DE10052993A1 - Process for converting thermal energy into mechanical energy in a thermal engine comprises passing a working medium through an expansion phase to expand the medium, and then passing - Google Patents

Process for converting thermal energy into mechanical energy in a thermal engine comprises passing a working medium through an expansion phase to expand the medium, and then passing

Info

Publication number
DE10052993A1
DE10052993A1 DE2000152993 DE10052993A DE10052993A1 DE 10052993 A1 DE10052993 A1 DE 10052993A1 DE 2000152993 DE2000152993 DE 2000152993 DE 10052993 A DE10052993 A DE 10052993A DE 10052993 A1 DE10052993 A1 DE 10052993A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
working medium
heat engine
heat
working
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE2000152993
Other languages
German (de)
Inventor
Bernhard Schaeffer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DOEKOWA GES ZUR ENTWICKLUNG DE
Original Assignee
DOEKOWA GES ZUR ENTWICKLUNG DE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DOEKOWA GES ZUR ENTWICKLUNG DE filed Critical DOEKOWA GES ZUR ENTWICKLUNG DE
Priority to DE2000152993 priority Critical patent/DE10052993A1/en
Publication of DE10052993A1 publication Critical patent/DE10052993A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/06—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using mixtures of different fluids

Abstract

Process for converting thermal energy into mechanical energy in a thermal engine comprises passing a working medium through an expansion phase to adiabatically expand the medium; and then passing it through a compression phase to thermally compress the medium. A rise in adiabatic pressure is experienced. The working medium is liquefied during the expansion and/or during the compression. An Independent claim is also included for a thermal engine for carrying out the process comprising a closed chamber with the expansion and compression phases, and a heat exchange device by which heat is added to and removed from the working medium. Preferred Features: The working medium is a multiple component mixture containing 10-30 wt.% water and 70-90 wt.% gasoline, or 5-10 wt.% water and 90-95 wt.% butane. A complete liquefaction of the working medium in the compression phase is carried out before the pressure is raised adiabatically.

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Wärmekraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11, des Anspruchs 20 bzw. des Anspruchs 21.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a Heat engine according to the preamble of claim 11, claim 20 or of claim 21.

Solche Verfahren bzw. Wärmekraftmaschinen setzen zugeführte Wärmeenergie in Arbeit um. Der Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine ist definiert als das Verhältnis von geleisteter Arbeit A zu zugeführter Wärmeenergie Qzu,
Such processes and heat engines convert heat energy into work. The efficiency of a heat engine is defined as the ratio of work done to A thermal energy supplied to Q,

η = A/Qzu (1)η = A / Q to (1)

Bei einem idealisierten Kreisprozeß ohne Verluste, beispielsweise nach Carnot, läßt sich zeigen, daß
In an idealized cycle without losses, for example according to Carnot, it can be shown that

η = A/Qzu = (Qzu-Qab)/Qzu,
η = A / Q zu = (Q zu -Q ab ) / Q zu ,

wobei Qab die abgeführte Wärmeenergie ist. where Q ab is the dissipated thermal energy.

Zugrundeliegender Stand der TechnikUnderlying state of the art

Solche Wärmekraftmaschinen sind beispielsweise als sogenannte Heißluftmaschinen allgemein bekannt und in vielen Lehrbücher der Thermodynamik beschrieben, beispiels­ weise "Thermodynamik" von E. Schmidt, 9. Auflage, Springer-Verlag 1962, S. 132-138. Zwei Kolbenmaschinen (oder Turbomaschinen) sind über ein Leitungssystem mit zwei Wärmetauschern miteinander verbunden. In den Kolbenmaschinen, das Leitungssystem und die Wärmetauscher befindet sich Luft als Arbeitsmedium. Je nach Aufbau der Heißluftmaschine kann das Arbeitsmedium verschiedene Prozesse durchlaufen. Beispielsweise kann die Kompression und Expansion adiabatisch (Joule-Prozeß) oder isotherm (Ericson-Prozeß) verlaufen. In der Praxis sind solche idealisierte Prozesse jedoch nur annähernd durchführbar.Such heat engines are, for example, as so-called hot air machines generally known and described in many thermodynamics textbooks, for example wise "Thermodynamics" by E. Schmidt, 9th edition, Springer-Verlag 1962, pp. 132-138. Two piston machines (or turbo machines) are connected via a line system with two Heat exchangers connected together. In the piston machines, the pipe system and the heat exchanger is air as the working medium. Depending on the structure of the Hot air machine, the working medium can go through various processes. For example, the compression and expansion can be adiabatic (Joule process) or run isothermally (Ericson process). In practice, these are idealized processes however only approximately feasible.

In mehreren verschiedenen Druckschriften sind Wärmekraftmaschinen offenbart, durch welche der Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschine verbessert werden soll:Heat engines are disclosed in several different publications Which efficiency of the heat engine should be improved:

Die DE 41 01 500 A1 offenbart eine mit einem Kreisprozeß arbeitende Wärmekraftmaschine mit einer Zylinderkammer, die durch einen Kolben begrenzt ist. In der Zylinderkammer ist eine Menge einer verdampfbaren Flüssigkeit als Arbeitsmedium bei einer Ausgangstemperatur vorgesehen. In einer ersten Arbeitsphase vergrößert sich das Volumen der Zylinderkammer von einem inneren Totpunkt durch Auswärtsbewegung des Kolbens bis zu einem äußeren Totpunkt. Im unteren Totpunkt wird die Bewegung des Kolbens für eine vorgegebene Zeitspanne angehalten. Dadurch wird eine Kondensation des unterkühlten Dampfes der Flüssigkeit eingeleitet. Dies führt zu einem plötzlichen Druckabfall. In einer zweiten Arbeitsphase wird dann der Kolben zum inneren Totpunkt bewegt. Das abgekühlte Kondensat wird mittels eines Wärmetauschers auf die Ausgangstemperatur erwärmt. Bei der DE 41 01 500 A1 besteht das Arbeitsmedium nur aus einer Komponente.DE 41 01 500 A1 discloses a cycle process Heat engine with a cylinder chamber which is delimited by a piston. In the cylinder chamber is a quantity of an evaporable liquid as the working medium provided at an initial temperature. In a first phase of work, it grows the volume of the cylinder chamber from an inner dead center Outward movement of the piston to an outer dead center. At bottom dead center the movement of the piston is stopped for a predetermined period of time. Thereby condensation of the supercooled vapor of the liquid is initiated. this leads to to a sudden drop in pressure. In a second phase of work, the piston is then moved to dead center. The cooled condensate is removed using a Heat exchanger heated to the initial temperature. DE 41 01 500 A1 the working medium from only one component.

Durch die DE 42 44 016 C2 ist eine Wärmekraftmaschine der eingangs genannten Art bekannt, bei welcher das Arbeitsmedium ein Zweistoffgemisch aus Stickstoff und Butan ist. Die Wärmekraftmaschine besteht aus einem auf einer Temperatur von 104,5°C gehaltenen Kessel und einem mit dem Kessel und einem im Kessel angeordneten Wärmetauscher verbundenen Zylinder, welcher von einem Kolben abgeschlossen ist. Das Verhältnis der Konzentrationen von Stickstoff und Butan sowie die Ausgangstemperatur (Kesseltemperatur) werden dabei so gewählt, daß das Zweistoffgemisch bei der Ausgangstemperatur im Bereich der retrograden Kondensation und die Ausgangstemperatur zwischen den kritischen Temperaturen von Stickstoff und Butan liegt. Durch Verwendung eines solchen Zweistoffgemisches soll der Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine verbessert werden. Dies wird dadurch erreicht, daß die Expansion des Volumens des Zweistoffgemisches im Bereich der retrograden Kondensation so schnell erfolgt, daß die Kondensatbildung verzögert wird. Im äußeren Totpunkt des Kolbens geht das System aus diesem instabilen Zustand in den Gleichgewichtszustand über. Durch ein dabei auftretendes, besonderes Verhalten des Zweistoffgemisches (Abknickung der Isobaren an der Phasengrenze), ist dies ist mit einem Druckabfall verbunden. Dies erhöht die geleistete Arbeit bei gegebener Wärmezufuhr und verbessert also den Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschine.DE 42 44 016 C2 is a heat engine of the type mentioned known in which the working medium is a two-component mixture of nitrogen and butane is. The heat engine consists of one at a temperature of 104.5 ° C  held boiler and one arranged with the boiler and one in the boiler Heat exchanger connected cylinder, which is closed by a piston. The Ratio of the concentrations of nitrogen and butane as well as the initial temperature (Boiler temperature) are chosen so that the two-substance mixture at Initial temperature in the area of retrograde condensation and the Initial temperature between the critical temperatures of nitrogen and butane lies. By using such a two-substance mixture, the efficiency of a Heat engine can be improved. This is achieved in that the expansion of the volume of the two-component mixture in the area of retrograde condensation it quickly happens that the formation of condensate is delayed. In the outer dead center of the Pistons the system goes from this unstable state to the equilibrium state about. Due to a particular behavior of the two-substance mixture that occurs (Kinking of the isobars at the phase boundary), this is with a pressure drop connected. This increases the work done for a given heat input and improves thus the efficiency of the heat engine.

Durch die US-A-4 242 870 ist ebenfalls eine Wärmekraftmaschine der eingangs genannten Art bekannt. Diese Druckschrift befaßt sich mit dem Problem des durch die Verdampfungseigenschaften des Arbeitsmediums auftretenden, ineffizienten Ausnutzens der Wärme des Wassers beim Wärmeaustausch in einem Wärmetauscher. Um die Wärme des wärmenden Wassers so effektiv wie möglich zu nutzen, sollte die Temperaturdifferenz zwischen dem wärmenden Wasser und dem Arbeitsmedium in jedem Punkt des Wärmetauschers möglichst konstant sein. Dies kann durch ein Zweistoffgemisch erreicht werden, bei welchem die chemischen Komponenten so gewählt und gemischt werden, daß die Mischung keine konstante Siedetemperatur aufweist, sondern vielmehr über einen gewünschten Bereich von steigender Temperatur verdampft. Dabei ist es wichtig, daß das Zweistoffgemisch ein bestimmtes Verhalten im T-H-Diagramm bei der Erwärmung in dem Wärmetauscher zeigt. Es wird gezeigt, daß ein Zweistoffgemisch aus 35 Mol% Isobutan in Propan diese Bedingungen erfüllt.Through the US-A-4 242 870 is also a heat engine of the beginning known type known. This document deals with the problem of through the Evaporation properties of the working medium occurring, inefficient exploitation the heat of the water when exchanging heat in a heat exchanger. To the warmth of the warming water should be used as effectively as possible Temperature difference between the warming water and the working medium be as constant as possible at every point of the heat exchanger. This can be done through a Two-substance mixture can be achieved, in which the chemical components so be chosen and mixed so that the mixture does not have a constant boiling temperature has, but rather over a desired range of increasing temperature evaporated. It is important that the two-substance mixture has a certain behavior in the T-H diagram shows the heating in the heat exchanger. It is shown that a two-substance mixture of 35 mol% isobutane in propane meets these conditions.

Durch die CH-A-237 849 ist ebenfalls eine Wärmekraftmaschine der eingangs genannten Art bekannt. Es ist dort gefunden worden, daß die Verwendung von Helium in Kombination mit einem weiteren Gas als Arbeitsmedium günstig ist. Dabei wird als Auswahlkriterium für das weitere Gas angegeben, daß das mittlere Molekulargewicht des Gasgemisches zwischen minimal 5 und maximal 15 und dessen Schallgeschwindigkeit bei Normaltemperatur zwischen 500 m/s und 900 m/s liegen soll.By CH-A-237 849 is also a heat engine of the aforementioned Kind known. It has been found there that the use of helium in  Combination with another gas as a working medium is cheap. It is called Selection criterion for the further gas indicated that the average molecular weight of the Gas mixture between a minimum of 5 and a maximum of 15 and its speed of sound at normal temperature between 500 m / s and 900 m / s.

Die DE 198 04 845 A1 offenbart ein Verfahren der eingangs genannten Art. Dabei wird ein Kreisprozeß beschrieben, bei welchem eine direkte Umwandlung thermischer Energie in mechanische Energie ohne Wärmeabgabe nach außen erfolgen soll. Als Arbeitsmedium wird ein Mehrstoffgemisch verwendet, das unter bestimmten Bedingungen eine retrograde Kondensation zeigt. Das Arbeitsmedium expandiert im Gebiet der retrograden Kondensation unter Arbeitsleistung. Nach der Entspannung erfolgt eine Trennung der Phasen, wobei die Rückführung der Dampfphase über Verdichtung und die Rückführung der flüssigen Phase durch Pumpenförderung auf den Ausgangsdruck durchgeführt wird. Im Verlauf der Rückvermischung wird thermische Energie zugeführt. Als Mehrstoffgemisch wird eine Mischung aus Butan und Stickstoff oder Kohlendioxid und Stickstoff angegeben. Die DE 196 08 300 offenbart ein ähnliches Verfahren, wobei jedoch eine Wärmeabgabe nach außen erfolgt.DE 198 04 845 A1 discloses a method of the type mentioned at the beginning described a cycle in which a direct conversion of thermal energy in mechanical energy without giving off heat to the outside. As Working medium is a multi-component mixture that is used under certain Conditions shows a retrograde condensation. The working medium expands in Field of retrograde condensation under work. After relaxation the phases are separated, the vapor phase being recirculated via Compression and the return of the liquid phase by pumping to the Output pressure is carried out. During the backmixing process, thermal Energy supplied. A mixture of butane and nitrogen is used as a multi-component mixture or carbon dioxide and nitrogen. DE 196 08 300 discloses a similar one Process, however, heat is given off to the outside.

Die Eigenschaften von Mehrstoffgemischen sind beispielsweise beschrieben in einem Buch von Stephan und Mayinger "Thermodynamik Grundlagen und technische Anwendungen", 11. Auflage, Band 2, Springer-Verlag, insbesondere S. 59-67.The properties of multi-component mixtures are described in one example Book by Stephan and Mayinger "Thermodynamics basics and technical Applications ", 11th edition, volume 2, Springer-Verlag, in particular pp. 59-67.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad eines Verfahrens bzw. einer Wärmekraftmaschine der eingangs genannten Art zu verbessern.The invention has for its object the efficiency of a method or to improve a heat engine of the type mentioned.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe jeweils durch die im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1, 11, 20 bzw. 21 aufgeführten Merkmale gelöst.According to the invention, this object is achieved in each of the characterizing part of the Claims 1, 11, 20 and 21 listed features solved.

Bei Wärmekraftmaschinen der hier vorliegenden Art wird dem Arbeitsmedium in verschiedenen Teilbereichen des Kreisprozesses Wärme zu- und abgeführt. Dabei kann ein Teil der in einem Teilbereich des Kreisprozesses abzuführenden Wärme wieder in einem anderen Teilbereich des Kreisprozesses zugeführt werden, d. h. diese abzuführende Wärme geht nicht verloren, sondern bleibt intern in dem System. Für den Wirkungsgrad ist es dann natürlich günstig, wenn diese interne Wärme möglichst groß und die abgeführte Wärme möglichst klein gehalten werden kann (s. Gl. 2).In heat engines of the type here, the working medium in different parts of the cycle heat supplied and removed. It can  part of the heat to be dissipated in a partial area of the cycle process another part of the cycle are fed, d. H. this to be discharged Heat is not lost, but remains in the system internally. For efficiency it is then of course favorable if this internal heat is as large as possible and the dissipated heat can be kept as small as possible (see Eq. 2).

Durch eine Verflüssigung des Arbeitsmediums während der adiabatischen Expansion und/oder während der thermischen Kompression ist es möglich, solche günstige Bedingungen zu erzielen. Der in diesen Phasen verflüssigte Teil des Arbeitsmediums wird dann adiabatisch komprimiert, wobei weder das Volumen noch die Temperatur des flüssigen Teil des Arbeitsmediums dabei wesentlich verändert wird.By liquefying the working medium during adiabatic expansion and / or during thermal compression it is possible to make such cheap ones To achieve conditions. The part of the working fluid liquefied in these phases is then compressed adiabatically, with neither the volume nor the temperature of the liquid part of the working medium is significantly changed.

Besonders günstige Bedingungen können erreicht werden, wenn der flüssige Teil des Arbeitsmediums von dem gasförmigen Teil des Arbeitsmediums unmittelbar nach der adiabatischen Expansion und/oder während der thermischen Kompression getrennt wird. Der flüssige Teil wird kann dann adiabatisch durch eine Speisepumpe komprimiert werden, ohne dabei gleichzeitig den gasförmigen Teil zu komprimieren. Da das dann flüssige Arbeitsmedium während der anschließenden Druckerhöhung (wegen der Inkompressibilität von Flüssigkeiten) nicht komprimiert wird und auch keine Temperaturerhöhung erfährt, ist es möglich, einen größeren Teil der dem Arbeitsmedium zu entziehenden Wärme dem System wieder zuzuführen.Particularly favorable conditions can be achieved if the liquid part of the Working medium from the gaseous part of the working medium immediately after the adiabatic expansion and / or during thermal compression. The liquid part is then adiabatically compressed by a feed pump without compressing the gaseous part at the same time. Then that liquid working medium during the subsequent pressure increase (because of the Incompressibility of liquids) is not compressed and neither If the temperature rises, it is possible to remove a larger part of the working medium return heat to the system to be extracted.

Weiterhin ist es günstig, wenn das Arbeitsmedium in der Kompressionsphase vollständig verflüssigt wird, und zwar nach der thermischen Kompression und vor der adiabatischen Druckerhöhung.Furthermore, it is favorable if the working medium is completely in the compression phase is liquefied, namely after thermal compression and before adiabatic Pressure increase.

Bei einer Kraftmaschine der eingangs erwähnten Art kann die Verflüssigung des Arbeitsmediums durch Verwendung eines Mehrstoffgemisches erreicht werden. Mehrstoffgemische haben gegenüber Monostoffen u. a. den Vorteil, daß sie mehr Freiheitsgrade haben. Dies ergibt sich aus der bekannten Gibbsschen Phasenregel, wonach die Anzahl der Freiheitsgrade mit der Anzahl der Komponenten des Mehrstoffgemisches steigt. Durch dieses Verhalten ist die Temperatur des Arbeitsmediums nicht wie bei Monostoffen bei vorgegebenem Druck und Volumen festgelegt. Durch diese Tatsache ist es u. a. möglich, während der adiabatischen Expansion einen geringen Temperaturabfall des Arbeitsmediums zu erzielen. Dies ist ein entscheidender Aspekt der Erfindung und wird später ausführlicher erklärt.In an engine of the type mentioned, the liquefaction of the Working medium can be achieved by using a multi-component mixture. Compound mixtures have compared to mono substances u. a. the advantage of being more Have degrees of freedom. This results from the well-known Gibbs phase rule, after which the number of degrees of freedom with the number of components of the Multi-component mixture increases. Due to this behavior, the temperature of the  Working medium not as with mono substances at a given pressure and volume established. Due to this fact it is u. a. possible during the adiabatic Expansion to achieve a low temperature drop in the working medium. This is a crucial aspect of the invention and will be explained in more detail later.

Die im wesentlichen vollständige Verflüssigung des Arbeitsmediums vor der Expansionsphase erfolgt also durch geeignete Wahl des Arbeitsmediums, des Arbeitsdruckbereichs und des Arbeitstemperaturbereichs der Wärmekraftmaschine. Dabei ist es günstig, das Arbeitsmedium so zu wählen, daß der Arbeitsdruckbereich und der Arbeitstemperaturbereich in dem bei Wärmekraftmaschinen üblichen Rahmen liegen. Zu niedrige oder zu hohe Drücke bzw. Temperaturen setzen nämlich sehr aufwendige apparative Maßnahmen voraus.The essentially complete liquefaction of the working medium before Expansion phase takes place through a suitable choice of working medium, the Working pressure range and the working temperature range of the heat engine. It is convenient to choose the working medium so that the working pressure range and the working temperature range is in the usual range for heat engines. Too low or too high pressures or temperatures set very expensive equipment measures ahead.

Es hat sich experimentell gezeigt, daß es Mehrstoffgemische gibt, welche dies erlauben. Die Stoffauswahl des Mehrstoffgemisches erfolgt vorzugsweise so, daß die Siedepunkte der einzelnen Stoffe des Mehrstoffgemisches innerhalb des Temperatur- und Druckbereichs der arbeitenden Wärmekraftmaschine liegen. Dies ermöglicht die vollständige Verflüssigung des Arbeitsmediums während der thermischen Expansion. Die Stoffauswahl des Mehrstoffgemisches kann jedoch auch so erfolgen, daß die Mischung endotherm ist, d. h. die Mischungsenthalpie ist positiv bei einer gegebenen Phase der Stoffe.It has been shown experimentally that there are multi-substance mixtures which allow this. The choice of substance of the multi-substance mixture is preferably such that the boiling points of the individual substances of the multi-substance mixture within the temperature and Pressure range of the working heat engine. This enables the complete liquefaction of the working medium during thermal expansion. The substance selection of the multi-substance mixture can, however, also take place in such a way that the Mixture is endothermic, d. H. the enthalpy of mixing is positive for a given Phase of substances.

Solche Verhalten zeigt beispielsweise ein Mehrstoffgemisch aus Wasser und Benzin bzw. Benzol in einem Mischungsverhältnis von ungefähr 10-30 Gew.-% Wasser und 70- 90 Gew.-% Benzin bzw. Benzol oder ein Mehrstoffgemisch aus Wasser und Butan in einem Mischungsverhältnis von ungefähr 5-10 Gew.-% Wasser und 90-95 Gew.-% Butan.Such behavior shows, for example, a multi-substance mixture of water and gasoline or Benzene in a mixing ratio of approximately 10-30% by weight of water and 70- 90 wt .-% gasoline or benzene or a multi-component mixture of water and butane in a mixing ratio of approximately 5-10% by weight water and 90-95% by weight Butane.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are below with reference to the associated drawings explained in more detail.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung und zeigt eine Wärmekraftmaschine der hier vorliegenden Art. Fig. 1 is a schematic representation and shows a heat engine of the present type.

Fig. 2 zeigt in einem p-V-Diagramm die Zustandsänderungen des Arbeitsmediums bei einem Kreisprozeß in einer Wärmekraftmaschine nach dem Stand der Technik. Fig. 2 shows in a pV diagram the changes in state of the working medium in a cycle in a heat engine according to the prior art.

Fig. 3 zeigt in einem T-S-Diagramm die Zustandsänderungen des Arbeitsmediums bei einem Kreisprozeß in einer Wärmekraftmaschine nach dem Stand der Technik. Fig. 3 shows in a TS diagram the changes in state of the working medium in a cycle in a heat engine according to the prior art.

Fig. 4 zeigt in einem p-V-Diagramm die Zustandsänderungen des Arbeitsmediums bei einem Kreisprozeß in einer erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine. Fig. 4 shows in a pV diagram the changes in state of the working medium in a cycle in a heat engine according to the invention.

Fig. 5 zeigt in einem T-S-Diagramm die Zustandsänderungen des Arbeitsmediums bei einem Kreisprozeß in einer erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine. Fig. 5 is a TS diagram the state changes of the working medium in a cyclic process according to the invention in a heat engine.

Vergleich der Erfindung mit dem Stand der TechnikComparison of the invention with the prior art

Anhand von Fig. 1 soll die Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels einer Wärmekraftmaschine beschrieben werden. Eine erste Turbine ist mit 10 und eine zweite Turbine mit 12 bezeichnet. Durch die beiden Turbinen 10 und 12 streckt sich eine Welle 14. An der Welle 14 kann beispielsweise ein (nicht gezeigter) Generator zur Stromerzeugung angeschlossen sein. Dabei befindet sich die erste Turbine 10 an der sogenannten kalten Seite und die zweite Turbine 12 an der sogenannten warmen Seite der Wärmekraftmaschine.The mode of operation of an exemplary embodiment of a heat engine is to be described with reference to FIG. 1. A first turbine is designated 10 and a second turbine 12 . A shaft 14 extends through the two turbines 10 and 12 . For example, a generator (not shown) for generating electricity can be connected to the shaft 14 . The first turbine 10 is located on the so-called cold side and the second turbine 12 on the so-called warm side of the heat engine.

Die beiden Turbinen 10 und 12 sind über ein Leitungssystem miteinander verbunden. Eine erste Leitung 16 verbindet die erste Turbine 10 mit dem Eingang der kalten Seite eines ersten Wärmetauschers 18. Der Ausgang der warmen Seite des ersten Wärmetauschers 18 ist über eine Leitung 20 mit dem Eingang der kalten Seite eines zweiten Wärmetauschers 22 verbunden. Der Ausgang der warmen Seite des zweiten Wärmetauschers 22 ist über eine Leitung 24 mit der zweiten Turbine 12 verbunden. Eine Leitung 26 verbindet die zweite Turbine 12 mit dem Eingang der warmen Seite des ersten Wärmetauschers 18. Der Ausgang der kalten Seite des ersten Wärmetauschers 18 ist über eine Leitung 20 mit dem Eingang der warmen Seite eines dritten Wärmetauschers 30 verbunden. Der Ausgang der kalten Seite des dritten Wärmetauschers 30 ist über eine Leitung 32 mit der ersten Turbine 10 verbunden. Dieses System bildet ein geschlossenes System, in welchem das Arbeitsmedium der Wärmekraftmaschine eingeschlossen ist. Das Arbeitsmedium fließt in Richtung der Pfeile in Fig. 1.The two turbines 10 and 12 are connected to one another via a line system. A first line 16 connects the first turbine 10 to the cold side inlet of a first heat exchanger 18 . The output of the warm side of the first heat exchanger 18 is connected via a line 20 to the input of the cold side of a second heat exchanger 22 . The output of the warm side of the second heat exchanger 22 is connected to the second turbine 12 via a line 24 . A line 26 connects the second turbine 12 to the inlet of the warm side of the first heat exchanger 18 . The cold side outlet of the first heat exchanger 18 is connected via a line 20 to the warm side inlet of a third heat exchanger 30 . The cold side output of the third heat exchanger 30 is connected to the first turbine 10 via a line 32 . This system forms a closed system in which the working medium of the heat engine is enclosed. The working medium flows in the direction of the arrows in FIG. 1.

Der Eingang der warmen Seite und der Ausgang der kalten Seite des zweiten Wärmetauschers 22 sind über Leitungen 34 und 36 mit einem ersten Kessel 38 verbunden. Der Eingang der kalten Seite und der Ausgang der warmen Seite des dritten Wärmetauschers 30 sind über Leitungen 40 und 42 mit einem zweiten Kessel 44 verbunden. Der erste Kessel 38 wird auf eine Temperatur T2 gehalten. Der zweite Kessel 44 wird auf eine Temperatur T4 gehalten, wobei T2 < T4 ist.The warm side inlet and the cold side outlet of the second heat exchanger 22 are connected to a first boiler 38 via lines 34 and 36 . The cold side inlet and the warm side outlet of the third heat exchanger 30 are connected via lines 40 and 42 to a second boiler 44 . The first boiler 38 is kept at a temperature T 2 . The second boiler 44 is kept at a temperature T 4 , where T 2 <T 4 .

Das Arbeitsmedium wird in der ersten Turbine 10 auf den Druck p1 komprimiert. Es fließt dann über die Leitung 16 in den ersten Wärmetauscher 18. Hier wird das Arbeitsmedium von der Temperatur T1 auf eine Temperatur Tw erwärmt. Dies erfolgt im Gegenstromverfahren durch gleichzeitige Abkühlung des von der zweiten Turbine 12 kommenden Arbeitsmediums. Das Arbeitsmedium fließt dann weiter über die Leitung 20 in den zweiten Wärmetauscher 22. Hier wird das Arbeitsmedium von der Temperatur Tw auf die Temperatur T2 erwärmt. Dies erfolgt im Gegenstromverfahren durch gleichzeitige Abkühlung des von dem ersten Kessel 38 kommenden Mediums. In der zweiten Turbine 12 wird das Arbeitsmedium dann entspannt, wodurch Arbeit geleistet wird. Das Arbeitsmedium verläßt die zweite Turbine 12 unter dem Druck p3 und mit der Temperatur T3. Es fließt über die Leitung 26 in den ersten Wärmetauscher 18 und wird hier auf eine Temperatur Tk abgekühlt. Das Arbeitsmedium fließt dann weiter über die Leitung 28 in den dritten Wärmetauscher 30. Hier wird das Arbeitsmedium von der Temperatur Tk auf die Temperatur T4 abgekühlt. Dies erfolgt im Gegenstromverfahren durch gleichzeitige Erwärmung des von dem zweiten Kessel 44 kommenden Mediums. Durch den ersten Wärmetauscher 18 ist es nicht möglich, das Arbeitsmedium aus der Leitung 16 auf die Temperatur T2 des Arbeitsmediums aus der Leitung 26 zu erwärmen oder das Arbeitsmedium aus der Leitung 26 auf die Temperatur T1 des Arbeitsmediums aus der Leitung 16 abzukühlen. Es gilt also immer T2 < Tw < Tk < T1.The working medium is compressed in the first turbine 10 to the pressure p 1 . It then flows via line 16 into the first heat exchanger 18 . Here the working medium is heated from the temperature T 1 to a temperature T w . This takes place in the counterflow process by simultaneous cooling of the working medium coming from the second turbine 12 . The working medium then continues to flow via line 20 into second heat exchanger 22 . Here the working medium is heated from the temperature T w to the temperature T 2 . This is done in a countercurrent process by simultaneous cooling of the medium coming from the first boiler 38 . The working medium is then expanded in the second turbine 12 , as a result of which work is performed. The working medium leaves the second turbine 12 under the pressure p 3 and at the temperature T 3 . It flows via line 26 into the first heat exchanger 18 and is cooled here to a temperature T k . The working medium then continues to flow via line 28 into third heat exchanger 30 . Here the working medium is cooled from the temperature T k to the temperature T 4 . This is done in a countercurrent process by simultaneous heating of the medium coming from the second boiler 44 . The first heat exchanger 18 does not make it possible to heat the working medium from line 16 to the temperature T 2 of the working medium from line 26 or to cool the working medium from line 26 to the temperature T 1 of the working medium from line 16 . So T 2 <T w <T k <T 1 always applies.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel arbeitet die erste Turbine 10 als Verdichter und die zweite Turbine 12 als Maschine. Über die Welle 14 wird die Turbine 10 von der Turbine 12 angetrieben. Es sei erwähnt, daß nicht nur Turbinen verwendet werden können, sondern beispielsweise auch Kolbenmaschinen. Weiterhin sei erwähnt, daß die hier beschriebene Wärmekraftmaschine nach dem sogenannten Joule-Prozeß arbeitet. Die Erfindung ist aber nicht beschränkt auf Wärmekraftmaschinen, welche nach diesem Arbeitsdiagramm arbeiten, sondern findet für alle Wärmekraftmaschinen Anwendung.In the exemplary embodiment described, the first turbine 10 works as a compressor and the second turbine 12 as a machine. The turbine 10 is driven by the turbine 12 via the shaft 14 . It should be mentioned that not only turbines can be used, but also piston machines, for example. It should also be mentioned that the heat engine described here works according to the so-called Joule process. However, the invention is not limited to heat engines that work according to this working diagram, but applies to all heat engines.

Die soweit bzgl. Fig. 1 beschreibe Wärmekraftmaschine entspricht dem Stand der Technik, kann jedoch auch bei den unten beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung eingesetzt werden. Zur besseren Klarstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung soll der Ablauf eines Kreisprozesses nach dem Stand der Technik mit dem erfindungsgemäßen Ablauf des Kreisprozesses verglichen werden. Fig. 2 und 3 zeigen die Zustandsänderungen des Arbeitsmediums bei einem Kreisprozeß in einer Wärmekraftmaschine nach dem Stand der Technik, während Fig. 4 und 5 die Zustandsänderungen des Arbeitsmediums bei einem Kreisprozeß in einer erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine zeigen.The heat engine described so far with reference to FIG. 1 corresponds to the prior art, but can also be used in the exemplary embodiments of the invention described below. For a better clarification of the method and the device according to the invention, the course of a cycle according to the prior art should be compared with the cycle of the cycle according to the invention. Figs. 2 and 3, the state changes to show the working medium in a cycle in a heat engine according to the prior art, while Fig. 4 and 5 show the state changes of the working medium in a cycle in an inventive heat engine.

Das Arbeitsmedium verläßt die erste Turbine 10 unter einem Druck p1 und mit einer Temperatur T1. Dies entspricht dem Punkt I in Fig. 2-5. In einer ersten Arbeitsphase wird das Arbeitsmedium annähernd isobar (p1 = p2) von der Temperatur T1 auf eine Temperatur T2 erwärmt, wobei das Volumen des Arbeitsmediums von einem Volumen V1 auf einem Volumen V2 zunimmt. Dabei wird in dem ersten Wärmetauscher 18 die Temperatur des Arbeitsmediums von T1 auf Tw und in dem zweiten Wärmetauscher 22 Tw auf T2 erhöht.The working medium leaves the first turbine 10 at a pressure p 1 and at a temperature T 1 . This corresponds to point I in Fig. 2-5. In a first working phase, the working medium is heated approximately isobarically (p 1 = p 2 ) from the temperature T 1 to a temperature T 2 , the volume of the working medium increasing from a volume V 1 to a volume V 2 . The temperature of the working medium is increased from T 1 to T w in the first heat exchanger 18 and T w to T 2 in the second heat exchanger 22 .

In einer zweiten Arbeitsphase wird das Arbeitsmedium annähernd adiabatisch von dem Druck p2 auf einem Druck p3 entspannt und von dem Volumen V2 auf einem Volumen V3 expandiert, wobei die Temperatur von der Temperatur T2 auf die Temperatur T3 abnimmt.In a second working phase, the working medium is expanded approximately adiabatically from the pressure p 2 to a pressure p 3 and expanded from the volume V 2 to a volume V 3 , the temperature decreasing from the temperature T 2 to the temperature T 3 .

In einer dritten Arbeitsphase wird das Arbeitsmedium annähernd isobar (p3 = p4) von der Temperatur T3 auf die Temperatur T4 abgekühlt, wobei das Volumen des Arbeits­ mediums von dem Volumen V3 auf einem Volumen V4 abnimmt.In a third working phase, the working medium is cooled approximately isobarically (p 3 = p 4 ) from the temperature T 3 to the temperature T 4 , the volume of the working medium decreasing from the volume V 3 to a volume V 4 .

In einer vierten Arbeitsphase wird das Arbeitsmedium annähernd adiabatisch unter Druck gesetzt, so daß sich der Druck von p4 auf p1 steigt. Bei dem Kreisprozeß nach dem Stand der Technik (Fig. 2 und 3) wird das Arbeitsmedium erst im Punkt I vollständig verflüssigt. Dies führt dazu, daß das dann gas- oder dampfförmige Arbeitsmedium bei der Druckerhöhung von p4 (Punkt IV) auf P1 (Punkt I) komprimiert wird, wobei dich das Volumen ändert (von V4 auf V1) und wodurch die Temperatur des Arbeitsmediums steigt (von T4 auf T1). Dieser Anstieg der Temperatur wird in dem T-S-Diagramm in Fig. 3 sehr deutlich. Bei dem erfindungsgemäßen Kreisprozeß (Fig. 4 und 5) hingegen wird das Arbeitsmedium schon während der adiabatischen Expansion von Punkt II nach Punkt III und/oder während der thermischen Kompression von Punkt III nach Punkt IV verflüssigt und kann dann im Punkt IV sogar im wesentlichen vollständig verflüssigt sein. Dies führt dazu, daß das Arbeitsmedium bei der Druckerhöhung von Punkt IV auf Punkt I nicht komprimiert wird, so daß auch die Temperatur des Arbeitsmediums während dieser Druckerhöhung nicht oder nur unwesentlich steigt, d. h. T4 ≈ T1. Dies wird in dem T-S- Diagramm in Fig. 5 sehr deutlich, in welchem die Punkte I und IV dann zusammenfallen.In a fourth working phase, the working medium is pressurized approximately adiabatically, so that the pressure rises from p 4 to p 1 . In the cycle according to the prior art ( FIGS. 2 and 3), the working medium is only completely liquefied at point I. This leads to the fact that the gaseous or vaporous working medium is compressed during the pressure increase from p 4 (point IV) to P 1 (point I), whereby the volume changes (from V 4 to V 1 ) and thereby the temperature of the Working medium increases (from M 4 to M 1 ). This increase in temperature is very clear in the TS diagram in FIG. 3. In the cycle process according to the invention ( FIGS. 4 and 5), on the other hand, the working medium is liquefied already during the adiabatic expansion from point II to point III and / or during the thermal compression from point III to point IV and can then even be essentially complete in point IV be liquefied. This leads to the fact that the working medium is not compressed during the pressure increase from point IV to point I, so that the temperature of the working medium does not increase or only increases slightly during this pressure increase, ie T 4 ≈ T 1 . This is very clear in the TS diagram in Fig. 5, in which the points I and IV then coincide.

Weiterhin zeigen die bei der Erfindung verwendeten Mehrstoffgemische auch bei der adiabatischen Expansion ein günstiges Verhalten. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die Temperatur dieser Mehrstoffgemische bei vorgegebener Drücken während der adiabatische Expansion weniger sinkt als bei sonstigen Stoffen, d. h. die Differenz T3 - T2 wird kleiner. Dieses Verhalten wird insbesondere bei endotherme Mischungen beobachtet. Bei solchen Mischungen kann der Druck- und Temperaturbereich so gewählt werden, daß das Arbeitsmedium während der adiabatischen Expansion teilweise verflüssigt wird. Auch dies erhöht die mögliche interne Wärmeübertragung mittels des Wärmetauschers 18 und wird durch einen Vergleich der Fig. 3 und 5 deutlich. Dabei kann erreicht werden, daß mehr als 30% des Arbeitsmediums nach der adiabatischen Expansion verflüssigt ist.Furthermore, the multi-substance mixtures used in the invention also exhibit favorable behavior in the case of adiabatic expansion. It has been shown that the temperature of these multicomponent mixtures drops less during adiabatic expansion than at other substances, ie the difference T 3 - T 2 becomes smaller. This behavior is observed especially with endothermic mixtures. In the case of such mixtures, the pressure and temperature range can be selected so that the working medium is partially liquefied during the adiabatic expansion. This also increases the possible internal heat transfer by means of the heat exchanger 18 and is clear from a comparison of FIGS. 3 and 5. It can be achieved that more than 30% of the working medium is liquefied after the adiabatic expansion.

Durch einen Vergleich der Fig. 2 und 4 erkennt man weiterhin, daß die geleistete Arbeit ( = Fläche der geschlossenen Kurve) bei dem erfindungsgemäßen Kreisprozeß größer ist. Auch dies liegt daran, daß die übliche Verdichtung von Gas beim Übergang von p4 (Punkt IV) auf p1 (Punkt I) im wesentlichen entfällt, da keine oder nur eine unwesentliche Gasphase vorhanden ist.A comparison of FIGS. 2 and 4 also shows that the work performed (= area of the closed curve) is greater in the cycle according to the invention. This is also due to the fact that the usual compression of gas at the transition from p 4 (point IV) to p 1 (point I) is essentially eliminated since there is no or only an insignificant gas phase.

Eine wesentliche Bedeutung der Erfindung stellt die kleine oder nicht vorhandene Temperaturdifferenz des Arbeitsmediums bei der Druckerhöhung dar. Diese Tatsache wird insbesondere durch einen Vergleich der beiden T-S-Diagramme der Fig. 3 und 5 deutlich, in welchen auch die Verlustwärme ΔTv der jeweiligen Wärmetauscher 18 und 30 (Fig. 1) angedeutet ist. Bei dem erfindungsgemäßen Prozeß kann die abgeführte Wärme Qab bzw. Tab sehr klein gehalten werden. Dadurch wird die Wärmemenge Qintern bzw. Tintern, welche durch den Wärmetauscher 18 (Fig. 1) innerhalb des Systems übertragen wird, sehr viel größer. Im Idealfall ist dann Qab bzw. Tab nicht von Stoffparametern abhängig, sondern entspricht lediglich der Verlustwärme ΔTv des Wärmetauschers 30 (Fig. 1) selbst.An important meaning of the invention is the small or nonexistent temperature difference of the working medium when the pressure is increased. This fact is particularly clear from a comparison of the two TS diagrams of FIGS. 3 and 5, in which the heat loss ΔT v of the respective heat exchanger 18 is also evident and 30 ( Fig. 1) is indicated. In the process according to the invention, the heat Q ab or T ab removed can be kept very small. As a result, the amount of heat Q internal or T internal , which is transmitted through the heat exchanger 18 ( FIG. 1) within the system, is very much larger. In the ideal case, Q ab or T ab is not dependent on material parameters, but only corresponds to the heat loss ΔT v of the heat exchanger 30 ( FIG. 1) itself.

Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention

Wie oben schon erwähnt, erfolgt die im wesentlichen vollständige Verflüssigung des Arbeitsmediums während der thermischen Kompression durch geeignete Wahl des Arbeitsmediums, des Arbeitsdruckbereichs und des Arbeitstemperaturbereichs der Wärmekraftmaschine. As already mentioned above, the essentially complete liquefaction of the Working medium during the thermal compression by suitable choice of Working medium, the working pressure range and the working temperature range of the Heat engine.  

In den hier dargestellten Ausführungsbeispielen wird als Arbeitsmedium ein Mehrstoffgemisch verwendet. In verschiedenen Experimenten hat es sich gezeigt, das Stoffgemische aus ca. 10-30 Gew.-% Wasser und 70-90 Gew.-% Benzin oder Benzol sehr günstige Bedingungen bzgl. Druck- und Temperaturbereich erlauben. Dabei kann nahezu jede Art von Benzin verwendet werden.In the exemplary embodiments shown here, a is used as the working medium Multi-component mixture used. Various experiments have shown that Mixtures of approx. 10-30% by weight water and 70-90% by weight gasoline or benzene allow very favorable conditions with regard to pressure and temperature range. It can almost any type of gasoline can be used.

Im folgenden werden einige experimentell bestätigten Ausführungsbeispiele des Mehrstoffgemisches in Kombination mit den relevanten Druck- und Temperaturbereichen aufgeführt (vgl. Fig. 4 und 5):
Some experimentally confirmed exemplary embodiments of the multi-substance mixture in combination with the relevant pressure and temperature ranges are listed below (see FIGS. 4 and 5):

  • 1. Ein Mehrstoffgemisch aus 26 Gew.-% Wasser und 74 Gew.-% Benzin (mit einem Siedebereich von ca. 40°C - 60°C) mit p1 = 7 bar, p3 = 2,3 bar, T2 = 150°C, T3 = 126°C und T4 = T1 = 90°C.1. A multi-component mixture of 26% by weight of water and 74% by weight of gasoline (with a boiling range of approx. 40 ° C.-60 ° C.) with p 1 = 7 bar, p 3 = 2.3 bar, T 2 = 150 ° C, T 3 = 126 ° C and T 4 = T 1 = 90 ° C.
  • 2. Ein Mehrstoffgemisch aus 15 Gew.-% Wasser und 85 Gew.-% Benzin mit p1 = 5,5 bar, p3 = 2 bar, T2 = 130°C, T3 = 116°C und T4 = T1 = 70°C.2. A multi-component mixture of 15% by weight of water and 85% by weight of gasoline with p 1 = 5.5 bar, p 3 = 2 bar, T 2 = 130 ° C, T 3 = 116 ° C and T 4 = T 1 = 70 ° C.
  • 3. Ein Mehrstoffgemisch aus 5-10 Gew.-% Wasser und 90-95 Gew.-% Butan mit p1 = 5 bar, p3 = 1,8 bar, T2 = 68°C, T3 = 52°C und T4 = T1 = 20°C.3. A multi-component mixture of 5-10% by weight water and 90-95% by weight butane with p 1 = 5 bar, p 3 = 1.8 bar, T 2 = 68 ° C, T 3 = 52 ° C and T 4 = T 1 = 20 ° C.

Bei Verwendung von Benzol statt Benzin sind die Drücke vorzugsweise etwas höher zu wählen.When using benzene instead of gasoline, the pressures are preferably slightly higher choose.

Claims (21)

1. Verfahren zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Energie in einer mit einem Kreisprozeß arbeitenden Wärmekraftmaschine, bei welchem ein Arbeitsmedium abwechselnd eine Expansionsphase und eine Kompressionsphase durchläuft, wobei das Arbeitsmedium in der Expansionsphase zunächst thermisch und anschließend adiabatisch expandiert wird und in der Kompressionsphase zunächst thermisch komprimiert wird und anschließend eine adiabatische Druckerhöhung erfährt, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmedium während der adiabatischen Expansion und/oder während der thermischen Kompression verflüssigt wird.1. A method for converting thermal energy into mechanical energy in a heat engine working with a cyclic process, in which a working medium alternately goes through an expansion phase and a compression phase, the working medium being expanded thermally and then adiabatically in the expansion phase and then thermally in the compression phase is compressed and then experiences an adiabatic pressure increase, characterized in that the working medium is liquefied during the adiabatic expansion and / or during the thermal compression. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine im wesentlichen vollständige Verflüssigung des Arbeitsmediums in der Kompressionsphase nach der thermischen Kompression vor der adiabatischen Druckerhöhung.2. The method according to claim 1, characterized by an essentially complete liquefaction of the working medium in the compression phase the thermal compression before the adiabatic pressure increase. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Trennung des flüssigen Teils und des gasförmigen Teils des Arbeitsmediums nach der adiabatischen Expansion und/oder während der thermischen Kompression.3. The method according to claim 1 or 2, characterized by separation of the liquid Part and the gaseous part of the working medium after the adiabatic Expansion and / or during thermal compression. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Mehrstoffgemisches als Arbeitsmedium.4. The method according to any one of claims 1-3, characterized by the use a multi-component mixture as the working medium. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Stoffe des Mehrstoffgemisches so ausgewählt werden, daß ihre Siedepunkte innerhalb des Temperatur- und Druckbereichs der arbeitenden Wärmekraftmaschine liegen. 5. The method according to claim 4, characterized in that the individual substances of the multi-component mixture are selected so that their boiling points within the The temperature and pressure range of the working heat engine are.   6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Stoffe des Mehrstoffgemisches so ausgewählt werden, daß die Mischung endotherm ist.6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the individual Substances of the multi-component mixture are selected so that the mixture is endothermic. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrstoffgemisch Wasser und Benzol enthält.7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that the Multi-substance mixture contains water and benzene. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrstoffgemisch Wasser und Benzin enthält.8. The method according to any one of claims 5-7, characterized in that the Multi-substance mixture contains water and gasoline. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrstoffgemisch 10-30 Gew.-% Wasser und 70-90 Gew.-% Benzin enthält.9. The method according to claim 8, characterized in that the multi-substance mixture Contains 10-30 wt .-% water and 70-90 wt .-% gasoline. 10. Verfahren nach Anspruch 5-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrstoffgemisch 5-10 Gew.-% Wasser und 90-95 Gew.-% Butan enthält.10. The method according to claim 5-8, characterized in that the Multi-substance mixture contains 5-10 wt .-% water and 90-95 wt .-% butane. 11. Mit einem Kreisprozeß arbeitende Wärmekraftmaschine, enthaltend
  • a) einen abgeschlossenen Raum, in dem ein Arbeitsmedium eingeschlossen ist, welches abwechselnd eine Kompressionsphase und eine Expansionsphase durchläuft und in der Kompressionsphase zunächst thermisch komprimiert wird und anschließend eine adiabatische Druckerhöhung erfährt, und
  • b) Wärmeaustauschmittel, mittels denen dem Arbeitsmedium Wärme zu- und abgeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) das Arbeitsmedium, der Arbeitsdruckbereich und der Arbeitstemperatur­ bereich der Wärmekraftmaschine so gewählt werden, daß das Arbeitsmedium während der adiabatischen Expansion und/oder der thermischen Kompression verflüssigt wird.
11. Cyclic heat engine containing
  • a) an enclosed space in which a working medium is enclosed, which alternately goes through a compression phase and an expansion phase and is first thermally compressed in the compression phase and then experiences an adiabatic pressure increase, and
  • b) heat exchange means by means of which heat is supplied to and removed from the working medium,
characterized in that
  • a) the working medium, the working pressure range and the working temperature range of the heat engine are chosen so that the working medium is liquefied during the adiabatic expansion and / or the thermal compression.
12. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmedium, der Arbeitsdruckbereich und der Arbeitstemperaturbereich der Wärmekraftmaschine so gewählt werden, daß das Arbeitsmedium in der Kompressionsphase nach der thermischen Kompression vor der adiabatischen Druckerhöhung im wesentlichen vollständig verflüssigt wird.12. Heat engine according to claim 11, characterized in that the Working medium, the working pressure range and the working temperature range of the Heat engine can be chosen so that the working medium in the Compression phase after thermal compression before adiabatic Pressure increase is essentially completely liquefied. 13. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmedium ein Mehrstoffgemisch ist.13. Heat engine according to claim 11 or 12, characterized in that the working medium is a multi-component mixture. 14. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Stoffe des Mehrstoffgemisches so ausgewählt werden, daß ihre Siedepunkte innerhalb des Temperatur- und Druckbereichs der arbeitenden Wärmekraftmaschine liegen.14. Heat engine according to claim 13, characterized in that the individual substances of the multi-substance mixture are selected so that their Boiling points within the working temperature and pressure range Heat engine lie. 15. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Stoffe des Mehrstoffgemisches so ausgewählt werden, daß die Mischung endotherm ist.15. Heat engine according to claim 13 or 14, characterized in that the individual substances of the multi-substance mixture are selected so that the Mixture is endothermic. 16. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrstoffgemisch Wasser und Benzol enthält.16. Heat engine according to claim 14 and 15, characterized in that the multi-component mixture contains water and benzene. 17. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 14-16, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrstoffgemisch Wasser und Benzin enthält.17. Heat engine according to one of claims 14-16, characterized in that the multi-component mixture contains water and gasoline. 18. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrstoffgemisch 10-30 Gew.-% Wasser und 70-90 Gew.-% Benzin enthält.18. Heat engine according to claim 17, characterized in that the Multi-component mixture contains 10-30 wt .-% water and 70-90 wt .-% gasoline. 19. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 14-17, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrstoffgemisch 5-10 Gew.-% Wasser und 90-95 Gew.-% Butan enthält. 19. Heat engine according to one of claims 14-17, characterized in that the multicomponent mixture contains 5-10% by weight of water and 90-95% by weight of butane.   20. Mit einem Kreisprozeß arbeitende Wärmekraftmaschine, enthaltend
  • a) einen abgeschlossenen Raum, in dem ein Arbeitsmedium eingeschlossen ist, welches abwechselnd eine Kompressionsphase und eine Expansionsphase durchläuft,
  • b) Wärmeaustauschmittel, mittels denen dem Arbeitsmedium Wärme zu- und abgeführt wird, und
  • c) das Arbeitsmedium ein Mehrstoffgemisch ist, dadurch gekennzeichnet, daß
  • d) das Mehrstoffgemisch 10-30 Gew.-% Wasser und 70-90 Gew.-% Benzin bzw. Benzol enthält.
20. Cyclic heat engine containing
  • a) an enclosed space in which a working medium is enclosed, which alternately goes through a compression phase and an expansion phase,
  • b) heat exchange means by means of which heat is supplied to and removed from the working medium, and
  • c) the working medium is a multi-substance mixture, characterized in that
  • d) the multicomponent mixture contains 10-30% by weight of water and 70-90% by weight of gasoline or benzene.
21. Mit einem Kreisprozeß arbeitende Wärmekraftmaschine, enthaltend
  • a) einen abgeschlossenen Raum, in dem ein Arbeitsmedium eingeschlossen ist, welches abwechselnd eine Kompressionsphase und eine Expansionsphase durchläuft,
  • b) Wärmeaustauschmittel, mittels denen dem Arbeitsmedium Wärme zu- und abgeführt wird, und
  • c) das Arbeitsmedium ein Mehrstoffgemisch ist, dadurch gekennzeichnet, daß
  • d) das Mehrstoffgemisch 5-10 Gew.-% Wasser und 90-95 Gew.-% Benzin bzw. Butan enthält.
21. Cyclic heat engine containing
  • a) an enclosed space in which a working medium is enclosed, which alternately goes through a compression phase and an expansion phase,
  • b) heat exchange means by means of which heat is supplied to and removed from the working medium, and
  • c) the working medium is a multi-substance mixture, characterized in that
  • d) the multicomponent mixture contains 5-10% by weight of water and 90-95% by weight of gasoline or butane.
DE2000152993 2000-10-18 2000-10-18 Process for converting thermal energy into mechanical energy in a thermal engine comprises passing a working medium through an expansion phase to expand the medium, and then passing Withdrawn DE10052993A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2000152993 DE10052993A1 (en) 2000-10-18 2000-10-18 Process for converting thermal energy into mechanical energy in a thermal engine comprises passing a working medium through an expansion phase to expand the medium, and then passing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2000152993 DE10052993A1 (en) 2000-10-18 2000-10-18 Process for converting thermal energy into mechanical energy in a thermal engine comprises passing a working medium through an expansion phase to expand the medium, and then passing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10052993A1 true DE10052993A1 (en) 2002-05-02

Family

ID=7661068

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2000152993 Withdrawn DE10052993A1 (en) 2000-10-18 2000-10-18 Process for converting thermal energy into mechanical energy in a thermal engine comprises passing a working medium through an expansion phase to expand the medium, and then passing

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10052993A1 (en)

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10356738A1 (en) * 2003-12-02 2005-08-18 Permobil Gmbh & Co Kg Method and device for generating mechanical energy
DE102008019906A1 (en) 2007-10-14 2009-04-16 Ingelheim, Peter, Graf Von Thermal power plant for generating steam, is provided with two consecutive steam cycles, where liquid with specific condensation capacity at particular temperature and vapor pressure at that temperature is evaporated
DE102009017279A1 (en) 2009-04-11 2010-10-21 Norbert Kuhl Thermal engine i.e. reciprocating piston engine, has metallic cylinder and metallic piston that form work space and are provided with cylinder isolation element and piston isolation element
WO2012074911A2 (en) * 2010-11-29 2012-06-07 Echogen Power Systems, Inc. Heat engine cycles for high ambient conditions
US8613195B2 (en) 2009-09-17 2013-12-24 Echogen Power Systems, Llc Heat engine and heat to electricity systems and methods with working fluid mass management control
US8616001B2 (en) 2010-11-29 2013-12-31 Echogen Power Systems, Llc Driven starter pump and start sequence
US8783034B2 (en) 2011-11-07 2014-07-22 Echogen Power Systems, Llc Hot day cycle
US8794002B2 (en) 2009-09-17 2014-08-05 Echogen Power Systems Thermal energy conversion method
US8813497B2 (en) 2009-09-17 2014-08-26 Echogen Power Systems, Llc Automated mass management control
US8869531B2 (en) 2009-09-17 2014-10-28 Echogen Power Systems, Llc Heat engines with cascade cycles
US9014791B2 (en) 2009-04-17 2015-04-21 Echogen Power Systems, Llc System and method for managing thermal issues in gas turbine engines
US9062898B2 (en) 2011-10-03 2015-06-23 Echogen Power Systems, Llc Carbon dioxide refrigeration cycle
US9091278B2 (en) 2012-08-20 2015-07-28 Echogen Power Systems, Llc Supercritical working fluid circuit with a turbo pump and a start pump in series configuration
US9118226B2 (en) 2012-10-12 2015-08-25 Echogen Power Systems, Llc Heat engine system with a supercritical working fluid and processes thereof
US9316404B2 (en) 2009-08-04 2016-04-19 Echogen Power Systems, Llc Heat pump with integral solar collector
US9341084B2 (en) 2012-10-12 2016-05-17 Echogen Power Systems, Llc Supercritical carbon dioxide power cycle for waste heat recovery
US20160146517A1 (en) * 2013-07-09 2016-05-26 Petrus Carolus VAN BEVEREN Heat recovery and upgrading method and compressor for using in said method
US9441504B2 (en) 2009-06-22 2016-09-13 Echogen Power Systems, Llc System and method for managing thermal issues in one or more industrial processes
US9638065B2 (en) 2013-01-28 2017-05-02 Echogen Power Systems, Llc Methods for reducing wear on components of a heat engine system at startup
US9752460B2 (en) 2013-01-28 2017-09-05 Echogen Power Systems, Llc Process for controlling a power turbine throttle valve during a supercritical carbon dioxide rankine cycle
US10934895B2 (en) 2013-03-04 2021-03-02 Echogen Power Systems, Llc Heat engine systems with high net power supercritical carbon dioxide circuits
US11187112B2 (en) 2018-06-27 2021-11-30 Echogen Power Systems Llc Systems and methods for generating electricity via a pumped thermal energy storage system
US11293309B2 (en) 2014-11-03 2022-04-05 Echogen Power Systems, Llc Active thrust management of a turbopump within a supercritical working fluid circuit in a heat engine system
US11435120B2 (en) 2020-05-05 2022-09-06 Echogen Power Systems (Delaware), Inc. Split expansion heat pump cycle
US11629638B2 (en) 2020-12-09 2023-04-18 Supercritical Storage Company, Inc. Three reservoir electric thermal energy storage system

Cited By (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10356738B4 (en) * 2003-12-02 2008-06-26 Permobil Gmbh & Co Kg Method and device for generating mechanical energy
DE10356738A1 (en) * 2003-12-02 2005-08-18 Permobil Gmbh & Co Kg Method and device for generating mechanical energy
DE102008019906A1 (en) 2007-10-14 2009-04-16 Ingelheim, Peter, Graf Von Thermal power plant for generating steam, is provided with two consecutive steam cycles, where liquid with specific condensation capacity at particular temperature and vapor pressure at that temperature is evaporated
DE102009017279A1 (en) 2009-04-11 2010-10-21 Norbert Kuhl Thermal engine i.e. reciprocating piston engine, has metallic cylinder and metallic piston that form work space and are provided with cylinder isolation element and piston isolation element
US9014791B2 (en) 2009-04-17 2015-04-21 Echogen Power Systems, Llc System and method for managing thermal issues in gas turbine engines
US9441504B2 (en) 2009-06-22 2016-09-13 Echogen Power Systems, Llc System and method for managing thermal issues in one or more industrial processes
US9316404B2 (en) 2009-08-04 2016-04-19 Echogen Power Systems, Llc Heat pump with integral solar collector
US9458738B2 (en) 2009-09-17 2016-10-04 Echogen Power Systems, Llc Heat engine and heat to electricity systems and methods with working fluid mass management control
US9115605B2 (en) 2009-09-17 2015-08-25 Echogen Power Systems, Llc Thermal energy conversion device
US8794002B2 (en) 2009-09-17 2014-08-05 Echogen Power Systems Thermal energy conversion method
US8813497B2 (en) 2009-09-17 2014-08-26 Echogen Power Systems, Llc Automated mass management control
US8613195B2 (en) 2009-09-17 2013-12-24 Echogen Power Systems, Llc Heat engine and heat to electricity systems and methods with working fluid mass management control
US8869531B2 (en) 2009-09-17 2014-10-28 Echogen Power Systems, Llc Heat engines with cascade cycles
US9863282B2 (en) 2009-09-17 2018-01-09 Echogen Power System, LLC Automated mass management control
US8857186B2 (en) 2010-11-29 2014-10-14 Echogen Power Systems, L.L.C. Heat engine cycles for high ambient conditions
US8616001B2 (en) 2010-11-29 2013-12-31 Echogen Power Systems, Llc Driven starter pump and start sequence
US9284855B2 (en) 2010-11-29 2016-03-15 Echogen Power Systems, Llc Parallel cycle heat engines
WO2012074911A3 (en) * 2010-11-29 2012-08-16 Echogen Power Systems, Inc. Heat engine cycles for high ambient conditions
WO2012074911A2 (en) * 2010-11-29 2012-06-07 Echogen Power Systems, Inc. Heat engine cycles for high ambient conditions
US9410449B2 (en) 2010-11-29 2016-08-09 Echogen Power Systems, Llc Driven starter pump and start sequence
US9062898B2 (en) 2011-10-03 2015-06-23 Echogen Power Systems, Llc Carbon dioxide refrigeration cycle
US8783034B2 (en) 2011-11-07 2014-07-22 Echogen Power Systems, Llc Hot day cycle
US9091278B2 (en) 2012-08-20 2015-07-28 Echogen Power Systems, Llc Supercritical working fluid circuit with a turbo pump and a start pump in series configuration
US9341084B2 (en) 2012-10-12 2016-05-17 Echogen Power Systems, Llc Supercritical carbon dioxide power cycle for waste heat recovery
US9118226B2 (en) 2012-10-12 2015-08-25 Echogen Power Systems, Llc Heat engine system with a supercritical working fluid and processes thereof
US9638065B2 (en) 2013-01-28 2017-05-02 Echogen Power Systems, Llc Methods for reducing wear on components of a heat engine system at startup
US9752460B2 (en) 2013-01-28 2017-09-05 Echogen Power Systems, Llc Process for controlling a power turbine throttle valve during a supercritical carbon dioxide rankine cycle
US10934895B2 (en) 2013-03-04 2021-03-02 Echogen Power Systems, Llc Heat engine systems with high net power supercritical carbon dioxide circuits
US20160146517A1 (en) * 2013-07-09 2016-05-26 Petrus Carolus VAN BEVEREN Heat recovery and upgrading method and compressor for using in said method
US11293309B2 (en) 2014-11-03 2022-04-05 Echogen Power Systems, Llc Active thrust management of a turbopump within a supercritical working fluid circuit in a heat engine system
US11187112B2 (en) 2018-06-27 2021-11-30 Echogen Power Systems Llc Systems and methods for generating electricity via a pumped thermal energy storage system
US11435120B2 (en) 2020-05-05 2022-09-06 Echogen Power Systems (Delaware), Inc. Split expansion heat pump cycle
US11629638B2 (en) 2020-12-09 2023-04-18 Supercritical Storage Company, Inc. Three reservoir electric thermal energy storage system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10052993A1 (en) Process for converting thermal energy into mechanical energy in a thermal engine comprises passing a working medium through an expansion phase to expand the medium, and then passing
DE102008005978B4 (en) Low-temperature power plant and method for operating a thermodynamic cycle
DE69627480T2 (en) TURBINE CIRCUIT WITH PREHEATED INJECTION
EP0855009B1 (en) Sorption heat converter system with additional components
EP1925806B1 (en) System with an organic Rankine cycle for operating at least one expansion machine, heat exchanger for operating one expansion machine, method for operating at least one expansion machine
DE2163139C2 (en) Method for operating a closed refrigeration circuit and device for carrying out the method
EP2188500A2 (en) Method and device for converting thermal energy into mechanical energy
WO1985004216A1 (en) Method and plant intended to a thermodynamic cycle process
WO2007137315A2 (en) Method and device for converting thermal energy into mechanical work
DE2800303A1 (en) HEAT EXCHANGER
EP1454051B1 (en) Thermohydrodynamic power amplifier
EP2321592B1 (en) Heat pump or refrigeration device and method for operating a heat pump or refrigeration device
DE112016000565B4 (en) Unit for converting heat into mechanical energy
CH709010A1 (en) Thermal power plant with heat recovery.
DE202007017723U1 (en) Plant for refrigeration, heating or air conditioning, in particular refrigeration system
DE102009043720A1 (en) Heat engine for performing solar energy conversion process, has expansion turbine isothermally operated, where heat transfer medium passes through guide blades and housing of turbine such that blades and housing function as heat exchanger
WO2018072897A1 (en) Waste heat power plant with stepwise heat supply
DE102004054674A1 (en) Process for liquefying a hydrocarbon-rich stream
WO2020200516A1 (en) Method and system for condensing a gas
DE102009048324A1 (en) Compound pulse tube cooler
DE2638084A1 (en) PROCEDURE FOR ISENTROPIC EXPANSION OF GASES
WO1997032114A1 (en) Cyclic-operation heat engine
DE102017202227A1 (en) Method for operating a heat pump system, heat pump system and power plant with a heat pump system
WO2023237162A1 (en) Arrangement and method for converting waste heat into mechanical energy and use of an absorption cooling system as temperature controller
DE2249487C3 (en) Hot gas rotary piston machine

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee