CH234642A - Heat and power generation plant. - Google Patents

Heat and power generation plant.

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CH234642A
CH234642A CH234642DA CH234642A CH 234642 A CH234642 A CH 234642A CH 234642D A CH234642D A CH 234642DA CH 234642 A CH234642 A CH 234642A
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heat
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Oerlikon Maschinenfabrik
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Oerlikon Maschf
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/08Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with working fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B29/00Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
    • F25B29/003Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously of the compression type system

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Description

  

  Wärme- und Leistungserzeugungsanlage.    Es ist bekannt, eine Feuerungsanlage mit  einer Luftturbine zu kombinieren, und es ist  auch bekannt, einem Verbraucher     Wärme    zu  zuführen, welche durch eine Wärmepumpe  aus einem tieferen     Temperaturniveau,    z. B.  der Umgebungsduft oder von Wasserläufen  oder Seen, auf das Verbraucherniveau herauf    gepumpt wird.

   Es wunde jedoch bis heute  nicht erkannt, dass durch die Kombination  einer Feuerung, einer Gasturbine und     einer     Wärmepumpe zusätzliche Leistungen erzeugt  werden können, welche nicht durch zusätz  lichen Brennstoffverbrauch geleistet werden  müssen,     sondern    durch Wärme aus     einem     natürlichen Wärmebehälter, wie Umgebungs  luft oder Wasserwärme aus Seen und Flüs  sen.  



  In allen Fällen, in denen die Wärme von  heissen Feuergasen mindestens teilweise bei  genügend tiefen Temperaturen (z. B. unter  200 ) an einen äussern Wärmeverbraucher  abgegeben wird, sei es unmittelbar oder mit  telbar, z. B. über ein Dampfsystem als  Zwischenträger, also z. B. bei Heiz-, Trock-    nungs- und Kochanlagen, bei     Gegendruck-          und    Anzapfdampfanlagen, welche mindestens  teilweise Wärme zu den genannten Zwecken  abgeben, in vielen Fällen auch bei che  mischen Anlagen, kann nämlich ohne zusätz  lichen Brennstoffverbrauch zusätzliche     Lei-          stumg    geschaffen werden, welche energetisch  durch tieftemperaturige Wärme aus natür  lichen Behältern ersetzt wird, das heisst es  kann die Kombination ,der Feuerung,

   der Gas  turbine und ,der Wärmepumpe als "Leistungs  pumpe" bezeichnet werden, welche Leistung  erzeugt und dafür     mindestens    ein entspre  chendes.     Äquivalent        Wärme    der Natur ent  zieht.     Selbstverständlich    handelt es sich :da  bei nicht um eine Verletzung des zweiten       Hauptsatzes,        sondern    nur um eine bessere  Verwendung der     Wärme    der     Hochtempera-          turberei.che    der Feuergase, sowie um -deren       Ersetzung        durch;

          aufgepumpte        Umgebungs-          wärme.     



  Die     Erfindung    besteht somit darin, dass  bei einer Wärme- und     Leistungserzeubo-ungs-          anlage,    die mindestens einen Teil ihrer      Wärme an mindestens einen Wärmever  braucher abgibt, eine Feuerungsanlage mit  einem Gasturbinenaggregat und einem Wärme  pumpenaggregat derart kombiniert ist, dass  mindestens ein Teil des     Temperaturgefälles     der Feuergase zur Erzeugung von mecha  nischer Leistung verwendet wird, und dass die  Wärmepumpe Wärme aus einem tieferen  Temperaturniveau mindestens auf das Tem  peraturniveau eines Wärmeverbrauchers hebt.  Das den Feuergasen entzogene Wärme  gefälle kann entweder direkt in einer Gas  turbine oder durch Abgabe der Wärme an  ein anderes Arbeitsmittel, z.

   B. an Luft. in  einer Luftturbine, in Leistung umgewandelt  werden. Das Wort "Gasturbine" ist hierbei  in allgemeinem Sinne aufzufassen. Unter  einer "Feuerungsanlage" ist ferner irgendeine  Anlage zu verstehen, welche eine Feuerung  enthält, also z. B. auch eine Dampfanlage  etc.  



  Fig. 1 zeigt eine Feuerungsanlage ohne  erfindungsgemässe Ergänzung, jedoch bei  spielsweise mit einem Dampfsystem als Zwi  schenträger zwischen Feuergasen und     Ver-          braueher,    wobei eine Gegendruck-Dampf  turbine noch einen Teil der dem Dampf mit  geteilten Wärme in mechanische Arbeit um  wandelt.  



  Fig. 2 und 3 zeigen Schaltungsbeispiele  für die erfindungsgemässe Kombination der  Feuerung (beispielsweise mit Dampfkreislauf  als Zwischenträger), der Luftturbinenanlage  und der Wärmepumpe. In beiden Fällen ist  angenommen, dass die Feuergaswärme nicht  direkt dem Wärmeverbraucher zugeführt  wird, sondern überein Dampfsystem, welches  in bekannter Weise in einer     Gegendruck-          Dampfturbine    noch Leistung abgibt; die  Feuergaswärme könnte auch direkt dem Ver  braucher zugeführt werden, ohne Dampf  Zwisehenträ.ger.  



       Fig.1        zeigt        eine        gewöhnliche          Die        Frischluft    wird vom Ven  tilator J mit :der Temperatur     t"    .der     Feuerun@r          zugeführt;    auf dem Rost C verbrennt     bei-          spiel's-eise    Kohle; der Zustand der     Verbren-          nunbgase        unmittelbar        nach        der     
EMI0002.0022     
  
    sei <SEP> mit <SEP> 61 <SEP> bezeichnet;

   <SEP> die <SEP> Gase <SEP> durchströmen
<tb>  den <SEP> Kessel <SEP> D. <SEP> den <SEP> sie <SEP> im <SEP> Zustand <SEP> 69 <SEP> ver  lassen. <SEP> Sie <SEP> treten <SEP> im <SEP> Zustand <SEP> 70 <SEP> in <SEP> den <SEP> Über  hitzet <SEP> E <SEP> und <SEP> verlassen <SEP> denselben <SEP> im <SEP> Zustand
<tb>  <B>79.</B> <SEP> Im <SEP> Economiser <SEP> B <SEP> werden <SEP> die <SEP> Gase
<tb>  schliesslich <SEP> noch <SEP> zur <SEP> Wasservorwärmung <SEP> her  angezogen <SEP> (Zustandsänderung <SEP> 90 <SEP> = <SEP> 99), <SEP> und
<tb>  entweichen <SEP> beispielsweise <SEP> im <SEP> Zustand <SEP> 99 <SEP> ins
<tb>  Kamin.

   <SEP> Das <SEP> Wasser <SEP> vom <SEP> Zustand <SEP> I <SEP> wird <SEP> im
<tb>  Economiser <SEP> B <SEP> auf <SEP> den <SEP> Zustand <SEP> Il <SEP> vorge  wärmt, <SEP> verdampft <SEP> im <SEP> 'Keesel <SEP> D <SEP> auf <SEP> den <SEP> Zu  stand <SEP> III, <SEP> wird <SEP> im <SEP> Überhitzet <SEP> E <SEP> auf <SEP> den <SEP> Zu  stand <SEP> IV <SEP> gebracht, <SEP> welcher <SEP> sieh <SEP> infolge <SEP> von
<tb>  Verlusten <SEP> in <SEP> den <SEP> Leitungen <SEP> zwischen <SEP> E <SEP> und
<tb>  der <SEP> Gegendruck-Dampfturbine <SEP> F <SEP> auf <SEP> V <SEP> ändern
<tb>  möge. <SEP> In <SEP> diesem <SEP> Zustand <SEP> wird <SEP> F <SEP> beiauf  schlagt, <SEP> wo <SEP> eine <SEP> Expansion <SEP> bis <SEP> auf <SEP> den <SEP> Zu  stand <SEP> VI <SEP> erfoht.

   <SEP> in <SEP> welchem <SEP> der <SEP> Dampf <SEP> dem
<tb>  äussern <SEP> Wärmeverbraucher <SEP> <I>1l</I> <SEP> zugeführt
<tb>  werde, <SEP> an <SEP> welchen <SEP> die <SEP> Wärme <SEP> entsprechend
<tb>  der <SEP> Zuskindsänderung <SEP> von <SEP> VI <SEP> auf <SEP> I <SEP> abge  geben <SEP> werde. <SEP> Die <SEP> Turbine <SEP> F <SEP> treibt <SEP> beispiels  weise <SEP> den <SEP> Generator <SEP> G <SEP> an.
<tb>  Fig. <SEP> 2 <SEP> stellt <SEP> ein <SEP> Beispiel <SEP> der <SEP> erfindungs  g <SEP> emi <SEP> ässen <SEP> Anlage <SEP> dar, <SEP> und <SEP> zwar <SEP> eine <SEP> K#ombi  nütion <SEP> von <SEP> Feuerung <SEP> mit <SEP> Dampf-Zwisehen  sys@tem, <SEP> LLiftturbinenanlage <SEP> und <SEP> Wärme  pumpe.

   <SEP> Die <SEP> in <SEP> der <SEP> folgenden <SEP> Beschreibung
<tb>  angegebenen <SEP> Zahlen <SEP> beziehen <SEP> sich <SEP> auf <SEP> die <SEP> Zii  stände <SEP> an <SEP> den <SEP> mit <SEP> entsprechenden <SEP> Zahlen <SEP> be  zeichneten <SEP> Punkten <SEP> des <SEP> Schemas. <SEP> Die <SEP> Teile
<tb>  <I>Ii, <SEP> L,. <SEP> L_, <SEP> 11</I> <SEP> und <SEP> 1' <SEP> und <SEP> der <SEP> Leitungsweg <SEP> von
<tb>  0 <SEP> = <SEP> 59 <SEP> stellen <SEP> den <SEP> Luftturbinenanlageteil
<tb>  dar. <SEP> Im <SEP> Kompressor <SEP> 1i <SEP> wird <SEP> die <SEP> Frischluft
<tb>  (0) <SEP> auf <SEP> Druck <SEP> gebracht <SEP> <B>(</B>9).

   <SEP> In <SEP> den <SEP> Aus  tauschern <SEP> <I>L,</I> <SEP> (3() <SEP> = <SEP> 39) <SEP> und <SEP> <I>L.,</I> <SEP> (40 <SEP> = <SEP> 49)
<tb>  wird <SEP> die <SEP> Driiekluft <SEP> auf <SEP> die <SEP> für <SEP> die <SEP> Turbine
<tb>  11 <SEP> nötige <SEP> Temperatur <SEP> (Zustand <SEP> 5t)) <SEP> gebracht;

  
<tb>  in <SEP> der <SEP> Turbine <SEP> J1 <SEP> wird <SEP> Expansionsarbeit <SEP> ge  leistet. <SEP> Die <SEP> Turbinenabluft <SEP> (51) <SEP> gibt <SEP> bei  spielsweise <SEP> einen <SEP> Teil <SEP> ihrer <SEP> Wärme <SEP> in <SEP> L1 <SEP> an
<tb>  die <SEP> Frischluft <SEP> ab <SEP> (a5 <SEP> =59). <SEP> Die <SEP> Abluft <SEP> von
<tb>  L, <SEP> (59) <SEP> wird <SEP> beispielsweise <SEP> als <SEP> Brennhift <SEP> (60)
<tb>  verwendet, <SEP> welche <SEP> den <SEP> auf <SEP> dem <SEP> Rost <SEP> C <SEP> lie  aendün <SEP> Brennstoff <SEP> (beispielsweise <SEP> Kohle)
<tb>  verbrennt.

   <SEP> Die <SEP> Verbrennungsoase <SEP> (61) <SEP> geben
<tb>  im <SEP> Verdampfer <SEP> D <SEP> (61 <SEP> <B>-*.69)</B> <SEP> und <SEP> im <SEP> tber  lützer <SEP> E <SEP> <B>(-7(I</B>= <SEP> 79) <SEP> Wärme <SEP> an <SEP> dos <SEP> Dampf-         system ab, durchströmen alsdann den Luft  vorwärmer L2 (80     #    89), wo sie der Luft die  für die Expansionsleistung in der Turbine M  notwendige Wärme mitteilen, und geben einen  Teil ihrer Restwärme im Economiser B  (90     #    99) an das Dampfsystem ab, um als  dann beispielsweise ins Kamin zu entweichen;  sie können aber auch vorher noch Wärme an  einen äussern Verbraucher abgeben.  



  Das Dampfsystem von Fig. 2 unterschei  det sieh äusserlich nur wenig von     demjenigen     der Fig. 1, indem durch Wärmeaufnahme  im Economiser B (I-II), Verdampfer D  (II-III) und Überhitzer E (III-IV)  Dampf erzeugt wird, der Dampf in der  Gegendruckturbine F (V     #    VI) Arbeit lei  stet, worauf er in H1, (VI-I) Wärme an den  Verbraucher H abgibt.

   Nehmen wird nun an,  es werde auf dem Rost C im Falle der Fig. 2  gleichviel Kohle je Zeiteinheit verbrannt wie  im Falle von Fig. 1, dann kann infolge der       zusätzlichen    Wärmeabgabe in     L2    an das  Luftsystem und Umwandlung derselben in M  in mechanische Arbeit im Falle von Fig. 2  nicht gleichviel Dampf erzeugt werden wie  im Fallo von Fig. 1, und es vermindert sich  sowohl die Leistung der Turbine F als auch  die vom Dampf in H1 an den Verbraucher  abgegebene Wärme. Sofern nun dieser Min  derbetrag an Wärme in H1 bei genügend  tiefem     Temperaturniveau    Verwendung fand,  kann er ersetzt werden durch die von einer  Wärmepumpenanlage aus einem natürlichen  Wärmespeicher auf die erforderliche Ver  brauchertemperatur heraufgepumpte Wärme.

    Die Wärmepumpenanlage ist in bekannter  Weise beispielsweise dargestellt durch den  Verdampfer P, den Dampfkompresser Q, den  Kondensator     R    und die     Expansionsmaschine     S, sowie den Druckvernichtungsschieber T;  die Expansionsmaschine S kann auch weg  fallen.  



  Die Wärme, welche vom     Wärmepumpen-          arboitsmedium    in P von aussen, beispielsweise  von der     Umgebungsluft    oder vom     Wasser     eines Wasserbehälters,     eines    Flusses oder  Sees, aufgenommen wird, sowie die Kom  pressionswärme von Q, wird in R von den    von f nach h strönenden Mittel, z. B.

   Luft  oder     Wasser,        aufgenommen,        weiches    sich in     R     vom Zustand f auf den Zustand     g    erwärmen  und in H2 seine Wärme an den Verbraucher  H abgeben möge, wobei     es    sich von g auf     h     abkühlen möge. Die Wärmepumpenanlage  wird beispielsweise so gross gewählt, dass die  Wärme H2 gerade den oben beschriebenen  Wärmeausfall von H1 deckt.

      Es wird nun bei gleichem Brennstoffver  brauch der Anlage nach Fig. 2 wie derjenigen  nach Fig. 1 und bei bleicher Gesamtnutz  wärmeabgabe an den Verbraucher H die  Überschussleistung der Turbine M über die  Antriebsleistungen der Kompressoren K und  Q grösser als die Leistungsreduktion der Tur  bine F, so dass bei gleichem Brennstoffver  brauch und gleicher Nutzwärme durch die  beschriebene Anordnung zusätzliche Lei  stung geschaffen wurde, welche ihr energe  tisches Äquivalent in der bei P der Atmo  sphäre bezw. dem Wasser entzogenen Wärme  findet, so dass, von aussen gesehen, Leistung  ohne Brennstoffzufuhr, sondern lediglich  durch Entzug von Wärme, z. B. aus der  Atmosphäre, beschaffen wurde.

   Genau ge  sehen wird aber natürlich die     A@imosphären-          wärme    nur dazu verwendet, kostbare Hoch  temperaturwärme zu ersetzen, welche dafür  in L2 an die Druckluft abgegeben und in N  in Leistung umgesetzt werden kann  Die Kompressoren, K und Q der Lufttur  binen- und der Wärmepumpenanlage werden  in Fig. 2 direkt von M angetrieben; sie kön  nen auch getrennt angetrieben werden; auch  kann M in mehrere Teilturbinen aufgeteilt  sein, welche einzeln den Generator N, den  Kompressor K und den Kompressor Q antrei  ben können. Sofern z.

   B. der Kompressor K  mit seiner Antriebsturbine auf einer eigenen  Welle läuft, kanndie Tourenzahl von K un  abhängig von der     Generatortourenzahl    N ge  wählt     und    geregelt werden, was eine     Last-          rege@ung    ,der     Luftturbinenloistung    .durch Tou  renveränderung des     Kompressoraggregates     und     damit    gute     Teillastverhältnisse    ermög  licht.

        Fig. 3 zeigt ein anderes Schaltungsbeispiel:  Dass Speisewasser wird in den     Economi-          sern    B1, B2 und B3 erwärmt (I     #    I'     #    Ir,       I"#II),    der Dampf im Kessel D (II-III)  erzeugt, im Überhitzer E (III-IV) über  hitzt. in der Gegendruckturbine F (V - VI)  entspannt. Seine Nutzwärme gibt der Dampf  in HI, (VI- VII) an den Verbraucher H ab.  Gegenüber Fig. 2 ist also im Dampfsystem  lediglich die Aufteilung des Economisers B  in mehrere Teile B1, B2, D3 abweichend.  



  Wiederum geben die Verbrennungsgase       einen    Teil ihrer     Wärme    bei hohen Tempera  turen an das Luftsystem zwecks Umwand  lung in Leistung ab; bei gleicher Wärme  zufuhr auf dem Rost C wie in Fig. 1 kann  daher wiederum weniger Dampf erzeugt wer  den, so dass zunächst gegenüber der reinen  Gegendruckdampfanlage in H1 vom Dampf  weniger Wärme an den Verbraucher abgege  ben werden kann und auch die Leistung von  F etwas zurückgeht.  



  Der Kompressor K ist zum Unterschied  von Fig. 2 als gekühlt vorausgesetzt; durch  die Kühler U, welche beispielsweise an meh  reren Stufen des Kompressors     K        vorgesehen     sind, wird als Kühlmittel beispielsweise  Wasser oder Luft geführt (beispielsweise  Kühlstufen a-b und b-c), welche die im  Kühler aufgenommene Wärme in 114 (d-c)  ebenfalls an den Verbraucher abgeben kann.  



  Die in K von 0 auf 9 komprimierte Luft  gelangt in Fig. 3 in die Luftvorwärmer L1  (30     #    39) und L2 (40     #    49), und von da zur  Turbine M (50 - 59), welche beispielsweise  den Generator N und den Kompressor K an  treibt. Der Kompressor K kann aber aueh  separaten Antrieb, z. B. durch Teilturbine  von M, erhalten. Die Abluft der Turbine (59)  wird nun in zwei Teilströme aufgeteilt. Der  eine wird im Kessel, dem er im Zustand GO  zugeführt wird, als Verbrennungsluft ge  braucht, nachdem er vorher im Economiser  B3 Wärme an das Frischwasser abgegeben  hat. Es wird auf dem Rost C beispielsweise  Kohle verbrannt; die Verbrennungsgase (G1)  gelangen zum Teil über den Verdampfer D  (61, 65, 69) und den Überhitzer E (70 - 79)    zum Luftvorwärmer L2. Vor ihrem Eintritt  in L2 werden z.

   B. abgezweigte Heissgase  über 651 der Mischungsstellc 80 zugeführt  und mit den Überhitzergasen (79) gemischt:  der Luftvorwärmer L2 wird dann beispiels  weise von den, Mischgasen im Zustand 80 be  aufschlagt. Die Gase können nach Durchströ  men eines Teils von L2 nochmals mit rest  lichen abgezweigten Heissgasen gemischt wer  den; zu diesem Zwecke ist der Gasstrom in  L2 bei 81 unterbrochen, und es werden die  Gase mit den über 652 abgezweigten Heiss  gasrest gemischt; die Mischgase beaufschla  gen sodann im Zustand 82 den Restteil von  L2 und verlassen denselben im Zustand 85,  um von da in den Gasteil des Luftvorwärmers  L1 zu gelangen, den sie im Zustand 89 ver  lassen. Den     Brenngasen    kann auch Abluft der  Turbine zugemischt werden, was z. B. durch  die Leitung 60-G00-80 dargestellt ist.

    Die Turbinenluft kann natürlich auch vor  den Kühler b3 abgezweigt werden. Die Ab  gase von L1 durchströmen noch den     Teil-          Economiser    B2 (90     #    99), wo sie Wärne au  das Speisewasser abgeben, um alsdann bei  spielsweise ins Kamin zu entweichen; sie könn  ten äber vorher auch nee Wärme an den Ver  braucher abgeben. Die bei 59 von der     Brenn-          luft    abgezweigte Luft strömt direkt zum  Luftvorwärmer I1, den sie von 850 bis 890  durchströmt. Von L1 gelangt die Luft in den  Teil-Economiser B1 (900     #:-    990), wo sie  Wärme an das Speisewasser abgibt, und  schlicsslieh wird die restliche Luftwärme in  Il3 (997-999) an den Verbraucher Il abge  geben.

   In L, und im folgenden Strömungs  weg werden die Gase     (85#    89     #99)    ge  trennt von der Luft (850-890-990) ge  führt, um die Abluft bis zii tieferen Tempe  raturen     ausnützen    zu können als die Abgase.  



       Infolge    der in     .L,    von -den Gasen an die       Druckluft    abgegebenen und in der Lufttur  bine     N    in Leistung     uingewaidclten        \Värin;:          kann        bei        der        Anlage        von        Fig.    3     mit        der    ;

       lei-          chen,    Brennstoffmenge wie bei der reinen       Gegendruck-Dampfanlago        wiederum    nicht  die gleiche Dampfmenge     erzeugt    und in 11,  nicht die gleiche Wärmemenge an den Ver-           braucher    H abgegeben werden wie bei der  Gegendruckanlage nach Fig. 1. Auch die in  H3 und H4 an H abgegebene Wärme vermag  das Manko nicht voll zu decken. Dieses  Wärmemanko wird wiederum durch eine  Wärmepumpenanlage gedeckt, welche Wärme  eines tieftemperaturigen Niveaus mindestens  auf dasjenige des Verbrauchers hebt.

   P be  deute wiederum den Verdampfer,     Q    den  Dampfkompressor, R den Kondensator, S die  Expansionsmaschine und T einen Druckver  nichtungsschieber. Sofern die Wärmepumpe  mit Verdampfung arbeitet, wird S gewöhn  lich weggelassen und der Druck in T allein  vernichtet.

   Die in P dem tiefen Temperatur  niveau (Umgebungsluft, Wasser von Seen  oder Flüssen etc.) entzogene Wärme sowie  die Kompressionswärme von Q werden in R  an das flüssige oder gasförmige Mittel (vor  zugsweise Wasser oder Luft) abgegeben,  welches in P Wärme aufnimmt (Zustands  änderung f,     g)    und dieselbe     mindestens    zum  Teil in H2 an den Verbraucher H abgibt  (g, h), und damit das Wärmemanko deckt,  welches von der Umwandlung von Wärme in  mechanische Arbeit in der Turbine M     heir-          rührte.     



  Die Turbine M treibe beispielsweise einen  Generator N, die Turbine Seinen Generator  W, während der Stromerzeuger der Turbine  F wiederum mit G bezeichnet sei. V stellt  den Antriebsmotor des     Wärmepumpenkom-          pressors    dar.  



  Wenn nun die gesamte Anlage (Fix. 3)  so dimensioniert ist, dass sowohl gleich viel  Brennstoff verbraucht als auch gleich viel  besamte Nutzwärme in H1     #    H2     #    H3 - H4  an den Verbraucher H abgegeben wird wie  bei der gewöhnlichen Gegendruck-Dampf  anlage (Fix. 1), so gibt die beschriebene kom  binierte Anlage (Fix. 3) total mehr Nutz  Kilonvatt mechanische Leistung an die Gene  ratoren N, G und eventuell W ab, als die  äquivalente Gegendruckturbine F von Fig. 1  an ihren Generator G abgibt, obwohl in  Fig. 3 die Turbine F weniger leistet als in  Fig. 1 und obwohl auch die Leistungen von  I und Q aufgebracht werden müssen.

      Es ist daher insgesamt bei gleichem     Brenn-          gstoffverbrauch    zusätzliche Leistung ge  schaffen worden, welche energetisch ihr  Äquivalent wiederum in der bei P dem nied  rigen Temperaturniveau entzogenen Wärme  findet.  



  Wenn bisher der Vergleich der Neukom  bination mit der bekannten Gegendruck  anlage stets auf Grund gleicher Brennstoff  mengen gezogen wurde, so heisst dies natür  lich nicht, dass die kombinierte Anlage stets  nur für     gleiche        Brennstoffmenge    vorgesehen  sein soll wie eine allfällig vorher vorhandene  Gegendruckanlage, welche vielleicht zur     kom-          binierten    Anlage     ausgebaut    wurde, sondern  es wunde dieser Vergleich nur der Anschau  lichkeit wegen gewählt; die neue Anlage  kann natürlich mit beliebigem Brennstoff  verbrauch gebaut und betrieben werden.  



  An Stelle der Dampfwärmepumpenanlage,  welche in Fig. 2 und 3 zunächst angenommen  wurde, kann auch eine Luft- oder Gaswärme  pumpenanlage treten, wobei alsdann Q bei  spielsweise einen     Rotationskompressor.    P und  P     V@Tä.rmeaustauscher,        S    eine Luft- oder Gas  turbine bedeuten. Im Falle von Luft kann P  wegfallen; an seine     Stelle        tritt        alsdann   <B>di-</B>  rekt die Atmosphäre.

   Die Kompressoren     K     und     Q    können im Falle von gleichen Arbeits  medien zusammengebaut werden, ebenfalls  die Turbinen M und     ,S    (indem     beispielsweise          Q    als     eine    Stufe oder Stufengruppe von     K          gebaut        wird;).     



  An ,die     Stelle    von Luft kann im Kreislauf  0-60 auch ein anderes Gas treten; sofern       es    nicht brennbar ist,     und,die    Turbinenwärme  der Verbrennungsluft .doch     mitgeteilt    wer  den soll,     muss.    zwischen 5<B>9</B> und 60, ein zusätz  licher     Austauscher    eingelegt werden.  



  Ferner kann der     Erfindungsgaedanko    auch  durch andere Schaltungen verwirklicht wer  den; es kann     beispielsweise    auch mit geschlos  senem Kreislauf gefahren werden. Auch die  Antriebs- und Kupplungsverhältnisse von       Turbinen    und     Kompressoren    können     belie-          hige    sein. Auch können statt     Kohle    andere  Brennstoffe, auch flüssige oder gasförmige,       verwendet    werden. Die     Verbrennung    kann      auch vor Eintritt in die Turbine erfolgen, so  dass an Stelle des Luftturbinensvstems ein  Gasturbinensystem mit innerer Verbren  nung tritt.  



  Besonders vorteilhaft gestaltet sich die  erfindungsgemässe Ergänzung von vorhande  nen Feuerungsanlagen, z. B. Heizanlagen  oder Gegendruckanlagen etc., durch die Luft  turbinen- und Wärmepumpenteile, indem ge  rade in solchen Fällen wirklich Leistung neu  geschaffen werden kann, ohne den Brenn  stoffverbrauch der Anlage zu erhöhen.  



  Da die gesamte oder ein Teil der neuge  schaffenen Leistung zum Antrieb von  Wärmepumpen verwendet werden kann, ist  es auch möglich,     statt        Leistung    Wärme zu  erzeugen, ohne für die mehrerzeugte Wärme  Brennstoff oder mechanische Leistung zu be  nötigen, indem die gesamte Mehrwärme auf  diese Weise der Atmosphäre oder     einem     andern Niedertemperaturniveau entzogen  wird.

   Da bei einer gewöhnlichen Wärme  pumpe stets ein Bruchteil der Mehrwärme       mechanisch    aufgebracht werden muss, und da  bei thermisch erzeugter mechanischer Lei  stung diese nur einen Bruchteil der sie er  zeugenden Wärme darstellt, kam als Wärme  pumpenantrieb bis jetzt thermisch erzeugte  Leistung nicht in Frage, Durch die Erfin  dung ist dagegen die Wärmepumpe auch als  Ergänzung von thermischen Kraftanlagen  verwendbar.  



  Für das Fahren mit reduzierten Leistun  gen oder mit reduzierter Nutzwärmeabgabe  ergeben sich ebenfalls vorteilhafte Lösungen.  Bei reduziertem Nutzwärmebedarf am Ver  braucher kann z. B. zunächst die     Wärmepum-          penanlage    abgeschaltet oder direkt auf  Kälteerzeugung (Klimaanlagen) umgeschal  tet werden. Durch Äbstellen der Wärme  pumpenanlage (z. B. Abkuppeln des Ge  bläses Q) tritt ein Überschuss der nach aussen  abgegebenen Nutzleistung auf. Soll diese  jedoch konstant bleiben, was speziell im Falle  des Einwellenbetriebes (ohne eigenen An  triebsmotor V für Q) gefordert werden kann,  so muss gleichzeitig die Luftturbinenleistung  von M vermindert werden.

   Dies kann im all-    gemeinen dureh Verringerung der Luftförder    menge (durch Drosselung oder durch Sen  kung der Drehzahl     rles    allfällig     auf    eigener  Welle laufenden Kompressoraggregates oder  durch parallele Umführung) von M erfolgen.  Um die Dampfseite nicht zu beeinflussen,  kann die Verbrennungsgasmenge, welche den  Kessel und Uberhitzer durchströmt (Weg 61,  65, 69, 70, 79), konstant belassen und nur  die abgezweigte Luftmenge (59     #    850     #        9#9),     sowie, um die Temperaturen mindestens an  genähert konstant zu halten, die abgezweigte  Brenngasmenge (Weg 61, 650, 80 bezw. 61,  651, 92) vermindert werden.

   Ist die gesamte  abgezweigte Brenngas- sowie die gesamte ab  gezweigte Luftmenge voll abgedrosselt, und  soll die Luftturbinenleistung weiter gedros  selt werden. ohne das Dampfsystem zu be  einflussen, oder soll überhaupt die im ge  samten geförderte Luftmenge bei der Lei  stungsreduktion nicht wesentlich verändert  werden, so kann die Luftturbine M durch  einen Parallelweg mindestens teilweise um  gangen werden, indem man den Schieber 0  öffnet. Umgekehrt kann mit Hilfe der be  schriebenen Abzweigungen und ihrer Regu  lierorgane (eingezeichnete Schieber und Klap  pen) die     Dampfseite    bei konstanter Luft  leistung oder bei konstanter Gesamtlast regu  liert werden. Es ist also möglich, die Dampf  seite, die Luftseite und die Wärmepumpen  seite voneinander unabhängig oder in be  stimmter vorgezeichneter Abhängigkeit zu  regulieren.



  Heat and power generation plant. It is known to combine a furnace with an air turbine, and it is also known to supply heat to a consumer, which is generated by a heat pump from a lower temperature level, e.g. B. the ambient scent or from watercourses or lakes, is pumped up to consumer level.

   However, it has not yet been recognized that the combination of a furnace, a gas turbine and a heat pump can generate additional services that do not have to be provided through additional fuel consumption, but rather through heat from a natural heat container, such as ambient air or water heat Lakes and rivers.



  In all cases in which the heat from hot fire gases is at least partially given off to an external heat consumer at sufficiently low temperatures (e.g. below 200), either directly or indirectly, e.g. B. via a steam system as an intermediate carrier, so z. B. with heating, drying and cooking systems, with counter pressure and bleeding steam systems, which at least partially give off heat for the purposes mentioned, in many cases also with chemical systems, namely additional power can be created without additional fuel consumption , which is energetically replaced by low-temperature heat from natural containers, i.e. the combination, the furnace,

   the gas turbine and the heat pump are referred to as "power pump", which generates power and at least one corre sponding. Equivalent heat drawn from nature. It goes without saying that: since this is not a violation of the second law, but only a better use of the heat in the high-temperature area of the fire gases, as well as their replacement by;

          inflated ambient heat.



  The invention therefore consists in the fact that in a heat and power generation system that gives off at least part of its heat to at least one heat consumer, a combustion system with a gas turbine unit and a heat pump unit is combined in such a way that at least part of the temperature gradient the fire gases are used to generate mechanical power, and that the heat pump raises heat from a lower temperature level to at least the temperature level of a heat consumer. The heat extracted from the flue gases gradient can either directly in a gas turbine or by releasing the heat to another working medium, eg.

   B. in air. in an air turbine, converted into power. The word "gas turbine" is to be understood in a general sense. A "combustion system" is also to be understood as any system which contains a combustion system, e.g. B. also a steam system etc.



  Fig. 1 shows a furnace without the inventive addition, but for example with a steam system as an intermediate carrier between the combustion gases and the consumer, with a counter-pressure steam turbine still converting part of the steam with shared heat into mechanical work.



  2 and 3 show circuit examples for the inventive combination of the furnace (for example with a steam circuit as an intermediate carrier), the air turbine system and the heat pump. In both cases it is assumed that the fire gas heat is not fed directly to the heat consumer, but rather via a steam system which, in a known manner, still delivers power in a counter-pressure steam turbine; The heat from the fire gas could also be fed directly to the consumer, without steam intermediaries.



       The fresh air is supplied from the fan J at: the temperature t ". To the fire; on the grate C, for example, coal burns; the state of the combustion gases immediately after the
EMI0002.0022
  
    let <SEP> be denoted by <SEP> 61 <SEP>;

   <SEP> the <SEP> gases <SEP> flow through
<tb> the <SEP> boiler <SEP> D. <SEP> the <SEP> leave <SEP> in the <SEP> state <SEP> 69 <SEP>. <SEP> You <SEP> enter <SEP> in the <SEP> state <SEP> 70 <SEP> in <SEP> the <SEP> overheated <SEP> E <SEP> and <SEP> leave <SEP> the same < SEP> in the <SEP> state
<tb> <B> 79. </B> <SEP> In the <SEP> Economiser <SEP> B <SEP> <SEP> the <SEP> gases are used
<tb> finally <SEP> nor <SEP> for <SEP> water preheating <SEP> applied <SEP> (change of state <SEP> 90 <SEP> = <SEP> 99), <SEP> and
<tb> escape <SEP> e.g. <SEP> in the <SEP> state <SEP> 99 <SEP> ins
<tb> fireplace.

   <SEP> The <SEP> water <SEP> from the <SEP> state <SEP> I <SEP> is <SEP> in
<tb> Economiser <SEP> B <SEP> on <SEP> the <SEP> state <SEP> Il <SEP> preheated, <SEP> evaporates <SEP> in <SEP> 'Keesel <SEP> D <SEP> on <SEP> the <SEP> status <SEP> III, <SEP> is <SEP> in <SEP> overheated <SEP> E <SEP> on <SEP> the <SEP> status <SEP> IV <SEP > brought, <SEP> which <SEP> see <SEP> as a result of <SEP> from
<tb> Losses <SEP> in <SEP> the <SEP> lines <SEP> between <SEP> E <SEP> and
Change <tb> of the <SEP> back pressure steam turbine <SEP> F <SEP> to <SEP> V <SEP>
<tb> may. <SEP> In <SEP> this <SEP> state <SEP> <SEP> F <SEP> is added, <SEP> where <SEP> a <SEP> expansion <SEP> to <SEP> on <SEP> <SEP> Status <SEP> VI <SEP> requested.

   <SEP> in <SEP> which <SEP> the <SEP> steam <SEP> dem
<tb> external <SEP> heat consumer <SEP> <I> 1l </I> <SEP> supplied
<tb> will, <SEP> to <SEP> which <SEP> the <SEP> heat <SEP> accordingly
<tb> the <SEP> change of status <SEP> from <SEP> VI <SEP> to <SEP> I <SEP> will be given <SEP>. <SEP> The <SEP> turbine <SEP> F <SEP> drives <SEP>, e.g. <SEP> the <SEP> generator <SEP> G <SEP>.
<tb> Fig. <SEP> 2 <SEP> represents <SEP> a <SEP> example <SEP> of the <SEP> invention <SEP> emi <SEP> aces <SEP> system <SEP>, <SEP> and <SEP> although <SEP> a <SEP> combination <SEP> of <SEP> combustion <SEP> with <SEP> steam interim system, <SEP> lift turbine system <SEP> and <SEP> heat pump.

   <SEP> The <SEP> in <SEP> of the <SEP> following <SEP> description
<tb> specified <SEP> numbers <SEP> refer <SEP> <SEP> refer to <SEP> the <SEP> Zii stand <SEP> at <SEP> the <SEP> with <SEP> corresponding <SEP> numbers < SEP> designated <SEP> points <SEP> of the <SEP> scheme. <SEP> The <SEP> parts
<tb> <I> Ii, <SEP> L ,. <SEP> L_, <SEP> 11 </I> <SEP> and <SEP> 1 '<SEP> and <SEP> the <SEP> path <SEP> from
<tb> 0 <SEP> = <SEP> 59 <SEP> set <SEP> the <SEP> air turbine system part
<tb>. <SEP> In the <SEP> compressor <SEP> 1i <SEP>, <SEP> becomes the <SEP> fresh air
<tb> (0) <SEP> brought to <SEP> pressure <SEP> <SEP> <B> (</B> 9).

   <SEP> In <SEP> the <SEP> exchangers <SEP> <I> L, </I> <SEP> (3 () <SEP> = <SEP> 39) <SEP> and <SEP> <I > L., </I> <SEP> (40 <SEP> = <SEP> 49)
<tb> becomes <SEP> the <SEP> three gap <SEP> on <SEP> the <SEP> for <SEP> the <SEP> turbine
<tb> 11 <SEP> required <SEP> temperature <SEP> (status <SEP> 5t)) <SEP> brought;

  
<tb> in <SEP> of the <SEP> turbine <SEP> J1 <SEP> <SEP> expansion work <SEP> is performed. <SEP> The <SEP> turbine exhaust air <SEP> (51) <SEP> gives <SEP> for example <SEP> a <SEP> part <SEP> of its <SEP> heat <SEP> in <SEP> L1 <SEP> at
<tb> the <SEP> fresh air <SEP> from <SEP> (a5 <SEP> = 59). <SEP> The <SEP> exhaust air <SEP> from
<tb> L, <SEP> (59) <SEP> becomes <SEP> e.g. <SEP> as <SEP> Brennhift <SEP> (60)
<tb> used, <SEP> which <SEP> the <SEP> on <SEP> the <SEP> grate <SEP> C <SEP> aendün <SEP> fuel <SEP> (for example <SEP> coal)
<tb> burns.

   <SEP> Enter the <SEP> combustion oasis <SEP> (61) <SEP>
<tb> in the <SEP> evaporator <SEP> D <SEP> (61 <SEP> <B> - *. 69) </B> <SEP> and <SEP> in the <SEP> tber lützer <SEP> E < SEP> <B> (-7 (I </B> = <SEP> 79) <SEP> heat <SEP> to <SEP> dos <SEP> steam system, then flow through the air preheater L2 (80 # 89 ), where they give the air the heat necessary for the expansion performance in turbine M, and give off part of their residual heat in economiser B (90 # 99) to the steam system in order to then escape into the chimney, for example; but they can also give off heat to an external consumer beforehand.



  The steam system of Fig. 2 looks outwardly only slightly different from that of Fig. 1, in that steam is generated by heat absorption in economiser B (I-II), evaporator D (II-III) and superheater E (III-IV), the steam in the back pressure turbine F (V # VI) work lei steadily, whereupon it gives off heat to the consumer H in H1, (VI-I).

   If we now assume that the same amount of coal per unit of time is burned on grate C in the case of FIG. 2 as in the case of FIG. 1, then as a result of the additional heat dissipation in L2 to the air system and conversion of the same in M into mechanical work In the case of FIG. 2, the same amount of steam is not generated as in the case of FIG. 1, and both the output of the turbine F and the heat given off by the steam in H1 to the consumer are reduced. If this minimum amount of heat was used in H1 at a sufficiently low temperature level, it can be replaced by the heat pumped up to the required consumer temperature from a heat pump system from a natural heat store.

    The heat pump system is represented in a known manner, for example by the evaporator P, the steam compressor Q, the condenser R and the expansion machine S, as well as the pressure destruction slide T; the expansion machine S can also be omitted.



  The heat that is absorbed by the heat pump arboitsmedium in P from the outside, for example from the ambient air or from the water of a water tank, a river or lake, as well as the compression heat from Q, is in R from the means flowing from f to h, z. B.

   Air or water, taken in, which may heat up in R from state f to state g and in H2 release its heat to consumer H, whereby it may cool down from g to h. The heat pump system is selected, for example, so large that the heat H2 just covers the heat loss of H1 described above.

      It is now with the same fuel consumption of the system according to Fig. 2 as that of Fig. 1 and with pale total useful heat output to the consumer H, the excess power of the turbine M over the drive powers of the compressors K and Q is greater than the power reduction of the turbine F, so that with the same fuel consumption and the same useful heat, additional performance was created by the arrangement described, which their energe table equivalent in the bezw at P the atmosphere. The heat extracted from the water takes place, so that, seen from the outside, performance without fuel supply, but only through extraction of heat, e.g. B. from the atmosphere.

   On a more precise level, however, the a @ imospheric heat is only used to replace valuable high-temperature heat, which is released to the compressed air in L2 and converted into power in N The compressors, K and Q of the air turbines and the Heat pump systems are driven directly by M in FIG. 2; they can also be driven separately; M can also be divided into several turbine sections, which can drive the generator N, the compressor K and the compressor Q individually. If z.

   If, for example, the compressor K runs with its drive turbine on its own shaft, the number of revolutions of K can be selected and regulated independently of the number of generator revolutions N, which results in load regulation, the air turbine output, by changing the revs of the compressor unit and thus good part-load conditions enables light.

        3 shows another circuit example: The feed water is heated in the economisers B1, B2 and B3 (I # I '# Ir, I "#II), the steam in boiler D (II-III) is generated in the superheater E (III-IV) overheated, expanded in the back pressure turbine F (V-VI). The steam in HI, (VI-VII) gives off its useful heat to the consumer H. Compared to FIG of the economizer B into several parts B1, B2, D3 differing.



  Again, the combustion gases give some of their heat at high temperatures to the air system for the purpose of converting it into power; With the same heat supply on grate C as in Fig. 1, less steam can be generated, so that initially less heat can be given off to the consumer than the pure counterpressure steam system in H1 and the output of F also decreases somewhat .



  In contrast to FIG. 2, the compressor K is assumed to be cooled; Through the cooler U, which are provided, for example, at several stages of the compressor K, water or air, for example, is passed as coolant (for example cooling stages from and bc), which can also release the heat absorbed in the cooler in 114 (dc) to the consumer .



  The air compressed in K from 0 to 9 arrives in Fig. 3 in the air preheaters L1 (30 # 39) and L2 (40 # 49), and from there to the turbine M (50-59), which, for example, the generator N and the Compressor K drives on. The compressor K can, however, also have a separate drive, e.g. B. by part turbine of M obtained. The exhaust air from the turbine (59) is now divided into two partial flows. One is used as combustion air in the boiler, to which it is fed in the GO state, after it has previously given off heat to the fresh water in the economiser B3. Coal, for example, is burned on the grate C; some of the combustion gases (G1) reach the air preheater L2 via the evaporator D (61, 65, 69) and the superheater E (70-79). Before entering L2 z.

   B. diverted hot gases via 651 of the Mischungsstellc 80 and mixed with the superheater gases (79): the air preheater L2 is then, for example, from the mixed gases in state 80 be added. After flowing through part of L2, the gases can be mixed again with the rest of the branched off hot gases; for this purpose the gas flow in L2 is interrupted at 81, and the gases are mixed with the hot gas residue branched off via 652; the mixed gases then act on the remaining part of L2 in state 82 and leave the same in state 85 in order to get from there into the gas part of the air preheater L1, which they leave in state 89. Exhaust air from the turbine can also be admixed with the fuel gases, which z. B. is represented by line 60-G00-80.

    The turbine air can of course also be branched off in front of the cooler b3. The exhaust gases from L1 still flow through the partial economizer B2 (90 # 99), where they give off heat to the feed water in order to then escape into the chimney, for example; You could also give off any heat to the consumer beforehand. The air branched off from the combustion air at 59 flows directly to the air preheater I1, through which it flows from 850 to 890. From L1 the air reaches the partial economiser B1 (900 #: - 990), where it gives off heat to the feed water, and finally the remaining air heat in Il3 (997-999) is given off to the consumer Il.

   In L, and in the following flow path, the gases (85 # 89 # 99) are separated from the air (850-890-990) in order to be able to use the exhaust air to temperatures that are lower than the exhaust gases.



       As a result of the gases given off by the gases to the compressed air in the air turbine N and in power in the air turbine N: in the system of FIG. 3 with the;

       In the case of the pure counterpressure steam system, however, the same amount of steam is not generated and in 11, not the same amount of heat is given off to the consumer H as in the counterpressure system according to FIG. 1. Also in H3 and H4 H emitted heat cannot fully cover the deficiency. This heat deficit is in turn covered by a heat pump system, which raises heat from a low temperature level to at least that of the consumer.

   P be in turn the evaporator, Q the vapor compressor, R the condenser, S the expansion machine and T a pressure relief valve. If the heat pump works with evaporation, S is usually omitted and the pressure in T alone is destroyed.

   The heat extracted from the low temperature level in P (ambient air, water from lakes or rivers, etc.) and the heat of compression from Q are transferred in R to the liquid or gaseous medium (preferably water or air), which absorbs heat in P (state change f, g) and at least part of it in H2 to the consumer H (g, h), and thus covers the heat deficit that resulted from the conversion of heat into mechanical work in the turbine M.



  The turbine M drives a generator N, for example, the turbine its generator W, while the power generator of the turbine F is again designated by G. V represents the drive motor of the heat pump compressor.



  If the entire system (Fix. 3) is dimensioned in such a way that the same amount of fuel is consumed and the same amount of insulated useful heat in H1 # H2 # H3 - H4 is released to consumer H as in the normal counter-pressure steam system (Fix . 1), the combined system described (Fix. 3) gives totally more useful kilonvatt mechanical power to the generators N, G and possibly W than the equivalent back pressure turbine F of Fig. 1 gives off to its generator G, although In Fig. 3 the turbine F is performing less than in Fig. 1 and although the outputs of I and Q also have to be applied.

      Overall, therefore, additional power has been created with the same fuel consumption, which in terms of energy is in turn found in the heat withdrawn at P from the low temperature level.



  If the comparison of the Neukom combination with the known counterpressure system has always been based on the same fuel quantities, this does not mean, of course, that the combined system should always only be provided for the same amount of fuel as any previously existing counterpressure system, which may be used for combined system was expanded, but this comparison was chosen only for the sake of illustration; the new system can of course be built and operated with any fuel consumption.



  Instead of the steam heat pump system, which was initially assumed in FIGS. 2 and 3, an air or gas heat pump system can also be used, in which case Q is a rotary compressor, for example. P and P V@Tä.rmeaustauscher, S mean an air or gas turbine. In the case of air, P can be omitted; its place is then <B> direct </B> the atmosphere.

   The compressors K and Q can be assembled in the case of the same working media, likewise the turbines M and, S (in that, for example, Q is built as a stage or stage group of K;).



  Another gas can take the place of air in circuit 0-60; as long as it is not flammable and the turbine heat of the combustion air is to be communicated. between 5 <B> 9 </B> and 60, an additional exchanger can be inserted.



  Furthermore, the invention can also be realized by other circuits; it can also be operated with a closed circuit, for example. The drive and coupling ratios of turbines and compressors can also be arbitrary. Instead of coal, other fuels, including liquid or gaseous, can also be used. The combustion can also take place before entering the turbine, so that a gas turbine system with internal combustion occurs instead of the air turbine system.



  Particularly advantageous is the addition according to the invention of existing firing systems such. B. heating systems or counter pressure systems, etc., through the air turbine and heat pump parts by ge just in such cases really power can be created without increasing the fuel consumption of the system.



  Since all or part of the newly created power can be used to drive heat pumps, it is also possible to generate heat instead of power without needing fuel or mechanical power for the additional heat generated by using the entire additional heat in this way Atmosphere or another low temperature level is withdrawn.

   Since with an ordinary heat pump a fraction of the additional heat always has to be applied mechanically, and since with thermally generated mechanical power this represents only a fraction of the heat it generates, the heat pump drive up to now could not be thermally generated power Invention, however, the heat pump can also be used as a supplement to thermal power plants.



  There are also advantageous solutions for driving with reduced power or with reduced useful heat output. With reduced useful heat demand on the consumer, z. For example, the heat pump system can first be switched off or switched directly to refrigeration (air conditioning). When the heat pump system is switched off (e.g. uncoupling the fan Q), there is an excess of the useful power released to the outside. However, if this is to remain constant, which can be required especially in the case of single-shaft operation (without its own drive motor V for Q), the air turbine power of M must be reduced at the same time.

   This can generally be done by reducing the air delivery rate (by throttling or lowering the speed of the compressor unit running on its own shaft or by bypassing it in parallel). In order not to influence the steam side, the amount of combustion gas that flows through the boiler and superheater (path 61, 65, 69, 70, 79) can be kept constant and only the amount of air branched off (59 # 850 # 9 # 9) and around to keep the temperatures at least approximately constant, the amount of fuel gas branched off (path 61, 650, 80 or 61, 651, 92) is reduced.

   Is the total amount of fuel gas branched off and the total amount of air branched off fully throttled, and the air turbine output is to be further throttled. Without influencing the steam system, or even if the total amount of air conveyed is not significantly changed during the performance reduction, the air turbine M can be at least partially bypassed by a parallel path by opening slide 0. Conversely, with the help of the branches and their regulators (drawn slide and flaps) the steam side can be regulated with constant air output or with constant total load. It is therefore possible to regulate the steam side, the air side and the heat pump side independently of one another or in certain predetermined dependencies.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH I: Wärme- und Leistungserzeugungsanlab , die mindestens einen Teil ihrer Wärme an niir#deatens einen Wärmeverbraucher abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feuerungs- anlage mit einem Gasturbinenaggregat und einem Wärm.epumpenaggregat derart kombi- nier-[ ist, PATENT CLAIM I: Heat and power generation plant which gives off at least part of its heat to niir # deatens a heat consumer, characterized in that a combustion plant with a gas turbine unit and a heat pump unit is so combined da.ss mindestens ein Teil des Tem peraturgefälles der Feuergase zur Erzeugung mechanischer Leistung verwendet wird, und dass die -\'ärmepunipe Wärme ans einem tie feren- Temperaturniveau mindestens auf das Temperaturniveau eines Wärmeverbrauchers liebt. UNTERANSPRÜCHE 1. Anlage nach Patentanspruch I, dadureh gekennzeichnet, dass Abwärme des Gasturbi nenaggregates zur Vorwärmung der Brenn- luft der Feuerung dient. 2. that at least a part of the temperature gradient of the fire gases is used to generate mechanical power, and that the - \ 'ärmepunipe loves heat at a lower temperature level at least to the temperature level of a heat consumer. SUBClaims 1. Plant according to claim I, characterized in that waste heat from the gas turbine unit serves to preheat the combustion air of the furnace. 2. Anlage nach Patentanspruch I, mit einem Luftturbinenaggregat, dadurch ge kennzeichnet, dass mindestens ein. Teil der Abluft der Luftturbine als Verbrennungsluft für die Feuerung dient. 3. Anlage nach Patentanspruch I, mit einem Luftturbinenaggregat, dadurch, gekenn zeichnet, dass mindestens ein Teil der Ab luft der Luftturbine nach Wärmeabgabe in einem Wärmeaustauscher als Verbrennungs luft für die Feuerung dient. 4. Anlage nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Leistung des Gasturbinenaggregates zum Antrieb des Verdichters dient, welcher das Turbinenarbeitsmittel auf Druck bringt. 5. Anlage nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Leistung des Gasturbinenaggregates zum Antrieb des Wärmepumpenaggregates dient. 6. Plant according to claim I, with an air turbine unit, characterized in that at least one. Part of the exhaust air from the air turbine is used as combustion air for the furnace. 3. System according to claim I, with an air turbine unit, characterized in that at least part of the air from the air turbine after heat is given off in a heat exchanger as combustion air is used for the furnace. 4. Plant according to claim I, characterized in that at least part of the power of the gas turbine unit is used to drive the compressor, which brings the turbine working fluid to pressure. 5. Plant according to claim I, characterized in that at least part of the power of the gas turbine unit is used to drive the heat pump unit. 6th Anlage nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der Verdichter, welcher das Turhinenarbeitsmittel auf Druck bringt, gekühlt wird, und dass die vom Kühl mittel aufgenommene Wärme ebenfalls einem Wärmeverbraucher zugeführt wird. 7. Anlage nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Feuerung min destens einen Teil ihrer Wärme an Dampf abgibt, der seinerseits mindestens eine der beiden Energieformen: mechanische Arbeit und Wärme, an Verbraucher abgibt. ä. Anlage nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der Kompressor des Wärmepumpenaggregates -durch einen Teil des Kompressors der Gasturbinenanlage gebildet ist. 9. System according to patent claim I, characterized in that the compressor, which pressurizes the turbine working medium, is cooled, and that the heat absorbed by the cooling medium is also fed to a heat consumer. 7. Plant according to claim I, characterized in that the furnace gives off at least part of its heat to steam, which in turn gives off at least one of the two forms of energy: mechanical work and heat, to consumers. Ä. Plant according to claim I, characterized in that the compressor of the heat pump unit is formed by part of the compressor of the gas turbine plant. 9. Anlage nach Patentanspruch I, mit einem Luftturbinenaggregat, dadurch ge kennzeichnet, dass nur ein Teil der Turbinen abluft als Verbrennungsluft dient, während der überschüssige Teil den Brenngasen an einer Stelle ihres Kreislaufes zugemischt wird. 10. Anlage nach Patentanspruch I, mit einem Luftturbinenaggregat, dadurch ge kennzeichnet, dass nur ein Teil der Turbinen abluft als Verbrennungsluft dient, während der überschüssige Teil dauernd von den Brenngasen getrennt geführt wird, derart, dass seine Abwärme bis zu tieferen Tempera turen ausgenützt werden kann als diejenige der Brenngase. 11. Anlage nach Patentanspruch I, mit einem Luftturbinenaggregat, dadurch ge kennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Wärme mindestens eines der beiden Wärme träger Luft und Gas an einen Verbraucher abgegeben wird. 12. System according to claim 1, with an air turbine unit, characterized in that only part of the turbine exhaust air serves as combustion air, while the excess part is mixed with the fuel gases at one point in their circuit. 10. Plant according to claim I, with an air turbine unit, characterized in that only part of the turbine exhaust air is used as combustion air, while the excess part is continuously separated from the fuel gases, so that its waste heat can be used down to lower temperatures can be considered that of the fuel gases. 11. System according to claim I, with an air turbine unit, characterized in that at least part of the heat of at least one of the two heat carriers air and gas is released to a consumer. 12. Anlage nach Patentanspruch I und Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Brenngase getrennt geführt ist und zur Zwischenerwärmung mindestens eines Teils der übrigen Brenngase dient. 13. Anlage nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, welche bei vermindertem Wärmever brauch an der Verbraucherstelle die Wärme pumpenleistung zu vermindern gestatten. 14. Plant according to claim 1 and dependent claim 7, characterized in that some of the fuel gases are routed separately and are used for intermediate heating of at least some of the remaining fuel gases. 13. System according to claim I, characterized in that means are provided which allow the heat pump output to be reduced at reduced heat consumption at the consumer point. 14th Anlage nach Patentanspruch I und Unteranspruch 13, mit einem Luftturbinen aggregat, dadurch gekennzeichnet, dass Mit tel vorgesehen sind, mittels welcher gleich zeitig mit der Senkung der Wärmepumpen leistung eine solche Verminderung der Luft- turbinenIeistung bewirkt werden kann, dass die nach aussen abgegebene Nutzleistung bei sinkender Nutzwärme mindestens angenähert konstant bleibt. 15. System according to claim I and dependent claim 13, with an air turbine unit, characterized in that means are provided by means of which, at the same time as the heat pump output is reduced, the air turbine output can be reduced so that the useful output output to the outside is achieved decreasing useful heat remains at least approximately constant. 15th Anlage nach Patentanspruch I, da: durch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um,die Turbine bei Teillast mit vermin- derter Fördermenge arheiten zu lassen. 16. Plant according to claim I, characterized in that means are provided to allow the turbine to operate at part load with a reduced delivery rate. 16. Anlage nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 7, 10 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um sowohl die abgezweigte, nicht verbrannte Überschussluftmenge, als auch,die:getrennt ge führte und zur Zwischenerwärmung dienende Brenngasmenge bei sinkendem Leistungs- bedarf so zu vermindern, dass die Dampf Fördermenge mindestens angenähert kon- stant bleibt. 17. System according to patent claim I and the dependent claims 7, 10 and 12, characterized in that means are provided to both the branched, unburned excess air volume and the separately led fuel gas volume serving for intermediate heating when the power requirement falls reduce so that the steam delivery rate remains at least approximately constant. 17th Anlage nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, welche ermöglichen, dass bei Teillast mindestens eine Stufe der Turbine von min destens einem Teil des Fördermittels um- strömt wird. 18. Anlage nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass Mittel vorge sehen sind, welche ermöglichen, dass bei von der Nennlast abweichender Belastung min destens ein Kompressor und seine mit ihm gekuppelte Antriebsturbine mit einer von der Nenndrehzahl abweichenden Drehzahl läuft, derart, dass bei Teillast tiefere, bei Überlast höhere Kompressordrehzahlen vorhanden sind. 19. Plant according to patent claim I, characterized in that means are provided which enable at least one stage of the turbine to be flowed around by at least part of the conveying means at partial load. 18. Plant according to claim I, characterized in that means are provided which allow that at least one compressor and its drive turbine coupled with it runs at a speed different from the nominal speed when the load deviates from the nominal load, such that at Compressor speeds are lower at partial load and higher at overload. 19th Anlage nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, un die Wärme mindestens eines Teils des Temperaturgefälles der Feuerbase an das Arbeitsnittel der Turbine zu übertragen und dadurch wenigstens teilweise in mecha nische Leistung umzuwandeln. Plant according to claim 1, characterized in that means are provided to transfer the heat of at least part of the temperature gradient of the refractory to the working means of the turbine and thereby at least partially convert it into mechanical power. PATENTANSPRUCH II: Verfahren zur Herstellung einer Wärme- und Leistungserzeugungsanlage nach Patent anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass eine, bestehende Feuerungsanlage mit einem Gas- turbiienaggregat und mit einem Wärme- punpenaggregat derart kombiniert wird, dass mindestens ein Teil des Temperaturgefälles der Feuergase zur Erzeugung mechanischer Leistung verwendet wird, und dass die Wärmepumpe Wärme aus eurem tieferen Temperaturniveau mindestens auf das Tem peraturniveau eines Wärmeverbrauchers hebt. PATENT CLAIM II: A method for producing a heat and power generation system according to patent claim I, characterized in that an existing combustion system is combined with a gas turbine unit and with a heat point unit in such a way that at least part of the temperature gradient of the fire gases is used to generate mechanical Power is used, and that the heat pump raises heat from your lower temperature level to at least the temperature level of a heat consumer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1190256B (en) * 1961-09-28 1965-04-01 Siemens Ag Thermal power plant with a combined gas-steam process

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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