DE3634376A1

DE3634376A1 - Verfahren zum ablauf thermodynamischer kreisprozesse

Info

Publication number: DE3634376A1
Application number: DE19863634376
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl Ing Hettenhausen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-10-09
Filing date: 1986-10-09
Publication date: 1988-04-21

Description

Die Erfindung besteht aus einer mechanischen Einrichtung, durch welche die bei Wärmekraftanlagen im geschlossenen Kreisprozeß erforderliche Druckerhöhung des zum Dampferzeuger zurück zu fördernden kondensierten Arbeitsstoffes so ausgeführt wird, daß für die Druckerhöhungsarbeit ausschließlich Wärme erforderlich ist. Mit Hilfe der Einrichtung ist es möglich, z. B. nur durch natürliches Gefälle aus einem erhöht angeordneten Kondensator Arbeitsstoff in einen Dampferzeuger (also über eine entsprechende System-Druckdifferenz hin) zu laden.

Zweck

Mit der Erfindung soll die Druckerhöhungspumpe und der ansonsten erforderliche Aufwand an hochwertigen Energieformen (z. B. elektrische oder mechanische Energie bei direkt gekuppelten Pumpen u. ä.) dort durch Wärme ersetzt werden, wo Abwärme (auch Niedertemperatur-Abwärme) oder allgemein Wärme preiswerter als die oben angesprochenen Energieformen verfügbar ist.

Stand der Technik

Bei den bekannten Kraftmaschinen-Anlagen wird eine Pumpe eingesetzt. Neben der Standardliteratur zum Beispiel auch beschrieben in:
DE-AS 14 76 676, Vorrichtung zur Gewinnung von Energie durch Ausnutzung des Temperaturgefälles zwischen verschiedenen Schichten des Meeres, jedoch unter Verwendung einer Pumpe.
DE-30 24 016, Wärmekraftmaschinenanordnung mit einem in einem geschlossenen Kreislauf geführten verdampfbaren Kältemittel als Wärmeträgerfluid, jedoch unter Verwendung einer Pumpe.
DE-29 23 621, Anlage zur Ausnutzung der Sonnenwärme mit einem Sollenkollektor und einer Kraftmaschine, jedoch unter Verwendung einer Ladepumpe.

Kritik am Stand der Technik

Die bisher üblichen Anordnungen erfordern jedoch alle den Einsatz teuerer Sekundärenergien und aufwendiger Pumpen.

Selbst dort, wo in konventionellen Prozessen die Druckerhöhungspumpe direkt an die Expansionsmaschine gekuppelt ist, kann nur eine um den Anteil der Pumparbeit verminderte Ausnutzung der Gesamtanlage erwartet werden.

Da dieser Anteil nicht unerheblich ist, muß diese Art der Krafterzeugung, speziell bei kleinen und kleinsten Anlagen, als ausgesprochen unwirtschaftlich bezeichnet werden.

Preiswert zu fertigende, schwingungsarm und ausdauernd laufende Kraftmaschinen haben in aller Regel einen niederigen Wirkungsgrad. Entsprechend steigt der spezifische Dampfbedarf je produzierter elektrischer/mechanischer Arbeitseinheit und damit auch der Kondensatdurchsatz durch die Kondensat- Druckerhöhungsanlage. Eine Pumpe muß bei einer derartigen Gerätekonfiguration zwangsläufig groß und teuer werden und einen höheren Bedarf an Antriebsenergie erfordern als in optimierten Kraftanlagen üblich.

Aufgabe

Die Erfindung soll überall dort wo Abwärme entsteht, Wärme preiswert verfügbar ist (wobei verschiedene Temperaturebenen gegeben sein müssen), diese nutzen und in hochwertige Antriebsenergie umwandeln.

Erzielbare Vorteile

Unter Verwendung solcher Arbeitsstoffe wie Propan, Butan, Propylen, den Fluor-Kohlen-Wasserstoffen usw. lassen sich dort, wo Heizungs- und Kühlwassersysteme Temperaturdifferenzen aufweisen, Abluft- und Zuluftströme aus Raumlufttechnischen Anlagen zur Verwendung anstehen, Niederdrucktemperaturwärme als Anergie (Wärmemüll) abgegeben werden muß und sich aber noch ein geringeres Temperaturniveau zur Kühlung findet, bzw. erzeugen läßt, kann vergleichsweise hochwertige Sekundärenergie erzeugt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahrensablauf ist es möglich, die gesamte mechanische Leistung der Kraftmaschine für externe Antriebe zur Verfügung zu stellen, denn neben der hierbei nicht mehr erforderlichen Ladepumpe entfällt auch der dafür ansonsten nötige Aufwand an hochwertiger Antriebsenergie. Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird für die Druckerhöhung Wärme eingesetzt.

Prinzipiell ist jede Heizung und jeder Kreislauf von Medien, wo zwischen Beginn und Ende des Kreislaufs eine Temperaturabnahme stattfindet, geeignet, den oben beschriebenen Prozeß quasi "nebenbei" mit ablaufen zu lassen.

Da diesen Kreisläufen weiterhin die vorgegebene Hauptfunktion, nämlich Gebäudeheizung u. ä., bleibt, und sich das hier beschriebene Verfahren der Hauptfunktion leicht unterordnen läßt, muß nur jene Energie zusätzlich aufgebracht werden, die auch in mechanische Energie umgewandelt wird.

Verluste durch Kondensatorabwärme, wie bei eigens für die Krafterzeugung aufgebauten Prozessen üblich, entstehen durch diese Art der Prozeßführung nicht.

Funktionsablauf (siehe Fig. 1)

Das Kondensat läuft aus dem Kondensator (1) durch das Absperrorgan (2) in einen Schleusenbehälter (3). Nach vollständiger Füllung des Schleusenbehälters schließt Absperrorgan (2). Danach öffnet Absperrorgan (4). Der kondensierte Arbeitsstoff läuft in den darunterliegenden Dampferzeuger (5). Der Schleusenbehälter füllt sich anschließend mit Hochdruckdampf. Absperrorgan (4) schließt. Absperrorgan (2) öffnet erneut und ein neues Arbeitsspiel beginnt. Derweil wird der Dampf aus Dampferzeuger (5) über eine Kraftmaschine (6) zum Kondensator (1) geleitet.

Erläuterung des Funktionsprinzips

Wie bei einer Pumpe kann durch die Schleuse Kondensat aus dem Kondensator (niedriger Druck) in den Dampferzeuger (hoher Druck) befördert werden. Beim Rückstellen der Schleuse ist es jedoch, im Gegensatz zu einer Pumpe, nicht zu vermeiden, daß Dampf aus dem Hochdruckbereich in den Niederdruckbereich zurückgeschleust wird. Diese Dampfmenge muß im Dampferzeuger unter dem Einsatz von Wärme aus dem vorher eingeschleusten Kondensat ausgedampft werden. Im Kondensator ist dann die gleiche Wärmemenge wieder abzuleiten. Dazu sind Wärmeströme auf unterschiedlichen Temperaturebenen erforderlich. Die zugeführte Wärmemenge für den rückgeschleusten Dampf und die Kühllast für die Kondensation des Dampfs im Kondensator sind der Aufwand für die Druckerhöhung des Kondensats.

Claims

1. Verfahren zum Aufbau und kontinuierlichen Ablauf von thermodynamischen Kreisprozessen, bestehend aus Dampferzeuger, Kondensator, Kraftmaschine, einer Kondensat-Druckerhöhungsanlage und Verbindungsleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensat-Druckerhöhungsanlage durch eine ohne mechanische Druckerhöhungsarbeit arbeitende Schleusenanlage ersetzt wird, bei welcher das aus dem erhöht angebrachten Kondensator (1) ablaufende Kondensat über ein Absperrorgan (2) in eine Schleusenkammer (3) läuft, nach vollständiger Füllung der Schleusenkammer schließt (2), wonach das am anderen Schleusenkammerende liegende Absperrorgan (4) öffnet, und das Kondensat durch eine Verbindungsleitung in den Dampferzeuger (5) fließt, während durch die gleiche Leitung, zum Volumenaustausch Dampfblasen nach oben perlen und die Schleuse füllen. Steuerung und Antrieb der Absperrorgane erfolgen durch die Kraftmaschine (6).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleuse gekühlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerung und Antrieb der Schleusen-Absperrorgane auf externem Wege erfolgen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Schleusen in alternierenden Betriebszuständen im Einsatz sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator nicht über dem Dampferzeuger angebracht ist. Es ist nur erforderlich, daß die Schleuse (oder die Schleusen) über dem Dampferzeuger angeordnet sind. Bei diesem 5. Verfahren müssen die Schleuse/n von einer mechanischen Einrichtung mit Kondensat angefüllt werden. Dazu ist aber nicht die Druckerhöhungsarbeit aufzubringen, sondern es müssen nur der hydrostatische Druck und die Leitungswiderstände überwunden werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleuse aus einer zylindrischen Kammer besteht mit zwei, den Umfang der Kammer durchdringende Öffnungen (zur Verbindung der Schleuse mit dem Kondensator und dem Dampferzeuger), die durch einen in der Kammer drehbaren Rotationskörper eng ausgefüllt wird. Taschen im Umfang des Rotationskörpers dienen als Schleusenbehälter, die in dem Moment, wo eine Überschneidung mit einer Öffnung erfolgt, jeweils Kondensat/Dampf aufnehmen und nach ca. einer halben Umdrehung und erfolgtem Druckausgleich wieder abgeben. Der Antrieb des Rotationskörpers kann durch die Kraftmaschine oder auf externem Wege erfolgen.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleusen-Absperrorgane von einer Mechanik gesteuert und angetrieben werden, die einem vorgegebenen Differenzdruck zwischen Kondensator und Dampferzeuger als Steuergröße und Stellkraft benutzt für (im Sinne eines pneumatisch betätigten Differentialkolben 5/4-Wegeventils).