DE2852064B2 - Tiefsiedemedium-Kraftwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Tiefsiedemedium-Kraftwerk mit einem Wärmetauscher zum Übertragen von Wärme von einer Abwärme-Quelle auf ein Zwischenheizmedium, einem Direkt-Wärmetauscher zum Übertragen von Wärme von dem Zwischenheizmedium auf das Tiefsiedemedium, mit einer durch das TieVsiedemedium angetriebenen Turbine und einem mit der Turbine gekoppelten Generator.

Ein derartiges Kraftwerk ist durch die US-PS 39 38 335 bekannt. Dabei wird eine Wärmeaustauschkammer ohne Zwischenwände verwendet, in der eine erhitzte Flüssigkeit aus einer nuklearen oder geothermischen Anlage mit einem hochflüchtigen Fluid in Berührung kommt. Das flüchtige Fluid wird dabei in Druckdampf umgewandelt, der für eine Turbine zum Antrieb des Generators für elektrischen Strom benutzt wird. Nach dem Wärmeaustausch mit der Arbeitsflüssigkeit wird die nichtflüchtige Flüssigkeit durch eine Pumpe zum Wärmetauscher zurückgeleitet. Der bei dem bekannten Kraftwerk verwendete Wärmetauscher bedingt ein verhältnismäßig großes Volumen und es treten ziemlich hohe Wärmeverluste bei der Anlage auf.

Es war bisher allgemein üblich, einen Wärmetauscher, eine Turbine, einen Generator und andere Ausrüstungsteile als getrennte und voneinander unabhängige Einrichtungen auszubilden und in die Anlage einzubauen. Um die Abwärme mit gutem Wirkungsgrad ausnutzen zu können, muß der Wärmetausch-Abschnitt sehr groß ausgelegt werden, wodurch es unmöglich wird, eine kompakte Gesamtgröße der Anlage bei einem Tiefsiedemedium-Kraftwerk zu erzielen. Das dabei verwendete Tiefsiedemedium, wie z. B. Freon, ist ziemlich kostspielig. Da das Tiefsiedemedium nach außen lecken kann, ist es notwendig, Vorsorgemaßnahmen beim Aufbau einer Abdichteinrichtung für das Medium durchzuführen und routinemäßig kostspielige Überwachungen beim Betrieb des Kraftwerks vorzusehen.

Es ist durch die DE-OS 26 51 900 ein mit Ausnutzung eines Konzentrationsgefälles arbeitender Energieerzeuger bekanntgeworden, bei dem ein Wasserverdampfer in einen Soletank eingesetzt ist, wobei der Abdampf aus

to einer Dampfmaschine, die mit dem Dampf aus dem Wasserverdampfer betrieben wird, in die Sole des Soletanks injizierbar ist Die aus Wärmetauscher, Vorwärmer und Wasserverdampfer bestehende Anlage befindet sich dabei innerhalb eines mit Sole gefüllten isolierten Tanks. Dabei handelt es sich aber nur um einen Teil der für ein Kraftwerk erforderlichen Anlage, die übrigen Teile befinden sich außerhalb des geschlossenen Tanks. Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein kompaktes Tiefsiedemedium-Kraftwerk zu schaffen, bei dem Wärmetauscher, Turbine, Generator und andere Ausrüstungsbestandteile in einheitlichem, geschlossenem Aufbau angeordnet sind, wobei Wärmeverluste wesentlich vermindert werden und eine einfache, sichere Abdichteinrichtung zum Abdichten des Tiefsiedemediums ermöglicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Kraftwerk der eingangs angegebenen Art vor, daß der Wärmetauscher und der Direkt-Wärmetau scher in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander in einem einzigen Gehäuse angeordnet sind, und daß in diesem Gehäuse Strömungswege für das Zwischenheizmedium zwischen diesen beiden Wärmetauschern vorgesehen sind.

In den Unteransprüchen sind zweckmäßige weitere Ausbildungen gekennzeichnet.

Um den Wärmetausch zwischen dem Zwischenheizmedium und dem Tiefsiedemedium bei stark vermindertem Volumen des Wärmetauschers zu erreichen, wird ein direkter Wärmetauscher verwendet. Der Umlauf des Zwischenheizmediums in den beiden Wärmetauschern wird durch den Auftrieb der Gasblasen des Tiefsiedemediums in dem Direkt-Wärmetauscher unterstützt, wodurch unter Umständen auch eine Pumpe in

Fortfall kommen kann.

Dadurch, daß das Tiefsiedemedium von dem Zwischenheizmedium während des Betriebs des Kraftwerks nicht vollständig getrennt ist, indem ein geringer Anteil des einen Mediums in das andere Medium während des

so Betriebs des Kraftwerks eintreten kann, kann die Abdichteinrichtung für die Turbine, den Generator, das Untersetzungsgetriebe und den Kondensator im Aufbau vereinfacht werden. Das ermöglicht außerdem einen sehr kompakten Aufbau des Kraftwerks, indem ein Wärmetauscher zum Heizen des Zwischenheizmediums durch die Abwärme, der Direkt-Wärmetauscher zum Erreichen des Wärmetauschs zwischen dem Zwischenheizmedium und dem Tiefsiedemedium, die Turbine, der Generator und ein Kondensator in einem einzigen abgedichteten Gehäuse untergebracht sind.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein systematisches Flußschema eines Tiefsie-

b5 demedium-Kraftwerks;

Fig. 2 eine Vorderansicht des Tiefsiedemedium-Kraftwerks; Fig.3 eine Aufsicht auf das Tiefsiedemedium-Kraft-

werk gemäß F i g. 2.

F i g. 1 zeigt in einem systematischen Flußschema die Anordnung bzw. den Aufbau des Kraftwerkes. Die Wärme eines erhitzten Abgases 1 wird in das Kraftwerk durch einen Wärmetauscher 2 eingeführt u>id über ein Zwischenheizmedium-System 2 an ein Tiefsiedemedium übertragen. Das Zwischenheizmedium wird mittels einer Pumpe S von einem Sammler 4 zu dem Wärmetauscher 2 gefördert, wo das Zwischenheizmedium durch das erhitzte Abgas 1 über Wärmetauschrohre 20 erhitzt wird. Das so erhitzte Zwischenheizmedium wird über ein Einlaßventil 6 in einen direkten Wärmetauscher 7 eingeführt, wo das Zwischenheizmedium einem Wärmetausch mit dem Tiefsiedemedium unterliegt Danach wird das Zwischenheizmedium zum Sammler 4 zurückgeführt

Der direkte Wärmetauscher 7 ist ein Wärmetauscher, bei dem das Zwischenheizmedium in direkten Kontakt mit dem Tiefsiedemedium so gebracht wird, daß Wärmetausch zwischen diesen stattfinden ka..n.

Das mit Volumen dargestellte System ist der Tiefsiedemedium-Kreislauf 8. Das Tiefsiedemedium im gasförmigen Zustand, das vom direkten Wärmetauscher 7 abgegeben ist, tritt durch ein Turbinen-Einlaßventil 9 in eine Tiefsiedemedium-Turbine 10 und treibt diese an, wodurch ein Generator 11 über ein Untersetzungsgetriebe 22 angetrieben wird. Das Gas von der Turbine 10 wird über eine Abgasleitung 23 abgegeben und in einen Kondensator 13 eingeführt, der mittels eines Kühlwassersystems 12 gekühlt wird, das einen Kühlwassereinlaß und einen Kühlwasserauslaß 27 besitzt. Das gasförmige Tiefsiedemedium wird im Kondensator 13 kondensiert und das Kondensat wird mittels einer Pumpe 14 unter Druck gesetzt und strömt über eine Flüssigkeitsförderleitung 26 über einen Kühler IS zu Düsen 19, aus denen die Flüssigkeit in atomisierten oder zerstäubten Teilchen in den direkten Wärmetauscher 7 eingespritzt wird.

Ein Teil des Zwischenheizmediums, das vom direkten Wärmetauscher 7 abgegeben wird, tritt in einen Schmiermittel-Kreislauf (30) durch ein Lagerstellen-Ventil 16 und gibt Wärme im Kühler 15 ab zum Aufheizen des Tiefsiedemediums. Der Teil des Zwischenheizmediums, dessen Temperatur auf diese Weise auf einen Pegel verringert worden ist, der zur Schmierung der Lager geeignet ist, wird Lagern 17 der Turbine 10 und des Generators 11 zugeführt. Nach Schmieren der Lager 17 kehrt das Zwischenheizmedium zum Sammler 4 zurück.

Der Generator 11 wird durch ein Generator-Kühlsystem 18 gekühlt, das an einem Ende mit der Flüssigkeitszuführleitung 26 verbunden ist, um das Kondensat abzuführen, das den Generator 11 durch die latente Verdampfungswärme abkühlt und das άάηη zum Tiefsiedemedium-Kondensator 13 zurückkehrt.

F i g. 1 zeigt, daß das Zwischenheizmedium und das Tiefsiedemedium, die bisher bei herkömmlichen Kraftwerken bzw. Kraftwerkanlagen vollständig voneinander getrennt waren, im direkten Wärmetauscher 7 miteinander vermischt werden und daß die Tiefsiedemedium-Turbine 10 und der Generator 11 in einer Atmosphäre des Tiefsiedemediums arbeiten, während die Lager durch das Zwischenheizmedium geschmiert werden. Auf diese Weise können die Turbine 10 und der Kondensator 11 in einem Generatorbereich 24 unterge- h5 bracht werden, der einen begrenzten Raum einnimmt.

Das Medium, das in den Generatorbereich 24 in geringen Mengen leckt, wird durch Dampfabsaugöffnungen 25 in den Kondensator 13 geführt, in dem es kondensiert wird. Durch den Betrieb in einer Atmosphäre des Zwischenheizmediums und des Tiefsiedemediums können alle Ausrüstungsteile des Kraftwerks einheitlich aufgebaut werden und in einem Gehäuse untergebracht werden, ohne daß eine komplizierte Einrichtung zum Abdichten der Verbindung zwischen verschiedenen Elementen des Kraftwerks erforderlich wäre, insbesondere der Tiefsiedemedium-Turbine 10, des Generators 11 und des Tiefsiedemedium-Kondensators 13.

Das Zwischenheizmedium kann von der Gruppe gewählt werden, die Turbinenöl, abgesetztes Esteröl und Alkylbenzinöl enthält Das Tiefsiedemedium kann von der Gruppe gewählt oder abgetrennt werden, das Freone, Toluol und Kühlmittel enthält

Die F i g. 2 und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Zwischenheizmedium, das in Pfeilrichtung strömt, durch die Wärme des erhitzten Abgases 1 im Wärmetauscher 2 erhitzt wird. Das Zwischenheizmedium wird einem Wärmetausch mit dem Tiefsiedemedium im direkten Wärmetauscher 7 unterworfen, um letzteres in den gasförmigen Zustand zu versetzen. Das Kondensat des gasförmigen Tiefsiedemediums wird durch die Düsen 19 in den direkten Wärmetauscher 7 ausgestoßen und darin verdampft. Beim Verdampfen erzeugt das Tiefsiedemedium Blasen, die einen aufwärtsgerichteten Strom des Mediums im Wärmetauscher 7 hervorrufen, um so die Umwälzung des Zwischenmediums zu fördern. Ein Ausgleichs-Strömungsweg 21 ist oberhalb des Flüssigkeitspegels des Wärmetauschers 2 vorgesehen, um den Dampf des Zwischenheizmediums, der in den Wärme-Übertragungsrohren 20 erzeugt ist, zu sammeln.

Das durch den direkten Wärmetauscher 7 erzeugte gasförmige Tiefsiedemedium wird durch das Turbinen-Einlaßventil 9 der Tiefsiedemedium-Turbine 10 zu deren Drehung zugeführt. Da diese Art einer Turbine eine Hochdrehzahlturbine ist, wird die Drehung der Turbine 10 über das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe 22 dem Generator 11 zur Erzeugung von Leistung übertragen. Nach Arbeitsleistung in der Turbine 10 wird das gasförmige Tiefsiedemedium über die Abführleitung 23 dem Kondensator 13 zugeführt, in dem das gasförmige Medium kondensiert wird.

Das Kondensat des Tiefsiedemediums, das an der Druckseite der Pumpe 14 abgezogen wird, wird auch dem Generatorkühlsystem 18 des Generators 11 zugeführt, wo das Kondensat verdampft wird zum Kühlen des Generators 11 durch die latente Verdampfungswärme. Nach Kühlen des Generators 11 wird das verdampfte Medium in den Tiefsiedemedium-Kondensator 13 wieder eingeführt

Die Turbine 10, das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe 22 und der Generator 11 sind einheitlich in einem Gehäuse untergebracht, das vollständig abgedichtet ist.

Der Druck im Generatorbereich 24, in dem der Generator 11 und andere Ausrüstungsteile angeordnet sind, ist im wesentlichen gleich dem Atmosphärendruck, wenn andere Ausrüstungsteile vollständig abgedichtet sind oder im wesentlichen gleich dem Druck des Dampfes im Kondensator 13, falls Dampf von anderen Ausrüstungsteilen in einem gewissen Ausmaß leckt. Falls ein Lecken auftritt, sind die Dampfabsaugöffnungen 25 so ausgebildet, daß der leckende Dampf dem Kondensator 13 zuführbar ist zur Kondensation darin mittels des durch den Kühlwasser-Eintritt und -Auslaß 27 strömenden Kühlwassers.

Das Kondensat wird durch die Pumpe 14 über die

Flüssigkeitszuführleitung 26 dem direkten Wärmetauscher 7 zugeführt.

F i g. 3 zeigt das Kraftwerk ohne Abdeckung 29 in Richtung des Pfeils III in F i g. 2. Die relativen Lagen der verschiedenen Elemente des Kraftwerkes, das anhand von F i g. 1 erläutert ist, sind deutlich zu erkennen.

Die Verwendung des direkten Wärmetauschers 7 ermöglicht es, das Volumen des Wärmetauschers auf etwa die Hälfte des Volumens eines indirekten Wärmetauschers herkömmlicher Kraftwerke zu verringern. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung des direkten Wärmetauschers 7 eine Förderung der Umwälzung des Zwischenheizmediums durch im direkten Wärmetauscher erzeugte Dampfblasen. Eine Ver ringerung der Größe des Wärmetauschers ist eir wesentlicher Faktor bei der Verringerung der Gesamt größe des Kraftwerks bzw. der Kraftwerksanlage gemäß der Erfindung.

Bei dem erfindungsgemäßen Kraftwerk sind dessen Elemente in der Folge angeordnet, in der Fluide ruhig fließen, um dadurch die Gesamtgröße des Kraftwerk: verringern zu können. Insbesondere sind der Wärme tauscher 2, der direkte Wärmetauscher 7 und die Generator-Ausrüstung in der beschriebenen Folge so angeordnet, daß die Abwärme rationell für das Erzeugen von Leistung verwendet werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Tiefsiedemedium-Kraftwerk mit einem Wärmetauscher zum Übertragen von Wärme von einer Abwärme-Quelle auf ein Zwischenheizmedium, einem Direkt-Wärmetauscher zum Obertragen von Wärme von dem Zwischenheizmedium auf das Tiefsiedemedium, mit einer durch das Tiefsiedemedium angetriebenen Turbine und einem mit der Turbine gekoppelten Generator, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (2) und der Direkt-Wärmetauscher (7) in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander in einem einzigen Gehäuse (28) angeordnet sind, und daß in diesem Gehäuse (28) Strömungswege (22, 21) für das Zwischenheizmedium zwischen diesen beiden Wärmetauschern (2, 7) vorgesehen sind.

2. Kraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine (10), der Generator (It) und der Kondensator (13) ebenfalls in einem einzigen Gehäuse (29) untergebracht sind.

3. Kraftwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (13) unterhalb des Generators (11) angeordnet ist.

4. Kraftwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Zwischenheizmediums über ein Ventil (16) aus seinem Kreislauf abgezogen und einem eigenen Schmiermittelkreislauf (30) zugeführt wird, der die Lager (17) an der Turbine (10), dem Getriebe (22) und dem Generator (U) schmiert.