AT511637B1 - TECHNICAL SYSTEM FOR GAS COMPRESSION USING TEMPERATURE AND PRINTING DIFFERENCES - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zum Betreiben einer technischen Anlage wird Gas auf Basis von Temperatur- und Druckunterschieden in Hochdruckwärmetauschern (A) über einen Pneumatikzylinder (13) und Verdichter (15) komprimiert, wobei das Gas zum Antrieb einer Turbine (17) genutzt wird. Das Gas, das vom Hochdruckgasraum (1) eines ersten Hochdruckwärmetauschers (A) über den Pneumatikzylinder (13) in einen zweiten Hochdruckwärmetauscher (A) geleitet wird, wird auf Grund von Austausch von Wärme und Kälte bei den Hochdruckwärmetauschern (A) durch wechselnden Druckanstieg und Druckabfall des Gases über den Pneumatikzylinder (13) geführt. Durch den Austausch von Wärme und Kälte bei jedem einzelnen Wärmetauscher (A) wird der Einsatz einer Gaspumpe hinfällig.In a method for operating a technical system, gas is compressed on the basis of temperature and pressure differences in high-pressure heat exchangers (A) via a pneumatic cylinder (13) and compressor (15), the gas being used to drive a turbine (17). The gas which is passed from the high-pressure gas space (1) of a first high-pressure heat exchanger (A) via the pneumatic cylinder (13) in a second high-pressure heat exchanger (A) is due to exchange of heat and cold in the high-pressure heat exchangers (A) by changing pressure increase and Pressure drop of the gas over the pneumatic cylinder (13) out. By exchanging heat and cold for each individual heat exchanger (A), the use of a gas pump is obsolete.
Description
österreichisches Patentamt AT511 637B1 2013-08-15Austrian Patent Office AT511 637B1 2013-08-15
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine technische Anlage, mit der Gas auf Basis von Temperatur-und Druckunterschieden in Hochdruckwärmetauschern über einen Pneumatikzylinder und Verdichter Gas komprimierbar ist, wobei das Gas zum Antrieb einer Turbine dient. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Anlage.Description: The invention relates to a technical system with which gas based on temperature and pressure differences in high pressure heat exchangers via a pneumatic cylinder and compressor gas is compressible, wherein the gas is used to drive a turbine. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a system.
[0002] Aus der US 5 259 363 A und der AT 410 966 B ist eine Anlage zur Solargewinnung bekannt. Darin wird eine Vorrichtung zum Verdichten eines Gases mittels Sonnenenergie und/oder Umgebungswärme beschrieben, wobei ein erster Wärmetauscher auf hohem Temperaturniveau und ein zweiter Wärmetauscher auf niedrigem Temperaturniveau und dazwischen eine Turbine zur Abgabe mechanischer Energie vorgesehen ist. Nachteilig ist dabei, dass nach erfolgtem Druckausgleich das Gas durch eine Pumpe, die zusätzlich Energie verbraucht, rückgeführt werden muss.From US 5,259,363 A and AT 410 966 B a plant for solar production is known. Therein a device for compressing a gas by means of solar energy and / or ambient heat is described, wherein a first heat exchanger at a high temperature level and a second heat exchanger at a low temperature level and therebetween a turbine for delivering mechanical energy is provided. The disadvantage here is that after the pressure equalization of the gas must be recycled by a pump that consumes additional energy.
[0003] Aus der US 2005/0198960 A1 (D2) ist eine gattungsgemäße Anlage bekannt, bei der jeder Hochdruckwärmetauscher jeweils nur mit einer Kammer des Pneumatikzylinders verbunden ist. Vom ersten Hochdruckwärmetauscher führt eine Leitung in die erste Kammer des Pneumatikzylinders. Vom zweiten Hochdruckwärmetauscher führt eine Leitung in die zweite Kammer des Pneumatikzylinders. Im ersten Hochdruckwärmetauscher wird Gas erhitzt, wodurch der Gasdruck steigt. Im zweiten Hochdruckwärmetauscher wird Gas gekühlt, wodurch der Gasdruck fällt. Ein Ventil in der vom ersten Hochdruckwärmetauscher ausgehenden Leitung wird geöffnet, wodurch Gas mit erhöhtem Druck vom ersten Hochdruckwärmetauscher in die erste Kammer des Pneumatikzylinders strömt und den Kolben in eine Richtung bewegt. Gleichzeitig wird ein Ventil in der vom zweiten Hochdruckwärmetauscher ausgehenden Leitung geöffnet, wodurch Gas mit niedrigerem Druck vom zweiten Hochdruckwärmetauscher in die zweite Kammer des Pneumatikzylinders strömt und den Kolben in die selbe Richtung bewegt. Nach maximalem Hub des Kolbens werden diese beiden Ventile geschlossen. Anschließend wird der zweite Hochdruckwärmetauscher erhitzt und der erste Hochdruckwärmetauscher gekühlt. Die Ventile werden wieder geöffnet, wodurch nun Gas mit erhöhtem Druck vom zweiten Hochdruckwärmetauscher in die zweite Kammer des Pneumatikzylinders strömt und Gas mit niedrigerem Druck von der ersten Kammer des Pneumatikzylinders in den ersten Hochdruckwärmetauscher. Der Kolben des Pneumatikzylinders wird dadurch in die andere Richtung bewegt.From US 2005/0198960 A1 (D2), a generic system is known in which each high-pressure heat exchanger is connected in each case only with a chamber of the pneumatic cylinder. From the first high-pressure heat exchanger, a pipe leads into the first chamber of the pneumatic cylinder. From the second high-pressure heat exchanger, a line leads into the second chamber of the pneumatic cylinder. Gas is heated in the first high-pressure heat exchanger, increasing the gas pressure. In the second high pressure heat exchanger, gas is cooled causing the gas pressure to drop. A valve in the conduit extending from the first high-pressure heat exchanger is opened, whereby gas at elevated pressure flows from the first high-pressure heat exchanger into the first chamber of the pneumatic cylinder and moves the piston in one direction. At the same time, a valve in the line issuing from the second high-pressure heat exchanger is opened, whereby lower-pressure gas flows from the second high-pressure heat exchanger into the second chamber of the pneumatic cylinder and moves the piston in the same direction. After maximum stroke of the piston, these two valves are closed. Subsequently, the second high-pressure heat exchanger is heated and the first high-pressure heat exchanger is cooled. The valves are reopened, which now flows gas at elevated pressure from the second high pressure heat exchanger into the second chamber of the pneumatic cylinder and lower pressure gas from the first chamber of the pneumatic cylinder into the first high pressure heat exchanger. The piston of the pneumatic cylinder is thereby moved in the other direction.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine technische Anlage zur Verfügung zu stellen, die möglichst energieeffizient unter Einsparung einer Pumpe betrieben werden kann.The invention is based on the object to provide a technical system available that can be operated as energy efficient as possible to save a pump.
[0005] Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einer technischen Anlage, welche die Merkmale des Anspruches 1 aufweist.This object is achieved according to the invention with a technical system, which has the features of claim 1.
[0006] Des weiteren wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gelöst, welches die Merkmale des Anspruches 5 aufweist.Furthermore, this object is achieved by a method which has the features of claim 5.
[0007] Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred and advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
[0008] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jeder Hochdruckwärmetauscher über je eine Leitung derart mit beiden Kammern verbunden ist, dass von jedem Hochdruckwärmetauscher Gas mit erhöhtem Druck für einen Kolbenhub in die eine Kammer geführt wird und Gas mit niedrigerem Druck bei dem Rückhub des Kolbens von der anderen Kammer in den entsprechenden Hochdruckwärmetauscher rückgeführt wird.According to the invention it is provided that each high-pressure heat exchanger is connected via one line in such a way with two chambers that of each high-pressure heat exchanger with increased pressure for a piston stroke is performed in a chamber and gas at a lower pressure in the return stroke of the piston of the another chamber is returned to the corresponding high pressure heat exchanger.
[0009] Die Erfindung zielt darauf ab, dass das Gas, das vom ersten Hochdruckwärmetauscher über den Pneumatikzylinder in den zweiten Hochdruckwärmetauscher geleitet wird, nicht wie in Patent AT 410 966 B beschrieben nach erfolgtem Druckausgleich durch eine Pumpe - die zusätzlich Energie verbraucht - rückgeführt werden muss, sondern durch Austausch von Wärme und Kälte bei jedem einzelnen Hochdruckwärmetauscher durch wechselnden Druckanstieg und Druckabfall des Gases über den Verdichter geführt wird. 1 /6 österreichisches Patentamt AT 511 637 B1 2013-08-15 [0010] Weiters wird durch eingebaute Register im Hochdruckwärmetauscher (Tertiärkreislauf), in denen Warmwasser oder Kaltwasser zirkuliert, das Gas im Hochdruckgasraum (Primärkreislauf) erwärmt oder abgekühlt. Zusätzlich wird dieser Effekt durch Zuführung von Heißgas oder Kaltgas über den Doppelmantel der Hochdruckwärmetauscher in einem Sekundärkreislauf erzielt. Durch diese Anordnung kann der Primärkreislauf im geschlossenen System einfacher gesteuert werden.The invention aims that the gas which is passed from the first high-pressure heat exchanger via the pneumatic cylinder in the second high-pressure heat exchanger, not described in Patent AT 410 966 B after pressure equalization by a pump - which consumes additional energy - are recycled must, but is replaced by exchange of heat and cold at each individual high-pressure heat exchanger by changing pressure increase and pressure drop of the gas through the compressor. Furthermore, by means of built-in registers in the high-pressure heat exchanger (tertiary circuit), in which hot water or cold water circulates, the gas in the high-pressure gas space (primary circuit) is heated or cooled. In addition, this effect is achieved by supplying hot gas or cold gas through the double jacket of the high pressure heat exchanger in a secondary circuit. By this arrangement, the primary circuit in the closed system can be controlled easily.
[0011] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die angeschlossene Zeichnung, in welcher eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt ist.Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawing, in which a preferred embodiment is shown.
[0012] Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Anlage.Fig. 1 shows a schematic representation of the system.
[0013] Die Anlage besteht aus mindestens zwei Hochdruckwärmetauschern A, in denen im Ausgangszustand primärseitig gleich hoher Druck herrscht. In einem ersten Wärmetauscher A wird Gas beispielsweise durch Sonnenenergie, Erdwärme, Industriewärme und dergleichen, erwärmt, was zu einem Druckanstieg bis 250 bar in diesem Wärmetauscher A führt. In einem zweiten Wärmetauscher A wird Gas z.B. durch geringere Umgebungstemperatur, Kühlwasser, Industriekühlung, Windeinfluss usw., abgekühlt, was einen Druckabfall in diesem Wärmetauscher bewirkt.The system consists of at least two high-pressure heat exchangers A, in which the primary side equal pressure prevails in the initial state. In a first heat exchanger A gas is heated, for example by solar energy, geothermal, industrial heat and the like, resulting in a pressure increase up to 250 bar in this heat exchanger A. In a second heat exchanger A, gas is e.g. due to lower ambient temperature, cooling water, industrial cooling, wind influence, etc., cooled, causing a pressure drop in this heat exchanger.
[0014] Die Hochdruckwärmetauscher A sind mit Register 3 und Doppelmantel 2 ausgestattet. Die Register 3 werden von den Energiespeichern, nämlich dem Warmwasserwasserspeicher 5 und dem Kühlwasserspeicher 6, mit Warmwasser und Kaltwasser über Rohrleitungen gespeist (Tertiärkreislauf). Der Hochdruckgasraum 1 (Primärkreislauf) im Hochdruckwärmetauscher A wird durch wechselseitiges Öffnen und Schließen von Ventilen 7, 8 über die Register 3 entweder aufgeheizt oder abgekühlt, was zum erforderlichen Druckanstieg oder Druckabfall des Gases führt.The high-pressure heat exchanger A are equipped with register 3 and double jacket 2. The registers 3 are fed by the energy storage, namely the hot water tank 5 and the water storage tank 6, with hot water and cold water via pipes (tertiary circulation). The high-pressure gas chamber 1 (primary circuit) in the high-pressure heat exchanger A is either heated or cooled by mutual opening and closing of valves 7, 8 via the registers 3, resulting in the required pressure increase or pressure drop of the gas.
[0015] Das unter erhöhtem Druck stehende Gas aus dem erwärmten Hochdruckwärmetauscher A wird über einen Pneumatikzylinder 13 zum abgekühlten Hochdruckwärmetauscher A geleitet. Diese Verbindung wird durch Öffnen und Schließen von Ventilen 4 geregelt, bis der Druckausgleich stattfindet. Durch den Gasdruck im Pneumatikzylinder 13 wird ein Kolben 14 bewegt, der einen weiteren Kolben in einem Verdichter 15 durch die Ansaugöffnung 16 Gas ansaugen und komprimieren lässt. Das unter erhöhtem Druck stehende Gas im Verdichter 15 wird zu einer Turbine 17, die mechanische Energie erzeugt, geleitet und zu deren Antrieb genutzt. Nach Austritt des Gases aus der Turbine 17 entspannt sich das Gas und kühlt stark ab. Dieses abgekühlte Gas wird in einen Speicher 11, von dort in den Doppelmantel 2 eines entsprechenden Hochdruckwärmetauschers A, in dem die Abkühlung des Gases im Primärkreislauf zum Druckabfall erforderlich ist, und schließlich über ein Ventil 18 ins Freie geleitet (Sekundärkreislauf).The gas under elevated pressure from the heated high-pressure heat exchanger A is passed through a pneumatic cylinder 13 to the cooled high-pressure heat exchanger A. This connection is controlled by opening and closing valves 4 until the pressure equalization takes place. By the gas pressure in the pneumatic cylinder 13, a piston 14 is moved, which allows a further piston in a compressor 15 through the suction port 16 to suck and compress gas. The pressurized gas in the compressor 15 is directed to a turbine 17 which generates mechanical energy and used to drive it. After the exit of the gas from the turbine 17, the gas relaxes and cools off sharply. This cooled gas is in a memory 11, from there into the double jacket 2 of a corresponding high-pressure heat exchanger A, in which the cooling of the gas in the primary circuit is required for pressure drop, and finally passed through a valve 18 to the outside (secondary circuit).
[0016] Durch eine zweite Leitung aus dem Verdichter 15 gelangt komprimiertes Gas in einen Speicher 9 und führt dort zu starker Erwärmung. Dieses erwärmte Gas wird in den Doppelmantel 2 eines entsprechenden Hochdruckwärmetauschers A geführt, in dem Wärme im Primärkreislauf zum Druckanstieg erforderlich ist (Sekundärkreislauf).Through a second line from the compressor 15 compressed gas enters a memory 9 and leads there to strong warming. This heated gas is passed into the double jacket 2 of a corresponding high-pressure heat exchanger A, in which heat in the primary circuit is required to increase the pressure (secondary circuit).
[0017] Nachdem bei einem Wärmetauscherpaar der Druckausgleich stattgefunden hat, wird durch Öffnen und Schließen von Ventilen 4 auf ein weiteres Wärmetauscherpaar umgeschaltet, wodurch der Zyklus von Neuem beginnt.After the pressure equalization has taken place in a heat exchanger pair is switched by opening and closing of valves 4 to another heat exchanger pair, whereby the cycle begins again.
[0018] Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wie folgt dargestellt werden: [0019] Die Anlage enthält mindestens zwei Hochdruckwärmetauscher A, in denen im Ausgangszustand primärseitig gleich hoher Druck herrscht. Im ersten Wärmetauscher A wird der Gasdruck durch sekundär- und tertiärseitige Zuführung von Wärme bis 250 bar erhöht. Im zweiten Wärmetauscher A wird der Gasdruck durch sekundär- und tertiärseitige Abkühlung vermindert. Durch den Austausch von Wärme und Kälte bei jedem einzelnen Wärmetauscher A wird der Einsatz einer Gaspumpe hinfällig. 2/6 österreichisches Patentamt AT511 637B1 2013-08-15 [0020] Der Druckunterschied in den beiden Hochdruckwärmetauscher bewirkt eine Verschiebung des Kolbens 14 im Pneumatikzylinder, der Gas in einem Verdichter 15 komprimiert. Die dadurch entstehende Kompressionswärme wird in einen Speicher 9 und von dort sekundärseitig in den Doppelmantel 2 der Hochdruckbehälter 1 und über Entlüftungsventile 18 ins Freie geleitet. Das komprimierte Gas aus dem Verdichter 15 wird zum Antrieb einer Turbine 17 genutzt und nach Verlassen der Turbine entspannt. Das durch die Entspannung stark abgekühlte Gas wird in den Speicher 11 und zu den sekundärseitigen Doppelmanteln 2 der Hochdruckbehälter und über Entlüftungsventile 18 ins Freie geleitet. 3/6In summary, an embodiment of the invention can be represented as follows: The system contains at least two high-pressure heat exchanger A, in which in the initial state the same pressure prevails on the primary side. In the first heat exchanger A, the gas pressure is increased by secondary and tertiary side supply of heat to 250 bar. In the second heat exchanger A, the gas pressure is reduced by secondary and tertiary side cooling. Through the exchange of heat and cold at each heat exchanger A, the use of a gas pump is obsolete. The pressure difference in the two high-pressure heat exchanger causes a displacement of the piston 14 in the pneumatic cylinder, which compresses gas in a compressor 15. The resulting compression heat is conducted into a memory 9 and from there on the secondary side into the double jacket 2 of the high-pressure vessel 1 and via vent valves 18 to the outside. The compressed gas from the compressor 15 is used to drive a turbine 17 and relaxed after leaving the turbine. The strongly cooled by the relaxation gas is passed into the memory 11 and the secondary double shrouds 2 of the high-pressure vessel and vent valves 18 to the outside. 3.6
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM01 | Lapse because of not paying annual fees |
Effective date: 20160620 |