DE102008064252A1

DE102008064252A1 - Wärmekraftmaschine in barometrischer Aufstellung mit Kondensationswärme-Rückgewinnung

Info

Publication number: DE102008064252A1
Application number: DE200810064252
Authority: DE
Inventors: Richard Gerhold
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-12-20
Filing date: 2008-12-20
Publication date: 2010-06-24

Abstract

Im barometrisch aufgestellten Kondensatbehälter des Dampfprozesses einer Wärmekraftmaschine fällt Kondensationswärme an durch Niederschlagung von Dampf mittels eines Injektors in kaltem Kondensat, welches sich dabei erwärmt. Statt dem Dampfprozess durch einfache vollständige Rückkühlung die Kondensationswärme zu entziehen, wird dafür gesorgt, sie ihm zu erhalten, wie folgt: Der Kondensatbehälter liefert eine geringe Menge Kondensat und Dampf, welcher sich über dem Kondensat befindet, da der Kondensatbehälter barometrisch aufgestellt ist. Auf der Warmseite des Dampfprozesses wird der Dampf niedergeschlagen im inzwischen vollständig rückgekühlten Kondensat mittels eines weiteren Injektors. Die Kondensationswärme gelangt durch diese Rezirkulation erneut in den Dampferzeuger und muss dem Dampfprozess nicht ständig von außen zugeführt werden. Fig. 4 zeigt, dass dem Kondensatbehälter (4) Kondensat und Dampf entnommen werden und auf der Warmseite des Dampfprozesses zusammengeführt werden im Injektor (8). Die Wärmekraftmaschine (1) liefert Nutzarbeit an der Turbine (5), gewinnt in großem Maß Abwärme zurück und hat einen hohen Wirkungsgrad, etwa dem Carnot-Wirkungsgrad gleichkommend, bei geringer Temperaturspreizung im Niedertemperatur-Bereich.

Description

Die Erfindung betrifft eine thermodynamische Maschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.
Stand der Technik ist, dass Wärmekraftmaschinen mit Injektor und Flüssigkeitsturbine Kondensationswärme vergeuden während der Kondensat-Rückkühlung.
Abhilfe schafft die vorliegende Erfindung, gemäß der zwar fühlbare Wärme verloren geht durch Kondensat-Rückkühlung, die Kondensationswärme aber von der Kaltseite des Dampfprozesses auf dessen Warmseite gelangt und ihm so erhalten bleibt.
Der barometrisch aufgestellte Kondensatbehälter liefert Niedertemperatur-Dampf, welcher in einem Injektor auf der Warmseite des Dampfprozesses zusammengeführt wird mit einer geringen Menge rückgekühlten Kondensats und an dieses seine Kondensationswärme abgibt.
Auf der Kaltseite des Dampfprozesses entzieht der Niedertemperatur-Dampf während seiner Entstehung dem Kondensat im Kondensatbehälter Wärme.
Das Kondensat im Kondensatbehälter wird so durch Verdunstungskälte rückgekühlt und bedarf zu seiner vollständigen Regenerierung nur noch einer geringen zusätzlichen Rückkühlung unter Wärmeverlust für den Dampfprozess.
Das Problem, dem Dampfprozess einer Wärmekraftmaschine Kondensationswärme zu erhalten, wird gelöst durch das in Patentanspruch 1 aufgeführte Merkmal, gemäß welchem

– bei barometrischer Aufstellung von Dampferzeuger und Kondensatbehälter dieser Dampf abgibt an einen Injektor, welcher den Dampfkondensiert auf der Warmseite des Dampfprozesses durch Zusammenführen mit rückgekühltem Kondensat.

Weitere wesentliche vorteilhafte Merkmale dieser Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäße Wärmekraftmaschinen sind neu und nützlich, denn sie weisen hinsichtlich der Energie-Effizienz einen viel höheren Gütegrad auf als gleichartige Wärmekraftmaschinen mit einfacher Rückkühlung und ohne Kondensationswärme-Rückgewinnung.
Solche Wärmekraftmaschinen gestatten bei zufriedenstellenden Wirkungsgraden im Niedertemperatur-Bereich die Nutzung von Thermalwasser oder Solarthermie zur Verstromung und konkurrieren mit Photovoltaik oder sind dieser wirtschaftlich überlegen.
Erfindungsgemäße Wärmekraftmaschinen haben außerdem den Zusatznutzen, dass sie neben mechanischer Energie als Koppelprodukt Süßwasser liefern können, falls ihrem Dampferzeuger warmes Salzwasser zugeführt wird.
Mittels solcher Wärmekraftmaschinen können viele ungenutzte Niedertemperatur-Potenziale erschlossen werden, z. B. industrielle Abwärme, Solarwärme und Erdwärme, vor allem in Form von Thermalwasser.
Eine erfindungsgemäße Ausführung einer Wärmekraftmaschine wird nachfolgend anhand eines Ausführungs-Beispiels erläutert, von dem die Zeichnungen 1, 2, 3 und 4 Prinzip-Darstellungen sind.
In 1 ist grob schematisch im Vertikalschnitt die erfindungsgemäße Wärmekraftmaschine 1 dargestellt.
Dampferzeuger 2 und Kondensatbehälter 4 sind barometrisch aufgestellt und weisen deshalb an ihrem oberen Ende innen jeweils eine Dampfblase auf.
Niedertemperatur-Dampf strömt aus dem Dampferzeuger 2 zum Injektor 3 im Kondensatbehälter 4. Der Injektor 3 saugt kaltes Kondensat an, mit welchem sich der Niedertemperatur-Dampf mischt unter Kondensation.
Der Injektor 3 stößt Kondensat aus mit Gegendruck bei mittlerer Temperatur, welche unter der Temperatur des Treibstroms, aber über der Temperatur des Saugstroms liegt. Der vom Injektor 3 erzeugte Druck des Kondensats treibt die Turbine 5 an und wird in dieser abgebaut.
Der Wärmetauscher 6 im Kondensatbehälter 4 stellt die erste Stufe der zwei-stufigen Rückkühlung dar und dient dazu, dem Kondensat fühlbare Wärme zu entziehen, soweit sie in der nachfolgenden zweiten Stufe nicht abgeführt werden kann.
Die zweite Stufe der Rückkühlung erfolgt mittels des Wärmetauschers 7 durch Kühlung des Kondensats nach dessen Entnahme aus dem Kondensatbehälter 4.
Oben im Kondensatbehälter 4 entsteht Kaltdampf unter Entstehung von Verdunstungskälte an der Kondensat-Oberfläche.
Auf diese Weise wird dem Kondensat im Kondensatbehälter 4 Kondensationswärme entzogen.
Der oben im Kondensatbehälter 4 entstandene Kaltdampf wird zur Warmseite des Dampf-Prozesses geleitet, wird zusammengeführt im Injektor 8 mit dem Kondensat, welches dem Kondensatbehälter 4 entnommen und anschließend im Wärmetauscher 7 rückgekühlt wurde, kondensiert im Injektor 8 und gibt seine Kondensationswärme ab. Während dieses Vorgangs wird das Kondensat vorgewärmt.
Der Dampfprozess bewahrt seine Kondensationswärme durch deren Rücktransport von der Kaltseite zur Warmseite des Dampfprozesses, so dass der Dampferzeuger 2 diese Kondensationswärme dem Dampfprozess nicht dauernd neu zuführen muss.
Der Wärmetauscher 6 führt die Wärme ab an externe Nutzer, z. B. Haushalte, zur Brauch- oder Prozesswassererwärmung, oder an einen Kühler.
Der Wärmetauscher 6 kann in Strömungsrichtung des Kondensats vor oder nach der Stelle angeordnet sein, an welcher Kondensat entnommen wird für die Zuleitung zum Injektor 8.
Die Stelle, an welcher Kondensat entnommen wird für die Zuleitung zum Injektor 8, kann in Strömungsrichtung des Kondensats vor oder nach der Stelle angeordnet sein, an welcher oben im Kondensatbehälter 4 Kaltdampf entsteht unter Entstehung von Verdunstungskälte an der Kondensat-Oberfläche.
Der Injektor 8 kann mehrstufig gestaltet sein.
Wie 2 zeigt, kann der Injektor 8 zusammen mit der Kondensat-Entnahme aus dem Kondensatbehälter 4 entfallen, wenn zur Kondensation des Kaltdampfs, welcher dem Kondensatbehälter 4 entnommen wird, ein Gegenstrom-Kühler 9 verwendet wird.
Der Gegenstrom-Kühler 9 dient wie der Injektor 8 der Rückgewinnung von Kondensationswärme und benötigt zu seinem Betrieb wie der Injektor 8 den Wärmetauscher 7 zur Rückkühlung.
Wie 3 zeigt, kann ein Brüdenverdichter 10 die Arbeit von Injektor 8 oder Gegenstrom-Kühler 9 unterstützen bei geringer Kälteleistung des Wärmetauschers 7.

1

1: Wärmekraftmaschine
2: Dampferzeuger
3: Injektor
4: Kondensatbehälter
5: Turbine
6: Wärmetauscher
7: Wärmetauscher
8: Injektor

2

9: Gegenstrom-Kühler

3

10: Brüdenverdichter

Claims

Wärmekraftmaschine mit Injektor und Flüssigkeitsturbine, dadurch gekennzeichnet, dass 1 diese Wärmekraftmaschine (1) den barometrisch aufgestellten Dampferzeuger (2), den Injektor (3), den barometrisch aufgestellten Kondensatbehälter (4), die Turbine (5), die Wärmetauscher (6) und (7) und wahlweise den Injektor (8) oder den Gegenstrom-Kühler (9) sowie bei Bedarf zusätzlich den Brüdenverdichter (10) aufweist, 2 diese Wärmekraftmaschine (1) im Dampferzeuger (2) Niedertemperatur-Dampf erzeugt aus warmem Kondensat und im Kondensatbehälter (4) mittels des dort befindlichen Injektors (3) niederschlägt an kaltem Kondensat, 2.1 welches bei Bedarf geringfügig rückgekühlt wird mittels Wärmetauscher (6), 2.2 welches der Injektor ausstößt mit Gegendruck, der genutzt wird zum Antrieb einer Turbine (5) im Kondensatbehälter (4), 3 der Kondensatbehälter (4) Dampf abgibt an den Injektor (8), welcher den Dampf kondensiert auf der Warmseite des Dampfprozesses durch Zusammenführen mit rückgekühltem Kondensat, 3.1 welches im Wärmetauscher (7) rückgekühlt wird, 4 der Kondensatbehälter (4) Dampf abgibt an den Gegenstrom-Kühler (9), welcher den Dampf kondensiert auf der Warmseite des Dampfprozesses unter Rückkühlung des entstehenden Kondensats mittels des Wärmetauschers (7), 5 der Kondensatbehälter (4) Dampf abgibt an den Brüdenverdichter (10), welcher die Arbeit von Injektor (8) oder Gegenstrom-Kühler (9) unterstützt bei Wegfall oder geringer Kälteleistung des Wärmetauschers (7).