AT318979B

AT318979B - Vorrichtung zur Entziehung von Wärme aus einem Medium

Info

Publication number: AT318979B
Application number: AT72973A
Authority: AT
Original assignee: Heinz Stueckler
Priority date: 1973-01-29
Filing date: 1973-01-29
Publication date: 1974-11-25

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entziehung von Wärme aus einem Medium, das einer Wärmepumpe zugeführt wird, die die entzogene Wärme einer Wärmekraftmaschine, z. B. einer Gasturbine zuführt, in deren Treibmittelkreislauf ein Wärmetauscher der Wärmepumpe eingeschaltet ist.

In der Schweizer Patentschrift Nr. 304499 ist eine kombinierte Anlage zur Kraft- und Wärmeerzeugung mit einer Wärmekraftmaschine, einer Wärmepumpe und einem Stromerzeuger geoffenbart, wobei die Abwärme der Wärmekraftmaschine an einen Wärmeträger abgegeben wird, der auch durch die Wärmepumpe eine Wärmezufuhr erhält, wobei die Gesamtwärme einem Verbraucher zugeführt wird. Die bekannte Vorrichtung benötigt Fremdenergie, um die Turbine anzutreiben, wobei die Wärmepumpe der Turbine nachgeschaltet wird, um ihre Funktion als Spender einer Zusatzwärme erfüllen zu können.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, die Abwärme der Wärmekraftmaschine bzw. Gasturbine so zu verwerten, dass sie zusammen mit der von der Wärmepumpe gelieferten Energie im Treibmittelkreislauf selbst verwertet werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art in erster Linie dadurch gelöst, dass in den Treibmittelkreislauf ein als Kondensator wirkender Wärmetauscher eingeschaltet ist, der vom abgekühlten Medium aus der Wärmepumpe gespeist wird und die entspannten Gase der Turbine verflüssigt, und dass gegebenenfalls im Treibmittelkreislauf ein weiterer als Vorwärmer für die verflüssigten Gase dienender Wärmetauscher vorgesehen ist, der mit dem Wärmetauscher der Wärmepumpe in Serie geschaltet ist und ebenfalls vom Medium, das der Wärmepumpe zugeführt wird, gespeist wird.

Dadurch wird die in den Abgasen der Gasturbine noch enthaltene Wärmeenergie ausschliesslich für den Betrieb der Gasturbine ausgenutzt, die bei Verwendung eines schon bei niedrigen Temperaturen verdampfenden Kältemittels wie Frigen od. dgl. vollwertig betrieben werden kann und mehr Energie liefert, als für den Betrieb der in der Anlage verwendeten Pumpen erforderlich ist.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht. Daraus ist zu entnehmen, dass eine aus zwei Wärmetauschern--l und 3--sowie einem zwischengeschalteten Kompressor --2-- bestehende Wärmepumpe an eine Vorlaufleitung--A--für die Zufuhr eines Mediums, z. B. Flusswasser angeschlossen ist. Das Flusswasser kann eine Temperatur von etwa 20 C haben und gibt im Wärmetauscher --l-- einen Teil seiner Wärmemenge an den dortigen Kältemittelkreislauf (z.

B. Frigen) ab und gelangt mit einer Temperatur von etwa 100C in die Leitung--B-.
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B.Wärmetauscher --3-- durch eine Pumpe --7-- eingeführtes flüssiges als Treibmittel dienendes Kältemittel zu verdampfen und es unter einem Druck von etwa 35 atü der an den Wärmetauscher --3-- angeschlossenen Gasturbine--T--zuzuführen, die dadurch angetrieben wird.

Die Gasturbine--T--ist ihrerseits mit einem als Kondensator wirkenden Wärmetauscher--S-- verbunden, welcher das entspannte eine Temperatur von etwa 150C aufweisende Gas der Gasturbine verflüssigt und über die Pumpe--7--in den Treibmittelkreislauf zurückführt. Dem Kondensator--5--wird über die Leitung--B--das auf etwa 100C abgekühlte Flusswasser zugeführt, das bei dieser Temperatur eine Verflüssigung der Abgase der Turbine sicherstellt. Durch die Abkühlung im Kondensator--5--wird auch ein Unterdruck geschaffen, der eine Saugwirkung auf die von der Turbine--T--kommenden Abgase ausübt.

Das aus dem Wärmetauscher--5--kommende Flusswasser gelangt schliesslich über die Rücklaufleitung --C-- zur Entnahmestelle zurück.

In den Treibmittelkreislauf für die Gasturbine--T--ist nach der Pumpe--7--ein weiterer als Vorwärmer dienender Wärmetauscher --6-- eingeschaltet, der ebenfalls über die Leitung-D-mit Flusswasser gespeist wird und welcher-da dieses eine Temperatur von 200C aufweist-das flüssige Kältemittel erwärmt, bevor es in den Wärmetauscher --3-- der Wärmepumpe gelangt.

In diesem wird unter dem Einfluss der zur Verfügung stehenden Wärme das fast bis zum Siedepunkt vorgewärmte flüssige Kältemittel so expandieren und verdampfen, dass es, wie bereits erwähnt, unter ansteigendem Druck (35 atü) der Gasturbine--T--zugeführt werden kann.

Auf diese Weise wird die in den Abgasen der Turbine enthaltene Wärme dazu benutzt, die zum Verdampfen des Kältemittels erforderliche Wärmeenergie, welche im Wärmetauscher --3-- gewonnen wird, zu vergrössern. Dazu kommt noch der günstige Umstand, dass lediglich mit der im Flusswasser vorhandenen Wärmemenge eine Vorwärmung des flüssigen Kältemittels im Wärmetauscher --6-- vorgenommen wird, d. h. man benötigt dazu keine Fremdwärme.

Sowohl im Wärmepumpenkreislauf als auch im Treibmittelkreislauf der Turbine sind Regelvorrichtungen eingebaut, die auch dann eine Zirkulation der entsprechenden Medien gewährleisten, wenn die Temperatur des
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bis 3--in der Vorlaufleitung--A--ein Dreiwegventil--10--mit Querverbindung zur Rücklaufleitung --C-- vorgesehen ist, das mit einem in der Rücklaufleitung--C--liegenden Druckfühler--20- zusammenarbeitet und dass in dieser vor der zum Dreiwegventil --10-- führenden Querleitung eine Pumpe --13-- für den Kreislauf des Mediums angeordnet ist.

Ein anderes Merkmal zur Ausgestaltung der Vorrichtung besteht darin, dass in der Vorlaufleitung--D-zu dem als Vorwärmer dienenden Wärmetauscher--6--ein Dreiwegventil--12--mit Querverbindung zur
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wobei ein dem Ventil zugeordneter Druckfühler --17-- im Kondensator untergebracht ist. Der Druckfühler - steuert daher das Ventil --11-- in dem Sinne, dass mehr oder weniger kaltes Flusswasser dem Kondensator zugeführt wird, je nachdem, ob der Druck der entspannten, von der Turbine kommenden Gase höher oder niedriger ist. Die zwischen die Wärmetauscher-5 und 6-eingeschaltete Pumpe-7-sorgt für einen regelmässigen Umlauf des Treibmittels für die Turbine--T-.

Ein anderes Merkmal für die Steuerung des in der Wärmepumpe umlaufenden Mediums, das z. B. ebenfalls Frigen sein kann, besteht darin, dass im Kreislauf der Wärmepumpe --1 bis 3-nach dem mit der Turbine - T-- zusammenarbeitenden Wärmetauscher --3-- ein Dreiwegventil --9-- mit Querverbindung zur
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--16-- imÄhnlich verhält es sich in diesem Kreislauf vor dem Kompressor--K--, weil der erfindungsgemässe Aufbau der Wärmepumpe auch so gestaltet sein kann, dass dem Dreiwegventil --9-- ein Zweiwegventil
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vom Eingangswärmetauscher-l--der Wärmepumpe zum Kompressor-K-liegen. Das Ventil-8-drosselt oder beschleunigt daher den Zulauf des Kältemittels zum Kompressor, wobei auch der Druckfühler --15'-- diese Wirkung im Hinblick auf einen Druckanstieg oder-abfall unterstützt.

Die Erfindung ist nicht nur auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, denn die erfindungsgemässe Vorrichtung kann auch zur Verwertung der Luft- und Erdtemperatur herangezogen werden. Je nach Höhe dieser Temperaturen können die in der Wärmepumpe und im Treibmittelkreislauf zirkulierenden Medien hinsichtlich ihrer Verdampfungstemperatur ausgewählt werden.

So kann eine in der Erde in etwa 1 bis 2 m Tiefe vergrabene mit Wasser gefüllte Heizschlange die Erdtemperatur auf das Wasser übertragen und an die Wärmepumpe bzw. an den Vorwärmer der erfindungsgemässen Vorrichtung abgeben. Wenn dem Wasser der Heizschlange ein Frostschutzmittel beigemengt ist, so kann ein Temperaturbereich der Erde von etwa +10 bis-15 C ausgenutzt werden. Die auf diese Weise der Erde entzogene Wärme wird in der oben beschriebenen erfindungsgemässen Vorrichtung verwertet, wobei allerdings für die Wärmepumpe und für den Treibmittelkreislauf auf Kältemittel mit niedrigerer Verdampfungstemperatur zurückgegriffen werden muss.

Schliesslich ist es auch denkbar, die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Antrieb von Schiffen zu verwenden, da mit dieser dem Meerwasser, das durchschnittlich Temperaturen bis zu 15 C aufweist, jene Wärmemenge entzogen werden kann, die für den Betrieb der Gasturbine verwertbar ist, welche ihrerseits über einen elektrischen Generator elektrische Antriebsenergie liefert oder direkt für den Antrieb herangezogen wird.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Entziehung von Wärme aus einem Medium, das einer Wärmepumpe zugeführt wird, die
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Medium aus der Wärmepumpe (1) gespeist wird und die entspannten Gase der Turbine verflüssigt, und dass gegebenenfalls im Treibmittelkreislauf ein weiterer als Vorwärmer für die verflüssigten Gase dienender Wärmetauscher (6) vorgesehen ist, der mit dem Wärmetauscher (3) der Wärmepumpe in Serie geschaltet ist und ebenfalls vom Medium, das der Wärmepumpe zugeführt wird, gespeist wird.
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Claims

in der Rücklaufleitung liegenden Druckfühler (20) zusammenarbeitet und dass in dieser vor einer zum Dreiwegventil (10) führenden Querleitung eine Pumpe (13) für den Kreislauf des Mediums angeordnet ist. EMI2.6 <Desc/Clms Page number 3> Rücklaufleitung angeordnet ist und dass in dieser ein diesem Dreiwegventil zugeordneter Druckfühler (18) nach der Querleitung und eine Pumpe (14) vor dieser Querleitung angeordnet sind. EMI3.1 Zuleitung zum Kondensator (5) ein Dreiwegventil (11) vorgesehen ist, an welches die Rücklaufleitung für das Medium angeschlossen ist, wobei ein dem Ventil zugeordneter Druckfühler (17) im Kondensator untergebracht ist. EMI3.2 Dreiwegventil (9) mit Querverbindung zur Zuleitung für diesen Wärmetauscher angeordnet ist, wobei sich der zugeordnete Druckfühler (16) im Wärmetauscher (3) befindet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Dreiwegventil (9) ein Zweiwegventil (8) nachgeschaltet ist, dessen Temperaturfühler (15) und Druckfühler (15') in der Leitung vom Eingangswärmetauscher (1) der Wärmepumpe zum Kompressor (K) liegen.