172847. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés hőerőgépek, különösen gőzgépek hatásfokának növelésére, főként napenergia, geotermikus hő vagy egyéb, viszonylag csekély energiát hordozó hő felhasználásával
3 172847 4 A kitűzött célnak olyan eljárással teszünk eleget, amely azzal jellemezhető, hogy víznél lényegesen alacsonyabb forráspontú munkaközeget zárt rendszerben keringtetünk és a zárt rendszer egyik pontján a munkaközeggel hőt közlünk és azt forrásba hozzuk. Az igy keltett gőzt munkagépbe vezetjük, majd a fáradt gőzt kondenzáljuk és a hőközlés helyére visszavezetjük. Az eljárás célszerű foganatosítási módjánál hőközlő közegként vizet alkalmazunk, melyet alacsony fűtőértékü tüzelőanyaggal melegítünk fel. Felmelegíthető azonban a rendszer rekuperátorban, robbanómotorok hőjének felhasználásával. Felmelegíthető továbbá a munkaközeg termálvízzel is. Egy igen célszerű foganatosítási módnál a munkaközeg felmelegítésére a napenergia használható fel, amelyet közvetett módon vagy pedig hőközlő közeg kiiktatásával közvetlenül a munkaközeg felmelegítésére is alkalmazhatunk. A munkaközeget biotermikus úton is felmelegíthetjük, amikor mezőgazdasági üzemek baktériumos erjedési folyamatait kihasználva, pl. a silókban vagy trágyaérleléskor képződő hő kerül felhasználásra. A találmány szerinti eljárás igen előnyös további foganatosítási módja, azzal jellemezhető, hogy azt több lépcsőben hozzuk létre. Ez esetben az előző lépcső fáradt gőzével hevítjük fel a következő lépcső munkaközegét. melynek forráspontja az előző lépcső munkaközegének forráspontjánál alacsonyabb. A találmány szerinti eljárás foganatosítására alkalmas berendezés azzal jellemezhető, hogy melegítőtartály csővezeték útján hőátadó kamrához csatlakozik és a hőátadó kamrában párologtató egység van elrendezve. A párologtató egység munkagép gőzbevezető csonkjába torkollik és az említett munkagépből hűtővezeték nyúlik egy kondenzáló üstbe. Innen a hűtővezetéket a párologtató egységgel összeköttetésben levő kondenzvezeték köti össze a kondenzáló üsttel. Találmányunk szerinti eljárás lényege tehát az, hogy a munkát végző gőz hatásfokát oly módon növeljük meg, hogy víz helyett annál kedvezőbb tulajdonságokkal rendelkező folyadékot, célszerűen dietilétert alkalmazunk munkafolyadékként, melynek forráspontja és párolgási hője a víznél alacsonyabb. Úgy találtuk, hogy a 150 C° hőfokú vízgőz r\ - 0,075 hatásfokkal képes munkát végezni, az ugyanilyen hőfokú étergőz hatásfoka pedig r? = 0,398. A hatásfok növekedése 0,323 értékű. Amennyiben tehát a víznél alacsonyabb forráspontú közeget, pl. étert, acetont, dietilamint, etilmetilétert, kloroformot vagy metilamint zárt rendszerben fel melegítünk, azt elgőzölögtetjük, majd munkavégzés után kondenzáljuk, és az elpárologtató rendszerbe visszajuttatjuk, ez az eljárás lényegesen alacsonyabb hőfokon és ugyanakkor nagyobb hatásfokkal foganatosítható. Ebből az következik, hogy - mint azt a későbbiekben részletesen ismertetjük - a viszonylag alacsony forráspontú folyadékok gőzeivel is végeztethető munka. Ennek lényeges feltétele, hogy a munkát végző gőzt ne engedjük a szabadba, hanem kondenzáljuk, vagyis e rugalmas közeget zárt rendszerben működtessük. Erre a kondenzációs gőzgépek területén igen tág lehetőség nyílik. A szerves vegyületek között számos olyan található, amelyek forráspontja 100 C° alatt van, ilyenek például az aceton (56,5 C°), dietilamin (55,5 C°), dimetilamin (7,4 C°), etilamin (16,6 C°), etilbromid (38,4 C°), etilformiát (54,3 C°), etilklorid (12,3 C°), etilmetiléter (7,5 C°), foszgén (8,3 C°), kloroform (61,3 C°), metilacetát (57,8 C°), metilalkohol (64,7 C°), metilamin (—6,3 C°), metilbromid (3,6 C°), metilformiát (32,0 C°), metiljodid (42,4 C°), metilklorid (-24,0 C°), n-pentán (36,1 C°), i-pentán (27,8 C°), propilamin (48,5 C°), szénkéneg (46,5 C°), tetrametilszilán (27,0 C°), triklórfluormetán (23,7 C°), dietiléter (34,5 C°) stb. A zárójelben levő számok a vegyületek 1 atm nyomáson levő forráspontját jelentik. Egynemű vegyületek mellett számításba vehetők a kétkomponensű (biner) azeotrop elegyek, pl. víz és dietiléter 1,3 súly%-os elegye, mely 34,2 C°-on forr, továbbá a víz és etilnitrát 22 súly%-os elegye 74,4 C°-on, a metanol és metilacetát 18,7súly%-os elegye 53,8 C°-on, az etanol és n-pentán 5 súly%-os elegye 34,3 C -on, ill. a hangyasav és benzol 31 súly%-os elegye 71,7C°-on forr. Alkalmazhatók továbbá a háromkomponensű (terner) azeotrop elegyek, melyek közül pl. a víz 7,8 súly%-os, etanol 9,0 súly%-os és etilacetát 83,2 súly%-os elegye, mely 70,3°-on forr. Alkalmazható továbbá víz 7 súly%-os, etanol 17 súly%-os és ciklohexán 76 súly%-os elegye, amelynek forrpontja 62,1 C°, valamint széndiszulfid 39,9 súly%-os, metanol 10,0 súly%os és etilbromid 50,1 súly%-os elegye, amely 33,9 C°-on forr. Találmányunk szerinti eljárás foganatosítását részleteiben az alábbi példákon ismertetjük: 1. példa Az eljáráshoz dietilétert alkalmazunk (C4H,uO)> amelynek főbb és önmagában ismert fizikai tulajdonságai a következők: fajsúly 0,71 párolgáshő 84,5 Kcal/kp fajhő 0,53 Kcal/kp/20 C° kritikus hőfok 193,8 C° forráspont 34,5 C° kritikus nyomás 35,5 atm E tulajdonságokat a vfz ugyanezen tulajdonságaival összehasonlítva, a következő értékeket kapjuk: 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
