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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Alkalimetallthermoelektrischen
Konverter (Alkali Metal Thermoelectric Converter, AMTEC), der ein
Parallelkondensatorsystem aufweist. Die Erfindung findet in Energieerzeugungssystemen
Anwendung, und insbesondere in hybriden Brennkraftmaschinensystemen,
die mehrere Direktenergieumwandlungseinrichtungen enthalten.
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HINTERGRUNDINFORMATIONEN
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Ein
Vorteil von Simple-Cycle-Dampfturbinenkraftwerken ist die Fähigkeit,
sehr vielfältige
fossile Brennstoffe mit einer relativ geringfügigen Vorbehandlung zu verbrennen.
Der Wirkungsgrad von Dampfkraftwerken ist jedoch trotz der Verfügbarkeit von
hohen Temperaturen in ihren Fossilbrennstoff-Brennern begrenzt.
Ein kombinierter Gas-Dampf-Prozess
liefert einen hohen Wirkungsgrad, verbrennt jedoch Erdgas, welches
relativ teuer ist. Eine Nutzung von weniger teuren Brennstoffen wie
etwa Kohle erfordert eine aufwendige Vorbehandlung, z.B. einen Kombiprozess
mit integrierter Kohlevergasung (Integrated Gasification Combined Cycle,
IGCC) und eine druckaufgeladene Wirbelschichtverbrennung (Pressurized
Fluidized Bed Combustion, PFBC) und verringert den Gesamtwirkungsgrad
der Anlage.
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Eine
Alternative zu IGCC- und PFBC-Technologien wäre es, einen Vorschaltprozess
(Topping Cycle) der Direktenergieumwandlung zu verwenden, welcher
keine sich bewegenden Teile aufweist und nahezu jeden Brennstofftyp
zulassen kann. Verfahren der Direktenergieumwandlung weisen jedoch
relativ schmale Bereiche von Wärmequellen-
und Wärmesenken-Temperaturen
auf, um einen effizienten Betrieb zu erreichen und gleichzeitig
eine ausreichende Lebensdauer und Zuverlässigkeit sicherzustellen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Alkalimetallthermoelektrischer Konverter (Alkali
Metal Thermoelectric Converter, AMTEC) mit Parallelkondensatorsystem
bereitgestellt, der Folgendes umfasst: mehrere gegenüberliegende
Hochtemperatur-Arbeitsfluidkanäle,
die durch wenigstens eine Dampfkammer voneinander getrennt sind;
und gekennzeichnet ist durch mehrere gegenüberliegende Niedertemperatur-Kühlmittelleitungen,
die durch wenigstens eine Dampfkammer voneinander getrennt sind
und von den Hochtemperatur-Arbeitsfluidkanälen durch Isolierwände getrennt
sind.
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Das
primäre
Merkmal einer AMTEC Vorrichtung ist ihre Fähigkeit, elektrische Leistung
unter Ausnutzung der Temperaturdifferenz zwischen einem heißen Strom
und einem kalten Strom zu erzeugen. Der heiße Strom wird als ein Nebeneffekt
des elektrischen Umwandlungsprozesses gekühlt, und der kalte Strom wird
durch Abwärme
von der AMTEC Vorrichtung erwärmt.
In verschiedenen Teilen dieser Patentbeschreibung wird ein Teil
der Abwärme
verwendet, um Verbrennungsluft zu erwärmen, und ein Teil wird verwendet,
um Speisewasser und Dampf zu erwärmen.
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Die
Erfindung wird nunmehr beispielhaft unter Bezugnahme auf die unten
aufgeführten 1 bis 5 beschrieben.
Es ist zu beachten, dass von 1 bis 5 nur 3 die
vorliegende Erfindung zeigt. 1, 2, 4 und 5 sollen helfen,
mögliche
Anwendungen der vorliegenden Erfindung zu verstehen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Prinzipskizze eines hybriden Brennkraftmaschinensystems.
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2 ist
eine Prinzipskizze eines isothermen durch Verbrennung erwärmten Alkalimetall-thermoelektrischen
Konverters (AMTEC).
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3 ist
eine Prinzipskizze eines AMTEC mit parallelen Kondensatoren gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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4 ist
ein Flussdiagramm, welches die Prinzipskizze von 1 detaillierter
zeigt.
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5 zeigt
ein Flussdiagramm einer hybriden AMTEC-Rankine-Anlage, welche von AMTEC zurück abgegebene
Wärme verwendet,
um Dampf zu erwärmen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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1 zeigt
schematisch ein hybrides Brennkraftmaschinensystem 10.
Das hybride System enthält
eine Hochtemperatur-Direktenergieumwandlungseinrichtung 12,
eine Niedertemperatur-Direktenergieumwandlungseinrichtung 14 und
eine optionale zweite Niedertemperatur-Direktenergieumwandlungseinrichtung 16.
Die Hochtemperatur-Direktenergieumwandlungseinrichtung 12 umfasst
eine thermionische Vorrichtung oder einen AMTEC. Die Niedertemperatur-Direktenergieumwandlungseinrichtung 14 umfasst
einen AMTEC oder thermoelektrischen Wandler. Die optionale zweite
Niedertemperatur-Direktenergieumwandlungseinrichtung 16 umfasst
einen AMTEC, einen thermoelektrischen oder herkömmlichen Thermophotovoltaik-Wandler
oder einen herkömmlichen
Rankine-Zyklus.
Ein Überhitzer
oder Zwischenerhitzer 18 kann optional in dem hybriden
System 10 installiert sein.
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Verbrennungsluft
A, das heißt
Luft, welche mit Brennstoff verbrannt werden soll, um verbranntes Gas
zu bilden, wird in das System 10 eingeleitet und mit Brennstoff
F gemischt. Der Brennstoff F kann ein beliebiger geeigneter Kohlenwasserstoffbrennstoff sein,
wie etwa Benzol, Benzin, Methan oder Erdgas. Das verbrannte Gas
G erwärmt
sowohl die Hochtemperatur-Vorrichtung 12 als auch die Niedertemperatur-Vorrichtung 14.
Derselbe Strom von Verbrennungsprodukten wird somit verwendet, um
beide Vorrichtungen zu erwärmen.
Das verbrannte Gas G tritt aus dem hybriden System 10 durch
einen Stapel 22 hindurch aus. Ein Kühlmedium C wie etwa Luft oder Wasser
fließt
neben der optionalen zweiten Niedertemperatur-Direktenergieumwandlungseinrichtung 16.
Abwärme
W, die von den verschiedenen Direktenergieumwandlungseinrichtungen
erzeugt wird, wird übertragen,
so wie es durch die verschiedenen breiten Pfeile veranschaulicht
wird, die in 1 dargestellt sind.
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Bevorzugte
Betriebstemperaturen für
die Hochtemperatur-Direktenergieumwandlungseinrichtung 12 betragen
von ungefähr
1.300 K (1.027°C)
bis ungefähr
2.500 K (2.227°C),
besser von ungefähr 1.600
K (1.327°C)
bis ungefähr
2.000 K (1.727°C). Die
Betriebstemperatur für
die erste Niedertemperatur-Direktenergieumwandlungseinrichtung 14 beträgt vorzugsweise
von ungefähr
600 K (327°C)
bis ungefähr
1.300 K (1.027°C),
besser von ungefähr
900 K (627°C)
bis ungefähr
1.250 K (977°C).
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In 1 kann
die Verbrennungsluft A kontinuierlich vorgewärmt werden, zuerst durch den
optionalen Luftheizer 20, danach durch die Abwärme der Niedertemperatur-Direktenergieumwandlungseinrichtung 14,
wie etwa eines Alkalimetall-thermoelektrischen Konverters (z.B.
Quecksilber, Caesium, Rubidium oder Kalium AMTEC) oder einer anderen
geeigneten thermoelektrischen Einrichtung. Die Verbrennungsluft
A wird dann weiter durch die Abwärme der
Hochtemperatur-Einrichtung 12, wie etwa einer thermionischen
Vorrichtung oder eines Hochtemperatur-thermoelektrischen Konverters
(z.B. Lithium-AMTEC), erwärmt.
Die Nieder- und Hochtemperatur-Energieumwandlungseinrichtungen 14 und 12 empfangen
vorzugsweise Wärme
von einem herkömmlichen
Fossilbrennstoff-Brenner (nicht dargestellt).
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Da
die Wärmeabgabetemperatur
der Hochtemperatur-Einrichtung 12 höher ist
als die der Niedertemperatur-Einrichtung 14,
wird eine effektive Rückgewinnung
eines großen
Teils ihrer Abwärme erreicht.
Die Abwärme,
die nicht durch die Verbrennungsluft A zurückgewonnen wird, kann zu der
zweiten Niedertemperatur-Einrichtung 16 weitergeleitet werden,
wie etwa einem AMTEC, einem thermoelektrischen Konverter oder einer
Thermophotovoltaik-Einrichtung, oder einem Rankine-Zyklus, bei dem der
optionale Zwischenerhitzer und/oder Überhitzer 18 direkt
im Brenner installiert ist.
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2 zeigt
schematisch ein AMTEC-System 30, welches als die Hoch-
und/oder Niedertemperatur-Direktenergieumwandlungseinrichtungen verwendet
werden kann. Das System 30 enthält einen AMTEC 32,
der durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Ein Wärmetauscher 34,
der ebenfalls durch gestrichelte Linien dargestellt ist, kommuniziert
mit dem AMTEC 32. Ein Festelektrolyt 36 ist innerhalb des
AMTEC 32 vorgesehen. Für
Hochtemperatur-Direktenergieumwandlungseinrichtungen
umfasst der Festelektrolyt 36 vorzugsweise Natrium oder
Lithium. Für
Niedertemperatur-Direktenergieumwandlungseinrichtungen umfasst der
Festelektrolyt 36 vorzugsweise Kalium. Ein Dampf-Arbeitsfluid V ist
der Oberfläche
des Festelektrolyten 36 benachbart. Der Dampf V kommt von
der Oberfläche
des Festelektrolyten 36 und kondensiert als ein flüssiges Arbeitsfluid
L, welches von einer Pumpe 38 wie etwa einer herkömmlichen
elektromagnetischen Pumpe in Zirkulation durch das System 30 versetzt
wird. Während
des Betriebs des AMTEC-Systems 30 wird
Wärme H übertragen,
so wie es durch die mehreren breiten Pfeile in 2 dargestellt
wird.
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Um
einen isothermen AMTEC-Betrieb bei der höchstmöglichen Temperatur zu bewerkstelligen, obwohl
eine nicht isotherme Wärmequelle
verwendet wird, kann das druckbeaufschlagte AMTEC Arbeitsfluid L
erwärmt
werden, wenn es im Wärmetauscher 34 entgegen
dem Fluss der verbrannten Gase G fließt. Sobald das Arbeitsfluid
den Austritt E des Wärmetauschers
erreicht hat, dehnt es sich durch den AMTEC Elektrolyt 36 isotherm
aus, wie in 2 dargestellt ist. Eine solche
Anordnung bietet nicht nur einen höheren Umwandlungswirkungsgrad
der Einrichtung, sondern auch einen höheren Umwandlungswirkungsgrad
des Gesamtsystems und eine höhere
Leistungsdichte aufgrund der Nutzung eines großen Teils der Wärmeenergie,
die in den verbrannten Gasen G verfügbar ist. Im Falle eines verflüssigten
AMTEC kann der Wärmetauscher
aus einer Anzahl von elektrisch isolierten Rohren bestehen, die das
Arbeitsfluid zu den einzelnen in Reihe geschalteten AMTEC-Baugruppen transportieren.
Wenn ein mit Dampf gespeister AMTEC verwendet wird, ist es nicht
notwendig, eine elektrische Isolation im Wärmetauscher anzubringen.
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3 zeigt
schematisch ein Parallelkondensatorsystem 40 zur Integration
in AMTEC-Systeme gemäß der vorliegenden
Erfindung. Das Parallelkondensatorsystem 40 weist mehrere
Hochtemperaturbereiche oder -kanäle 42 auf,
welche ein eine hohe Temperatur aufweisendes und unter hohem Druck
stehendes Arbeitsfluid enthalten, und mehrere Niedertemperaturbereiche 44,
welche Kühlmittel
enthalten. Das in den Hochtemperaturkanälen 42 enthaltene
Arbeitsfluid mit hoher Temperatur und hohem Druck umfasst vorzugsweise
flüssiges
Metall wie etwa Natrium, Kalium oder Lithium. Das in den Niedertemperaturbereichen 44 enthaltene
Kühlmittel umfasst
vorzugsweise Wasser, Luft, Inertgas oder flüssiges Metall. Isolationswände 46 trennen
die Hochtemperatur- und Niedertemperaturbereiche 42 und 44.
Die Isolationswände 46 sind
vorzugsweise aus äußeren Schichten
von elektrischer Isolation und innerer Wärmeisolation hergestellt, welche
Mehrfachfolie (Multifoil) umfassen.
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Wie
in 3 dargestellt, weist das Parallelkondensatorsystem 40 mehrere
Elektrolytschichten 47 auf, die zwischen Stromkollektor-
oder Elektrodenschichten 48 und 49 angeordnet
sind. Die Elektrodenschichten 48 liegen einander gegenüber und sind
durch wenigstens eine Dampfkammer V getrennt. Die Schichten 48 weisen
aufgrund ihrer Nähe zu
den Hochtemperaturkanälen 42 relativ
heiße Oberflächen auf.
Mehrere einander gegenüberliegende "Rücklauf-Dochte" 50 mit
relativ kühlen
Oberflächen
sind voneinander getrennt und den Niedertemperaturbereichen 44 benachbart.
Arbeitsfluid wird in der Kammer V in der Nähe der heißen Oberflächen 48 verdampft
und strömt
danach zu den kühleren Oberflächen 50,
wo es kondensiert wird. Wie in 3 dargestellt,
sind die Hochtemperaturkanäle 42 derart
angeordnet, dass sie über
die Dampfkammer V hinweg einander gegenüberliegen, während die
Niedertemperaturbereiche 44 in ähnlicher Weise so angeordnet
sind, dass sie einander gegenüberliegen.
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Das
Parallelkondensatorsystem 40, das in 3 dargestellt
ist, begrenzt die Wärmestrahlung und
die Druckverluste innerhalb der AMTEC-Module auf ein Minimum. Das
Hochdruck-/Hochtemperatur-Arbeitsfluid wird axial durch die Kanäle 42 hindurch
zugeführt,
die von den Schichtelementen Elektrode/Elektrolyt/Elektrode 48/47/49 gebildet
werden, wobei sich die Isolationswände 46 an den Seiten
befinden, wie in 3 dargestellt. Elektroden werden von
und zu den Elektroden 48 und 49 durch an deren Oberflächen befindliche
elektrische Leitungen 51 und 52 geleitet. Im Falle
eines mit Flüssigkeit
gespeisten AMTEC werden die negativen Elektroden 49 und
Leitungen 51 nicht benötigt.
Der unter niedrigem Druck stehende Arbeitsfluiddampf strömt in einer
zu den Zuführungskanälen 42 senkrechten
Richtung und kondensiert an den Seiten der Kühlkanäle 44. Die Flüssigkeit
mit niedriger Temperatur fließt
durch die "Rücklauf-Dochte" 50 zurück zu dem
Erwärmungsbereich.
Die Kondensatoroberfläche
befindet sich vorzugsweise in im Wesentlichen derselben geometrischen
Ebene wie der Elektrolyt, wie in 3 dargestellt.
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Die
thermoelektrischen Einrichtungen, die für eine Verwendung in hybriden
Brennkraftmaschinensystemen geeignet sind, erzeugen unter Verwendung
der gebundenen Elektronen in einem Material elektrische Energie
direkt aus Wärmeenergie.
In Metallen und Halbleitern können
sich Elektronen und Löcher
frei in dem Leitungsband bewegen. Diese Elektronen reagieren auf
elektrische Felder, welche einen Fluss von Ladungen oder Strom erzeugen.
Sie können
auch auf einen Temperaturgradienten reagieren, so dass sie einen
Wärmestrom
bewirken. In jedem Falle transportiert die Bewegung der Elektronen
sowohl ihre Ladung als auch ihre Energie.
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Die
vorliegende thermionische Energieumwandlungseinrichtung wandelt
außerdem
ohne sich bewegende Teile Wärme
in Elektrizität
um. Solche Einrichtungen weisen eine heiße Elektrode oder einen Emitter
auf, der im Inneren eines abgedichteten Gehäuses, das elektrisch leitende
Gase enthält,
einer kühleren
Elektrode oder einem Kollektor gegenüberliegt. Von dem heißen Emitter
verdampfte Elektronen strömen
durch den Elektrodenspalt zu der kühleren Elektrode, wo sie kondensieren
und danach über die
elektrische Last zu dem Emitter zurückkehren. Die Temperaturdifferenz
zwischen dem Emitter und dem Kollektor treibt die Elektronen durch
die Last. Es sind verschiedene Geometrien möglich, zum Beispiel mit Elektroden,
die als parallele Ebenen oder als konzentrische Zylinder angeordnet
sind.
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In
den AMTEC-Einrichtungen, die in hybriden Brennkraftmaschinensystemen
verwendet werden, wird Wärme
verwendet, um einen Strom von Ionen über eine Barriere hinweg zu
treiben. Der Strom eines heißen
Materials und seiner Energie zu einem Zustand von geringerer Energie
bewirkt, dass die Elektronen, welche in dem Prozess erzeugt werden, die
Energie zu einer Last transportieren. AMTECs sind hocheffiziente,
statische Energieumwandlungseinrichtungen zur direkten Umwandlung
von Wärmeenergie
aus vielfältigen
Quellen in elektrische Energie. Beispiele von AMTECs werden in den
US-Patentschriften Nr. 4,808,240 und
5,228,922 beschrieben. Manche
AMTEC-Einrichtungen verwenden Beta-Aluminium-Festelektrolyt (Beta Aluminum Solid Electrolyte,
BASE), welcher ein ausgezeichneter Leiter für Natriumionen, jedoch ein
schlechter Elektronenleiter ist. Dadurch kann bewirkt werden, dass Elektronen
nahezu ausschließlich
durch eine externe Last strömen.
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Ein
Typ eines AMTEC, welcher verwendet wurde, weist mehrere rohrförmige Zellen
auf, wie in der
US-Patentschrift
Nr. 5,228,922 beschrieben ist. Jede rohrförmige Zelle
umfasst einen starren porösen
rohrförmigen
Basisabschnitt und einen Dochtwirkungsabschnitt, der auf einer der
Hauptflächen
des rohrförmigen
Basisabschnittes angeordnet ist. Der Dochtwirkungsabschnitt weist
eine Lasche auf, welche sich nach unten unter den rohrförmigen Basisabschnitt
erstreckt. Die Zelle umfasst außerdem
eine Barriere, welche undurchlässig
für das
Alkalimetall ist, ein Isolator für
Elektronen ist, ein Leiter für
Alkalimetallionen ist und auf der anderen Hauptfläche des rohrförmigen Basisabschnittes
angeordnet ist. Ein Leitergitter bedeckt die Barriere. Eine erste
elektrische Leitung ist mit dem Dochtwirkungsabschnitt elektrisch
verbunden, und eine zweite elektrische Leitung ist mit dem Leitergitter
elektrisch verbunden. Die erste elektrische Leitung eines rohrförmigen Moduls
ist mit der zweiten elektrischen Leitung eines benachbarten rohrförmigen Moduls
elektrisch verbunden, wodurch die rohrförmigen Module elektrisch in Reihe
geschaltet werden. Der thermoelektrische Konverter umfasst außerdem ein
Gefäß, das die
Module umschließt.
In dem Gefäß ist ein
Rohrboden angeordnet, um das Gefäß in zwei
Abschnitte aufzuteilen, um die rohrförmigen Module aufzunehmen,
um eine elektrische Isolation zwischen allen Modulen zu gewährleisten
und um mit der Barriere so zusammenzuwirken, dass eine Druck-/Temperatursperre zwischen
den zwei Abschnitten gebildet wird, einem Hochdruck-Hochtemperatur-Abschnitt
und einem Niederdruck-Niedertemperatur-Abschnitt.
In dem Hochdruck-Hochtemperatur-Abschnitt
des Gefäßes befindet
sich geschmolzenes Alkalimetall. Das untere Ende der Lasche des
Dochtwirkungsmaterials ist über
dem Alkalimetall in dem Hochdruck-Hochtemperatur-Abschnitt des Gefäßes angeordnet
und ermöglicht
dabei den einzelnen Modulen, überschüssiges Alkalimetall
in denselben Bereich des Gefäßes abzuleiten
und elektrisch isoliert zu bleiben. Der Konverter umfasst ferner
Mittel zum Erwärmen
des Alkalimetalls in dem Hochdruck-Hochtemperatur-Abschnitt des Gefäßes, Mittel
zum Kondensieren von Alkalimetalldampf, die in dem Niederdruck-Niedertemperatur-Abschnitt
des Gefäßes angeordnet
sind, und Mittel zum Pumpen von Alkalimetall aus dem Niederdruck-Niedertemperatur-Abschnitt
des Gefäßes in den
Hochdruck-Hochtemperatur-Abschnitt des
Gefäßes zum
Umwandeln von Wärmeenergie
in Hochspannungsenergie.
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Ein
hybrides Brennkraftmaschinensystem für Anwendungen in Energieerzeugungssystemen,
in einem Vorschaltprozess (Topping Cycle) oder eigenständig, bietet
mehrere vorteilhafte Merkmale. Die Verbrennungsluft wird durch die
Abwärme
der Nieder- und Hochtemperatur-Direktenergieumwandlungseinrichtungen
kontinuierlich vorgewärmt,
bevor sie in einen Brenner und danach in die Turbine eintritt. Die
Abwärme,
die nicht durch die Verbrennungsluft zurückgewonnen wird, kann optional
zu einer zweiten Niedertemperatureinrichtung oder einem Rankine-Zyklus
geleitet werden. Vorzugsweise wird das AMTEC-Arbeitsfluid in einem
Wärmetauscher mit
Gegenstrom Gas-Flüssigmetall
erwärmt,
um einen isothermen AMTEC-Betrieb und einen maximalen Wirkungsgrad
zu erreichen. Der AMTEC-Kondensator befindet sich vorzugsweise in
im Wesentlichen derselben geometrischen Ebene wie der Elektrolyt
und ist von dem Elektrolyt thermisch isoliert, wodurch Wärmestrahlung
und Druckverluste verringert werden.
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Dieses
System hat potentielle Anwendungen bei neuen und einem Repowering
(Modernisierung) unterzogenen Anlagen, die mit fossilen Brennstoffen betrieben
werden. Die Betriebstemperaturen für die Direktumwandlungseinrichtungen
sind für
eine Anwendung in mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerken
geeignet. Die Verbrennungstemperaturen von fossilen Brennstoffen
sind normalerweise höher
als 1590 K (2.400°F),
während
Dampfgeneratoren selten bei mehr als 870K (1.100°F) arbeiten. Da Direktumwandlungseinrichtungen
in diesem zuvor nicht verwendeten Temperaturbereich zwischen Verbrennung
und Dampfzyklus-Eingang arbeiten, ist der Wirkungsgrad des vorgeschlagenen
hybriden Systems potentiell höher
als der Wirkungsgrad herkömmlicher,
mit Kohle beheizter Dampfturbinenkraftwerke.
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Es
wird nun auf 4 Bezug genommen, welche ein
Flussdiagramm ist, das die Prinzipskizze von 1 detaillierter
zeigt, wobei eine Economizer-Schleife (Vorwärmer-Schleife) 61,
ein Kessel 62 und eine Überhitzer-Schleife 18 hinzugefügt wurden. Hierbei
erzeugt eine Niedertemperatur-AMTEC-Einrichtung 16, die
eine Heizschleife 16' enthält, elektrische
Leistung aus der Temperaturdifferenz zwischen dem heißen verbrannten
Gas G und dem kühleren Wasser
C und der Verbrennungsluft A, und eine Hochtemperatur-AMTEC-Einrichtung 12,
die eine Heizschleife 12' enthält, erzeugt
elektrische Leistung aus der Temperaturdifferenz zwischen dem heißen verbrannten
Gas G und dem kühleren
Dampf C' und der
Verbrennungsluft A.
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Abwärme von
den zwei AMTEC-Einrichtungen wird verwendet, um Verbrennungsluft,
Speisewasser und Dampf zu erwärmen.
Die Verbrennungsluft A empfängt
Abwärme
von dem verbrannten Gas G in einer Vorwärmer-Schleife 58 im
Ergebnis einer Verbrennung von Verbrennungsluft A und Brennstoff F
in einem Brennraum o.ä. 60.
Die vorgewärmte
Verbrennungsluft A strömt
dann weiter zu einer Niedertemperatur-AMTEC-Einrichtung 16 und
einer Hochtemperatur-AMTEC-Einrichtung 12, wo die Verbrennungsluft
A weiter erwärmt
wird. Ein Kühlmedium
C wie etwa Wasser strömt
in die Niedertemperatur-AMTEC-Einrichtung 16, wird durch
verbranntes Gas in einer Economizer-Schleife 61 weiter
erwärmt, wird
in einem Kessel 62 zu Dampf C', wird in einer Schleife 18' und in der
Hochtemperatur-AMTEC-Einrichtung 12 überhitzt und strömt dann
in einem Strom 70 zu dem Dampfzyklus und der Dampfturbine.
Somit wird zurück
abgegebene Wärme
von den zwei AMTEC-Einrichtungen verwendet, um Speisewasser zu erwärmen, Dampf
zu überhitzen
und Verbrennungsluft vorzuwärmen.
Bei dieser Konfiguration unterstützt
die thermionische oder Hochtemperatur-AMTEC-Einrichtung 12 den Überhitzer 18', und die Niedertemperatur-AMTEC-
oder thermionische Einrichtung 16 unterstützt den
Economizer 61 und den Luftvorwärmer 58. Der Abgaskamin
ist mit 22 bezeichnet.
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5 zeigt
die Nachrüstung
eines existierenden Rankine-Dampfzyklus
mit Turbine 114 mit einem AMTEC. Es wird auf 5 Bezug
genommen; die AMTEC-Einrichtung 102 erzeugt Leistung durch Umwandlung
der Temperaturdifferenz zwischen der Luft A und den verbrannten
Gasen G des Brennstoffes F in dem Fossilkessel 78 und dem
Umlaufwasser 100 von der Speisewasserquelle C in elektrische Leistung.
Außerdem
erwärmt
Abwärme
von der AMTEC-Einrichtung 102 das Umlaufwasser 100 auf eine
höhere
Temperatur, den Strom 104, und erhöht dadurch die Menge an Dampf 110,
die durch den Dampfsammler 96 erzeugt wird. Pumpen sind
mit 116 bezeichnet, Brennstoff mit F, der Luftvorwärmer mit 58,
der Economizer mit 61, der Überhitzer mit 18' und der Abgaskamin
mit 22. Der Dampf in der Leitung 118 strömt zu einem
Kondensator.