AT510279B1

AT510279B1 - METHOD FOR CONVERTING ENERGY

Info

Publication number: AT510279B1
Application number: AT0024011A
Authority: AT
Inventors: Klaus Dipl Ing Engelhart; Thomas Dr Trixner
Original assignee: Klaus Dipl Ing Engelhart; Thomas Dr Trixner
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2012-03-15
Also published as: AT510279A4

Description

österreichisches Patentamt AT510 279B1 2012-03-15Austrian Patent Office AT510 279B1 2012-03-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung von Energie, bei dem in einem Primärkreislauf ein Wärmeträgermedium durch eine externe Energiequelle erwärmt und verdampftwird, das Wärmeträgermedium danach unter Gewinnung mechanischer Arbeit entspannt wird, danach in einem Kondensator kondensiert wird und durch eine Speisewasserpumpe zurück zur externen Energiequelle geführt wird, wobei das Wärmeträgermedium in einem Kondensator Wärme an ein Kühlmedium abgibt, das in einem Nasskühlturm in einem Kühlkreislauf gekühlt wird, und wobei das Kühlmedium laufend durch Frischwasser ergänzt wird, das über eine Frischwasserzufuhrleitung zugeführt wird.Description: The invention relates to a process for the conversion of energy, in which in a primary circuit a heat transfer medium is heated and vaporized by an external energy source, the heat transfer medium is subsequently expanded to obtain mechanical work, thereafter condensed in a condenser and returned by a feed water pump is conducted to the external power source, wherein the heat transfer medium in a condenser emits heat to a cooling medium, which is cooled in a wet cooling tower in a cooling circuit, and wherein the cooling medium is continuously supplemented by fresh water, which is supplied via a fresh water supply line.

[0002] Die Gewinnung elektrischer Energie aus Sonnenenergie kann in bekannter Weise durch photovoltaische Solaranlagen erfolgen. Die Kosten für solche Anlagen sind relativ hoch, so dass eine Umsetzung auf breiter Basis im Moment nicht wirtschaftlich ist.The production of electrical energy from solar energy can be done in a known manner by photovoltaic solar systems. The cost of such equipment is relatively high, so that broad-based implementation is not economically viable at the moment.

[0003] Alternativ dazu kann Solarwärme zur Erwärmung eines Wärmeträgermediums verwendet werden, das in einem Kreisprozess zur Erzeugung mechanischer Arbeit herangezogen wird.Alternatively, solar heat can be used to heat a heat transfer medium, which is used in a cycle for generating mechanical work.

[0004] Das vorliegende Verfahren geht im Wesentlichen aus von einem herkömmlichen Dampfkraftprozess, bei dem in jedem Zyklus ein Phasenwechsel flüssig-gasförmig bzw. gasförmig flüssig erfolgt, wie es etwa beim Clausius-Rankine-Prozess der Fall ist. Wesentlich bei jedem derartigen Kreisprozess ist neben der Temperatur auf der heißen Seite die Temperatur auf der Kondensatorseite, die für die Erzielung eines hohen Wirkungsgrades möglichst niedrig sein soll.The present method is essentially based on a conventional steam power process, in which a phase change liquid-gaseous or gaseous liquid takes place in each cycle, as is the case with the Clausius-Rankine process. Essential in any such cycle is in addition to the temperature on the hot side, the temperature on the capacitor side, which should be as low as possible to achieve high efficiency.

[0005] Das erfindungsgemäße Verfahren soll insbesondere im subtropischen und tropischen Bereich eingesetzt werden, in dem in der Regel die Abfuhr von Wärme nur über Kühltürme möglich ist. Kühltürme können einerseits als Trockenkühltürme und andererseits als Nasskühltürme ausgebildet sein. Trockenkühltürme besitzen den Vorteil, dass praktisch kein Verbrauch an Kühlmittel auftritt. Nachteilig ist jedoch der deutlich schlechtere Wirkungsgrad des Kreisprozesses zufolge der erhöhten Temperatur im Kondensator und des Energieaufwandes für ein Gebläse. Bei der Kühlung in einem Nasskühlturm können vergleichsweise niedrige Temperaturen im Kondensator erreicht werden, allerdings ist es erforderlich, dass Kühlmedium laufend durch Frischwasser zu ergänzen, da systembedingt dauernd Verluste durch Verdampfung auftreten.The inventive method is intended to be used in particular in the subtropical and tropical areas, in which usually the removal of heat only via cooling towers is possible. Cooling towers can on the one hand be designed as dry cooling towers and, on the other hand, as wet cooling towers. Dry cooling towers have the advantage that virtually no consumption of coolant occurs. However, a disadvantage is the significantly poorer efficiency of the cycle due to the increased temperature in the condenser and the energy consumption for a fan. When cooling in a wet cooling tower comparatively low temperatures in the condenser can be achieved, however, it is necessary that cooling medium continuously supplemented by fresh water, as systematically permanent losses occur by evaporation.

[0006] Andererseits sind Anlagen zur Entsalzung von Meerwasser bekannt, die durch stufenweise Verdampfung und Rückkondensation destilliertes Wasser hersteilen. Es ist bekannt, zu diesem Zweck den sogenannten MSF-Prozess einzusetzen, bei dem mehrere Stufen aufeinander folgen, in denen bei stufenweise abnehmendem Druck flüssige Phase und Dampfphase bei stufenweise niedrigeren Temperaturen vorliegen. Für die Aufrechterhaltung des MSF-Prozesses ist Energiezufuhr erforderlich, was einen entsprechenden Aufwand verursacht.On the other hand, plants for the desalination of seawater are known to produce distilled water by stepwise evaporation and recondensation. It is known to use for this purpose the so-called MSF process, in which several stages follow one another, in which, with gradually decreasing pressure, liquid phase and vapor phase are present at stepwise lower temperatures. Energy maintenance is required to maintain the MSF process, which is costly.

[0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren zur Umwandlung von Energie der oben beschriebenen Art so weiter zu bilden, dass ein höherer Wirkungsgrad erreicht wird. Zusätzlich soll es je nach Bedarf möglich sein, auch eine teilweise Entsalzung des zugeführten Frischwassers mit geringem Energieaufwand zu erreichen.The object of the present invention is to further develop a method for converting energy of the type described above so that a higher efficiency is achieved. In addition, it should be possible, as needed, to achieve a partial desalination of the supplied fresh water with low energy consumption.

[0008] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Frischwasser zunächst in einem Wärmetauscher Wärme an das kondensierte Wärmeträgermedium abgibt, bevor es dem Kühlkreislauf im Nasskühlturm zugeführt wird.According to the invention it is provided that the fresh water first gives off heat in a heat exchanger to the condensed heat transfer medium before it is fed to the cooling circuit in the wet cooling tower.

[0009] Wesentlich am erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass das Frischwasser mit einer relativ hohen Temperatur zugeführt wird und die damit transportierte Wärmemenge zur Vorerwärmung des Wärmeträgermediums verwendet wird. Auf diese Weise kann beispielsweise bei Verwendung von Solarenergie mit einer geringeren Kollektorfläche das Auslangen gefunden werden. Bezogen auf die Kollektorfläche wird somit der Wirkungsgrad erhöht.Essential to the method according to the invention is that the fresh water is supplied at a relatively high temperature and the amount of heat transported so used for preheating the heat transfer medium. In this way, for example, when using solar energy with a smaller collector area Auslangen be found. Based on the collector surface thus the efficiency is increased.

[0010] Wichtig ist auch, dass nicht das gesamte Kühlwasser über eine gegebenenfalls sehr lange Leitung transportiert werden muss, sondern nur der Anteil, der einerseits durch Verdamp- 1 /9 österreichisches Patentamt AT510 279B1 2012-03-15 fung im Kühlturm und andererseits durch Abzug konzentrierter Salzsole verbraucht wird.It is also important that not all the cooling water must be transported over an optionally very long line, but only the proportion, on the one hand by evaporation in the cooling tower and on the other hand by Deduction of concentrated brine is consumed.

[0011] Besonders bevorzugt ist es, wenn das Frischwasser in einer Zuleitung von einer Frischwasserquelle zum Wärmetauscher durch Sonneneinstrahlung erwärmt wird, wobei vorzugsweise eine Temperatur von mehr als 80°C und besonders vorzugsweise eine Temperatur von mehr als 110°C erreicht wird. Schon durch geringfügige bauliche Maßnahmen kann die ohnehin erforderliche Zuleitung für Frischwasser so ausgebildet werden, dass dieses die eigentliche Anlage mit der oben erwähnten hohen Temperatur erreicht. Auf diese Weise kann der Wirkungsgradvorteil praktisch ohne Zusatzaufwand realisiert werden.It is particularly preferred if the fresh water is heated in a supply line from a fresh water source to the heat exchanger by sunlight, preferably a temperature of more than 80 ° C and more preferably a temperature of more than 110 ° C is achieved. Already by minor structural measures, the already required supply line for fresh water can be designed so that this reaches the actual system with the above-mentioned high temperature. In this way, the efficiency advantage can be realized practically without additional effort.

[0012] Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren so betrieben, dass das Frischwasser dann zugeführt wird, wenn ausreichend Sonneneinstrahlung zur Verfügung steht, um es in der Zuleitung zu erwärmen. Um den permanent auftretenden Bedarf an Frischwasser zu decken, sind dann entsprechende Pufferspeicher vorzusehen.Preferably, the inventive method is operated so that the fresh water is then supplied when sufficient solar radiation is available to heat it in the supply line. In order to cover the permanently occurring need for fresh water, appropriate buffer storage must be provided.

[0013] Bei längeren Zuleitungen wird jedoch die Dauer der Durchströmung der Frischwasserzufuhrleitungen unter Umständen mehrere Tage betragen, wenn man versucht zu hohe Strömungsgeschwindigkeiten zu vermeiden, um die Verluste gering zu halten. In diesem Fall wird die Wärmekapazität des Sandbetts, in dem die Rohre verlegt sind, ausreichen, um einen kontinuierlichen Betrieb der Frischwasserzufuhr zu ermöglichen.For longer supply lines, however, the duration of the flow through the fresh water supply lines may be several days if you try to avoid high flow velocities to keep the losses low. In this case, the heat capacity of the sand bed in which the pipes are laid, sufficient to allow continuous operation of the fresh water supply.

[0014] Eine besonders vorteilhafte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Frischwasser im Wärmetauscher nacheinander durch mehrere Kammern geführt wird, die teilweise mit flüssigem Frischwasser und teilweise mit dampfförmigem Frischwasser gefüllt sind und in denen ein unterschiedlicher Druck eingestellt ist, der in Strömungsrichtung des Frischwassers abnimmt. Der Wärmetauscher ist also baulich etwa einer MSF-Anlage nachgebildet. Dadurch kann die Energie des Frischwassers in besonders effizienterWeise an das Wärmeträgermedium abgegeben werden. Insbesondere ist es möglich, dass in den Gasräumen der einzelnen Kammern Vorerwärmer vorgesehen sind, an denen Frischwasser kondensiert, da die Vorerwärmer von dem relativ kühlen Wärmeträgermedium durchströmt werden. Auf diese Weise ist es möglich, eine Entsalzung des Frischwassers durchzuführen. Je nach Auslegung der Anlage werden dann aus dem Frischwasser etwa 10% destilliertes Wasser gewonnen, während der Hauptteil des Frischwassers mit leicht erhöhtem Salzgehalt von beispielsweise 4% zum Nasskühlturm geführt wird.A particularly advantageous embodiment of the method according to the invention is characterized in that the fresh water in the heat exchanger is successively passed through a plurality of chambers, which are partially filled with liquid fresh water and partly with fresh steam water and in which a different pressure is set, in the flow direction of fresh water decreases. The heat exchanger is thus structurally modeled as an MSF system. As a result, the energy of the fresh water can be delivered in a particularly efficient way to the heat transfer medium. In particular, it is possible that preheaters are provided in the gas chambers of the individual chambers, where fresh water condenses, since the preheaters are flowed through by the relatively cool heat transfer medium. In this way it is possible to carry out a desalination of the fresh water. Depending on the design of the system, about 10% of distilled water is then recovered from the fresh water, while the main part of the fresh water is led to the wet-cooling tower with a slightly elevated salt content of, for example, 4%.

[0015] Besonders bevorzugt werden dabei die Druckdifferenzen in den einzelnen Kammern durch Dampfstrahlpumpen aufrecht erhalten, die oberhalb jeder Kammer vorgesehen sind. Der Unterdrück der letzten Kammer wird über eine mit einem weiteren Kondensator und mit einem Separator verbundene Vakuumpumpe hergestellt und aufrechterhalten. Im Gegensatz zu bekannten Anlagen, bei denen, eine gemeinsame Dampfstrahlpumpe den Unterdrück jeder Kammer aufrechterhält, wird hier eine beträchtliche Energieeinsparung erzielt. Insbesondere ist es nicht erforderlich, Frischdampf für den Betrieb der einzelnen Dampfstrahlpumpen abzuzweigen, lediglich die Vakuumpumpe zur Erzeugung des Unterdrucks in der allerletzten Kammer muss durch externe Energiezufuhr angetrieben werden und kann beispielsweise als Dampfstrahlpumpe ausgebildet sein, die mit Frischdampf betrieben wird. Die benötigte Frischdampfmenge ist jedoch hier wesentlich kleiner als in dem Fall, in dem alle Kammern mit Frischdampf evakuiert werden, was den Gesamtwirkungsgrad der Anlage entsprechend erhöht. Die Verschaltung erfolgt insbesondere so, dass über jede Dampfstrahlpumpe Gas (nichtkondensierbare Gase, die im Frischwasser gelöst sind, und dampfförmiges Frischwasser) aus der ihr zugeordneten Kammer angesaugt wird. Die einzelnen Dampfstrahlpumpen sind dabei in Serie geschaltet, d.h. der Eingangs- und der Ausgangsanschluss nacheinander angeordneter Pumpen sind jeweils verbunden.Particularly preferred while the pressure differences in the individual chambers are maintained by steam jet pumps, which are provided above each chamber. The suppression of the last chamber is established and maintained via a vacuum pump connected to another condenser and to a separator. In contrast to known systems in which a common steam jet pump maintains the vacuum of each chamber, a considerable energy saving is achieved here. In particular, it is not necessary to divert live steam for the operation of the individual steam jet pumps, only the vacuum pump for generating the negative pressure in the very last chamber must be driven by external power supply and may for example be designed as a steam jet pump, which is operated with live steam. However, the amount of live steam needed here is much smaller than in the case in which all chambers are evacuated with live steam, which increases the overall efficiency of the system accordingly. The interconnection is carried out in particular such that gas (non-condensable gases dissolved in the fresh water and fresh vaporous water) is sucked out of the chamber assigned to it via each steam jet pump. The individual steam jet pumps are connected in series, i. the input and output ports of successively arranged pumps are connected respectively.

[0016] Weiters betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung zur Umwandlung von Energie, mit einer externen Energiequelle zur Erwärmung eines Wärmeträgermediums, einer Arbeitsmaschine zur Gewinnung mechanischer Arbeit durch Entspannung des Wärmeträgermediums, einem Kondensator zur Kondensation des Wärmeträgermediums und einer Speisewasserpumpe zur Förderung des Wärmeträgermediums zur externen Energiequelle, sowie mit 2/9 österreichisches Patentamt AT510 279 B1 2012-03-15 einem Nasskühlturm zur Kühlung eines Kühlmediums, das im Kondensator erwärmt wird, und mit einer Zufuhrleitung für Frischwasser zur Ergänzung des im Kühlturm verdampften Kühlmediums.Furthermore, the present invention also relates to a device for converting energy, with an external energy source for heating a heat transfer medium, a working machine for obtaining mechanical work by relaxation of the heat transfer medium, a condenser for condensing the heat transfer medium and a feedwater pump for conveying the heat transfer medium external power source, as well as with a wet cooling tower for cooling a cooling medium, which is heated in the condenser, and with a supply line for fresh water to supplement the cooling medium vaporized in the cooling tower AT510 279 B1 2012-03-15

[0017] Um die Darstellung der Erfindung zu vereinfachen ist in der Folge ein einfacher Dampfkreislauf beschrieben. In der Realität wird nach Bedarf und Gegebenheiten ein Kreislauf mit mehreren Zwischenüberhitzungen eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren wird dabei in der Niederdruckstufe eingesetzt.In order to simplify the illustration of the invention, a simple steam cycle is described below. In reality, a circuit with multiple reheats will be used as needed and circumstances. The process of the invention is used in the low-pressure stage.

[0018] Erfindungsgemäß ist ein Wärmetauscher vorgesehen, der einerseits vom Frischwasser durchströmt wird, um dieses abzukühlen und der andererseits vom kondensierten Wärmeträgermedium durchströmt wird, um dieses zu erwärmen.According to the invention, a heat exchanger is provided which is flowed through on the one hand by the fresh water to cool it and the other is passed through by the condensed heat transfer medium to heat it.

[0019] Durch die erfindungsgemäße Anlage kann der Wirkungsgrad von Kreisprozessen im Anschluss an Solarkollektoren o. dgl. deutlich erhöht werden. Insbesondere ist es möglich, die für die Reinigung der Spiegel der Kollektoren und die für den Dampfkreislauf erforderliche Menge an destilliertem Wasser in der Anlage selbst bereitzustellen, ohne bedeutenden Zusatzaufwand zu verursachen. Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist allerdings auch mit anderen Formen von Primärenergie kombinierbar. So kann beispielsweise Erdgas genutzt werden.By the inventive system, the efficiency of cycles after solar panels o. The like. Be significantly increased. In particular, it is possible to provide the amount of distilled water in the plant itself required for cleaning the levels of the collectors and for the steam cycle, without causing significant additional expense. However, the method according to the invention and the device for carrying out the method can also be combined with other forms of primary energy. For example, natural gas can be used.

[0020] In der Folge wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.As a result, the invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in FIGS.

[0021] Es zeigen: [0022] Fig. 1 ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; [0023] Fig. 2 schematisch den grundlegenden Aufbau einer Dampfstrahlpumpe und [0024] Fig. 3 eine Frischwasserzufuhrleitung im Schnitt.FIG. 1 shows a schematic circuit diagram of a system for carrying out the method according to the invention; FIG. Fig. 2 shows schematically the basic structure of a steam jet pump and Fig. 3 shows a fresh water supply line in section.

[0025] In dem Schaltungsdiagramm von Fig. 1 ist zunächst ein Primärkreislauf mit 1 bezeichnet. Dabei wird ein Wärmeträgermedium durch eine externe Energiequelle 2 erwärmt, die im vorliegenden Fall durch eine Anordnung von Sonnenkollektoren 3 gebildet ist. Um höhere Temperaturen zu erreichen, sind die Solarkollektoren 3 mit Konzentratoren 3a beispielsweise in der Form von Spiegeln versehen. Das erwärmte und zumindest teilweise verdampfte Wärmeträgermedium wird in einer Turbine 4 entspannt, die mit einem Generator 5 verbunden ist, um Strom in ein schematisch angedeutetes Stromnetz 6 einzuspeisen. Das entspannte Wärmeträgermedium wird über eine erste Leitung 7 in einen Kondensator 8 geführt, in dem es gekühlt und kondensiert wird. Eine erste Speisewasserpumpe 9 fördert das Wärmeträgermedium in einen Wärmetauscher 10, in dem eine Vorerwärmung des Wärmeträgermediums erfolgt. Eine weitere Speisewasserpumpe 11 fördert das Wärmeträgermedium über eine weitere Leitung 12 wieder zur externen Energiequelle 2, um den Primärkreislauf 1 zu schließen.In the circuit diagram of Fig. 1, a primary circuit is initially designated 1. In this case, a heat transfer medium is heated by an external energy source 2, which is formed in the present case by an array of solar panels 3. In order to achieve higher temperatures, the solar collectors 3 are provided with concentrators 3a, for example in the form of mirrors. The heated and at least partially vaporized heat transfer medium is expanded in a turbine 4, which is connected to a generator 5 in order to feed electricity into a schematically indicated power network 6. The expanded heat transfer medium is passed via a first line 7 in a condenser 8, in which it is cooled and condensed. A first feedwater pump 9 conveys the heat transfer medium into a heat exchanger 10, in which preheating of the heat transfer medium takes place. Another feedwater pump 11 conveys the heat transfer medium via a further line 12 back to the external energy source 2 to close the primary circuit 1.

[0026] Die Kühlung des Wärmeträgermediums im Kondensator 8 erfolgt über einen Kühlkreislauf, in dem ein Kühlmedium durch den Kondensator 8 geführt wird, dabei durch das Wärmeträgermedium erwärmt wird und in einen Nasskühlturm 13 geführt wird, in dem es über eine Vielzahl von Sprühdüsen 14 zu einem Sprühnebel verteilt wird. Durch die Verdampfungswärme des teilweise verdampfenden Kühlmediums wird dem verbleibenden Kühlmedium Wärme entzogen und das so abgekühlte Kühlmedium wird in einer Auffangwanne 15 des Nasskühlturms 13 aufgefangen und über eine Kühlmittelpumpe 16 wiederum dem Kondensator 8 zugeführt.The cooling of the heat transfer medium in the condenser 8 via a cooling circuit, in which a cooling medium is passed through the condenser 8, is heated by the heat transfer medium and is guided into a wet cooling tower 13, in which it has a plurality of spray nozzles 14 to a spray is distributed. Due to the heat of evaporation of the partially evaporating cooling medium heat is removed from the remaining cooling medium and the thus cooled cooling medium is collected in a collecting trough 15 of the wet cooling tower 13 and fed via a coolant pump 16 in turn the capacitor 8.

[0027] Das im Nasskühlturm 13 verdampfte Kühlmedium wird laufend durch Frischwasser ergänzt, das über eine Verbindungsleitung 17 zugeführt wird, in der eine Frischwasserpumpe 18 vorgesehen ist. Um den Salzgehalt des Kühlmediums nicht über einen zulässigen Grenzwert hinaus ansteigen zu lassen, wird überdies laufend Kühlmedium aus der Auffangwanne 15 des Nasskühlturms 13 abgezogen und über eine Entsorgungspumpe 19 entsorgt. Die Entsorgung kann beispielsweise darin bestehen, dass in entsprechenden Becken 20 eine Salzgewinnung analog zur Meersalzgewinnung durchgeführt wird. Stromaufwärts der Frischwasserpumpe 18 3/9 österreichisches Patentamt AT510 279 B1 2012-03-15 durchläuft das Frischwasser den Wärmetauscher 10, indem es abgekühlt wird. Die Versorgung durch Frischwasser erfolgt aus einer Frischwasserquelle, wie beispielsweise dem Meer, das hier schematisch mit 21 angedeutet ist. Über eine entsprechende Frischwasserzufuhrleitung 22, die mit Versorgungspumpen 23 ausgestattet ist, wird das Frischwasser dem Wärmetauscher 10 zugeführt. Je nach Lage der Vorrichtung kann die Länge der Frischwasserzufuhrleitung 22 zwischen mehreren zehn Kilometern und mehreren hundert Kilometern betragen. Da die Anlage primär für subtropische oder tropische Gebiete vorgesehen ist, wird das Frischwasser in der Frischwasserzufuhrleitung 22 durch Sonneneinstrahlung (schematisch angedeutet durch Pfeile 24) erwärmt und erreicht den Wärmetauscher 10 mit Temperaturen, die 90° C oder mehr betragen können.The vaporized in the wet cooling tower 13 cooling medium is continuously supplemented by fresh water, which is supplied via a connecting line 17, in which a fresh water pump 18 is provided. In order not to increase the salt content of the cooling medium beyond an allowable limit, moreover, cooling medium is continuously withdrawn from the collecting trough 15 of the wet cooling tower 13 and disposed of via a disposal pump 19. The disposal may, for example, consist in that in corresponding basin 20 a salt extraction is carried out analogously to the sea salt extraction. Upstream of the fresh water pump, the fresh water passes through the heat exchanger 10 by being cooled. The supply of fresh water takes place from a fresh water source, such as the sea, which is indicated here schematically with 21. Via a corresponding fresh water supply line 22, which is equipped with supply pumps 23, the fresh water is supplied to the heat exchanger 10. Depending on the position of the device, the length of the fresh water supply line 22 may be between several tens of kilometers and several hundred kilometers. Since the plant is primarily intended for subtropical or tropical areas, the fresh water in the fresh water supply line 22 is heated by solar radiation (schematically indicated by arrows 24) and reaches the heat exchanger 10 with temperatures that can be 90 ° C or more.

[0028] In der Folge wird der Aufbau des Wärmetauschers 10 und der damit verbundenen Anlagenteile näher beschrieben. Der Wärmetauscher 10 ist in mehrere Kammern 25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25f, 25g, 25h, 25i, 25j unterteilt. Die Kammern 25a bis 25j sind im Wesentlichen senkrecht angeordnet und besitzen eine Höhe von mehreren Metern. Sie sind durch Trennwände 26 gegeneinander abgetrennt, wobei jedoch im unteren Bereich durch Strömungsöffnungen 27 vorgesehen sind, durch die das Frischwasser den Wärmetauscher 10 durchströmen kann. Im Betrieb sind die Kammern 25a bis 25j im unteren Bereich mit flüssigem Frischwasser und im oberen Bereich mit dampfförmigem Frischwasser gefüllt, wobei sich aufgrund der gegebenen Druckunterschiede ein unterschiedlicher Flüssigkeitsspiegel 28 einstellt, was in der Folge näher erklärt werden wird. Der Innendruck in den Kammern 25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25f, 25g, 25h, 25i, 25j fällt vom Umgebungsdruck in der ersten Kammer 25a in Strömungsrichtung beispielsweise um jeweils 0,1 bar ab.As a result, the construction of the heat exchanger 10 and the associated system parts will be described in more detail. The heat exchanger 10 is divided into a plurality of chambers 25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25f, 25g, 25h, 25i, 25j. The chambers 25a to 25j are arranged substantially vertically and have a height of several meters. They are separated by partitions 26 against each other, but are provided in the lower part by flow openings 27 through which the fresh water can flow through the heat exchanger 10. In operation, the chambers 25a to 25j are filled at the bottom with liquid fresh water and at the top with steam fresh water, whereby due to the given pressure differences, a different liquid level 28 is set, which will be explained in more detail below. The internal pressure in the chambers 25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25f, 25g, 25h, 25i, 25j drops from the ambient pressure in the first chamber 25a in the flow direction, for example by 0.1 bar.

[0029] Im oberen Bereich der einzelnen Kammern 25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25f, 25g, 25h, 25i, 25j sind jeweils Vorerwärmer 29 vorgesehen, die vom Wärmeträgermedium des Primärkreislaufs 1 entgegen der Strömungsrichtung des Frischwassers durchströmt werden, wobei das Wärmeträgermedium aus dem Kondensator 8 zugeführt wird. Die einzelnen Vorerwärmer 29 sind jedenfalls so hoch angeordnet, dass sie in dem mit dampfförmigem Frischwasser gefüllten Abschnitt, d.h. oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 28 gelegen sind. Unterhalb der einzelnen Vorerwärmer 29 ist jeweils eine Auffangwanne 30 für kondensiertes Frischwasser ausgebildet, um das an den Vorerwärmern 29 kondensierte Frischwasser aufzufangen. Bei diesem kondensierten Frischwasser aus den Auffangwannen 30 handelt es sich um ein Destillat, das dementsprechend salzfrei ist und als destilliertes Wasser weiterverwendet werden kann. Dieses destillierte Wasser wird einem Separator 31 zugeführt, der teilweise mit flüssigem destilliertem Wasser und teilweise mit kondensierbaren Gasen gefüllt ist. Über eine Abzugsleitung 32 wird das destillierte Wasser abgezogen. Eine Vakuumpumpe 35 beispielsweise in der Form einer von Frischdampf angetriebenen Dampfstrahlpumpe sorgt durch Ableitung der nicht kondensierbaren Gase für einen entsprechenden Unterdrück im Separator 31.In the upper region of the individual chambers 25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25f, 25g, 25h, 25i, 25j each preheater 29 are provided, which are flowed through by the heat transfer medium of the primary circuit 1 against the flow direction of the fresh water, wherein the Heat transfer medium from the condenser 8 is supplied. In any case, the individual preheaters 29 are arranged so high that in the section filled with fresh vaporous water, i. located above the liquid level 28. Below the individual preheater 29, a collecting trough 30 for condensed fresh water is formed in each case in order to collect the fresh water condensed on the preheaters 29. In this condensed fresh water from the drip pans 30 is a distillate, which is salt-free accordingly and can be used as distilled water. This distilled water is fed to a separator 31, which is partially filled with liquid distilled water and partly with condensable gases. About a discharge line 32, the distilled water is withdrawn. A vacuum pump 35, for example in the form of a steam jet pump driven by live steam, provides for a corresponding suppression in the separator 31 by discharging the non-condensable gases.

[0030] An den oberen Bereich der einzelnen Kammern 25b bis 25j (ausgenommen der ersten Kammer 25a) sind jeweils Dampfstrahlpumpen 33b bis 33j angeschlossen. Die Beschaltung wird beispielhaft für die Dampfstrahlpumpe 33c oberhalb der Kammer 25c erklärt. Vorauszuschicken ist, dass grundsätzlich der Druck im Inneren der Kammern 25a bis 25j in Strömungsrichtung des Frischwassers, also in Fig. 1 von links nach rechts stufenweise abnimmt. Dementsprechend steigt der Flüssigkeitsspiegel 28 von links nach rechts an. Die Dampfstrahlpumpe 33c ober der Kammer 25c saugt aus dieser Gas an und wird dabei durch die Strömung angetrieben, die von der stromaufwärtigen Dampfstrahlpumpe 33b zur stromabwärtigen Dampfstrahlpumpe 33d gerichtet ist.At the upper portion of the individual chambers 25b to 25j (except for the first chamber 25a) are each connected to steam jet pumps 33b to 33j. The wiring is exemplified for the steam jet pump 33c above the chamber 25c. It must be said in advance that in principle the pressure in the interior of the chambers 25a to 25j gradually decreases in the direction of flow of the fresh water, that is to say in FIG. 1, from left to right. Accordingly, the liquid level 28 increases from left to right. The jet pump 33c above the chamber 25c sucks from this gas and is thereby driven by the flow directed from the upstream jet pump 33b to the downstream jet pump 33d.

[0031] Wesentlich an dieser Beschaltung ist, dass die Druckunterschiede zwischen benachbarten Kammern 25a bis 25j relativ gering sind, so dass die Effizienz der einzelnen Dampfstrahlpumpen 33b bis 33j sehr groß ist.Essential to this circuit is that the pressure differences between adjacent chambers 25a to 25j are relatively low, so that the efficiency of the individual steam jet pumps 33b to 33j is very large.

[0032] Die Dampfstrahlpumpe 33j der am meisten stromabwärtigen Kammer 25j ist über einen weiteren Kondensator 34 mit dem Gasraum des Separators 31 verbunden. Der in der Dampfstrahlpumpe 33j abgesaugte Dampf wird in diesem weiteren Kondensator 34 durch einen Teil- 4/9The steam jet pump 33j of the most downstream chamber 25j is connected via a further condenser 34 to the gas space of the separator 31. The extracted in the steam jet pump 33j steam is in this further capacitor 34 by a part 4/9

Claims

Austrian Patent Office AT510 279B1 2012-03-15 is cooled from the sump 15 of the wet cooling tower 13 and largely condensed, which partial flow is driven by a feed pump 36. Downstream of the further capacitor 34, the partial flow is reunited with the exiting from the condenser 8 main flow of the cooling medium. In Fig. 2, one of the steam jet pumps 33b to 33j, which is designated here by way of example with 33, shown. The input port 37 is connected to an output port 38 via a nozzle assembly 40, and as described above, the input port 37 of each of the steam ejectors 33c to 33j is connected to the output port 38 of the upstream vapor ejector 33b to 33i, respectively. The inlet port 37 of the first steam jet pump 33b is connected directly to the first chamber 25a. In the nozzle assembly 40, a negative pressure is caused by the flow, which causes gas to be sucked in at the suction port 39, which is connected to the respective associated chamber 25b to 25j. Fig. 3 shows a fresh water supply line 22 in section, with a plurality of tubes 41 a, 41 b and 41 c, which are arranged parallel to each other in an insulating tub 42 in a sand bed 43. A cover 44 enhances heat absorption by reducing convection losses at higher temperatures. A return pipe 45 transports concentrated brine back if recovery is not possible at the site of the plant. The present invention makes it possible to use solar energy or other alternative energies with high efficiency while producing drinking water or distilled water for industrial applications. 1. A process for the conversion of energy, in which in a primary circuit (1) a heat transfer medium by an external energy source (2) is heated and evaporated, the heat transfer medium is then expanded to obtain mechanical work, then in a condenser (8) is condensed and by at least one feedwater pump (9, 11) back to the external energy source (2) is guided, wherein the heat transfer medium in a condenser (8) gives off heat to a cooling medium, which is cooled in a wet cooling tower (13) in a cooling circuit, and wherein the cooling medium is continuously supplemented by fresh water, which is supplied via a fresh water supply line (22), characterized in that the fresh water first in a heat exchanger (10) gives off heat to the condensed heat transfer medium before it is fed to the cooling circuit in the wet cooling tower (13).

2. The method according to claim 1, characterized in that the fresh water in the fresh water supply line (22) from a fresh water source (21) to the heat exchanger (10) is heated by sunlight, wherein the fresh water is preferably a temperature of more than 80 ° C and more preferably reaches a temperature of more than 110 ° C.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the fresh water in the heat exchanger (10) successively through a plurality of chambers (25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25f, 25g, 25h, 25i, 25j) is performed, which are partially filled with liquid fresh water and partially filled with fresh steam water and in which a different pressure is set, which decreases in the flow direction of the fresh water.

4. The method according to claim 3, characterized in that the heat transfer medium after the condenser (8) by a plurality of preheater (29) is guided, each in the chambers (25a, 25b, 25c, 25h, 25e, 25f, 25g, 25h, 25i, 25j) of the heat exchanger (10) are arranged. 5/9 Austrian Patent Office AT510 279B1 2012-03-15

5. The method according to claim 4, characterized in that the preheaters (29) are arranged in a section filled with vaporous fresh water portion of the chambers (25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25f, 25g, 25h, 25i, 25j) and that in a collecting trough (30) for condensed fresh water under the preheaters (29) condensed fresh water is collected.

6. The method according to any one of claims 3 to 6, characterized in that in the chambers (25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25f, 25g, 25h, 25i, 25j) of the heat exchanger (10) via an arrangement of steam jet pumps ( 33b, 33c, 33d, 33e, 33f, 33g, 33h, 33i, 33j) and a predetermined negative pressure is established and maintained by means of a vacuum pump (35) connected to a separator (31) and / or to another condenser (34).

7. The method according to claim 6, characterized in that via each steam jet pump (33b, 33c, 33d, 33e, 33f, 33g, 33h, 33i, 33j) gas from its associated chamber (25b, 25c, 25d, 25e, 25f, 25g, 25h, 25i, 25j), wherein preferably an inlet port (37) of the steam jet pump (33c, 33d, 33e, 33f, 33g, 33h, 33i, 33j) communicates with the outlet port (38) of the upstream chamber (25b, 25c, 25d, 25e, 25f, 25g, 25h, 25i) associated with the steam jet pump (33b, 33c, 33d, 33e, 33f, 33g, 33h, 33i).

8. The method according to any one of claims 6 and 7, characterized in that in a collecting trough (30) obtained condensed fresh water to the separator (31) is passed.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the heat transfer medium is heated by solar radiation as an external energy source (2), wherein the sunlight is preferably concentrated.

10. Apparatus for converting energy, with an external energy source for heating a heat transfer medium, a working machine (4) for obtaining mechanical work by relaxation of the heat transfer medium, a condenser (8) for condensing the heat transfer medium and a feedwater pump (9, 11) for the promotion the heat transfer medium to the external energy source (2), and with a wet cooling tower (13) for cooling a cooling medium, which is heated in the condenser (8), and with a fresh water supply line (22) to supplement the cooling medium evaporated in the cooling tower (13), characterized in that a heat exchanger (10) is provided, on the one hand through which fresh water flows in order to cool it and on the other hand flows through the condensed heat transfer medium, in order to heat it.

11. The device according to claim 10, characterized in that the supply line for heating the fresh water (22) is formed by solar energy by surfaces are provided, are exposed to the sun's rays.

12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the supply line (22) comprises a plurality of tubes which are laid side by side in a sand bed and optionally covered by a transparent cover upwards.

13. The apparatus according to claim 12, characterized in that in addition to the tubes of the supply line (22) is provided at least one return pipe for the return of saline cooling medium.

14. Device according to one of claims 10 to 13, characterized in that the heat exchanger (10) comprises a plurality of chambers (25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25f, 25g, 25h, 25i, 25j) which are interconnected, wherein a first chamber (25a) is connected to the fresh water supply line (22) and a last chamber (25j) is connected to a connecting line (17) leading to the wet cooling tower (13).

15. The apparatus according to claim 14, characterized in that each adjacent chambers (25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25f, 25g, 25h, 25i, 25j) with steam jet pumps (33b, 33c, 33d, 33e, 33f, 33g, 33h, 33i, 33j) which are adapted to provide a predetermined negative pressure in the individual chambers (25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25f, 25g, 25h , 25i, 25j) by sucking gas from the individual chambers (25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25f, 25g, 25h, 25i, 25j).

16. Device according to one of claims 14 or 15, characterized in that in the chambers (25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25f, 25g, 25h, 25i, 25j) each have a pre-heater (29) is provided by the Heat transfer medium can be flowed through.

17. Device according to one of claims 10 to 16, characterized in that with a separator (31) and / or capacitor (34) connected to the vacuum pump (35) is provided to produce the intended negative pressure in the heat exchanger (10).

18. Device according to one of claims 10 to 16, characterized in that in the chambers (25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25f, 25g, 25h, 25i, 25j) is provided in each case a collecting trough (30) for condensed fresh water ,

19. Device according to one of claims 17 and 18, characterized in that the collecting trough (30) for condensed fresh water with the separator (31) is in communication.

20. Device according to one of claims 10 to 19, characterized in that solar collectors (3) are provided with concentrators (3a) for heating the heat transfer medium. For this 2 sheets drawings 7/9