DE19711177C2 - Process for using thermal energy - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung von Wärmeenergie bei dem unter Zufuhr äußerer Wärme ein in einem Kreislauf umlaufendes Arbeitsmittel verdampft wird, dieses unter Ausnutzung einer Druckdifferenz mechanische Arbeit leistet, wobei das Arbeitsmittel anschließend kondensiert wird und der Kreislauf des Arbeitsmittels über eine Druckerhöhungspumpe geschlossen wird.The invention relates to a method for using Thermal energy in which with the supply of external heat one in one Circulating working fluid is evaporated, this using a pressure difference mechanical work performs, whereby the working fluid is then condensed and the cycle of the work equipment via a Booster pump is closed.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Nutzung von Wärmeenergie, mit einem Verdampfer, der mit einer Wärmequelle verbunden ist und in dem die Wärmeenergie ein Arbeitsmittel bei einem höheren Druck in Dampf überführt, mit einer Arbeitsmaschine, in der dem Dampf bei einem geringeren Druck mechanische Arbeit entzogen wird, mit einem Kondensator, in dem der Dampf bei geringerem Druck kondensiert wird, und mit einer Druckerhöhungspumpe, zum Überführen des kondensierten Arbeitsmittels aus dem Kondensator in den Verdampfer.The invention also relates to a device for use of thermal energy, with an evaporator, with an Heat source is connected and in which the thermal energy Work equipment converted to steam at a higher pressure with a work machine in which the steam at a lower Pressure mechanical work is removed with a condenser, in which the steam is condensed at a lower pressure, and with a booster pump to transfer the condensed Working fluid from the condenser to the evaporator.
Die Erfindung umfaßt also ein Verfahren und eine geeignete Vorrichtung bzw. Maschine zur Umwandlung von Wärme in technisch nutzbare Arbeit.The invention thus comprises a method and a suitable one Device or machine for converting heat into technical usable work.
Solche Verfahren werden in bekannten Kraftwerken zur Erzeugung von Elektrizität verwendet.Such methods are used in known power plants for generation used by electricity.
Nachteilig an den bekannten Umwandlungsverfahren ist, daß die bei den bekannten Kraftwerken entstehende Abwärme die Umwelt belastet und den Wirkungsgrad des Kraftwerkes vermindert.A disadvantage of the known conversion process is that the the heat generated in the known power plants is the environment burdened and reduced the efficiency of the power plant.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb ein Energiewandlungsverfahren anzugeben, das diese Nachteile nicht aufweist, und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung anzugeben.The object of the invention is therefore a Specify energy conversion process that does not have these disadvantages has, and a device for carrying it out specify.
Die Verfahrensaufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß das Verfahren im Naßdampfgebiet des Arbeitsmittels durchgeführt wird, wobei das Arbeitsmittel zumindest während der Kondensation mit einem anderen stets gasförmigen Stoff gemischt oder in diesem gelöst wird, und daß ein Wärmeaustausch zwischen dem kondensierenden Arbeitsmittel und dem gasförmigen Stoff in das verdampfende Arbeitsmittel unter Ausnutzung einer Temperaturdifferenz erfolgt.The procedural task is in the generic method solved in that the process in the wet steam area of Work equipment is carried out, the work equipment at least during the condensation with another gaseous substance is mixed or dissolved in this, and that a heat exchange between the condensing working fluid and the gaseous substance in the evaporating working fluid takes advantage of a temperature difference.
Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Vorrichtung zur Nutzung von Wärmeenergie geeignet, mit einem Verdampfer, der mit einer Wärmequelle verbunden ist und in dem die Wärmeenergie ein Arbeitsmittel bei einem höheren Druck in Dampf überführt, mit einer Arbeitsmaschine, in der dem Dampf bei einem geringeren Druck mechanische Arbeit entzogen wird, mit einem Kondensator, in dem der Dampf bei geringerem Druck kondensiert wird, und mit einer Druckerhöhungspumpe, zum Überführen des kondensierten Arbeitsmittels aus dem Kondensator in den Verdampfer, bei der zumindest der Kondensator ein Zweistoffgemisch aus dem Dampf des Arbeitsmittels und einem stets gasförmigen Stoff enthält, daß der thermodynamische Kreisprozeß einer Dampfkraftanlage ohne Überhitzung des Dampfes im wesentlichen im Naßdampfgebiet des Arbeitsmittels abläuft, und daß ein Wärmetauscher zwischen Kondensator und Verdampfer vorgesehen ist, um die bei der Kondensation des Arbeitsmittels vom gasförmigen Stoff aufgenommene Kondensationswärme auf das Arbeitsmittel im Verdampfer zu übertragen.To implement the method, a device for Use heat energy suitable with an evaporator that is connected to a heat source and in which the thermal energy converting a working fluid into steam at a higher pressure, with a working machine in which the steam at one lower pressure is extracted with a mechanical work Condenser in which the steam condenses at a lower pressure is, and with a booster pump, for transferring the condensed working fluid from the condenser into the Evaporator, at least at the condenser Two-substance mixture of the vapor of the working fluid and one always contains gaseous substance that the thermodynamic Cyclic process of a steam power plant without overheating the steam essentially takes place in the wet steam area of the working fluid, and that a heat exchanger between the condenser and evaporator is provided to the condensation of the working fluid heat of condensation absorbed by the gaseous substance on the Transfer work equipment in the evaporator.
Das erfindungsgemäße Verfahren enthält einen Kreisprozeß im Naßdampfgebiet des Arbeitsmittels ohne nennenswerte Überhitzung des Dampfes. Damit treten die durch Überhitzung des Dampfes bedingten extrem hohen Drücke und Temperaturen nicht auf. Weiterhin erfolgt die Verflüssigung des gasförmigen Arbeitsmittels sehr schnell durch adiabate Kondensation im Bereich der Nebelisothermen eines Gas-Dampf-Gemisches und nicht durch langsamen Wärmetransport über die Wand eines Dampfkondensators. Damit treten die extrem niedrigen Drücke im Inneren eines Dampfkondensators nicht auf. The inventive method contains a cycle in Wet steam area of the work equipment without significant overheating of steam. This occurs due to the steam overheating extremely high pressures and temperatures. Furthermore, the gaseous liquefies Work equipment very quickly through adiabatic condensation in the Area of fog isotherms of a gas-vapor mixture and not through slow heat transfer over the wall of a Steam condenser. The extremely low pressures in the Do not open inside a steam condenser.
Schließlich werden die bei der adiabaten Kondensation zwischen Arbeitsmittel und Gas-Dampf-Gemisch ausgetauschten Zutandsgrößen 'Entropie' und 'Volumen' dazu genutzt, die Temperatur des Gemisches so weit anzuheben, daß die Kondensationswärme über einen inneren Wärmetauscher dem Verdampfungsprozeß wieder zugeführt und ein Druckgefälle zwischen Dampfkondensator und Dampferzeuger aufrechterhalten werden kann. Damit kann die Kondensationswärme wiederverwendet und die Wärmebelastung der Systemumgebung vermieden werden.Finally, the adiabatic condensation between Work equipment and gas-steam mixture exchanged Ingredient sizes 'entropy' and 'volume' used to Raise the temperature of the mixture so that the Heat of condensation via an internal heat exchanger Evaporation process fed back and a pressure drop between steam condenser and steam generator can be. This allows the heat of condensation to be reused and the thermal load on the system environment can be avoided.
Herkömmliche Dampfkraftanlagen erzwingen die Kondensation des Dampfes mittels Wärmeentzug unter Verwendung eines Wärmetauschers und eines Kühlmittels. Dieser Vorgang ist nicht adiabat.Conventional steam power plants force the condensation of the Steam by means of heat extraction using a Heat exchanger and a coolant. This process is not adiabatic.
Bei adiabater Kondensation erfolgt die Verflüssigung eines Dampfes in Gegenwart eines ansonsten unbeteiligten Gases spontan und mit hoher Geschwindigkeit. Dabei werden die thermodynamischen Zustandsgrößen 'Volumen' und 'Entropie' zwischen dem kondensierenden Dampf und dem Gas-Dampf-Gemisch ausgetauscht: Die Entropieabnahme der einen Komponente führt zur Entropiezunahme in der anderen Komponente, die Entropieänderung des Gesamtsystems ist null, und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik bleibt gewahrt. Durch Übernahme der freigewordenen Entropie erfolgt ein Temperaturanstieg im Gas- Dampf-Gemisch unabhängig von dessen Temperatur zu Beginn des Vorgangs. Das Produkt aus 'Temperaturanstieg' multipliziert mit 'übernommener Entropie' entspricht der Kondensationswärme. Das Gas-Dampf-Gemisch wirkt daher als Wärmepumpe, welche die freigewordene Kondensationswärme ohne weiteren Energieverbrauch auf ein höheres Temperaturniveau hebt. Die Kondensationswärme wird vom Gemisch übernommen und der erste Hauptsatz der Thermodynamik bleibt gewahrt. Das Gemisch nimmt ebenfalls das 'freigewordene Volumen' auf, was nach den Gesetzen idealer bzw. realer Gase zu einer Drucksenkung im Gemisch führen muß. Temperaturanstieg und Druckabsenkung bei der adiabaten Kondensation werden in der erfindungsgemäßen Maschine genutzt. (Beispiel einer adiabaten Kondensation: "Mischen von [feuchtigkeits-]gesättigten Luftmengen verschiedener Temperaturen liefert stets Nebel unter Ausscheiden der Wassermenge xm-xs, wobei xs der Sättigungsgehalt auf der Nebelisothermen durch den Mischungspunkt ist". Zitat: Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 17. Auflage).With adiabatic condensation, one is liquefied Steam in the presence of an otherwise uninvolved gas spontaneously and at high speed. The thermodynamic state variables 'volume' and 'entropy' between the condensing steam and the gas-steam mixture exchanged: The decrease in entropy of one component leads to increase entropy in the other component, the Entropy change of the whole system is zero, and the second The main principle of thermodynamics is preserved. By taking over the released entropy there is an increase in temperature in the gas Steam mixture regardless of its temperature at the beginning of the Operation. The product of 'temperature rise' multiplied by 'adopted entropy' corresponds to the heat of condensation. The Gas-steam mixture therefore acts as a heat pump, which the released condensation heat without further energy consumption to a higher temperature level. The heat of condensation is adopted from the mixture and the first main clause of Thermodynamics is preserved. The mixture also takes that 'released volume' on what is ideal or real gases must lead to a reduction in pressure in the mixture. Temperature rise and pressure drop in the adiabatic Condensation is used in the machine according to the invention. (Example of an adiabatic condensation: "Mixing [Moisture] saturated air quantities of different Fog always delivers temperatures with the exception of Amount of water xm-xs, where xs is the saturation level on the Fog isotherms through the mixing point is ". Quote: Dubbel, Paperback for mechanical engineering, 17th edition).
Das dargestellte Prinzip basiert also auf den thermodynamischen Vorgängen in einem Zweistoffsystem, wie z. B. Wasser und Luft, und läßt sich auf andere Zweistoffsysteme übertragen.The principle shown is based on the thermodynamic Operations in a two-substance system, such as. B. water and air, and can be transferred to other two-substance systems.
Zweistoffsysteme wurden bei Verfahren nach dem Stand der Tech nik bisher eingesetzt, um den Wirkungsgrad des Kreisprozesses über dessen spezifische Arbeit zu steigern. Hierzu wird bei spielsweise in DE 23 45 420 A1 dem verdichteten gasförmigen Arbeitsmittel einer Turbinenanlage ein flüssiges Arbeitmittel hinzugefügt, welches dort verdampft wird. Nach Entspannung des Gasgemisches über eine Turbine wird es dann durch Rückkühlung wieder verflüssigt. Ein ähnliches Prinzip wird in der US 5,444,981 verfolgt, indem einem Dampf ein zweite gasförmige Substanz hin zugefügt wird, um dessen Kompressibilität in zu verringern und die spezifische Arbeit des Prozesses zu steigern (Annäherung an ein ideales Gas).Dual-substance systems have been used in processes according to the state of the art nik used to the efficiency of the cycle to increase over its specific work. This is done at for example in DE 23 45 420 A1 the compressed gaseous Work equipment of a turbine plant is a liquid work equipment added, which is evaporated there. After relaxing the Gas mixture via a turbine then becomes by recooling liquefied again. A similar principle is described in US 5,444,981 traced by a vapor to a second gaseous substance is added to reduce its compressibility in and to increase the specific work of the process (approximation to an ideal gas).
In beiden Fällen wird die zweite Substanz dem phasenändernden Arbeitsmedium vor der Verrichtung von Arbeit hinzugefügt (vor der Expansion z. B. in einer Turbine).In both cases, the second substance becomes the phase-changing one Working medium added before performing work (before the expansion z. B. in a turbine).
Die vorliegende Erfindung zielt nunmehr nicht auf eine Steige rung der spezifischen Arbeit des Prozesses, sondern auf eine Verringerung seiner Abwärme, um den Wirkungsgrad der Maschine zu verbessern. Das stets gasförmige Medium soll zum einen die Kondensation des phasenändernden Arbeitsmittel bewirken, und zum anderen die bei der Kondensation freiwerdende Wärme aufneh men und innerhalb der Maschine erneut zur Verdampfung weiterge ben. In diesem Sinne dient das phasenändernde Mittel zur Produktion von Arbeit und das stets gasförmige Mittel zur Rück gewinnung von Abwärme. The present invention is now not aimed at a crate tion of the specific work of the process, but on one Reduce its waste heat to the efficiency of the machine to improve. The always gaseous medium should on the one hand Cause condensation of the phase-changing work equipment, and on the other hand absorb the heat released during the condensation men and within the machine again for evaporation ben. In this sense, the phase-changing agent is used for Production of work and the always gaseous means of return extraction of waste heat.
Die beiden Fluide werden in einer erfindungsgemäßen Maschine zur Erzeugung von Arbeit aus zugeführter Wärme in einen thermodynamischen Kreisprozeß gebracht.The two fluids are in a machine according to the invention to generate work from heat input into one brought thermodynamic cycle.
Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten der einzigen Figur der Zeichnung zu entnehmen sind. Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.The invention is described in a preferred embodiment Described with reference to a drawing, with others advantageous details of the single figure of the drawing are removed. Functionally identical parts are included provided the same reference numerals.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt im einzelnen ein Prinzipschema der Vorrichtung, im folgenden Maschine genannt.The single figure of the drawing shows one in detail Schematic diagram of the device, hereinafter called the machine.
Das erfindungsgemäße thermodynamische Zweistoffsystem besteht aus zwei Fluiden (A) und (L), von denen das eine als Arbeitsmittel (A) einen periodischen Phasenwechsel flüssig- gasförmig-flüssig durchläuft, während das andere gasförmig bleibt und als Lösungsmittel (L) die gasförmige Phase des Arbeitsmittels bis zur Sättigungsgrenze aufnimmt. Bis zur Sättigungsgrenze mischt sich das gasförmige Arbeitsmittel vollständig im Lösungsmittel und es entsteht ein Gasgemisch (A + L). Wird nach Erreichen der Sättigungsgrenze des Lösungsmittels zusätzlich ein Anteil gasförmiger Phase des Arbeitsmittels eingebracht, so führt dies zu einer spontanen Kondensation des Arbeitsmittels. Es regnet ab und das Lösungsmittel nimmt die freiwerdende Kondensationswärme auf. Das Lösungsmittel vermischt sich nicht bzw. vernachlässigbar gering mit der flüssigen Phase des Arbeitsmittels. Im Wettergeschehen ist Luft das Lösungsmittel und Wasser das Arbeitsmittel.The thermodynamic two-substance system according to the invention exists from two fluids (A) and (L), one of which is called Work equipment (A) a periodic phase change liquid- passes through gaseous-liquid, while the other passes through gaseous remains and as the solvent (L) the gaseous phase of Absorbs work equipment up to the saturation limit. To The gaseous working medium mixes completely in the solvent and a gas mixture is created (A + L). After reaching the saturation limit of Solvent additionally a portion of the gaseous phase of the Work equipment introduced, this leads to a spontaneous Condensation of the work equipment. It's raining and that Solvent absorbs the heat of condensation released. The solvent does not mix or is negligible low with the liquid phase of the working fluid. in the Weather is air the solvent and water the Work equipment.
Eine Machine kann beispielsweise aus sechs wesentlichen Komponenten bestehen und enthält eine Menge Arbeitsmittel in flüssiger Phase sowie eine Menge Gasgemisch (A + L).For example, a machine can consist of six essentials Components exist and contain a lot of work equipment liquid phase and a lot of gas mixture (A + L).
Die Komponenten der Maschine sind gemäß der einzigen Figur:
The components of the machine are according to the single figure:
- 1. Ein äußerer Behälter BA zur Verdampfung des Arbeitsmittels, 1. An outer container BA for evaporating the working fluid,
- 2. ein innerer Behälter BI zur Kondensation des Arbeitsmittels,2. an inner container BI for condensation of the working fluid,
- 3. eine Welle W zur Abführung von technischer Arbeit,3. a wave W for performing technical work,
- 4. ein Turbinenrad T zur Aufnahme kinetischer Energie einer Gasströmung,4. a turbine wheel T for absorbing kinetic energy Gas flow,
- 5. ein Pumpenrad P zum Abpumpen kondensierter Flüssigkeit,5. a pump wheel P for pumping out condensed liquid,
- 6. ein Düsenrohr D zum Druckausgleich zwischen den Behältern.6. a nozzle tube D for pressure equalization between the containers.
Weitere Bauteile wie Lager, Schrauben, Dichtungen etc. werden vernachlässigt, ebenso wie konstruktive Details zur Verbesserung der Funktionalität der einzelnen Komponenten.Other components such as bearings, screws, seals, etc. neglected, as well as constructive details on the Improvement of the functionality of the individual components.
Die Maschine ist wie folgt aufgebaut:The machine is constructed as follows:
Der äußere Behälter enthält flüssiges Arbeitsmittel und evtl. eine gasförmige Mischung aus Arbeitsmittel und Lösungsmittel, sowie den inneren Behälter, der vollständig von Arbeitsmittel und Gasgemisch umgeben ist. Dieser enthält ebenfalls flüssiges Arbeitsmittel und Gasgemisch (Experiment: Ein großer Dampfdruckkochtopf ist halbvoll Wasser und enthält feuchte Luft sowie einen kleinen Dampfdruckkochtopf auf Stelzen ebenfalls halbvoll Wasser und zusätzlich feuchte Luft).The outer container contains liquid working fluid and possibly a gaseous mixture of working fluid and solvent, as well as the inner container, which is completely made of work equipment and gas mixture is surrounded. This also contains liquid Working equipment and gas mixture (experiment: a big one Pressure cooker is half full of water and contains humid air as well as a small pressure cooker on stilts half full of water and additionally moist air).
Die Welle führt durch die Deckel beider Behälter und durch den Boden des inneren Behälters. Die Lagerstellen sind druckdicht. Das System steht mit der Umwelt nur über die äußere Behälterwand und das Wellenende in Verbindung. Über die Behälterwand kann Wärme zugeführt werden, und am Wellenende kann Arbeit mechanisch abgenommen werden und beispielsweise einen elektrischen Generator antreiben.The shaft passes through the lid of both containers and through the Bottom of the inner container. The bearings are pressure tight. The system stands above the outside only with the environment Container wall and the shaft end in connection. About the Container wall can be supplied with heat, and at the shaft end work can be mechanically removed and for example drive an electric generator.
Die Welle trägt das Turbinenrad oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Dampfkondensator sowie das Pumpenrad außerhalb des inneren Behälters am Wellenende innerhalb der Flüssigkeitsmenge des äußeren Behälters. Die Flüssigkeitsmengen beider Behälter stehen über geeignete Bohrungen im Pumpenrad so in Verbindung, daß die bei einer Drehung des Pumpenrades entstehende Zentrifugalkraft die im Inneren der Querbohrung befindliche Flüssigkeit nach außen schleudert und damit Flüssigkeit von innen nach außen pumpen kann. Über die Wand des Dampfkondensators kann Wärme zwischen den Fluiden in beiden Behältern ausgetauscht werden.The shaft carries the turbine wheel above the Liquid level in the steam condenser and the pump wheel outside the inner container at the shaft end inside the Amount of liquid in the outer container. The amount of liquid Both containers are so over suitable holes in the impeller in connection with the rotation of the pump wheel resulting centrifugal force inside the cross hole any liquid that is thrown out and thus Can pump liquid from the inside out. Over the wall of the Steam condenser can heat between the fluids in both Containers are exchanged.
Das Düsenrohr ragt durch die Wand des inneren Behälters und verbindet die Fluide in beiden Behältern, so daß ein Druckausgleich zwischen den Behältern stattfinden kann. Das im inneren Behälter befindliche Düsenende ist tangential auf die Schaufeln des Turbinenrades gerichtet, so daß eine nach innen gerichtete Strömung auf die Schaufeln des Turbinenrades trifft und durch Übertragung von kinetischer Energie das Turbinenrad in Bewegung setzt. Durch die feste Wellenverbindung werden das Pumpenrad sowie ein evtl. außen angeflanschter Generator ebenfalls bewegt.The nozzle tube protrudes through the wall of the inner container and connects the fluids in both containers so that a Pressure equalization between the containers can take place. That in inner container is tangent to the nozzle end Blades of the turbine wheel are directed so that an inward directed flow hits the blades of the turbine wheel and by transferring kinetic energy the turbine wheel sets in motion. Because of the fixed shaft connection Pump wheel and a possibly flanged generator also moved.
Das nach außen gerichtete Ende des Düsenrohres ragt je nach konstruktiver Auslegung der Maschine in die gasförmige oder flüssige Phase der im äußeren Behälter befindlichen Fluide hinein. Zur Vereinfachung der Erläuterung soll das äußere Ende hier in die gasförmige Mischung von Arbeitsmittel und Lösungsmittel hineinragen. (Anmerkung/Detail: Wenn das Ende in die Gasphase hineinragt, dann muß die Verdampfung des Arbeitsmittels an der Oberfläche des Flüssigkeitsspiegels im äußeren Behälter stattfinden. Wenn das Ende in die Flüssigkeit hineinragt, dann muß die Verdampfung des Arbeitsmittels im Inneren des Düsenrohres stattfinden.)The outward end of the nozzle tube protrudes depending on constructive design of the machine in the gaseous or liquid phase of the fluids in the outer container inside. To simplify the explanation, the outer end is intended here in the gaseous mixture of work equipment and Protrude solvent. (Note / Detail: When the end is in the gas phase protrudes, then the evaporation of the Work equipment on the surface of the liquid level in the outer container take place. If the end in the liquid protrudes, then the evaporation of the working fluid in the Take place inside the nozzle tube.)
Bei Befüllung der Maschine befinden sich die Phasen der Fluide in beiden Behältern im thermodynamischen Gleichgewicht und es findet kein bzw. fast kein Stoffaustausch zwischen den Behältern statt. Druckunterschiede zwischen den Behältern werden über das Düsenrohr ausgeglichen, Wärmeunterschiede über die Wand des inneren Behälters. When the machine is filled, the phases of the fluids are located in both tanks in thermodynamic equilibrium and it finds no or almost no material exchange between the Containers instead. Differences in pressure between the tanks are compensated via the nozzle tube, heat differences via the wall of the inner container.
Nun wird die Wand des äußeren Behälters beheizt und dem System von außen eine Wärmemenge Qa zugeführt, ausreichend, um die innere Temperatur des Systems über den Siedepunkt der Flüssigphase des Arbeitsmittels A zu erhöhen. Die Wärme fließt von außen nach innen und heizt zunächst die Fluide im äußeren Behälter und anschließend die Fluide im inneren Behälter. Die Wand des äußeren Behälters ist Wärmetauscher zwischen Umwelt und System, die Wand des inneren Behälters ist Wärmetauscher zwischen den Fluidmengen im inneren und äußeren Behälter. Das Arbeitsmittel verdampft bis die Grenzlöslichkeit der gasförmigen Phase des Arbeitsmittels im Lösungsmittel erreicht ist. Da die Fluide in beiden Behältern über das Düsenrohr und die Querbohrung des Pumpenrades in Verbindung stehen, stellt sich ein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen den Phasen der Fluide im inneren und äußeren Behälter ein. Das System ist wärmer geworden und das gasförmige Lösungsmittel hat den Sättigungszustand in beiden Behältern erreicht. (Experiment: Der große Dampfdruckkochtopf wird samt Inhalt auf einer Herdplatte bis auf eine Temperatur von 120 Grad Celsius erhitzt, im Inneren entsteht ein Druck von ca. 2 bar, die Luft enthält 100% Feuchtigkeit und das Wasser ist überhitzt).Now the wall of the outer container is heated and the system A quantity of heat Qa is supplied from the outside, sufficient for the internal temperature of the system above the boiling point of the To increase the liquid phase of the working fluid A. The heat flows from the outside in and first heats the fluids in the outside Container and then the fluids in the inner container. The Wall of the outer container is a heat exchanger between the environment and system, the wall of the inner tank is a heat exchanger between the amounts of fluid in the inner and outer containers. The Working fluid evaporates until the limit solubility of the reached gaseous phase of the working fluid in the solvent is. Because the fluids in both tanks are through the nozzle tube and the cross hole of the impeller are connected there is a thermodynamic equilibrium between the phases the fluids in the inner and outer containers. The system is has become warmer and the gaseous solvent has Saturation reached in both tanks. (Experiment: The large pressure cooker and its contents are all on one Stovetop up to a temperature of 120 degrees Celsius heated, inside there is a pressure of approx. 2 bar, the air contains 100% moisture and the water is overheated).
Nun wird der Gleichgewichtszustand des Systems gestört, indem die Welle W von außen kurzzeitig angetrieben und in Drehung versetzt wird.Now the equilibrium state of the system is disturbed by the shaft W is driven briefly from the outside and rotates is transferred.
Daraufhin entsteht ein thermodynamischer Fließprozeß:
This creates a thermodynamic flow process:
- 1. Die Welle wurde kurzfristig angetrieben. Im Pumpenrad entsteht eine Zentrifugalkraft, die flüssiges Arbeitsmittel aus dem inneren Behälter in den äußeren Behälter pumpt.1. The shaft was briefly driven. In the impeller creates a centrifugal force that liquid working fluid from pumps the inner container into the outer container.
- 2. Im inneren Behälter entsteht ein Unterdruck bei gesunkener Temperatur, im äußeren Behälter entsteht ein Überdruck bei gestiegener Temperatur. Das Fließgleichgewicht an den Phasengrenzen im inneren und äußeren Behälter wird gestört und stellt sich durch Phasenwechsel des Arbeitsmittels wieder ein.2. A negative pressure is created in the inner container when it has dropped Temperature, an overpressure is created in the outer container increased temperature. The flow balance at the Phase boundaries in the inner and outer container are disturbed and adjusts itself due to the phase change of the work equipment.
- 3. Das Gas im inneren Behälter wird übersättigt und es kondensiert ein Anteil Arbeitsmittel, das Gas im äußeren Behälter wird untersättigt und es verdampft ein Anteil Arbeitsmittel. Die Kondensation führt zur Tropfenbildung im inneren Behälter. Rings um den Tropfen entsteht ein Unterdruckgebiet, der Tropfen regnet ab und das Druckgefälle zwischen innerem und äußerem Behälter steigt an.3. The gas in the inner container becomes oversaturated and it a portion of the working fluid condenses, the gas in the outside The container is undersaturated and a portion evaporates Work equipment. The condensation leads to the formation of drops in the inner container. A appears around the drop Vacuum area, the drop is raining and the pressure drop increases between the inner and outer container.
- 4. Das Druckgefälle wird über die Gasphase zwischen den beiden Behältern ausgeglichen und gesättigtes Gasgemisch strömt durch das Düsenrohr nach innen, trifft auf das Turbinenrad und beschleunigt das Pumpenrad, welches die kondensierte Flüssigkeit vom inneren Behälter in den äußeren Behälter schleudert und damit ebenfalls das Druckgefälle zwischen den Flüssigphasen beider Behälter erhöht.4. The pressure drop is across the gas phase between the two Containers balanced and saturated gas mixture flows through the nozzle tube inside, meets the turbine wheel and accelerates the impeller, which condensed Liquid from the inner container to the outer container throws and thus also the pressure drop between the Liquid phases of both containers increased.
- 5. Die Kondensationswärme wird an das Lösungsmittel im inneren Behälter abgegeben. Die Verdampfungswärme wird dem flüssigen Arbeitsmittel im äußeren Behälter entzogen. Das innere Gas wird wärmer, die äußere Flüssigkeit wird kälter. Es entsteht ein innerer Wärmestrom Qi durch die Wand des inneren Behälters in den äußeren Behälter. Die Wärme zirkuliert zwischen Arbeitsmittel und Lösungsmittel: Die Kondensationswärme ist im System 'gefangen'.5. The heat of condensation is transferred to the solvent inside Container delivered. The heat of vaporization becomes the liquid Working equipment withdrawn in the outer container. The inner gas will warmer, the external liquid becomes colder. It arises internal heat flow Qi through the wall of the inner container in the outer container. The heat circulates between Work equipment and solvents: The heat of condensation is in the System 'caught'.
- 6. Die zugeführte Wärme kann nur durch die Wand des äußeren Behälters an die Umgebung abgegeben werden oder aber das System über das Wellenende als technische Arbeit verlassen. Da die Druckausgleichsvorgänge in Düsenrohr und Pumpenrad die Druckdifferenz zwischen innerem und äußerem Behälter steigern, beschleunigt sich das System von selbst. Das ruhende System ist labil, der Fließprozeß unterliegt einer Beschleunigung wie eine Kugel auf einer schiefen Ebene. Ähnliche Fließvorgänge findet man in der Erdatmosphäre als Wirbelsturm oder Tornado.6. The heat supplied can only be through the wall of the exterior Container are released to the environment or the system leave as technical work on the shaft end. Since the Pressure equalization processes in the nozzle tube and impeller Increase the pressure difference between the inner and outer container, the system accelerates itself. The system at rest is unstable, the flow process is subject to an acceleration like one Sphere on an inclined plane. Similar flow processes take place one in the earth's atmosphere as a cyclone or tornado.
Die dargestellte Maschine beinhaltet den thermodynamischen Kreisprozeß einer Dampfmaschine: Eine Flüssigkeit wird unter Wärmezugabe verdampft, der Dampf wird über eine Turbine entspannt, verrichtet Arbeit und wird in einem Kondensator verflüssigt. Das flüssige Arbeitsmedium wird über eine Speisewasserpumpe dem Dampfkessel erneut zugeführt, wobei die Pumparbeit durch die Turbine aufgebracht wird. Nach diesem Grundprinzip arbeiten alle Dampfkraftwerke.The machine shown includes the thermodynamic Circular process of a steam engine: A liquid is under The addition of heat evaporates, the steam is generated via a turbine relaxes, does work and is in a condenser liquefied. The liquid working medium is over a Feed water pump fed to the steam boiler again, the Pump work is applied by the turbine. After this The basic principle is that all steam power plants work.
Neuartig an der Maschine ist, daß der Kondensator sich im Inneren des Verdampfers befindet, der einen ersten Teil der Verdampfungswärme aus der Systemumgebung und einen zweiten Teil der Verdampfungswärme aus der freigewordenen Kondensationswärme bezieht: Die bei der Kondensation freiwerdende Wärme wird in der Maschine 'gefangen' da sie nur durch die Kondensatorwand in den Verdampfer gelangen kann und dort erneut zur Verdampfung von Flüssigkeit eingesetzt wird. Die Kondensationswärme gelangt nicht zurück in die Umgebung des Systems. Die zugeführte Wärmeenergie kann das System nur durch Rückabstrahlung durch die Behälterwand des Verdampfers verlassen, oder aber durch Abnahme von Wellenarbeit.What is new about the machine is that the capacitor is in the Inside the evaporator, which is a first part of the Evaporation heat from the system environment and a second part the heat of vaporization from the heat of condensation released relates: The heat released during the condensation is in the machine 'caught' only by the condenser wall can reach the evaporator and there again for evaporation of liquid is used. The heat of condensation arrives not back into the environment of the system. The fed The system can only generate thermal energy through back radiation leave the container wall of the evaporator, or through Decrease in wave work.
Wenn die Umwelttemperatur der Maschine die Siedetemperatur des Arbeitsmittels übersteigt und die Maschine in den Fließprozeß versetzt wird, so wirkt sie in der Umgebung als 'Wärmesenke' oder 'Wärmefalle', denn die Wärmeenergie fließt durch die äußere Behälterwand in das System und kann es nur über das Wellenende als technische Arbeit verlassen. Dieses ist deshalb möglich, weil sich die 'Atmosphäre' zur Kondensation des Dampfes im Inneren des Dampfkondensators befindet. Alle thermodynamischen Vorgänge sind ansonsten identisch mit denen eines Dampfkraftwerkes und ebenfalls identisch mit dem Wettergeschehen in der Erdatmosphäre: Die Maschine beinhaltet 'ein Windrad im tropischen Wirbelsturm in der Dose'.If the environmental temperature of the machine is the boiling point of the Working equipment exceeds and the machine in the flow process is moved, it acts as a 'heat sink' in the area or 'heat trap' because the heat energy flows through the outer container wall in the system and it can only be through that Leave shaft end as technical work. This is why possible because the 'atmosphere' condenses the Steam is located inside the steam condenser. All Otherwise, thermodynamic processes are identical to those a steam power plant and also identical to that Weather events in the earth's atmosphere: The machine contains 'a wind turbine in a tropical cyclone in a can'.
Die Maschine kann, da sie Wärmeenergie aus der Umgebung 'aufsaugt', diese aufgenommene Wärmeenergie vollständig in Wellenarbeit umwandeln bis ein Temperaturgleichgewicht zwischen der Umgebung und dem Inneren der Maschine hergestellt ist. Der erste und zweite Hauptsatz der Thermodynamik werden nicht verletzt.The machine can, since it gets thermal energy from the environment 'absorbs' this absorbed heat energy completely Convert wave work until a temperature equilibrium between the environment and the interior of the machine. The first and second law of thermodynamics are not injured.
Die Maschine kann bei geeigneter Wahl der Stoffpaarung der eingesetzten Fluide und bei geeigneter Konstruktion die in der Atmosphäre oder im Meerwasser der Erde als Wärme gespeicherte und ständig nachgelieferte Sonnenenergie nutzen und in technisch nutzbare Wellenarbeit umwandeln. Eine solche Maschine wird die Luft oder das Meerwasser abkühlen und Arbeit verrichten um beispielsweise Strom zu erzeugen. Sie benötigt nur eine bewegliche Baugruppe einfachster Bauart und erzeugt keine mechanischen Schwingungen durch oszillierende Massen. Da kein Stoffaustausch mit der Umgebung stattfindet ist sie vollkommen umweltneutral: Sie läuft abgasfrei und geräuscharm.With a suitable choice of the material combination, the machine can used fluids and with a suitable construction in the Atmosphere or stored in the sea water of the earth as heat and use continuously supplied solar energy and in Convert technically usable wave work. Such a machine will cool the air or sea water and work perform to generate electricity, for example. You needed only one movable assembly of the simplest type and produced no mechanical vibrations due to oscillating masses. There there is no exchange of substances with the environment Completely environmentally neutral: it runs emission-free and low-noise.
Aus Sicht der Umgebung produziert die Maschine Kälte und Arbeit. Die Arbeit wird aus der kinetischen Energie eines Gasstromes entnommen, der in ein dauerhaft aufrechterhaltenes Unterdruckgebiet oder Teilvakuum des inneren Behälters hineinströmt. Da die gasförmige Phase des Arbeitsmittels nicht explodiert sondern durch Kondensation implodiert, handelt es sich um eine Implosionswärmekraftmaschine.From the point of view of the environment, the machine produces cold and Job. The work becomes one out of the kinetic energy Extracted gas flow, which in a permanently maintained Vacuum area or partial vacuum of the inner container flows in. Because the gaseous phase of the working fluid is not explodes but implodes through condensation, it acts is an implosion heat engine.
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