AT505738B1 - Wärmekraftwärmemaschine - Google Patents

Abstract

Anlage für die Energieumwandlung, bei der eine prozesstechnisch als Wärmekraftmaschine ausgebildete erste Teilanlage (1), eine zweite Teilanlage (2) und ein durch beide Teilanlagen (1, 2) umlaufendes Wärmeträgerfluid vorgesehen ist, für das ein sich durch beide Teilanlagen (1, 2) erstreckender, mit einem Flüssigkeitssammler (12) und einer Speisepumpe (6, 36) versehener Wärmeträgerfluid-Kreislauf vorgesehen ist, wobei der zweite Anlagenteil (2) als Wärme niedrigerer Temperatur über ein Energieabfuhrfluid abgebende Kraftwärmemaschine ausgebildet ist und in dem das Energieabfuhrfluid durch das Wärmeträgerfluid erwärmbar ist und dass im zweiten Teilabschnitt (2), das von der Expansionsmaschine (7) oder von dem Ejektor (34) kommende Wärmeträgerfluid nacheinander einen, dem Kondensator (13) vorgelagerten Vorwärmer (14), und einen, dem Kondensator (13) nachfolgenden Vorkühler (11) durchströmt.

Description

österreichisches Patentamt AT505 738B1 2012-12-15

Beschreibung

WÄRMEKRAFTWÄRMEMASCHINE

[0001] Die Erfindung betrifft eine Anlage für die Energieumwandlung, bei der eine prozesstechnisch als Wärmekraftmaschine ausgebildete erste Teilanlage, eine zweite Teilanlage und ein durch beide Teilanlagen umlaufendes Wärmeträgerfluid vorgesehen ist, für das ein sich durch beide Teilanlagen erstreckender, mit einem Flüssigkeitssammler und einer Speisepumpe versehener Wärmeträgerfluid-Kreislauf vorgesehen ist, wobei in der ersten Teilanlage ein, das Wärmeträgerfluid in einen gasförmigen Zustand verwandelnder, beheizter Dampferzeuger und nachgeordnet, eine, das gasförmige Wärmeträgerfluid entspannende vorzugsweise als Turbine ausgebildete Expansionsmaschine oder ein Ejektor vorgesehen ist, und wobei der Wärmeträgerfluid-Kreislauf einen die Speisepumpe enthaltenden, vom Flüssigkeitssammler zum Dampferzeuger der ersten Teilanlage führenden ersten Kreislaufabschnitt und einen der Expansionsmaschine oder dem Ejektor der ersten Teilanlage nachgeordneten, zum Flüssigkeitssammler führenden zweiten Teilabschnitt besitzt, indem das in der Expansionsmaschine oder das in dem Ejektor der ersten Teilanlage entspannte Wärmeträgerfluid als Heizmedium einen Kondensator passiert.

[0002] Ähnliche Anordnungen sind beispielsweise durch folgende Druckschriften bekannt: [0003] Die AT 006 102 U1 offenbart eine Anlage, in der einer Gegendruck-Dampfturbine ein Heizkondensator, der ein Wärmeversorgungsnetz mit Heizwärme versorgt, und eine Abdampfturbine nachgeschaltet sind. Bei dieser Anlage kann man zwar den die Gegendruck-Dampfturbine enthaltenden Teil der Anlage als erste Teilanlage und den die Abdampfturbine enthaltenden Teil der Anlage als zweite Teilanlage betrachten, aber diese beide Teilanlagen sind prozesstechnisch jeweils als Wärmekraftmaschine ausgebildet.

[0004] Die DE 474 398 C offenbart eine Anlage, in der einer auf ein Dampfverbrauchsnetz schwankenden Bedarfs arbeitenden, als Turbine ausgebildeten Gegendruckmaschine eine den Überschussdampf entspannende und ebenfalls als Turbine ausgebildete Drosselmaschine nachgeschaltet ist. Auch bei dieser Anlage kann man den die Gegendruckturbine enthaltenden Teil der Anlage als erste Teilanlage und den die Turbine enthaltenden Teil der Anlage als zweite Teilanlage betrachten, aber auch hier sind die beiden Teilanlagen prozesstechnisch als Wärmekraftmaschinen ausgebildet.

[0005] Die US 3 995 428 A offenbart eine Anlage zum Umwandeln der fühlbaren Wärme von Rauchgasen bzw. der Erdwärme in brauchbare Energie, wobei die fühlbare Wärme einer Abwärmequelle, die nicht als Arbeitsmedium verwendbar ist, auf ein Arbeitsmedium übertragen wird, das als unter Druck stehende Flüssigkeit vorliegt, die Wärmequelle kann heißes Gas oder eine Mischung aus Wasser und Dampf sein (Geysir). Für die Energieaufnahme aus dem Energiezufuhrfluid sind zwei oder drei aufeinanderfolgende Arbeitsstufen mit jeweils eigenem Arbeitsmedium vorgesehen.

[0006] Die einzelnen Arbeitsstufen sind prozesstechnisch als Wärmekraftmaschinen ausgebildet.

[0007] Die US 2 200 759 A offenbart eine Anlage zur industriellen Dampferzeugung, in der Wasser in einem Wärmetauscher hocherhitzt und durch anschließendes teilweises Entspannen in ein Gemisch aus Wasser und Dampf verwandelt wird.

[0008] Der das Peltonrad enthaltende Teil der Anlage ist prozesstechnisch als Wärmekraftmaschine ausgebildet. Ebenso der die Turbine enthaltende Teil der Anlage.

[0009] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun eine Anlage für die Energieumwandlung, insbesondere zur Umwandlung in Strom, Kälte und Wärme niedriger Temperatur, zu schaffen, die einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist.

[0010] Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der zweite Anlagenteil als 1 /7 österreichisches Patentamt AT505 738B1 2012-12-15 Wärme niedriger Temperatur über ein Energieabfuhrfluid abgebende Kraftwärmemaschine ausgebildet ist und in dem das Energieabfuhrfluid durch das Wärmeträgerfluid erwärmbar ist und dass im zweiten Teilabschnitt das von der Expansionsmaschine oder von dem Ejektor kommende Wärmeträgerfluid nacheinander einen dem Kondensator vorgelagerten Vonwärmer und einen dem Kondensator nachfolgenden Vorkühler durchströmt.

ZUSAMMENFASSUNG

[0011] Wärmekraftwärmemaschine (WKWM).

[0012] Ist eine Anlage die Eigenschaften der Wärmekraftmaschine und Kraftwärmemaschine vereinigt. Diese Anlage kann Strom, Kälte und Wärme niedriger Temperatur (Wärmepumpe) erzeugen.

[0013] Diese Vereinigung wird durch gemeinsame Benützung folgender Anlagenteile wie Kondensator, Vorwärmer, Vorkühler, Flüssigkeitssammler erreicht. Bei Fig. 2 kommt noch ein Ejektor hinzu.

[0014] Die Anlage wird betrieben mit Fluide höherer Temperatur wie Warmwasser, Heißwasser, Abgase höherer Temperatur oder Sonnenenergieübertragung mittels Warm - Heißwasser. Als Wärmeträgermedium kann Flüssiggas wie z.B. Kältemittel R 134a verwendet werden. Die genaue Funktion der Anlage wird verdeutlicht in den Zeichnungen 1 und 2. 1·) [0015] Wärmekraftwärmemaschine (WKWM) [0016] Die Wärmekraftwärmemaschine ist eine Anlage die Wärme höherer Temperatur in Strom und Kälte und in Wärme niedriger Temperatur mit Wirkungsgradverluste umwandelt. Die WKWM ist eine Vereinigung von Wärmekraftmaschine (WKM) und Kraftwärmemaschine (KWM). Diese Vereinigung wird erreicht durch die gemeinsame Benützung folgender Anlagenteile wie Kondensator, Vorwärmer, Vorkühler und Flüssigkeitssammler. Bei Fig. 2 kommt noch ein Ejektor hinzu. Als Wärmeträgermedium kann Flüssiggas wie z.B. Kältemittel R 134a verwendet werden. 2·) [0017] Die Erfindung beschreibt eine Anlage die Wärme höherer Temperatur in Strom, Kälte und in Wärme niedriger Temperatur mit Wirkungsgradverluste umwandelt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die Wärmekraftmaschine und die Kraftwärmemaschine in eine Wärmekraft - Kraftwärmemaschine (Wärmekraftwärmemaschine) zu vereinigen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass beide Anlagen WKM und KWM durch gemeinsam verwendete Teile zu einer einzigen Anlage vereinigt werden. Zur Verdeutlichung wird die vorliegende Erfindung noch anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei Figur 1 eine Variante der erfindungsgemäßen Wärmekraftwärmemaschine zeigt und die Figur 2 eine weitere Variante. 3.) [0018] Wie man in den Figuren 1 und 2 sieht, ist die Wärmekraftmaschine und die Kraftwärmemaschine durch Verwendung gemeinsamer Anlagenteile zu einer Anlage vereinigt (Wärmekraftwärmemaschine (WKWM)).

[0019] Das bringt den Vorteil mit einer Maschine mit weniger Wirkungsgradverluste Strom, Kälte und Wärme niedriger Temperatur aus Fluide höherer Temperatur wie Warmwasser, Heißwasser, Abgase höherer Temperatur und Sonnenenergie mittels Wärmeträgermediums zu erzeugen. 2/7 4.) 4.) österreichisches Patentamt AT505 738B1 2012-12-15 [0020] Eine Wärmekraftwärmemaschine ist eine Anlage, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Wärmekraftmaschine und die Kraftwärmemaschine durch gemeinsame Anlagenteile wie Kondensator, Vorwärmer, Vorkühler, Flüssigkeitssammler und Ejektor wie Fig. 2 zeigt, so angeordnet werden, wie in Figur 1 und 2 ersichtlich ist.

[0021] In weiterer Folge wird die Erfindung anhand der Figuren weiter beschrieben.

[0022] Dabei zeigt [0023] Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung des Aufbaus einer ersten Ausführungsform und [0024] Fig. 2 die vereinfachte Darstellung einer zweiten Ausführungsform.

[0025] Fig. 1 zeigt das Schema einer Wärmekraftwärmemaschine (WKWM). Insbesondere ist die Maschine zur Erzeugung von Strom, Wärme und Kälte eingerichtet. Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 umfasst einen als Wärmekraftmaschine ausgebildeten ersten Anlagenteil 1, einen als Kraftwärmemaschine ausgebildeten zweiten Anlageteil 2, sowie gemeinsame Anlagenteile 3. Die gemeinsamen Anlagenteile 3 sind durch eine strichpunktierte Linie gekennzeichnet.

[0026] Ferner umfasst die vorliegende Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung einen Dampfüberhitzer 4, eine Flüssiggasspeisepumpe 6, eine Expansionsmaschine (Gasturbine) 7, einen Verdichter 8, eine Entspannungsexpansionsmaschine 9, eine Kaltwasserleitung 10, einen Flüssiggasvorkühler 11, einen Flüssiggassammler 12, einen Kondensator 13, einen Flüssiggasvorwärmer 14, sowie Leitungen zur prozesstechnischen Verbindung der oben genannten Komponenten. Entlang des Verlaufs der Leitungen treten gemäß der vorliegenden Ausführungsform folgende Parameter an den jeweiligen Prozessstellen auf. An der ersten Prozessstelle 15 herrscht eine Temperatur von 95 bis 115 °C. An der zweiten Prozessstelle 16 herrscht eine Temperatur von 95 bis 100 °C bei einem Druck von ca. 30 bar, bei der dritten Prozessstelle 17 herrscht eine Temperatur von 80 bis 90 °C, bei der vierten Prozessstelle 18 herrscht eine Temperatur von 40 bis 50 °C, bei der fünften Prozessstelle 19 herrscht eine Temperatur von etwa 8 °C, bei der sechsten Prozessstelle 20 herrscht eine Temperatur von etwa 8 °C, bei der siebten Prozessstelle 21 herrscht eine Temperatur von 12 °C, bei der achten Prozessstelle 22 herrscht eine Temperatur von 8 °C, bei der neunten Prozessstelle 23 herrscht eine Temperatur von 12 bis 35 °C, bei der zehnten Prozessstelle 24 herrscht eine Temperatur von 15 bis 35 °C, bei der elften Prozessstelle 25 herrscht eine Temperatur von 10 bis 45 °C und ein Druck von 2 bis 8 bar, bei der zwölften Prozessstelle 26 herrscht eine Temperatur von 5 bis 30 Ό, bei der dreizehnten Prozessstelle 27 herrscht eine Temperatur von 35 bis 45 °C, bei der vierzehnten Prozessstelle 28 herrscht eine Temperatur von 35 bis 45 °C, bei der fünfzehnten Prozessstelle 29 herrscht eine Temperatur von 15 bis 38 °C, bei der sechzehnten Prozessstelle 30 herrscht eine Temperatur von etwa 10 bis 50 °C, bei der siebzehnten Prozessstelle 31 herrscht eine Temperatur von 45 bis 55 °C, bei der achtzehnten Prozessstelle 32 herrscht eine Temperatur von 55 °C und bei der neunzehnten Prozessstelle 33 herrscht eine Temperatur von 85 °C.

[0027] Die Flüssiggasspeisepumpe hat eine Leistungsaufnahme von 1 kW, die Expansionsmaschinegasturbine hat eine Abgabeleistung von 13 kW

[0028] Ein in der Vorrichtung vorgesehener Generator hat eine Leistungsabgabe von 10 kVA.

[0029] Der Verdichter 8 hat eine Leistungsaufnahme von 10 kW.

[0030] Die Entspannungsexpansionsmaschine 9 hat eine Leistungsabgabe von 3 kW.

[0031] Der Kondensator 13 hat eine Wärmeleistung von 140 kW, der Flüssiggasvorwärmer hat eine Wärmeleistung von 30 kW.

[0032] Der Dampferzeuger 5 hat eine Leistungsaufnahme von 50 kW.

[0033] Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Parameter an den Prozessstellen 15 bis 33 entsprechen denen der Fig. 1. Lediglich die Expansionsmaschine 7, die Flüssiggasspeisepumpe 6, sowie der Verdichter 8 sind durch eine alterna- 3/7

Claims (8)

1. österreichisches Patentamt AT505 738B1 2012-12-15 tive Konstruktion ersetzt. So umfasst die Wärmekraftwärmemaschine (WKWM) zur Erzeugung von Strom, Wärme und Kälte einen Ejektor 34, eine Flüssiggasspeisepumpe 36 mit einer Leistungsaufnahme von 1 kW, sowie einen Motorgenerator 35. Patentansprüche 1. Anlage für die Energieumwandlung, bei der eine prozesstechnisch als Wärmekraftmaschine ausgebildete erste Teilanlage (1), eine zweite Teilanlage (2) und ein durch beide Teilanlagen (1, 2) umlaufendes Wärmeträgerfluid vorgesehen ist, für das ein sich durch beide Teilanlagen (1, 2) erstreckender, mit einem Flüssigkeitssammler (12) und einer Speisepumpe (6, 36) versehener Wärmeträgerfluid-Kreislauf vorgesehen ist, wobei in der ersten Teilanlage (1) ein, das Wärmeträgerfluid in einen gasförmigen Zustand verwandelnder, beheizter Dampferzeuger (5) und nachgeordnet eine, das gasförmige Wärmeträgerfluid entspannende vorzugsweise als Turbine ausgebildete Expansionsmaschine (7) oder ein Ejektor (34) vorgesehen ist, und wobei der Wärmeträgerfluid-Kreislauf einen die Speisepumpe (6, 36) enthaltenden, vom Flüssigkeitssammler (12) zum Dampferzeuger (5) der ersten Teilanlage (1) führenden ersten Kreislaufabschnitt und einen der Expansionsmaschine (7) oder dem Ejektor (34) der ersten Teilanlage (1) nachgeordneten, zum Flüssigkeitssammler (12) führenden zweiten Teilabschnitt besitzt, in dem das in der Expansionsmaschine (7) oder das in dem Ejektor (34) der ersten Teilanlage (1) entspannte Wärmeträgerfluid als Heizmedium einen Kondensator (13) passiert, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anlagenteil (2) als Wärme niedrigerer Temperatur über ein Energieabfuhrfluid abgebende Kraftwärmemaschine ausgebildet ist und in dem das Energieabfuhrfluid durch das Wärmeträgerfluid erwärmbar ist und dass im zweiten Teilabschnitt (2), das von der Expansionsmaschine (7) oder von dem Ejektor (34) kommende Wärmeträgerfluid nacheinander einen, dem Kondensator (13) vorgelagerten Vonwärmer (14), und einen, dem Kondensator (13) nachfolgenden Vorkühler (11) durchströmt.
2. 2. Anlage für die Energieumwandlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wärmeträgerfluid in der ersten Teilanlage (1) Wärme höherer Temperatur über ein Energiezufuhrfluid zuführbar ist.
3. 3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine^) in dem als Wärmekraftmaschine ausgebildeten ersten Anlagenteil (1) als gasbetriebene Dampfturbine ausgebildet ist, die mechanisch mit der Speisepumpe (6) gekoppelt ist.
4. 4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine mit einem Generator mechanisch gekoppelt ist.
5. 5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der als Kraftwärmemaschine ausgebildete zweite Anlagenteil (2) eine mit einem Generator mechanisch gekoppelte zweite Expansionsmaschine (9) enthält, in der das vom Flüssigkeitssammler (12) kommende Wärmeträgerfluid entspannt wird, dass an der zweiten Expansionsmaschine (9) ein von der zweiten Expansionsmaschine (9) zum Vonwärmer (14) führender, zweiter Kreislaufabschnitt des Wärmeträgerfluidkreislaufes vorgesehen ist, in dem das Wärmeträgerfluid zuerst eine Wärme niedriger Temperatur an das Energieabfuhrfluid abgebende Einheit durchströmt und dann als Kühlmedium durch den Vorkühler (11) strömt.
6. 6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ejektor (34) im zweiten Kreislaufabschnitt des Wärmeträgerfluidkreislaufes angeordnet ist und das vom Vorkühler (11) kommende Wärmeträgerfluid zum Vorwärmer (14) befördert.
7. 7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Kreislaufabschnitt das in der Expansionsmaschine (7) oder von dem Ejektor (34) der ersten Teilanlage entspannte Wärmeträgerfluid als Heizmedium einen Vorwärmer (14) durchströmt, dann einen Kondensator (13) und anschließend einen das Wärmeträgerfluid kühlenden Vorkühler (11) passiert, dass der Wärmeträgerfluid-Kreislauf einen dem Flüssigkeitssammler (12) nachgeordneten und zur zweiten Teilanlage (2) führenden dritten Kreis- 4/7 österreichisches Patentamt AT505 738B1 2012-12-15 laufabschnitt besitzt, dass in der zweiten Teilanlage (2) eine das flüssige Wärmeträgerfluid entspannende zweite Expansionsmaschine (9) vorgesehen und dieser ein Wärme niedrigerer Temperatur an ein Energieabfuhrfluid abgebender Wärmetauscher nachgeordnet ist, und dass der Wärmeträgerfluid-Kreislauf einen der zweiten Expansionsmaschine (9) der zweiten Teilanlage (2) nachgeordneten, vierten Kreislaufabschnitt besitzt, in dem das in der zweiten Expansionsmaschine (9) der zweiten Teilanlage (2) entspannte Wärmeträgerfluid als Kühlmedium den im zweiten Kreislaufabschnitt angeordneten Vorkühler (11) passiert.
8. 8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Teilanlage (1) ein durch das gasförmige Wärmeträgerfluid betriebener Ejektor (34) vorgesehen ist, der mit dem der zweiten Teilanlage (2) nachgeordneten, vierten Kreislaufabschnitt des Wärmeträgerfluid-Kreislaufes verbunden ist und in das im vierten Kreislaufabschnitt den Vorkühler (11) als Kühlmedium passierende Wärmeträgerfluid zum zweiten Kreislaufabschnitt des Wärmeträgerfluid-Kreislaufes befördert. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 5/7