DE1909093A1

DE1909093A1 - Installation zur Energieerzeugung mit mehreren verdampfbaren Fluessigkeiten und Herabsetzung der Temperatur auf diejenige der Kaeltequelle mittels kaelteerzeugendem Kreislauf

Info

Publication number: DE1909093A1
Application number: DE19691909093
Authority: DE
Inventors: Pacault Pierre Henri
Original assignee: Babcock Atlantique SA
Current assignee: Babcock Atlantique SA
Priority date: 1968-03-25
Filing date: 1969-02-24
Publication date: 1969-11-20
Also published as: FR1568271A; US3621653A; GB1233136A

Description

BABOOOK ATLANiDIQUE Oaa 71

PARIS A/3

Inatallation zur Energieerzeugung mit mehreren verdampfbaren Flüssigkeiten und Herabsetzung der Temperatur auf diejenige der Kältequelle mittels kälteerzeugendem Kreislauf

Auf dem Gebiet der großen Installationen zur Energieerzeugung mit Dampfkreislauf sind die Vorteile bekannt, die sich, daraus ergeben, daß man den Wasserdampf nur bis zum Drukniveau des Kondensators zu entspannen braucht, und daß man den Dampf beim Verlassen der Turbine als Wärmequelle eines zweiten Kreislaufs für Energieerzeugung benutzt indem man als treibendes Mittel eine Flüssigkeit einsetzt, die für eine gleiche Änderung der Größe der Enthalpie eine endgültige volumetrische Ausbeute liefert, die -wesentlich geringer ist als diejenige von Wasserdampf.

In der Tat hat die Anwendung einer solchen Flüssigkeit für eine gegebene leistung eine bemerkenswerte Verkleinerung des gesamten zum Kondensator führenden Auslasses zur Folge. Das ermöglicht nicht nur den Bau von weniger großen Maschinen, sondern in gleicher Weise den Bau von Einheiten, die auf eine .einzige^. Welle arbeiten, leistungsfähiger sind und pro installierter Kilowattleistung weniger Kosten verursachen als Maschinen, die nur mit Wasserdampf betrieben werden. ' ÖQ9847/0453

Bin anderer Vorteil derartiger Kreisläufe zur Energieerzeugung mit zwei Flüssigkeiten ergibt sich, aus der Möglichkeit, die niedrigen Temperaturen des Kühlwassers des Kondensäors während der kalten Jahreszeit auszunutzen und auf diese Weise unter Verbesserung der Ausbeute eine zusätzliche Leistung zu erzeugen.

Beispielsweise scheinen Flüssigkeiten wie Difluoro-Dichloro-Methan oder "Freon -12" una Dichloro-Monofluoro-Methan oder "Freon 21", welche üblicherweise als kälteerzeugende Mittel benutzt werden, besonders geeignet zu sein, um in den letzten Stufen der Turbinen den Wasserdampf abzulösen*

Die Erfindung hat zum Ziel, aus den niedrigen Gefrierpunkt solcher Flüssigkeiten Nutzen zu ziehen und empfiehlt dazu eine Bnergieerzeugungs-Installation, welche wenigstens einen primären mit Wasserdampf arbeitenden Energieerzeugungs-Kreislauf, einen sekundären Energieerzeugungs-Kreislauf, in welchem eine Arbeitsflüssigkeit mit niedrigem Gefrierpunkt wirkt und die Verdampfung mittels des Abdampfes des ersten Kreislaufes erfolgt, und einen kälteerzeugenden Kreislauf für die Herabsetzung der Temperatur auf diejenige der Kältequelle des sekundären Kreislaufs umfaßt.

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Zu einer solchen Installation wird vorzugsweise ein Kältebehälter verwendet um wechselweise die Kälteeinheiten zu ,speichern und erneut verfügbar zu machen und von Zeit zu Zeit die Temperatur entsprechend den Schwankungen der Anforderungen im Netz auf die Temperatur der Kältequelle herabzusetzen.

Nach einer Ausführungsmb'gliohiceit wird für den kälteerseugenden Kreislauf als Umlaufmittel eine Flüssigkeit verwendet, welche mit der in dem Sekundärkreis wirkenden Flüssigkeit identisch ist.

Die Erfindung kann bei Installationen unterschiedlicher Art Anwendung findenf sie eignet sich aber ■it besonderem Vorteil für solche Installationen «tie für den ersten Kreislauf als Wärmequelle^ beispielsweise einen Kern-Reaktor ent verwenden» bei welchem kein Interesse daran besteht, ihn auf Schwankungen des Energiebedarfs einzustellen. Unter solchen Umständen ermöglichen es die Kältemaschine und der Kältebehälter, welohe nur geringe Installationskosten verursachen, bei günstiger Wirtschaftlichkeit die übersohußenergie in Zeiten niedrigen Energiebedarfs su speichern und in Zeiten erhöhten Energiebedarfs bzw. bei Spitzenbelastung wieder verfügbar zu machen, indem die Kältemaschine zu langsamerem Lauf veranlaßt

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oder etlll/gelegt wird uM indem man di© gespeicherten Kälteeinheiten daisu. beutmtet, um dio Semperatur der Kältsquella des B®kmäti%>m laufi herabzusetzen.

Die Erfindung eoll an Hand der

näher erläutert werden) in der Zsiahnimg se@igeas

Pig. 1

in sohematisoäar Barst ellung ein"®" AaefOhraogBuegliotakeit für die Erfindung»

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Fig. 2 u. 3 die Arbeitskreialftafe sahiedliohen
in den Spei
in Zeiten geringer und in Perioäsr, ösr Wertung bssw. bei ?oi;ibol&iitÖ.iig zum JSinaatE■ kommeaJ B@i dem in 7ig. 1 veraßβohaulichteu iiagfUhrungebeiepiel besteht äie Installation aus cisaer Dampferzeugungeanlage mit einem pfer OH) wobei als Wärmequill« eine flüssigkeit dient« die bei. e eintritt und bei s austritt in ge sohle β θ en em Kreislauf einen nicht dargestellten Reaktor durchströmt «

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ORIGINAL INSPECTED *und einem Überhitzer SR

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Dar erzeugte Wasasrdaiapf wird in einer Turbine 3JV mit einer oder mehreren Stufen entspannt und verflüssigt sich, in dem larmeaastausoher E, Das in dem Wärmeaustauscher B -wieder gewonnene Wasser τ«ird von der Speisepumpe SB entnommen und dem Rohrbündel OH wieder zugeleitet* diese Zuleitung erfolgt durch einen Vorwärmer PR, der an Anzapfungen SV der Turbine IV angeschlossen ist.

In dem Wärmeaustauscher E wird die Kondensationswärme des Wasserdampfes für die Verdampfung einer zweiten Arbeitsflüssigkeit mit niedrigem Gefrierpunkt ausgenutzt; der auf diese Weise eraeugte Dampf entspannt sich in der turbine S3? und gelangt zu dem Kondensator OR. Die kondensierte aweite Arbeitsflüssigkeit wird von der Pumpe Pi¹ aufgenommen und in den Wärmeaustauscher S zurückgeführt.

Die Abkühlung das Kondensators OR wird wahlweise von zwei parallel angeordneten Quellen übernommen, und zwar von einer Kühlwasserquell© BR, die beispüLeweise von einem Wasserlaytf oder einem atmosphärischen Kühler gebildet werfen kann und einer zweiten Quelle H, die aus einem £äsungabehältor besteht« Die Kühlwasserquelle SR steht mit dem Kondensator OR über Einlaß- und AuslaSleitungan in Verbindung_s

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. welche Sohieberventile al und a2 enthalt9β· Bi© entsprechenden Leitungen, die den üöeungsfeahälter H mit dem Kondensator OR verbinden, sind· mit Sohieberventilafjbl und b2 ausgestattet.

Die Kühlflüssigkeit des Kondensators, die ans der einen oder anderen der beiden Quellen stammt, wird duroh die Pumpe POIn Umlauf |Xhalte£i.

Die Installation enthält eine Kältemaschine, um die Lösung in dem Behälter H aum (Jefrieren^zu bringen. Bei dem in r?- Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Kompressor Q? dieser Kältemaschine, die von einem Motor M angetrieben wird, mit einer kälteerzetigenden Flüssigkeit betrieben, die mit der Flüssigkeit identisch igt, die in dem sekundären Kreislauf als Arbeitsflüssig- ' ktit benutzt wird.

Wenn die Kältem&eohine in Betrieb 1st, entspannt eich die kälteerzeugende flüssigkeit durch Droeselung beim Durchströmen deg Bshnventils BB, um dann in dem Verdampfer Y? zu verdampfen, der in den . LBeung«behälter H eintaiÄOhtf das hat zur Folge, daS die Dämpfe abgek* alt werden! das Arbeitsmittel wird dann in dampffv-migem Zustand von dem Kompressor Of angesaugt und ei-neut verdichtet» so daß es in dem Kondensator OR verflüssigt wird! die Abkühlung ©rfolgt dabei voü der Quelle ER aus* die Arbeits-

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j flüssigkeit gelangt dann erneut au. dem die Butspannung bewirkenden Hahnventil ED, üb den Kühlung akreislauf des Behälters H ton neuem zu beginnen.

£1· IiIr diese Arbeiteweise eingerichtete Installation ist wenigstens für die beiden folgenden Betriebsweisen anwendbar»

A.Betriebsweise bei geringer Belastung mit Inergieapeioherong!

Die Tentilechieber bi» b2 sind geschlossen} die Ventileohieber al, a2 sind offen. Der Konpressor 0? ist in Betrieb. Die £6sung in dea Behälter H nlrd abgekühlt und gefriert j fortBohroitend, woöuroh sie einen Speicher j für Kälteeinheiten bildet; die Abkühlung dee Kondensators OR wird von der Kühlwasserquelle BR besorgt. Die von den Generator

CD« !

ο- G an das Netz gelieferte Leistung ist um w*

°>- den Leistungsbetrag vermindert ₉ der für ^ den Betrieb des Kompressors OF verbraucht

- *-» wird.
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c*

B.Betriebsweise bei voller Belastung mit Auswertung der gespeicherten Energie«

Man achließt die Sohieberventile al, e.2 und öffnet die Scüieberventile b1, b2,und der Kompressor CP wird stillgesetzt. Die Ab-

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kühlung dee Kondensators OE «ia*d ψοά d©si flüssig gebliebenen Teil der kaltöfi Sgstiüg beaorgt» Diese Lösung wird aus dem Seilleiter H mittels der Pumpe PO entnommen^ sie ihre Kälteeinheiten an den Kondensator und wird in den Behälter H ssurückgelei.tetp dessen gefrorener Inhalteteil aioh fort tend verflüssigt. Die von dem generator & an das NetB gelieferte Leistung ist jetBt ein • Maximum, denn der Motor M ist außer Betrieb und die temperatur der Kältequell® des sekundären Kreislaufs befindet sieh auf niedrigeren Niveau.

Die in den Figuren 2 und 3
Diagramme, welche den beiden erläuterten Betriebs» weisen entsprechen, stellen in vtreinfachter die Kreisläufe dar, weloiie von-des¹ sekundären Arbeitsflüeeigkeit besciirla&ea und außerdem von der kälteerseugenden flüeeigkeit.

In diesen Diagrammen sind die absoluten Temperaturen auf der Ordinate aufgetragen, während die Abszisse die Größen der Entropie angibt, d. h. die Ergebnisse der Ausbeuten infolge der Änderungen der Entropie.

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OFPGfMAL INSPECTED

Sa ist bekannt, daS bei einer solchen Barstellungsweise, die von einem repräsentativen Punkt einer der Flüssigkeiten umsoiiriebene Fläche die Leistung angibt, welche im Yerlauf des Kreislaufs erzeugt oder verbraucht wird, was durch die Kiohtang des

Umlaufs kenntlich gemaoht ist.

Auf diese Weise erkennt man im oberen Teil der beiden Figuren 2 und 3 den eigentlichen klassischen Kreislauf mit überhitztem Wasserdampf, welchem die erzeugte Leistung W₁* entspricht. Diese leistung ist in beiden Fällen gleich. Dieser Kreislauf wird an seinem unteren Ende von dem !Demperaturniveatt T™ begrenzt, welches sich auf den Wärmeaustausch im Wärmeaustauscher E der Figur 1 bezieht} der Wärmeübergang ist durch eine doppelte horizontale Linie gekennzeichnet.

Unterhalb des Niveaus 0™ liegen die Wärmeabgaben der sekundären Arbeitsflüssigkeit, welche voneinander abweichen.

Während der Speicherungsperiode beschreibt der größere Seil dieser Flüssigkeit einen Energieerzeugungszyklus zwischen der Temperatur Tj, und der Temperatur T* des Kondensators und liefert eine Leistung W_f. Aber ein gewisser Teil dieser

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Flüssigkeit, weiche Xür die

nutzt nird, beschreibi; in magekehrtesi iiane di@ Umfang elin ie dee Bechteokea, welche© la. I⁵Ig₀ 2 unten liegt und nach recht® herausgerückt ist : zwisohen der Kondensatortemperatar 3J₁ and der

Gefriertemperatur Tq der Iiöeung liegt« Die fläche des Rechteckes gibt die Leistung W₀ an^ die.von dem Kompressor OV für die Kälteerzeugung während P niedrigerer Belastung aufgenommen wird. Während dieser Zeitspanne ist die von der gesamten Installation erzeug*, jffektive leistung W_a verringert und beträgt

^Wa * ^We ^{+ W}f - %

Während der Wiederauswertung der gespeicherten Kälte steht die Kältemaschine still» und die sekundäre Flüssigkeit durohläuft einen Dnergitsk erzeugungskreis, der zwischen den Temperaturniveaus Tg und T₀ liegt, wie es Fig. 3 erkennen läßt» wobei eine Leistung Wt geliefert wird ^dIe größer ist als die Leistung W_f.

Wenn man mit hp und K.o die ttt* Stunden mit voller Leistung und mit ve: Hindert er Leistung bezeichnet, die einer und derselben Schwankung der gespeicherten Kälte entsprechen, so besteht theoretisch, d. h. ohne

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Mit anderen Wo?t@ii8 Me gesagte 3j®istu£ig W_r» öle nährend der Speiaä^rausnutsuiig eraeugt »ii*d, ent eprioht der

«Ta während der 2eitepamwn nit Yoll&st eine gegebene Leistung W_x, verfügbar «u. ha'oen, ist die Menge an

flUseigkeit» n«l@jie in niedriger Belastung den aus ED, W u»d 07 bestehenden Kreis durohfliefit, üb so geringer«nie das Tttrhlltnis der Zeit@paniien mit feillast ho &u den Zeitspannen mit voller Belastung hp größer ist.

Sie Irfiiia&üg soll nioht auf die erläuterten und dargestellten Anordnungen beschränkt stin. Sie soll in gleicher Weise auoh andere AtisfüimingsforMen •und Xnderung^n von Eineelheiten umfassen*

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Claims

Pat entan sprüche . ' >

Π.Jfcraifftinstallation bestehend aus einem primären» mit Wasserdampf betriebenen Energieereeugungskreielauf und einem sekundären, mit Flüssigkeit von tiefem Gefrierpunkt betriebenen Kreislauf, in welchem die Verdampfung durch. Wlrmeauetausch. mit dem Abdampf des primären Kreislaufs erfolgt, gekennzeichnet duroh die Ergänzung der Installation mittels eines kälteerzeugenden Kreislaufs (OR, VF, CF) für die Herabsetzung der Flüssigkeitstemperatur im sekundären Kreislauf (E, OR, TF) auf die Temperatur der Kältequelle (CR) des sekundären Kreislaufs.
2. Kraftinstalletion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kälteerzeugende Kreislauf (CE, VF, CF) für. mechanische Kompression (CF) dee Kältemittels eingerichtet ist.
3. Kraftinstalletion nach Anspuch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit von tiefem Gefrierpunkt (sekundärer Kreislauf) und das Kältemittel des kälteerzeugenden Kreislaufs von gleicher Art sind.

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4. Kraftinstallation nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Ausstattung mit einem Zwisohenflüssigkeitsnetz (OR, PC, H) für den Wärmeaustausch zwisohen dem Kältemittel des kälteerzeugenden Kreislaufs (OR, "VP, GP) und der Flüssigkeit von tiefem G-efrierpunkt.
5. Kraftinstallation nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenflüssigkeitsnetz (OR, PO, H) einen als Kältespeicher dienenden Behälter (H) für gefrierfähige Zwischenflüssigkeit enthält.
6. Kraftinstallation nach Anspruoh 5, daduroh gekennzeichnet, daß dem sekundären Kreislauf (B, GR, 377) und dem kälteerzeugenden Kreislauf (OR, VP, OP) ein gemeinsamer Kondensator (OR) zugeordnet ist, der für Abkühlung mittels Flüssigkeit bei atmosphärischer Temperatur eingerichtet ist,
7. Kraftinstallation nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Kondensator (OR) für wahlweise Abkühlung durch Plüssigkeit von atmosphärischer Temperatur und durch Zwischenflüssigkeit eingerichtet ist.
8. Kraftinstallation nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem primären Kreislauf (OH, SR, TV, E) eine Wärme-

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quelle für konstante Betriebsweise oder Dauerbetrieb zugeordnet ist.
9. Verfahren zum Betrieb einer Installation naoh. einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet duroh, die Ingangsetzung des kälteerzeugenden Kreislaufs (OR, VF, OF) für die Dauer geringer Belastung unter Speicherung von Kälte im Kältespeicher (H) und ψ Abkühlung dxrch Flüssigkeit von atmosphärischer

temperatur des sekundären Kreislaufs (B, OR, IF), und durch Absehaltuöü des kälteerzeugenden Kreislaufs für die Dauer hoher Belastung unter Abkühlung der Flüssigkeit des sekundären Kreislaufs (B, OR, duroh Zwischenflüssigkeit.

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