AT512194A1 - Niedertemperatur-wärmekraftwerk - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Niedertemperatur-Wärmekraftwerk, umfassend mindestens ein verschließbares Behältnis (1) mit mindestens einem Zuführungs-und Ableitungsteil (2) für Gas, mindestens eine Einrichtung (3) zur Erzeugung von elektrischer Energie sowie eine Steuerung und ein Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie in derartigen Wärmekraftwerken. Um in einem Wärmekraftwerk für eine Erzeugung einer bestimmten Leistung einen wesentlich geringeren Aufwand bereitstellen zu müssen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass im mittels mindestens einer Klappe (11) verschießbaren Behältnis (1) mindestens ein Wärmeenergie abgebendes und/oder Wärmeenergie aufnehmendes Mittel (4) sowie mindestens ein eine Gasströmung erstellendes Mittel (5) und gegebenenfalls mindestens ein Rekuperator (6) positioniert sind und/oder dass im Zuführungs- und/oder im Ableitungsteil (2) des Behältnisses (1) mindestens ein alternativ Energie oder Gasströmung erzeugendes Mittel (35) angeordnet ist/sind.

Description

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Niedertemperatifr*VVärmekfaftwerk

Die Erfindung bezieht ^ch auf ein Niedertemperatur-Wärmekraftwerk, umfassend mindestens ein verscfijeßbares Behältnis mit mindestens einem Zuführungs- und 5 Ableitungsteil für Gas, mindestens eine Einrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie sowie eine Steuerung.

Unter Niedertemperatur ist im Wesentlichen eine Temperatur in den Grenzen von MINUS 100°C bis PLUS 300°C zu verstehen, wobei im Wärmekraftwerk eine 10 Umwandlung einer Kontraktion bzw. Expansion eines Gases bei einer Temperaturänderung in Energie erfolgt.

Es sind Vorschläge bekannt, Erwärmung von Gasen, insbesondere Luft, und die dabei gegebene Volumsvergrößerung und Verminderung des spezifischen Gewichts 15 derselben bei gleich hohem Druck für eine Energieerzeugung zu nutzen, wie dies beispielsweise in den Aufwindkraftwerken erfolgt.

Als Nachteil derartiger Niedertemperatur-Wärmekraftwerke gemäß dem Stand der Technik ist deren geringe Leistung bezogen auf den erforderlichen Aufwand zu 2o sehen.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen und setzt sich zum Ziel, ein Niedertemperatur-Wärmekraftwerk der eingangs genannten Art anzugeben, welches für eine Erzeugung einer bestimmten Leistung einen wesentlich geringeren Aufwand 25 erfordert, bzw. bei gegebenem Aufwand eine wesentlich höhere Leistungsbereitstellung ermöglicht.

Weiters ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie in einem Niedertemperatur-Wärmekraftwerk anzugeben, welches im 3o Vergleich mit dem Stand der Technik eine erhöhte Leistungsabgabe erbringt.

Das Ziel wird bei einem gattungsgemäßen Kraftwerk erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass im mittels mindestens einer Klappe verschießbaren Behältnis mindestens ein Wärmeenergie abgebendes und/oder Wärmeenergie aufnehmendes ·· · · *»·· «· ···· • · ·· ·· · · · · • * * · »*· · · * • · f * I ·Φ· ·

Mittel sowie mindestens ein eine*G^sstromwng ereilendes Mittel und gegebenenfalls mindestens ein Rekuperator positioniert sind und/oder dass im Zuleitungs- und/oder im Ableitungsteil des Behältnisses mindestens ein alternativ Energie oder Gasströmung erzeugendes Mittel angeondnet ist.

Die mit der Erfindung erreichten Vorteile sind im Wesentlichen darin zu sehen, dass im Arbeitstakt größere Gasmengen in der Zeiteinheit erwärmt und/oder gekühlt werden können und daher ein verkürzter Temperatur-Änderungszyklus erreichbar ist, woraus eine wesentliche Leistungssteigerung des Kraftwerkes resultiert. Der Heiz-10 und/oder Kühlprozess des Arbeitsgases in einem geschlossenen Behältnis kann durch eine erhöhte Gasbewegung intensiviert werden, welche mittels Ventilatoren oder dergleichen Geräte erreichbar ist.

Im Behältnis ist mindestens ein Wärmeenergie aufnehmendes und/oder iS Wärmeenergie abgebendes Mittel angeordnet, welches durch das eine Gasströmung erzeugende Mittel aktivierbar ist.

Im Strömungspfad kann vor den Mitteln zur Temperaturänderung des Gases im erzwungenen Durchlauf ein Rekuperator angeordnet sein, der im Erwärmungstakt 2o als Energiespender bzw. im Kühltakt als Energieabsorber wirksam ist.

Im gegebenenfalls durch eine Abschlussklappe verschließbaren Zufuhrungs-und/oder Ableitungsteil ist mindestens ein alternativ elektrische Energie oder eine Gasströmung erzeugendes Mittel angeordnet, welches sowohl als Generator 25 umschaltbar bezüglich der Drehrichtung als auch als Motor betreibbar ist.

Prinzipiell kann ein erfindungsgemäßes Niedertemperatur-Wärmekraftwerk als Gas-Kreislaufbehältnis oder als Gas-Durchgangsbehältnis mit zumindest einer dieses verschließbaren Klappe für eine Zuführung und/oder Ableitung konzipiert sein.

Die Aufgabe der Erfindung zur Erzeugung von elektrischer Energie wird bei einem vorgenannten Verfahren dadurch gelöst, dass die Temperatur eines Gases in einem Behältnis mit erhöhter Intensität geändert wird und die derart erreichten 2 30 ·· · · #*#· ·· ···· • * · · Μ · · ♦ ♦ * · · *··«*· · » · » · · ··· ·

Volumsänderungen des Gase9>e‘neiEini$ehtahg**ur Erzeugung von elektrischer Energie treibt.

Eine Temperaturänderung des Gases in gemäß der Erfindung kurzer Zeit bzw. eine 5 Erwärmung mit Expansion und eine Kühlung mit Kontraktion des Gases in einem Kreisprozess mit kurzen Perioden erhöhen die gegebenenfalls durch Niederdruck-Turbinen mit Generatoren dem System entnehmbare elektrische Leistung.

Als besonderer Vorteil hat sich beim vorgenannten Verfahren herausgestellt, wenn 10 das Gas von einer beim Eintrag in das Behältnis gegebenen Temperatur zyklisch gewärmt oder zyklisch gekühlt und gewärmt wird.

Die Zyklen können dabei in günstiger Weise durch eine in ihrem Aufbau zum Stand der Technik gehörenden Steuerung geregelt werden. 15

Wenn in vorteilhafter Weise ein Wärmen oder Abkühlen des Gases im Behältnis unter Volumskonstanz erfolgt, wonach eine Klappe zu einem Zuführungs- oder Ableitungsteil geöffnet wird, und das strömende Gas in diesem eine Einrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie treibt, ist eine wesentliche Erhöhung des zo Wirkungsgrades des Verfahrens erreichbar.

Dabei ist es günstig, im Hinblick auf eine Verkürzung der Arbeitszyklen, wenn das Gas während der Temperaturänderung im Behältnis intensiv bewegt wird. 2s Eine Verkürzung und Intensivierung der Arbeitszyklen kann erreicht werden, wenn erfindungsgemäß eine Temperaturänderung des Gases im Behältnis mittels durchströmbaren Wärmetauschers erfolgt.

Wenn eine Temperaturerhöhung des Gases im zumindest teilweise Wärmestrahlung 30 durchlässigen Behältnis mittels Sonnenenergie-Koliektoren erfolgt, kann zwar die Zykluszeit des Kraftwerkes vergleichsweise verlängert sein, jedoch ist der energetische Aufwand für eine Temperaturerhöhung des Gases naturgegeben und daher nicht aufwandmäßig zu kalkulieren. 3 • * ···· ·· ···· ···· ··· * « · 4* * ·«··♦· · • # ♦ * » *·♦ 4

Im Sinne eines Mehrtakt-MotoVnnzifceisfrvon Vorteil, insbesondere für eine kontinuierlich hohe Leistungsabgabe, wenn zwei oder mehrere erfindungsgemäße Einrichtungen zur Erzeugung von elektrischer Energie, zusammengefasst in einem Wärmekraftwerk, gleichzeitig, jedoch mit unterschiedlicher Taktfolge betrieben 5 werden.

Nachfolgend soll die Erfindung an lediglich Ausführungsformen darstellenden Beispielen in Skizzen, näher erläutert werden. io Es zeigen schematisch

Fig. 1 eine geschlossene Form eines gastemperierenden Mittels eines Wärmekraftwerkes

Fig. 2 eine Durchleitungsform eines Wärmekraftwerkes. is Eine nachfolgende Bezugszeichenliste soll die Zuordnung der Teile der Einrichtung erleichtern.

Bezugszeicheniiste 1 Behältnis 20 11 Verschlussmittel 2 Zuführungs- oder Ableitungsteil(e) 3 Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie 35 Mittel zur alternativen Bereitstellung von Gasströmung oder elektrischer Energie 25 4 Wärmetauscher 41 Hochtemperatureinspeiseteil 411 Zulauf 412 Austrag 42 Niedrigtemperatureinspeiseteii 30 421 Zulauf 422 Austrag 5 gasströmungserzeugendes Mittel 6 Rekuperator 4 ·· · * «»»· ·· ·♦·· ····*·· · ♦ · * * φ * ««· I » « 9 9 Φ 9 « 999 9

In Fia.1 ist ein Behältnis 1 dargestelft* inwetefiem*Gas mittels eines strömungserzeugenden Mittels 5 bei geschlossenem Verschlussmittel 11 bei einer Durchströmung eines Wärmetauschers 4 erwärmt oder gekühlt wird. Ein Wärmetauscher 4 kann dabei über ein Hochtemperatureinspeiseteil 41, welches 5 einen Zulauf 411 und einen Austrag 412 für eine Plimärversorgung aufweist, oder einem Niedertemperatureinspeiseteil 42 mit einer Zuführung bzw. Austrag für eine Ver- bzw. Entsorgung 421,422 beaufschlagt werden. Ein Rekuperator 6 kann dabei eine Temperaturveränderung im Kreislauf 1 intensivieren. io Erreicht im durch die Klappe 11 geschlossenen Behältnis 1 die Gastemperatur im Bereich vor einer Ableitung oder Zuführung 2 einen gewünschten Wert und ist derart der Gasdruck im System im Vergleich mit jenem im Zuführungs- oder Ableitungsbereich 2 unterschiedlich, so wird mittels Steuerung die Klappe 11 geöffnet und das Gas ändert sein Volumen durch Strömung im Zuführungs- bzw. i5 Ableitungsteii bei einem Antrieb einer Einrichtung 3 zur Erzeugung von elektrischer Energie.

Nach einem Druckausgleich im Behältnis 1 überein Zuführungs- oder Ableitungsteil 2 erfolgt eine Abdichtung desselben mittels eines Verschlussmittels 11 und es wird in 20 einem Folgezyklus die Gastemperatur im Behältnis 1 wieder bis zum vorgesehenen Umschaltpunkt geändert. Derart ist ein Energieerzeugungszyklus abgeschlossen, welcher in Sequenz weitergeführt werden kann.

Vorteilhaft dabei sind mehrere zuführungs- und/oder ableitungsteilseitig parallel 25 geschaltete Einrichtungen, die entsprechend dem Prinzip eines Mehrzylindermotors eine im Wesentlichen stetige Bereitstellung von elektrischer Energie ermöglichen.

Fia. 2 zeigt schematisch ein Wärmekraftwerk bei Durchleitung des erwärmten Gases durch ein Behältnis 1. Dabei wird ein Behältnis 1 mittels eines Verschlusses oder 3o einer Klappe 11 abgedichtet und durch einen Wärmetauscher, insbesondere einen Wärme- bzw. Strahlungskollektor 41, die Gastemperatur erhöht, wobei durch eine Temperaturerhöhung und damit eine Volumszunahme eine Gasströmung Im Zuführungs- bzw. Ableitungsteil 2 entsteht, welche ein Mittel 35 zur Bereitstellung 5 •· · » ··«· ·* ···· ··»··«· · · · • · ♦ · ♦·♦ * * · • · ♦ · » ··# · von elektrischer Energie antreibt.* ··· ······’ —* :

Nach Erreichen einer oberen Gastemperatur erfolgt ein Öffnen eines Verschlussmittels 11 vom Behältnis 1, wobei ein Mittel 35 zur Bereitstellung von s elektrischer Energie auf Motorfunktion umgestellt wird und derart mit Niedertemperatur-Frischgas das Behältnis 1 füllt. Eine Steuerung bewirkt darauffolgend eine dichtende Absperrung des Behältnisses durch ein Verschlussmittel, wonach ein weiterer Zyklus einer Energieerzeugung erfolgt. 10 6

Claims (8)

1. ·· · · «*·Φ φφ φφφφ φ · φφ φφ φ * · · • I ft Φ Φ ΦΦ Φ φ · ft · · ft · ftftt · « ft · . · \ « · ·* ·*Απ3ρρβ€ηβ· * 1. Niedertemperatur-Wärrriekraftwerk, umfassend mindestens ein verschließbares Behältnis (1) mit mindestens einem Zuführungs- und Ableitungsteil 5 (2) für Gas, mindestens eine Einrichtung (3) zur Erzeugung von elektrischer Energie sowie eine Steuerung, dadurch gekennzeichnet, dass im mittels mindestens einer Klappe (11) verschießbaren Behältnis (1) mindestens ein Wärmeenergie abgebendes und/oder Wärmeenergie aufnehmendes Mittel (4) sowie mindestens ein eine Gasströmung erstellendes Mittel (5) und gegebenenfalls mindestens ein io Rekuperator (6) positioniert sind und/oder dass im Zuführungs- und/oder im Ableitungsteil (2) des Behältnisses (1) mindestens ein alternativ Energie oder Gasströmung erzeugendes Mittel (35) angeordnet ist.
2. 2. Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie in einem Niedertemperatur-is Wärmekraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur eines Gases in einem Behältnis mit erhöhter Intensität geändert wird und die derart erreichten Volumsänderungen des Gases eine Einrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie treiben. 2o
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas von einer beim Eintrag in das Behältnis gegebenen Temperatur zyklisch gewärmt oder zyklisch gekühlt und gewärmt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein 25 Wärmen oder Abkühlen des Gases im Behältnis unter Volumskonstanz erfolgt, wonach eine Klappe zu einem Zuführungs- oder Ableitungsteil geöffnet wird, und das strömende Gas eine Einrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie treibt.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ao das Gas während der Temperaturänderung im Behältnis intensiv bewegt wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperaturänderung des Gases im Behältnis mittels durchströmbarem 7 ·» • ··«* *· ···· «······ · · « • 9 » · 99« i · 9 199 · * ··9 9 Wärmetauschers erfolgt. **·* ··· ······* ··* ·
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperaturerhöhung des Gases im zumindest teilweise Wärmestrahlung 5 durchlässigen Behältnis mittels Sonnenenergie-Kollektoren erfolgt.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrerer Einrichtungen zur Erzeugung von elektrischer Energie, zusammengefasst in einem Wärmekraftwerk, gleichzeitig, jedoch mit io unterschiedlicher Taktfolge, betrieben werden. 8