DE10229956A1 - Thermal power plant for utilizing a temperature difference between a heat source and a heat sink circulates a medium for absorbing thermal energy - Google Patents

Thermal power plant for utilizing a temperature difference between a heat source and a heat sink circulates a medium for absorbing thermal energy Download PDF

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Abstract

An inner closed circuit (2,21,5,22,13) has first (2) and second (5) heat exchangers (HE) linked in a circuit, through which a medium (3) able to absorb thermal energy can circulate. The HE interiors can each be cooled/heated from outside. A heat source (1) and a heat sink (6) can each be assigned to the first or second HE.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein wärmetechnisches Kraftwerk mit wenigstens einer Wärmequelle, z.B. einem Sonnenkollektor und wenigstens einem Wärmespeicher.The invention relates to a heat engineering Power plant with at least one heat source, e.g. a solar panel and at least one heat store.

Es sind verschiedenste Ausgestaltungen derartiger Kraftwerke bekannt, die jedoch alle den Nachteil aufweisen, daß sie einerseits Pumpen für den Mediumkreislauf benötigen und andererseits nur bei Sonneneinstrahlung Energie liefern.There are various configurations of such Power plants known, but all have the disadvantage that they are on the one hand Pumps for the Need medium circuit and on the other hand only supply energy when exposed to sunlight.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein solarthermisches Kraftwerk vorzuschlagen, welches ohne Pumpen für den Mediumkreislauf auskommt und auch in den Nachtstunden Energie zu liefern vermag.The object of the invention is a propose solar thermal power plant, which without pumps for the medium circuit gets by and is able to supply energy even at night.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens zwei Wärmetauscher vorgesehen sind, welche wechselweise als Verdampfer und Kondensator vorgesehen sein können.This object is achieved according to the invention solved, that at least two heat exchangers are provided which are alternately provided as evaporators and condensers could be.

Damit kann das Kraftwerk in zwei Richtungen betrieben werden.This means that the power plant can be split into two Directions are operated.

Es hat sich dabei als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn ein leicht verdampf- und kondensierbares Medium zwischen dem jeweiligen Verdampfer und dem jeweiligen Verflüssiger zirkuliert.It has proven to be very beneficial proven when an easily evaporable and condensable medium between to the respective evaporator and the respective condenser.

Dadurch können auch geringe Temperaturunterschiede ausgenutzt werden.This can also cause slight temperature differences be exploited.

Es ist erfindungsgemäß äußerst vorteilhaft, wenn dem Verdampfer die Wärmequelle, z.B. ein Sonnenkollektor oder eine sonstige Wärmequelle wie ein Ö1- oder Gasbrenner, als Energiequelle zugeordnet ist.It is extremely advantageous according to the invention if the heat source to the evaporator, e.g. a solar panel or other heat source such as an oil or Gas burner, is assigned as an energy source.

Dabei ist es sehr vorteilhaft, wenn der Verdampfer als Sonnenkollektor ausgebildet ist.It is very advantageous if the evaporator is designed as a solar collector.

Auch als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Sonnenkollektor als dehnbarer Ballon ausgebildet ist.It also turned out to be advantageous proven when the solar panel is designed as an expandable balloon is.

Hierdurch werden Bauteile eingespart. Bei Erwärmung dehnt sich der Ballon durch den ansteigenden Innendruck aus und vergrößert dadurch seine aktive Oberfläche.This saves components. When warming the balloon expands due to the increasing internal pressure and thereby enlarging its active surface.

Eine sehr vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt auch darin, daß dem Verflüssiger ein Wärmespeicher zugeordnet ist.A very advantageous training the invention also resides in the fact that the condenser has a heat store assigned.

Damit wird die beim Verflüssigen gewonnene Energie gespeichert und kann bei Bedarf verwendet werden.This is the energy gained from liquefaction saved and can be used if required.

Eine erfindungemäß sehr vorteilhafte Fortbildung besteht auch darin, daß im Kreislauf zwischen Verdampfer und Verflüssiger eine definierte Menge eines Mediums eingebracht ist.A very advantageous training according to the invention also consists in the fact that Circuit between evaporator and condenser a defined amount of one Medium is introduced.

Es hat sich auch als äußerst vorteilhaft erwiesen, wenn der erste Wärmetauscher solange als Verdampfer arbeitet, solange noch verdampfbares Medium vorhanden ist.It has also proven to be extremely beneficial proven when the first heat exchanger as long as it works as an evaporator, as long as evaporable medium is available.

Hiermit kann der Verdampfer die gesamte Menge an vorhandenem Medium in erhitzten Dampf umsetzen.This allows the evaporator to handle the entire amount Convert existing medium to heated steam.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn dem ersten Wärmetauscher kein weiteres Medium mehr zur Verfügung steht, der zweite Wärmetauscher dem Sonnenkollektor zugeordnet wird und der erste Wärmetauscher dem Energiespeicher zugeordnet wird.It is particularly advantageous if the first heat exchanger no further medium is available, the second heat exchanger is assigned to the solar panel and the first heat exchanger is assigned to the energy store.

Durch das "logische" Vertauschen der beiden Wärmetauscher steht nun dem Verdampfer wieder Medium zur Verfügung, das im Verflüssiger kondensiert werden kann.By "logically" swapping the two heat exchangers medium is now available again to the evaporator, which condenses in the condenser can be.

Eine äußerst vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt auch darin, daß sobald der Sonnenkollektor keine ausreichende Wärmeenergie mehr zu liefern vermag der Prozess umgedreht wird und dem Energiespeicher Wärme entzogen wird und entweder über den Sonnenkollektor an die Umwelt abgegeben oder einem weiteren Wärmespeicher zugeführt wird.An extremely advantageous training the invention also lies in the fact that as soon as the solar panel insufficient heat energy the process can be turned around and the energy storage device can deliver more Deprived of heat will and either over released the solar panel to the environment or another heat storage supplied becomes.

Hierdurch kann das Kraftwerk auch dann noch Energie liefern, wenn keine Sonnenenergie mehr zur Verfügung steht. Dies ist insbesondere nachts der Fall. Es wird dabei die tagsüber eingestrahlte Wärmeenergie besonders gut ausgenutzt.This also allows the power plant then deliver energy when solar energy is no longer available. This is particularly the case at night. It will be the daylight Thermal energy particularly well exploited.

Es hat sich desweiteren als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn die Prozessumkehrung, insbesondere bei Verwendung eines weiteren Wärmespeichers solange vollzogen wird, solange das Temperaturniveau zur Verdampfung des Mediums ausreicht.It also turned out to be very proven advantageous when the process reversal, especially at Use of another heat store for as long is carried out as long as the temperature level for evaporation of the Medium is sufficient.

Hiermit wird die dem System zugeführte Energie bestmöglich ausgenutzt.This is the energy supplied to the system at best exploited.

Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt auch darin, daß zwischen Verdampfer und Kondensator wenigstens eine Turbine vorgesehen ist.Another very advantageous embodiment of the Invention is also that between Evaporator and condenser at least one turbine is provided.

Mittels dieser Turbine können verschiedenartigste Kraftmaschinen angetrieben werden.A variety of different types can be used with this turbine Engines are driven.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Turbine ein Generator für elektrische Energie zugeordnet ist.It has proven to be particularly beneficial proven when the turbine is associated with an electrical energy generator is.

Elektrische Energie ist universell einsetzbar und relativ leicht zu speichern.Electrical energy is universal usable and relatively easy to save.

Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt auch darin, daß mehrere Wärmetauscher-Turbine-Wärmetauscher-Anordnung vorgesehen sind, welche unterschiedliche Medien für unterschiedliche Temperaturniveaus beinhalten.Another very advantageous embodiment of the Invention is also that several Heat exchanger turbine heat exchanger assembly are provided which different media for different Include temperature levels.

Hierdurch kann die in das System eingespeiste Energie nochmals besser ausgenutzt werden, wobei das Kraftwerk immer mit einem guten Wirkungsgrad arbeitet.This allows the in the system injected energy can be better used, the Power plant always works with good efficiency.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt auch darin, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die dem Kraftwerk, insbesondere dem Wärmespeicher Wärmeenergie zu entnehmen vermag.An advantageous development of Invention is also that a Device is provided which the power plant, in particular the heat storage Thermal energy can see.

Hiermit kann z.B. Brauchwasser erwärmt werden.With this e.g. Domestic water can be heated.

Es hat sich erfindungsgemäß auch als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn mehrere Wärmequellen wie Sonnenkollektoren, geothermische Wärmequellen und Gasund/oder Öl-Brenner vorgesehen sind.According to the invention, it has also proven to be proven to be very beneficial when multiple heat sources such as solar panels, geothermal heat sources and gas and / or oil burners are provided.

Durch die Verwendung mehrerer Energiequellen wird eine tageszeitliche und saisonale Unabhängigkeit erreicht.By using multiple energy sources daily and seasonal independence is achieved.

Eine äußerst vorteilhafte, erfindungsgemäße Verwendung des Kraftwerks ist darin zu sehen, daß das Kraftwerk zur autarken Stromversorgung von Haushalten und/oder Strom- oder Hybridautomobilen vorgesehen ist.An extremely advantageous, inventive Use of the power plant is to be seen in the fact that the power plant is provided for the self-sufficient power supply of households and / or electricity or hybrid automobiles.

Die Erfindung wird in den Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht.The invention is illustrated in the drawings based on an embodiment illustrated.

Dabei zeigt die einzige Figur einen schematischen Plan eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerks.The only figure shows one schematic plan of a solar thermal power plant according to the invention.

Mit 1 ist ein Sonnenkollektor bezeichnet, der während den Tagstunden solare Wärme aufzunehmen vermag und diese einem Wärmetauscher 2 zuführt, der ein Medium 3 zu verdampfen vermag. Als Medium 3 können verschiedenartigste Stoffe oder Stoffgemische vorgesehen sein, die den Umgebungsbedingungen genügen. Oftmals wird ein Gemisch aus H2O und NH3 verwandt. Das durch die zugeführte thermische Energie verdampfte Medium 3 wird über eine Turbine 4 einem als Verflüssiger arbeitenden Wärmetauscher 5 zugeführt. Dem Wärmetauscher 5 ist ein Wärmespeicher 6 zugeordnet, der als Warmwasserboiler ausgebildet sein kann. Im Wärmetauscher 2 ist eine endliche Menge des Mediums 3 vorhanden. Sobald das gesamte Medium 3 im als Verdampfer arbeitenden Wärmetauscher 2 verdampft ist, werden die Verbindungsleitungen 7 und 8 zwischen dem Sonnenkollektor 1 und dem Wärmetauscher 2 durch Ventile 70 und 71 unterbrochen. Stattdessen werden Verbindungsleitungen 9 und 10 zwischen dem Sonnenkollektor 1 und dem Wärmetauscher 5 durch Ventile 80 und 81 freigegeben. Die Verbindung zwischen dem Wärmetauscher 5 und dem Wärmespeicher 6, (Leitungen 11 und 12) wird dabei durch Ventile 90 und 91 unterbrochen. Stattdessen wird eine Verbindung zwischen dem Wärmespeicher 6 und dem Wärmetauscher 2 mittels Ventilen 60 und 61 freigegeben. Der Wärmetauscher 2 arbeitet nun als Verflüssiger, dem der Wärmespeicher 6 zugeordnet ist, wohingegen der Wärmetauscher 5 nun als Verdampfer arbeitet, der dem Sonnenkollektor 1 zugeordnet ist. Das Medium 3 wird nun vom Wärmetauscher 6 zum Wärmetauscher 2 transportiert. Auch hierbei wird das Medium 3 durch eine Turbine 13 geleitet. Es ist aber auch denkbar, daß die Turbine 4 auch bei diesem Prozess Verwendung findet. Leitungen zwischen den Wärmetauschern und den Turbinen 4 und 13 lassen sich für den jeweils ablaufenden Prozess durch Ventile 50 und 51 sperren bzw. freigeben.With 1 is called a solar collector, which is able to absorb solar heat during the daytime and this a heat exchanger 2 that feeds a medium 3 can evaporate. As a medium 3 A wide variety of substances or mixtures of substances can be provided that meet the ambient conditions. A mixture of H 2 O and NH 3 is often used. The medium evaporated by the thermal energy supplied 3 is about a turbine 4 a heat exchanger working as a condenser 5 fed. The heat exchanger 5 is a heat accumulator 6 assigned, which can be designed as a hot water boiler. In the heat exchanger 2 is a finite amount of the medium 3 available. Once the entire medium 3 in the heat exchanger working as an evaporator 2 is evaporated, the connecting lines 7 and 8th between the solar panel 1 and the heat exchanger 2 through valves 70 and 71 interrupted. Instead, connecting lines 9 and 10 between the solar panel 1 and the heat exchanger 5 through valves 80 and 81 Approved. The connection between the heat exchanger 5 and the heat accumulator 6 , (Cables 11 and 12 ) through valves 90 and 91 interrupted. Instead, there is a connection between the heat accumulator 6 and the heat exchanger 2 by means of valves 60 and 61 Approved. The heat exchanger 2 now works as a condenser, that of the heat accumulator 6 is assigned, whereas the heat exchanger 5 now works as an evaporator, the solar collector 1 assigned. The medium 3 is now from the heat exchanger 6 to the heat exchanger 2 transported. Again, the medium 3 through a turbine 13 directed. But it is also conceivable that the turbine 4 is also used in this process. Lines between the heat exchangers and the turbines 4 and 13 can be controlled by valves for the respective process 50 and 51 lock or unlock.

Sinkt das Temperaturniveau des Sonnenkollektors 1 unter das des Wärmespeichers 6, was vor allem nachts der Fall ist, so wird nunmehr dem Wärmespeicher 6 Energie entzogen und dein Sonnenkollektor 1 als Wärmesenke zugeführt. Dabei ist es aber auch denkbar, daß ein weiterer, nicht dargestellter Wärmespeicher vorgesehen ist, der anstatt des Sonnenkollektors 1 nunmehr als Wärmesenke Verwendung findet. Die bei der Verflüssigung frei werdende Energie wird dadurch auch noch ausgenutzt. Bei Verwendung des angesprochenen zweiten Wärmespeichers kann der Prozess mehrfach hintereinander ausgeführt werden, bis des Temperaturniveau nicht mehr zur Verdampfung ausreicht.The temperature level of the solar collector drops 1 below that of the heat accumulator 6 , which is especially the case at night, now becomes the heat accumulator 6 Deprived of energy and your solar panel 1 fed as a heat sink. But it is also conceivable that a further, not shown heat storage is provided, which instead of the solar panel 1 is now used as a heat sink. The energy released during the liquefaction is also used. When using the second heat accumulator mentioned, the process can be carried out several times in succession until the temperature level is no longer sufficient for evaporation.

Den Turbinen 4 und 13 kann ein Generator 14 zugeordnet sein, der elektrische Energie liefert. Es ist aber auch denkbar, daß die Turbinen zum Antrieb beliebiger, mechanische Energie benötigender Geräte verwendet werden. Hierzu gehören auch Klimaanlagen und Wärmepumpen.The turbines 4 and 13 can be a generator 14 be assigned that provides electrical energy. However, it is also conceivable that the turbines are used to drive any devices that require mechanical energy. This also includes air conditioning and heat pumps.

Es ist desweiteren denkbar, daß mehrere Wärmetauscher-Turbine-Wärmetauscher-Anordnungen vorgesehen sind, die wechselweise mit dem Sonnenkollektor bzw. dem/den Wärmespeicher/-n verbunden werden können. Diese verschiedenen Anordnungen können unterschiedliche Medien enthalten, die auf unterschiedlichen Temperaturniveaus arbeiten.It is also conceivable that several heat exchanger-turbine-heat exchanger arrangements are provided are alternately connected to the solar collector or the heat store (s) can be. These different arrangements can use different media included that work at different temperature levels.

Claims (17)

Wärmetechnisches Kraftwerk mit wenigstens einer Wärmequelle, z.B. einem Sonnenkollektor (1) und wenigstens einem Wärmespeicher(6), dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Wärmetauscher(2,5) vorgesehen sind, welche wechselweise als Verdampfer und Kondensator vorgesehen sein können.Thermal power plant with at least one heat source, e.g. a solar collector ( 1 ) and at least one heat accumulator ( 6 ), Characterized in that at least two heat exchangers ( 2 . 5 ) are provided, which can alternatively be provided as an evaporator and a condenser. Kraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein leicht verdampf- und kondensierbares Medium(3) zwischen dem jeweiligen Verdampfer und dem jeweiligen Verflüssiger, vorzugsweise zyklisch, zirkuliert.Power plant according to claim 1, characterized in that an easily evaporable and condensable medium ( 3 ) circulated between the respective evaporator and the respective condenser, preferably cyclically. Kraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verdampfer die Wärmequelle, z.B. ein Sonnenkollektor oder eine sonstige Wärmequelle wie ein Öl- oder Gasbrenner, als Energiequelle zugeordnet ist.Power plant according to claim 1 or 2, characterized in that the evaporator the heat source, e.g. a solar panel or other heat source such as an oil or Gas burner, is assigned as an energy source. Kraftwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer als Sonnenkollektor(1) ausgebildet ist.Power plant according to claim 3, characterized in that the evaporator as a solar collector ( 1 ) is trained. Kraftwerk nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sonnenkollektor(1) als dehnbarer Ballon ausgebildet ist.Power plant according to claim 3 or 4, characterized in that the solar collector ( 1 ) is designed as an expandable balloon. Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verflüssiger ein Wärmespeicher(6) zugeordnet ist.Power plant according to one of the preceding claims, characterized in that a heat accumulator ( 6 ) assigned. Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Kreislauf zwischen Verdampfer und Verflüssiger eine definierte Menge eines Mediums(3) eingebracht ist.Power plant according to one of the preceding claims, characterized in that in the circuit between the evaporator and the condenser a defined amount of a medium ( 3 ) is introduced. Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wärmetauscher(2) solange als Verdampfer arbeitet, solange noch verdampfbares Medium(3) vorhanden ist.Power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the first heat exchanger ( 2 ) as long as it works as an evaporator, as long as vaporizable medium ( 3 ) is available. Kraftwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß steht dem ersten Wärmetauscher(2) kein weiteres Medium mehr zur Verfügung der zweite Wärmetauscher(5) der Wärmequelle, z.B. dem Sonnenkollektor(1) zugeordnet wird und der erste Wärmetauscher(2) dem Energiespeicher(6) zugeordnet wird.Power plant according to claim 8, characterized in that the first heat exchanger ( 2 ) no further medium is available the second heat exchanger ( 5 ) the heat source, e.g. the solar collector ( 1 ) is assigned and the first heat exchanger ( 2 ) the energy storage ( 6 ) is assigned. Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, sobald der Sonnenkollektor(1) keine ausreichende Wärmeenergie mehr zu liefern vermag der Prozess umgedreht wird und dem Energiespeicher(6) Wärme entzogen wird und entweder über den Sonnenkollektor(1) an die Umwelt abgegeben oder einem weiteren Wärmespeicher zugeführt wird.Power plant according to one of the preceding claims, characterized in that as soon as the solar collector ( 1 ) the process can be reversed and the energy storage device can no longer supply sufficient thermal energy ( 6 ) Heat is extracted and either via the solar panel ( 1 ) is released into the environment or fed to another heat store. Kraftwerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozessumkehrung, insbesondere bei Verwendung eines weiteren Wärmespeichers solange vollzogen wird, solange das Temperaturniveau zur Verdampfung des Mediums(3) ausreicht.Power plant according to claim 10, characterized in that the process reversal, in particular when using a further heat store, is carried out as long as the temperature level for evaporation of the medium ( 3 ) is sufficient. Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Verdampfer und Kondensator wenigstens eine Turbine(4,13) vorgesehen ist.Power plant according to one of the preceding claims, characterized in that between the evaporator and the condenser at least one turbine ( 4 . 13 ) is provided. Kraftwerk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbine(4,13) ein Generator(14) für elektrische Energie zugeordnet ist.Power plant according to claim 12, characterized in that the turbine ( 4 . 13 ) a generator ( 14 ) is allocated for electrical energy. Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wärmetauscher-Turbine-Wärmetauscher-Anordnung vorgesehen sind, welche unterschiedliche Medien(3) für unterschiedliche Temperaturniveaus beinhalten.Power plant according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of heat exchanger-turbine-heat exchanger arrangement are provided, which different media ( 3 ) for different temperature levels. Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die dem Kraftwerk, insbesondere dem Wärmespeicher(6) Wärmeenergie zu entnehmen vermag.Power plant according to one of the preceding claims, characterized in that a device is provided which the power plant, in particular the heat accumulator ( 6 ) Can take thermal energy. Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wärmequellen wie Sonnenkollektoren, geothermische Wärmequellen und Gas- und/oder Öl-Brenner vorgesehen sind.Power plant according to one of the preceding claims, characterized in that that multiple heat sources such as solar panels, geothermal heat sources and gas and / or oil burners are. Verwendung des Kraftwerks nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftwerk zur autarken Stromversorgung von Haushalten und/oder Strom- oder Hybridautomobilen vorgesehen ist.Use of the power plant according to one of the preceding claims, characterized characterized that the Power plant for self-sufficient power supply for households and / or electricity or hybrid automobiles is provided.
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DE102010055124A1 (en) 2010-12-18 2012-06-21 Volkswagen Ag Power supply device for e.g. block-type thermal power station, has electric machine connected to turbine, and compressor connected to air line of burner, where electric machine, turbine and/or compressor are arranged on common shaft

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