DE60127040T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Krafterzeugung aus Wärme - Google Patents

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Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf Krafterzeugung und insbesondere auf ein Verfahren und ein Gerät zur Erzeugung von Kraft unter Einsatz eines Zwischenfluides.
  • In der letzten Zeit ist die Erzeugung von Kraft und/oder Elektrizität und/oder Wärme aus Quellen, z. B. Abwärme aus Gasturbinen, Abwärme aus weiteren industriellen Prozessen, Verbrennung von bestimmten Brennstoffen, usw. mehr ins Interesse gerückt.
  • Entsprechend der Erfindung, welche im US-Patent Nr. 5,860,279 beschrieben ist, wird erhitztes Fluid mittels Wärmeübertragung von dem erhitzten Fluid zu einem flüssigen Kühlmittel zur Verdampfung des flüssigen Kühlmittels gekühlt. Das verdampfte Kühlmittel wird zur Erzeugung von Arbeit in der Form benutzt, dass eine Masse von Umgebungsluft bewegt wird. Das verdampfte Kühlmittel wird, nachdem die Arbeit extrahiert worden ist, kondensiert mittels der Übertragung von enthaltener Wärme in die bewegte Masse von Umgebungsluft. Vorzugsweise wird ein indirekter Wärmeaustauscher verwendet, um verdampftes Kühlmittel unter Einsatz des heißen Fluids zu erzeugen und eine Turbine wird zur Erzeugung von Arbeit unter Einsatz des verdampften Kühlmittels eingesetzt. Ein Gebläse kann direkt mit dem Ausgangsschaft der Turbine verbunden sein, indem die Gebläseschaufeln zur Erzeugung des Massenstroms von Umgebungsluft auf die Funktion der Turbine ansprechen.
  • In der US-Patentschrift Nr. 5,704,209 wird ein externes, mit Gas betriebenes Turbinensystem beschrieben, welches entsprechend der Erfindung einen Kompressor zur Komprimierung von Umgebungsluft aufweist und komprimierte Luft herstellt, einen Luftwärmeaustauscher zur Erhitzung der komprimierten Luft, um erwärmte komprimierte Luft zu erzeugen, eine Turbine zur Ausdehnung der erhitzten komprimierten Luft zur Erzeugung von ausgedehnter Luft und einen Generator, welcher mit der Turbine zur Erzeugung von Strom verbunden ist. In einer weiteren Ausgestaltung ist ein geschlossenes Rankine-Prozess- Dampfkraftwerk vorgesehen, worin der expandierte Dampf, der dem Dampfkondensierer zugeführt wird, durch organisches Fluidkondensat gekühlt wird, und das sich ergebende Dampfkondensat wird einem Wasserwärmetauscher zugeführt. Das dem Dampfkondensierer zugeführte Organik-Fluid-Kondensat wird somit vorgeheizt und dann dem Organik-Fluid-Verdampfer des Rankine-Prozess-Organik-Fluid-Kraftwerks zugeführt.
  • Es stellt sich nicht immer als einfach dar, Kraft und/oder Elektrizität aus solchen Quellen zu erzeugen. Zusätzlich können hohe Pegel nicht regelmäßig erhalten werden, wenn Kraft aus derartigen lokalen Wärmequellen erzeugt wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn Wasser nicht ausreichend verfügbar ist, oder wenn ein Einfrieren droht und als Folge ein Vakuum in dem Kraftsystem zu minimieren ist, um den Zutritt von Luft in das System zu verhindern.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, ein neues und verbessertes Verfahren und ein Gerät zur Erzeugung von Kraft bereitzustellen, worin die Nachteile, die oben beschrieben sind, reduziert oder eliminiert werden.
  • Ein Verfahren zur Erzeugung von Kraft aus einer Wärmequelle entsprechend der Erfindung umfasst die Schritte von: Erhitzen eines Zwischenfluids mittels Wärme aus einer Wärmequelle und Erzeugung eines verdampften Zwischenfluides in einem Zwischenfluiderhitzer/-verdampfer. Wärme von dem verdampften Zwischenfluid wird zur Verdampfung eines organischen flüssigen Arbeitsfluides in einem Organik-Fluid-Verdampfer verwendet, um ein verdampftes organisches Arbeitsfluid und ein Zwischenfluidkondensat zu erzeugen. Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird vor der Zufuhr des verdampften Zwischenfluides zu dem Organik-Fluid-Verdampfer das verdampfte Zwischenfluid expandiert in einer Zwischenfluiddampfturbine und Kraft wird erzeugt. Das verdampfte Organikarbeitsfluid wird in einer Organik-Dampfturbine expandiert zur Erzeugung von Kraft und zur Herstellung von verdampften Organikar beitsfluid; das expandierte organische verdampfte Arbeitsfluid wird zur Erzeugung eines organischen Fluidkondensates kondensiert; und das organische Fluidkondensat wird dem Organik-Fluid-Verdampfer zugeführt. Das erzeugte Zwischenfluidkondensat wird dem Zwischenfluiderhitzer/-verdampfer zugeführt. Das Zwischenfluid weist ein organisches alkyliertes Wärmeübertragungsfluid auf. Vorzugsweise ist das Zwischenfluid ein synthetisches alkyliertes aromatisches Wärmeübertragungsfluid.
  • Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung ein Gerät zur Erzeugung von Kraft aus einer Wärmequelle mit folgenden Bestandteilen: Einem Zwischenfluiderhitzer/-verdampfer, welcher das Zwischenfluid mit Wärme von der Wärmequelle verdampft und ein verdampftes Zwischenfluid erzeugt und einen Organik-Fluid-Verdampfer, welcher ein organisches flüssiges Arbeitsfluid verdampft mit der Wärme aus dem verdampften Zwischenfluid, um ein verdampftes organisches Arbeitsfluid und ein Zwischenfluidkondensat zu erzeugen. Entsprechend der vorliegenden Erfindung expandiert eine Organik-Dampfturbine das verdampfte organische Arbeitsfluid und erzeugt Kraft und erzeugt expandiertes organisches Arbeitsfluid und ein Organikfluidkondensator kondensiert das expandierte organische verdampfte Arbeitsfluid, um ein Organik-Fluidkondensat zu erzeugen. Das Organik-Fluidkondensat wird dem Organik-Fluidverdampfer zugeführt. Nach Maßgabe der vorliegenden Erfindung expandiert eine Zwischenfluiddampfturbine das verdampfte Zwischenfluid vor der Zuführung zu dem Organik-Fluidverdampfer, so dass die Zwischenfluiddampfturbine Kraft erzeugt. Eine Pumpe liefert das Zwischenfluidkondensat zu dem Zwischenfluiderhitzer/-verdampfer. Das Zwischenfluid umfasst ein organisches alkyliertes Wärmeübertragungsfluid. Vorzugsweise ist das Zwischenfluid ein synthetisches alkyliertes aromatisches Wärmeübertragungsfluid.
  • Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden beispielhaft und unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben:
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Gerätes zur Erzeugung von Kraft entsprechend einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung,
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Gerätes zur Erzeugung von Kraft entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung,
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Gerätes zur Erzeugung von Kraft entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung,
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Gerätes zur Erzeugung von Kraft entsprechend einer zusätzlichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung; und
  • 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Gerätes zur Erzeugung von Kraft entsprechend einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung,
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Gerätes zur Erzeugung von Kraft entsprechend eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
  • Alle oben erwähnten Ausgestaltungen sind jedoch gegenseitig aufeinander bezogen.
  • Gleiche Bezugszeichen und Benennungen in den unterschiedlichen Figuren beziehen sich auf ähnliche Elemente.
  • Unter Bezug auf 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine Ausgestaltung eines Gerätes zur Erzeugung von Kraft entsprechend der vorliegenden Erfindung. Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, umfasst das Gerät Zwischenfluiderhitzer/-verdampfer 12, durch welchen verdampftes Zwischenfluid erzeugt wird, indem die Wärme einer Wärmequelle 13 ausgenutzt wird, beispielsweise unter Ausnutzung der in Heißgasen enthaltenen Wärme usw. Das verdampfte Zwischenfluid wird einem Organik-Arbeitsfluidverdampfer 22 zugeführt, wo es durch Übertragung von Wärme zu dem organischen Fluid kondensiert wird, welches in dem Verdampfer vorhanden ist, so dass verdampftes Organikfluid erzeugt wird. Das erzeugte Zwischenflu idkondensat wird unter Einsatz der Pumpe 19 zu dem Zwischenfluiderhitzer/-verdampfer 12 zurückgeführt. Das verdampfte Organikfluid wird der Organikdampfturbine 24 zugeführt, worin es entspannt wird und Kraft erzeugt. Der Generator 26 wird vorzugsweise durch die Organikdampfturbine 24 angetrieben und erzeugt Elektrizität. Das expandierte verdampfte Organikfluid, welches die Organikdampfturbine 24 verlässt, wird dem Organikfluidkondensierer 28 zugeführt und ein Organikfluidkondensat wird erzeugt. Die Pumpe 30 liefert das den Organikfluidkondensierer 28 verlassende Organikfluidkondensat an den Organikarbeitsfluidverdampfer 22. Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird das verdampfte Zwischenfluid einer Zwischenfluidturbine 16 zugeführt, worin das verdampfte Zwischenfluid expandiert wird und Kraft erzeugt, bevor verdampftes Zwischenfluid dem Verdampfer 22 zugeführt wird. Auch hier treibt die Zwischenfluidturbine 16 den Generator an, welcher Elektrizität erzeugt.
  • Im Betrieb extrahiert das Zwischenfluid, welches in dem Zwischenfluidverdampfer 12 vorhanden ist, Wärme von der Wärmequelle 13, beispielsweise von Heißgasen und Zwischenfluiddampf wird erzeugt. Der Zwischenfluiddampf wird vorzugsweise der Zwischenfluidturbine 16 zugeführt und expandiert darin, wobei Kraft erzeugt wird und expandierter Zwischenfluiddampf verlässt die Zwischenfluidturbine 16. Da der Generator 18 vorzugsweise mit der Zwischenfluidturbine 16 gekoppelt ist, wird Elektrizität erzeugt. Der expandierte Zwischenfluiddampf, welcher die Zwischenfluidturbine 16 verlässt, wird über die Linie oder Leitung 20 dem Organikarbeitsfluidverdampfer 22 zugeführt. Das in dem Organikarbeitsfluidverdampfer 22 vorhandene organische Arbeitsfluid kühlt den expandierten Zwischenfluiddampf und das Zwischenfluidkondensat, sowie verdampftes Organikarbeitsfluid wird produziert. Zwischenfluid wird unter Verwendung der Pumpe 19 zu dem Zwischenfluidverdampfer 12 geleitet. Verdampftes organisches Arbeitsfluid wird zu der Organikarbeitsfluidturbine 24 geführt, worin es expandiert wird und Kraft erzeugt wird. Expandierter Organikarbeitsfluiddampf verlässt die Organikarbeitsfluidturbine 24. Vorzugsweise ist die Organikarbeitsfluidturbine 24 mit einem Generator 26 gekoppelt und Elektrizität wird erzeugt. Der expandierte Organikarbeitsfluiddampf wird einem Organikarbeitsfluidkondensierer 28 zugeführt, welcher vorzugsweise luftgekühlt ist und Organikarbeitsfluidkondensat wird produziert. Die Pumpe 30 liefert Organikarbeitsfluidkondensat zu dem Organik-Arbeitsfluid-Verdampfer 22.
  • Das Zwischenfluid umfasst ein organisches alkyliertes Wärmeübertragungsfluid. Vorzugsweise ist das Zwischenfluid ein synthetisches alkyliertes aromatisches Wärmeübertragungsfluid. Das bevorzugte Zwischenfluid ist vorteilhaft, da dessen Einsatz Probleme hinsichtlich eines Einfrierens vermeidet, nicht unter Vakuumbedingungen betrieben werden muss und keine Notwendigkeit einer besonderen Behandlung besteht. Wasser muss in der Regel behandelt werden, wenn es als Zwischenfluid verwendet wird. Das synthetische alkylierte aromatische Wärmeübertragungsfluid wird sinnvoll in einem höheren Temperaturbereich eingesetzt: Verdampfungstemperatur zwischen etwa 250°C und ca. 315°C. Bei diesen Temperaturen liegt der Druck des Zwischenfluides etwas bei 495 kPA und 1560 kPA. Der relativ niedrige Druck wie erwähnt führt zur Eignung für den Einsatz in der vorliegenden Erfindung. Häufig ist die Kondensationstemperatur des Zwischenfluides auf der Zwischenfluidseite des Arbeitsfluidverdampfers 22 vorzugsweise in dem Bereich von etwa 190°C bis etwa 140°C, kann jedoch sehr viel niedriger liegen, falls dies erforderlich ist. Weiterhin erhöht der Einsatz dieses Types von Zwischenfluid als Wärmeübertragungsmedium zur Übertragung von Wärme von der Wärmequelle zu dem Organikarbeitsfluid genauso wie die Erzeugung von Kraft aus dem Zwischenfluid den Wirkungsgrad des Krafterzeugungssystems insgesamt. Das organische Arbeitsfluid umfasst vorzugsweise Pentan, entweder n-Pentan oder Iso-Pentan.
  • Weiterhin kann vorzugsweise der Organikfluidkraftzyklus I eine Vorwärmung aufweisen, sowie eine reguläre Heizung und ei nen Rekuperator. Zusätzlich können vorteilhaft die Generatoren 18 und 26 ersetzt werden durch einen einzelnen gemeinsamen Generator, welcher durch die Turbinen 16 und 24 angetrieben wird, entweder unter Verwendung eines Schaftes mit zwei Enden in dem einzelnen gemeinsamen Generator oder über einen Getriebeantrieb. Der gemeinsame Generator ist vorzugsweise zwischengeschaltet zwischen den Turbinen 16 und 24.
  • Zusätzlich kann zwischen Fluidkondensat, welches in dem Organik-Arbeitsfluid-Verdampfer 22 erzeugt ist, zur Vorheizung des organischen Arbeitsfluides eingesetzt werden, bevor es den Organik-Arbeitsfluid-Verdampfer erreicht. Darüber hinaus kann der Zwischenfluidzyklus einen Rekuperator enthalten. Ein Beispiel für solch einen Zyklus zeigt 2, worin mit dem Bezugszeichen 10A eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dargestellt wird, wobei deutlich darauf hingewiesen wird, dass dies die beste Variante zur Realisierung der Erfindung ist. Wie der Figur zu entnehmen ist, bezeichnet das Bezugszeichen 21 einen Zwischenfluidrekuperator, in welchem Wärme von dem expandierten Zwischenfluiddampf übertragen wird, der die Zwischenfluidturbine 16 zum Zwischenfluidkondensat verläßt, beliefert durch die Pumpe 19A, von der Zwischenfluidseite des organischen Arbeitfluidverdampfers 22. In dieser Ausgestaltung wird ein Teil des erhitzten Zwischenfluidkondensates, welches den Zwischenfluidrekuperator 21 verlässt, dem Organikfluidvorheizer 23 zugeführt, um das Organikarbeitsfluid vorzuheizen, bevor es dem Organikarbeitsfluidverdampfer 22 zugeführt wird. Ein weiterer Teil des erhitzten Zwischenfluidkondensates, welches den Zwischenfluidrekuperator 21 verlässt, wird dem Zwischenfluidverdampfer 12 zugeführt. Zusätzlich ist in der Ausgestaltung ein Organikarbeitsfluidrekuperator 27 umfasst und wird zur Übertragung von Wärme von dem expandierten Organikarbeitsfluiddampf, welcher die Organikarbeitsfluidturbine 24 verlässt, zu dem Organikarbeitsfluidkondensat, welches mittels der Pumpe 30A von dem Organikarbeitsfluidkondensierer 28 zugeführt wird verwendet. Das erhitzte Organikarbeitsfluidkondensat, welches den Orga nikarbeitsfluidrekuperator 27 verlässt wird der Organikarbeitsfluidvorheizung 23 zugeführt. Abgesehen von diesen erwähnten Punkten und unter Bezug auf die vorliegenden Ausgestaltungen, wie sie in Verbindung mit 2 beschrieben sind, ist diese Ausgestaltung ähnlich der Ausgestaltung, welche in Zusammenhang mit 1 beschrieben ist und welche auch in ähnlicher Weise funktioniert.
  • Bezug nehmend auf 3 bezeichnet das Bezugszeichen 10B eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausgestaltung wird lediglich ein Teil des expandierten Zwischenfluiddampfes zu dem Organikarbeitsfluidverdampfer 22 zugeführt werden können, eher als dass sämtlicher expandierter Zwischenfluiddampf geliefert wird, welcher die Zwischenfluidturbine 16 verlässt zu dem Organikarbeitsfluidverdampfer 22. Der andere Teil des expandierten Zwischenfluiddampfes kann zu einer geeigneten Wärmelast 32 zugeführt werden. Die Wärmelast 32 extrahiert die geforderte Wärme aus dem weiteren Teil von expandiertem Zwischenfluiddampf und produziert vorzugsweise Zwischenfluidkondensat, welches zu dem Zwischenfluidverdampfer 12 unter Verwendung der Pumpe 34 rückgeführt wird.
  • Bei der Betrachtung der 4 bezeichnet das Bezugszeichen 10C eine zusätzliche Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann eine weitere Wärmelast 42 mit Wärme aus dem Zwischenfluidkondensat oder einem Teil davon beliefert werden, welche den Organikarbeitsfluidverdampfer 22 verlässt. Die Wärme, die vom Zwischenfluidkondensat abgegeben wird und weitere Wärmelasten 42, wird unter Verwendung einer Pumpe 44 dem Zwischenfluiderhitzer/-verdampfer 12 zugeführt.
  • In 5 bezeichnet das Bezugszeichen 10D ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausgestaltung wird der Organikfluidleistungszyklus eliminiert und lediglich der Zwischenleistungszyklus 50 wird zur Erzeu gung von Kraft herangezogen, genauso wie zur Versorgung der Wärmelast 52.
  • Unter Bezug auf 6 wird mit dem Bezugszeichen 10E eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dargestellt, worin ein weiteres Beispiel eines Zyklus dargestellt ist, welches einen Rekuperator in dem Zwischenfluidzyklus enthält. Wie in der Figur deutlich dargestellt ist, bezeichnet das Bezugszeichen 21E einen Zwischenfluidrekuprator, in welchem Wärme von expandiertem Zwischenfluiddampf aus der Zwischenfluidturbine 16E zu dem Zwischenfluidkondensat übertragen wird, welches durch die Pumpe 19E von dem Zwischenfluid oder von der Gehäuseseite des Organikarbeitsfluidverdampfers 22E zugeführt wird. In dieser Ausgestaltung verlässt ein Teil des Zwischenfluidkondensates die Zwischenfluidseite des Organikarbeitsfluidverdampfers 22E und wird zu der Organikfluidvorheizung 23E geleitet zur Vorheizung des Organikarbeitsfluides vor der Zuführung zu dem Organikarbeitsfluidverdampfer 22E. Ein weiterer Teil des die Zwischenfluidseite des Organikarbeitsfluidverdampfers 22E verlassenden Zwischenfluidkondensates wird dem Zwischenfluidrekuperator 21E zugeführt. In der vorliegenden Ausgestaltung wird Wärme von der Wärmequelle 13E dem Zwischenfluidkondensat hinzugefügt, welches aus dem Organikvorheizer 23E stammt. Folglich wird die Wärme, welche von dem Zwischenfluidkondensat zu dem Organikarbeitsfluid übertragen wird, in der Vorheizung 23E weitere Wärme aufnehmen können, welche von der Wärmequelle 13E extrahiert wird. Zusätzlich ist in dieser Ausgestaltung der Organikarbeitsfluidrekuperator 27E vorgesehen und wird zur Übertragung von Wärme von dem expandierten Organikarbeitsfluiddampf, welcher die Organikarbeitsfluidturbine 24E zu dem Organikarbeitsfluidkondensat verlässt mittels der Pumpe 30E von dem Organikarbeitsfluidkondensierer 28E zugeführt. Erhitztes organisches Arbeitsfluidkondensat, welches aus dem Organikarbeitsfluidrekuperator 27E austritt, wird dem Organikarbeitsfluidvorwärmer 23E zugeführt. Neben diesen oben erwähnten Punkten, die in Bezug auf die vorliegende Ausgestaltung und auf die 6 beschrieben sind, ist die Ausgestaltung ähnlich der, welche in Zusammenhang mit 1 beschrieben wird und funktioniert in der gleichen Weise.
  • Unter bestimmten Umständen können sämtliche der Zwischenfluide, welche die Zwischenfluidseite des Organikarbeitsfluidverdampfers 22E verlassen, der Organikarbeitsfluidvorheizung 23E zugeführt werden. Danach kann das gekühlte Zwischenfluid, welches die Organikarbeitsfluidvorheizung 23E verlässt, der Wärmequelle 13E zugeführt werden, dem erwärmten Zwischenfluid, wobei das erwärmte Zwischenfluid, welches die Wärmequelle 13E verlässt, dem Zwischenfluidrekuperator 21E zugeführt wird.
  • Vorzugsweise wird das Organikarbeitsfluid für diese Ausgestaltung und sämtliche weiteren Ausgestaltungen, die hierin erwähnt werden, Pentane enthalten, d. h. Iso-Pentane und n-Pentane.
  • Entsprechend 6 ist der Generator 18E vorzugsweise aufgeteilt in den Ausgang der Zwischenturbine 16E und der Organikarbeitsfluidturbine 24E. Dies beruht darauf, dass die Zwischenturbine 16E wirksam bei relativ geringen Drehgeschwindigkeiten (1500–1800 UPM) betrieben werden kann, womit eine direkte Kopplung zu dem Generator 18E ermöglicht wird, dessen Rotationsgeschwindigkeit ebenfalls relativ gering ist (1500–1800 UPM). In ähnlicher Weise kann die Drehgeschwindigkeit der Organik-Arbeitsfluid-Turbine 24E ebenfalls relativ gering sein (1500–1800 UPM), wodurch ebenfalls eine direkte Kupplung zu dem Generator 18E ermöglicht wird. Damit ist der Generator 18E zwischen Schwischenfluidturbine 16E und die Organikarbeitsfluidturbine 24E zwischengeschaltet. Es kann jedoch, falls erwünscht, eine getrennte Bestückung mit Generatoren vorgenommen werden.
  • Weiterhin umfasst die Ausgestaltung, wie sie mit Bezug auf 6 beschrieben ist, zwei getrennte Einheiten, Wärmequel leneinheit oder Wärmerückgewinnungsdampfgenerator 40E und Kraftzykluseinheit 50E.
  • Der Wärmerückgewinnungsdampfgenerator 40E ist ein Zwangsdurchlauferhitzer/-verdampfer, aufweisend die Heizelemente wie Bündel und Strukturen, Abgasleitung, Umschaltventil und Aktuatoren, Abgassäule und Bypass-Säule. Der Zweck des Wärmegewinnungsteilsystems besteht darin: a) Ausrichtung und Regelung/Messung der Abwärme der Gasturbine auf den Wärmerückgewinnungsdampfgenerator unter Verwendung eines Umschaltventils; b) Wandlung der in den Verbrennungsgasen enthaltenen Wärme in Dampf; und c) Abgabe der gekühlten Verbrennungsgase an die Atmosphäre über eine weitere Abgassäule 11E.
  • Der Wärmerückgewinnungsdampfgenerator 40E ist ein Röhren/Leitungswärmetauscher, in welchem das Zwischenfluid oder das Thermo-Öl, welches in den Röhren fließt, erwärmt und verdampft wird durch die Verbrennungsgase, welche an der Schalenseite durchfließen. Nach der Abkühlung werden die Verbrennungsgase an die Atmosphäre über eine Abgassäule 11E abgegeben. Erwärmung und Verdampfung tritt in einem Zwangsumlaufwärmesystem auf. Dieses Zwischenfluid oder Termo-Öl verlässt als Dampf den Wärmerückgewinnungsdampfgenerator 40E mit geringfügiger Feuchte. Der Nassdampf wird zu einem Separator geleitet, worin dessen Feuchte mittels eines Schwerkrafttrennsystems entfernt wird. Der Trockendampf, welcher am Kopf des Separators austritt, wird zu einer Zwischenfluid- oder Vorschaltturbine 16E geleitet. Das flüssige Zwischenfluid oder Termoöl, welches am Boden des Separators austritt, wird zum Wärmerückgewinnungsdampfgenerator zurückgeleitet. Das getrocknete, abgetrennte Zwischenfluid oder der Termo-Öldampf, welche der Zwischenfluidturbine 16E zugeführt werden, sind auf einen niederen Druck expandiert. Eine Zwischenfluid- oder Vorschaltturbine 16E, genauso wie eine Organikarbeitsfluid- oder Grundturbine 24E sind beide Mehrfachsäulen (zwei oder drei Säulen) axial betrachtet, Impulstyps, vorzugsweise direkt mit gegenüberliegenden Enden von Generator 18E wie dar gestellt verbunden. Da das Zwischenfluid oder Thermo-Öl ein Kohlenwasserstoff basiertes Fluids ist (wie Pentan), so sind die Geometrie und der Strömungspfad der Zwischenfluidturbine 16E ähnlich dem der Organiarbeitsfluidturbine 24E.
  • Wie oben erwähnt, weist das Zwischenfluid entsprechend der Ausgestaltung nach 6 ein organisches alkyliertes Wärmetransportfluid auf. Vorzugsweise ist das Zwischenfluid ein synthetisches alkyliertes aromatisches Wärmeübertragsfluid. Während sämtliche Fluide dieser Fluidklassen als Zwischenfluid entsprechend dieser Erfindung verwendbar sind, sind die im Wesentlichen bevorzugten Beispiele mit Zwischenfluid derzeit Thermo-Öle „Therminol LT-Fluid und Dowtherm J". Therminol LT ist ein Handelsname für das alkylierte substituierte aromatische Fluid der Firma Solutia mit zentralem Sitz in Belgien. Dowtherm J ist andererseits ein Handelsname für eine Mischung von Isomeren von alkylierten aromatischen Fluiden der Firme Dow Chemical mit Sitz in den USA. Fluide wie Therminol LT und Dowtherm J sind temperaturstabil bis nahezu 340°C und sind deshalb in der Lage, hohen Bauteiltemperaturen von Gasturbinen zuverlässiger zu widerstehen als Pentan. Weitere bevorzugte Beispiele von Zwischenfluiden sind Isomere von Diethylbenzol und Mischungen von Isomeren mit Butylbenzol.
  • Es soll herausgestellt werden, dass das Zwischenfluid, wie es oben beschrieben wird, für sämtliche der Ausgestaltungen, die erwähnt sind, verwendbar ist.
  • Beispiele von Wärmequellen, aus denen die vorliegende Erfindung Wärme entnehmen kann, sind Abgaswärme aus Gasturbinen, Abwärme aus weiteren industriellen Prozessen, Abwärme, die in der Zementindustrie anfällt und in der Zement verarbeitenden Industrie, Wärme welche bei der Verbrennung von Biomassebrennstoff anfällt usw.
  • Weiterhin ist es, während die Spezifizierungen sich auf den Wärmeübertragungszyklus beziehen, falls ein Zwischenfluid eingesetzt wird, möglich in Betracht zu ziehen, nach Maßgabe der vorliegenden Erfindung, dass der Zyklus, welcher das Zwischenfluid als einen Vorschaltzyklus zum Organikarbeitsfluidzyklus verwendet, als einen Grundzyklus einzusetzen.
  • Weiterhin kann, während die Ausgestaltungen entsprechend der Erfindung den Einsatz von Generatoren 18 oder 26 oder den Einsatz eines gemeinsamen Generators zur Erzeugung von Elektrizität beschreiben, nach Maßgabe der Erfindung die durch die Turbinen 16 und 24 oder jede von ihnen erzeugte Kraft als eine mechanische Kraft verwendet werden. Somit kann beispielsweise ein Kompressor betrieben werden oder andere Lasten usw.
  • Während oben erwähnt wird, dass das bevorzugte organische Arbeitsfluid Pentan ist oder auch Iso-Pentan und n-Pentan, können weitere Fluide wie Butan oder Iso-Butan, Hexan und Iso-Hexan genauso als zusätzliche Fluide verwendet werden, wie Kohlenwasserstoffe, beispielsweise können aliphatische Parrafine in ihrer normalen und in ihrer isomerischen Form als Arbeitsfluid für die oben beschriebene Erfindung und deren Ausgestaltungen eingesetzt werden. Zusätzlich können auch Mischungen der oben erwähnten Fluide als Arbeitsfluid für die oben beschriebene Erfindung und deren Ausgestaltungen verwendet werden.
  • Zusätzlich soll erwähnt werden, dass in dieser Ausführung erwähnte Mittel sich auf geeignete Mittel zur Durchführung der Erfindung beziehen.
  • Weiterhin soll darauf hingewiesen werden, dass die Erfindung genauso das Verfahren zum Betrieb des Gerätes umfasst mit Bezug auf die oben beschriebenen Figuren.
  • Es ist davon auszugehen, dass die Vorteile und Ergebnisse, die durch das Verfahren und das Gerät der vorliegenden Erfindung erzielbar sind, aus der obigen Beschreibung der Erfindung zu erkennen sind. Unterschiedliche Veränderungen und Mo difizierungen können vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung wie sie oben und in den folgenden Patentansprüchen beschrieben ist zu verlassen.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Erzeugung von Leistung aus einer Wärmequelle unter Einsatz eines Zwischenfluides zum Transport von Wärme von einer Wärmequelle zu einem organischen Arbeitsfluid, bestehend aus folgenden Schritten: a) Erwärmung eines Zwischenfluides mittels Wärme von der Wärmequelle (13) und Erzeugung eines verdampften Zwischenfluides in einem Zwischenfluid-Erhitzer/Verdampfer (12); b) Verdampfung eines organischen flüssigen Arbeitsfluides mittels Wärme aus dem verdampften Zwischenfluid in einem Organikfluid-Verdampfer (22), um ein verdampftes organisches Arbeitsfluid und ein Zwischenfluidkondensat auszubilden; c) Ausdehnung des verdampften Zwischenfluides in einer Zwischenfluid-Dampfturbine (16) zur Erzeugung von Leistung bevor das verdampfte Zwischenfluid dem Organikfluid-Verdampfer (22) zugeführt wird; d) Ausdehnung des verdampften organischen Arbeitsfluides in einer Organik-Dampfturbine (24) zur Erzegung von Leistung und Erzeugung eines entspannten verdampften organischen Arbeitsfluides; e) Kondensierung des entspannten organischen verdampften Arbeitsfluides zur Erzeugung eines Organikfluidkondensats; und f) Zuführung des organischen Fluidkondensats zu dem Organikfluid-Verdampfer (22), dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenfluid ein synthetisches alkyliertes aromatisches Wärmetransportfluid ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Zwischenfluidkondensat zu dem Zwischenfluid-Erhitzer/Verdampfer (12) zugeführt wird.
  3. Gerät zur Erzeugung von Leistung aus einer Wärmequelle (13) mit einem Zwischenfuid-Kreislauf, beinhaltend einen Fuid-Verdampfer (12), eine Zwischenfluid-Turbine (16) und einen Zwischenfluid-Kondensierer (22), wobei das Gerät gekennzeichnet ist durch a) einen Zwischenfluid-Erhitzer/Verdampfer (12), welcher das Zwischenfluid mit Wärme aus der Wärmequelle (13) erhitzt und verdampft und ein verdampftes Zwischenfluid erzeugt; b) einen Organikfluid-Verdampfer (22), welcher ein organisches flüssiges Arbeitsfluid mit der Wärme aus dem verdampften Zwischenfluid verdampft um ein verdampftes organisches Arbeitsfluid und ein Zwischenfluidkondensat zu erhalten; c) eine Zwischenfluid-Dampfturbine (16), welche das verdampfte Zwischenfluid expandiert, bevor es dem Organikfluid-Verdampfer (22) zugeführt wird, so dass die Zwischenfluid-Dampfturbine (16) Leistung erzeugt; d) eine Organik-Dampfturbine (24), welche das organische Arbeitsfluid expandiert und Leistung erzeugt und ein expandiertes verdampftes organisches Arbeitsfluid ausbildet; e) einen Organikfluid-Kondensierer (28), welcher das expandierte organische verdampfte Arbeitsfluid kondensiert um ein organisches Arbeitsfluidkondensat zu erzeugen, so dass das organische Arbeitsfluidkondensat dem Organik-Arbeitsfluid-Verdampfer zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenfluid ein synthetisches alkyliertes aromatisches Wärmetransportfluid ist.
  4. Gerät nach Anspruch 3, welches eine Pumpe (19) beinhaltet zur Zufuhr des Zwischenfluidkondensates zu dem Zwischenfluid-Erhitzer/Verdampfer (12).
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