DE2847365A1 - Electrical and/or thermal power generation method - has motor continuously driven at optimum power level, and excess power taken off, to process water, at low power demand - Google Patents
Electrical and/or thermal power generation method - has motor continuously driven at optimum power level, and excess power taken off, to process water, at low power demandInfo
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Abstract
Description
Verfahren und Anlage zur Erzeugung von Process and system for the production of
elektrischer und/oder thermischer Energie Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von elektrischer und/oder thermischer Energie mittels einer Kraftmaschine. electrical and / or thermal energy The invention relates to a method for generating electrical and / or thermal energy by means of a prime mover.
Die kombinierte Erzeugung von Elektrizität und Wärme mittels einer Kraftmaschine in Heizkraftwerken ist bekannt und wird angewendet, um die eingesetzte Primärenergie besser auszunützen. Bekannt ist auch die kombinierte Erzeugung von Kälte und Wärme in Wärmepumpen und Kältemaschinen mittels einer einzigen Kraftmaschine. Außerdem ist die Aufbereitung von Wasser im sogenannten Brüdenkompressionsverfahren bekannt, bei dem der erforderliche Brüdenverdichter von einer Dampf-, Elektro- oder Verbrennungsmaschine angetrieben wird oder als Dampfstrahlverdichter ausgebildet ist.The combined generation of electricity and heat by means of one Power engine in thermal power stations is known and is applied to the used Better use of primary energy. The combined production of Cold and heat in heat pumps and chillers using a single engine. In addition, the treatment of water is in the so-called vapor compression process known, in which the required vapor compressor from a steam, electric or Internal combustion engine is driven or designed as a steam jet compressor is.
Aufgrund der tages- und jahreszeitlichen Schwankungen im Verbrauch von thermischer und/oder elektrischer Energie ist eine wirtschaftliche Ausnutzung der bei der Erzeugung von thermischer Energie und/oder Elektrizität eingesetzten Primärenergie nicht immer möglich.Due to the daily and seasonal fluctuations in consumption of thermal and / or electrical energy is an economical use that used in the generation of thermal energy and / or electricity Primary energy not always possible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erzeugung von thermischer und/oder elektrischer Energie derart zu gestalten, daß trotz Verbrauchs schwankungen eine wirtschaftliche Ausnutzung der eingesetzten Primärenergie möglich ist.The invention is based on the object of generating thermal and / or to design electrical energy in such a way that fluctuations in spite of consumption an economical utilization of the primary energy used is possible.
Die Aufgabe der Erfindung ist dadurch gelöst, daß die Kraftmaschine dauernd in ihrem optimalen Leistungsbereich betrieben wird und daß bei Abnahme des Bedarfs an elektrischer Energie und/oder thermischer Energie auftretender Leistungsüberschuß der Kraftmaschine zur Aufbereitung von Wasser durch Brüdenkompression verwendet wird.The object of the invention is achieved in that the engine is continuously operated in its optimal performance range and that when the Power surplus that occurs when electrical energy and / or thermal energy are required the engine used to treat water by means of vapor compression will.
Das mittels der Brüdenkompression aufbereitete Wasser kann im Prinzip beliebig gespeichert werden und ist demzufolge keinen Verbrauchsschwankungen unterworfen. Durch die Aufbereitung von Wasser nach dem Brüdenkompressionsverfahren werden somit die aufgrund des variablen Bedarfes an Strom und/oder Wärme bzw. Kälte auftretenden Schwankungen in der Abnahme von Leistung der Kraftmaschine ständig kompensiert und damit eine nahezu verlustlose Nutzung der Primärenergie gewährleistet.The water treated by means of vapor compression can in principle can be stored as desired and is therefore not subject to fluctuations in consumption. By treating water using the vapor compression method, those that occur due to the variable demand for electricity and / or heat or cold Fluctuations in the decrease in power of the engine are constantly compensated and This guarantees an almost lossless use of the primary energy.
Wird als Kraftmaschine eine abwärmeerzeugende Kraftmaschine verwendet, so kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Abwärme in der Kraftmaschine ebenfalls zur Wasseraufbereitung durch die Brüdenkompression und/oder zur Erzeugung der thermischen Energie genutzt werden. If a waste heat generating engine is used as the engine, thus, according to a further embodiment of the invention, the waste heat in the engine also for water treatment through vapor compression and / or for generation thermal energy can be used.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Energieerzeugungsverfahrens wird auch eine Anlage angegeben, die mit einer Kraftmaschine zur Erzeugung der elektrischen und/oder thermischen Energie ausgerüstet und dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kraftmaschine dauernd in ihrem optimalen Leistungsbereich arbeitet und mit einem Brüdenverdichter einer nach dem Brüdenkompressionsverfahren arbeitenden Wasseraufbereitungseinrichtung gekoppelt ist, den sie mit dem bei Abnahme des Bedarfs an elektrischer und/oder thermischer Energie auftretenden Leistungsüberschuß antreibt. Schwankt der Bedarf an thermischer und/oder elektrischer Energie sehr stark, wird vorgeschlagen, eine Wasseraufbereitungseinrichtung großer Kapazität oder mehrere Wasseraufbereitungseinrichtungen vorzusehen, die Rohwasser aus verschiedenen Quellen aufbereiten. To carry out the energy generation method according to the invention a system is also specified, which with a prime mover for generating the electrical and / or thermal energy and is characterized in that the Power machine continuously works in its optimal performance range and with one Vapor compressor of a water treatment device working according to the vapor compression process is coupled to it with the decrease in the need for electrical and / or thermal energy occurring excess power drives. The need fluctuates very strong in thermal and / or electrical energy, it is proposed a Large capacity water treatment device or multiple water treatment devices provide that treat raw water from various sources.
Als abwärmeerzeugende Kraftmaschinen kommen Dampfmotoren und Turbinen sowie Verbrennungsmotoren wie z.B. Dieselmotoren, Ottomotoren oder Gasturbinen in Frage. Bei Verwendung eines Verbrennungsmotors als abwärmeerzeugende Kraftmaschine kann die Energieausnutzung nach einer weiteren Ausgestaltung dadurch verbessert werden, wenn der Verbrennungsmotor mit einer Abgasturbine gekoppelt ist, die mit den Abgasen des Verbrennungsmotors betreibbar und deren Leistung bei der Wasseraufbereitung nach dem Brüdenkompressionsverfahren und/oder bei der Erzeugung von Wärme und/oder Kälte mittels einer Wärmepumpe bzw. Kältemaschine verwendbar ist. Steam engines and turbines are used as power machines that generate waste heat as well as internal combustion engines such as diesel engines, gasoline engines or gas turbines in Question. When using an internal combustion engine as a waste heat generating engine According to a further embodiment, the energy utilization can thereby be achieved improved when the internal combustion engine is coupled to an exhaust gas turbine with the exhaust gases of the internal combustion engine can be operated and their performance in water treatment after the vapor compression process and / or in the generation of heat and / or Cold can be used by means of a heat pump or refrigeration machine.
Anstelle einer Abgasturbine kann für den Verbrennungsmotor auch ein Abc3tlstllrboladel: vorgeschen werden, der mit einem Wärmetauscher gekoppelt is, iii welchem in den Abgasen des Verbrennungsmotors enthaltende Wärme zur Verdampfung eines Mediums heranziehbar ist, das zum Betreiben einer weiteren, nach dem Brüdenkompressionsverfahren arbeitenden Wasseraufbereitungs einrichtung und/oder zum Erzeugen thermischer und/oder mechanischer Energie verwendbar ist.Instead of an exhaust gas turbine, a Abc3tlstllrboladel: be presented, which is coupled with a heat exchanger, iii which heat contained in the exhaust gases of the internal combustion engine for evaporation of a medium can be used, which is used to operate another, according to the vapor compression process working water treatment device and / or for generating thermal and / or mechanical energy can be used.
Ein Teil der Abwärme des Verbrennungsmotors kann auch direkt für Heizzwecke genutzt werden.Part of the waste heat from the internal combustion engine can also be used directly for heating purposes be used.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung in Form eines Blockschaltbildes dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf diese Zeichung ii#I#er erläutert.One embodiment is shown in the drawing in the form of a block diagram and is explained below with reference to this drawing ii # I # er.
Eine Brennkraftmaschine 1, die ein Ottomotor, ein Dieselmotor oder eine Gasturbine sein kann, treibt eine Wärmepumpe bzw.An internal combustion engine 1, which is a gasoline engine, a diesel engine or can be a gas turbine, drives a heat pump or
Kältmaschine 2 zur Erzeugung von Wärme W bzw. Kälte K und einen Generator 3 zur Erzeugung von Elektrizität E an.Refrigeration machine 2 for generating heat W or cold K and a Generator 3 for generating electricity E.
Außerdem ist die Brennkraftmaschine 1 mit einem nicht dargestellten Verdichter einer Brüdenkompressionsanlage 4 gekoppelt, die zur Gewinx ng von reinem Wasser WS aus salzhaltigem Rohwasser RW dient.In addition, the internal combustion engine 1 is not shown with a Compressor of a vapor compression system 4 coupled, which is used to win of pure Water WS from saline raw water RW is used.
Die BrennkrafEmaschine 1 wird dauernd in ihrem optimalen Leistungsbereich betriebell. Der bei Abnahme des Bedarfs an Elektrizität und/oder Wärme bzw. Kälte auftretende Leistungsüberschuß der Brennkraftmaschine 1 wird immer dem Verdichter der Brüdenkompressionsanlage 4 zugeführt.The internal combustion engine 1 is constantly in its optimal performance range operational. The one when the demand for electricity and / or heating or cooling decreases Occurring power surplus of the internal combustion engine 1 is always the compressor the vapor compression system 4 supplied.
Bei Betrieb der Brüdenkompressionsanlage 4 wird das salzhaltige Rohwasser RW in einem nicht dargestellten Siedekessel bis auf Siedetemperatur erhitzt, wobei Dampf entsteht, der von dem Verdichter angesaugt und adiabat verdichtet wird, so daß sich die Temperatur und der Druck des Dampfes erhöhen.When the vapor compression system 4 is in operation, the salty raw water RW heated to boiling temperature in a boiler, not shown, wherein Steam is produced, which is sucked in by the compressor and compressed adiabatically, see above that the temperature and pressure of the steam increase.
Der erhitzte und verdichtete Dampf wird durch den Siedekessel geleitet, wobei ein Teil cler in dem Dampf enthaltenen Wärme an das siedende Rohwasser RW übergeht und den Dampf kondensiert. Das Kondensat wird gesammelt und als Reinwasser WS abgeführt, Die beim Siedevorgang entstehende Sole S wird ebenfalls abgeführt und gegebenenfalls zur Vorwärmung des Rohwassers RW benutzt.The heated and compressed steam is passed through the boiler, part of the heat contained in the steam being transferred to the raw boiling water RW passes over and the steam condenses. The condensate is collected and used as pure water WS discharged, The brine S produced during the boiling process is also discharged and, if necessary, used to preheat the raw water RW.
Bevor das Rohwasser RW in die Brüdenanlage 4 eintritt, wird es zur Vorwärmung durch einen Wärmetauscher 5 geleitet, in dem Wärme aus dem Kühlwasser der flrennkraftmaschine 1 an das Rohwasser RW übergeht.Before the raw water RW enters the vapor system 4, it becomes Preheating passed through a heat exchanger 5, in which heat from the cooling water the internal combustion engine 1 passes over to the raw water RW.
Die Brennk#aftinjschine 1 ist Init einem Abgasturbolader 6 ausgerüstet, der eine Turbine 7 und einen Kompressor 8 aufweist, der mit der Turbine 7 gekoppelt ist. Die Turbine 7 wird von den heißen Abgasen AG der Brennkraftmaschine 1 durchströmt, wobei sie angetrieben wird. Ihre Leistung gibt die Turbine 7 an den Kompressor 8 ab, der Luft L aus der Umgebung ansaugt und verdichtet. Die komprimierte Luft wird der Verbrennungskraftmaschine 1 zugeführt. Die in den Abgasen AG der Brennkraftmaschine enthaltene Wärme wird zum Betreiben einer weiteren Brüdenkompressionsanlage 8 in der nachstehend.The combustion engine 1 is equipped with an exhaust gas turbocharger 6, which has a turbine 7 and a compressor 8, which is coupled to the turbine 7 is. The turbine 7 is flowed through by the hot exhaust gases AG of the internal combustion engine 1, whereby it is driven. The turbine 7 gives its power to the compressor 8 from, which sucks in air L from the environment and compresses it. The compressed air will the internal combustion engine 1 supplied. The in the exhaust gases AG of the internal combustion engine The heat contained is used to operate a further vapor compression system 8 in the one below.
geschilderten Weise genutzt.used as described.
Nach dem Verlassen der Turbine 7 des Abgasturboladers 6 werden die Abgase AG durch eüieii Wärmetauscher 9 geleitet, in welchem sie Wärme an ebenfalls durch den Wärmetauscher 9 geleitetes Rohwasser RW ab<;cben, das dabei in Niederdruckdampf ND übergeführt wird. Bei cler Dampferzeugung in dem Wärmetauscher 9 entsteht Sole S, die abgeführt wird. Der Niederdruckdampf ND wird einer Niederdruckdampfturbine 10 zugeführt, um sie anzutreiben. Die Wellenleistung der Dampfturbine 10 wird einem Brüdenverdichter 11 zugeführt, in dem in einem Siedekessei au. Rohwasser RW erzeugter Dampf D adiabat verdichtet wird. Der adiabat komprimierte Dampf D wird durch ein im Siedekessel 12 angeordnetes Heizrohr 13 geleitet, in dem ihm Wärme von dem siedenden ollwasser RW entzogen wird, so daß er kondensiert. Das Kondensat K wird durch einen weiteren Wärmetauscher 14 geleitet und steht anschließend als Reinwasser WS zur Verfügung. In dem Wärmetauscher 14 gibt das Kondensat K Wärme an das Rohwasser RW ab, das dabei vorgewärmt wird bevor es in den Siedekessel 12 eintritt. In dem Siedekessel 12 entsteht wieder Sole S, die abgeführt wird.After leaving the turbine 7 of the exhaust gas turbocharger 6, the Exhaust gases AG passed through eüieii heat exchanger 9, in which they heat to likewise raw water RW passed through the heat exchanger 9, which is converted into low-pressure steam ND is transferred. When the steam is generated in the heat exchanger 9, brine is produced S, which is discharged. The low pressure steam LP becomes a low pressure steam turbine 10 supplied to drive them. The shaft power of the steam turbine 10 is one Vapor compressor 11 supplied in which in a boiling kettle egg. Raw water RW generated steam D is compressed adiabatically. The adiabatic compressed Steam D is passed through a heating tube 13 arranged in the boiler 12, in which Heat is withdrawn from the boiling ollwasser RW so that it condenses. That Condensate K is passed through a further heat exchanger 14 and is then available available as pure water WS. In the heat exchanger 14, the condensate K gives heat to the raw water RW, which is preheated in the process before it enters the boiler 12 entry. In the boiler 12, brine S is produced again, which is discharged.
Der Niederdruckdampfturbine 10 ist ein Kondensator 15 nachgeschaltet, durch den der entspannte Niederdruckdampf ND geleitet wird, um zu kondensieren. Das Kondensat steht anschließend als Reinwasser WS zur Verfüqung. Die Kondensationswärme wird vom Rohwasser RW aufgenommen, das den Kondensator 15 durchströmt und anschließend dem Siedekessel 12 der Brüdenkompressionsaniage 8 zugefüllrt wird.The low-pressure steam turbine 10 is followed by a condenser 15, through which the expanded low-pressure steam LP is passed in order to condense. The condensate is then available as pure water WS. The heat of condensation is absorbed by the raw water RW, which flows through the condenser 15 and then the boiler 12 of the vapor compression system 8 is filled.
Nachdem die Abgase AG der Brennkraftmaschine 1 den Wärmetauscher 9 durchströmt haben, werden sie durch einen weiteren Wärmetauscher 16 geleitet, in dem sie die restliche Wärme an das Rohwasser RW abgeben, um es vorzuwärmen. Beim Durchströmen des Wärmetauschers 16 kondensiert der in den Abgasen enthaltene Wasserdampf. Der kondensierte Wasserdampf K wird zusammen mit den restlichen Abgasen AG abgeführt.After the exhaust gases AG of the internal combustion engine 1 have passed the heat exchanger 9 have flowed through, they are passed through a further heat exchanger 16, in which they give off the remaining heat to the raw water RW in order to preheat it. At the The water vapor contained in the exhaust gases condenses through the heat exchanger 16. The condensed water vapor K is discharged together with the remaining exhaust gases AG.
Die Brennkraftmaschine 1 j t: mit der Wärmepumpe bzw. Kältemaschine 2, dem Generator r3 uiid dem Brüdenverdichter der Brüdenkompressionsanlage 4 entweder direkt, d.h. mechanisch oder hydromechanisch, oder indirekt, dreh. über einen Elektromotor gekoppelt. Der durch den jeweiligen Verbrauch von Wärme bzw. Kälte und/oder Elektrizität festgelegte überschuß an Antriebswellenleistung wird erfindungsgemäß immer zur Wasseraufbereitung verwendet.The internal combustion engine 1 j t: with the heat pump or refrigeration machine 2, the generator r3 uiid the vapor compressor of the vapor compression system 4 either direct, i.e. mechanical or hydromechanical, or indirect, rotary. via an electric motor coupled. The through the respective consumption of heat or cold and / or electricity According to the invention, a fixed excess of drive shaft power is always used for water treatment used.
Statt des Abgasturboladers 6 kann auch eine Abgasturbine im Auspuffsystem der Brennkraftmaschine 1 angeordnet sein, die wie die Turbine 7 des Abgasturboladers 6 auf derselben Welle oder über einen Wandler einen Niederdruckverdichter für Wasserdampf als Brüdenverdichter antreibt und die restliche Motorabwärme (gestrichelt darq(-#stellt) kann dann entweder dem Brüdenverdampfer der Anlage 4 oder einem Verdampfer entsprechend dem Wärmetauscller 9 zugeführt werden. Alternativ kann die Notorabwärme bei ner auch direkt zur Beheizung vqn Räumen bzw. zur Erzeugung von Warmwasser abgeführt werden.Instead of the exhaust gas turbocharger 6, an exhaust gas turbine can also be used in the exhaust system the internal combustion engine 1, which like the turbine 7 of the exhaust gas turbocharger 6 a low-pressure compressor for water vapor on the same shaft or via a converter as a vapor compressor and the remaining engine heat (dashed line (- # represents) can then either the vapor evaporator of the system 4 or an evaporator accordingly the heat exchanger 9 are fed. Alternatively, the notorious waste heat at ner also discharged directly to heat rooms or to generate hot water will.
Es besteht auch die Möglichkeit, die Leistung einer Abgasturbine einem Mitteldruckverdichter für ein Kälte- bzw.There is also the option of using an exhaust gas turbine Medium pressure compressor for a refrigeration or
Wärmepumpenmedium zuzuführen und die restliche Motorabwärme einem Verdampfer entsprechend dem Wärmetauscher 9 oder einem Verbraucher zur Beheizung von Räumen bzw. zur Erzeugung von Warmwasser zu verabfolgen.To supply heat pump medium and the remaining engine heat to a Evaporator corresponding to the heat exchanger 9 or a consumer for heating to be administered from rooms or for the production of hot water.
Anstatt das Rohwasser RW in einem offenen Kreislauf durch die Wärmetauscher 16, 9, die Niederdruckturbine 10 und den Wärmetauscher 15 zu führen, kann das Rohwasser RW auch in einem geschlossenen Kreislauf durch diese Aggregate geleitet werden.Instead of the raw water RW in an open circuit through the heat exchanger 16, 9, the low-pressure turbine 10 and the heat exchanger 15 can lead to the raw water RW can also be passed through these units in a closed circuit.
Anstelle von Rohwasser kann auch Reinwasser verwendet werden.Pure water can also be used instead of raw water.
Erfolgt die Niederdruckdampferzeugung mit Reinwasser, so ist statt der Dampfturbine 10 auch ein Dampfstrahlverdichter als Brüden- oder Wärmepumpe einsetzbar. Die Abwärme kann bei Bedarf alternativ einem Verbraucher zugeführt werden.If the low-pressure steam generation takes place with pure water, then takes place the steam turbine 10, a steam jet compressor can also be used as a vapor or heat pump. If necessary, the waste heat can alternatively be fed to a consumer.
Die in den Abgasen AG enthaltene Wärme kann auch zur Verdampfung eines Kältemittels oder eiti#.q Wärmepumpenmediums genutzt werden, anstatt sie zum Betrieb der Wasseraufbereitungsanlage 8 zu verwenden. Der dabei erzeugte Dampf kann zum Betrieb einer Absorberanlage, die coille K<:1I.Le oder Wärmepumpenanlage sein kann, oder zum Betrieb einer Kaltdampfkraftmaschine genutzt werden.The heat contained in the exhaust gases AG can also be used to evaporate a Refrigerant or eiti # .q heat pump medium can be used instead of them for operation the water treatment system 8 to use. The steam generated can be used to Operation of an absorber system, the coille K <: 1I.Le or a heat pump system can, or be used to operate a steam engine.
Claims (5)
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ID=6053579
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Country Status (1)
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DE (1) | DE2847365A1 (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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FR2531418A1 (en) * | 1982-08-06 | 1984-02-10 | Sasakura Eng Co Ltd | Desalination plant |
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DE1808966A1 (en) * | 1967-11-15 | 1970-01-08 | Cem Comp Electro Mec | Process for the operation of a combined system for the generation of electrical energy and drinking water and system for the implementation of the process |
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- 1978-10-31 DE DE19782847365 patent/DE2847365A1/en active Granted
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DE2847365C2 (en) | 1987-01-22 |
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OB | Request for examination as to novelty | ||
OC | Search report available | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NUERNBERG AG, 8000 |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: F01K 17/04 |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: M A N TECHNOLOGIE GMBH, 8000 MUENCHEN, DE |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: MAN TECHNOLOGIE AG, 8000 MUENCHEN, DE |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |