143381. lajstromszámú szabadalom • Eljárás a földből nyerhető, vagy valamely ipari folyamatnál hulladékképpen jelentkező nem éghető, vagy kis részben éghető nagynyomású gőzöknek és gázoknak mechanikai energia termelésére való felhasználására
2 143.381 rint a végzett munkával egyenlő mennyiségű meleget kell bevezetnünk, amely meleget a légkör melegkészletéből vonunk el s ezáltal a légkör melegét alakítjuk át munkává. Az 1 ata nyomásra expandált szénsavgáz azután kipufog a szabadba. A légköri meleg bevezetését gyakorlatilag közbeeső expanziókkal több fokozatban oldjuk meg hasonlóan, mint a gőzturbinában ismert ún. közbeeső füstgázzal fűtött túlhevítésnél szokásos. Az eljárás egy kiviteli módját és a várható eredményeket az alábbiakban mutatjuk be. Egy ismert szénsav-előfordulásnál a kitörő szénsavgáz nyomása 80 ata, hőfoka 40° C. Az ismert entropia-enthalpia diagrammból leolvashatóan ezen állapot melegtartalrna ii=15Q kcal/kg. Most a szénsavgázt egy porszén tüzeléssel fűtött melegkicserélő edényben túlhevítjük 49° C-ig, ahol a gáz melegtartalma Í2=157 kcal/kg. Az így túlhevített szénsavgázt bevezetjük az ismert gázturbinába, ahol adiabatikusan fog expandálódni 52 ata nyomásig, amikor is a gáz állapotjelzői lesznek ps—52 ata, t,=15° C, i;ä=153,5 kcal/kg, entrópiája s:s=l,157 egység. Ezután a turbinában 15° C állandó hőfokon expandáltatjuk egészen a légkör 1 ata nyomásáig olyan módon, hogy a nyomásesést több, például 5 részre osztjuk. Az első nyomásfokozattól a másodikig adiabatikusan expandál munkavégzés közben a turbinában, miközben erősen lehűl 15° C alá. Ekkor kicsapoljuk a turbinából és egy, a környezeti levegővel fűtött hőkicserélőben állandó nyomáson felmelegítjük 15° C-ra. Ugyanezt a folyamatot ismételjük addig, míg a gáz nyomása 1 ata-ra nem csökken. Ily módon a végállapotban a gáz állapotjelzői lesznek: p4=l ata, t4=15° C, entrópia S4=l,415 egység. Az egész izothermikus állapotváltozás alatt a légkörből bevezetett meleg, amely egyszersmind a végzett munkával is egyenlő az ismert thermodynamikai törvény szerint: s (273+15) = (1,157—1,415) 288 = 74,4 kcal/kg. Végeredményben a tüzelőanyagból felhasznált meleg Í2—ii = 157—150 = 7 kcal/kg. A nyert munka két részből tevődik össze: a) adiabatikus expanzió a 80 ata, 49° C és az 52 ata 15° C Dontok között. Ennek értéke iá—is == 157—153,5 = 3,5 kcal/kg. b) a 15° C állandó hőfok melletti expanzió 52 ata-ról 1 ata-ra. Az itt nyert munka, mint láttuk, 74,4 kcal/kg. Az összes nyert munka tehát 3,5-4-74,4 = 77,9 kcal/kg. A bevezetett COa munkakészségét nem tekintve a tüzelőanvagból bevezetett meleg 77,9 = 11,1, vagyis 1 kWó energia előállításához 860 58,4 =14,8 kg 157—150 kihasználási foka = 1110%. Űn. körfolyamat hatásfoka o = 77,9 157 0,496. Ha a turbina és a melegátadás együttes hatásfokát óvatosan 75%-ra becsüljük, akkor az 1 kg szénsavból kinyerhető effektív munka a turbina tengelyén 77,9 . 0,75 = 58,4 kcal/kg. szénsav lesz szükséges. Ugyancsak 1 kWó előállításához egy modern gőzturbinában 3,0 kg gőz kell, 0,04 ata végnyomás és 32 m3 /kg fajtérfogat mellett. 1 kWó előállításához szükséges gőz térfogata tehát 3,0X32 = 96 nr\ Ugyanez az érték szénsavnál 14,8 X RT = 14,8 X *M^88 = 8,23 m». p 10 000 (=0,556) A szénsavturbina méretei ugyanazon teljesít-8,23 meny mellett úgy fognak aránylani, mint SJ s y 96,00 = 0,086. Ha ezt a viszonyt a szénsavturbina kiömlési veszteségének csökkentése érdekében rontani is kell, végeredményben a szénsavturbina méretei 1/4—1/5 részét fogják kitenni a modern gőzturbina méreteinek. Egy gőzturbina hőfogyasztását a turbina tengelyén 2400 kcal/kWo-nak véve, az erőmű szénfogyasztása (a turbina tengelyére vetítve) 3000 kcal/kg fűtőértékű szénben 0,8 kg/kWó lesz. Az ismertetett kiviteli módozatban pedig a kWókénti szénfogyasztás ugyancsak a turbina ten-7 ^ 14 8 gelyére vetítve — — 0,035 kg. 3000 Így egy teljes erőműnél a szénszállító berendezés 1/10—1/20 részre csökkenhet a gőzerőműhöz képest, a víznyerés, vízlágyítás teljesen elmarad, az épületek és segédberendezések sokkal kisebbek lesznek, s a kiadódó nagyon kedvező fajlagos befektetési költség és a szénfogyasztásnak 1/10—1/20 részre való csökkentése folytán olyan olcsó áramár adódik, amire eddig nem volt példa. Amikor a légkör hőfoka nem éri el a 15° C-t, póttüzeléssel kell a levegőt 15° C-ra melegíteni. Ez a pótmeleg 100% thermikus hatásfokkal érvényesül. Az eljárás ismertetett kiviteli módozata természetesen nem az egyedüli megoldás« Az eljárást a speciális adottságok kívánalmainak megfelelően lehet mindig alakítani és ez módot ad arra, hogy egy hőerőművet a helyi szükségletnek legmegfelelőbb kivitellel kombináljuk a szénsav turbinával. Kihasználhatjuk ezt a kedvező körülményt, hogy a szénsav expanzióját —50— 60° C-ig levihetjük. Ezáltal egy ún. kis hőfokú hőrezervoárt létesíthessünk, — természetesen szükség szerint különböző fokozatokban is, — ami által egyszerű és ismert konstruktív eszközökkel, amelyek a jelen találmányban védett eljárás és berendezés lényegét nem érintik, a helyi szükségietnek megfelelően, szinte korlátlan változatossággal' kedvező megoldásokat találhatunk. A gáznak és gőzöknek ismeretes azon tulajdanságuk, hogy adiabatikus expanzió közben lehűlnek. Nagy nyomásviszony esetén ez a lehűlés jelentékeny. A szénsav például 80 ata-ról 1 ata-ra való expanziója közben 40°' C-ról —50° C-ra lehűl. A találmányban védett eljárás és berendezés energiatermelés mellett hulladékképpen igen kis hőfokot állít elő, amelyet pl. jég, száraz jég készítésére, valamint az élelmiszer
