EP2785984A1 - Druckreduktion von gasförmigen arbeitsmitteln - Google Patents

Druckreduktion von gasförmigen arbeitsmitteln

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Publication number
EP2785984A1
EP2785984A1 EP12783952.0A EP12783952A EP2785984A1 EP 2785984 A1 EP2785984 A1 EP 2785984A1 EP 12783952 A EP12783952 A EP 12783952A EP 2785984 A1 EP2785984 A1 EP 2785984A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
working fluid
gaseous working
relaxation
energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12783952.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Holger Uhl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hucon Swiss AG
Original Assignee
Hucon Swiss AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hucon Swiss AG filed Critical Hucon Swiss AG
Publication of EP2785984A1 publication Critical patent/EP2785984A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C1/00—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K27/00—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K17/00—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant
    • F01K17/04—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant for specific purposes other than heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]

Definitions

  • the subject matter relates to a method, an apparatus and a method for reducing gaseous pressure
  • the energy transition that has been decided upon is determined by two main goals: first, the replacement of fossil fuels with renewable energy, and second, the improvement of energy efficiency
  • the Act on the Promotion of Combined Heat and Power was enacted.
  • the CHP Act provides for a minimum degree of utilization of the primary energy used as coupled grid energies, heat and electricity.
  • the object of the invention was to provide improved energy efficiency for networks with gaseous working means, such as, for example, a steam network.
  • This object is achieved according to a first aspect of the invention objectively solved by a method comprising reducing a pressure of a gaseous working fluid arranged by parallel to pressure reducing means Relaxation means, wherein a portion of the gaseous working fluid is passed through the expansion means, wherein the relaxation means are adapted to
  • Converting working fluid into mechanical energy comprising converting at least a portion of the energy released in the pressure reduction into mechanical energy by the expansion means during relaxation of the portion of gaseous working fluid passing through the expansion means.
  • Pressure reducing means which are arranged parallel to the pressure reducing means, wherein the
  • Pressure reducing agent and the expansion means are adapted to a pressure of a gaseous
  • This object is achieved according to a third aspect of the invention representatively by a system comprising a network for the distribution of a gaseous working fluid,
  • Work equipment providing means connected to the network
  • Working medium supply means in the network fed gaseous working fluid is passed on the input side into the device, wherein the device is adapted to output the input-side fed gaseous working fluid on the output side pressure reduced.
  • the device may comprise means for distributing the gaseous working fluid, which with the
  • gaseous working fluid to the relaxation means which is relaxed by the relaxation means.
  • This part can be 100% of the gaseous working fluid supplied to the means for distributing the gaseous working fluid
  • Pressure reducing agents do not supply gaseous working fluid and the total part of the gaseous working fluid are supplied to the expansion means.
  • the relaxation means may be considered, for example, as a bypass to the pressure reducing means, the
  • Pressure reducing means are arranged so that the complete gaseous working fluid can be passed to the pressure reducing means and passed through the expansion means.
  • an existing pressure reducing agent such as
  • Relaxation agent for example, retrofitted can be completely bypassed, so that the
  • relaxation means may perceive the same or a similar pressure reduction task previously experienced by the pressure reduction means.
  • the pressure reducing agents continue to do so
  • Pressure reduction means are turned on, for example, in case of failure of the relaxation means and the
  • Working fluid is passed through the pressure reducing means.
  • the means for distributing the gaseous working fluid may for example also be adapted to the
  • This proportion is greater than 0% to less than 100% of the total part of the means for
  • Distribute supplied gaseous work equipment may be, so that this proportion of the gaseous working fluid
  • the relaxation means may be considered parallel to the
  • the means for distributing the gaseous working fluid may, for example, from the gaseous working fluid in addition to the part which is guided by the relaxation means, and the further portion also one or more others
  • the resource providing means are adapted according to the selected gaseous working fluid.
  • the resource providing means may comprise a steam generator, such as a steam generator. a steam boiler, represent.
  • resource providing means may also be any resource providing means.
  • resource providing means may also be any resource providing means.
  • Resource providing means providing the gaseous working fluid.
  • the gaseous working fluid for example, a
  • vaporous working medium for example for a
  • Carbonic acid network or a substantially of air
  • Natural gas networks or represent nitrogen for nitrogen networks, for example.
  • the pressure range of the gaseous working fluid can be in the low pressure range, for example in the pressure range between 1 bar and 10 bar, in particular in the
  • the pressure range of the gaseous working fluid can also deviate from this.
  • the pressure reducing means are adapted to the pressure of a further input side of the supplied
  • the relaxation means are adapted to reduce the pressure of the input side to the relaxation means supplied part of the gaseous working fluid and output on the output side a corresponding pressure-reduced part of the gaseous working fluid.
  • the expansion means are adapted to at least a part of the pressure reduction
  • Working means can be brought about, such as by an inversely operated compressor.
  • the converted mechanical energy may, for example, be output at an output, for example via a shaft or a chain or the like.
  • the expansion means are adapted to generate a mechanical work during the pressure reduction.
  • the expansion means are adapted to convert during the relaxation of the input side of the gaseous working fluid at least a part of an exergy of this first part of the gaseous working fluid into anergy, whereby a relaxation with
  • This conversion of an exergy into an anergy can be accomplished, for example, by reducing a temperature level of the second portion of the gaseous work medium during relaxation by the relaxation means, converting thermal energy into mechanical energy. Accordingly, the output side part of the gaseous working fluid may have a lower temperature level than the input side part of the gaseous working fluid.
  • the relaxation means can therefore be considered as combined heat and power (CHP) means.
  • the pressure reducing means are not adapted to produce mechanical work.
  • the pressure reducing means may be arranged such that the temperature level of the
  • Pressure reducing means for example, be adapted to perform the pressure reduction without providing a job.
  • the pressure reducing means constitute at least one pressure reducing valve.
  • converted mechanical energy is converted into electrical energy.
  • the relaxation means may also comprise energy conversion means which are adapted to those of the
  • the optional output may be an output for outputting the converted electrical energy.
  • these can be any combination of
  • Energy conversion means comprise a generator which is driven by the mechanical energy and which converts the mechanical energy into electrical energy.
  • the relaxants made relaxation of the part of the working fluid, which is guided by the relaxation means follows a linearly directed relaxation process.
  • the pressure-reduced part of the gaseous working fluid output on the outlet side of the expansion means does not in any way form the inlet of the expansion means in this linearly directed expansion process
  • the pressure level of the output pressure is greater than the ambient pressure of the device, such as normal pressure, e.g. greater than about 1013.25 mbar.
  • Relaxing means converting at least a portion of a vapor energy of the part of the gaseous working fluid, which is guided by the relaxation means, in
  • Relaxant is converted, is converted into steam anergy, that the temperature of the relaxed by the relaxation means part of the working fluid is sufficient for a subsequent heating task.
  • the relaxation means may be designed such that only so much exergy of the part of the vaporous working medium which is passed through the expansion means is converted into anergy such that the temperature of the part of the expansion part relaxed by the expansion means
  • Working means is sufficient for a subsequent heating task in a device connected to the sink.
  • this sink requires a specific one
  • Relaxation means for example, be designed so that the temperature of the reduced pressure gaseous portion of the working fluid at the outlet of the expansion means is lowered in temperature relative to the temperature of the input side supplied part of the gaseous working fluid that the temperature of the merged
  • pressure-reduced gaseous working fluid essentially corresponds to the minimum temperature of the sink, or above the minimum temperature of the sink is.
  • the sink is supplied with a gaseous working fluid having a sufficient minimum temperature, wherein
  • the device at the same time can be reduced by the device, the pressure of the gaseous working fluid to a pressure level adapted to the sink, and on the other hand at the same time by the relaxation means of the device heat from the device supplied gaseous working fluid, which is not required for the functionality of the sink, at least partially converted into mechanical energy.
  • the expansion means comprise at least one of the following devices: steam piston engine, steam screw motor, rolling piston motor, Roots blower and scroll motor.
  • the gaseous working fluid is part of a low-pressure system.
  • Compressed air network nitrogen network and natural gas network.
  • the system comprises at least one sink for gaseous working fluid, wherein the device is connected on the output side with at least one depression of the at least one sink.
  • the network may, for example, comprise pipes for conveying the gaseous working fluid and may for example comprise at least one means for dividing gaseous
  • this at least one sink each requires a certain minimum temperature of the gaseous working fluid supplied by the respective device
  • the system includes a plurality of sinks, it may
  • a device according to the second aspect of the invention be assigned to a sink of at least two wells of the plurality of wells such that the respective device is one of the
  • gaseous working fluid such a dimensioned
  • Starting temperature level has that this gaseous working fluid, after being fed via the network to that sink, which of the at least one sink, the highest minimum pressure level and / or the highest
  • Minimum temperature level has, as input working fluid for this sink the minimum pressure level and / or
  • the minimum temperature level of a first sink may be below the initial temperature level of gaseous work equipment produced by the working fluid supply means. Further, the target pressure level of the first drain is below the output pressure level of the
  • Work equipment supply means produced gaseous work equipment.
  • the system comprises a first device according to the second aspect of the invention, which is arranged between the first sink and the working medium supply means, so that at least part of the of the
  • Working medium supply means in the network fed gaseous working fluid is passed on the input side as a gaseous working fluid in the first device, wherein the first device is adapted to the
  • Working fluid here can correspond to the target pressure level of the first sink. At the same time, they are transforming
  • Relaxing means of the first device at least a part of the energy released in the pressure reduction in mechanical energy.
  • the expansion means of the first embodiment can, for example
  • Device be designed such that only so much exergy of the second portion of the gaseous working fluid is converted into anergy that the temperature of the
  • the relaxation means may for example be designed such that the temperature of the reduced-pressure gaseous part of the working fluid, which is guided by the expansion means, at the output of the
  • Relaxing means such in temperature relative to the temperature of the input side of the supplied is lowered gaseous working fluid, that the temperature of the output from the first device merged pressure-reduced gaseous working fluid is substantially equal to the minimum temperature of the first sink, or above the minimum temperature of the first sink.
  • Working means are set up so that the gaseous working fluid are completely or almost completely passed through the relaxation means, so make that
  • Working fluid is passed through the pressure reducing agent.
  • the thermal energy of the steam which is not needed by the sink to maintain its functionality, are at least partially converted into mechanical energy by the relaxation means.
  • the working medium supply means in the network gaseous working fluid is to be provided such an adapted device according to the second aspect of the invention, from the required for the respective sink heat energy of the supplied gaseous working fluid at least a part of mechanical energy through the
  • the energy efficiency can be increased in the network, with mechanical energy and, for example, electrical energy from the pressure reduction can be obtained by the at least one device according to the second aspect of the invention, without additional
  • the network may also comprise a further sink connected to the resource providing means without a device according to the second aspect of the invention being interposed between the further sink and the sink
  • the working medium supply means may for example be dimensioned and / or controlled so that the generated gaseous working fluid such a high
  • This sink can represent, for example, the further sink.
  • the working medium providing means in the system can be designed so that also the sink with the highest minimum temperature level is supplied with gaseous working fluid with sufficient temperature level, while at least one other sink of the plurality of sinks in each case a device according to the second aspect of
  • Invention may be assigned such that the respective device at least a part of the Provided working medium supply means in the network gaseous working fluid on the input side as a gaseous working fluid, wherein the respective
  • Device is adapted to output the input side fed gaseous working fluid on the output side as pressure-reduced gaseous working fluid, which is forwarded to the respective sink, wherein at the same time the relaxation means of the respective
  • the network be a gas network.
  • the network should be one of the following: steam network, carbonic acid network, compressed air network,
  • Nitrogen network and natural gas network are Nitrogen network and natural gas network.
  • Fig. 1 shows an exemplary device according to a
  • Fig. 2 shows an exemplary method according to a
  • Fig. 3 shows an exemplary system according to a
  • FIG. 1 shows an exemplary device 100 according to one exemplary embodiment. This device 100 will be described below together with the exemplary method 200 illustrated in FIG. 2 according to an exemplary embodiment.
  • the device 100 comprises pressure reduction means 110 and expansion means 120, wherein the expansion means 120 are arranged parallel to the pressure reduction means 110.
  • the expansion means 120 arranged parallel to the pressure reducing means 110 are adapted to reduce a pressure of a gaseous working fluid 150, as shown in step 210 of Figure 2, wherein a portion 121 of the gaseous working fluid 150 through the expansion means 120 and optionally another portion 111 of
  • Pressure reducing means 110 is guided.
  • the device 100 may include means 130 for
  • Pressure reducing means 110 are connected. These means 130 for distributing the gaseous working fluid 150 are arranged to direct the part 121 of the gaseous working fluid 150 to the expansion means, which of the
  • This part 121 can be 100% of the means 130 for distributing the gaseous
  • Pressure Reducing 110 supply no gaseous working fluid and the total part of the gaseous working fluid 150 to the expansion means 120 are supplied.
  • the expansion means 120 may be considered, for example, as a bypass to the pressure reducing means 110, wherein the expansion means 120 are arranged in parallel to the pressure reducing means 110 so that the complete gaseous working fluid 150 to the
  • Relaxing 120 can be passed through.
  • a system for example, in an existing system a
  • the expansion means 120 which can be retrofitted, for example, are completely bypassed, so that the relaxation means 120, for example, the same or a similar
  • Pressure reducing agent 110 for example, at a
  • the gaseous working medium 150 is e.g. be conducted completely or predominantly via the pressure reducing means 110.
  • the means 130 for distributing the gaseous working medium may, for example, also be adapted to supply a proportion 121 of the gaseous working medium 150 to the expansion means 110, this proportion 121 being greater than 0% to less than 100% of the total portion of the gaseous working medium supplied to the distributing means 150 may lie, so this proportion is 121 of the gaseous
  • the expansion means 120 may be considered, for example, as a bypass disposed parallel to the pressure reducing means 110, wherein the portion 121 of the gaseous working fluid 150 directed by the relaxing means 120 constitutes a subset of the gaseous working fluid 150 which is supplied to the distributing means 130.
  • both the pressure reducing means 110 and the expansion means 120 contribute to the pressure reduction of the gaseous working fluid.
  • the means 130 for distributing the gaseous working fluid may, for example, dispense one or more other portions from the gaseous working medium besides the portion 121 guided by the expansion means 120 and the further portion 111 (not shown in FIG. 1).
  • the gaseous working fluid 150 may, for example, a vaporous working fluid, for example for a
  • Carbonic acid network or a substantially of air
  • Natural gas networks or represent nitrogen for nitrogen networks.
  • Working means 150 are in the low pressure range
  • the pressure reducing means 110 are adapted to reduce the pressure of the optionally supplied on the input side further portion 111 of the gaseous working fluid 150 and the output side, a corresponding pressure-reduced further portion 112 of the gaseous working fluid 150th
  • the pressure reducing means 110 are not configured to generate mechanical work.
  • the pressure reducing means 110 may be configured such that the temperature level of the
  • Pressure reducing means 110 remains substantially unchanged, so that the output side of the
  • Pressure Reducing 110 issued reduced pressure part 112 of the gaseous working fluid 150 has substantially the same or a similar temperature level as the input side supplied further part 111 of the gaseous working fluid 150.
  • the pressure reducing means 150 may be configured to perform the pressure reduction without providing work. For example, that can
  • Pressure Reducing Agent 110 one or more
  • the expansion means 120 are adapted to the pressure of the input-side supplied part 121 of the To reduce gaseous working fluid 150 and output on the output side a corresponding pressure-reduced part 12 of the gaseous working fluid 150.
  • the relaxation means 120 are adapted to at least a part of the energy released in the pressure reduction by relaxation of the gaseous
  • the relaxation means 120 may also comprise energy conversion means (not shown in FIG. 1) arranged to be used by the
  • the optional output 125 may have an output for outputting the
  • these energy conversion means may comprise a generator which is powered by the mechanical energy and which converts the mechanical energy into electrical energy.
  • the expansion means 120 are adapted to be during the
  • the relaxation means 120 are for example
  • This conversion of an exergy into an anergy may be accomplished, for example, by reducing a temperature level of the portion 121 of the gaseous
  • Relaxing means 120 a lower temperature level than the input-side supplied portion 121 of the gaseous
  • the expansion means 120 can therefore be considered as a combined heat and power (CHP) means.
  • CHP heat and power
  • Working means 150 are converted into a mechanical energy.
  • the device 100 may, for example, means 140 for
  • Working means 160 include.
  • the expansion means 120 may be designed such that only so much exergy of the part 121 of the vaporous working medium 150, which the
  • Relaxation means 120 is supplied, in anergy
  • Relaxation means relaxed part 122 of the working fluid 150 for a subsequent heating task in one with
  • Device 110 connected sink 320 (not shown in Figure 1) is sufficient.
  • this sink 320 requires a certain minimum temperature to ensure the functionality of the sink 320.
  • the gaseous working fluid 150 supplied to the device 100 has a higher
  • the expansion means 120 may be designed such that the temperature of the
  • Reduced pressure gaseous portion 122 of the working fluid at the outlet of the expansion means is lowered in temperature relative to the temperature of the input side supplied part 121 of the gaseous working fluid 150, that the temperature of a merged pressure-reduced gaseous working fluid 160 substantially the
  • Minimum temperature of the sink 320 corresponds to or above the minimum temperature of the sink 320 is.
  • the sink 320 is supplied with a gaseous working fluid having a sufficient minimum temperature, wherein
  • heat from the gaseous working fluid 150 supplied to the device 100 which is not required for the functionality of the sink 320, can be at least partially converted into mechanical energy.
  • mechanical energy can be obtained from the gaseous working medium supplied to the device 100, without impairing the functionality of the sink 320 and without requiring additional fuel.
  • This mechanical energy can be converted into electrical energy, for example.
  • the relaxants may be considered
  • Counter-pressure device to be set up.
  • Counterpressure device is the pressure level of
  • the ambient pressure of the device 100 such as the normal pressure, ie. greater than about 1013.25 mbar.
  • the expansion means 120 may include, for example, at least one of the following devices: steam piston engine, steam engine, rolling piston engine, Roots blower and scroll motor.
  • the steam piston engine may comprise, for example, one or more cylinders, wherein a control piston is associated with each cylinder, which regulates the required amount of steam through the stroke of the piston.
  • the piston or pistons transmit the force to a crankshaft, which transmits the converted mechanical energy.
  • the rolling piston engine for example, a
  • Rotary engine is which heat energy by relaxation of the working fluid in rotational energy and thus in
  • the rolling piston engine can thus represent a rotary piston compressor, which is used to convert thermal energy into mechanical energy.
  • the Scrollkolbenmotor includes, for example, two nested spirals, one of which is stationary and the other is moved via an eccentric output on a circular path, wherein by Scrollkolbenmotor a
  • Heat energy is used in mechanical energy, while the inversely operated scroll compressor is the gaseous
  • the steam screw motor may be, for example, a multi-shaft rotary displacement machine, e.g. one
  • Screw compressor in which, for example, two
  • Helical, rotating shafts intermesh and are closely enclosed by a housing. During the intake process, the steam through a housing opening in a
  • the gaseous working fluid 150 may constitute a vaporous working fluid.
  • converting at least a portion of the energy released in the pressure reduction into mechanical energy by the expansion means comprises converting at least a portion of a vapor energy of the second portion of the gaseous working fluid into steam energy.
  • conversion of at least a part of the energy released in the pressure reduction into mechanical energy by the expansion means may be made by converting thermal energy into mechanical energy.
  • the device 100 may for example comprise further features which are not shown in FIG.
  • FIG. 3 shows an exemplary system 300 according to one
  • This system 300 comprises a network for distributing a gaseous working fluid
  • Work equipment supply means 350 which are connected to the network and which are adapted to a gaseous working fluid 355 with a specific
  • fed gaseous working fluid 355 input side 150 is passed into the device 100, wherein the Device 100 is adapted to output the input-side gaseous working fluid 150 output side 160 reduced pressure. At the same time relax the 120 relaxation of the
  • the expansion means 120 can thus be considered, for example, as a CHP means with heat guidance.
  • the network may comprise, for example, tubes for conveying the gaseous working fluid and may for example comprise at least one optional means 340 for distributing gaseous working fluid into at least two parts
  • the system 300 may include at least one sink 310, 320, 330, which receives at least a portion of the gaseous working fluid via the network.
  • the system may, for example, include only one well 320.
  • the system can be any type of sink 310, 320, 330.
  • the network may for example be a steam network, wherein the gaseous working fluid 150 may be, for example, steam, or the network may be, for example, a carbonic network, or the network may be, for example, a compressed air network, the gaseous working fluid 150 consisting essentially of air, for example Network can
  • the following is exemplary and without limitation
  • the network is a steam network and the gaseous working fluid 150 is steam.
  • the work agent providing means 350 may
  • a steam generator 350 such as a steam boiler 350.
  • this steam generator 350 may be configured to supply steam at a particular output pressure level and at a particular pressure level
  • Each of the at least one sink 310, 320, 330 can be any of the at least one sink 310, 320, 330.
  • the steam 355 provided by the steam generator 350 may have such a measured outlet pressure level and / or a selected outlet temperature level that, after being supplied via the mains, the steam may flow through the steam
  • depression which is from the at least one depression 310, 320, 330 has the highest minimum pressure level and / or the highest minimum temperature level, as input steam 315 for this sink 310, the minimum pressure level and / or
  • the steam network may be a steam heating network, with the first sink 320 being a steam heater.
  • the minimum temperature level of the first drain 320 is located
  • the target pressure level of the first drain 320 is below the
  • the sink 320 may also be, for example, a
  • the system 300 includes the apparatus 100 disposed between the first sink 320 and the optional means 355 for dividing the steam 355 such that at least a portion of the gaseous working fluid fed into the network by the working fluid supply means enters the device 100 as steam 150 at the entrance is guided, wherein the device 100 is adapted to the input side fed gaseous working fluid output on the output side as pressure-reduced steam 160, which is forwarded to the first sink 320.
  • pressure-reduced steam may in this case correspond to the desired pressure level of the first sink 320. At the same time, they are transforming
  • Relaxing means 120 of the device 100 at least a part of the energy released in the pressure reduction in mechanical energy. Since that required by the first sink 320
  • Output temperature levels of the steam 355 and thus below the temperature level of the input side of the device 100 supplied steam 150 is, for example, the
  • Relaxing means 120 of the device 100 may be designed such that only as much exergy of the second portion 121 of the vaporous working fluid 150 is converted into anergy that the temperature of the relaxation means
  • Relaxation means 120 may for example be designed such that the temperature of the reduced-pressure gaseous part 122 of the working fluid at the outlet of
  • Relaxing means is lowered in such a temperature relative to the temperature of the input-side supplied portion 121 of the gaseous working fluid 150, that the
  • Temperature of the merged pressure-reduced gaseous working fluid 160 essentially corresponds to the minimum temperature of the sink 320, or above the minimum temperature of the sink 320 is located. For example, if the means 130 for
  • Relaxing means 120 are guided so put the combined pressure-reduced gaseous working fluid 160 at the output of the device 100 of the
  • the heat energy of the steam 150 which is not needed at all by the sink 320 to maintain its functionality can be at least partially converted into mechanical energy by the expansion means 120.
  • the steam network may optionally include a second sink 310, which may also be a steam heater, which requires an input-supplied steam 315 having a certain minimum temperature. It is assumed that the minimum temperature of the second drain 310 is above the minimum temperature of the first drain 320.
  • the steam generator 350 must be sized or controlled so that the generated steam such a high
  • Starting temperature has that the supplied via the means 140 for dividing the steam of the depression 310 315 has a temperature which is substantially the
  • Minimum temperature of the sink 310 is equal to or above this minimum temperature. Between the means for dividing the steam and the sink 310 may also
  • steam pressure reducing means 110 may be placed as described with respect to FIG. 1 to lower a vapor pressure.
  • the steam generator 350 must provide a steam 355 whose exit temperature level is higher than that required by the first drain 320
  • each sink 310, 320, 330 a specially adapted steam generator with each adapted
  • the device 100 according to the invention now makes it possible, at least part of the heat energy of this high
  • the steam network can also comprise further depressions, wherein only a third drain 330 is shown by way of example in FIG. 3. If one of these further depressions 330 presupposes a minimum temperature level which is below the initial temperature level of the steam 355, a further device 100 'may be provided for this third sink 330.
  • the expansion means 120 'of the device 100' may also be designed, like the expansion means 120 of the apparatus 100, for only so much exergy of the part 121 'of the steam 150' guided by the expansion means 120 '. is converted into anergy such that the temperature of the part 122 'of the steam 150' expanded by the expansion means 120 'is changed for the subsequent heating task in the zone with which
  • Vapor 355, such an adapted device 100, 100 ' may be provided, which from that for the respective sink

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Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zum Reduzieren eines Drucks eines gasförmigen Arbeitsmittels (150, 150') durch parallel zu Druckreduzierungsmittel (110, 110') angeordneten Entspannungsmittel (120, 120'), wobei ein Teil (121, 121') des gasförmigen Arbeitsmittels (150, 150') durch die Entspannungsmittel (101, 101') geführt wird, wobei die Entspannungsmittel (120, 120') dazu eingerichtet sind, zumindest einen Teil der bei der Druckreduzierung freigesetzten Energie durch Entspannung des gasförmigen Arbeitsmittels in mechanische Energie umzuwandeln, und zum Umwandeln zumindest einen Teils der bei der Druckreduzierung freigesetzten Energie in mechanische Energie durch die Entspannungsmittel (120, 120') während der Entspannung des Teils (121, 121') des gasförmigen Arbeitsmittels (150, 150'), welcher durch die Entspannungsmittel (120, 120') geführt wird.

Description

Druckreduktion von gasförmigen Arbeitsmitteln
Der Gegenstand betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Druckreduzierung von gasförmigen
Arbeitsmitteln bei einhergehender Erzeugung von mechanischer Energie .
Die im Jahr 2011 von der deutschen Bundesregierung
beschlossene Energiewende wird durch zwei wesentliche Ziele bestimmt: Zum einen soll Ersatz fossiler Energien durch erneuerbare Energie geschaffen werden, und zum anderen soll eine Verbesserung der Energieeffizienz bei
Umwandlungsprozessen herbeigeführt werden.
Zur Verbesserung der Energieeffizienz wurde insbesondere das Gesetz zur Förderung der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK-Gesetz) erlassen. Das KWK-Gesetz sieht unter anderem einen Mindest- Nutzungsgrad der eingesetzten Primärenergie als gekoppelte Netzenergien Wärme und Strom vor.
Basierend hierauf lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Energieeffizienz für Netze mit gasförmigen Arbeitsmitteln, wie beispielsweise einem Dampfnetz, zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung gegenständlich gelöst durch ein Verfahren gelöst, umfassend das Reduzieren eines Drucks eines gasförmigen Arbeitsmittels durch parallel zu Druckreduzierungsmitteln angeordneten Entspannungsmitteln, wobei ein Teil des gasförmigen Arbeitsmittels durch die Entspannungsmittel geführt wird, wobei die Entspannungsmittel dazu eingerichtet sind,
zumindest einen Teil der bei der Druckreduzierung
freigesetzten Energie durch Entspannung des gasförmigen
Arbeitsmittels in mechanische Energie umzuwandeln, und umfassend das Umwandeln zumindest einen Teil der bei der Druckreduzierung freigesetzten Energie in mechanische Energie durch die Entspannungsmittel während der Entspannung des Anteils des gasförmigen Arbeitsmittels, welcher durch die Entspannungsmittel geführt wird.
Diese Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung gegenständlich gelöst durch eine Vorrichtung, umfassend
Druckreduzierungsmittel, Entspannungsmittel, die parallel zu den Druckreduzierungsmitteln angeordnet sind, wobei die
Druckreduzierungsmittel und die Entspannungsmittel dazu eingerichtet sind, einen Druck eines gasförmigen
Arbeitsmittels zu reduzieren, wobei ein Teil des gasförmigen Arbeitsmittels durch die Entspannungsmittel geführt wird, und wobei die Entspannungsmittel dazu eingerichtet sind, zumindest einen Teil der bei der Druckreduzierung
freigesetzten Energie durch Entspannung des gasförmigen
Arbeitsmittels in mechanische Energie umzuwandeln.
Diese Aufgabe wird gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung gegenständlich gelöst durch ein System, umfassend ein Netz zur Verteilung eines gasförmigen Arbeitsmittels,
Arbeitsmittelbereitstellungsmittel, die an das Netz
angeschlossen sind und die dazu eingerichtet sind, ein gasförmiges Arbeitsmittel mit einem bestimmten Druckniveau in das Netz einzuspeisen, und eine Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, welche derart in dem Netz angeordnet ist, dass zumindest ein Teil des von den
Arbeitsmittelbereitstellungsmittel in das Netz eingespeisten gasförmigen Arbeitsmittels eingangsseitig in die Vorrichtung geleitet wird, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, das eingangsseitig eingespeiste gasförmige Arbeitsmittel ausgangsseitig druckreduziert auszugeben.
Beispielsweise kann die Vorrichtung Mittel zum Verteilen des gasförmigen Arbeitsmittels aufweisen, welche mit den
Entspannungsmitteln und den Druckreduzierungsmitteln
verbunden sind. Diese Mittel zum Verteilen des gasförmigen Arbeitsmittels sind dazu eingerichtet, den Teil des
gasförmigen Arbeitsmittels zu den Entspannungsmitteln zu leiten, welcher von den Entspannungsmitteln entspannt wird. Dieser Teil kann 100 % des den Mitteln zum Verteilen des gasförmigen Arbeitsmittels zugeführten gasförmigen
Arbeitsmittels betragen, wobei in diesem Fall die Mittel zum Verteilen des gasförmigen Arbeitsmittels den
Druckreduzierungsmitteln kein gasförmiges Arbeitsmittel zuführen und der Gesamtteil des gasförmigen Arbeitsmittel den Entspannungsmitteln zugeführt werden. In diesem Fall können die Entspannungsmittel beispielsweise als Umgehung zu den Druckreduzierungsmitteln betrachtet werden, wobei die
Entspannungsmittel derart parallel zu den
Druckreduzierungsmittel angeordnet sind, dass das komplette gasförmige Arbeitsmittel an den Druckreduzierungsmittel vorbei und durch die Entspannungsmittel hindurch geleitet werden können. Somit kann beispielsweise in einer bestehenden Anlage ein vorhandenes Druckreduzierungsmittel, wie
beispielsweise ein Druckreduzierungsventil, durch die
Entspannungsmittel, welches beispielsweise nachgerüstet werden kann, vollständig umgangen werden, so dass die
Entspannungsmittel beispielsweise die gleiche oder eine ähnliche Druckreduzieraufgäbe wahrnehmen können, welche vorher von den Druckreduzierungsmittel wahrgenommen wurde. Die Druckreduzierungsmittel bleiben weiterhin dazu
eingerichtet, einen Druck zu reduzieren. So können die
Druckreduzierungsmittel beispielsweise bei einem Fehlerfall des Entspannungsmittels eingeschaltet werden und den
notwendigen Druckabfall veranlassen, wobei in diesem
Fehlerfall die Mittel zum Verteilen das gasförmigen
Arbeitsmittel beispielsweise derart umschalten können, dass das gasförmige Arbeitsmittel z.B. vollständig oder zum überwiegenden Teil über die Druckreduzierungsmittel geleitet werden .
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass ein weiterer Teil des gasförmigen
Arbeitsmittels durch die Druckreduzierungsmittel geführt wird. Die Mittel zum Verteilen des gasförmigen Arbeitsmittels können beispielsweise auch dazu eingerichtet sein, den
Entspannungsmitteln einen Anteil des gasförmigen
Arbeitsmittels zuzuführen, wobei dieser Anteil bei größer 0% bis kleiner 100% des Gesamtteils des den Mitteln zum
Verteilen zugeführten gasförmigen Arbeitsmitteln liegen kann, so dass dieser Anteil des gasförmigen Arbeitsmittels
derjenige Teil des gasförmigen Arbeitsmittels darstellt, der durch die Entspannungsmittel geführt wird, und wobei die Mittel zum Verteilen gleichzeitig dazu eingerichtet sind, einen weiteren Anteil der gasförmigen Arbeitsmittel durch die Druckreduzierungsmittel zu leiten. In diesem Fall können die Entspannungsmittel beispielsweise als parallel zu den
Druckreduzierungsmittel angeordneter Bypass betrachtet werden, wobei der durch die Entspannungsmittel geleitete Teil des gasförmigen Arbeitsmittel eine Untermenge des gasförmigen Arbeitsmittels darstellt, welches dem Mittel zum Verteilen zugeführt wird. Somit übernehmen für diesen Fall sowohl die Druckreduzierungsmittel als auch die Entspannungsmittel einen Beitrag zur Druckreduktion des gasförmigen Arbeitsmittels.
Die Mittel zum Verteilen des gasförmigen Arbeitsmittels können beispielsweise aus dem gasförmigen Arbeitsmittel neben dem Teil, der durch die Entspannungsmittel geführt wird, und dem weiteren Anteil auch noch eine oder mehrere andere
Anteile herausteilen.
Die Betriebsmittelbereitstellungsmittel sind entsprechend dem gewählten gasförmigen Arbeitsmittel angepasst. Stellt das gasförmige Arbeitsmittel beispielsweise Dampf dar, so können die Betriebsmittelbereitstellungsmittel einen Dampferzeuger, wie z.B. einen Dampfkessel, darstellen. Die
Betriebsmittelbereitstellungsmittel können aber auch
beispielsweise einen Biomassegaserzeuger darstellen, oder einen Drucklufterzeuger oder ein sonstiges
Betriebsmittelbereitstellungsmittel, welches das gasförmige Arbeitsmittel bereitstellt.
Das gasförmige Arbeitsmittel kann beispielsweise ein
dampfförmiges Arbeitsmittel, beispielsweise für ein
Dampfnetz, oder ein gasförmiges Arbeitsmittel für ein
Kohlensäurenetz, oder ein im wesentlichen aus Luft
bestehendes Arbeitsmittel für Druckluftnetze, oder
beispielsweise ein erdgashaltiges Arbeitsmittel für
Erdgasnetze darstellen, oder beispielsweise Stickstoff für Stickstoffnetze darstellen. Des weiteren kann der Druckbereich der gasförmigen Arbeitsmittel im Niederdruckbereich liegen, beispielsweise im Druckbereich zwischen 1 bar und 10 bar, insbesondere im
Druckbereich bis 5 bar, oder im Druckbereich bis 3 bar. Der Druckbereich der gasförmigen Arbeitsmittel kann jedoch auch hiervon abweichen.
Die Druckreduzierungsmittel sind dazu eingerichtet, den Druck eines eingangsseitig zugeführten weiteren Teils des
gasförmigen Arbeitsmittels zu reduzieren und ausgangsseitig einen entsprechenden druckreduzierten ersten Anteil des gasförmigen Arbeitsmittels auszugeben, falls die
Druckreduzierungsmittel nicht vollständig durch die
Entspannungsmittel umgangen werden.
Die Entspannungsmittel sind dazu eingerichtet sind, den Druck des eingangsseitig zu den Entspannungsmitteln zugeführten Teils des gasförmigen Arbeitsmittels zu reduzieren und ausgangsseitig einen entsprechenden druckreduzierten Teil des gasförmigen Arbeitsmittels auszugeben.
Ferner sind die Entspannungsmittel dazu eingerichtet sind, zumindest einen Teil der bei der Druckreduzierung
freigesetzten Energie durch Entspannung des gasförmigen
Arbeitsmittels in mechanische Energie umzuwandeln. Diese Entspannung kann durch Expansion des gasförmigen
Arbeitsmittels herbeigeführt werden, wie beispielsweise durch einen invers betriebenen Verdichter. Die umgewandelte mechanische Energie kann beispielsweise an einem Ausgang ausgegeben werden, beispielsweise über eine Welle oder eine Kette oder ähnlichem. Die Entspannungsmittel sind dazu eingerichtet, während der Druckreduzierung eine mechanische Arbeit zu erzeugen. Somit sind die Entspannungsmittel beispielsweise dazu eingerichtet, während der Entspannung des eingangsseitig zugeführten Teils des gasförmigen Arbeitsmittels zumindest einen Teil einer Exergie dieses ersten Teils des gasförmigen Arbeitsmittel in Anergie umzuwandeln, wodurch eine Entspannung mit
einhergehender Erzeugung von Arbeitsleistung erfolgt. Diese Umwandlung einer Exergie in eine Anergie kann beispielsweise durch Verringern eines Temperaturniveaus des zweiten Teils des gasförmigen Arbeitsmittels während der Entspannung durch die Entspannungsmittel erfolgen, wobei Wärmeenergie in mechanische Energie umgewandelt wird. Dementsprechend kann der ausgangsseitige Teil des gasförmigen Arbeitsmittels ein niedriges Temperaturniveau als der eingangsseitige Teil des gasförmigen Arbeitsmittels aufweisen. Die Entspannungsmittel können daher als Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) Mittel betrachtet werden.
Somit kann mit den Entspannungsmitteln der Vorrichtung zumindest ein Teil der Exergie des gasförmigen Arbeitsmittels in eine mechanische Energie umgewandelt werden.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass die Druckreduzierungsmittel nicht dazu eingerichtet sind, mechanische Arbeit zu erzeugen.
Beispielsweise können die Druckreduzierungsmittel derart eingerichtet sein, dass das Temperaturniveau des
gegebenenfalls eingangsseitig zugeführten weiteren Teils des gasförmigen Arbeitsmittels während der Druckreduktion durch die Druckreduzierungsmittel im wesentlichen unverändert bleibt, so dass der ausgangsseitig von den
Druckreduzierungsmitteln ausgegebene druckreduzierte weitere Teil des gasförmigen Arbeitsmittels im wesentlichen das gleiche oder ein ähnliches Temperaturniveau wie der
eingangsseitig zugeführte weitere Teil des gasförmigen
Arbeitsmittels aufweist. Somit können die
Druckreduzierungsmittel beispielsweise dazu eingerichtet sein, die Druckreduktion ohne Erbringen einer Arbeitsleistung durchzuführen .
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass die Druckreduzierungsmittel mindestens ein Druckreduzierungsventil darstellen.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass die von den Entspannungsmitteln
umgewandelte mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird.
Die Entspannungsmittel können auch Energieumwandlungsmittel umfassen, welche dazu eingerichtet sind, die von den
Entspannungsmitteln umgewandelte mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Für dieses Beispiel kann der optionale Ausgang ein Ausgang zur Ausgabe der umgewandelten elektrischen Energie sein. Beispielsweise können diese
Energieumwandlungsmittel einen Generator umfassen, welcher mit der mechanischen Energie angetrieben wird und welcher die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass die von den Entspannungsmitteln vorgenommene Entspannung des Teils des Arbeitsmittels, welcher durch die Entspannungsmittel geführt wird, nach einem linear gerichteten Entspannungsprozess folgt.
Der von den Entspannungsmitteln ausgangsseitig ausgegebene druckreduzierte Teil des gasförmigen Arbeitsmittels wird in diesem linear gerichteten Entspannungsprozess nicht in irgendeiner Form dem Eingang der Entspannungsmittel
zugeführt, wie es bei einem Kreisprozess der Fall wäre.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass die Entspannungsmittel eine
Gegendruckvorrichtung darstellen .
Bei einer Gegendruckvorrichtung liegt das Druckniveau des ausgangsseitig anliegenden Drucks beispielsweise größer als der Umgebungsdruck der Vorrichtung, wie beispielsweise der Normaldruck, also z.B. größer als ca. 1013,25 mbar.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass das gasförmige Arbeitsmittel ein
dampfförmiges Arbeitsmittel darstellt, und dass das Umwandeln von zumindest einem Teil der bei der Druckreduzierung freigesetzten Energie in mechanische Energie durch die
Entspannungsmittel das Umwandeln zumindest eines Teils einer Dampfexergie des Teils des gasförmigen Arbeitsmittels, welcher durch die Entspannungsmittel geführt wird, in
Dampfanergie umfasst.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass das Umwandeln von zumindest einem Teil der bei der Druckreduzierung freigesetzten Energie in mechanische Energie durch die Entspannungsmittel durch
Umwandeln von Wärmeenergie in mechanische Energie erfolgt.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass nur soviel Dampfexergie des Teils des dampfförmigen Arbeitsmittels, welches durch die
Entspannungsmittel geführt wird, in Dampfanergie umgewandelt wird, dass die Temperatur des von den Entspannungsmitteln entspannten Teils des Arbeitsmittels für eine nachfolgende Heizaufgabe ausreichend ist.
Beispielsweise können die Entspannungsmittel derart ausgelegt sein, dass nur soviel Exergie des Teils des dampfförmigen Arbeitsmittels, welches durch die Entspannungsmittel geführt wird, in Anergie umgewandelt wird, dass die Temperatur des von den Entspannungsmitteln entspannten Teils des
Arbeitsmittels für eine nachfolgende Heizaufgabe in einer mit der Vorrichtung verbundenen Senke ausreichend ist.
Beispielsweise benötigt diese Senke eine bestimmte
Mindesttemperatur zur Gewährleistung der Funktionalität der Senke. Wenn die der Vorrichtung zugeführten gasförmigen
Arbeitsmittel eine höhere Temperatur als diese
Mindesttemperatur der Senke aufweisen, können die
Entspannungsmittel beispielsweise derart ausgelegt sein, dass die Temperatur des druckreduzierten gasförmigen Teils des Arbeitsmittels am Ausgang der Entspannungsmittel derart in der Temperatur gegenüber der Temperatur des eingangsseitig zugeführten Teil des gasförmigen Arbeitsmittels abgesenkt ist, dass die Temperatur des zusammengeführten
druckreduzierten gasförmigen Arbeitsmittel im wesentlich der Mindesttemperatur der Senke entspricht, oder oberhalb der Mindesttemperatur der Senke liegt. Somit kann beispielsweise zum einen sichergestellt werden, dass die Senke mit einem gasförmigem Arbeitsmittel mit hinreichender Mindesttemperatur versorgt wird, wobei
gleichzeitig durch die Vorrichtung der Druck des gasförmigen Arbeitsmittel auf ein an die Senke angepasstes Druckniveau reduziert werden kann, und zum anderen kann gleichzeitig durch die Entspannungsmittel der Vorrichtung Wärme aus dem der Vorrichtung zugeführten gasförmigen Arbeitsmittel, welche nicht für die Funktionalität der Senke benötigt wird, zumindest teilweise in mechanische Energie umgewandelt werden .
Hierdurch kann mechanische Energie aus dem der Vorrichtung zugeführten gasförmigen Arbeitsmittel gewonnnen werden, ohne dass die Funktionalität der Senke beeinträchtigt wird, und ohne dass zusätzlicher Brennstoff benötigt wird.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass der von den Druckreduzierungsmitteln gegebenenfalls druckreduzierte weitere Teil des
Arbeitsmittels und der von den Entspannungsmitteln
druckreduzierte Teil des Arbeitsmittels zu einem
druckreduzierten Arbeitsmittel zusammengeführt wird. Dies kann insbesondere dann gelten, wenn auch ein Teil des gasförmigen Arbeitsmittels durch die Druckreduzierungsmittel geführt wird, so dass nach der Druckreduktion durch die Entspannungsmittel und den Druckreduzierungsmittel die jeweiligen druckreduzierten Anteile des gasförmigen
Arbeitsmittel zusammengeführt werden, bevor diese
beispielsweise zu einer Senke weitergeleitet werden. Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass die Entspannungsmittel mindestens eine der folgenden Vorrichtungen umfassen: Dampfkolbenmotor, Dampfschraubenmotor, Rollkolbenmotor, Wälzkolbengebläse und Scrollmotor .
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass das gasförmige Arbeitsmittel Bestandteil eines Niederdrucksystems ist.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass das Verfahren in einem der folgenden Netze angewandt wird: Dampfnetz, Kohlensäurenetz,
Druckluftnetz, Stickstoffnetz und Erdgasnetz.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass das System mindestens eine Senke für gasförmiges Arbeitsmittel umfasst, wobei die Vorrichtung ausgangsseitig mit mindestens einer Senke der mindestens einen Senke verbunden ist.
Das Netz kann beispielsweise Rohre zur Weiterleitung des gasförmigen Arbeitsmittels umfassen und kann beispielsweise mindestens ein Mittel zum Aufteilen von gasförmigem
Arbeitsmittel in mindestens zwei Anteile aufweisen.
Beispielsweise benötigt diese mindestens eine Senke jeweils eine bestimmte Mindesttemperatur des von der jeweiligen Vorrichtung zugeführten gasförmigen Arbeitsmittels ur
Gewährleistung ihrer Funktionalität. Umfasst das System eine Mehrzahl von Senken, so kann
beispielsweise jeweils eine Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung derart zu einer Senke von mindestens zwei Senken der Mehrzahl von Senken zugeordnet sein, dass die jeweilige Vorrichtung ein von den
Betriebsbereitstellungsmitteln bereitgestelltes gasförmiges Arbeitsmittel druckreduziert an die der Vorrichtung
zugeordneten Senke weiterleitet.
Beispielsweise können die von den
Arbeitsmittelbereitstellungsmitteln bereitgestellte
gasförmige Arbeitsmittel ein derart bemessenen
Ausgangsdruckniveau und/oder das bereitgestellte
Ausgangstemperaturniveau aufweist, dass dieses gasförmige Arbeitsmittel, nach Zuführung über das Netz zur derjenigen Senke, welche von der mindestens einen Senke das höchste Mindestdruckniveau und/oder das höchste
Mindesttemperaturniveau aufweist, als Eingangsarbeitsmittel für diese Senke das Mindestdruckniveau und/oder das
Mindesttemperaturniveau dieser Senke erfüllt.
Beispielsweise kann das Mindesttemperaturniveau einer ersten Senke unterhalb des Ausgangstemperaturniveaus der von den Arbeitsmittelbereitstellungsmitteln erzeugten gasförmigen Arbeitsmitteln. Ferner liegt das Solldruckniveau der ersten Senke unterhalb des Ausgangsdrucksniveaus der den
Arbeitsmittelbereitstellungsmitteln erzeugten gasförmigen Arbeitsmitteln .
Das System umfasst eine erste Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, die zwischen der ersten Senke und dem den Arbeitsmittelbereitstellungsmitteln angeordnet ist, so dass zumindest ein Teil des von den
Arbeitsmittelbereitstellungsmittel in das Netz eingespeisten gasförmigen Arbeitsmittels eingangsseitig als gasförmiges Arbeitsmittel in die erste Vorrichtung geleitet wird, wobei die erste Vorrichtung dazu eingerichtet ist, das
eingangsseitig eingespeiste gasförmige Arbeitsmittel
ausgangsseitig als druckreduziertes gasförmiges Arbeitsmittel auszugeben, welches an die erste Senke weitergeleitet wird. Das Druckniveau dieses druckreduzierten gasförmigen
Arbeitsmittels kann hierbei dem Solldruckniveau der ersten Senke entsprechen. Gleichzeitig wandeln die
Entspannungsmittel der ersten Vorrichtung zumindest einen Teil der bei der Druckreduzierung freigesetzten Energie in mechanische Energie um.
Da das von der erste Senke benötigte Mindesttemperaturniveau unterhalb des Ausgangstemperaturniveaus liegt und somit unterhalb des Temperaturniveaus der eingangsseitig der ersten Vorrichtung zugeführten gasförmigen Arbeitsmittel liegt, können beispielsweise die Entspannungsmittel der ersten
Vorrichtung derart ausgelegt sein, dass nur soviel Exergie des zweiten Anteils des gasförmigen Arbeitsmittels in Anergie umgewandelt wird, dass die Temperatur des von den
Entspannungsmitteln entspannten zweiten Anteils des
Arbeitsmittels für eine nachfolgende Heizaufgabe in der mit der ersten Vorrichtung verbundenen ersten Senke ausreichend ist. Die Entspannungsmittel können beispielsweise derart ausgelegt sein, dass die Temperatur des druckreduzierten gasförmigen Teils des Arbeitsmittels, welcher durch die Entspannungsmittel geführt wird, am Ausgang der
Entspannungsmittel derart in der Temperatur gegenüber der Temperatur des eingangsseitig zugeführten Teil des gasförmigen Arbeitsmittels abgesenkt ist, dass die Temperatur des von der ersten Vorrichtung ausgegeben zusammengeführten druckreduzierten gasförmigen Arbeitsmittels im wesentlich der Mindesttemperatur der ersten Senke entspricht, oder oberhalb der Mindesttemperatur der ersten Senke liegt. Wenn
beispielsweise die Mittel zum Verteilen des gasförmigen
Arbeitsmittel derart eingerichtet sind, dass die gasförmigen Arbeitsmittel vollständig oder nahezu vollständig über die Entspannungsmittel geführt werden, so stellen das
zusammengeführte druckreduzierte gasförmigen Arbeitsmittel am Ausgang der ersten Vorrichtung den von den
Entspannungsmitteln ausgegebenen, druckreduzierten Teil des gasförmigen Arbeitsmittels dar, da kein gasförmiges
Arbeitsmittel durch die Druckreduzierungsmittel geleitet wird .
Somit kann diejenige Wärmeenergie des Dampfes, welche von der Senke zur Aufrechterhaltung deren Funktionalität überhaupt nicht benötigt wird, durch die Entspannungsmittel zumindest teilweise in mechanische Energie umgewandelt werden.
Beispielsweise kann für jede Senke von mindestens zwei Senken des System, dessen jeweilige Mindesttemperatur unterhalb des Ausgangstemperaturniveaus des von
Arbeitsmittelbereitstellungsmittel in das Netz eingespeisten gasförmigen Arbeitsmittels liegt, eine derart angepasste Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen sein, die aus der für die jeweilige Senke nicht benötigte Wärmeenergie des zugeführten gasförmigen Arbeitsmittels zumindest einen Teil in mechanische Energie durch die
Entspannungsmittel der jeweiligen Vorrichtung 110, 110' umwandelt . Hierdurch kann die Energieeffizienz in Netz gesteigert werden, wobei mechanische Energie und hieraus beispielsweise auch elektrische Energie aus der Druckreduzierung durch die mindestens ein Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung gewonnen werden kann, ohne dass zusätzliche
Brennstoffe benötigt werden.
Das Netz kann auch eine weitere Senke umfassen, welche mit den Betriebsmittelbereitstellungsmitteln verbunden ist, ohne dass eine Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung zwischen der weiteren Senke und den
Betriebsmittelbereitstellungsmitteln verbunden ist.
Die Arbeitsmittelbereitstellungsmittel können beispielsweise derart dimensioniert und/oder angesteuert sein, dass das erzeugte gasförmige Arbeitsmittel eine derart hohe
Ausgangstemperatur hat, dass auch diejenige Senke der
Mehrzahl von Senken, welche das höchste
Mindesttemperaturniveau der Senken aufweist, über das Netz mit gasförmigen Arbeitsmitteln mit für diese Senke
hinreichendem Temperaturniveau versorgt wird. Diese Senke kann beispielsweise die weitere Senke darstellen.
Somit können die Arbeitsmittelbereitstellungsmittel im System so ausgelegt sein, dass auch die Senke mit dem höchsten Mindesttemperaturniveau mit gasförmigem Arbeitsmittel mit hinreichendem Temperaturniveau versorgt wird, während mindestens einer anderen Senke der Mehrzahl von Senken jeweils eine Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der
Erfindung derart zugeordnet sein kann, dass der jeweiligen Vorrichtung zumindest ein Teil des von den Arbeitsmittelbereitstellungsmittel in das Netz eingespeisten gasförmigen Arbeitsmittels eingangsseitig als gasförmiges Arbeitsmittel bereitgestellt wird, wobei die jeweilige
Vorrichtung dazu eingerichtet ist, das eingangsseitig eingespeiste gasförmige Arbeitsmittel ausgangsseitig als druckreduziertes gasförmiges Arbeitsmittel auszugeben, welches an die jeweilige Senke weitergeleitet wird, wobei gleichzeitig die Entspannungsmittel der jeweiligen
Vorrichtung zumindest einen Teil der bei der Druckreduzierung freigesetzten Energie in mechanische Energie umwandeln.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass das Netz ein Gasnetz darstellt.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass das Netz eines der folgenden Netze darstellt: Dampfnetz, Kohlensäurenetz, Druckluftnetz,
Stickstoffnetz und Erdgasnetz.
In den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine exemplarische Vorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
Fig. 2 ein exemplarisches Verfahren gemäß einem
Ausführungsbeispiel; und
Fig. 3 ein exemplarisches System gemäß einem
Ausführungsbeispiel .
Figur 1 zeigt eine exemplarische Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Diese Vorrichtung 100 wird im Folgenden zusammen mit dem in Figur 2 dargestellten exemplarischen Verfahren 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel erläutert.
Die Vorrichtung 100 umfasst Druckreduzierungsmittel 110 und Entspannungsmittel 120, wobei die Entspannungsmittel 120 parallel zu den Druckreduzierungsmitteln 110 angeordnet sind. Die parallel zu den Druckreduzierungsmittel 110 angeordneten Entspannungsmittel 120 sind dazu eingerichtet, einen Druck eines gasförmigen Arbeitsmittels 150 zu reduzieren, wie in Schritt 210 der Figur 2 dargestellt, wobei ein Teil 121 des gasförmigen Arbeitsmittels 150 durch die Entspannungsmittel 120 und gegebenenfalls ein weiterer Anteil 111 des
gasförmigen Arbeitsmittels 150 durch die
Druckreduzierungsmittel 110 geführt wird.
Beispielsweise kann die Vorrichtung 100 Mittel 130 zum
Verteilen des gasförmigen Arbeitsmittels 150 aufweisen, welche mit den Entspannungsmitteln 120 und den
Druckreduzierungsmitteln 110 verbunden sind. Diese Mittel 130 zum Verteilen des gasförmigen Arbeitsmittels 150 sind dazu eingerichtet, den Teil 121 des gasförmigen Arbeitsmittels 150 zu den Entspannungsmitteln zu leiten, welcher von den
Entspannungsmitteln entspannt wird. Dieser Teil 121 kann 100 % des den Mitteln 130 zum Verteilen des gasförmigen
Arbeitsmittels zugeführten gasförmigen Arbeitsmittels 150 betragen, wobei in diesem Fall die Mittel 130 zum Verteilen des gasförmigen Arbeitsmittels 150 den
Druckreduzierungsmitteln 110 kein gasförmiges Arbeitsmittel zuführen und der Gesamtteil des gasförmigen Arbeitsmittel 150 den Entspannungsmitteln 120 zugeführt werden. In diesem Fall können die Entspannungsmittel 120 beispielsweise als Umgehung zu den Druckreduzierungsmitteln 110 betrachtet werden, wobei die Entspannungsmittel 120 derart parallel zu den Druckreduzierungsmittel 110 angeordnet sind, dass das komplette gasförmige Arbeitsmittel 150 an den
Druckreduzierungsmittel 110 vorbei und durch die
Entspannungsmittel 120 hindurch geleitet werden können. Somit kann beispielsweise in einer bestehenden Anlage ein
vorhandenes Druckreduzierungsmittel 110, wie beispielsweise ein Druckreduzierungsventil, durch die Entspannungsmittel 120, welches beispielsweise nachgerüstet werden kann, vollständig umgangen werden, so dass die Entspannungsmittel 120 beispielsweise die gleiche oder eine ähnliche
Druckreduzieraufgäbe wahrnehmen können, welche vorher von den Druckreduzierungsmittel 110 wahrgenommen wurde. Die
Druckreduzierungsmittel 110 bleiben weiterhin dazu
eingerichtet, einen Druck zu reduzieren. So können die
Druckreduzierungsmittel 110 beispielsweise bei einem
Fehlerfall des Entspannungsmittels eingeschaltet werden und den notwendigen Druckabfall veranlassen, wobei in diesem Fehlerfall die Mittel 130 zum Verteilen das gasförmigen
Arbeitsmittel 150 beispielsweise derart umschalten können, dass das gasförmigen Arbeitsmittel 150 z.B. vollständig oder zum überwiegenden Teil über die Druckreduzierungsmittel 110 geleitet werden. Die Mittel 130 zum Verteilen des gasförmigen Arbeitsmittels können beispielsweise jedoch auch dazu eingerichtet sein, den Entspannungsmitteln 110 einen Anteil 121 des gasförmigen Arbeitsmittels 150 zuzuführen, wobei dieser Anteil 121 bei größer 0% bis kleiner 100% des Gesamtteils des den Mitteln zum Verteilen zugeführten gasförmigen Arbeitsmitteln 150 liegen kann, so dass dieser Anteil 121 des gasförmigen
Arbeitsmittels 150 derjenige Teil 121 des gasförmigen Arbeitsmittel darstellt, der durch die Entspannungsmittel geführt wird, und wobei die Mittel 130 zum Verteilen
gleichzeitig dazu eingerichtet sind, einen weiteren Anteil 111 der gasförmigen Arbeitsmittel 150 durch die
Druckreduzierungsmittel 110 zu leiten. In diesem Fall können die Entspannungsmittel 120 beispielsweise als parallel zu den Druckreduzierungsmittel 110 angeordneter Bypass betrachtet werden, wobei der durch die Entspannungsmittel 120 geleitete Teil 121 des gasförmigen Arbeitsmittel 150 eine Untermenge des gasförmigen Arbeitsmittels 150 darstellt, welches dem Mittel 130 zum Verteilen zugeführt wird. Somit übernehmen für diesen Fall sowohl die Druckreduzierungsmittel 110 als auch die Entspannungsmittel 120 einen Beitrag zur Druckreduktion des gasförmigen Arbeitsmittels.
Die Mittel 130 zum Verteilen des gasförmigen Arbeitsmittels können beispielsweise aus dem gasförmigen Arbeitsmittel neben dem Teil 121, der durch die Entspannungsmittel 120 geführt wird, und dem weiteren Anteil 111 auch noch eine oder mehrere andere Anteile herausteilen (nicht in Figur 1 dargestellt) .
Das gasförmige Arbeitsmittel 150 kann beispielsweise ein dampfförmiges Arbeitsmittel, beispielsweise für ein
Dampfnetz, oder ein gasförmiges Arbeitsmittel für ein
Kohlensäurenetz, oder ein im wesentlichen aus Luft
bestehendes Arbeitsmittel für Druckluftnetze, oder
beispielsweise ein erdgashaltiges Arbeitsmittel für
Erdgasnetze darstellen, oder Stickstoff für Stickstoffnetze darstellen .
Des weiteren kann der Druckbereich des gasförmigen
Arbeitsmittels 150 im Niederdruckbereich liegen,
beispielsweise im Druckbereich zwischen 1 bar und 10 bar, insbesondere im Druckbereich bis 5 bar, oder im Druckbereich bis 3 bar. Der Druckbereich der gasförmigen Arbeitsmittel kann jedoch auch hiervon abweichen. Die Druckreduzierungsmittel 110 sind dazu eingerichtet, den Druck des gegebenenfalls eingangsseitig zugeführten weiteren Teils 111 des gasförmigen Arbeitsmittels 150 zu reduzieren und ausgangsseitig einen entsprechenden druckreduzierten weiteren Teil 112 des gasförmigen Arbeitsmittels 150
auszugeben.
Die Druckreduzierungsmittel 110 sind beispielsweise nicht dazu eingerichtet sind, mechanische Arbeit zu erzeugen.
Beispielsweise können die Druckreduzierungsmittel 110 derart eingerichtet sein, dass das Temperaturniveau des
eingangsseitig zugeführten weiteren Teils 111 des gasförmigen Arbeitsmittels 150 während der Druckreduktion durch die
Druckreduzierungsmittel 110 im wesentlichen unverändert bleibt, so dass der ausgangsseitig von den
Druckreduzierungsmitteln 110 ausgegebene druckreduzierte weitere Teil 112 des gasförmigen Arbeitsmittels 150 im wesentlichen das gleiche oder ein ähnliches Temperaturniveau wie der eingangsseitig zugeführte weitere Teil 111 des gasförmigen Arbeitsmittels 150 aufweist. Somit können die Druckreduzierungsmittel 150 beispielsweise dazu eingerichtet sein, die Druckreduktion ohne Erbringen einer Arbeitsleistung durchzuführen. Beispielsweise kann das
Druckreduzierungsmittel 110 ein oder mehrere
Druckreduzierungs entile umfassen .
Die Entspannungsmittel 120 sind dazu eingerichtet sind, den Druck des eingangsseitig zugeführten Teils 121 des gasförmigen Arbeitsmittels 150 zu reduzieren und ausgangsseitig einen entsprechenden druckreduzierten Teil 12 des gasförmigen Arbeitsmittels 150 auszugeben.
Ferner sind die Entspannungsmittel 120 dazu eingerichtet sind, zumindest einen Teil der bei der Druckreduzierung freigesetzten Energie durch Entspannung des gasförmigen
Arbeitsmittels in mechanische Energie umzuwandeln, wie in Schritt 220 in Figur 2 dargestellt ist. Diese mechanische Energie kann beispielsweise am optionalen Ausgang 125 ausgegeben werden, beispielsweise über eine Welle oder eine Kette oder ähnlichem. Die Entspannungsmittel 120 können auch Energieumwandlungsmittel umfassen (nicht in Fig. 1 gezeigt), welche dazu eingerichtet sind, die von den
Entspannungsmitteln umgewandelte mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Für dieses Beispiel kann der optionale Ausgang 125 ein Ausgang zur Ausgabe der
umgewandelten elektrischen Energie sein. Beispielsweise können diese Energieumwandlungsmittel einen Generator umfassen, welcher mit der mechanischen Energie angetrieben wird und welcher die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.
Im Gegensatz zu den Druckreduzierungsmittel 110 sind die Entspannungsmittel 120 dazu eingerichtet, während der
Druckreduzierung eine mechanische Arbeit zu erzeugen. Somit sind die Entspannungsmittel 120 beispielsweise dazu
eingerichtet, während der Entspannung des eingangsseitig zugeführten Teils 121 des gasförmigen Arbeitsmittels 150 zumindest einen Teil einer Exergie dieses Teils 121 des gasförmigen Arbeitsmittel 150 in Anergie umzuwandeln, wodurch eine Entspannung mit einhergehender Erzeugung von Arbeitsleistung erfolgt. Diese Umwandlung einer Exergie in eine Anergie kann beispielsweise durch Verringern eines Temperaturniveaus des Teils 121 des gasförmigen
Arbeitsmittels, welches den Entspannungsmitteln 120 zugeführt wird, während der Entspannung durch die Entspannungsmittel 120 erfolgen, wobei Wärmeenergie in mechanische Energie umgewandelt wird. Dementsprechend kann der ausgangsseitige Teil 122 des gasförmigen Arbeitsmittels 150 der
Entspannungsmittel 120 ein niedrigeres Temperaturniveau als der eingangsseitige zugeführte Teil 121 des gasförmigen
Arbeitsmittels 150 aufweisen. Die Entspannungsmittel 120 können daher als Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) Mittel betrachtet werden .
Somit kann mit den Entspannungsmitteln 120 der Vorrichtung 100 zumindest ein Teil der Exergie des gasförmigen
Arbeitsmittels 150 in eine mechanische Energie umgewandelt werden .
Die Vorrichtung 100 kann beispielsweise Mittel 140 zum
Zusammenführen des druckreduzierte ersten Anteils 112 des gasförmigen Arbeitsmittels 150 und des druckreduzierten zweiten Anteils 122 des gasförmigen Arbeitsmittels 150 zu einem zusammengeführten druckreduzierten gasförmigen
Arbeitsmittel 160 umfassen.
Beispielsweise können die Entspannungsmittel 120 derart ausgelegt sein, dass nur soviel Exergie des Teils 121 des dampfförmigen Arbeitsmittels 150, welcher den
Entspannungsmitteln 120 zugeführt wird, in Anergie
umgewandelt wird, dass die Temperatur des von den
Entspannungsmitteln entspannten Teils 122 des Arbeitsmittels 150 für eine nachfolgende Heizaufgabe in einer mit der
Vorrichtung 110 verbundenen Senke 320 (nicht in Figur 1 gezeigt) ausreichend ist. Beispielsweise benötigt diese Senke 320 eine bestimmte Mindesttemperatur zur Gewährleistung der Funktionalität der Senke 320. Wenn die der Vorrichtung 100 zugeführten gasförmigen Arbeitsmittel 150 eine höhere
Temperatur als diese Mindesttemperatur der Senke 320
aufweisen, können die Entspannungsmittel 120 beispielsweise derart ausgelegt sein, dass die Temperatur des
druckreduzierten gasförmigen Teils 122 des Arbeitsmittels am Ausgang der Entspannungsmittel derart in der Temperatur gegenüber der Temperatur des eingangsseitig zugeführten Teils 121 des gasförmigen Arbeitsmittels 150 abgesenkt ist, dass die Temperatur eines zusammengeführten druckreduzierten gasförmigen Arbeitsmittel 160 im wesentlich der
Mindesttemperatur der Senke 320 entspricht, oder oberhalb der Mindesttemperatur der Senke 320 liegt.
Somit kann beispielsweise zum einen sichergestellt werden, dass die Senke 320 mit einem gasförmigem Arbeitsmittel mit hinreichender Mindesttemperatur versorgt wird, wobei
gleichzeitig durch die Vorrichtung 100 der Druck des
gasförmigen Arbeitsmittel auf ein an die Senke 320
angepasstes Druckniveau reduziert werden kann, und zum anderen kann gleichzeitig durch die Entspannungsmittel 120 der Vorrichtung 100 Wärme aus dem der Vorrichtung 100 zugeführten gasförmigen Arbeitsmittel 150, welche nicht für die Funktionalität der Senke 320 benötigt wird, zumindest teilweise in mechanische Energie umgewandelt werden.
Hierdurch kann mechanische Energie aus dem der Vorrichtung 100 zugeführten gasförmigen Arbeitsmittel gewonnnen werden, ohne dass die Funktionalität der Senke 320 beeinträchtigt wird, und ohne dass zusätzlicher Brennstoff benötigt wird. Diese mechanische Energie kann beispielsweise in elektrische Energie umgewandelt werden.
Beispielsweise können die Entspannungsmittel als
Gegendruckvorrichtung eingerichtet sein. Bei einer
Gegendruckvorrichtung liegt das Druckniveau des
ausgangsseitig anliegenden Drucks beispielsweise größer als der Umgebungsdruck der Vorrichtung 100, wie beispielsweise der Normaldruck, also z.B. größer als ca. 1013,25 mbar.
Die Entspannungsmittel 120 können beispielsweise mindestens eine der folgenden Vorrichtungen umfassen: Dampfkolbenmotor, Dampfschraubenmotor, Rollkolbenmotor, Wälzkolbengebläse und Scrollmotor .
Der Dampfkolbenmotor kann beispielsweise einen oder mehrere Zylinder umfassen, wobei zu jedem Zylinder ein Regelkolben zugeordnet ist, welcher die benötigte Dampfmenge über den Hub des Kolbens regelt. Der oder die Kolben übertragen die Kraft auf eine Kurbelwelle, welche die umgewandelte mechanische Energie überträgt.
Der Rollkolbenmotor stellt beispielsweise einen
Rotationsmotor dar, welcher Wärmeenergie durch Entspannung des Arbeitsmittels in Rotationsenergie und somit in
mechanische Energie unwandelt . Der Rollkolbenmotor kann somit einen Rollkolbenverdichter darstellen, welcher zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie verwendet wird. Der Scrollkolbenmotor umfasst beispielsweise zwei ineinander verschachtelte Spiralen, von denen eine stationär ist und die andere über einen Exzenterabtrieb auf einer kreisförmigen Bahn bewegt wird, wobei durch Scrollkolbenmotor einen
Scrollverdichter darstellt, welcher zur Umwandlung von
Wärmeenergie in mechanische Energie verwendet wird, während der invers betriebene Scrollverdichter das gasförmige
Arbeitsmittel entspannt, d.h. den Druck reduziert.
Der Dampfschraubenmotor kann beispielsweise eine mehrwellige Rotationsverdrängermaschine sein, wie z.B. ein
Schraubenkompressor, in welchen beispielsweise zwei
schrägverzahnte, rotierende Wellen ineinander eingreifen und von einem Gehäuse eng umschlossen werden. Beim Einlassvorgang kann der Dampf durch eine Gehäuseöffnung in einen
dahinterliegenden Zahnlückenraum der Rotoren einströmen, wobei der Entspannungsvorgang mit fortschreitender
Rotordrehung aufgrund des wachsenden Volumens zwischen den Rotoren erfolgt.
Beispielsweise kann das gasförmige Arbeitsmittel 150 ein dampfförmiges Arbeitsmittel darstellen. Somit kann
beispielsweise das Umwandeln von zumindest einem Teil der bei der Druckreduzierung freigesetzten Energie in mechanische Energie durch die Entspannungsmittel das Umwandeln zumindest eines Teils einer Dampfexergie des zweiten Anteils des gasförmigen Arbeitsmittels in Dampfanergie umfassen. Hierbei kann das Umwandeln von zumindest einem Teil der bei der Druckreduzierung freigesetzten Energie in mechanische Energie durch die Entspannungsmittel durch Umwandeln von Wärmeenergie in mechanische Energie erfolgen. Die Vorrichtung 100 kann beispielsweise noch weitere Merkmale umfassen, welche nicht in Fig. 1 dargestellt sind. So können beispielsweise weitere Druckreduzierungsmittel zwischen dem Entspannungsmittel 120 und dem optionalen Mittel 140 zum Zusammenführen eines gegebenenfalss druckreduzierten weiteren Teils 112 des gasförmigen Arbeitsmittels 150 und des
druckreduzierten Teils 122 des gasförmigen Arbeitsmittels 150, welches durch die Entspannungsmittel 120 geführt wurde, zu einem zusammengeführten druckreduzierten gasförmigen
Arbeitsmittel 160 umfassen, und/oder Druckreduzierungsmittel zwischen dem Mittel 130 zum Aufteilen des gasförmigen
Arbeitsmittel 150 und den Entspannungsmitteln umfassen.
Die bezüglich der Figuren 1 und 2 genannten Vorteile und Ausführungen der Vorrichtung 100 gelten gleichermaßen für die im Folgenden beschriebenen Vorrichtungen 100 und 100' .
Fig. 3 zeigt ein exemplarisches System 300 gemäß einem
Ausführungsbeispiel .
Dieses System 300 umfasst ein Netz zur Verteilung eines gasförmigen Arbeitsmittels,
Arbeitsmittelbereitstellungsmittel 350, die an das Netz angeschlossen sind und die dazu eingerichtet sind, ein gasförmiges Arbeitsmittel 355 mit einem bestimmten
Druckniveau in das Netz einzuspeisen, und eine Vorrichtung 100, welche der in Figur 1 dargestellten exemplarischen Vorrichtung 100 entspricht, und welche derart in dem Netz angeordnet ist, dass zumindest ein Teil des von den
Arbeitsmittelbereitstellungsmittel 350 in das Netz
eingespeisten gasförmigen Arbeitsmittels 355 eingangsseitig 150 in die Vorrichtung 100 geleitet wird, wobei die Vorrichtung 100 dazu eingerichtet ist, das eingangsseitig eingespeiste gasförmige Arbeitsmittel 150 ausgangsseitig 160 druckreduziert auszugeben. Gleichzeitig wandeln die Entspannungsmittel 120 der
Vorrichtung 100 zumindest einen Teil der bei der
Druckreduzierung freigesetzten Energie in mechanische Energie um, wie zuvor beschrieben. Hierbei kann es sich
beispielsweise um einen linearen Entspannungsprozess handeln, in welchem das gasförmige Arbeitsmittel 150 von einem höheren Druckniveau in Richtung des ausgangsseitigen gasförmigen Arbeitsmittel 160 mit niedrigerem Druck 160 strömt, wobei das ausgangsseitige Arbeitsmittel 160 von der jeweiligen Senke 320 verbraucht wird und nicht wieder zu den
Entspannungsmitteln 120 zurückgeführt wird. Vielmehr wird das ausgangsseitige Arbeitsmittel 160 von den
Arbeitsmittelbereitstellungsmitteln 350 nachgeliefert. Das Entspannungsmittel 120 kann somit beispielsweise als KWK- Mittel mit Wärmeführung betrachtet werden.
Das Netz kann beispielsweise Rohre zur Weiterleitung des gasförmigen Arbeitsmittels umfassen und kann beispielsweise mindestens ein optionales Mittel 340 zum Verteilen von gasförmigem Arbeitsmittel in mindestens zwei Anteile
aufweisen. Das System 300 kann mindestens eine Senke 310, 320, 330 umfassen, welche jeweils über das Netz zumindest einen Teil des gasförmigen Arbeitsmittels zugeführt bekommt. Das System kann allerdings beispielsweise auch nur genau eine Senke 320 umfassen. Des weiteren kann das System
beispielsweise mindestens eine weitere Vorrichtung 100' umfassen, welche beispielsweise der in Figur 1 dargestellten exemplarischen Vorrichtung 100 entsprechen kann. Das Netz kann beispielsweise ein Dampfnetz darstellen, wobei das gasförmige Arbeitsmittel 150 beispielsweise Dampf sein kann, oder das Netz kann beispielsweise ein Kohlensäurenetz sein, oder das Netz kann beispielsweise ein Druckluftnetz sein, wobei das gasförmige Arbeitsmittel 150 beispielsweise im wesentlichen aus Luft besteht, oder das Netz kann
beispielsweise ein Erdgasnetz sein. Im Folgenden sei exemplarisch und ohne Einschränkung
angenommen, dass das Netz ein Dampfnetz darstellt und das gasförmige Arbeitsmittel 150 Dampf ist.
Die Arbeitsmittelbereitstellungsmittel 350 können
beispielsweise einen Dampferzeuger 350 darstellen, wie beispielsweise ein Dampfkessel 350. Dieser Dampferzeuger 350 kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, Dampf mit einem bestimmten Ausgangsdruckniveau und einem bestimmten
Ausgangstemperaturniveau bereitzustellen .
Jede der zumindest einen Senke 310, 320, 330 kann
beispielsweise dazu eingerichtet sein, ein bestimmtes
Mindestdruckniveau und/oder bestimmtes
Mindesttemperaturniveau als eingangsseitigen Dampf 315, 325, 335 zu erhalten, um funktionsgemäß betrieben werden zu können .
Beispielsweise kann der vom Dampferzeuger 350 bereitgestellte Dampf 355 ein derart bemessenen Ausgangsdruckniveau und/oder ein derart bemessenen Ausgangstemperaturniveau aufweisen, dass dieser Dampf, nach Zuführung über das Netz zur
derjenigen Senke, welche von der mindestens einen Senke 310, 320, 330 das höchste Mindestdruckniveau und/oder das höchste Mindesttemperaturniveau aufweist, als Eingangsdampf 315 für diese Senke 310 das Mindestdruckniveau und/oder das
Mindesttemperaturniveau dieser Senke 310 erfüllt.
Das Dampfnetz kann beispielsweise ein Dampfheiznetz sein, wobei die erste Senke 320 eine Dampfheizung darstellt. Das Mindesttemperaturniveau der ersten Senke 320 liegt
beispielsweise unterhalb des Ausgangstemperaturniveaus des vom Dampferzeuger 350 erzeugten Dampfs. Ferner liegt das Solldruckniveau der ersten Senke 320 unterhalb des
Ausgangsdrucksniveaus des vom Dampferzeuger 350 erzeugten Dampfs. Die Senke 320 kann auch beispielsweise eine
Dampfheizung darstellen, welche einen eingangseitig
zugeführten Dampf 325 mit einer bestimmten Mindesttemperatur benötigt .
Das System 300 umfasst die Vorrichtung 100, die zwischen der ersten Senke 320 und dem optionalen Mittel 340 zum Aufteilen des Dampfs 355 angeordnet ist, so dass zumindest ein Teil des von den Arbeitsmittelbereitstellungsmittel in das Netz eingespeisten gasförmigen Arbeitsmittels eingangsseitig als Dampf 150 in die Vorrichtung 100 geleitet wird, wobei die Vorrichtung 100 dazu eingerichtet ist, das eingangsseitig eingespeiste gasförmige Arbeitsmittel ausgangsseitig als druckreduzierten Dampf 160 auszugeben, welcher an die erste Senke 320 weitergeleitet ist. Das Druckniveau des
druckreduzierten Dampfs kann hierbei dem Solldruckniveau der ersten Senke 320 entsprechen. Gleichzeitig wandeln die
Entspannungsmittel 120 der Vorrichtung 100 zumindest einen Teil der bei der Druckreduzierung freigesetzten Energie in mechanische Energie um. Da das von der erste Senke 320 benötigte
Mindesttemperaturniveau unterhalb des
Ausgangstemperaturniveaus des Dampfs 355 und somit unterhalb des Temperaturniveaus des eingangsseitig der Vorrichtung 100 zugeführten Dampfs 150 liegt, können beispielsweise die
Entspannungsmittel 120 der Vorrichtung 100 derart ausgelegt sein, dass nur soviel Exergie des zweiten Anteils 121 des dampfförmigen Arbeitsmittels 150 in Anergie umgewandelt wird, dass die Temperatur des von den Entspannungsmitteln
entspannten Teils 122 des Arbeitsmittels 150 für eine
nachfolgende Heizaufgabe in der mit der Vorrichtung 110 verbundenen ersten Senke 320 ausreichend ist. Die
Entspannungsmittel 120 können beispielsweise derart ausgelegt sein, dass die Temperatur des druckreduzierten gasförmigen Teils 122 des Arbeitsmittels am Ausgang der
Entspannungsmittel derart in der Temperatur gegenüber der Temperatur des eingangsseitig zugeführten Teils 121 des gasförmigen Arbeitsmittels 150 abgesenkt ist, dass die
Temperatur des zusammengeführten druckreduzierten gasförmigen Arbeitsmittel 160 im wesentlich der Mindesttemperatur der Senke 320 entspricht, oder oberhalb der Mindesttemperatur der Senke 320 liegt. Wenn beispielsweise die Mittel 130 zum
Verteilen des gasförmigen Arbeitsmittel 150 derart
eingerichtet sind, dass die gasförmigen Arbeitsmittel
vollständig oder nahezu vollständig über die
Entspannungsmittel 120 geführt werden, so stellen das zusammengeführte druckreduzierte gasförmigen Arbeitsmittel 160 am Ausgang der Vorrichtung 100 den von den
Entspannungsmitteln 120 ausgegebenen, druckreduzierten Teil 122 des gasförmigen Arbeitsmittels 150 dar, da kein gasförmiges Arbeitsmittel 150 durch die
Druckreduzierungsmittel 110 geleitet wird.
Somit kann diejenige Wärmeenergie des Dampfes 150, welche von der Senke 320 zur Aufrechterhaltung deren Funktionalität überhaupt nicht benötigt wird, durch die Entspannungsmittel 120 zumindest teilweise in mechanische Energie umgewandelt werden . Das Dampfnetz kann beispielsweise optional eine zweite Senke 310, die ebenfalls eine Dampfheizung darstellen kann, umfassen, welche einen eingangseitig zugeführten Dampf 315 mit einer bestimmten Mindesttemperatur benötigt. Es sei angenommen, dass die Mindesttemperatur der zweiten Senke 310 oberhalb der Mindesttemperatur der ersten Senke 320 liegt.
Der Dampferzeuger 350 muss so dimensioniert oder angesteuert werden, dass der erzeugte Dampf eine derart hohe
Ausgangstemperatur hat, dass der über die Mittel 140 zum Aufteilen des Dampf der Senke 310 zugeführte Dampf 315 eine Temperatur aufweist, die im wesentlichen der
Mindesttemperatur der Senke 310 entspricht, oder oberhalb dieser Mindesttemperatur liegt. Zwischen den Mitteln 140 zum Aufteilen des Dampfs und der Senke 310 können auch
beispielsweise optional Dampfdruckreduzierungsmittel 110, wie in Bezug auf Figur 1 beschrieben, platziert sein, um einen Dampfdruck abzusenken.
Somit muss der Dampferzeuger 350 beispielsweise einen Dampf 355 zur Verfügung stellen, dessen Ausgangstemperaturniveau höher ist als das von der ersten Senke 320 benötigte
Mindesttemperaturniveau, da es anlagentechnisch oftmals unrentabel ist, für jede Senke 310, 320, 330 einen speziell angepassten Dampferzeuger mit jeweils angepasstem
Ausgangstemperaturniveau bereitzustellen . Die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 ermöglicht es nun, zumindest einen Teil der Wärmeenergie dieses hohen
Ausgangstemperaturniveaus des vom Dampferzeugen 355
bereitgestellte Dampf zu nutzen und in mechanische Energie umzuwandeln, ohne dass die Funktionalität der mit dieser Vorrichtung 100 verbundenen ersten Senke 320 beeinträchtigt wird. Somit kann in diesem Heizdampfnetz mechanische Energie und hieraus beispielsweise auch elektrische Energie gewonnen werden, ohne dass zusätzlicher Brennstoff benötigt wird und ohne dass die Funktionalität der Senken 310, 320, 330
beeinträchtigt wird.
Des weiteren kann das Dampfnetz noch weitere Senken umfassen, wobei in Fig. 3 exemplarisch nur eine dritte Senke 330 dargestellt ist. Wenn eine dieser weiteren Senken 330 ein Mindesttemperaturniveau voraussetzt, welches unterhalb dem Ausgangstemperaturniveaus des Dampfs 355 liegt, so kann für diese dritte Senke 330 eine weitere Vorrichtung 100'
vorgesehen sein, welche zwischen der dritten Senke 330 und dem Dampferzeuger 350 platziert ist, und welche einen Teil 150' des Dampfes 355 des Dampferzeugers 350 sowohl vom
Druckniveau her gemäß dem Solldruckniveau der dritten Senke 330 reduziert als auch vom Temperaturniveau her gemäß dem Mindesttemperaturniveau der dritten Senke 330 reduziert. Die Entspannungsmittel 120' der Vorrichtung 100' können ebenfalls wie die Entspannungsmittel 120 der Vorrichtung 100 ausgelegt sein, dass nur soviel Exergie des Teils 121' des Dampfes 150' , welche durch die Entspannungsmittel 120' geführt wird, in Anergie umgewandelt wird, dass die Temperatur des von den Entspannungsmitteln 120' entspannten Teils 122' des Dampfes 150' für die nachfolgende Heizaufgabe in der mit der
Vorrichtung 110' verbundenen dritten Senke 330 ausreichend ist .
Somit kann beispielsweise für jede Senke 320, 330, dessen Mindesttemperatur unterhalb der Ausgangstemperatur des
Dampfes 355 liegt, eine derart angepasste Vorrichtung 100, 100' vorgesehen sein, die aus der für die jeweilige Senke
320, 330 nicht benötigte Wärmeenergie des zugeführten Dampfes 150, 150' zumindest einen Teil in mechanische Energie durch Entspannungsmittel 120, 120' der jeweiligen Vorrichtung 110, 110' umwandelt.
Hierdurch kann die Energieeffizienz in DampfSystemen
gesteigert werden, wobei mechanische Energie und hieraus beispielsweise auch elektrische Energie aus der
Druckreduzierung durch die Vorrichtungen 100, 100' gewonnen werden kann, ohne dass zusätzliche Brennstoffe benötigt werden .

Claims

Patentansprüche
Verfahren, umfassend:
Reduzieren eines Drucks eines gasförmigen Arbeitsmittels (150, 150') durch parallel zu Druckreduzierungsmittel (110, 110') angeordneten Entspannungsmitteln (120, 120'), wobei ein Teil (121, 121') des gasförmigen Arbeitsmittels (150, 150') durch die Entspannungsmittel (101, 101') geführt wird, wobei die Entspannungsmittel (120, 120' ) dazu eingerichtet sind, zumindest einen Teil der bei der Druckreduzierung freigesetzten Energie durch Entspannung des gasförmigen Arbeitsmittels in mechanische Energie umzuwandeln, und
Umwandeln zumindest einen Teils der bei der
Druckreduzierung freigesetzten Energie in mechanische Energie durch die Entspannungsmittel (120, 120') während der Entspannung des Teils (121, 121') des gasförmigen Arbeitsmittels (150, 150'), welcher durch die
Entspannungsmittel (120, 120') geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Teil (III, 111') des gasförmigen
Arbeitsmittels (150, 150') durch die
Druckreduzierungsmittel (110, 110) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckreduzierungsmittel (110, 110') nicht dazu eingerichtet sind, mechanische Arbeit zu erzeugen.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckreduzierungsmittel (110, 110') mindestens ein Druckreduzierungsventil darstellen .
Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Entspannungsmitteln (120, 120') umgewandelte mechanische Energie in
elektrische Energie umgewandelt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von den
Entspannungsmitteln (120, 120') vorgenommene Entspannung des Teils (121, 121') des gasförmigen Arbeitsmittels (150, 150'), welches durch die Entspannungsmittel (120, 120' ) geführt wird, nach einem linear gerichteten
Entspannungsprozess folgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungsmittel (120, 120') eine Gegendruckvorrichtung darstellen.
Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Arbeitsmittel (150, 150' ) ein dampfförmiges Arbeitsmittel darstellt, und dass das Umwandeln von zumindest einem Teil der bei der
Druckreduzierung freigesetzten Energie in mechanische Energie durch die Entspannungsmittel (120, 120') das Umwandeln zumindest eines Teils einer Dampfexergie des Teils (121, 121') des gasförmigen Arbeitsmittels (150, 150'), welcher durch die Entspannungsmittel (120, 120') geführt wird, in Dampfanergie umfasst.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umwandeln von zumindest einem Teil der bei der Druckreduzierung freigesetzten Energie in mechanische Energie durch die
Entspannungsmittel (120, 120') durch Umwandeln von
Wärmeenergie in mechanische Energie erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass nur soviel Dampfexergie des Teils des dampfförmigen Arbeitsmittels, welches durch die Entspannungsmittel (120, 120' ) geführt wird, in Dampfanergie umgewandelt wird, dass die Temperatur des von den Entspannungsmitteln (120, 120') entspannten Teils (122, 122') des Arbeitsmittels (150, 150') für eine nachfolgende Heizaufgabe ausreichend ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-10, dadurch
gekennzeichnet, dass der von den Druckreduzierungsmitteln (110, 110') druckreduzierte weitere Teil (112, 112') des Arbeitsmittels (150, 150') und der von den
Entspannungsmitteln (120, 120') druckreduzierte Teil (122, 122') des Arbeitsmittels (150, 150') zu einem
druckreduzierten Arbeitsmittel (160, 160') zusammengeführt wird . 12 Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungsmittel (120, 120' ) mindestens eine der folgenden Vorrichtungen
umfassen :
DampfkoIbenmotor,
Dampfschraubenmotor,
RollkoIbenmotor,
Wälzkolbengebläse, und Scrollmotor .
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Arbeitsmittel (150) Bestandteil eines Niederdrucksystems ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem der folgenden Netze angewandt wird:
Dampfnetz ,
Kohlensäurenetz ,
Druckluftnetz, und
Erdgasnetz .
Vorrichtung, umfassend:
Druckreduzierungsmittel (110, 110')/
Entspannungsmittel (120, 120'), die parallel zu den
Druckreduzierungsmitteln (110, 110') angeordnet sind, wobei die Druckreduzierungsmittel (110, 110') und die Entspannungsmittel (120, 120') dazu eingerichtet sind, einen Druck eines gasförmigen Arbeitsmittels (150, 150') zu reduzieren, wobei ein Teil (121, 121') des gasförmigen Arbeitsmittels (150, 150') durch die Entspannungsmittel (120, 120') , und
wobei die Entspannungsmittel (150, 150') dazu eingerichtet sind, zumindest einen Teil der bei der Druckreduzierung freigesetzten Energie durch Entspannung des gasförmigen Arbeitsmittels in mechanische Energie umzuwandeln. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Teil (111, 111') des gasförmigen Arbeitsmittels (150, 150') durch die
Druckreduzierungsmittel (110, 110') geführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch
gekennzeichnet, dass die Druckreduzierungsmittel (110, 110' ) nicht dazu eingerichtet sind, mechanische Arbeit erzeugen .
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15-17, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckreduzierungsmittel (110, 110' ) mindestens ein Druckreduzierungsventil darstellen
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15-18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung
Energieumwandlungsmittel umfasst, die dazu eingerichtet sind, die von den Entspannungsmitteln (150, 150') umgewandelte mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln .
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15-19, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Entspannungsmitteln (120, 120') vorgenommene Entspannung des Teils (121, 121') des Arbeitsmittels (150, 150'), welches durch die Entspannungsmittel (120, 120') geführt wird, nach einem linear gerichteten Entspannungsprozess folgt
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15-20, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Arbeitsmittel (150, 150' ) ein dampfförmiges Arbeitsmittel darstellt, und dass das Umwandeln von zumindest einem Teil der bei der
Druckreduzierung freigesetzten Energie in mechanische Energie durch die Entspannungsmittel (150, 150') das Umwandeln zumindest eines Teils einer Dampfexergie des Teils (121, 121') des gasförmigen Arbeitsmittels (150, 150'), welcher durch die Entspannungsmittel (120, 120') geführt wird, in Dampfanergie umfasst.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15-21, dadurch
gekennzeichnet, dass das Umwandeln von zumindest einem Teil der bei der Druckreduzierung freigesetzten Energie in mechanische Energie durch die Entspannungsmittel (150, 150' ) durch Umwandeln von Wärmeenergie in mechanische Energie erfolgt.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16-22, dadurch
gekennzeichnet, dass der von den Druckreduzierungsmitteln (110, 110') druckreduzierte weitere Teil (112, 112') des
Arbeitsmittels (150, 150') und der von den
Entspannungsmitteln (120, 120') druckreduzierte Teil (122, 122') des Arbeitsmittels (150, 150') zu einem
druckreduzierten Arbeitsmittel (160, 160') zusammengeführt wird.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15-23, dadurch
gekennzeichnet, dass die Entspannungsmittel mindestens eine der folgenden Vorrichtungen umfassen:
- Dampfkolbenmotor,
Dampfschraubenmotor,
Rollkolbenmotor,
Wälzkolbengebläse, und
Scrollmotor.
System, umfassend: Ein Netz zur Verteilung eines gasförmigen Arbeitsmittels (355) ,
Arbeitsmittelbereitstellungsmittel (350), die an das Netz angeschlossen sind und die dazu eingerichtet sind, ein gasförmiges Arbeitsmittel (355) mit einem bestimmten
Druckniveau in das Netz einzuspeisen,
eine Vorrichtung (100, 100') nach einem der Ansprüche 15- 25, welche derart in dem Netz angeordnet ist, dass
zumindest ein Teil des von den
Arbeitsmittelbereitstellungsmittel in das Netz
eingespeisten gasförmigen Arbeitsmittels (355)
eingangsseitig in die Vorrichtung geleitet wird, wobei die Vorrichtung (100, 100') dazu eingerichtet ist, das
eingangsseitig eingespeiste gasförmige Arbeitsmittel ausgangsseitig druckreduziert auszugeben.
26. System nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das System mindestens eine Senke (310, 320, 330) für
gasförmiges Arbeitsmittel umfasst, wobei die Vorrichtung (100, 100') ausgangsseitig mit mindestens einer Senke
(320, 330) der mindestens einen Senke (310, 320, 330) verbunden ist.
27. System nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Arbeitsmittel (355) ein dampfförmiges
Arbeitsmittel darstellt, und dass das Umwandeln von zumindest einem Teil der bei der Druckreduzierung
freigesetzten Energie in mechanische Energie durch die Entspannungsmittel (120, 120') das Umwandeln zumindest eines Teils einer Dampfexergie des Teils des gasförmigen
Arbeitsmittels, welches durch die Entspannungsmittel (120, 120' ) geführt wird, in Dampfanergie umfasst, und wobei die Entspannungsmittel (120, 120') derart ausgelegt sind, dass nur soviel Dampfexergie des Teils (121, 121') des
dampfförmigen Arbeitsmittels, welcher durch die
Entspannungsmittel (120, 120') geführt wird, in
Dampfanergie umgewandelt wird, dass die Temperatur des von den Entspannungsmitteln (120, 120') entspannten Teils (122, 122') des Arbeitsmittels und somit die Temperatur des von der Vorrichtung (100, 100' ) ausgangsseitig
ausgegebenen druckreduzierten dampfförmigen Arbeitsmittels (160, 160') für eine nachfolgende Heizaufgabe in der mit der Vorrichtung verbundenen Senke (320, 330) ausreichend ist .
28. System nach einem der Ansprüche 25-27, dadurch
gekennzeichnet, dass das Netz eines der folgenden Netze darstellt :
Dampfnetz,
Kohlensäurenetz,
Druckluftnetz, und
- Erdgasnetz.
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