DE3424950C1

DE3424950C1 - Wärmetransformatoranlage

Info

Publication number: DE3424950C1
Application number: DE3424950A
Authority: DE
Inventors: Vinko Dipl.-Ing. 6909 Walldorf Mu&ccaron;i&cacute;
Original assignee: THERMO CONSULTING HEIDELBERG
Current assignee: THERMO CONSULTING HEIDELBERG
Priority date: 1984-07-06
Filing date: 1984-07-06
Publication date: 1985-03-28

Description

Druck ρ herrscht, wieder resorbiert, wobei Energie als Nutzenergie Qn auf dem angestrebten höheren Nutz-Temperaturniveau tN anfällt. Das aus dem Entgaser 14 in die Leitung 18 des Kreislaufs I abströmende flüssige Arbeitsmittel hat also gegenüber dem in der Leitung 16 zuströmenden Arbeitsmittel sowohl eine geringere Ammoniak-Konzentration als auch einen um die über die Verbindungsleitung 40 abströmende Menge gasförmigen Ammoniaks verringerten Mengenstrom. Andererseits wird die Ammoniak-Konzentration und der Mengenstrom des in dem im Kreislauf II aus dem Resorber 26 in die Leitung 30 abströmenden flüssigen Arbeitsmittels im Vergleich zu dem in der Leitung 28 zugeführten Arbeitsmittel entsprechend erhöht. In dem auf niedrigerem Druckniveau pa stehenden Entgaser 24 wird unter Zufuhr der Abwärme Qaöw.2 wieder Ammoniak aus dem flüssigen Arbeitsmittel ausgetrieben und über die Verbindungsleitung 38 gasförmig in den Absorber 12 zurückgeführt, wo es in dem in die Leitung 16 abströmenden flüssigen Arbeitsmittel absorbiert wird.

Dabei muß im Absorber 12 Wärmeenergie als Verlustwärme Qv bei einer deutlich unter der Temperatur t\bn 2 liegenden Temperatur tv abgeführt werden. Diese Verlustwärme Qy kann beispielsweise an die Umgebungsatmosphäre abgegeben werden. Besonders vorteilhaft ist die Abfuhr die Verlustwärme Qv an ein Fließgewässer, weil diese auch bei den sich jahreszeitlich ändernden Umgebungstemperaturen nur eine relativ geringe Temperaturschwankung aufweisen.

Es ist klar, daß ein kontinuierlicher Betrieb der beschriebenen Wärmetransformatoranlage 10 nur dann aufrechterhalten werden kann, wenn neben der Energiebilanz (QAbw. 1 + QAbw.2 = Qn + Qv) auch die Mengenbilanz des im System strömenden Arbeitsmittels ausgeglichen ist und dabei sichergestellt wird, daß das Arbeitsmittel in den einzelne Funktionskomponenten des Wärmetransformators, d. h. in den Entgasern 14,24, dem Resorber 26 und dem Absorber 12 bei den bestehenden Druckniveaus auch die erforderlichen Konzentrationen hat und diese Konzentrationen auch ständig aufrechterhalten werden. Außerdem muß die Menge χ der über die Verbindungsleitung 40 gasförmig vom Lösungskreislauf I zum Lösungkreislauf II geführten Komponente des Arbeitsmittels gleich der über die Verbindungsleitung 38 vom Lösungskreislauf II zum Lösungskreislauf I zurückgeführten Menge ζ der gasförmigen Arbeitsmittelkomponente sein. Die zur Steuerung dieser Bedingung vorgesehenen Mittel werden hier als bekannt vorausgesetzt und deshalb nicht im einzelnen beschrieben.

Nicht gezeigt sind auch andere bekannte Maßnahmen, um die Ausbeute an Nutzwärme CV zu verbessern, welche beispielsweise in der Einschaltung je eines Wärmetauschers in die Leitungen 16, 18 bzw. 28, 30 der Lösungskreisläufe I und II bestehen können. Solche Mittel und Maßnahmen werden aber nicht nur im Rahmen der in F i g. 1 gezeigten bekannten Wärmetransformatoranlage 10 als zum Stande der Technik gehörend angenommen, sondern sie können sinngemäß auch bei der nachfolgend in Verbindung mit F i g. 2 beschriebenen, in der erfindungsgemäßen Weise weitergebildeten Wärmetransformatoranlage 10' angewandt werden.

Die in F i g. 2 gezeigte Wärmetransformatoranlage 10' stimmt in ihrem grundsätzlichen Aufbau mit der vorstehend beschriebenen Wärmetransformatoranlage 10 überein, wobei in der Zeichnungsfigur auch gleiche Funktionskomponenten beider Anlagen mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so daß es genügt, nachstehend nur die erfindungsgemäß getroffenen Weiterbildungen zu beschreiben, während im übrigen zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorausgegangene Beschreibung verwiesen werden kann.

Wie der Zeichnungsfigur zu entnehmen ist, besteht die Erfindung in der zusätzlichen Einschaltung einer Turbine 42 in die Verbindungsleitung 38, welche von dem im Entgaser 24 ausgetriebenen und zum Absorber 12 strömenden gasförmigen Ammoniak angetrieben wird. Damit ein Betrieb der Turbine 42 möglich ist, muß zwischen dem Entgaser 24 des Lösungskreislaufs II und dem Absorber 12 des Lösungskreislaufs I aber ein Druckgefälle herrschen, d. h. der Druck p\ im Entgaser 24 muß größer als der im Absorber 12 herrschende Druck po sein, wobei andererseits p\ wiederum kleiner als der im Resorber 26 herrschende Druck ρ ist, d. h.

Pq < p\ < p.

Auf der in Fig.2, links neben der Darstellung des Schaltschemas der Wärmetransformatoranlage 10' dargestellten vertikalen Gerade sind die in den Funktionskomponenten herrschenden Drücke schematisch angegeben und in der Darstellung des Schaltschemas ist dementsprechend der Entgaser 24 in Höhe des Drucks Pi eingezeichnet.

Die Ammoniak-Turbine 42 treibt im dargestellten Fall einen elektrischen Generator 44, so daß neben der Nutzwärme Qn zusätzliche Energie in Form hochwertiger elektrischer Energie erhalten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentanspruch:

Resorptions-Wärmetransformatoranlage, die mit einem Zweistoff-Arbeitsmittel, beispielsweise einem Ammoniak-Wassergemisch, betrieben wird, um Abwärme auf ein höheres Nutztemperaturniveau anzuheben, mit zwei Lösungskreisläufen, in welchen das Arbeitsmittel jeweils in flüssiger Phase von einem niedrigeren auf ein höheres Druckniveau gebracht und wieder auf das jeweils niedrigere Druckniveau entspannt wird, wobei im ersten Lösungskreislauf ein niederdruckseitiger Absorber mit einem hochdruckseitigen Entgaser, dem ein Teil der Abwärme zugeführt wird, und im zweiten Lösungskreislauf ein niederdruckseitiger Entgaser, dem ein anderer Teil der Abwärme zugeführt wird, mit einem hochdruckseitigen Resorber zusammengeschaltet sind und zwischen dem niederdruckseitigen Entgaser und dem Absorber sowie dem hochdruckseitigen Entgaser und dem Resorber je eine Verbindung besteht, in welchem die in den Entgasern in Dampfform ausgetriebene Arbeitsmittelkomponente zum Absorber bzw. Resorber übertritt, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindung (38) zwischen dem Entgaser (24) und dem Absorber (12) eine Turbine (42) oder eine andere Expansionsmaschine eingeschaltet ist, in welcher die in der im Entgaser (24) bei einem gegenüber dem im Absorber (12) herrschenden Druck (po) erhöhten Druck (ρή ausgetriebene dampfförmige Arbeitsmittelkomponente enthaltene Energie teilweise in mechanische Energie umgewandelt wird.

Die Erfindung betrifft eine Resorptions-Wärmetransformatoranlage, die mit einem Zweistoff-Arbeitsmittel, beispielsweise einem Ammoniak-Wassergemisch, betrieben wird, um Abwärme auf ein höheres Nutztemperaturniveau anzuheben, mit zwei Lösungskreisläufen, in welchen das Arbeitsmittel jeweils in flüssiger Phase von einem niedrigeren auf ein höheres Druckniveau gebracht und wieder auf das jeweils niedrigere Druckniveau entspannt wird, wobei im ersten Lösungskreislauf ein niederdruckseitiger Absorber mit einem hochdruckseitigen Entgaser, dem ein Teil der Abwärme zugeführt wird, und im zweiten Lösungskreislauf ein niederdruckseitiger Entgaser, dem ein anderer Teil der Abwärme zugeführt wird, mit einem hochdruckseitigen Resorber zusammengeschaltet sind und zwischen dem niederdruckseitigen Entgaser und dem Absorber sowie dem hochdruckseitigen Entgaser und dem Resorber je eine Verbindung besteht, in welchen in den Entgasern in Dampfform ausgetriebene Arbeitsmittelkomponente zum Absorber bzw. Resorber übertritt.

Solche, z. B. mit einem Ammoniak-Wassergemisch als Arbeitsmittel betriebene Wärmetransformatoranlagen (vgl. Zeitschrift »Temperatur Technik«, März/April 1976, Seiten 33—35), werden mit Vorteil dort eingesetzt, wo bei Fabrikationsprozessen Abwärme auf einem Temperaturniveau anfällt, welches eine Weiterverwendung als Prozeßwärme nicht zuläßt. Durch Wärmetransformatoranlage kann solche energetisch weniger wertvolle Abwärme auf ein Nutztemperaturniveau angehoben werden, welches die Verwendung als Prozeßwärme — z. B. nur Erzeugung von Dampf — im Fabri

kationsprozeß ermöglicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmetransformatoranlage so weiterzubilden, daß der Gewinn an aus der Abwärme wiedergewonnener Nutzenergie im Vergleich zu den bekannten Wärmetransformatoranlagen teilweise in Form von mechanischer Energie, d. h. höherwertiger Exergie, erhalten wird.

Ausgehend von einer Wärmetransformatoranlage der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in die Verbindung zwi-' sehen dem Entgaser und dem Absorber eine Turbine oder eine andere Expansionsmaschine eingeschaltet ist, in welcher die in der im Entgaser bei einem gegenüber dem im Absorber herrschenden Druck erhöhten Druck ausgetriebene dampfförmige Arbeitsmittelkomponente enthaltene Energie teilweise in mechanische Energie umgewandelt wird.

Zweckmäßig ist dabei an der Turbine bzw. Expansionsmaschine ein elektrischer Generator angekoppelt, welcher die erzeugte mechanische Energie in hochwertige elektrische Energie umwandelt, obwohl es natürlich grundsätzlich auch möglich ist, die Turbine direkt zum Antrieb von Kompressoren, Pumpen usw. zu verwenden.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt

F i g. 1 ein vereinfachtes schematisches Schaltbild einer Resorptions-Wärmetransformatoranlage mit bekanntem Aufbau; und

Fig. 2 ein Schaltbild eines gegenüber der in Fig.] gezeigten Wärmetransformatoranlage in der erfindungsgemäßen Weise weitergebildeten Wärmetransformatoranlage.

Aus dem in F i g. 1 gezeigten, vereinfachten grundsätzlichen schaltungsmäßigen Aufbau einer bekannten Wärmetransformatoranlage 10 ist erkennbar, daß diese zwei innere Lösungskreisläufe I und II für flüssiges Arbeitsmittel, z. B. ein Ammoniak-Wassergemisch, aufweist, in deren — in der Zeichnungsfigur rechts dargestelltem — Kreislauf I ein Absorber 12 und ein Entgaser 14 durch Leitungen 16 und 18 mit eingeschalteter Lösungspumpe 20 bzw. Drosselorgan 22 und — in der Zeichnung links dargestelltem — zweitem Kreislauf II ein Entgaser 24 und Resorber 26 durch Leitungen 28 und 30 mit eingeschalteter Lösungspumpe 32 bzw. Drosselorgan 34 zusammengeschaltet sind. Im Absorber 12 des ersten und dem Entgaser 24 des zweiten Kreislaufs steht das Arbeitsmittel unter einem niedrigen Druck po. während es im Entgaser 14 des ersten und im Resorber 26 des zweiten Kreislaufs auf einem hohen Druckρgehalten wird.

Durch eine niederdruckseitig den Absorber 12 und den Entgaser 24 verbindende erste Verhindungsleitung 38 und eine hochdruckseitig den Entgaser 14 mit dem Resorber 26 verbindende zweite Verbindungsleitung 40 sind die internen Lösungskreisläufe I und II der Wärmetransformatoranlage 10 verbunden. Die anfallende Abwärmeenergie Qaow. ι und Qaöw. 2 wird in den Entgasern 14 bzw. 24 dazu verwendet, um aus dem flüssigen Arbeitsmittel, d. h. dem Ammoniak-Wassergemisch, die leichter siedende Komponente, d. h. Ammoniak, auszutreiben, welches dann in gasförmiger Phase über die Verbindungsleitungen 40 zum Resorber-26 bzw. die Verbindungsleitung 38 zum Absorber 12 geführt wird. Das in dem auf dem höheren Druckniveau ρ befindlichen Entgaser 14 ausgetriebene Ammoniak wird dann im Resorber 26, in welchem ebenfalls der