm zuzu führende Wärmemenge zuströmt, für den vor geschalteten Kreisprozess b dagegen ein Teil der Periode,
während welcher dem Arbeits mittel die aus seinem Kreisprozess endgültig abzuführende Wärmemenge entzogen und es verdichtet wird, mindestens bei normaler Nutzleistung in ein den kritischen Punkt ent haltendes Zustandsgebiet fällt, in welchem die Kelvintemperaturen mindestens dem 0,95 fachen und höchstens dem 1,lfaehen der kri tischen Temperatur gleichen und niedriger sind als die Höchsttemperatur des Kreispro zesses und in welchem die absoluten Drücke mindestens dem der 0,95faehen kritischen Temperatur entsprechenden Verdampfungs- druck und höchstens dem 10fachen des kriti schen Druckes gleich sind.
Wie weiter ersichtlich, lässt sich unter Be achtung vorstehender Vorschriften schon die Gasisobare 167-168 des Prozesses a der Iso bare 169-170 des Prozesses b ausreichend an passen, so dass für den zwischen den Kreis prozessen a und b stattfindenden Wärmeaus tausch eine Korrektur im einzelnen sieh sogar erübrigen kann. Insbesondere aber ist auch für den Wärmeaustausch zwischen den Kreisprozessen b und c, also den Isobaren 171-172 und 173-174, die Anpassung relativ gut. Der Wärmeaustausch kann gleichwohl durch eine Korrektur im einzelnen noch weiter verbessert werden.
Der Rest der Fig.11 bedarf keiner wei teren Erläuterung, da auf Grund der vor stehend beschriebenen Verfahren die übrigen Prozessführungen ohne weiteres verständlich sind.
Wie aus den Fig. 2, 4, 6, 8, 10 ersichtlich, kann die Art und Weise, in welcher die Tur binen und Verdichter der Anlage unterein ander gekuppelt sind, sehr verschiedenartig sein. Die Wahl dieser Art und Weise hat sieh nach dem jeweiligen Verfahren zu richten. Für die Pumpen 31 der Fig. 2, 60 der Fig. 4, 100 der Fig. 6 und 166 der Fig. 10 ist keiner lei Antrieb eingezeichnet, da die von ihnen benötigte Leistung derart klein ausfällt, dass ihr Antrieb ganz beliebig erfolgen kann.
Process for generating work from heat and thermal power plants for carrying out the process. The invention relates to a Ver drive for generating work from heat, with nindesteps a working medium, the working medium in compressed states heat is supplied with the aid of heating means and in relaxed states heat is withdrawn with the help of coolant.
It is characterized in that at least two processes are provided and at least once a higher temperature upstream process is followed by a lower temperature process in such a way that the working medium of the upstream process is used as heating medium, from which the downstream process is at least a part the heat to be supplied to it flows, and that at least for the downstream process a working medium is used in a cycle, the critical temperature of which is at least 260 Kelvin and at most 620 Kelvin, and that this working medium is selected and the process is conducted in such a way, that part of the period - during which the heat to be finally dissipated from its circuit is withdrawn from the work equipment,
it is compressed and the amount of heat to be supplied to it flows - at least at normal useful performance, it falls into a condition area containing the critical point of the work equipment, in which the Kelvin temperatures are at least 0.95 times and at most 1.1 times the critical temperature the same and lower than the maximum temperature of the circuit and in which the absolute pressures are at least equal to the evaporation pressure corresponding to 0.95 times the critical temperature and at most 10 times the critical pressure.
The invention also relates to a heat and power plant for carrying out the method according to the invention, with at least one heater that supplies heat to compressed work medium, at least one expansion device which relaxes compressed and heated work medium in a force-producing manner, at least one heat exchanger, which extracts heat from relaxed working medium and supplies the same compressed working medium, furthermore at least one cooling device which finally extracts heat to be dissipated from relaxed working medium, and at least one compressor.
This thermal power plant is characterized in that at least one further heat exchanger is provided, which serves as a cooling device for the higher temperature upstream process and at the same time as a heater for the lower temperature downstream process.
The one used to generate work. certain heat can come from any source. You can z. B. arise at the highest existing temperatures and then, before or while it is being fed to the work equipment, be reduced to a temperature which is permissible with regard to the materials to be considered for obtaining work. It can also already have a permissible initial temperature. Usually, however, an upper part of the temperature gradient shown down to the temperature of the environment will have to remain unused, even if the work is obtained with the help of an intermittent process (e.g. piston engine), but even more if the The process is stationary (e.g.
Steam or gas turbine). The consideration of the materials then limits the upper temperature to z. B. about 900 Kel vin, from which a temperature gradient is available that is up to the temperature of the environment, z. B. about 290 Kel vin, reaches down.
Utilization of this temperature gradient as completely as possible results in the greatest possible yield, i.e. the optimum degree of effectiveness. The aim is therefore to have both the heat supply to and the heat dissipation from the working medium run isothermally.
Isotherms, which are also isobars, can be found in the wet steam region of substances. However, no substance is known for use as a working medium whose wet steam area allows a practically suitable implementation of a process which operates between an isobar isotherm corresponding to an isotherm below 290 Kelvin and an upper 900 Kelvin. Substances whose critical temperature is high, especially higher than 900 Kelvin, tend to have a boiling point that is too high, and their condensation at 290 Kelvin would then require a vacuum that is all too close to absolute, so that the low-pressure part and condenser of the system are very inadmissibly large Should have dimensions.
Substances, on the other hand, which are practically condensable at 290 Kelvin (even if in part, such as water, still require a great deal of effort for the low-pressure part and condenser), tend to have a critical temperature that is too low, so that z. B. with water (critical temperature about 647 Kelvin) about half of the between 900 and 290 Kelvin are available the temperature gradient would have to remain unused.
In order to reduce these losses, one had to deviate from the isothermal heat supply with the water vapor machine and overheating has been used to reduce the previously unused part of the temperature gradient above the evaporation temperature, even if only partially and only for part of the supplied heat Amount of heat to use. Proposed multi-fuel steam machines, e.g. B. mercury vapor / water vapor would be allowed to see the entire temperature gradient, but have so far not been able to prevail in practice.
In the steam process, the heat can thus be dissipated isothermally (albeit with a great deal of effort for the low-pressure part and the condenser), but with regard to the heat supply, one has to forego the thermodynamically most favorable process management from the outset.
Even with the gas process (e.g. gas turbine), it was necessary to deviate from the theoretically most favorable process management. A deviation was necessary because an isotherm can never be realized in the case of gas, in that there is a heat supply with simultaneous relaxation or expansion.
Heat dissipation with simultaneous twisting would require. In practice, this means that no more than just an approximation to the isotherm is possible, for which purpose a turbine with as many intermediate heating stages as possible would have to be provided on the upper isotherm, and a compressor with as many intermediate cooling stages as possible on the lower isotherm.
Multi-stage machines of this type are expensive and extensive, but above all complicated and in turn cause additional losses. From a certain number of stages upwards, the latter become so large that they nullify the theoretically expected improvement or even outweigh it.
This limits the number of stages permitted and increases the deviation from the required isotherm. Compared to the steam process, however, the advantage is gained that all of the heat from the source is now supplied at high temperatures, while in the steam process a mostly larger part of this heat is generated on the much lower temperature evaporation isotherm, i.e. with far greater losses in temperature gradients, must be supplied. In contrast, there is the disadvantage that the heat is not dissipated in an isotropic manner. When exchanging heat with the coolant, there are now similar losses in temperature gradients as when exchanging heat with the heating medium.
In addition, the compressor output required for approximately adiabatic compression of the gaseous working medium is theoretically quite large compared to the useful output that can be obtained. Therefore, even if such an adiabatic compressor can have smaller losses compared to its performance than a compressor with many intercooling, these losses strongly affect the useful output, as the latter only gained as the difference between the turbine and the compressor output becomes. In the case of the steam engine, on the other hand, the compression is relocated to the liquid state area, which means that the compression output can be reduced to a negligibly small value.
With the aim of eliminating or reducing the disadvantages, which thus adhere to the steam process in one way and the gas process in another, the proposal according to the invention is directed, among other things, to an otherwise unfavorable heat removal with the help of at least one to replace downstream and special type of process by a more favorable heat exchange, whereby the downstream process itself contributes to the generation of useful power.
The following list, in which a number of known substances are listed as examples, shows that even these, as working media for the method according to the invention, are able to adequately cover the critical temperature area in question and also allow them to be selected to take other aspects into account, e.g. B. those of the decomposition, explosion, corrosion and physiological Ge. In view of these dangers in particular, the fluorine-chlorine derivatives of methane (see The thermal properties of all fluorine-chlorine derivatives of methane by G.
Seger, published in supplement no. 43, 1942 of the journal of the Association of German Chemists and The Fluorine-Chlorine Derivatives of Saturated Hydrocarbons and Their Technical Usage by Prof. Dr. R. Plank in supplement No. 44, 1942 of the magazine of the Association of German Chemists), of which only two examples are listed in the directory, deserve special attention.
In the list below, sorted according to critical temperatures, the substance is listed first, with its chemical formula in brackets and then its approximate critical temperature in Kelvin: Ozone 268, Ethylene 282, Xenon 289, Carbon Dioxide 304, Athane 305, Acethylene 309 , Nitrogen oxide (N2O) 309, methyl fluoride (CH3F) 318, hydrogen chloride (HCl) 324, phosphorus hydrogen (PH3) 324, sulfur hexafluoride (SF6) 333, hydrogen bromide (HBr) 363, propylene 365, propane 370, hydrogen sulfide 373, carbon oxy sulfide ( COS) 378, difluorodiehlomethane (CCl2F2) 384, octafluorobutylene (C4F8) 388, (di -) methyl ether (C2H6O) 400, cyan 401, ammonia 405, isobutane (C4H10) 406, methyl chloride (CH3Cl) 416, chlorine 417 , Methylamine (CH @ N) 430, sulfur dioxide 430,
Dimethylamine (C2H7N) 437, nitrosyl chloride (NOCl) 438,, @thylamine 456, ii-pentane 470, diethylamine 500, ethyl alcohol (C., 11.0) 516, n-heptane 5-10, benzene <B> (CH " ) 561, bromine 583, toluene (C; II,: @ 593, acetic acid 59-1.
For comparison: water 6471 Kelvin finite a critical pressure of 225 kg / em =.
The data on water listed at the end of the list only as a comparison show that the substance water cannot be considered as a working medium for the process according to the invention. In the case of water, the critical pressure is so high that exceeding the critical temperature at the entropy of the critical point, as can not only occur in the method according to the invention, but should even be aimed for in preferred types of this method, would have to lead to such high pressures in the case of water that this would probably result in insurmountable practical difficulties. The corresponding working materials according to the invention can also be obtained by mixing.
It may be advisable to manage the process in this way and at least for the downstream process to select the working medium and to set the temperatures and pressures in such a way that, at least with normal useful performance, this working medium is withdrawn from the heat that is finally to be dissipated from its process its specific heat is infinitely large at constant pressure, and that this working medium, while the amount of heat to be supplied to it flows into it, passes through states with finite specific heats at constant pressure,
The mean value of these specific heats calculated over a temperature interval of 20 Kelving degrees each is at most four times as large as the mean value of the values -dQ / dT of the heat exchanger calculated over the same temperature interval, where dQ means the amount of heat per unit weight of the Arbeitsmit means that flows from the heating medium, while the temperature of the heating medium changes by -dT.
By following this regulation, a correction in detail of the heat exchange, which takes place between the upstream and the downstream process, is facilitated: By appropriate selection of the ratio of the working medium quantities of the upstream and downstream processes, which are used as heating or downstream processes.
Coolant are components of the heat exchange between the two processes, this is corrected mainly as a whole, in such a way that the amount of heat absorbed by the connected process is the same as that to be emitted by the preceding process between the intended temperature limits. Then it can recommend applying the mentioned correction in detail:
If you want to carry out a heat exchange between two components in countercurrent with as little loss of temperature gradient as possible, you have to ensure that, while on a differential of the path of the flow, a differential of the amount of heat passes from the heat emitting to the absorbing component, which The temperature of the former decreases by the same amount as possible by which the temperature of the latter increases.
Otherwise, the temperatures of the two components diverge from one another, and losses of temperature gradients occur, which can only be permitted to a limited extent. A low-loss heat exchange between a component with a finite specific heat at constant pressure (hereinafter referred to as specific heat for short) and another component which absorbs or gives off a relatively large part of the heat at an infinitely high specific heat, i.e. one Component that is isobaric in wet steam state during a relatively large part of the heat exchange.
thus undureliable. In this case, a sufficient correction in detail is practically impracticable because, as explained above, in a gas, i.e. in a component with finite specific heat, an isotherm is practically impossible to achieve by As stated there, the losses are like that.
turn out to be large, if they nullify the theoretically expected improvement or even outweigh them. If, on the other hand, the rules given according to the invention regarding the choice of work means and the management of the process are followed, it is possible to adapt the temperature profile of one component to that of the other in such a way that a correction can be carried out in detail.
In the T / S (temperature / entropy) diagrams used below to explain exemplary embodiments, the specific heat important for this is determined from the following consideration: Let Q denote the amount of heat per weight unit, S the entropy, T 'the Kelvin - Temperature, ei) the specific heat at constant pressure, hereinafter referred to as specific heat for short. Then the known differential equations IQ = cl apply. dl 'and IS = dQ / T From them follows dT / dS = T / cp) or in words: The slope of the isobars in the T / S diagram is directly proportional to the Kelvin temperature and inversely proportional to the specific heat.
For the purpose of correcting in detail, mechanical energy can be supplied to one of the components before the heat exchange is completed. This can be done by means of at least one compressor. Before the heat exchange is complete, the amount of heat exchange of one of the components can be changed. This can be done by means of at least one branch. The subset branched off from the component can be treated separately, for. B. separately at least in one stage compressed or relaxed and, if necessary after heat supply or withdrawal, the process can be returned to or finally released from it.
Additional heat can be added to one of the components before the heat exchange is complete. This additional heat supply can also slow down by means of an exothermic chemical reaction of the component.
The method according to the invention and the thermal power plant for carrying out the method according to the invention are to be explained in more detail below using exemplary embodiments.
For this purpose, FIGS. 1, 3, 5, 7, 9, 11 of the drawing represent exemplary embodiments of the method according to the invention in the form of T / S (temperature / entropy) diagrams and FIGS. 2, 4, 6 , 8, 10 of the drawing in a schematic representation of exemplary embodiments of the thermal power plant, the example according to FIG. 2 for implementing the example according to FIG. 1, the example according to FIG. 4 for implementing the example according to FIG. 3, and so on can be used. The T / S diagrams are also schematic representations in that, in particular, in order to be able to represent the heat exchange processes more clearly, the represented processes are shifted relative to one another in the S direction.
It should also be noted that the processes shown do not have the same weight of work equipment and that, as a result, the illustration does not refer to 1 kg of work equipment, but rather contains an at least approximate correction as a whole. In the diagrams, K denotes the critical point, L the left and R the right limit curve of the working medium selected for the process in question, and for the latter in FIGS. 1 and 11 a are drawn and denoted by: 1 which is 0.95 , 2 the isoterms corresponding to 1.1 times the critical temperature, 3 the isobars of the evaporation pressure, which corresponds to the 0.95 times the critical temperature, 4 the isobars of the 10 times the absolute critical pressure.
The state area bounded by these lines 1-4 is highlighted by hatching.
Fig.l. and 2: The upstream process is denoted by the numbers 5 to 13, the naeligesehalt process finite by the numbers 1-t to 18.
An open process with a gaseous working medium is selected as the upstream process, and difluorodielilometal is selected as the working medium for the downstream process, which is a closed process. In the upstream process, the heat to be supplied from the outside is communicated on the isobar line 5-6.
A combustion chamber 20 is selected for this, which is supplied through a pipe duct 21 with fuel that burns in the furnace 22 in the working medium and therefore chemically changes the working medium. On the route 6-7, the turbine 23 is relieved in a force-producing manner. On the isobar line 7-8, heat is extracted in the heat exchanger 24. On the isobar line 8-10, 25 heat is transferred to the downstream process in the heat exchanger. On the interrupted section 10-1l, heat is dissipated to the environment.
For this purpose, the working medium is released into the open air at point 10 through an outlet 26, and at point 11 fresh working medium is sucked in from the atmosphere by means of an inlet 27. The working fluid freshly sucked in from the atmosphere is compressed on route 11-13 by means of compressor 28, and the heat extracted from it on route 7-8 is then returned to isobar 13-5 by means of heat exchanger 24.
In the downstream process, the heat to be supplied to the process and originating from the line 8-10 of the upstream process is communicated on the isobar 14-15 by means of the heat exchanger 25. On the route 15-16 is relaxed by means of a turbine 29 performing power. On the isobars 16-18, the final heat to be discharged is carried away to a coolant in the area by means of a cooler 30. On the route 18-14, a compressor or pump 31 is used.
The heat exchange between the upstream process (line 8-10) and the downstream process (line 14-15) is corrected as a whole by appropriate selection of the quantities of working medium that circulate on the one hand in the upstream and on the other hand in the downstream process. As can be seen, it is possible to design isobars 14-15, which is laid through the hatched state area bounded by lines 1-4, in such a way that its shape already adapts relatively well to isobars 8-10.
However, there are deviations in particular in the middle of isobars 14-15: While, starting from point 14, the increase in this isobar initially indicates an approximately constant specific heat, the isobar becomes flatter and flatter as it continues and thus indicates a Increase in the specific heat until the specific heat continues to decrease in the vicinity of the point 15 and again becomes approximately constant. On the other hand, on Iso bare 8-10, the specific heat remains approximately constant over the entire range. It can therefore recommend that you also make a correction to the individual heat exchange. For this purpose (as shown in dashed lines in Fig. 1) z.
B. at point 9 a subset of the component belonging to the upstream process is branched off and compressed by a special compressor not shown in Figure 2 up to point 19, whereupon this branched off subset on the isobars 19-12 by means of a in Fig 2 heat exchanger, also not shown, and this heat is also communicated to the other components belonging to the downstream process before the heat exchange is complete. can be, in particular on the middle, flatter ver running and therefore pointing to an increased specific heat section of the isobars 14-15.
This changes. In addition, the amount of the component which is part of the upstream process and which is in heat exchange increases, in that, starting from point 8, the entire amount first enters into heat exchange, then it is increased by the branched off partial amount and from point 9 onwards again to the total amount decreased and finally see in the vicinity of the point 10 further reduced to the total amount reduced by the abge branched subset.
The branched subset can be in point 1 \? be fed to the pre-reserved process and run through the same again. Since this subset is just not, it is harmless if this z. B. runs through the furnace 2 \ 'again. An electric generator 32 is selected in FIG. 2 as an example of a work machine that takes up the useful power of the heating system.
For the downstream cycle, taking into account the rules given in accordance with the inven tion, another tool, e.g. B. carbon dioxide, can be selected.
A method and a system are shown in FIGS. 3 and 4, which form an alternative to FIGS. 1 and 2 in a certain sense. The upstream process denoted by the numbers 33 to 40 is again a process with a gaseous working medium, and a closed process has been selected here so that any gas can be provided as the working medium. Difluorodichloromethane is again selected as the working medium for the downstream cycle. It is designated with the numbers 41 to 47. In the upstream cycle process, the heat to be supplied from the outside is communicated to the working fluid on the Isobar 33-34. A gas heater 48 is selected as the heater, which is heated by means of a furnace 49 and can be provided with a recuperator 50 and an induced draft fan 51.
On the route 34-35, power is released in the turbine 52. On the Isobare 35-36, heat is extracted from the relaxed working medium by means of a heat exchanger 53. On the isobar lines 36-37 and 37-38, further heat is withdrawn by means of the heat exchangers 54 and 55, which heat is fed to the downstream cycle. On the isobar line 38-39 heat to be removed is finally withdrawn, specifically in a cooler 56 with the aid of a coolant taken from the environment. On the route 39-40 is compressed in the compressor 57, before the working fluid flows into the tube bundle of the heat exchanger 53 and there, on the Iso barene route 40-33, the heat previously withdrawn from him on the isobaric route 35-36 like the is fed.
In the downstream cycle, the heat to be supplied to this cycle is shared with the working medium on the path 41-44. On the route 44-45, the turbine 58 is subjected to power-generating relaxation, and on the route 45-47 heat to be finally removed in the cooler 59 is extracted by means of a coolant taken from the environment. Pump 60 is used to compress on route 47-41.
By appropriately choosing the amount of working fluid circulating on the one hand in the upstream and on the other hand in the downstream cycle, the heat exchange taking place between the isobar section 36-38 of the upstream cycle and the section 41-44 of the downstream cycle is corrected as a whole. In order to correct this heat exchange in detail, the working medium of the downstream cycle is compressed on the section 42-43 by means of a compressor 61, whereby mechanical energy is supplied to it, and as a result both the pressures and, in particular, the temperatures of the isobar section 43- 44 now higher than they would be on the extended isobar segment 4112.
In this way it is achieved that the temperatures of the path 41-12-43-44 by running heat-absorbing component of the heat exchanger deviate less from the temperatures of the heat-emitting component passing through the path 36-37-38.
The heat exchanger 55 feeds the heat withdrawn on the isobar section 37-38 to the downstream cycle on the isobar section 41-12, and the heat exchanger 54 feeds the heat withdrawn on the isobar section 36-37 to the downstream cycle on the isobar section 43-44. A further beneficial consequence of this correction in detail shows that
that now the isobar line 45-46 is shorter than the isobar line 16-17 in FIG. As a result, almost all of the heat ultimately to be dissipated on route 45-47 is isothermally withdrawn. Here, too, a different working medium, eg. B. carbon dioxide, can be selected. An electric generator 32 is also chosen here as an example as the work machine that takes up the useful power gained.
In Fig. 5 and 6, a process is selected for the upstream process in which part of the working equipment goes through a closed process denoted by the numbers 6268 and the rest of the working equipment goes through an open process, which goes through the process denoted by 62-69-70-71- 72-73 line and the line 74-65. Difluorodichloromethane is again selected as the working medium for the subsequent cycle process, which is denoted by numbers 75-81.
At point 62, by means of branch 82, part of the working fluid of the provided process is branched off from the closed process, and this subset is then heated by means of the furnace 83 on the iso bar 62-69-70. This etching may be driven up to a temperature which at point 70 is significantly higher than the temperature permissible with Ricksielht on materials loaded with centrifugal forces, for example corresponding to points 63 and 71.
This is because the partial amount withdrawn flows through the heat exchanger 84 on the isobars 70-71 and exchanges heat there with the working medium of the self-contained process on the isobars 62-63. However, since they lie on the same isobar, both components of this heat exchange have the lead pressure, so that the tube bundle of this heat exchanger 84 does not experience any stress from pressure forces. The working fluid of the closed process, which is thus heated up to point 63, is then expanded with power in the turbine 85 on the route 63-64, and heat is then extracted from it on the isobar 64-65 in the heat exchanger 86.
On the Isobar 65-66, further heat is extracted from it in a heat exchanger consisting of three bundles 87, 88 and 89, which is then transferred to the closed cycle. Finally, on the isobars 66-67, the heat to be finally dissipated from the working medium is withdrawn by means of the cooler 90, specifically by means of a coolant which is taken from the environment. On the route 67-68 is compressed in the Verdielter 91, whereupon the condensed working fluid on the isobars 68-62 in the heat exchanger 86, the ilm on the route 64-65 heat is fed back. In the open process of the previous process, on the Streckle 71-72 in the turbines 92 and 92 ', force-conducting relaxation and then in the heat exchanger 93 on the Isobare 72-73 additional heat is given off to the subsequent cycle.
At point 73, the extracted partial amount is discharged into the atmosphere via outlet opening 94, and at point 74 fresh working fluid is sucked in from the atmosphere via inlet opening 95 as a replacement for the extracted partial amount, on route 74-6a in the charge compressor 96 compressed and fed back to the self-contained process of the previous process at point 65 by means of the junction 97.
The heat to be supplied to the downstream cycle is communicated on isobar 75-78. On the route 78-79, the turbine 98 is relieved in a force-producing manner and then on the route 79-81 by means of a cooler 99, heat to be finally removed is withdrawn with the aid of a cooling means taken from the environment. On route 81-75, 100 is used to earn money.
The heat exchange between the isobars 65-66 of the upstream and the isobars 75-78 of the downstream process is fully carried out in the heat exchangers 87, 88, 89, again depending on the corresponding choice of the working material quantities for this in the upstream and downstream processes it is ensured that this heat exchange, including the additional heat exchanged on the isobar <B> 72-73 </B>, is corrected as a whole.
A correction in detail is made because the heat-absorbing component of the heat exchange on isobars 76-77, i.e. on that section of isobars 75-78, which is characterized by a particularly flat course and thus by a particularly large specific heat, additional heat is fed. It is the receiving component first in the tube bundle 89 on the route 75-76 heat from the isobar 65-66, and then the stream of the receiving component is forked at point 101.
Part of the stream flows through the tube bundle 88, where heat is supplied to this part from the isobar 65-66, another part of the stream flows through the heat exchanger 93, in which it is additional, on the route 72-73 the working medium of the open process of the The heat extracted from the upstream process is supplied (route 76-77). Finally, the component reunited by means of the junction 102 flows through the tube bundle 87, in which it is fed on the route 77-78 in turn only from the route 65-66 heat. Here, too, for the downstream cycle, taking into account the rules given according to the invention, another work equipment, eg. B. carbon dioxide, ge be chosen.
A propeller 103, which is driven by means of a gear unit 104, is selected here as the work machine that absorbs the useful power gained. An electrical machine 105 is coupled to the turbine 85 and the compressor 91, which can serve to cover any missing amounts of power and which is also able to convert any excess power output into electrical energy.
The method and system according to FIGS. 5 and 6 also have other particular advantages. In a system in which the heater chemically changes the working medium (e.g. by burning a fuel in the working medium) acids can be formed as soon as the temperature of the working medium thus changed falls below a certain value. For this reason, in an open process, e.g. B. in a method according to Figure 1, the recovery of the waste heat from the upstream process by means of the downstream cycle only happen down to a certain temperature limit or it must be provided for certain parts of the system acid-resistant and therefore particularly expensive materials, if the fuel acidic constituents, e.g. B. contains sulfur.
In the method according to FIG. 5, on the other hand, pure air circulates in the self-contained process of the upstream process, and recycling may therefore be carried out there down to approximately the temperature of the surrounding area. Therefore, in FIG. 5, point 66 has a significantly lower temperature range than point 73, at which point the working medium, which has been slightly changed by the combustion, must be released into the open. The amount flowing out into the open at point 73, however, is much smaller than that in the self-contained process of the preceding process, i.e. also the amount of working fluid circulating at point 66, so that the advantage achieved is ensured for the greater part of the working fluid.
Another advantage is that intercooling can be dispensed with in both the charging compressor 96 and the compressor 91, as the heat otherwise uselessly dissipated into the environment by the intercooler is usefully supplied to the downstream cycle by means of the heat exchangers 86 to 89.
In the embodiment according to FIGS. 7 and 8, carbon dioxide is provided as the working medium for the upstream and downstream processes. The use of carbon dioxide for the upstream process has the advantage, among other things, that both the verdict output and, with a given useful output and a given secondary kilo-1llol number, the ratio between the upper and lower pressure of the process as well as the for Turbine and compressor required number of stages are relatively small.
The upstream process, a circular process, is designated with the digits 106 to 113, the downstream process with the digits 114 to 120. B. the upper pressure of the upstream process (isobars 113-107) about 70 kg / cm2, the lower pressure (isobars 108-112) about 12 kg / cm2, the upper pressure of the downstream process (isobars 114-116) about 160 kg / cm2 and the lower pressure (isobars 117-120) about 65 kg / cm2.
The heat to be supplied to the upstream process is communicated to the working medium on the route l06-107 by means of the gas heater 121. The gas heater is equipped with a fire 122 and can be equipped with a recuperator 123 and an induced draft fan 124. On the route 107-108, the turbine 125 is relieved in a force-producing manner. On isobars 108-109, heat is extracted in the heat exchanger 126. On the isobars stretch 109-110 and 110-11l, heat is withdrawn in the heat exchangers 127 and 128 and communicated to the closed cycle. On isobar 11-112, heat to be finally removed is extracted in cooler 129 with the aid of a coolant taken from the environment. On route 112-113, compression takes place in compressor 130.
On the Isobar 113-106, in the heat exchanger 126, the heat extracted on the route 108-109 is returned to the working medium.
In the downstream cycle, the heat extracted from the upper cycle on routes 111-110 and 110-109 is fed to the working medium of the lower cycle on isobars 114115 and 115-116 in heat exchangers 128 and 127. On the route 116-117, power is released in the turbine 131. On the isobar 117-118, heat is extracted from the working medium in the heat exchanger 132, and the same is fed back as additional heat to the working medium on the path 114-115, whereby a correction in the individual of the heat exchange between the two cycle processes is achieved. On the isobars 118-120, the heat to be finally dissipated is withdrawn in the cooler 123 by means of a coolant taken from the environment. On route D0-114, the earner 134 compresses.
An electric generator 32 is again selected as an example as the work machine that consumes the useful power gained.
In the embodiment according to FIGS. 9 and 10, an open process is selected for the upstream process, and fluorodiehlornnethan is provided as the working medium for the downstream cycle. The upstream process is designated with the numbers 135 to 745, the sewn circular process with the numbers 146 to 152. The heat to be supplied to the upstream process is transferred to the isobar 135-136 by means of the combustion chamber 153, i.e. with a chemical change in the working medium, communicated to this. On the route 136-137, power is released in the turbine 154. On the isobars 137-138, heat is extracted in the heat exchanger 155.
On the route 138-139, heat is extracted in the heat exchanger 156 and on the isobar 139-140 in the heat exchanger 157, and this heat is fed to the closed cycle. At point 140, the working fluid of the above process is released into the atmosphere via outlet 158. At point 141, fresh working medium is sucked in from the atmosphere by means of inlet 159 and is compressed in the first stage by means of compressor 160 on route 141-142. On the isobar 142-143 in the heat exchanger 161 and on the isobar 143-144 in the heat exchanger 162, heat is extracted and fed to the closed cycle.
On the line 144-145, the compressor 163 finally compresses in the second stage to the upper pressure of the upstream process. On the isobar 1-15-13: 1, the heat extracted from the isobar .137-138 is returned to the heat exchanger <B> 155 </B>. In the closed cycle process on the isobar 1.46-1.17 by means of the heat exchanger <B> 1621 </B> on the isobar <RTI
ID = "0010.0023"> 1-13-144 extracted heat supplied. On isobar b7-148, heat exchangers 157 and 161 are used to supply both the heat extracted from isobar 139-140 and the heat extracted from isobar 142-143. On the isobar 148-149, the heat extracted on the isobar 138-139 is fed into the heat exchanger 156. The described processes on the isobars 146-147 148-149 achieve a detailed correction of the heat exchange between the two processes by adding the greater specific heat on the route 147-148 (indicated by the lower gradient of this route) there heat is supplied both by isobar 139-140 and at the same time by isobar 142-143 (and thus additionally).
A further advantage of this arrangement is that the working medium of the upstream process, which has been chemically modified in the combustion chamber l_53, can be released into the open at point 140, i.e. at a relatively high temperature, and that for this reason also acid-forming substances for combustion in the combustion chamber 153 , e.g. B. sulfur-containing fuels can be used without any parts of the system can be damaged by these acids. The shortfall resulting from the heat exchange to the isobars 146-747 is covered by additional heat input and this is done from the isobars 143-144.
The compression in the upstream process, which acts in the first stage on the route l41-142 and in the second stage on the route 144-145, is done with intermediate cooling (Isobars 142-144), but the heat extracted for the purpose of intermediate cooling is not As is usually the case, it flows uselessly into the environment, but instead is usefully fed into the downstream cycle. In the downstream cycle process is further relaxed on the route 149-150 in the turbine 164 with force. On the isobar 150-752, heat to be finally dissipated is removed in the cooler 165 by means of a coolant removed from the environment. On the route 152-146 is compressed in the pump 166. Here, too, another work equipment, eg. B.
Carbon dioxide.
FIG. 11 shows how more than two processes can be connected in series. Three cycle processes a, b and c are provided here, where a is to be regarded as an upstream cycle to the downstream cycle b, b as an upstream cycle to the downstream cycle c. For the cycle a, a gas cycle can be selected, for the cycle b can be used as a working fluid z. B. sulfur dioxide (S0,) and for the cycle c can be used as a working medium z.
B. octafluorobutylene used who the. Work equipment is used for cycle processes b and c, the critical temperature of which is at least 26011 Kelvin and at most 620 Kelvin. As can also be seen from the diagram, these working materials are selected for cycle processes b and c and the method is directed in such a way that for the sewn cycle c part of the period during which the working media is compressed and the one to be supplied to it Amount of heat flows in, for the upstream cycle b, however, part of the period,
during which the heat that is finally to be dissipated from its cyclic process is withdrawn from the working medium and it is compressed, at least with normal useful performance, falls into a condition area containing the critical point, in which the Kelvin temperatures are at least 0.95 times and at most 1.1 times the kri table temperature and are lower than the maximum temperature of the cycle and in which the absolute pressures are equal to at least the evaporation pressure corresponding to the critical temperature of 0.95 and a maximum of 10 times the critical pressure.
As can also be seen, the gas isobars 167-168 of the process a of the isobars 169-170 of the process b can already be adjusted sufficiently, taking into account the above regulations, so that a correction in the heat exchange taking place between the cycle processes a and b individual see may even be superfluous. In particular, however, the adaptation is also relatively good for the heat exchange between cycle processes b and c, i.e. isobars 171-172 and 173-174. The heat exchange can nevertheless be improved even further by a correction in detail.
The remainder of FIG. 11 does not need any further explanation, since the other process controls are readily understandable on the basis of the methods described above.
As can be seen from FIGS. 2, 4, 6, 8, 10, the manner in which the tur bines and compressors of the system are coupled to each other can be very different. The choice of this method must be based on the respective procedure. For the pumps 31 of FIGS. 2, 60 of FIG. 4, 100 of FIGS. 6 and 166 of FIG. 10, no drive is shown, since the power required by them is so small that it can be driven as desired.