WO2008055720A2 - Arbeitsmedium für dampfkreisprozesse - Google Patents

Arbeitsmedium für dampfkreisprozesse Download PDF

Info

Publication number
WO2008055720A2
WO2008055720A2 PCT/EP2007/058873 EP2007058873W WO2008055720A2 WO 2008055720 A2 WO2008055720 A2 WO 2008055720A2 EP 2007058873 W EP2007058873 W EP 2007058873W WO 2008055720 A2 WO2008055720 A2 WO 2008055720A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
steam cycle
working medium
steam
heat
alcohol
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2007/058873
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2008055720A3 (de
Inventor
Michael Hoetger
Jörg COLLISI
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.)
Amovis GmbH
Original Assignee
Amovis GmbH
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 Amovis GmbH filed Critical Amovis GmbH
Publication of WO2008055720A2 publication Critical patent/WO2008055720A2/de
Publication of WO2008055720A3 publication Critical patent/WO2008055720A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/06Plants 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours

Definitions

  • the invention relates to a steam cycle process containing
  • Temperature level is heated to a higher temperature level
  • Clausius-Rankine steam cycle process a cycle is known in which an external burner generates heat. The heat is transferred in a heat exchanger to a working medium, usually water. The working medium is circulated by a feedwater pump in the circuit. In an expander, such as a piston expander, the water is released. In this case, a shaft is driven. The water condenses in a condenser and is again available for heat absorption.
  • a Kalina process is a cycle in which the working medium consists of several components, in particular organic components. It is important for all circuits that the working medium does not decompose and meets the ambient conditions. These environmental conditions include the maximum upper and minimum lower
  • Temperature level Water is not suitable as a working medium for all environmental conditions, for example because it freezes at low temperatures.
  • the object of the invention is to find a cycle with an alternative working medium that is suitable for other environmental conditions and allows an increase in the efficiency.
  • the object is achieved in that the working medium is a Ci to C 4 - alcohol and the higher temperature level is above 170 0 C.
  • low melting point alcohols allows use even at temperatures below 0 ° C., ie below the freezing point of water. Due to the likewise low evaporation temperature, it is possible with alcohols to achieve evaporation at comparatively low temperatures, for example in cooling water.
  • the use of alcohols or alcohol mixtures even at temperatures above 170 ° thus provides a particularly good efficiency of the arrangement.
  • the invention is based on the surprising finding that low-chain
  • Alcohols are also sufficiently stable above 170 ° for use in a steam cycle. It is therefore possible, for example, completely absorb cooling water heat with slightly raised cooling water temperature of 110 0 C by evaporation of the working medium.
  • the working fluid can still be overheated in the exhaust gas to prevailing high exhaust gas temperatures of, for example, 400 0 C.
  • the steam cycle may be a Kalina process, a Rankine cycle, or any other suitable steam cycle process.
  • the steam cycle may be a Kalina process, a Rankine cycle, or any other suitable steam cycle process.
  • the Kalina process a Kalina process, a Rankine cycle, or any other suitable steam cycle process.
  • Heat exchanger arrangement Means for exhaust heat utilization of a primary
  • Heat exchanger arrangement in addition means for using the waste heat of a
  • the heat exchanger arrangement can also use other heat sources for preheating the working medium. This allows a high process temperature with low fuel requirements.
  • the working medium is mixed with a lubricant.
  • the working medium may contain, in addition to the alcohol, water and / or methylpyridine.
  • Water and methylpyridine form an azeotrope with their own Evaporation point. In this azeotrope, polar and nonpolar substances, in particular also lubricants, dissolve.
  • the use of alcohol and methylpyridine serves among other things to protect against freezing. Alcohol vaporizes at a lower temperature than the water / methylpyridine azeotrope. It can be used to hold the cooling water heat in the low temperature range.
  • the water / methylpyridine azeotrope has a higher evaporation point and is particularly suitable for absorbing exhaust heat or other heat sources in the upper temperature range.
  • a condenser may be provided for condensing the working medium.
  • the steam cycle is designed as an open process, as may be the case, for example, in the chemical industry.
  • ethanol Of the alcohols used as the working medium, ethanol and more methanol than alcohol are preferred.
  • a lubricant is added to the working medium in which the condensation temperature of the lubricant is above the steam outlet temperature. Then the lubricant is evaporated and condensed in the first in the expansion in the expander.
  • the expander can be lubricated in this way without a separate oil circuit.
  • Fig.l shows schematically a steam cycle process, with methanol as
  • FIG. 1 illustrates a Clausius-Rankine cycle process, generally designated 10.
  • the steam cycle 10 includes an expansion engine 14 and a
  • Heat exchanger 12 is acted upon by the waste heat of a primary process.
  • a primary process can be power plants or vehicles, such as rail vehicles, trucks, ships or other machines that produce waste heat.
  • the heat exchanger is acted upon by the exhaust gas of a specially provided for this purpose external burner.
  • the cycle further comprises a feedwater pump 16 and a condenser 18.
  • the heat exchanger 12 is flowed through by working medium in the form of methanol or methanol vapor.
  • the methanol is also accompanied by a lubricant.
  • the working fluid is under an increased pressure, which is generated by a pump 16.
  • the methanol or methanol vapor is an amount of heat ⁇ H supplied from the waste heat.
  • the steam is greatly overheated, ie brought to a high temperature at about 400 ° C and a higher pressure level of about 4 bar.
  • the inner energy increases.
  • an expander for example a piston expander, turbine or the like 14
  • the methanol vapor is released.
  • the pressure drops back to a lower pressure level.
  • this relaxation work is released, which can be harnessed via a shaft, for example, to a generator for electrical energy.
  • the expanded methanol vapor is then fed to a condenser 18 in which it is condensed to further provide methanol for the cyclic process.
  • the amount of heat ⁇ c is released, which can be used for example for heat purposes.
  • the condensed methanol is supplied to the pump 16 again.
  • the described cycle is a typical Rankine cycle.
  • the Carnot efficiency (see above) is determined by the upper temperature T 0 in the heat exchanger 12 and the lower temperature T 11 in the condenser 18.
  • the methanol Before heating, the methanol is liquid and has the temperature T 11 .
  • the liquid When heated in the heat exchanger, the liquid is first heated and absorbs energy. At the boiling point, the working fluid begins to evaporate. The temperature initially remains constant until the working medium has completely passed into the gaseous state. The now gaseous working fluid is now further heat energy supplied, resulting in a renewed increase in temperature. When the temperature T 0 of the waste heat is reached, no further heat transfer is possible.
  • the pressurized and hot gas is expanded in an expander and cooled in the condenser 18 until completely condensed again at the low temperature.
  • the cycle is integrated, for example, in an engine for passenger cars.
  • the diesel engine is generally designated 110.
  • the diesel engine 110 drives one
  • the components described so far are known components of a motor drive system.
  • the cooling circuit 114 or 116 is now cooled by another circuit.
  • a multi-component solution is pumped as a working fluid with a pump 128 at an elevated pressure level of about 4 bar.
  • the working fluid in the present case consists of a carrier substance, namely water, is dissolved in the alcohol.
  • the mass ratio of ethanol to water is dependent on the heat flows cooling water exhaust gas and in diesel engines is in the range of 40:60.
  • the water-alcohol solution first decreases from that operated at about 110 ° C.
  • Cooling circuit of the engine heat via a plate heat exchanger 132 on.
  • the first cooling circuit of the internal combustion engine 110 is cooled.
  • the ca.H0 ° C hot cooling water 114 is cooled to about 105 0 C.
  • the working fluid heats up during this heat transfer to approximately 110 0 C. This evaporates a large part of the dissolved alcohol.
  • the heat absorption of the working fluid is so large due to the evaporation of the alcohol from the working fluid that can be transferred with small volume flows, the entire accumulating waste heat of the cooling system in the working fluid.
  • Transfer working fluid which brings about the desired final temperature of the working fluid.
  • the temperature of the entire working fluid with both components then reaches about 400 0 C and the entire working medium is evaporated and overheated.
  • a phase separator is not required in contrast to a pure Kalina process.
  • the gas under a pressure of 15 bar is fed to an expansion machine 138, for example a rotary piston machine, piston machine, screw machine or a turbine, where it is expanded to a pressure of, for example, 0.5 bar.
  • an expansion machine 138 for example a rotary piston machine, piston machine, screw machine or a turbine
  • the thereby released, usable work can be supplied to the shaft 112.
  • the exhaust steam is condensed in the condenser 136 and fed back to the circuit via the pump 128.
  • solutions with other and / or further components which are adapted in type and proportion to the respective heat sources.
  • the aim is to allow the best possible heat transfer and a high absorption of enthalpy of vaporization.
  • the use of ethanol allows a particularly low evaporation temperature and therefore a higher efficiency.

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

Dampfkreisprozess enthaltend eine Speisewasserpumpe zur Erzeugung eines erhöhten Drucks in einem in dem Dampfkreisprozess verwendeten Arbeitsmedium, eine Wärmeübertrageranordnung zur Übertragung von Wärme und/oder Abwärme aus auf das Arbeitsmedium, so dass das Arbeitsmedium von einem niedrigeren Temperaturniveau auf ein höheres Temperaturniveau erwärmt wird, und einen Expander zum Expandieren des Arbeitsmediums unter Arbeitsleistung, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmedium ein C1 bis C4-Alkohol oder ein Gemisch aus Wasser und/oder mehreren dieser Alkohole ist und das höhere Temperaturniveau oberhalb von 170°C liegt.

Description

Patentanmeldung
AMOVIS GmbH. Voltastraße 5. D - 13355 Berlin Arbeitsmedium für Dampflereisprozesse
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Dampfkreisprozess enthaltend
(a) eine Speisewasserpumpe zur Erzeugung eines erhöhten Drucks in einem in dem Dampfkreisprozess verwendeten Arbeitsmedium,
(b) eine Wärmeübertrageranordnung zur Übertragung von Wärme und/oder Abwärme aus auf das Arbeitsmedium, so dass das Arbeitsmedium von einem niedrigeren
Temperaturniveau auf ein höheres Temperaturniveau erwärmt wird, und
(c) einen Expander zum Expandieren des Arbeitsmediums unter Arbeitsleistung,
Solche Dampfkreisprozesse dienen der Erzeugung von Arbeit aus Wärmeenergie. Die
Arbeit kann zum Beispiel an einer Welle verrichtet werden, mit der Maschinen oder Kraftfahrzeuge angetrieben werden. Sie kann aber auch zur Erzeugung von elektrischer Energie mittels eines Generators dienen. Stand der Technik
Unter dem Begriff „Clausius-Rankine-Dampfkreisprozess,, ist ein Kreisprozess bekannt bei dem ein externer Brenner Wärme erzeugt. Die Wärme wird in einem Wärmeübertrager auf ein Arbeitsmedium, üblicherweise Wasser, übertragen. Das Arbeitsmedium wird mit einer Speisewasserpumpe in dem Kreislauf umgepumpt. In einem Expander, etwa einem Kolbenexpander, wird das Wasser entspannt. Dabei wird eine Welle angetrieben. In einem Kondensator kondensiert das Wasser und steht erneut zur Wärmeaufnahme zur Verfügung.
Übliche Arbeitsmedien sind Wasser oder wässrige Lösungen. Ein Kalina-Prozess ist ein Kreislauf, bei dem das Arbeitsmedium aus mehreren Komponenten, insbesondere auch organischen Komponenten besteht. Wichtig ist bei allen Kreisläufen, dass das Arbeitsmedium sich nicht zersetzt und den Umgebungsbedingungen genügt. Diese Umgebungsbedingungen sind unter anderem das maximale obere und das minimale untere
Temperaturniveau. Wasser ist als Arbeitsmedium nicht für alle Umgebungsbedingungen geeignet, zum Beispiel da es bei niedrigen Temperaturen gefriert.
Der Wirkungsgrad eines Kreisprozesses steigt mit der Differenz zwischen dem oberen und dem unteren Temperaturniveau. Es ist deshalb ein hohes oberes und ein niedriges unteres
Temperaturniveau zur Erreichung eines hohen Wirkungsgrades erstrebenswert.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung einen Kreisprozess mit einem alternativen Arbeitsmedium zu finden, dass für andere Umgebungsbedingungen geeignet ist und eine Erhöhung des Wirkungsgrads erlaubt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Arbeitsmedium ein Ci bis C4- Alkohol ist und das höhere Temperaturniveau oberhalb von 1700C liegt.
Die Verwendung von Alkoholen mit niedrigem Schmelzpunkt erlaubt die Verwendung auch bei Temperaturen unterhalb von 00C, also unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser. Durch die ebenfalls niedrige Verdampfungstemperatur kann mit Alkoholen eine Verdampfung bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen, zum Beispiel in Kühlwasser, erreicht werden. Die Verwendung von Alkoholen oder Alkoholgemischen auch bei Temperaturen oberhalb von 170° schafft damit einen besonders guten Wirkungsgrad der Anordnung. Die Erfindung basiert auf der überraschenden Erkenntnis, dass niederkettige
Alkohole auch oberhalb von 170° für die Anwendung in einem Dampfkreisprozess ausreichend stabil sind. Es ist also möglich zum Beispiel Kühlwasserwärme bei leicht angehobener Kühlwassertempertur von 1100C durch Verdampfung des Arbeitsmediums vollständig aufzunehmen. Das Arbeitsmedium kann dennoch im Abgas auf dort herrschende hohe Abgastemperaturen von zum Beispiel 400 0C überhitzt werden.
Der Carnot'sche Wirkungsgrad ist: ηc=l-Tu/To mit To=oberes Temperaturniveau und T11= unteres Temperaturniveau. Bei einem oberen Temperaturniveau von 1700C und einem unteren Temperaturniveau von 1100C liegt der
Wirkungsgrad bei 13,5%, bei einer Erhöhung des oberen Temperaturniveaus auf z.B. 4000C hingegen bei 44 %. Dies ist eine deutliche Steigerung des Wirkungsgrads.
Der Dampfkreisprozess kann ein Kalinaprozess, ein Clausius-Rankine-Prozess oder jeder andere geeignete Dampfkreisprozess sein. Vorzugsweise umfasst die
Wärmeübertrageranordnung Mittel zur Abgaswärmenutzung eines primären
Verbrennungsprozesses. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die
Wärmeübertrageranordnung zusätzlich Mittel zur Nutzung der Abwärme eines
Kühlkreislaufs. Die Wärmeübertrageranordnung kann auch weitere Wärmequellen zum Vorwärmen des Arbeitsmediums nutzen. Dies ermöglicht eine hohe Prozesstemperatur bei geringem Bedarf an Kraftstoffen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Arbeitsmedium mit einem Schmiermittel versetzt.
Das Arbeitsmedium kann zusätzlich zu dem Alkohol auch Wasser und/oder Methylpyridin enthalten. Wasser und Methylpyridin bilden ein Azeotrop mit einem eigenen Verdampfungspunkt. In diesem Azeotrop lösen sich polare und unpolare Stoffe, insbesondere auch Schmiermittel. Der Einsatz von Alkohol und Methylpyridin dient unter anderem dem Frostschutz. Alkohol verdampft bei einer niedrigeren Temperatur als das Azeotrop Wasser/Methylpyridin. Er kann zur Aufnahme der Kühlwasserwärme im Niedertemperaturbereich verwendet werden. Das Wasser/Methylpyridin-Azeotrop hat einen höheren Verdampfungspunkt und eignet sich besonders zur Aufnahme der Abgaswärme oder anderer Wärmequellen im oberen Temperaturbereich.
Weiterhin kann ein Kondensator zum Kondensieren des Arbeitsmediums vorgesehen sein. Alternativ ist der Dampfkreisprozess als offener Prozess ausgelegt, wie dies zum Beispiel in der chemischen Industrie der Fall sein kann.
Von den als Arbeitsmedium verwendeten Alkoholen werden Ethanol und noch mehr Methanol als Alkohol bevorzugt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird dem Arbeitsmedium ein Schmiermittel hinzugefügt bei dem die Kondensationstemperatur des Schmiermittels oberhalb der Dampfaustrittstemperatur liegt. Dann wird das Schmiermittel mit verdampft und kondensiert im bei der Entspannung im Expander als erstes aus. Der Expander kann auf diese Weise ohne separaten Ölkreislauf geschmiert werden.
Ein Teil des Abdampfes kann in das Kurbelgehäuse des Expanders leitbar sein. Dann wird der Kurbeltrieb durch das auskondensierende Schmiermittel geschmiert. Durch eine Verbindung mit dem Kondensator kann das übrige Schmiermittel anschließend wieder dem Kreislauf zugeführt werden. Ausgestaltungen der Erfindungen sind Gegenstand der
Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig.l zeigt schematisch einen Dampfkreisprozess, der mit Methanol als
Arbeitsmedium arbeitet. Fig.2 zeigt schematisch einen Kalina-Prozess, der mit einer Ethanol: Alkohol-
Mischung als Arbeitsmedium arbeitet
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Fig.l ist ein allgemein mit 10 bezeichneter Clausius-Rankine-Kreisprozess illustriert. Der Dampfkreisprozess 10 umfasst eine Expansionsmaschine 14 und einen
Wärmeübertrager 12. Der Wärmeübertrager 12 wird von der Abwärme eines Primärprozesses beaufschlagt. Solche Primärprozesse können Kraftwerke oder Fahrzeuge, wie Schienenfahrzeuge, Lastkraftwagen, Schiffe oder sonstige Maschinen sein, die Abwärme erzeugen. Alternativ wird der Wärmeübertrager vom Abgas eines eigens für diesen Zweck vorgesehenen externen Brenners beaufschlagt. Der Kreisprozess umfasst weiterhin eine Speisewasserpumpe 16 und einen Kondensator 18.
Der Wärmeübertrager 12 ist von Arbeitsmedium in Form von Methanol bzw. Methanoldampf durchflössen. Dem Methanol ist ferner ein Schmiermittel beigefügt. Das Arbeitsmedium steht dabei unter einem erhöhten Druck, welcher von einer Pumpe 16 erzeugt wird. Dem Methanol oder Methanoldampf wird eine Wärmemenge ΦH aus der Abwärme zugeführt. Dadurch wird der Dampf stark überhitzt, d.h. auf eine hohe Temperatur bei ca.400°C und ein höheres Druckniveau von etwa 4 bar gebracht. Die innere Energie steigt.
In einem Expander, zum Beispiel einem Kolbenexpander, Turbine oder dergleichen 14 wird der Methanoldampf entspannt. Dabei sinkt der Druck wieder auf ein niedrigeres Druckniveau. Bei dieser Entspannung wird Arbeit frei, die über eine Welle zum Beispiel an einem Generator für elektrische Energie nutzbar gemacht werden kann.
Der entspannte Methanoldampf wird dann einem Kondensator 18 zugeführt, in welchem er kondensiert wird, damit das Methanol für den Kreisprozess weiter zur Verfügung steht. Dabei wird die Wärmemenge Φc frei, die zum Beispiel für Wärmezwecke genutzt werden kann. Das kondensierte Methanol wird erneut der Pumpe 16 zugeführt.
Der beschriebene Kreisprozess ist ein typischer Clausius-Rankine-Kreisprozess. Der Carnot- Wirkungsgrad (s.o.) wird durch die obere Temperatur T0 im Wärmeübertrager 12 und die untere Temperatur T11 im Kondensator 18 bestimmt.
Vor der Erwärmung ist das Methanol flüssig und hat die Temperatur T11. Bei Erwärmung im Wärmeübertrager wird zunächst die Flüssigkeit erwärmt und nimmt Energie auf. Bei der Siedetemperatur beginnt das Arbeitsmedium zu verdampfen. Die Temperatur bleibt dabei zunächst konstant, bis das Arbeitsmedium vollständig in den gasförmigen Zustand übergegangen ist. Dem nun gasförmige Arbeitsmedium wird nun weiter Wärmeenergie zugeführt, was zu einem erneuten Temperaturanstieg führt. Wenn die Temperatur T0 der Abwärme erreicht ist, ist kein weiterer Wärmeübergang möglich. Das unter Druck stehende und heiße Gas wird in einem Expander entspannt und in dem Kondensator 18 gekühlt, bis es bei der niedrigen Temperatur wieder vollständig kondensiert ist.
Durch die Verwendung von Methanol ist es möglich, die eine niedrige Verdampfungstemperatur bei ausreichendem Druck zu erreichen.
In Fig.2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem ein Kalina-artiger Kreisprozess verwendet wird. Der Kreisprozess ist zum Beispiel in einem Motors für Personenkraftwagen integriert.
Der Dieselmotor ist allgemein mit 110 bezeichnet. Der Dieselmotor 110 treibt eine
Antriebswelle 112 an. Die Funktionsweise eines Dieselmotors ist übliche Technik und braucht daher nicht näher erläutert werden. In dem Dieselmotor wird Abwärme erzeugt, die einerseits über ein erstes Kühlsystem 114 bzw. 116 an Kühlwasser abgegeben wird. Andererseits wird heißes Abgas erzeugt, wovon ein Teilstrom zur Vermeidung von Emissionsbildung über eine Abgasrückführung 118 dem Motor erneut zugeführt wird.
Dies ist durch eine gestrichelte Linie 120 repräsentiert. Die soweit beschriebenen Komponenten sind bekannte Komponenten eines Motor- Antriebssystems. Im Gegensatz zu herkömmlichen Antriebssystemen wird nun der Kühlkreislauf 114 bzw. 116 von einem weiteren Kreislauf gekühlt. In diesem Kreislauf wird eine Mehrkomponentenlösung als Arbeitsfluid mit einer Pumpe 128 auf einem erhöhten Druckniveau von etwa 4 bar umgepumpt. Das Arbeitsfluid besteht im vorliegenden Fall aus einer Trägersubstanz, nämlich Wasser, in die Alkohol gelöst ist. Das Massenverhältnis Ethanol: Wasser ist abhängig von den Wärmeströmen Kühlwasser- Abgas und liegt bei Dieselmotoren im Bereich von 40:60.
Die Wasser- Alkohol-Lösung nimmt zunächst von dem mit etwa 1100C betriebenen
Kühlkreislauf des Motors Wärme über einen Plattenwärmetauscher 132 auf. In diesem Plattenwärmetauscher wird der erste Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors 110 gekühlt. Das ca.H0°C heiße Kühlwasser 114 wird dabei auf etwa 1050C gekühlt. Das Arbeitsfluid erwärmt sich bei diesem Wärmeübergang auf annähernd 1100C. Dadurch wird ein großer Teil des gelösten Alkohols verdampft. Die Wärmeaufnahme des Arbeitsfluids ist infolge des Verdampfens des Alkohols aus dem Arbeitsfluid derart groß, das mit kleinen Volumenströmen die gesamte anfallende Abwärme des Kühlsystems in das Arbeitsfluid übertragen werden kann.
In einem zweiten Wärmetauscher wird nun ein der Teil der Abgaswärme auf das
Arbeitsfluid übertragen, der die gewünschte Endtemperatur des Arbeitsfluids herbeiführt. Die Temperatur des gesamten Arbeitsfluids mit beiden Komponenten erreicht dann etwa 400 0C und das gesamte Arbeitsmedium ist verdampft und überhitzt. Ein Phasentrenner ist im Gegensatz zu einem reinen Kalina-Prozess nicht erforderlich.
Das unter einem Druck von 15 bar stehende Gas wird einer Expansionsmaschine 138, z.B. einer Rotationskolbenmaschine, Kolbenmaschine, Schraubenmaschine oder einer Turbine zugeführt und dort auf einen Druck von z.B. 0,5 bar entspannt. Die dabei frei werdende, nutzbare Arbeit kann der Welle 112 zugeführt werden. Anschließend wird der Abdampf im Kondensator 136 kondensiert und über die Pumpe 128 wieder dem Kreislauf zugeführt. Es können auch Lösungen mit anderen und/oder weiteren Komponenten verwendet werden, die in Art und Anteil an die jeweiligen Wärmequellen angepasst sind. Ziel ist es dabei, einen möglichst guten Wärmeübergang und eine hohe Aufnahme an Verdampfungsenthalpie zu ermöglichen. Die Verwendung von Ethanol erlaubt eine besonders niedrige Verdampfungstemperatur und daher einen höheren Wirkungsgrad.

Claims

Patentansprüche
1. Dampfkreisprozess enthaltend
(a) eine Speisewasserpumpe zur Erzeugung eines erhöhten Drucks in einem in dem Dampfkreisprozess verwendeten Arbeitsmedium,
(b) eine Wärmeübertrageranordnung zur Übertragung von Wärme und/oder Abwärme aus auf das Arbeitsmedium, so dass das Arbeitsmedium von einem niedrigeren Temperaturniveau auf ein höheres Temperaturniveau erwärmt wird, und (c) einen Expander zum Expandieren des Arbeitsmediums unter Arbeitsleistung,
dadurch gekennzeichnet, dass
(d) das Arbeitsmedium ein Ci bis C4- Alkohol oder ein Gemisch aus Wasser und/oder mehreren dieser Alkohole ist und
(e) das höhere Temperaturniveau oberhalb von 1700C liegt.
2. Dampfkreisprozess nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfkreisprozess ein Kalina-artiger Mehrkomponentenprozess ist.
3. Dampfkreisprozess nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Dampfkreisprozess ein Clausius-Rankine-Prozess ist.
4. Dampfkreisprozess nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertrageranordnung Mittel zur Abgaswärmenutzung eines primären Verbrennungsprozesses umfasst.
5. Dampfkreisprozess nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertrageranordnung Mittel zur Nutzung der Abwärme eines Kühlkreislaufs umfasst.
6. Dampfkreisprozess nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator zum Kondensieren des Arbeitsmediums vorgesehen ist.
7. Dampfkreisprozess nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmedium mit einem Schmiermittel versetzt ist.
8. Dampfkreisprozess nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmedium zusätzlich zu dem Alkohol auch Wasser und/oder Methylpyridin enthält.
9. Dampfkreisprozess nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kondensationstemperatur des Schmiermittels oberhalb der
Dampfaustrittstemperatur liegt.
10. Dampfkreisprozess nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Abdampfes in das Kurbelgehäuse des Expanders leitbar ist.
11. Verwendung eines Ci bis C4- Alkohols als Arbeitsmedium in einem Dampfkreisprozess nach einem der vorgehenden Ansprüche.
12. Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Alkohol Ethanol oder Methanol ist.
PCT/EP2007/058873 2006-11-08 2007-08-27 Arbeitsmedium für dampfkreisprozesse Ceased WO2008055720A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200610052906 DE102006052906A1 (de) 2006-11-08 2006-11-08 Arbeitsmedium für Dampfkreisprozesse
DE102006052906.5 2006-11-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2008055720A2 true WO2008055720A2 (de) 2008-05-15
WO2008055720A3 WO2008055720A3 (de) 2008-07-17

Family

ID=39277539

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2007/058873 Ceased WO2008055720A2 (de) 2006-11-08 2007-08-27 Arbeitsmedium für dampfkreisprozesse

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102006052906A1 (de)
WO (1) WO2008055720A2 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103089360A (zh) * 2011-10-31 2013-05-08 中信重工机械股份有限公司 余热回收发电装置
US12084990B2 (en) 2010-08-26 2024-09-10 Michael Joseph Timlin, III Thermal power cycle

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010023174A1 (de) 2010-06-09 2011-12-15 Georg Beckmann Verfahren und Einrichtung zur Nutzung der Abwärmen von Verbrennungskraftmaschinen mittels eines Dampfkreislaufes
DE102010054667B3 (de) 2010-12-15 2012-02-16 Voith Patent Gmbh Frostsichere Dampfkreisprozessvorrichtung und Verfahren für deren Betrieb
DE102013110256A1 (de) 2013-09-17 2015-03-19 Fuchs Petrolub Se Betriebsmittel für einen Dampfkreisprozess

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB551292A (en) * 1942-01-23 1943-02-16 Brian Furmstone Rice Stack A heat engine employing mixed vapours
US3722211A (en) * 1970-09-28 1973-03-27 Halocarbon Prod Corp Prime mover system utilizing trifluoroethanol as working fluid
DE2639187C3 (de) * 1976-08-31 1979-04-19 Karl Dipl.-Ing. Dr. 8980 Oberstdorf Braus Verfahren zur Nutzung von Abwärme
JPS54105652A (en) * 1978-02-07 1979-08-18 Daikin Ind Ltd Rankine cycle working fluid
US4760705A (en) * 1983-05-31 1988-08-02 Ormat Turbines Ltd. Rankine cycle power plant with improved organic working fluid
US20030213246A1 (en) * 2002-05-15 2003-11-20 Coll John Gordon Process and device for controlling the thermal and electrical output of integrated micro combined heat and power generation systems
DE10328289B3 (de) * 2003-06-23 2005-01-05 Enginion Ag Arbeitsmedium für Dampfkreisprozesse
US7428816B2 (en) * 2004-07-16 2008-09-30 Honeywell International Inc. Working fluids for thermal energy conversion of waste heat from fuel cells using Rankine cycle systems

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12084990B2 (en) 2010-08-26 2024-09-10 Michael Joseph Timlin, III Thermal power cycle
CN103089360A (zh) * 2011-10-31 2013-05-08 中信重工机械股份有限公司 余热回收发电装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE102006052906A1 (de) 2008-05-15
WO2008055720A3 (de) 2008-07-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006043139B4 (de) Vorrichtung zur Gewinnung von mechanischer oder elektrischer Energie aus der Abwärme eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs
DE2904232A1 (de) Verfahren und anlage zur verbesserung des wirkungsgrades von kraftwerken
WO2007014942A2 (de) Antriebseinrichtung
DE102006036122A1 (de) Antriebseinrichtung
EP1706598B1 (de) Verfahren und anlage zur umwandlung von wärmeenergie aus kältemaschinen
WO2008031716A2 (de) Dampfkreisprozess mit verbesserter energieausnutzung
WO2008055720A2 (de) Arbeitsmedium für dampfkreisprozesse
EP2596224A1 (de) Antriebssystem für ein fahrzeug
DE102010004079A1 (de) Brennkraftmaschine, kombiniert mit Rankineprozess zur effizienten Nutzung der Kühlmittel- und Abgaswärme
EP2683919B1 (de) Abwärmenutzungsanlage
DE102009003850B4 (de) Antriebsanordnung mit Dampfkreisprozess und Verfahren zum Betrieb einer solchen Antriebsanordnung
DE102008013545B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Abwärmenutzung mittels eines ORC-Prozesses
DE102010011737B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Energieumwandlung
WO2018007432A1 (de) Abwärmenutzungseinrichtung
DE102008053066A1 (de) System mit einem Rankine-Kreislauf
DE102008005036A1 (de) Verbrennungskraftmaschine mit Wärmerückgewinnungsvorrichtung
DE102012024031B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Umwandeln von thermischer Energie mit einer Expansionseinrichtung
EP2655809A1 (de) Abwärmenutzungsanlage
DE202010003630U1 (de) Motorblock als direkter Wärmetauscher in einem Dampfkreis
DE102010027347B4 (de) Vorrichtung zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses
DE102021114792A1 (de) Elektrofahrzeug mit Energierückgewinnungssystem
DE102011102803B4 (de) Abwärmenutzungsanlage
DE102012024016B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines thermodynamischen Kreisprozesses mit einem Schritt des Entzugs von thermischer Energie
DE102016015162A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Abwärmenutzungssystems
DE102014011763A1 (de) Anordnung zur Gewinnung mechanischer Energie aus Verlustwärme einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07802912

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2