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DE3304729A1 - Process for the operation of a heat engine with a gaseous medium - Google Patents

Process for the operation of a heat engine with a gaseous medium

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Publication number
DE3304729A1
DE3304729A1 DE19833304729 DE3304729A DE3304729A1 DE 3304729 A1 DE3304729 A1 DE 3304729A1 DE 19833304729 DE19833304729 DE 19833304729 DE 3304729 A DE3304729 A DE 3304729A DE 3304729 A1 DE3304729 A1 DE 3304729A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
gas
heat engine
isobaric
volume
heat
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE19833304729
Other languages
German (de)
Inventor
Jürgen 2804 Lilienthal Henkel
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Priority to JP2419384A priority patent/JPS59155554A/en
Publication of DE3304729A1 publication Critical patent/DE3304729A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

A very efficiently functioning process for the operation of a heat engine with a gaseous medium functions entirely in the superheated range in a cycle which comprises a large isobaric first section, an adiabatic or isothermic second section, a second large isobaric section and a fourth section, which also runs adiabatically or isothermally, the pressure differential between the two isobars being comparatively small and the temperature differences comparatively large, and the work obtained due to the volume expansion being converted isobarically into admission work in the heat engine.

Description

Beschreibung description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmekraftmaschine mit einem-gasförmigen Medium.The invention relates to a method for operating a heat engine with a gaseous medium.

Dampfmaschinent Brennkraft-Kolbenmotoren, Gasturbinen und andere Wärmekraftmaschinen arbeiten nach dem Prinzip; daß einem Medium Wärme zugeführt und dieses Medium in der Wärmekraftmaschine auf eine niedrigere Temperatur entspannt wird. Das Temperaturgefälle entspricht der gewonnenen mechanischen Arbeit. Verbleibende Restwärme wird abgeführt. Diesen Maschinen ist somit gemeinsam, daß die Abwärme ein geringeres Temperaturniveau als die zugeführte Wärme hat und entweder gar nicht oder nur zu einem sehr kleinen Teil in den Prozeß zurückgeführt wird.Steam engine Internal combustion piston engines, gas turbines and other heat engines work on the principle; that a medium is supplied with heat and this medium in the heat engine is relaxed to a lower temperature. The temperature gradient corresponds to the mechanical work gained. Remaining residual heat is dissipated. What these machines have in common is that the waste heat has a lower temperature level than the heat supplied and either not at all or only to a very small extent Part is fed back into the process.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmekraftmaschine mit einem gasförminen Medium zu schaffen, durch daß die Abwärme-Verluste minimiert, die in der Abwärme enthaltene Energie für den Betrieb der Wärmekraftmaschine ausgenutzt werden und deren Wirkungsgrad erhöht wird.The invention is based on the object of a method of operation to create a heat engine with a gaseous medium, through that the Waste heat losses minimized, the energy contained in the waste heat for operation the heat engine can be exploited and its efficiency is increased.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß überhitztes Frischgas mit einem Volumen1, einem Druck P1 und einer Temperatur T1 zunächst in einem Wärmetauscher weitgehend isobar durch das im Gegenstrom geführte Abgas der Wärmekraftmaschine unter Vergrößerung seines Volumens auf einen Wert V2 auf eine Zwischentemperatur T2.To solve this problem it is proposed that superheated fresh gas with a volume 1, a pressure P1 and a temperature T1 initially in a heat exchanger largely isobaric due to the countercurrent exhaust gas from the heat engine while increasing its volume to a value V2 to an intermediate temperature T2.

und dann durch Zufuhr äußerer Energie weiterhin weitgehend isobar auf eine Endtemperatur T3 unter Volumenvergrößerung auf einen Wert V3 nacherhitzt wird, daß das Gas darauf in die Wärmekraftmaschine eingeleitet und dort die durch die Volumenausdehnung gewonnene Arbeit in Einströmarbeit isobar umsetzt und anschließend auf einen überhitzten Abgas zustand V4, P4, T4 entspannt wird, daß diesem Abgas dann außerhalb der Wärmekraftmaschine und in den Wärmetauscher weitgehend isobar unter Verringerung seines Volumens auf einen Wert V5 im Gegenstrom zu dem Frischgas zunächst bis zum Erreichen einer Zwischentemperatur T5 und anschließend durch Nachkühlung-sowie weiterhin weitgehend isobar bis zu einem noch überhitzten Temperaturwert T6 sowie einem Volumen V6 Wärme entzogen wird und daß das Gas darauf in den Frischgaszustand V1, P1, T1 verdichtet und anschließend wieder in den Wä-rmetauscher geschoben wird.and then continues to be largely isobaric through the addition of external energy reheated to a final temperature T3 with an increase in volume to a value V3 is that the gas is then introduced into the heat engine and there converts the work gained by the volume expansion isobarically into inflow work and then expanded to an overheated exhaust gas state V4, P4, T4, that this exhaust gas then outside the heat engine and into the heat exchanger largely isobaric while reducing its volume to a value V5 in countercurrent to the fresh gas first until an intermediate temperature T5 is reached and then by after-cooling - as well as being largely isobaric until it is still overheated Temperature value T6 and a volume V6 heat is withdrawn and that the gas on it compressed into the fresh gas state V1, P1, T1 and then back into the heat exchanger is pushed.

Im Einzelfall kann es vorteilhaft sein, daß das Nachkühlen des Gases im Anschluß an seine Verdichtung und vor seiner im Gegenstrom stattfindenden Erhitzung vorgenommen wird.In individual cases it can be advantageous that the after-cooling of the gas following its compression and before its countercurrent heating is made.

Der Kerngedanke der erfindungsgemäßen Lösung liegt somit darin, daß die erwartete Arbeit zum größten Teil aus der Ausdehnung des Gases und nur zum geringsten Teil aus seiner Entspannung gewonnen wird und auf diese Weise die im Abgas enthaltene Energie optimal genutzt werden kann.Bei Verwendung eines Gleichstromverdichters und einer Gleichstrom-Wärmekraftmaschine kann das Volumen des Gases von V4 auf V5 ohne mechanische Arbeit verringert werden.The core idea of the solution according to the invention is thus that most of the expected work from the expansion of the gas and only a little Part of its relaxation is obtained and in this way that contained in the exhaust gas Energy can be used optimally when using a direct current compressor and a direct current heat engine can increase the volume of the gas from V4 to V5 can be reduced without mechanical work.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nachstehend unter Bezugnahme auf das beigefügte Molier h, p-Diagramm erläutert.An embodiment of the method according to the invention is given below explained with reference to the attached Molier h, p diagram.

Der Kreisprozeß durchläuft das Diagramm im Uhrzeigersinn. Dabei ist von Bedeutung, daß das gasförmige Medium zu keiner Zeit einen Kondensationsbereich durchläuft, also jederzeit im überhitzten Bereich bleibt.The cycle runs through the diagram in a clockwise direction. It is important that the gaseous medium at no time a condensation area runs through, so remains in the overheated area at all times.

Des weiteren ist es von Bedeutung, daß die im einzelnen noch erläuterten Druckdifferenzen vergleichsweise klein und die ebenfalls angesprochenen Temperaturdifferenzen vergleichsweise groß sein sollten.Furthermore, it is important that the still explained in detail Pressure differences comparatively small and the temperature differences also mentioned should be comparatively large.

Die im folgenden angegebenen Zustandsgrößen des Gases an den verschiedenen Punkten des Diagramms beziehen sich auf ein Rechenbeispiel, bei dem als Arbeitsgas Wasserstoff zugrundegelegt wurde. Somit ergibt sich, daß die folgenden Zustandsgrößen hinsichtlich ihrer absoluten Werte nur als Beispiel zu werten sind.The parameters of the state of the gas given below at the various Points in the diagram relate to a calculation example in which the working gas Hydrogen was used. It thus follows that the following state variables with regard to their absolute values are only to be considered as an example.

Am Punkts des Diagramms liegt Frischgas in einem Zustand von V1 = 1872 dm3, P1-= 4,2 bar, T1 = 1910K vor.At the point of the diagram, fresh gas is in a state of V1 = 1872 dm3, P1- = 4.2 bar, T1 = 1910K before.

Dieses Frischgas wird auf der Diagrammstrecke 1 - 2 in einem Gegenstrom-Wärmetauscher isobar in den Zustand V2 = 2754 dm3, P2 = 4,2 bar, T2 = 2810K überführt.This fresh gas is on the diagram section 1 - 2 in a countercurrent heat exchanger isobarically converted into the state V2 = 2754 dm3, P2 = 4.2 bar, T2 = 2810K.

Hierauf folgt eine isobare Nacherhitzung entsprechend der Diagrammstrecke 2 - 3 auf einen Glaszustand V3 = 2806 dm3, P3 = 4,2 bar, T3 = 286,30K.This is followed by isobaric reheating according to the diagram 2 - 3 to a glass condition V3 = 2806 dm3, P3 = 4.2 bar, T3 = 286.30K.

Mit diesem Zustand wird das Gas in die Wärmekraftmaschine geleitet und dort nach Leistung der isobaren Einströmarbeit annähernd isotherm oder adiabatisch auf den Zustand V4 = 3757 dem3, T4 = 3,1 bar, T4 = 2830K entspannt. Das die Wärmekraftmaschine mit diesem Zustand verlassende Abgas wird nun in den Gegenstrom-Wärmetauscher geleitet und gibt entsprechend der Diagrammstrecke 4 - 5 seine Wärme an das entgegengesetzt strömende Frischgas (Strecke 1 - 2) ab. Um diese Wärmeübertragung zu ermöglichen; muß das Abgas an jeder Stelle des Wärmetauschers eine höhere Temperatur haben als das Frischgas. Um dies zu erreichen, ist die bereits erwähnte Nacherhitzung entlang der Diagrammstrecke 2 - 3 vorgesehen.With this state, the gas is fed into the heat engine and there, according to the performance of the isobaric inflow work, approximately isothermal or adiabatic relaxed to the state V4 = 3757 dem3, T4 = 3.1 bar, T4 = 2830K. That the heat engine Exhaust gas leaving this state is now passed into the countercurrent heat exchanger and gives its heat to the opposite in accordance with the diagram section 4-5 flowing fresh gas (route 1 - 2). To enable this heat transfer; the exhaust gas must have a higher temperature at every point in the heat exchanger as the fresh gas. To achieve this, the aforementioned post-heating is along the diagram section 2 - 3 provided.

Das Abgas verläßt den Wärmetauscher mit einem Zustand -V5 = 2562 dm3, P5 = 3,1 bar, T5 = 1930K. Im Hinblick auf die zur Wärmeübertragung erforderliche Temperaturdifferenz und die nachfolgend stattfindende Verdichtung des4~Gases sowie die dabei eintretende Temperaturerhöhung um 2,50K wird das Abgas vor Eintritt in den Verdichter zunächst noch auf einen Zustand V6 = 2503 dm3, P6 = 3,1 bar,. T6 = 188,5°K nachgekühlt. In einem Verdichter findet dann eine weitgehend adiabatische oder isotherme Verdichtung auf den Frischgaszustand V1, P1, T1 statt.The exhaust gas leaves the heat exchanger with a state -V5 = 2562 dm3, P5 = 3.1 bar, T5 = 1930K. In terms of what is required for heat transfer Temperature difference and the subsequent compression of the gas as well as the resulting temperature increase of 2.50K is the exhaust gas before it enters initially set the compressor to a state V6 = 2503 dm3, P6 = 3.1 bar ,. T6 = 188.5 ° K post-cooled. In a compressor there is then a largely adiabatic or isothermal compression to the fresh gas state V1, P1, T1 instead.

Schließlich ist zu erwähnen, daß sowohl das Nachkühlen als auch das Nacherhitzen des Gases nicht nur wie dargestellt vor dem Punkt 6 und vor dem Punkt 3 stattfinden kann, sondern daß beides entweder im Bereich-der Strecke 1 - 3 oder 4 - 6 einschiebbar ist.Finally, it should be noted that both the post-cooling and the Post-heating of the gas not only as shown before point 6 and before point 3 can take place, but that both can take place either in the range 1 - 3 or 4 - 6 can be inserted.

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Claims (7)

Verfahren zum Betreiben einer Wärmekraftmaschine mit einem gasförmigen Medium A n s p r ü c h e Verfahren zum Betreiben einer Wärmekraftmaschine mit einem gasförmigen Medium, dadurch gekennzeichnet, daß überhitztes Frischgas mit einem Volumen V1, einem Druck P1 und einer Temperatur T1 zunächst in einem Wärmetauscher weitgehend isobar durch das im Gegenstrom geführte Abgas der Wärmekraftmaschine unter Vergrößerung seines Volumens auf einen Wert V2 auf eine Zwischentemperatur T2 und dann durch Zufuhr äußerer Energie weiterhin weitgehend isobar auf eine Endtemperatur T3 unter Volumenvergrößerung auf einen Wert V3 nacherhitzt wird, daß das Gas darauf in die Wärmekraftmaschine eingeleitet und dort die durch die Volumenausdehnung gewonnene Arbeit in Einströmarbeit isobar umsetzt und anschließend auf einen überhitzten Abgaszustand V4, P4, T4 entspannt wird, daß diesem Abgas dann außerhalb der Wärmekraftmaschine und in den Wärmetauscher weitgehend isobar unter Verringerung seines Volumens auf einen Wert V5 im Gegenstrom zu dem Frischgas zunächst bis zum Erreichen einer Zwischentemperatur T5 und anschließend durch Nachkühlung sowie weiterhin weitgehend isobar bis zu einem noch überhitzten Temperaturwert T6 sowie einem Volumen V6 Wärme entzogen wird und daß das Gas darauf in den Frischgaszustand V1, Pl, T1 verdichtet und anschließend wieder in den Wärmetauscher geschoben wird.Method for operating a heat engine with a gaseous one Medium A n p r ü c h e Method for operating a heat engine with a gaseous medium, characterized in that superheated fresh gas with a Volume V1, a pressure P1 and a temperature T1 initially in a heat exchanger largely isobaric due to the countercurrent exhaust gas from the heat engine while increasing its volume to a value V2 to an intermediate temperature T2 and then by supplying external energy continues to be largely isobaric to a final temperature T3 is reheated to a value V3 with an increase in volume, that the gas is then introduced into the heat engine and there by the volume expansion The work gained is converted isobarically into inflow work and then transferred to an overheated one Exhaust gas state V4, P4, T4 is relaxed, that this exhaust gas then outside the heat engine and largely isobaric in the heat exchanger while reducing its volume a value V5 in countercurrent to the fresh gas initially until an intermediate temperature is reached T5 and then by post-cooling and still largely isobaric up to one still overheated temperature value T6 and a volume V6 heat is withdrawn and that the gas is then compressed into the fresh gas state V1, Pl, T1 and then is pushed back into the heat exchanger. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas in der Wärmekraftmaschine im Anschluß an die isobare Einströmarbeit annähernd adiabatisch entspannt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the gas in the heat engine almost adiabatically following the isobaric inflow work is relaxed. 3. -Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas in der Wärmekraftmaschine im Anschluß an die isobare Einströmarbeit annähernd isotherm entspannt wird.3. Method according to claim 1, characterized in that the gas in the heat engine almost isothermally following the isobaric inflow work is relaxed. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine zunächst annähernd adiabatische Verdichtung des Gases auf den Frischgaszustand und einen anschließenden möglichst isobaren Ausschub in den Wärmetauscher.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized by an initially approximately adiabatic compression of the gas to the fresh gas state and a subsequent, if possible, isobaric extension into the heat exchanger. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine zunächst annähernd isotherme Verdichtung des Gases auf den Frischgaszustand und einen anschließenden möglichst isobaren Ausschub in den Wärmetauscher.5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized by an initially approximately isothermal Compression of the gas on the Fresh gas state and a subsequent, if possible, isobaric expulsion into the heat exchanger. 6,. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachkühlen des Gases im Anschluß an seine Verdichtung und vor seiner im Gegenstrom stattfindenden Erhitzung vorgenommen wird.6 ,. Method according to one of Claims 1 to 5, characterized in that that the post-cooling of the gas following its compression and before its im Countercurrent heating is carried out. 7. Verfahren nach Anspruche 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungen der verdichtenden und der Wärmekraftmaschine derart phasenverschoben synchron gekoppelt werden, daß mit Beginn der Ausschubarbeit des Verdichters die Einströmarbeit der Wärmekraftmaschine beginnt.7. The method according to claim 1, characterized in that the movements the compressing and the heat engine are synchronously coupled in such a phase-shifted manner be that with the start of the expansion work of the compressor, the inflow work of Heat engine starts.
DE19833304729 1983-02-11 1983-02-11 Process for the operation of a heat engine with a gaseous medium Withdrawn DE3304729A1 (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018195618A1 (en) * 2017-04-25 2018-11-01 Associação Paranaense De Cultura - Apc Differential-cycle heat engine comprising four isobaric processes and four isothermal processes and a method for controlling the thermodynamic cycle of the heat engine
WO2018195619A1 (en) * 2017-04-25 2018-11-01 Associação Paranaense De Cultura - Apc Differential-cycle heat engine comprising four isobaric processes and four polytropic processes with regenerator and method for controlling the thermodynamic cycle of the heat engine

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WO2018195618A1 (en) * 2017-04-25 2018-11-01 Associação Paranaense De Cultura - Apc Differential-cycle heat engine comprising four isobaric processes and four isothermal processes and a method for controlling the thermodynamic cycle of the heat engine
WO2018195619A1 (en) * 2017-04-25 2018-11-01 Associação Paranaense De Cultura - Apc Differential-cycle heat engine comprising four isobaric processes and four polytropic processes with regenerator and method for controlling the thermodynamic cycle of the heat engine

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