DE2344428C2 - Vorrichtung mit zwei Wärmetauschern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit zwei Wärmetauschern, die in einem geschlossenen System miteinander verbunden sind, das eine Wärmeübertragungsflüssigkeit enthält, wobei der erste Wärmetauscher mit Wärme zum Verdampfen der Flüssigkeit beaufschlagbar ist, der so gewonnene Dampf in den zweiten Wärmetauscher zum Umwandeln unter Wärmeabgäbe in eine Flüssigkeit mit einer Temperatur und einem Druck, die niedriger sind als im ersten Wärmetauscher, leitbar ist und Einrichtungen zum Rückführen von Flüssigkeit vom zweiten zum ersten Wärmetauscher vorgesehen sind, wobei die Wärmeübertragungsflüssigkeit aus einer Mischung von wenigstens zwei Flüssigkeiten besteht, die unterschiedliche Siede- und Gefrierpunkte aufweisen.

Wärmeübertragungsvorrichtungen des Typs, die ein Paar von Wärmetauschern aufweisen, die in einem geschlossenen System miteinander verbunden sind, finden zahlreiche Anwendung in vielen industriellen Prozessen. Ein extrem einfaches Beispiel ist dasjenige eines Wasserboilers, der Dampf zu einem Wärmetauscher führt, in dem dem Dampf Wärme entnommen wird, wobei ein industrieller Prozeß ausgeführt wird, während der Dampf kondensiert wird, indem Wasser erzeugt wird, das in den Boiler zurückgeführt werden kann, um den Kreislauf zu vervollständigen. Ein komplizierteres Beispiel ist ein Kraftwerk mit geschlossenem Rankine-Kreislauf, das mit einer organischen Arbeitsflüssigkeit betrieben wird. Ein derartiges Kraftwerk entspricht der oben beschriebenen Wärmeübertragungseinrichtung, da der Dampfkessel, in dem die Arbeitsflüssigkeit ver-

dampft wird, einen der Wärmetauscher der Einrichtung bildet, während der andere Wärmetauscher durch die Turbine und das Kühlaggregat gebildet wird. Die Turbine entspannt den Dampf, der von dem Dampfkessel gebildet wird, und treibt eine Last, etwa einen elektrisehen Generator, während das Kühlaggregat den Turbinenausgangsdampf in eine Flüssigkeit mit einer Temperatur und einem Druck niedriger als im Kessel überführt. Geeignete Mittel sind hierbei in dem Kraftwerk vorgesehen, um die kondensierte Flüssigkeit zurück in den Kessel zu befördern.

Kraftwerke dieses Typs sind im einzelnen in den US-PSen 33 93 515 und 34 09 782 beschrieben. Sie können als sehr betriebssicher und relativ leistungsfähig bezeichnet werden. Sie werden daher laufend zur Strom-Versorgung von Nachrichtenübermittlungseinrichtungen entweder zum dauernden Betrieb oder als Notaggregat bei abgelegenen, unbemannten Relais-Stationen verwendet, die aufgrund ihrer Unzugänglichkeit nur selten aufgetankt und gewartet werden könner

Eine geeignete Arbeitsflüssigkeit für diesen Kraftwerktyp ist Orthodichlorbenzol (ODB), das gute thermodynamische Eigenschaften besitzt, die Lager der rotierenden Teile des Kraftwerks ausreichend schmiert und das Material, aus dem das Kraftwerk hergestellt ist, bei den üblichen Kesselarbeitstemperaturen, die etwa bei 200° C liegen, nicht korrosiv angreift.

Kraftwerke, die ODB benutzen, arbeiten in jeder beliebigen Umgebung zufriedenstellend, wo die Umgebungstemperatur den Gefrierpunkt von ODB, der bei etwa -17° C liegt, übersteigt Im allgemeinen ist der kälteste Teil des Systems, der mit der Arbeitsflüssigkeil in Berührung steht, das Kühlaggregat, das üblicherweise so ausgelegt ist. daß es im stationären Zustand mit einer besonderen zusätzlichen Temperaturdifferenz oberhalb der Umgebungstemperatur arbeitet, so daß der gewünschte Betrag an Wärmeabgabe geliefert wird. Unter den Betriebsbedingungen des stationären Zustands kann daher die Flüssigkeit im Kühlaggregat bei einer Temperatur oberhalb ihres Gefrierpunktes gehalten werden, während die Temperatur aller Teile, die in Berührung mit dem Dampf stehen, auf einer solchen Höhe gehalten werden können, die den Taupunkt des Dampfes übersteigt Das Problem besteht jedoch im Starten der Vorrichtung unter Umgebungsbedingungen unterhalb des Gefrierpunktes der Arbeitsflüssigkeit, wenn alle Teile des Systems Umgebungstemperatur aufweisen.

Um die Vorrichtung erfolgreich zu starten, ist es notwendig, die verschiedenen Teile langsam und vorsiehtigt zu erwärmen, während zu jeder Zeit sichergestellt sein muß, daß flüssige Arbeitsflüssigkeit, die an kalten Teilen kondensiert, nicht anfriert und das System blokkiert Hierzu sind gewöhnlich beträchtliche Zei* und ein manueller Eingriff erforderlich. Dies ist jedoch nicht bei solchen Vorrichtungen möglich, die beispielsweise als Notaggregat dienen und die in der Lage sein müssen, automatisch gestartet zu werden und sehr schnell die Betriebsbedingungen des stationären Zustands nach Indienststellung zu erreichen.

In der DE-PS 9 17 252 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art beschrieben, die mit zwei Flüssigkeiten statt nur einer Flüssigkeit wie bei den bisher genannten Vorrichtungen arbeitet, damit sie besser an unterschiedliche Arbeitsbedingungen angepaßt werden kann. Dabei haben die beiden Betriebsflüssigkeiten (Wasser und Benzol) ungefähr gleiche Schmelzpunkte und Siedepunkte. Wie auch bei anderen einfacher aufgebauten Kraftwerken besteht dabei die Gefahr, daß die Betriebsflüssigkeiten, zumindestens aber eine Betriebsflüssigkeit einfriert und das System blockiert, wenn die Umgebungstemperatur sehr niedrig ist und die vorbekannte Vorrichtung einige Zeit abgeschaltet war. Selbst wenn eine der beiden Flüssigkeiten einen so tiefen Schmelzpunkt hat, daß sie nicht einfrieren kann, würde sie beim Betrieb, der bei wesentlich höheren Temperaturen stattfindet, immer im System mitgeführt werden und aufgrund ihrer ungünstigen thermodynamischen Eigenschaften den Wirkungsgrad verschlechtern. Man kann nämlich nicht einfach Wärmeübertragungsvorrichtungen mit einer Flüssigkeit betreiben, die einen genügend niedrigen Schmelzpunkt hat, da diese Flüssigkeit dann bei höheren Temperaturen einen ungünstigen Wirkungsgrad bewirkt

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Wärmeübertragungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die geschilderten Nachteile beim Starten bei niedrigen Umgebungstemperaturen wesentlich reduziert oder beseitigt sind.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die Mischung eine Betriebsflüssigkeit und eine Startflüssigkeit aufweist, deren Siede- und Gefrierpunkt niedriger sind als die der Betriebsflüssigkeit, daß nur ein Wärmeaustauscher zum Verdampfen der Flüssigkeit vorgesehen ist, daß Einrichtungen zum Auffangen von Startflüssigkeit, die im zweiten Wärmeaustauscher während dar anfänglichen Wärmebeaufschlagung des ersten Wärmetauschers verflüssigt ist, und daß Einrichtungen zum Vermeiden der Rückkehr von flüssiger Startflüssigkeit zum ersten Wärmetauscher, solange dieser mit genügend Wärme beaufschlagt wird, vorgesehen sind, wobei die Betriebsflüssigkeit in dem System zirkuliert, nachdem die Startflüssigkeit aufgefangen worden ist

in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die flüssige Startflüssigkeit in einem Behälter aufgefangen, der mit dem zweiten Wärmetauscher verbunden ist, wobei das Auffangen automatisch und unabhängig von irgendeinem Sensor oder einer Steuerung mit Hilfe eines Rückschlagventils in der Flüssigkeitsleitung, die den Behälter mit dem ersten Wärmetauscher verbindet, erfolgt Das Rückschlagventil verhindert, daß mit Druck beaufschlagten Flüssigkeit in dem ersten Wärmetauscher in den Behälter fließt, bewirkt jedoch, daß infolge der Schwerkraft die Flüssigkeit in dem Behälter in den ersten Wärmetauscher in Abhängigkeit von der Beendigung der Wärmebeaufschlagung hiervon fließt. In alternativen Anordnungen kann das Rückschlagventil durch ein Ventil ersetzt werden, das durch eine Magnetspule oder pneumatisch bedient wird und geschlossen ist, wenn ein Sensor feststellt, daß die gesamte Startflüssigkeit in dem Behälter aufgefangen ist, oder es kann auch ein manuell betätigbares Ventil vorgesehen sein, wenn die Umstände es erlauben.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Rückschlagventil unterhalb des Behälters angeordnet und bleibt geschlossen, bis eine vorbestimmte Menge von flüssiger Startflüssigkeit in dem Behälter vorhanden ist. Die Anordnung des Behälters lelativ zu dem ersten Wärmetauscher wird derart vorgenommen, daß, nachdem eine vorbestimmte Menge an Startflüssigkeit in dem Behälter ist, der Flüssigkeitsdruck auf das Rückschlagventil bewirkt, daß das Ventil geöffnet wird, wodurch die Flüssigkeit von dem zweiten Wärmetauscher in den ersten Wärmetauscher läuft. Das meiste oder gesamte dieser Flüssigkeit wird sich in der Arbeitsflüssigkeit befinden. In dieser Form der Erfindung kann die

Startflüssigkeit einen Siedepunkt aufweisen, der sehr viel niedriger als derjenige der Betriebsflüssigkeit ist

Die Wärmeübertragungseinrichtung kann in einem Kraftwerk mit einem geschlossenen Rankine-Kreislauf vorgesehen werden, dessen Kessel den ersten Wärmetauscher und dessen Turbine und Kühlaggregat den zweiten Wärmetauscher bilden. Bei dieser Anwendung der Erfindung ist die Startflüssigkeit vorzugsweise ein niedriger aliphatischer einwertiger Alkohol mit bis zu drei Kohlenstoffatomen und vorzugsweise Methylalkohol, während die Betriebsflüssigkeit vorzugsweise ODB ist. Alternativ könnte die Wärmeübertragungsflüssigkeit auch eine Mischung von anorganischen Flüssigkeiten wie SnCU und SnBft sein.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann zwischen der Dampfseite des Behälters und der Dampfseite des zweiten Wärmetauschers eine Verbindung zum Zuführen von verdampfter Startflüssigkeit zurück in den zweiten Wärmetauscher bestehen, wenn der Dampfdruck in dem Behälter den Dampfdruck in dem zweiten Wärmetauscher übersteigt Bei dieser Anordnung sollte die Startflüssigkeit einen Dampfdruck bei Umgebungstemperatur aufweisen, der nicht größer als der Dampfdruck im zweiten Wärmetauscher unter stationären Arbeitsbedingungen ist Diese Anordnung verhindert das Zurückführen der verdampften Startflüssigkeit unter stationären Arbeitsbedingungen, erlaubt jedoch ein Zurückfuhren, wenn die Temperatur in dem zweiten Wärmetauscher beginnt, unter einen Wert zu fallen, der zu einem Frieren der flüssigen Arbeitsflüssigkeit in dem zweiten Wärmetauscher führen kann. Das Zurückführen des Dampfes der Startflüssigkeit in den zweiten Wärmetauscher ergibt unter diesen Bedingungen eine Kondensation von einer gewissen Menge von Startflüssigkeit, wobei sich die sich auf diese Weise ergebende Flüssigkeit mit der Betriebsflüssigkeit im zweiten Wärmetauscher mischt, wodurch auf diese Weise ihr Gefrierpunkt herabgesetzt und einer Verfestigung vorgebeugt wird

Um die Startflüssigkeit aus dem Zyklus zu entfernen, nachdem die Wärmeübertragungsvorrichtung zu den gewünschten Arbeitsbedingungen zurückgeführt worden ist, weist die Verbindung zwischen der Dampfseite des Behälters und der Dampfseite des zweiten Wärmetauschers vorzugsweise eine Destillationskolonne auf, die von dem zweiten Wärmetauscher getrennt oder ein funktioneller Teil hiervon zum Kondensieren der Startflüssigkeit aus dem Dampf in dem zweiten Wärmetauscher ist Das Rückschlagventil kann wahlweise zwischen dem Behälter und der Dampfseite des zweiten Wärmetauschers eingesetzt werden, wobei das Ventil beispielsweise mit Hilfe eines Sensors mit einem Schwimmer in dem Behälter oder durch manuelle Betätigung steuerbar ist

Bei einer bevorzugten Anwendung dieser Form der Erfindung ist die Wärmeübertragungsvorrichtung Teil eines Kraftwerks mit einem geschlossenen Rankine-Kreislauf, in dem als Arbeitsflüssigkeit ODB verwendet wird. Die bevorzugte Startflüssigkeit ist Methylcyclohexan. Um eine zusätzliche Steuerung des Rücklaufs der verdampften Startflüssigkeit von dem Behälter zu erzielen, ist es freigestellt, den Behälter auf einer im wesentlichen konstanten Temperatur unabhängig von den Umgebungsbedingungen zu halten. Ein Weg, durch den dies erreicht werden kann, besteht darin, den Behälter in dem Kamin anzuordnen, durch den die durch das Verbrennen des Brennstoffs erzeugten Gase abgeführt werden, wenn der Kessel mit Hilfe eines Brennstoffs beheizt wird.

Die Wärmeübertragungsflüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise eine Mischung aus einer Start- und einer Betriebsflüssigkeit. Wahlweise kann jedoch auch die Wärmeübertragungsflüssigkeit eine Mischung von anderen Flüssigkeiten sein, wobei Start- und Betriebsflüssigkeiten durch Destillation trennbar sind. Im allgemeinen kann die Wärmeübertragungsflüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung auch eine Mischung einer organischen und einer anorganischen Flüssigkeit sein, oder nur aus anorganischen Flüssigkeiten bestehen. Beispielsweise kann die Starlflüssigkeit SnCU und die Arbeitsflüssigkeit SnBr4 sein, die zum Betrieb einer Turbine geeignet ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert

F i g. 1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Wärmeübertragungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

F i g. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform der in F i g. 1 dargestellten Wärmeübertragungsvorrichtung.

F i g. 3 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

F i g. 4 ist ein Steuersystem, das insbesondere bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform anwendbar ist In Fig. 1 ist die Wärmeübertragungsvorrichtung mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet und besitzt ein Paar von Wärmetauschern 11 und 12, die in einem geschlossenen System miteinander verbunden sind. In diesem System ist eine Wärmeübertragungsflüssigkeit enthalten, die aus einer Mischung von zwei Flüssigkeiten besteht, die unterschiedliche Siedepunkte aufweisen. Die Flüssigkeit mit dem niedrigeren Siedepunkt wird als Startflüssigkeit bezeichnet und besitzt einen Gefrierpunkt, der niedriger als der der anderen Flüssigkeit ist, die als Betriebsflüssigkeit bezeichnet wird. Die Betriebsflüssigkeit kann beispielsweise Wasser und die Startflüssigkeit Methylalkohol sein.

Wenn die Einrichtung 10 sich im Ruhezustand befindet ist die gesamte Wärmeübertragungsflüssigkeit in dem Wärmetauscher 11 enthalten, während sich sämtliche verschiedenen Teile des Systems auf Umgebungstemperatur befinden, die im Bereich zwischen den Gefrierpunkten der beiden Flüssigkeiten, die die Wärmeübertragungsflüssigkeit bilden, liegen kann. Wenn der Wärmetauscher 11 mit Wärme beaufschlagt wird, um das System von seinem Ruhezustand aus zu starten, verdampft die Startflüssigkeit vor der Betriebsflüssigkeit infolge ihres niedrigeren Siedepunktes, worauf die verdampfte Startflüssigkeit in den Wärmetauscher 12 strömt, wo dem Dampf Wärme entzogen wird und die verdampfte Startflüssigkeit in eine Flüssigkeit überführt wird, die abwärts in eine senkrechte Leitung 13 fließt Ein Rückschlagventil 14, das infolge des Drucks in dem Wärmetauscher 11 aufgrund der Wärmebeaufschlagung hiervon geschlossen ist, ist ebenfalls für den Fluß der Startflüssigkeit in der Leitung 13 oberhalb des Rückschlagventils geschlossen. An diesem Punkt besteht eine Diskontinuität in dem geschlossenen Kreislauf, so daß die in dem Wärmetauscher 11 verdampfte Startflüssigkeit nicht in diesen Wärmetauscher zurückkehrt Stattdessen wandert die flüssige Startflüssigkeit durch eine Leitung 15 un3 wird in einem Behälter 16 gesammelt
Das Rückschlagventil 14 ist mit einer Feder vorgespannt, um zu vermeiden, daß die Flüssigkeit in der senkrechten Leitung 13 zum Wärmetauscher zurückkehrt, bis eine vorbestimmte Druckdifferenz an dem

Ventil existiert. Demzufolge füllt sich der Behälter 16 mit flüssiger Startflüssigkeit, wenn diese Flüssigkeit in dem Wärmetauscher 11 verdampft und in dem Wärmetauscher 12 kondensiert wird.

Während der Zeit, in der die Startflüssigkeit den Behälter 16 füllt, wird die Wärme in der verdampften Startflüssigkeit an das Leitungssystem abgegeben, das mit der Wärmeübertragungseinrichtung verbunden ist, ebenso wie sie an die einzelnen Teile des Wärmetauschers 12 abgegeben wird, wobei alle diese Teile erwärmt werden. Eventuell wird die gesamte Startflüssigkeit in dem Wärmetauscher 11 verdampft und in dem Wärmetauscher 12 kondensiert, während die flüssige Startflüssigkeit in dem Behälter 16 aufgefangen wird. An dieser Stelle werden alle Teile des Systems auf eine Temperatur erwärmt, die wenigstens oberhalb des Gefrierpunkts der Betriebsflüssigkeit liegt, wobei die meisten der Teile, die in Berührung mit der verdampften Betriebsflüssigkeit stehen, sich auf einer Temperatur oberhalb des Taupunktes der Betriebsflüssigkeit befinden. Der Dampfdruck in dem Behälter 16 zusammen mit dem Flüssigkeitsdruck der Flüssigkeit in der senkrechten Leitung 13, die in einer Richtung auf das Rückschlagventil 14 wirken, werden nun den mit der Federvorspannung des Sicherheitsventils kombinierten Druck und Flüssigkeitsdruck auf das Ventil aufgrund der Flüssigkeit und des Dampfes in dem Wärmetauscher 11 übersteigen. Folglich wird sich das Rückschlagventil nunmehr öffnen, wodurch die Flüssigkeit in der senkrechten Leitung 13 beginnen wird, durch das Ventil in den Wärmetauscher 11 zu fließen. Diese Flüssigkeit wird an dieser Stelle d'e Betriebsflüssigkeit sein, die fortfahren wird, in dem System bis zum Ausschluß der Startflüssigkeit zu zirkulieren, die in dem Behälter 16 solange aufgefangen bleibt, wie der Wärmetauscher 11 mit Wärme beaufschlagt wird. Daher beginnt mit der Zeit die Betriebsflüssigkeit, durch das System zu zirzulieren, wobei das System genügend erwärmt sein wird, um irgendeine Kondensation der Betriebsflüssigkeit vor dem Gefrieren trotz einer Umgebungstemperatur zu bewahren, die unterhalb des Gefrierpunktes dieser Flüssigkeit liegt

Alternativ kann zu der oben beschriebenen Anordnung, die ein passives System darstellt, das automatisch ohne Sensoren und Steuerungen betrieben werden kann, das Rückschlagventil durch eine Pumpe ersetzt werden, die zur arbeiten beginnt, wenn die Flüssigkeit im Behälter 16 eine vorbestimmte Höhe erreicht, die beispielsweise mit einem Schwimmerventil festgestellt wird, das anzeigt, daß die gesamte Startflüssigkeit in dem Behälter aufgefangen wurde. Diese Anordnung verzichtet in dieser Einrichtung auf eine Rückführung aufgrund der Schwerkraft und ist allgemein anwendbar, wenn die Dichte der verwendeten Flüssigkeiten und die in Betracht zu ziehenden Raumerfordernisse eine Anordnung mit einer Rückführung der Flüssigkeit aufgrund der Schwerkraft, wie sie in F i g. 1 gezeigt ist, nicht ermöglichen.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die auf dem in F i g. 1 gezeigten allgemeinen System beruht, nimmt die Wärmeübertragungsvorrichtung die Form eines Kraftwerks 20 mit geschlossenem Rankine-Kreislauf, wie er in F i g. 2 gezeigt ist, an, wobei eine organische oder anorganische Arbeitsflüssigkeit verwendet wird. Hier entspricht der Kessel 21 dem Wärmetauscher 11 von Fig. 1 und die Turbine22 und das Kühlaggregat 23 dem Wärmetauscher 12. Bei einem Kraftwerk, das dazu dient Strom in entfernten Nachrichten-Relais-Stationen zu liefern, besteht die bevorzugte Arbeitsflüssigkeit aus Orthodichlorbenzol (ODB), während in betriebsbereitem Zustand gesättigtes verdampftes ODB vom Kessel 21 zur Turbine 22 geführt wird, in der die Dämpfe entspannt werden, wodurch ein elektrischer Generator 24 angetrieben wird, der eine elektrische Last 25 mit Strom über eine Belastungsmeßfühlereinrichtung 26 versorgt. Das Kühlaggregat 23 dient dazu, den Turbinenausgangsdampf in eine Flüssigkeit mit einem Druck, die niedriger als im Kessel 21 ist, und mit einer Temperatur, die um einen vorbestimmten Wert über der Umgebungstemperatur liegt, die kleiner als der Gefrierpunkt von ODB, nämlich niedriger als etwa —17° C sein kann, umzuwandeln. Beim Betrieb im stationären Zustand wird daher die Flüssigkeit im Kühlaggregat nicht gefrieren, da das Kühlaggregai so ausgelegt ist, daß die Flüssigkeit auf einer Temperatur oberhalb ihres Gefrierpunktes gehalten wird.

Wie in den früher erwähnten US-Patentschriften ausgeführt ist, kann die Flüssigkeit im Kühlaggregat infolge der Schwerkraft durch die Lager 27 der rotierenden Teile des Kraftwerks geführt werden, wobei aufgrund des Flüssigkeitsdruckes in der vertikalen Leitung 28 die dann befindliche Flüssigkeit durch ein Rückschlagventil 29 in den Kessel 21 laufen kann, wodurch der Kreislauf vervollständigt wird. Der Kessel wird durch ein brennbares Material, etwa Gas in Stahlflaschen enthalten in einem Behälter 30, das einem Brenner 31 über ein Steuerventil 32 zugeführt wird, dessen Einstellung durch den Belastungsmeßfühler 26 bestimmt wird, mit Wärme beaufschlagt.

Wenn sich das Kraftwerk als Hilfs- oder Notaggregat in einer Umgebung befindet, wo die Umgebungstemperatur oft unterhalb des Gefrierpunktes von ODB liegt, wie in Kanada und Alaska, wird die gesamte Flüssigkeit des Systems in dem Kessel 21 entleert. Der Inhalt des Kessels besteht unter diesen Bedingungen aus der Arbeitsflüssigkeit ODB und der Startflüssigkeit, die ein niedriger aliphatischer einwertiger Alkohol mit bis zu 3 Kohlenstoffatomen und vorzugsweise Methylalkohol sein kann. Das Volumen der Startflüssigkeit wird so sein, daß der Behälter 33 vollkommen gefüllt ist in dem Moment, wo das Rückschlagventil 23 durch den darauf einwirkenden Flüssigkeitsdruck geöffnet wird. Bei dieser Anordnung wird die anfängliche Wärmebeaufschla-

gung des Kessels 21, die durch das Öffnen des Steuerventils 32 und Ingangsetzen des Brenners 31 bewirkt wird, dazu führen, daß die Startflüssigkeit verdampft und in die Turbine und das Kühlaggregat geführt wird. Die Startflüssigkeit, die insofern nur geringe thermodynamische Eigenschaften aufweist, wie die Turbine hierdurch arbeiten kann, hat einen geringen Einfluß auf den Antrieb der Turbine mit dem Ergebnis, daß die Lager 27 geschmiert werden, bevor die Rotation beginnt Wichtiger ist jedoch, daß die verschiedenen Teile des Kraftwerks bis zu einem solchen Grad erhitzt werden, daß ein Gefrieren der kondensierten Arbeitsflüssigkeit vermieden wird, wenn die letztere beginnt, in dem Kessel zu verdampfen. Danach ist die Arbeitsweise des Kraftwerks die gleiche wie die weiter oben in Verbindung mit F i g. 1 beschriebene.

Andere als die oben angegebenen Startflüssigkeiten können in dem in F i g. 1 gezeigten Kraftwerk mit der Einschränkung verwendet werden, daß die Startflüssigkeit einen Gefrierpunkt der Arbeitsflüssigkeit ODB und einen Siedepunkt beträchtlich unterhalb des Siedepunktes von ODB haben sollte. Alternativ können anorganische Flüssigkeiten wie SnCU und SnBr4 als Wärmeübertragungsflüssigkeiten benutzt werden.

Eines der Probleme bei Kraftwerken, wie sie in F i g. 2 gezeigt sind, besteht in der Möglichkeit, daß sich unter bestimmten Umgebungsbedingungen und bei einer sehr geringen Belastung des Kraftwerks die Temperatur der Flüssigkeit im Kühlaggregat 23 dem Gefrierpunkt der Arbeitsflüssigkeit nähert. Unter diesen Umständen wäre es wünschenswert, einen Teil der Startflüssigkeit, die sich in dem Behälter 33 befindet, in das Kühlaggregat zurückzuleiten, um zu erreichen, daß die verdampfte Startflüssigkeit im Kühlaggregat 23 kondensiert und den Gefrierpunkt der darin befindlichen Flüssigkeit herabsetzt. Auf diese Weise wird ein Teil der Startflüssigkeit in der Arbeitsflüssigkeit verbleiben und die Temperatur der Flüssigkeit im System auf einem Wert oberhalb des Gefrierpunktes halten. Das Problem besteht hierbei darin, die Startflüssigkeit aus dem System zu eliminieren, wenn das Kraftwerk auf höhere Leistung zurückgebracht wird oder wenn die Umgebungstemperatur ansteigt.

Dieses Problem wird durch Verwendung einer Einrichtung 40 gemäß F i g. 3 gelöst. Hierbei ist der Kessel 42 unter dem Hauptkühlaggregat 41 in einer Höhe angeordnet, die einen genügenden hydrostatischen Druck liefert, so daß die kondensierte Flüssigkeit in den Kessel eintreten kann. Mit der Dampfseite des Kühlaggregats verbunden ist eine Destillationskolonne, die allgemein mit der Bezugsziffer 43 bezeichnet ist und dazu dient, die Startflüssigkeit, die in dem Hauptkühlaggregat enthalten ist, zu kondensieren, und bewirkt, daß die flüssige Startflüssigkeit in einem Behälter 44 gesammelt wird, der mit dem Kessel 42 über ein Absperrventil 45 verbunden ist, das nach den gleichen Prinzipien wie das Rückschlagventil der vorhergehenden Ausführungsform arbeitet

Während des Betriebs im stationären Zustand wird der Behälter 44 von-^sweise auf einer bestimmten Temperatur mit Hilfe . nes Mantels 46 gehalten, durch den die Verbrennungsabgase 47 strömen, die durch die Verbrennung des Brennstoffs durch den Brenner erzeugt werden. Folglich wird der Dampfdruck in dem Behälter 44 auf einer im wesentlichen konstanten Höhe gehalten, die unabhängig von den Bedingungen des Wetters in der Umgebung ist Die Startflüssigkeit wird so ausgewählt, daß ihr Dampfdruck bei der Bezugstemperatur, die durch den Mantel 46 erzeugt wird, nicht größer ist als der Dampfdruck der Arbeitsflüssigkeit in dem Kühlaggregat an dem hierfür bestimmten Arbeitspunkt Wenn das Wetter kalter wird als für die Ausführung vorgesehen oder die Belastung der Turbine geringer als die vorgesehene Last ist, sinkt folglich die Temperatur der flüssigen Arbeitsflüssigkeit in dem Kühlaggregat und bewirkt ein Absinken des Dampfdruckes in dem Hauptkühlaggregat. Mit einer geeigneten Startflüssigkeit im Behälter 44 erreicht man ein Zurückführen der verdampften Startflüssigkeit, wodurch der Gefrierpunkt der Flüssigkeit, die durch das Kraftwerk zirkuliert, gesenkt wird, so daß das Anfrieren der Flüssigkeit in dem Hauptkühlaggregat vermieden wird. Wenn das Wetter wärmer wird oder die Belastung wächst, wird die Startflüssigkeit aus dem Dampf in dem Kühlaggregat ausdestilliert und nochmals in dem Behälter 44 gesammelt. Beim Abschalten läuft die Flüssigkeit im Behälter 44 durch das Rückschlagventil 45 und in den Kessei, wie vorher beschrieben, aufgrund des Abfalls des Kesseldruckes.

Beim Starten verdampft die Startfiüssigkeit zuerst und dient zum Erwärmen der einzelnen Teile des Kraftwerks, wie vorher beschrieben wurde. Die bevorzugte Startflüssigkeit für diese Ausführungsform ist Methylcyclohexan, dessen Dampfdruck, Siedepunkt und Gefrierpunkt die gewünschte Beziehung zum Dampfdruck, Siedepunkt und Gefrierpunkt von ODB in den interessierenden Temperatur- und Druckbereich aufweisen.

Das Halten der Temperatur des Behälters 44 auf einer konstanten Bezugstemperatur wird bevorzugt, da auf diese Weise die Steuerung des Rücklaufs von der Umgebungstemperatur isoliert wird. Hierdurch wird ferner gesichert, daß die Startflüssigkeit nicht unter extrem kalten Bedingungen während des Betriebs im stationären Zustand gefriert Jedoch ist es in vielen Fällen auch möglich, den Mantel 46 nicht vorzusehen und den Behälter 44 der Umgebungstemperatur auszusetzen.
Gemäß einer weiteren fakultativen Ausführungsform ist es auch möglich, den Rücklauf mittels eines Ventils zu steuern, das zwischen der Destillationskolonne und dem Behälter angebracht ist, indem die Startflüssigkeit gesammelt wird. F i g. 4 zeigt einen Weg, wie die Entkopplung der Destillationskolonne von dem Behälter erreicht werden kann. Im eizelnen ist ein Ventil in der Leitung vorgesehen, die die Destillationskolonne mit dem Behälter verbindet, wobei die Betätigung des Ventils durch einen Schwimmer im Behälter gesteuert wird. Auf diese Weise kann die Höhe des Flüssigkeitsstandes im Behälter ausgenutzt werden, um die Entkopplung des Behälters von der Destillationskolonne zu erreichen. Letzteres kann aber auch mit Hilfe einer Magnetspule oder einem pneumatisch oder manuell betätigbaren Ventil erfolgen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung mit zwei Wärmetauschern, die in einem geschlossenen System miteinander verbunden sind, das eine Wärmeübertragungsflüssigkeit enthält, wobei der erste Wärmetauscher mit Wärme zum Verdampfen der Flüssigkeit beaufschlagbar ist, der so gewonnene Dampf in den zweiten Wärmetauscher zum Umwandeln unter Wärmeabgabe in eine Flüssigkeit mit einer Temperatur und einem Druck, die niedriger sind als im ersten Wärmetauscher, leitbar ist und Einrichtungen zum Rückführen von Flüssigkeit vom zweiten zum ersten Wärmetauscher vorgesehen sind, wobei die Wärmeübertragungsflüssigkeit aus einer Mischung von wenigstens zwei Flüssigkeiten besteht, die unterschiedliche Siede- und Gefrierpunkte aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung eine Betriebsflüssigkeit und eine Startflüssigkeit aufweist, deren Siede- und Gefrierpunkt niedriger sind als die der /Betriebsflüssigkeit, daß nur ein Wärmeaustauscher zum Verdampfen der Flüssigkeit vorgesehen ist, ,daß Einrichtungen (16, 33, 44) zum Auffangen von Startflüssigkeit, die im zweiten Wärmeaustauscher (12,22,23,41,43) während der anfänglichen Wärmebeaufschlagung des ersten Wärmetauschers (11, 21, 42) verflüssigt ist, und daß Einrichtungen (14, 29,45) zum Vermeiden der Rückkehr von flüssiger Startflüssigkeit zum ersten Wärmetauscher (ti, 21, 42), solange dieser mit genügend Wärme beaufschlagt wird, vorgesehen sind, wobei die Betriebsflüssigkeit in dem System zirkuliert, nachdem die Startflüssigkeit aufgefangen worden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Auffangen der flüssigen Startflüssigkeit einen Behälter (16, 33, 44), der mit dem zweiten Wärmetauscher (12,22,23, 41, 43) verbunden ist und ein Rückschlagventil (14, 29, 45) in der Flüssigkeitsleitung, die den Behälter mit dem ersten Wärmetauscher (U, 21,42) verbindet, aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (14, 29, 45) unterhalb des Behälters (16, 33, 44) angeordnet und so eingestellt ist, daß es aufgrund des hydrostatischen Drucks erst geöffnet wird, wenn der Behälter mit der flüssigen Startflüssigkeit gefüllt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Behälter (16, 33, 44) und dem Rückschlagventil (14, 29, 45) ein Absperrventil angeordnet ist

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Startflüssigkeit ein niedriger aliphatischer einwertiger Alkohol mit bis zu 3 Kohlenstoffatomen und vorzugsweise Methylalkohol und die Betriebsflüssigkeit Orthodichlorbenzol ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsflüssigkeit Orthodichlorbenzol und die Startflüssigkeit Methylcyclohexan ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung zwischen der Dampfseite des Behälters (44) und der Dampfseite des zweiten Wärmetauschers (41, 43) besteht, durch die verdampfte Startflüssigkeit zurück in den zweiten Wärmeaustauscher (41,43) leitbar ist,

wenn der Dampfdruck in dem Behälter (44) den Dampfdruck in dem zweiten Wärmetauscher (41,43) übersteigt

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Startflüssigkeit einen Dampfdruck bei Umgebungstemperatur aufweist, der nicht größer als der Dampfdruck in dem zweiten Wärmetauscher (12,22, 23, 41,43) unter den vorgesehenen Arbeitsbedingungen ist

9 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung eine Destillationskolonne (43) aufweist die getrennt von dem zweiten Wärmetauscher angeordnet oder ein Teil hiervon ist und durch die die konsensierende Startflüssigkeit von dem Dampf in dem zweiten Wärmetauscher trennbar ist

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Absperrventil zwischen dem Behälter (44) und der Dampfseite des zweiten Wärmetauschers (41,43) angeordnet ist

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil durch einen Schwimmer in dem Behälter (44') betätigbar ist

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (44) auf einer im wesentlichen konstanten Temperatur unabhängig von der Umgebungstemperatur haltbar ist

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebeaufschlagung des Kessels (42) durch einen brennbaren Brennstoff erfolgt, während der Behälter (44) durch die Abgase heizbar ist