DE102004014652A1 - Stromgewinnung aus Wärme durch Niederdruck-Brüdenentspannung - Google Patents

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Erwin Dr. Oser
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    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, um aus z. B. der Abwärme von industriellen Wärmeprozessen mithilfe einer Niederdruck-Brüdenentspannung Strom zu gewinnen. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Kreisprozess mit Niederdruck-Brüdenentspannung und Rückführung der Kondensationswärme des Arbeitsmittels gelöst. Ein Arbeitsmittel mit kleinerer molarer Verdampfungswärme als der des Wassers wird durch Aufnahme von Energien aus Wärmespeichern, regenerativer Energie oder Abwärmeströmen verdampft und der entstehende Brüden als Treibdampf über ein volumetrisch förderndes, extern-verdichtendes Niederdruck-Entspannungsaggregat entspannt. Die Energie des entspannten Treibdampfes wird in den Kreisporzess zurückgeführt, indem der Wärmeinhalt des Treibdampfes nach der Entspannung mithilfe von Wärmepumpenprozessen wieder auf das Temperaturniveau des Verdampfers transformiert und erneut zur Verdampfung genutzt wird.

Description

  • Wärmeenergien, die in der Natur oder bei industriellen Prozessen bei Temperaturen unter 60°C anfallen, werden vorwiegend über Kühltürme vernichtet.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit der Energie aus Wärmeprozessen einen thermischen Kreisprozess anzutreiben, mit dem Strom gewonnen werden kann.
  • Dazu wird mit der Abwärme oder regenerativer Energie ein Arbeitsmittel als Treibdampf verdampft. Der Treibdampf wird anschließend in einem volumetrisch fördernden, extern verdichtenden Niederdruck-Entspannungsaggregat, vorzugsweise in einem Wälzkolben-/Roots-Gebläse, entspannt. Die an der Welle des Gebläses erzeugte Kraft kann als mechanischer Antrieb und mit Hilfe eines Generators zur Stromgewinnung genutzt werden.
  • Das Arbeitsmittel des Kreisprozesses wird so ausgewählt, dass die molare Verdampfungswärme geringer ist als die von Wasser. Als Arbeitsmittel können entsprechende organische oder anorganische Lösemittel, oder Lösemittelgemische, vorzugsweise als azeotrope Mischungen und/oder mit einer reversibel immobilisierbaren Komponente, wie sie in der Anmeldung AZ 10360380.8 beschrieben werden, verwendet werden.
  • Wesentliches Merkmal der Erfindung ist die möglichst umfassende Rückführung der Kondensationswärme bzw. der im entspannten Treibdampf noch vorhandenen Energie, durch Verwendung eines Niederdruck-Entspannungsmotors entsprechend Patentanmeldung AZ 10360379.4 in Verbindung mit darauf abgestimmten Wärmepumpenprozessen.
  • Günstige alternative Ausführungsformen, um die Energie des entspannten Treibdampfes zu einem möglichst großen Anteil wieder in den Kreisprozess zurückzuführen, sind erfindungsgemäß abhängig von der Art des verwendeten Arbeitsmittels.
    • – Bei einem einkomponentigen Arbeitsmittel wird der entspannte Brüden durch Wärmetausch im Verdampfer einer Wärmepumpe kondensiert, mit der die Wärme wieder auf das Temperaturniveau der Treibdampferzeugung transformiert wird. Dabei wird das Arbeitsmittel in Verbindung mit dem Entspannungsmotor so ausgewählt, dass nur eine geringe Temperaturerniedrigung bei der Entspannung auftritt. Damit wird erreicht, dass die Wärmepumpe, mit der die Kondensationsenergie wieder auf das Ausgangs-Temperaturniveau der Verdampfung transformiert wird, mit einer günstigen Leistungsziffer arbeitet. Als günstige Ausführungsform für die Wärmepumpe kann vorzugsweise eine offene Wärmepumpe mit flüssigkeitsüberlagerten Verdichtersystemen verwendet werden, wie sie in der Anmeldung AZ 10360364.6 beschrieben wird.
    • – Liegt als Arbeitsmittel ein azeotropes Lösemittelgemisch vor, so erfolgt die Energierückführung durch Absorption einer Komponente und Übertragung der Energie auf die gasförmig bleibende Komponente, wie es in der Anmeldung AZ 10361223.8 "Niederdruck-Entspannungsmotor mit Treibdampftrennung mittels extraktiver Rektifikation" beschrieben wird.
    • – Wird ein Lösemittelgemisch mit einer reversibel immobilisierbaren Komponente verwendet, so erfolgt die Energierückführung entsprechend den Ausführungen in der Anmeldung AZ 10361203.3 "Niederdruck-Entspannungsmotor mit Energierückführung".
  • Mit den beiden letztgenannten Teilprozessen wird es möglich, dass der entspannte Brüden aufgrund der Übertragung der Kondensations- oder Absorptionswärme auf die gasförmig verbleibende Komponente auf ein so hohes Temperaturniveau transformiert wird, dass die Wärme unmittelbar wieder zur Verdampfung des Ausgangsgemisches herangezogen werden kann.
    •

Claims (27)

  1. Verfahren zur Stromgewinnung aus der Niedertemperatur-Wärme regenerativer Energie oder industrieller Wärmeprozesse in einem energetischen Kreisprozess mit Niederdruck-Brüdenentspannung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Abwärme durch Wärmetausch ein Arbeitsmittel verdampft wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erzeugte Brüden über einen Niederdruck-Entspannungsmotor entspannt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie des Brüden nach der Entspannung mit einer Wärmepumpe wieder auf ein höheres Temperaturniveau angehoben wird und dort im Wärmetausch mit dem Arbeitsmittel des energetischen Kreisprozesses den Treibdampf für die Niederdruck-Entspannung erzeugt.
  5. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitsmittel ein organisches oder anorganisches Lösemittel verwendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmittel ein Gemisch, vorzugsweise ein azeotropes Gemisch aus den genannten Lösemitteln, ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmittel ein Gemisch, vorzugsweise ein azeotropes Gemisch, von Lösemitteln mit mindestens einer reversibel immobilisierbaren Komponente ist.
  8. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformation des Temperaturniveaus mit Hilfe eines Venturiwäschers erfolgt, in dem eine der Gemischkomponenten absorbiert wird, wobei die Absorptionswärme auf die gasförmig bleibende Komponente übertragen wird.
  9. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturerhöhung durch Immobilisierung einer der Komponenten erfolgt, wobei die Absorptions- bzw. Kondensationswärme der immobilisierten Komponente auf die gasförmig bleibende Komponente übertragen wird.
  10. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Niederdruck-Entspannungsaggregat ein Wälzkolben-/Rootsgebläse verwendet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Niederdruck-Brüdenentspannung an der Welle des Gebläses eine mechanische Kraft gewonnen wird.
  12. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Kraft mit einem Generator zur Stromgewinnung genutzt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmittel nach der Entspannung kondensiert und mit einer Pumpe zurück in den Verdampfer gefördert wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die nach der Entspannung noch im Treibdampf verbliebene Energie erneut im energetischen Kreisprozess zur Herstellung von Treibdampf genutzt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 1 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass der entspannte Treibdampf durch einen Wärmepumpenprozess wieder auf das Temperaturniveau der Verdampfung transformiert wird.
  16. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmepumpe eine mechanisch angetriebene Wärmepumpe benutzt wird.
  17. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmepumpe eine chemische Wärmepumpe mit extraktiver Rektifikation benutzt wird.
  18. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmepumpe eine chemische Wärmepumpe mit reversibler Immobilisierung einer Komponente benutzt wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme aus thermischen Entspannungsprozessen mit Wasserdampf stammt.
  20. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme aus dem Betrieb von Motoren, Stromaggregaten oder Blockheizkraftwerken stammt.
  21. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme aus Sonnenenergie stammt.
  22. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme aus einem Wärmespeicher auf Arbeitsniveau transformiert wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme aus einem Speicher entnommen wird, der durch Solarenergie aufgeheizt wurde.
  24. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme aus Kühlprozessen stammt.
  25. Verfahren nach Anspruch 1 und 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformation und/oder der Prozess zur Kühlung genutzt wird.
  26. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme aus stehenden oder fließenden Oberflächengewässern stammt.
  27. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme aus der geothermischen Wärme stammt.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006022792B3 (de) * 2006-05-16 2007-10-11 Erwin Dr. Oser Umwandlung solarer Wärme in mechanische Energie mit einem Strahlverdichter
DE102007025671A1 (de) 2007-06-01 2008-12-04 Ecoenergy Patent Gmbh Entspannungsvorrichtung und Verfahren zur Energieumwandlung
DE202008012145U1 (de) 2008-09-13 2009-03-05 Tomic, Michael Luftwalze/Windwalze zur Energie-/Stromgewinnung

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DE102007025671B4 (de) * 2007-06-01 2010-07-29 Ecoenergy Patent Gmbh Entspannungsvorrichtung und Verfahren zur Energieumwandlung
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