DE2714179A1 - Verfahren zur energieerzeugung mit einem geschlossenen kreislaufsystem - Google Patents

Verfahren zur energieerzeugung mit einem geschlossenen kreislaufsystem

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DE2714179A1 DE19772714179 DE2714179A DE2714179A1 DE 2714179 A1 DE2714179 A1 DE 2714179A1 DE 19772714179 DE19772714179 DE 19772714179 DE 2714179 A DE2714179 A DE 2714179A DE 2714179 A1 DE2714179 A1 DE 2714179A1
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Description

  • Verfahren zur Energieerzeugung mit einem
  • geschlossenen Kreislaufsystem Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energieerzeugung mit einem geschlossenen Kreislaufsystem, in dem ein Arbeitsmittel komprimiert, erwärmt, arbeitsleistend entspannt und gekühlt wird.
  • Es sind Anlagen zur Energieerzeugung bekannt, bei denen in einem geschlosserlen Kreislaufsystem ein Arbeitsmittel durch Zufuhr von Fremdwärme eines bestimmten Temperaturniveaus erhitzt und in wenigstens einer Turbine arbeitsleistend entspannt und gekühlt wird. In einem Kompressor wird der Druck des Arbeitsmittels erhöht, das anschließend im Wärmetausch mit dem entspannten Arbeitsmittel erwärmt und erneut der Erhitzung durch Fremdwärme zugeleitet wird.
  • Die effektive Leistung einer Gasturbine mit einem geschlossenen Kreislaufsystem ergibt sich als Differenz von Turbinen- und Kompressorleistung. Die großen Leistungen der Maschinen werden durch die jeweiligen Wirkungsgrade stark vermindert. Dadurch sinkt auch die effektive Leistung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem eine wesentlich bessere Energieausnutzung als in den bekannten Kraftwerken erzielt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß dem Arbeitsmittel von zwei Wärmequellen Fremdwärme auf von einander verschiedenen Temperaturniveaus zugeführt wird und das Arbeitsmittel bei der Kühlung verflüssigt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich somit von dem herkömmlichen Verfahren dadurch, daß dem Arbeitsmittel Fremdwärme von zwei Wärmequellen unterschiedlicher Temperatur zugeführt wird und gleichzeitig bei der Kühlung nach der Entspannung eine Kondensierung des Arbeitsmittels erfolgt. Mit diesem Verfahren werden die Vorteile eines Dampfkraftwerkes mit den Vorteilen einer Heißluftkraftmaschine unter Vermeidung der jeweiligen Nachteile der beiden Energieerzeugungsverfähren vereinigt.
  • Einerseits kommt das erfindungsgemäße Verfahren mit verhältnismäßig niedrigen Drücken aus und nutzt damit, wie eine Heißluftkraftmaschine, die hohen Temperaturen einer Wärmequelle optimal.
  • Andererseits bedeutet die Möglichkeit des Einsatzes einer Flüssigkeitspumpe,die, wie in einem Dampfkraftwerk, an die Stelle eines Kompressors tritt, eine wesentliche Energieersparnis.
  • Im Hinblick auf die Einsatzmöglichkeiten zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber den konventinnpilen Kraftwerksprozessen vor allem dadurch aus, daß sein Einsatz auch in kleinem Maßstab noch eine zufriedenstellende effektive Leistung ermöglicht.
  • In vorteilhafter Weise wird das Arbeitsmittel durch eine der beiden Wärmequellen auch die höchste, im Kreislaufsystem erreichbare Temperatur erwärmt und die Wärme der zweiten Wärmequelle über einen Wärmeträger, der eine Temperatur zwischen Umgebungstemperatur und 600 K besitzt, auf das Arbeitsmittel übertragen. Die zweite Wärmequelle hat die Aufgabe, das kondensierte, komprimierte Arbeitsmittel zu erwärmen und zu verdampfen. In vielen Anlagen werden große Mengen an Abwärme erzeugt, deren Temperaturen im Bereich zwischen Umgebungstemperatur und 600 K liegen und somit als billige Wärmequellen für das Verdampfen und Erwärmen des Arbeitsmittels dienen können. Erfindungsgemäß können auch natürliche Wärmevorräte, z.B. Meerwasser oder Luft, Verwendung finden. Die erste Wärmequelle erhitzt das Arbeitsmittel auf die höchste, im Kreislaufsystem erreichbare Temperatur.
  • Erfindungsgemäß wird die in dieser Wärmequelle zur Verfügung stehende Fremdwärme mit einem wesentlich höheren Wirkungsgrad als in bekannten Verfahren ausgenutzt.
  • Die bei der Kühlung des Arbeitsmittels abzuführende Wärme ist nur wenig größer als die dem Kreislaufsystem zugeführte Abwärme, die ohnedies abgeführt werden muß. Hingegen ergäbe sich bei einer konventionellen Anlage gleicher effektiver Leistung - je nach Wirkungsgrad - eine wesentlich größere Abwärmemenge, die zusätzlich abgeführt werden müßte.
  • Es erweist sich als günstig, wenn die Temperaturen des Wärmeträgers deutlich über Umgebungstemperatur liegen und als Arbeitsmittel ein Stoff verwendet wird, der bei Umgebungstemperatur und einem Druck größer als 1 Bar flüssig ist und der nach der Kompression im Wärmetausch mit dem Wärmeträger verdampft. So kann die Kondensationswärme des Arbeitsmittels durch ein Medium von Umgebungstemperatur, z.B. Wasser, abgeführt werden. Da der Wärmeträger der einen Wärmequelle eine Temperatur deutlich über Umgebungstemperatur besitzt, kann zur Verdampfung des Arbeitsmittels Abwärme dieses Temperaturbereiches genutzt werden.
  • Für diesen Temperaturbereich und die übrigen Randbedingungen erweisen sich Schwefelfluorid und Schwefelhexafluorid, insbesondere auch Schwefeldioxid als geeignete Arbeitsmittel.
  • Mit großem Vorteil wird als Wärmeträger der entspannte und zu kondensierende Dampf eines Dampfkraftwerkes verwendet, wobei durch die Wärmequelle höherer Temperatur sowohl das Arbeitsmittel erwärmt als auch das Wasser verdampft und der Dampf überhitzt wird. Der vorgeschlagene Kreislauf ist also bezüglich der Wärmeaufnahme dem Dampfprozeß vor- und nachgeschaltet. Erfindungsgemäß wird der Dampf bei wesentlich höheren Temperaturen kondensiert als bei herkömmlichen Dampfkraftwerken (z.B. bei 370 K anstelle von 310 K). Dennoch erreicht das Verfahren einen Wirkungsgrad, der mit ca. 50 % deutlich über dem eines konventionellen Dampfkraftwerkes liegt. Der Wirkungsgrad des Kreislauf systems ist wie folgt definiert: p = L -Q Dabei ist L die gesamte effektive Leistung des Kreislaufsystems, 8 L die Leistung, die bei Kondensation auf einem niedrigeren Temperaturniveau zusätzlich zu gewinnen wäre und Q ist die dem Kreislaufsystem zugeführte Brennstoffwärme.
  • Mit Vorteil kann auch der Wärmeträger etwa Umgebungstemperatur besitzen und als Arbeitsmittel ein Stoff verwendet werden, der bei Umgebungstemperatur verdampft und gegen einen Kälteträger kondensiert,dessen Temperatur wesentlich unter Umgebungstemperatur liegt. Diese Variante des Erfindungsgedankens findet vor allem dort Anwendung, wo eine große Kältemenge ungenutzt zur Verfügung steht, z.B. flüssiges Erdgas in LNG-Terminals.
  • Das Verfahren wird mit Hilfe der angebotenen Kälte und Umgebungswärme betrieben. Das Arbeitsmittel kondensiert gegen das anzu -wärmende, flüssige Erdgas und verdampft im Wärmetausch mit der Umgebung (z.B. Meerwasser). Die Wärmezufuhr auf Umgebungsniveau bietet auch hier die Möglichkeit, das Turbinen-Verdichter-Verfahren in ein Turbinen-Pumpen-Verfahren umzuändern. Auf diese Weise ergibt sich ein viel kleineres Kraftwerk, das aber die zugeführte Fremdwärme für die Erhitzung des Arbeitsmittels auf maximale Temperatur mit noch besserem Wirkungsgrad ausnutzt. Der Brennstoffverbrauch der Wärmequelle entspricht dabei der laufend verdampften Menge an flüssigem Erdgas.
  • Als Arbeitsmittel eignet sich für das zuletzt beschriebene Verfahren z.B. Kohlendioxid oder Xenon.
  • Es ist zweckmäßig, als Arbeitsmittel Stoffe einzusetzen, die sich bei der höchsten, im Kreislaufsystem vorkommenden Temperatur wie inerte Gase verhalten. Soll nämlich die Wärme der Wärmequelle bei hohen Temperaturen (z.B. 970 K und höher) genutzt erden, so muß das eingesetzte Arbeitsmittel auch bei hohen Temperaturen chemisch stabil und nicht korrosiv sein. Das oben erwähnte Schwefeldioxid erfüllt diese Anforderungen wenigstens bei einigen Stählen, z.B. bei Cr23 - Al13 - Si. Auch Schwefelfluorid (S02F2) und Schwefelhexafluorid (SF6) besitzen eine große chemische Stabilität und Verträglichkeit mit allen Materialien, sind nicht endzündbar und nicht oder kaum toxisch.
  • Eine Vorrichtung zur Durchführung der beschriebenen Verfahren besteht aus einem Kreislaufsystem mit einem Wärmetauscher, einer Pumpe, einem Rekuperator, einem Erhitzer und einer mindestens einstufigen Entspannungsturbine, wobei vorteilhafterweise in Strömungsrichtung des Kreislaufmediums vor dem Erhitzer ein Wärmetauscher angeordnet ist, der einen Strömungsquerschnitt für das zu erwärmende Kreislaufmittel und einen weiteren Strömungsquerschnitt für den Wärmeträger aufweist. So wird das Arbeitsmittel im Wärmetauscher mit dem Wärmeträger erwärmt bzw. verdampft, ehe es im Erhitzer auf maximale Temperatur gebracht wird.
  • Hierbei kann der Rekuperator mit Vorteil aus zwei räumlich getrennten Teilen bestehen und der Wärmetauscher, in dem das Arbeitsmittel erwärmt wird, zwischen den beiden Teilen des Rekuperators angeordnet sein. (Figuren 1, 2).
  • Mit Vorteil kann auch die oben beschriebene Vorrichtung mit dem geschlossenen Kreislaufsystem eines Dampfkraftwerkes kombiniert werden, das eine Pumpe, einen Verdampfer, mindestens eine Entspannungsturbine und einen Kondensator enthält, wobei der Wärmetauscher, in dem das Arbeitsmittel erwärmt wird, einen Strömungsquerschnitt für das Kreislaufmittel und einen Strömungsquerschnitt für den zu kondensierenden Dampf aufweist und in einer Heizvorrichtung für beide Kreislaufsystem jeweils ein Strömungsquerschnitt angeordnet ist.
  • Ein geeignetes Anwendungsgebiet für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Nutzung von Sonnenenergie. Bekanntlich sind sehr teure Kollektoren und sonstige Einrichtungen nötig, um die Sonnenwärme bei hoher Temperatur (z.B. 770 K) zur Energieerzeugung zu nutzen. Andererseits ist s möglich, mit billigsten Mitteln (wassergefüllte Plastikschläuche, überdeckte seichte Teiche usw.) die Sonnenwärme bei Temperaturen um 350 K zu sammeln und zu speichern. Bei Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens könnte mit Hilfe billiger Sonnenwärme die Spitzenwärme aus teuren Kollektoren oder fossile Brennstoffwärme mit außerordentlich hohem Wirkungsgrad (rund 70 %) in elektrischen Strom umgewandelt werden.
  • Ein weiteres Anwendungsgebiet für das erfindungsgemäße erfahren ist die Nutzung der Erdwärme als Wärmequelle.
  • Allgemein kann das Verfahren mit Erfolg überall dort eingesetzt werden, wo große Mengen an Abwärme des angegebenen Temperaurbereiches anfallen und sonst ungenutzt verloren gegeben werden, vie z.B. in Athylenanlagen. Es ist anzunehmen, daß in chemische Endustriebetrieben, Raffinerien und dergletchen ein gewaltiges potential an erfindungsgemäß nutzbarer Abwärme für die Energieerzeugung steckt.
  • In den Figuren 1 bis 4 sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Die in rillen Figuren gleichen Teile sind mit gleichen Bezugszeichen ver-,ehen .
  • Es zeigen: Figur 1 ein Schema des Verfahrens für die Kühlung mit Wasser oder durch LNG; Figur 2 ein Schema des Verfahrens wie in Figur 1, jedoch mit einem zusätzlichen Kreislauf; Figur 3 ein Schema des mit einem Dampfkraftwerk kombinierten Verfahrens; Figur 4 ein Verfahrensdiagramm.
  • In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird als Arbeitsmittel Schwefeldioxid, als Kühlmittel Wasser und zur Verdampfung ein Wärmeträger mit einer Temperatur von etwa 350 K verwendet. Im Wärmetauscher 1 wird das Schwefeldioxid kondensiert.
  • Bei dem vorliegenden Druck von 5 Bar liegt die Kondensationstempers tur bei 305 K. Pumpe 2 bringt das Arbeitsmittel auf einen Druck von 14,5 Bar, ehe es in den Rekuperator 8 und anschließend in den Wärmetauscher 3 eintritt. Hier wird das Arbeitsmittel durch Abwärme verdampft und im Rekuperator 4 weiter erwärmt. Erhitzer 5 bringt das Arbeitsmittel auf maximale Temperatur (978 K). In der nachgeschalteten Turbine 6 erfolgt die arbeitsleistende Entspannung auf Kondensationsdruck (5 Bar). Die Turbinenleistung kann im Generator 7 in elektrische Leistung umgewandelt werden. Im weiteren Verlauf wird das Schwefeldioxid' im Rekuperator 4 weiter abgekühlt , ehe es wieder in den Wärmetauscher 1 eintritt. Das Kühlwasser wird über Leitung 17 dem Wärmetauscher 1 zugeführt.
  • Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel kann auch mit Kohlendioxid als Arbeitsmittel betrieben werden, das, wie beschrieben, bei Temperaturen kondensiert, die wesentlich unter Umgebungstemperaturen liegen. Zu diesem Zweck kommt durch Leitung 17 flüssiges Erdgas unter etwa Atmosphärendruck aus einem Speicherbehälter, z.B. einem Flüssiggastankschiff. Mit der Flüssigkeitspumpe 13 wird der Druck des flüssigen Erdgases auf 70 Bar erhöht und in den Wärmetauschern 1 und 12 im Wärmetausdnmit kondensierendem Arbeitsmittel bzw. Umgebungstemperatur verdampft und einem Erdgasnetz zugeleitet. Bei einem nrltek von 6,6 Bar kondensiert das Kohlendioxid bei 222 K. Die höchste Temperatur vor der Turbine beträgt 993 K. Im übrigen gleicht die Anordnung dem letzten Beispiel.
  • In Figur 2 ist eine weitere Ausgestaltung des Erfindungsgedankens dargestellt. Ein Teil des Erdgases wird in einem offenen Arbeitskreislauf geführt, wodurch in bekannter Weise die im Erdgas enthaltene Spitzenkälte zur Energieerzeugung ausgenutzt wird.
  • Dabei kann der Kohlendioxid-Kreislaufdurchsatz um 8 % reduziert werden. Ein Teil des angewärmten Erdgases wird über Leitung 18 in die Turbine 14 eingeführt und dort arbeitsleistend entspannt.
  • Turbine 14 kann eine Leistung von 10,2 MW entnommen werden. Bedingt durch die näherungsweise isentrope Entspannung kühlt sich das Erdgas ab und wird im Wärmetauscher 15 im Wärmetausch mit anzuwärmendem Erdgas weiter gekühlt und verflüssigt. Nach der Druckerhöhung auf 70 Bar in Pumpe 16 wird es dem anzuwärmendem Erdgas wieder zugemischt.
  • In Tabelle I sind die Leistungsdaten des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Schwefeldioxid als Kreislaufmittel im Vergleich mit den Leistungsdaten einer konventionellen Gasturbine mit geschlossenem Kreislauf angegeben. Wie aus der Tabelle ersichtlich, erscheint das neue Verfahren äußerst günstig. Der Wirkungsgrad, bezogen auf die im Erhitzer 5 eingesetzte Brennstoffwärme wird, unter Vernachlässigung der Abwärme - Exergie, doppelt so hoch, wie der in konventionellen Kraftwerken erreichbare. Selbst bei Berücksichtigung der Abwärme - Exergie liegt der Wirkungsgrad noch deutlich über dem konventioneller Anlagen.
  • Ausgehend von einer effektiven Leistung von 33,4 MW müssen im erfindungsgemäßen Verfahren durch den Kühler 9,4 MW mehr abgeführt werden, als durch die Abwärme im Wärmetauscher 3 in den Kreislauf eingebracht wurde. Hingegen ergäbe sich bei einem konventionellen Verfahren gleicher effektiver Leistung - je nach Wirkungsgrad - eine zusätzlich abzuführende Abwärmemenge von 50 bis 80 MW.
  • Tabelle I Annahmen:
    Temperatur der Abwärme: min. #75 °C
    Turbinen- bzw. Verdichterwirkungsgrad # ad ad = 0,85
    Pumpenwirkungsgrad: #p = 0,65
    Thermischer Wirkungsgrad des Erhitzers: #E = 0,9
    vorgeschlagenes geschlossene Gas-
    Verfahren turbine mit zwei-
    stufiger Verdichtung
    Kreislaufmedium SO2 Luft
    Kreislaufdurchsatz (Nm3/h) 411 000 653 800
    Kreislaufdrücke (ata) 5/14,7 5/30
    Verdampfungs- bzw. Kondensations- 32/71
    temperatur (°C)
    Spitzentemperatur vor der Turbine (°C) 705 720
    Abwärmemenge (100 Gcal/h) QNT (MW) 116,2
    Brennstoffwärme QB (MW) 47,6 102,2
    Turbinenleistung LT 33,8 81,8
    Leistungen Puppen- bzw. Verdich- 0,4 48,4
    terleistung LP
    (MW)
    Nutzleistung Leff-LT-LP 33,4 33,4
    Wärmeum- Rekuperator QRek 119,4 57,8
    sätze
    Wasserkühler QO 125,6 58,6
    (MW)
    Abwärme-Exergie (bei TK=32 °C) ENT (MW) 14,2 -
    Wirkungsgrad des Verfahrens Leff 70,2 32,7
    unter Vernachlässigung # = ### (%)
    der Abwärme-Exergie
    Wirkungsgrad des Verfah-
    Leff (%) 54,0 -
    rens unter Berücksichti-@ =
    Qg+ENT
    gung der Abwärme-Exergie
    In Tabelle II sind die Leistungsdaten des Verfahrens für die Kühlung mit flüssigem Erdgas im Vergleich mit den Leistungsdaten eines herkömmlichen geschlossenen Kreislaufsystems mit LNG-Kühlung angeführt. Der Wirkungsgrad des erfindunsgemäßen Verfahrens ist mit 70 % um 14,4 % größer als der des bisherigen Verfahrens.
  • Das Arbeitsmittel nimmt die Umgebungswärme im Wärmetauscher 3 und die Brennstoffwärme im Erhitzer 5 auf.
  • Tabelle II (gültig mit Wirkungsgraden wie in Tabelle I)
    vorgeschlagenes geschlossene Gas-
    Verfahren turbine mit LNG-
    Kühlung *
    Kreislaufmedium CO2 Luft (N2)
    Kreislaufdurchsatz (Nm@/h) 573 500 2815000
    Kreislaufdrücke 6,64/34,45 5/30
    Verdampfungs- Kondensations- -1,1/-51,1 -
    temperatur (°C)
    Spitzentemperatur vor der 705 720
    Turbine (°C)
    Umgebungswärme QU (MW) 88,0 -
    Brennstoffwärme QB(MW) 100,8 439,8
    Turbinenleistung LT 71,6 352,3
    Leistungen Pumpen- bzw. Verdich- 1,0 107,6
    (N) terleistung LP
    Nutzleistung Leff=LT-LP 70,6 244,7
    Wärme- Rekuperatoren 179,4 1411,3
    umsätze LNG-Verdampfer (gegen CO2) 108,1 151,2
    (MW) LNG-Verdampfer (gegen Umgeb) 39
    Wirkungsgrad des Verfahrens # = Leff (%) 70,0 55,6
    bezogen auf Brennstoffwärme QB
    *Daten aus Linde-Berichte Nr. 39, Juni 1976, Seite 71 In Tabelle III ist ein Vergleich der im zweiten und dritten Ausführungsbeispiel beschriebenen Variante mit Kohlendioxid als Arbeitsmittel dargelegt. Es zeigt sich, daß der Wirkungsgrad des im letzten Beispiel beschriebenen Verfahrens, bezogen auf die eingesetzte Brennstoffwärme, von 70,2 % auf 78,7 % gesteigert werden kann.
  • Tabelle III gültig für 106 NM3/h ING bei Abgabedruck von 70 ata Turbinenwirkungsgrad: #T = 0,85 Pumpenwirkungsgrad: #P = 0,75 Thermischer Wirkungsgrad des Erhitzer: # E = 0,9
    Kreislaufmedium CO2 CO2/LNG
    Kreislaufdurchsatz (Nm3/h) 581 000 C02:532000, LNG:463000
    Kreislaufdrücke (ata) 35/6,75 CO2:35/6,75,LNG:70/19
    Verdampfungs- bzw. Konden- 0/-50 C02:0/-50, LNG:Überkrit
    sationstemperatur (°C)
    Spitzentemperatur vor der 720 CO2:720, ING: 0
    Turbine (°C)
    ges. Umgebungswärme (MW) 127,8 137,9
    Brennstoffwärme (MW) 103,3 94,6
    CO2-Turbine LT1 73,6 67,4
    ING-Turbine LT2 - 10,2
    Leistungen
    (MW) C02-Pumpe Lpl 1,1 1,0
    LNG-Pumpe LP2 - 1,8
    Nutzleistung L=#LT-#LP 72,5 74,8
    Wirkungsgrad des Verfahrens 17 = L (%) 70,2 78,7
    bezogen auf Brennstoffwärme QB
    In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Dampfkraftwerk kombiniert worden ist. Im Wärmetauscher 3 wird das Arbeitsmittel (S02) im Wärmetausch mit dem zu kondensierenden Dampf des Dampfraftwerkes verdampft bzw. erwärmt. Ansonsten arbeitet das Kreislaufsystem dieses Beispiels wie das im ersten Ausführungsbeipiel beschriebene mit dem einzigen Unterschied, daß das kondenierte Arbeitsmittel nach der Verdichtung sofort dem Wärmetaucher 3 zugeleitet wird, ohne vorher durch einen Rekuperator geührt worden X sein. Der im Wärmetauscher 3 kondensierte Dampf ird mit der Flüssigkeitspumpe 10 auf höheren Druck gebracht und em Dampfkessel zugeführt, der in der Heizvorrichtung 19 unterebracht ist. In dieser Heizvorrichtung 19 wird sowohl das Arbeitsittel als auch das Wasser des Dampfkraftwerkes erhitzt bzw.
  • er Wasserdampf überhitzt. Der Dampf wird in einer Dampfturbine 11 uf einen Druck von ca. 1 Bar arbeitsleistend entspannt und ur erneuten Kondensaton dem Wärmetauscher 3 zugeleitet.
  • In Figur 4 ist zur weiteren Veranschaulichung des rfindungsgemäßen Verfahrens der Wärmeinhalt der in den Wärmetauehem, Rekuperatoren und im Erhitzer abzukühlenden bzw. anzuärmenden Ströme als Funktion des Logarithmus ihrer Temperatur ufgetragen. Diesem Diagramm liegt als Arbeitsmittel Schwefelioxid und eine Nutzung von 100 Gcal/h Abwärme in Wärmetauscher 3 zugrunde.
  • Zur Vereinfachung wird ein Kreisprozess ohne Rekuperator betrachtet. Kurve 1 stellt den Wärmeinhalt des anzuwärmenden den Stromes, Kurve 2/des abzukühlenden Stromes dar. Wie zu erkennen ist, sind die beiden Kurven gegenseitig gut angepasst, d.h.
  • die Temperaturdifferenzen sind an keiner Stelle unnötig groß.
  • Aus diesem Diagramm ist auch zu ersehen, daß sich das Verfahren vorzüglich für die Kombination mit einem Dampfkraftwerk eignet, dessen Dampf z.B. bei 373 K kondensiert.

Claims (12)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Energieerzeugung mit einem geschlossenen Kreislaufsystem, in dem ein Arbeitsmittel komprimiert, erwärmt, arbeitsleistend entspannt und gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Arbeitsmittel von zwei Wärmequellen (20, 21) Fremdwärme auf voneinander verschiedenen Temperaturniveaus zugeführt und das Arbeitsmittel bei der Kühlung verflüssigt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel durch eine (21) der beiden Wärmequellen auf die höchste, im Kreislaufsystem erreichbare Temperatur erwärmt wird und die Wärme der zweiten Wärmequelle (20) über einen Wärmeträger, der eine Temperatur zwischen Umgebungstemperatur und 600 K besitzt, auf das Arbeitsmittel übertragen wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Wärmeträgers deutlich über Umgebungstemperatur liegt und als Arbeitsmittel ein Stoff verwendet wird, der bei Umgebungstemperatur und einem Druck größer als 1 Bar flüssig ist und der nach der Kompression im Wärmetausch mit dem Wärmeträger verdampft.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Arbeitsmittel S02, S02F2 oder SF6 ist.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeträger der entspannte und zu kondensierende Dampf eines Dampfkraftwerkes verwendet und durch die Wärmequelle (21) höherer Temperatur sowohl das Arbeitsmittel erwärmt als auch das Wasser verdampft und der Dampf überhitzt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger etwa Umgebungstemperatur besitzt und als Arbeitsmittel ein Stoff verwendet wird,der bei Umgebungstemperatur verdampft und gegen einen Kälteträger kondensiert, dessen Temperatur wesentlich unter Umgebungstemperatur liegt.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Arbeitsmittel C02 oder Xe ist.
  8. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einem aus einem Wärmetauscher, einer Pumpe, einem Rekuperator, einem Erhitzer und einer Entspannungsturbine bestehenden Kreislaufsystem, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung des Kreislaufmediums vor dem Erhitzer (5) ein Wärmetauscher (3) angeordnet ist, der einen Strömungsquerschnitt für das zu erwärmende Kreislaufmittel und einen weiteren Strömungsquerschnitt für den Wärmeträger aufweist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rekuperator aus zwei räumlich getrennten Teilen (4, 8) besteht und der Wärmetauscher (3), in dem das Arbeitsmittel erwärmt wird, zwischen den beiden Teilen (4, 8) des Rekuperators angeordnet ist (Figuren 1 und 2).
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8, mit einem weiteren, geschlossenen Kreislaufsystem eines Dampfkraftwerkes, das eine Pumpe, einen Verdampfer, eine Entspannungsturbine und einen Kondensator enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (3), in dem das Arbeitsmittel erwärmt wird, einen Strömungsquerschnitt für das Kreislaufmittel und einen weiteren Strömungsquerschnitt für den zu kondensierenden Dampf aufweist und in einer lieizvorrichtung (19) für beide Ki'eislaufsysteme jeweils ein Strömungsquerschnitt angeordnet ist (Figur 3).
  11. 11. Anwendung des Verfahrens oder der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auf die Nutzung von Sonnenenergie, wobei die in Kollektoren, vorzugsweise in Nieder-Temperatur-Kollektoren, erzeugte Wärme als zweite Wärmequelle (20) benutzt wird.
  12. 12. Anwendung des Verfahrens oder der Vorrichtung nach eine der Ansprüche 1 bis 9 auf die Nutzung von Erdwärme als zweite Wärmequelle (20).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GR900100670A (el) * 1990-09-06 1992-09-11 Konstantinos Lattas Συγκρότημα μηχανισμών δια την παραγωγή ηλεκτρισμού με δύο ατμοστρόβιλους λειτουργούντας με ατμούς ψυκτικού υγρού ?ερμαινόμενου με ?αλάσσιο ύδωρ ή ύδωρ ηλιακού συλλέκτου.
CN114368728A (zh) * 2022-01-29 2022-04-19 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种制备硫酰氟的方法

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GR900100670A (el) * 1990-09-06 1992-09-11 Konstantinos Lattas Συγκρότημα μηχανισμών δια την παραγωγή ηλεκτρισμού με δύο ατμοστρόβιλους λειτουργούντας με ατμούς ψυκτικού υγρού ?ερμαινόμενου με ?αλάσσιο ύδωρ ή ύδωρ ηλιακού συλλέκτου.
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