NO782783L - Termodynamisk fremgangsmaate for utnyttelse av hoeytemperatur-varme-energi, saerlig for oekning av et varmekraftverks virkningsgrad, samt varmekraftverk for utfoerelse av en saadan fremgangsmaate - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en termodynamisk fremgangsmåte

for utnyttelse au varmeenergi som står til disposisjon'ved høye temperaturer, ved hvilke et flerstoff-arbeidsmiddel i et, høyt temperaturområde spaltes ved hjelp av denne høytemperatur-varmeenergi til en kondensert (fast eller flytende), første komponent og en gassformig, annen komponent, hvilke to komponenter igjen forenes i et lavere temperaturområde under frigivelse av nyttevarme.

Selv om den kjemiske energi som inneholdes i fossile brennstoffer, i prinsippet nær sagt fullstendig kan omdannes til arbeide, kan man med de idag forhåndenværende varmekraftverk (som vanligvis arbeider med gass- eller dampturbiner) bare oppnå virkningsgrader mellom 30 og 40 %. Det samme gjelder for varmekraftverk som tar ut sin primærenergi av nukleær brensel.

Som kjent stiger et varmekraftverks virkningsgrad med økningen av arbeidsstoffets enthalpi-fall ved en sirkelprosess som avgir arbeide, altså i praksis ved en økning av den temperatur, ved hvilken varmeenergien innføres i den sirkelprosess som yter arbeide. l/ed dampturbin-varmekraftverk som arbeider med vann som arbeidsstoff, setter for tiden en temperatur på

ca. 560° C en praktisk øvre grense, da en høy temperatur er forbundet med tilsvarende høyere trykk. Ennvidere kan Clausius-Rankine-prosessen med vann som arbeidsstoff, etter hvilken et dampturbin-varmekraftverk normalt arbeider, bare "carnotiseres" inntil ca. 300° C ved matevann-forvarmning (dvs. i en i det vesentlige reversibel og følgelig sirkelprosess som derfor gir den optimale carnot'ske virkningsgrad), således at der i vann-dampens overopphetningsområde mellom 300 og 560° C oppstår irre-versibliteter som nedsetter virkningsgraden. De ikke tilfreds-stillende virkningsgrader som oppnås ved de kjente dampturbin-varmekraf tverk , er altså materialbetinget og hoveddelen av den

irreversibilitet i sirke1 pro sessen, som nedsetter virkningsgraden ved et varmekraftverk har sin årsak i at verdifull høy-temperatur-vermeenergi går tapt uten arbeidsytelse som følge av. irreversible prosesser og derfor når ned til et lavere temperaturnivå, altså f. eks. fra 1500° C til 560° C i kraftverkets over-oppvarmningsdel henholdsvis helt ned til 300° C.

Det mangler ikke på publikasjoner, i hvilke det fore-slås å utnytte det høye temperaturområde ved forkoblingsprosesser for frembringelse av arbeide. Ved siden av gassturbin-prosesser, magnetohydrodynamiske prosesser og anvendelse av termioniske emittere har man særlig tenkt på dampprosesser som arbeider med et annet arbeidsstoff, såsom Hg-forkoblingsprosessen, K-forkoblingsprosessen, difeny1-forkobl ingsprosessen og kombinasjoner av sådanne dampprosesser (se f. eks. " Brennstoff-Uårme-Kraft",

bd. 21, nr. 7, side 347 til 394, juli 1969 og "R.G.T.", nr. 99, mars 197D, side 239 til 269). For alle disse forkoblings-dampprosesser må der imidlertid utvikles egnede turbiner som kan drives med det nye arbeidsstoff i det høye temperaturområde.

Fra en publikasjon av Koenemann i "Trans.Uorld Po uer Conference", Berlin 1930, V. D. I-Verlag, bind \ l, s. 325 til 336,

ei'det også blitt kjent å anvende et flerstoff-system for en arbeidsytende forkoblingsprosess: ved fordampning av NH^av ZriCl • 2NH2frembringes ammoniakk under høyt trykk, som avspennes i en turbin for avgivelse av.arbeide og til slutt reabsorberes til ZnCl • lNH^, idet der ved hjelp av den ab.so rb s jo nsv arme som derved blir . f rig jort, frembringes damp for en etterkoblet, normal vanndamp-sirkelprosess. En ulempe ved denne prosess er at der ikke kan anvendes vesentlig høyere temperaturer enn ca. 300° C, da der over denne temperatur allerede oppstår en betydelig spaltning av ammoniakken og damptrykket av ZnCl ikke lenger kan settes ut av betraktning, således at der kan oppstå en tilstop-ning av ledningene og lignende forstyrrelser. Dessuten trenges også her en turbin for et annet arbeidsstoff. Fordelen ved flerstoff-forkoblingsprosesser består imidlertid i at det dampformige arbeidsstoff som følge av damptrykkreduksjonen oppstår med et lavere trykk enn ved fordampning av den flytende henholdsvis faste fase, hvilket er særlig fordelaktig ved anvendelse av høyere temperaturer som følge.av den lavere materialpå-kjenning.

•Fra en publikasjon au Nesselmann i "Zeitschrift fur die gesamte Kal te-1 ndus t rie" 42, (1935 ), hefte.1, s. 8 til 11, er også kjent prinsippet for en ikke-arbeidsytende flerstoff-forkoblingsprosess, ved hvilken høytemperatur-varmeenergi kan overføres reversibelt, dvs. uten påvirkning av virkningsgraden, til varmeenergi' med en temperatur som ligger i det teknisk nytt-bare temperaturområde. En sådan "varmetransformator" kan arbeide etter prinsippet for en absorpsjons-varmepumpe, og. i artikkelen er det også nevnt at man kan nyttiggjøre seg en faststoff-gass-reaksjon som arbeider med et faststoff og et egentlig arbeidsstoff som kan drives ut av faststoffet og igjen absorberes av dette. Fordelene ved en f ast stof f-gass-reaksjon, nemlig at det til et bestemt trykk hører en bestemt temperatur.(den Gibbs'ske faseregel) forklares eksempelvis ved reaksjonen

Som flerstoff-arbeidsmiddelsystem er denne stoff-kombinasjon imidlertid ikke egnet for praktisk bruk som følge av litt damptrykkforhold.

Hensikten med oppfinnelsen er derfor å skaffe en fremgangsmåte, ved hvilken der arbeides med nye flerstoff-arbeidsmiddelsystemer og bl. a. med den ovennevnte type av forkoblingsprosesser for å nedsette irreversibiliteten i Clausius-Rankine-prosessen og derved totalt sett øke et varmekraftverks virkningsgrad.

Særlig tas der sikte på sådanne flerstoff-arbeids-middelsystemer som også er stabile ved de først og fremst inter-essante, høye te.mperaturer, såsom temperaturer over 4D0 eller 600° C inntil sådanne temperaturer, som opptrer ved forbrenningen av fossile brennstoffer, ved hvilke systemer komponentene for-trinnsvis er fluide (gass- eller dampformige ) og som er teknisk sett uproblematiske og lett kan mestres, som f. eks. H^O eller H 2 •

Denne oppgave løses ifølge oppfinnelsen ved en fremgangsmåte av den ovenfor angitte art med de trekk som er angitt i de etterfølgende kravs 1 eller 2 karakteristikker.

De øvrige krav er rettet på videreutvikling og fordel-aktige utførelser av fremgangsmåten samt varmekraftverk som arbeider etter denne fremgangsmåte.

Et varmekraftverk egnet for utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter en hoveddel som arbeider med H^O som arbeidsmiddel og en hovedarbeidsmiddelkrets som inneholder følgende i rekke anordnede elementer: en hovedmatepumpe, en fordamper, en friskdampoveroppheter, et flertrinns-turbinanlegg som mates med overopphetet friskdamp og har et f riskdamp-innløp og et avdamp-utløp, samt en kondensator som er forbundet med avdamputløpet og med hovedmatepumpens innløp. Det særegne ved et vannkraftverk av denne art er angitt i krav 14.

Utførelseseksempler på oppfinnelsen og en rekke ytterligere fordeler vil fremgå av føJijende beskrivelse under henvisning til tegningene, hvis fig.; 1 viser et forenklet temperatur-entropi-diagram med koke-linje I samt dugg-linje II for vann (H^O), i hvilket diagram en Clausius-Rankine-prosess for prinsipiell forklaring av arbeidsmåten ved et dampturbin-varmekraftverk er tegnet inn, idet arbeidsmidlets (H^O-dampens) maksimale trykk vilkårlig er satt til 100 bar, samtidig som den i et praktisk kraftverk vanlige matevannforvarming og lignende de-taljer for enkelthets skyld er utelatt; fig. 2 viser et temperatur-entropi-diagram tilsvarende det på fig. 1, i hvilket en forkoblingsprosess som ikke leverer noe ytre arbeide og som refererer til et utførelseseksempel på oppfinnelsen, er tegnet inn; her arbeides der med et arbeidsmiddelsystem i henhold til fig. 3 som på sin side er et diagram til forklaring av et eksempel på et flerstoff-arbeidsmiddelsystem i henhold til oppfinnelsen, idet trykkets naturlige log nat er avsatt langs ordinaten og den resiproke verdi av den absolutte temperatur multiplisert med 10 3 er avsatt langs abscissen; fig. 4 viser skjematisk et varmekraftverk som arbeider etter prinsippet som er angitt i fig. 2 ved heltrukne kurver, fig. 5 viser en forenklet skjematisk fremstilling av et varmekraftverk tilhørende fig. 4

som arbeider etter prinsippet for tre delprosesser ifølge fig. 2; fig. 6 viser et diagram tilsvarende fig. 2, i hvilket der er inntegnet et utførelse seksempe1 på en forkoblingsprosess i henhold til et utførelseseksempel på oppfinnelsen; her ytes

ytre arbeide"samtidig som virkningsgraden ved en etterkoblet Clausius-Rankine-prosess er forbedret; fig. 7 viser skjematisk

et varmekraftverk som arbeider etter det prinsipp som er angitt ved.de heltrukne kurver på fig. 6; fig. 8 viser forenklet og skjematisk et varmekraftverk som arbeider etter det prinsipp som fremgår av fig. G ved en oppspaltet forkobl ingsprose ss; fig. 9

er et diagram over et enkelt metall-hydrogen-system i henhold til oppfinnelsen, idet der langs ordinaten er avsatt hydrogentrykkets log nat og langs abscissen den negative resiproke verdi av den absolutte temperatur; fig. 10 viser skjematisk hvordan en f o r - koblingsprosess som ikke yter arbeide, lar seg realisere, hvor prosessen arbeider med et metall-hydrogen-system av den art som er angitt på fig. 9, og et varmekraftverk av den art som er angitt på fig. 4, og fig. 11 og 12 tilsvarer fig. 9 og 10 og tjener til forklaring av den oppspaltede forkoblingsprosess.

I diagrammene ifølge fig. 1, 2 og 6 er langs ordinaten avsatt temperaturen i °C og langs abscissen entropien s i kcal/kg °K samt vannets damptrykk-diagram.

De angitte temperaturer tilsvarer idealtilfellet,

idet temperatur-bg trykktapene, f. eks. i varmevekslere, er satt ut av betraktning.

Fig. 1 viser forløpet av en Clausius-Rankine-prosess som er typisk for et konvensjonelt vanndamp-turbin-varmekraftverk med mellom-overopphetning. Kurveavsnittet A-B tilsvarer økningen av matevannets trykk og temperatur til trykket og temperaturen i dampfrembringeren eller kjelen (f. eks. 310° C og ca. 100 bar), avsnittet C - D viser den isobare overopphetning av dampen til en temperatur av 560° C, avsnittet D-E angir avspenningen av den overopphetede damp i en første turbin til en temperatur på f. eks. 220° C, og et trykk på ca. 10 bar i punktet E og avsnittet E - F angir en isobar mellom-overopphetning av dampen til 560° C; avsnittet F - G gjelder for en avspenning av den mellom-opphetede damp i en annen turbin til en temperatur på f. eks. 20° C og et .trykk på ca. 0,05 bar, og avsnittet

G •- A angir kondensasjonen av dampen i kondensatoren. Da den primære varmeenergi ved et konvensjonelt varmekraftverk står til disposisjon ved en temperatur som er vesentlig høyere enn for- dampningstemperaturen, ca. 310° C henholdsvis temperaturene i overopphetningsområdene C - D henholdsvis E - F, opptrer der betydelige irreversi.biliteter som nedsetter virkningsgraden.

Ved anvendelse av arbeidsmiddelsystemet ifølge oppfinnelsen lar det seg i praksis virkeliggjøre å anvende f. eks. den ikke-arbeidsytende forkoblingspro se ss av den art som er angitt av Nesselmann (se ovenfor), som f. eks. vist på fig. 2, hvorved de nevnte irreversibiliteter i betydelig grad lar seg redu sere. Ved forkoblingsprosessen i henhold t.il fig. 2, arbeides der altså med et flerstoff-arbeidsmiddelsystem, v.ed hvilket primærvarmeenergi kan tilføres ved vesentlig høyere temperatur enn hvis arbeidsmidlet er H^ O og arbeider etter den konvensjonelle Clausius-Rankine-prosess som er angitt på fig. 1, uten at trykket derved antar for store verdier og man må renon-sere på anvendelsen av vanndamp som egentlig arbeidsmiddel.

Ved forkoblingsprosessen ifølge fig. 2 blir primærvarmeenergien "nedtransformert" fra den opprinnelig høye temperatur ved en reversibel prosess til flere temperaturnivåer, ved hvilke Clausius-Rankine-prosessen må tilføres varmeenergi, således at denne i høyere grad blir " carnoti se rt".

Forkoblingsprosessen ifølge fig. 2 er en varmetransfor-mas jonsprosess ifølge Nesselmann, ved hvilken der i henhold til et utførelseseksempel på oppfinnelsen anvendes et flerstoff-arbeidsmiddelsystem som.arbeider etter følgende ligning:

idet Q betyr den varmeenergi som tilføres ved spaltingen (pil mot høyre) henholdsvis den varmeenergi som frigjøres ved foreningen (pil mot venstre). Egenskapene ved dette flerstoff-arbeidsmiddelsystem vil også fremgå av diagrammet på fig. 3, i hvilket den venstre kurve III viser damptrykket av vanndampen ved fordampning av en ren H^O-væske, og den høyre kurve IV viser damptrykket av vanndamp som innstiller seg ved spaltingen av Ca( OH)^ i henhold til ligning (l), avhengig av den resiproke verdi av den absolutte temperatur.

Temperatur-entropi-diagrammet på fig. 2 skal nå eksempelvis beskrives som første varme-transformasjons-prosess som arbeider med flerstoff-arbeidsmiddelsystemet ifølge ligning (l). Denne prosess tilsvarer de heltrukne kurver på fig. 2. Forskjellige karakteristiske punkter på kurvene på fig. 2 er merket med tall. De tilsvarende punkter i diagrammet ifølge fig.3 er beteegnet med de samme tall. På fig. 2 er ennvi de re kurv ene V og Ul for arbeidsmiddelsystemet ifølge ligning (l) angitt, hvilke kurver tilsvarer koke-linjen I henholdsvis dugg-

linjen II for et enkelt H 2 0 system. Kurven I-V er identisk med kurven IM på fig. 3.

Den heltrukne kurve M på fig. 2 viser prosessen.

Her foreligger i punktet 1 CaCOH^. Av denne forbindelse drives der ut vanndamp ved de som eksempel angitte grenseverdier 7DD° C og 100 bar ved tilførsel av primærvarmeenergi Qp fra et fyringsanlegg eller en kjernereaktor og lignende vfid ved den heltrukne kurve som eksempel viste prosess, idet der trenges ca. 5200 k3/kg vanndamp. Utdrivningen av vanndampen tilsvarer kurveavsnittet 1 - 2.

I avsnitt 2 - 3 blir dampen avkjølt i motstrøm til Ca( Oti)^ tilsvarende avsnittet 10-1 til en temperatur på ca. 560° C og i avsnittet 3-4 under varmeutveksling med dampen i avsnittet 8-9 isobart til temperaturen 310u C (den som eksempel valgte temperaturverdi 560° C tilsvarer den i konvensjonelle dampkraftverk ofte anvendte maksimale turbin-innløpstemperatur ).

I avsnitt 4-5 blir dampen isotermt flytendegjort

og den kondensjonsvarme som derved frigjøres, anvendes til frembringelse av damp i avsnittet B - C i Clausius-Rankine-syklusen (skulle der anvendes høyere trykk, kan trykket og dermed konden-sasjonstemperaturen på tilsvarende, måte heves ved at utdrivningstemperaturen i avsnitt 1-2 heves fra 700° C til 700° C + At),

. i

I avsnitt 5-6 avkjøles det kondenserte vann i mot-strøm til dampen i avsnitt 7-8 eller til matevannet i avsnitt A - B i Clausius-Rankine-syklusen til f. eks. 100° C og avspennes til 1 bar.

I avsnittet 6-7 fordampes vannet ved kondensasjonsvarme'fra en delmengde av den partielt reduserte damp fraClausius-Rankine-prosessen.

I avsnittet 7-8-9 oppvarmes dampen isobart til

500° C. I tilslutning dertil skjer i avsnittet 9 - 10 absorpsjonen av dampen i CaO ved 500° C. Den absorpsjonsvarme Q^qq som derved frigjøres, kan i Clausius-Rankine-prosessen anvendes til fordampning av vann (avsnitt B - C) og/eller til overopphetning av damp (avsnittene C - D og/eller E - F).

Endelig blir det mettede arbeidsmiddel C a ( 0 H ) £ fra absorberen oppvarmet til utdrivningstemperaturen 700 C i avsnitt 10 -r 1.

Ved de ovenfor og i det følgende angitte trykk- og temperaturverdier dreier det seg bare om omtrentlige og som eksempel valgte verdier som beror på bestemte litteratursteder. For systemet CaO/h^O fins der også andre damptrykkangivelser som ved et forut^itt trykk til og med tillater ennå høyere utdriv-ningstemperaturer .

Ved den som eksempel beskrevne varmetransformasjonsprosess blir varmeenergi nedtransformert fra 700° C under ytterligere opptak av varmeenergi fra 120° C til 500° C og 310° C. Ær ansformas ionen kan ved p i . elo\en nevnte indre varmeutviklingsprosess gjøres praktisk talt helt reversibelt, men riktignok er den mengde varmeenergi som frigjøres- i avsnittet 5-6, større em den mengde varmeenergi som trenges i avsnittet 7 - 8, av hvilken grunn det er gunstigere å føre prosessen på følgende måte: Den del 3-4-5-6 av varmetransformasjonsprosessen som tilsvarer en varmepumpe, føres i motstrøm til delen A - B -

C - D av Clausius-Rankine-prosessen, da mengden av varmeenergier her fullstendig tilsvarer hverandre. Delen 7 - 8 - 9 av varme-transf ormas jonsprosessen ifølge fig. 2 carnotiseres ved uttak av varmeenergi fra Clausius-Rankine-prosessen.

Det CaO som foreligger i punkt 1, blir i det skjematisk viste avsnitt 11 - 12 igjen bragt i den tilstand som tilsvarer punkt 10, således at det igjen står til disposisjon for absorpsjonen av vanndamp. Ved indre varmeveksling kan man også her unngå noen nevneverdige tap. Transporten av oet pulverformede CaO kan skje i en såkalt hvirvelseng, dvs. det pulverformede, faste CaO kan ved hjelp av en innført inert gass, såsom helium, bringes i en lett-flytende tilstand ( "fluidiseres" ) . Det samme gjelder for det pulverformede Ca^H^.

Det beskrevne CaO/h^O-arbeidsmiddel system har den fordel at forholdene ved absorpsjonen i vidtgående grad er kjent (absorpsjonen tilsvarer leskingen av brent kalk), ennvidere kan man bare vente små korrosjonsproblemer og endelig er det virksomme arbeidsmiddel vanndamp, hvis egenskaper er meget godt kjent i teknolo-gien.

Det beskrevne flerstoff-arbeidsmiddelsystem kan forandres ved tilsetning av andre jordalkalioksyder. Således er det f. eks. ved å erstatte Ca med Ha mulig å oppnå et forutgitt damptrykk ved lave temperaturer, mens man ved delvis å erstatte Ca med Sr eller Ba oppnår et ønsket damptrykk ved høyere temperaturer enn ved å anvende rent kalsiumoksyd henholdsvis -hydroksyd. Rene magnesium-oksyd/vann- hhv. bariumoksyd/vann-systemer er imidlertid praktisk talt ubrukbare som følge av de ugunstige damptrykk.

Kalsiumoksyd hhv. -hydroksyd kan også tilsettes andre stoffer, f. eks. silisiumoksyd hhv. -hydroksyd og/eller eventuelt også aluminiumoksyd hhv. -hydroksyd.

Fig. 4 viser skjematisk et varmekraftverk som arbeider uten mellom-overoppvarmning og på basis av den varme-transf ormas jonsprosess som er vist ved den heltrukne kurve på

fig. 2, i forbindelse med en etterkoblet Clausius-Rankine-prosess. For enkelthets skyld viser figuren bare de deler som er ubetinget nødvendige til forklaring av oppfinnelsen, mens f. eks. matevann-forvarmningen og andre deler som finnes i konvensjonelle varmekraftverk, for enkelthets skyld er sløyfet på tegningen. Det bemerkes at varmekraftverket, forsåvidt det i det følgende ikke er beskrevet, kan være lagt opp som f. eks. et vanlig varmekraftverk som tjener til fremstilling av elektrisk strøm.

I den utstrekning det er hensiktsmessig er arbeidsmidlets h^O temperatur og trykk angitt ved vedkommende ledninger, idet (fl) angir den flytende tilstand og (d) den damp- henholdsvis gassformige tilstand for arbeidsmidlet. Tallene i en sirkel tilsvarer tallene for de spesielle punkter i diagrammet ifølge fig. 2.

På fig. 4 og i de følgende skjematiske fremstil-linger au kraftverkanlegg er anordningen au de blokker som representerer forskjellige deler au anlegget, i tegningens vertikale retning et kualitatiut mål for den temperatur på huilke de respektiue deler av anlegget arbeider.

En del av varmekraftverket som er vist på fig. 4 og utgjør den del som tilsvarer varmetransformasjons-forkoblings-'prosessen, inneholder en utdriver 30 som tilføres primærvarmeenergi Qp fra en varmekilde 31, såsom en fyringskjel, et kjernekraftverk eller lignende. I utdriueren 30 driues vanndamp ut av Ca(0H)2ved 700° C og 100 bar i overensstemmelse med kurveavsnittet 1-2. Denne vanndamp strømmer så i rekkefølge gjennom utgangssidene fra 3 til varme — vekslerne 32a, 32b og 32c som tjener den indre varmeveksling. I varmeveksleren 32a kjøles dampen ned til 500° C (se avsnitt 2 - 3 på fig.. 2); i varmeveksleren 32b kjøles dampen ned til 300<*>"<1>C og når duggkurven i punkt 4 (fig. 2); i varmeveksleren 32c kondenseres - dampen i henhold til avsnitt 4 - 5 på fig. 2 under avgivelse av kondensasjonsvarme. Det flytende som foreligger på varmeutgangs-siden av den tredje 'varmevekslerens 32c varmeleveringsside, strømmer så gjennom en fjerde varmevekslers 3 2d varmeleveringsside, hvor den avkjøles til 100° C i henhold til punkt 6 på ;fig. 2. Vannet avspennes så ved hjelp av et strupested eller en ventil 34 til et trykk på 1 bar og tilføres deretter en fordamper 36, i hvilken vannet ved å oppta varmeenergi fra Clausius-Rankine-prosessen, omdannes til vanndamp med en temperatur på 100° C og et trykk på 1 bar. Vanndampen passerer derpå varme-vekslernes 32d og 32b varmeopptakssider og opphetes derpå til 300 hhv. 500° C i overensstemmelse med kurve avsnitte ne 7 - 9 på fig. 2. Denne vanndamp med 500° C ledes så inn i en absorber 44, i hvilken den absorberes av CaO under dannelse av Ca(0H)2under avgivelse av absorpsjonsvarme (avsnitt 9 - 10 på fig. 2). ;Det Ca(0H)2som oppstår i absorbeisn 44, bringes så i en hvirvelseng under trykkøkning ved hjelp av en pumpe 45 inn i utdriveren 30, hvorved dens temperatur bringes opp på 700° C ved å oppta varme i varmeveksleren 32a. Det CaO som oppstår i utdriveren 30 ved utdrivningen av vanndampen, blir under avgivelse av varme i ■varmevekslerens 32a annen varmeleveringsdel og en trykkreduksjonsinnretning 43 overført til absorberen 44, nvilket likeledes kan finne sted i en hvirvelseng. ;Den del au uarmekraftuerket som arbeider etter Clausius-Rankine-prosessens prinsipp, inneholder et skjematisk vist turbinanlegg med en første turbin 37 og en annen turbin 38, en kondensator 39, en mateuannpumpe 50, en fordamper 47 samt en overopp-heter 48. Pumpen leverer uann i flytende form fra kondensatoren 44 til fordamperen 47, huor vannet fordampes ved hjelp av den ;absorpsjonsvarme som frigis i overensstemmelse med avsnittet ;9 - 10, hvorpå den dannede damp opphetes i overoppheteren 48 til ;500° C. Denne damp strømmer så gjennom første turbin 37. Den damp som kommer ut fra denne første turbin, har ved det beskrevne eksempel en temperatur på 100° C og et trykk på ca. 1 bar. En del av denne damp, f. eks. 2/3, strømmer så gjennom den annen turbin, ved hvis utløp der f. eks. råder et trykk på ca. 0,05 bar. Dampen blir til slutt flytendegjort i kondensatoren 49. ;En annen del, i dette tilfelle en tredjedel av den damp som trer ut av første turbin, tilføres varmevekslerens 36 varmeleveringsside, hvor den kondenseres under avgivelse av konsensasjonsvarme som fordamper vannet i den tidligere beskrevne varmepumpedel (avsnitt 6 - 7). Det flytende vann blir deretter bragt opp på et trykk på 100 bar ved hjelp av en matepumpe 52, forvarmet til 300° C i varmevekslerens 32d varmeopptagerdel og derpå omdannet til damp i varmevekslerens 32c varmeopptagerdel. Damp som nå har 300° C, blir så sammen med dampen fra fordamperen 47, tilført overoppheterens 48 inngangsside, således at også ;dette delkretsløp er sluttet.. ;Clausius-Rankine-prosessen spaltes opp i to delkretser (mellom punktene X og Y) ved hjelp av varmekraftverkets varmepumpedel (fig. 4). Virkningsgraden forbedres derved med ca. 50 %, f. eks. fra 35 % ved anvendelse av den normale Clausius-Rankine-prosess til størrelsesmessig ca. 50 % ved anvendelse av den beskrevne varmepumpeprosess og oppdeling au Clausius-Rankine-proeessen i to delkretser. ;Den beskrevne varmetransformasjonsprosess skiller seg fra den kjente varmetransformasjonsprosess ved at avgivelsen av nyttevarmeenergi i avsnittene 4 - 5 og 9 - 10 på fig. 2 finner sted på to forskjellige témperaturnivåer, hvilket mulig-gjør den nevnte betydelige økning av virkningsgraden ved den bevirkede "carnotisering". Ellerede ovenfor ble nevnt at en varmetransformasjonsprosess av den her beskrevne art først overhodet er blitt praktisk realiserbar ved det her angitte flerstoff-arbeidsmiddelsystem. ;En ytterligere økning av den totale virkningsgrad for ;et varmekraftverk av den art som er vist på fig. 4, ka.n oppnås ved at man deler opp en del av den beskrevne varmetransformasjonsprosess på en sådan måte at der fra denne avgis varmeenergi ved ennå flere forskjellige temperaturnivåer til den etterkoblede Clausius-Rankine-prosess og derved ennå ytterligere nedsetter irreversible tilstandsforandringer i Clausius-Rankine-prosessen. Et eksempel på en oppdeling av en del av varmetransformasjonsprosessen i tre deler er vist på fig. 2 ved de ytterligere strek-tegnede og strek-prikk-tegnede kurvedeler. ;I avsnittene 1-5 f orløper/varmetransf ormas jonsprosessen som beskrevet ovenfor og i henhold til den helt opptrukne kurve på fig. 2. I dette tilfelle blir imidlertid ikke alt kondensert vann avkjølt til 100° C (punkt 6), men<1>!del, f. eks. en tredjedel, blir bragt på en temperatur på f. eks. 160 o C og avspent til et tilsvarende trykk, hvilket tilsvarer punkt 6'. Vannet med en temperatur på 150° C blir så fordampet ved varmeopptak fra Clausius-Rankine-prosessen (avsni tt 5' - 7'), hvilket skal forklares nærmere under henvisning til fig. 5. Dampen opphetes derpå til punktet 9' som tilsvarer en temperatur på 560° C, og ved denne temperatur blir vanndampen absorbert av en del av CaO, hvorved varmeenergien Q 5 g q frigjøres og som i Clausius-Rankine-prosessen anvendes til overoppheting av damp. ;På tilsvarende måte kan en ytterligere del, f. eks. en annen tredjedel av det kondenserte vann, kjøles ned til et punkt 6" som f. eks. tilsvarer en temperatur på 50° C, hvilket vann derpå fordampes i henhold til avshitt 6" - 7", hvorved der oppnås damp med et trykk på ca. 0,1 bar. Dampen blir deretter opphetet til punktet 9" som tilsvarer en temperatur på 440° C. ;Ved denne temperatur absorberes dampen så av en ytterligere del av CaO, hvorved absorpsjonsvarmeenergi Q44Qved temperaturen 440° C blir fri (avsnitt 9" - 10"). ;En tredje del av det kondenserte vann, f.eks. en ;tredje tredjedel, blir behandlet videre etter d 3 n beskrevne prosess som tilsvarer den helt uttrukne kurve. ;Ved at man kan tilføre Clausius-Rankine-prosessen varmeenergi ved de tre forskjellige temperaturer 560° C, 500° C ;og 440° C, blir tilstandsforandringene i ennå høyere grad rever-sible og varmekraftverkets virkningsgrad totalt sett tilsvarende øket. ;Fig. 5 viser skjematisk et varmekraftverk som arbeider ;på basis av den ovenfor beskrevne, oppdelte varmetransformasjonsprosess. Kraftverket er angitt på tilsvarende måte som på fig. 4. En del av de varmevekslere som tjener til den indre varmeveksling, er imidlertid ikke vist for ikke å gjøre tegningen unødig kom-plisert. Det skal dog bemerkes at de forholdsregler for den indre varmeveksling som er omtalt i forbindelse med fig. 4, også kan finne anvendelse ved varmekraftverk ifølge fig. 5. ;På fig. 4 og 5 er for tilsvarende deler anvendt de samme henvisningsbetegnelser. Ytterligere deler av kraftverket ifølge fig. 5 som er kommet til som følge av oppdelingen av varmetransfor-mas jonsprosessen , samt deres funksjon i forhold til deler av varmekraftverket på fig. 4, er betegnet med en eller to aksenter og arbeider i henhold til de deler av prosessen ifølge fig. 2 ;som er betegnet med tall med en henholdsvis to aksenter. ;Varmekraftverk ifølge fig. 5 inneholder ennvidere en (eller flere) utdrivere 30, hvis primærvarmeenergi Qp tilføres fra en varmekilde 31. Det flytende vann med en temperatur på ;300° C og et trykk på 100 bar, som står til disposisjon" ved varmevekslerens 32c varmeutgangsside, blir ved hjelp av tre ventiler 34, 34';og 34" avspent til tilstander som tilsvarer punktene 6, 6' henholdsvis 6".' Vannet blir derpå fordampet i fordamperen 36, 36' og 36" under opptak av varmeenergi fra Clausius-Rankine-prosessen, og dampen blir derpå ved indre varmeveksling (ikke vist på fig. 5) opphetet og de enkelte deldamp-strømmer absorberes så i tilsvarende absorbere 44, 44' og 44" ;ved de angitte temperaturer. Den ab sorpsjbnsvarmeenergi Q^^<q»>^500°^^560som c^erv/ec' frigjøres, anvendes til fordampning av matevannet i fordamperen 44 og til overopphetning av den dannede damp i tre etter hinannen koblede overopphetere 48", 48, 48'. Denne damp mates så til den første del 37 av turbinanlegget. ;Fra den del au varmekraftverket på fig. 5 som arbeider etter Clausius-Rankine-prosessen, nøyaktigere sagt fra turbin-delen, uttas der over ledninger 54, 55 og 55 damp-delstrømmer ved temperaturer på 50° C, 100° C hhv. 160° C, hvilke leverer inngangs-varmeenergi for fordamperne 36", 36 hhv. 36'. Det derved dannede kondenserte vann bringes ved hjelp av matepumper 52, 52' hhv. 52,y opp på et trykk på 100 bar og tilføres en felles ledning 58 som er tilsluttet på varmevekslerens 32c varmeopptaksside. I denne varmeveksler blir vannet fordampet og denne damp blir så i anlegget ifølge fig. 4 opphetet tilden som eksempel angitte turbininnløps-temperatur på' 560° C og etter å vææ blitt forenet med dampen fra overoppheteren 48' tilført turbinanleggets 37 - 38 inngangsside. ;Fig. 6 viser diagrammet for en arbeidsytende forkoblingsprosess av den av Koenemann angitte art, dog under anvendelse av det ovenfor beskrevne flerstoff-arbeidsmiddelsystem CaO/h^O. ;Det skal ennvidere antas at avgivelse av arbeide, dvs. ved turbin-drift, begynner ved 560° C. Som allerede forklart i forbindelse med fig. 2, kan primærvarmen tilføres ved 700° C på grunn av darnp-trykkurven for Ca(0H)2uten at trykket overskrider verdien 100 bar. ;De enkelte kurveavsnitt tilsvarer følgende prosesser: 1-2: Utdrivning av h^O-damp ved 700° C og p = 100 bar under tilførsel av ca. 5200 kJ enthalpi pr. kg H^O-damp. Dampen må ;1 tilfelle befris for medført CaO-støv. ;2 - 3: Isobar avkjøling av dampen under indre varmeveksling ;(i motstrøm til det mettede Ca(0H)2som skal oppvarmes til ut-drivningstemperatur i henhold til avsnitt 6 - l), hvor t = 560° C. Ved hjelp av denne indre varmeveksling blir prosessen mellom ;700° C of 560° C i vidtgående grad reversibel, altså carnotisert, således at den effektive øvre temperatur, i/ed hvilken primærvarmen blir virksom, blir ca. 700° C. ;3- 4: Avspenning av dampen i en turbin til t = 120° C og p = 2 bar; på fig. 6 er der for avsnittet-3 - 4 antatt en turbin-virk-^ningsgrad på 0,85. ;4- 5: Isobar oppvarmning av dampen til 530° C (p = 2 bar). ;Dette kan eventuelt skje ved varmeveksling med den etterfølgende Clausius-Rankine-prosess eller ved hjelp av røkgasser. ;5-6: Absorpsjon au dampen ved 520° C under, frigivelse av ca. 5200 kO enthalpi pr. kg absorbert damp. Denne varme anvendes til dampfrembringelse og overopphetning av arbeidsmidlet ( H^ Q) ;1 den derpå følgende Clausius-Rankine-prosess. ;6 - 1: Oppvarmning av Ca(0H)2til utdrivningstemperaturen på ;700° C i motstrøm til den vanndamp som skal avkjøles (avsnitt ;2 - 3) og CaO som skal avkjøles (skjematisk vist ved svpitt 7-8) som igjenanvandes til absorpsjon. ;Den ovenfor beskrevne, arbeidsytende forkopingsp ro sess er først blitt praktisk realiserbar ved hjelp av det nye flerstoff-arbeidsmiddelsystem CaO/h^O (og det i det følgende beskrevne metall-hydrogen-arbeidsmiddelsystem). Varmekraftverkets totale virkningsgrad lar seg derved øke i betydelig grad ved hjelp av denne forkoblingsprosess, da man kan frembringe h^O-damp med et forujygitt trykk ved vsentlig høyere temperaturer enn ved et klassisk varmekraftverk, hvor der i det vesentlige fordampes rent vann, og da varmeovergangen fra dampens opprinnelsestempe-ratur (ved det beskrevne eksempel 700° C) til den maksimalt tillatte turbin-innløpstemperat ur (ved det beskrevne eksempel 560° C) praktisk talt skjer uten irreversible tilstandsforan-dri.nger. Det i avsnittet 3-4 oppnådde arbeide oppnår man i tillegg til den fra den etterfølgende Clausius-Rankine-prosess. ;Fig. 7 viser skjematisk de for oppfinnelsen vesentlige deler av et varmekraftverk som arbeider på basis av den ovenfor ;beskrevne prosess i henhold til den heltrukne Kurve på fig. 6. ;Kraftverket inneholder en utdriver 70, ■ i hvilken h^O-damp med trykk på 100 bar ved en temperatur på 700° C drives ut av Ca( 0H)^ ved hjelp av primærvarme Qp fra en primærvarmekilde 71' (se avsnitt 1 - 2 på diagrammet ifølge fig. 6). Vanndampen ledes deretter gjennom en ledning 72 til en varmevekslers 74 varmeleveringsdel. I denne varmeveksler nedsettes dampens temperatur til 560° C i henhold til avsnitt 2 - 3 på fig. 4, hvilken temperatur ogsåher antas å utgjøre den maksimale turbin-inngangstemperatur. Dampen ;strømmer så gjennom en første turbin 75, fra hvilken dampen trer ut med en temperatur på 120° C og et trykk på 2 bar og blir så opphetet isobart i en annen varmeveksler 78 til f. eks. 530° C (punkt 5, fig. 6) og derpå tilført en absorber SQ, hvor den absorberes av CaO under frembringelse av absorpsjonsvarme (avsnitt ;'5-6, fig. 6). Det derved dannede Ca(0H)2blir så gjennom et hvirvelsengsystem som inneholder en pumpe 82 som øker hvirvel-sengvæskens trykk til 100 bar,.over varmeveksleren 74 som øker C a H 2 ' s temperatur til ca. 700° C, igjen ført tilbake til utdriveren 70, i hvilken vanndamp igjen drives ut. Det CaO som blir tilbake etter utdrivingen av vanndampen, blir ved hjelp av et hvirvelsengsystem igjen over varmeveksleren 74, i hvilken temperaturen reduseres til 530° C_, og over en trykkreduksjonsinnretning 84, i hvilken trykket bringes ned til absorbertrykket på 2 bar,, ført tilbake til absorberen. Dermed er forkoblingsprosessens kretsløp sluttet. ;Den del av varmekraftverket som arbeider etter Clausius-Rankine-prosessen, inneholder en turbin 90 som mates med den damp som frembringes i fordamperen 86 ved hjelp av den i absorberen 80 frigjorte absorpsjonsvarme og overopphetet til 530° C i overroppheteren 88. ;Dampen blir så, etter å ha passert gjennom turbinen 90, på vanlig måte kondensert i en kondensator 96. Det kondenserte vann tilføres likeledes fordamperens 86 inngangsside over en hovedmatepumpe 98. Den nødvendige varmeenergi for overopphetning av damp i avsnitt 4-5 (fig. 6) kan f. eks. tilveiebringes ved hjelp av røkgasser, avgrening av damp fra Clausius-Rankine-prosessen eller på en eller annen egnet måte. ;Også ved anvendelse av den ovenfor i forbindelse med fig. 6 og 7 beskrevne arbeidsytende forkoblingsprosess kan man ytterligere øke virkningsgraden, hvis man deler denne forkoblingsprosess ..opp i flere delprosesser for i mest mulig vidtgående grad å carnotisere den etterfølgende Clausius-Rankine-prosessen•• ;Ved forkoblingsprosessen ifølge fig. 6 kan dette skje ved at man avspenner delmengder av den damp som foreligger i punkt 3, i flere turbiner eller i en flertrinnsturbin med avtap-ninger under arbeidsytelse til flere forskjellige temperatur- ;og trykknivåer. Således karjfnan f. eks. utnytte en del av dampen inntil et punkt 4' som tilsvarer en temperatur på ca. 190° C ;og et trykk på 5 bar, og utnytte en "ytterligere del inntil punktet 4" som tilsvarer en temperatur på 50° C og ca. 0,1 bar og ved hjelp av en mellom-opphetning av den damp son har avgitt arbeide inntil punktet 4 (12D° C, 2 bar), til et punkt 4a og deretter ;av/giv/else au arbeide i en turbin (avsnitt 4a - 4"). En ytterligere del av dampen blir, som beskrevet ovenfor, utnyttet til å avgi arbeide fra punkt 3 til punkt 4. ;Hver av dampdelene som har avgitt arbeide, blir så opphetet isobart, idet man når fra punktet 4' til punktet 5' ;(560° C, 5 bar) og fra punktet 4" til punktet 5" (440° C, 0,1 bar). Dampen blir så ved disse temperaturer og trykk absorbert av CaO ;i adskilte absorbere, hvorved absorpsjonsvarmen blir frigitt ved de tilsvarende temperaturnivåer. Den varmeenergi som frigis ved de tre temperaturnivåer 440, 520 og 560° C, kan så tilføres tilsvarende steder av en dampfrembringer, en overopphetnings- eller mellom-opphetningsdel (tilsvarende avsnittene B-C, C - D henholdsvis E - F i fig. l) av den kraftverkdel som arbeider etter Clausius-Rankine-prosessen. Ved at absorpsjons-varmeenergi frembringes i det vesentlige på det temperaturnivå, ved hvilket den trenges i Clausius-Rankine-prosessen, blir irreversible prosesser i vesentlig grad nedsatt og virkningsgraden i tilsvarende grad øket. ;Det skal her nevnes at transport av de pulverformede faststoffer CaO og Ca(0H)2i stedet kan skje ved en kontinuerlig hvirvelsengmetode og. diskontinuerlig i to (eller tre) reaksjonskar vekselvis som utdriver eller absorber. ;Virkningsgraden av en oppdelt, arbeidsytende forkoblingsprosess av den ovenfor nevnte art utgjør i idealtilfellet inntil 70 %, men i praksis kan man uten store omkostninger oppnå virkningsgrader over 50 %, da der som vesentlige tap i den totale prosess, ved siden av turbin- og varmetap, bare blir tilbake tap som følge av varmevekslingsprosesser og hysterese-effekter i absorpsjons- og utdrivningsprosessen, som avhenger av den hastighet med hvilken prosessen gjennomføres. ;På fig. 8 er vist skjematisk de vesentligste.deler ;av et varmekraftverk, med hvilke den oppdelte forkoblingspro se ss som er forklart i forbindelse med fig. 6, lar seg realisera. ;I en utdriver 100 som tilsvarer utdriveren 30 på fig. 4 og 5 ;og for primærvarmeenergi Qp fra en varmekilde 102, blir vanndamp ved en temperatur på 700° C og et trykk på 100 bar drevet ut av Ca(0H)2(avsnitt 1 - 2 på fig. 6). Den damp som oppstår, ;strømmer gjennom en varmevekslers 104 varmeleveringsside og blir derunder nedkjølt til 560° C som er inngangstemperaturen for en flertrinns forkoblingsturbin 106. Fra denne turbin uttas der over ledningene 108, 110 og 112 tre damp-delstrømmer som ut-nyttes til å avgi arbeide med tre forskjellige temperatur- og trykkverdier (mellom-ove ropphetningen ifølge avsnitt 4 - 4a på ;fig. 6 er ikke vist på fig. 8). ;Ledningene 108, 110 og 112 fører over varmevekslere 114a, 114b og 114c', i hvilke damp som avgir arbeide, er opphetet isobart til temperaturer tilsvarende punktene 5', 5 hhv. 5" ;(fig. 6), til tilsvarende absorbere 116a, 116b hhv. 116c, i hvilke den opphetede damp absorberes av CaO tilsvarende kurveavsnittene 5' - 6', 5-6 hhv. 5" - 6". Det Ca(0H)2som oppstår i absorberne, føres over innretninger 118a,' 118b hhv. 118c for trykkøkning, varmevekslere 120a, 120b hhv. 120c til en samleledning 122 og fra denne, hvis nødvendig, over en ytterligere trykkøknings-innretning 124 og en varmeveksler 104 tilbake til utdriveren 100. Det CaO som oppstår i utdriveren 100, bringes over en ledning 126 som fører gjennom varmeveksleren 104, og en første trykkreduksjonsinnretning 128, til en fordelerledning 130 og fra denne over varmevekslere 120a, 120b og 120c samt ytterligere individuelle trykkreduksjonsinnretninger 132a, 132b hhv. 132c til absorbernes 116a, 116b hhv. 116c inngangssider. ;Den del av varmekraftverket ifølge fig. 8 som arbeider etter Clausius-Rankine-prosessen, inneholder en matevannpumpe 134 som fører vann til en fordamper 136 som opphetes av 'den absorpsjonsvarme som frigjøres i absorberen 116c. Den dannede damp strømmer deretter etter hverandre gjennom tre overopphetere 136a, 136b og 136c som opphetes ved hjelp av den absorpsjonsvarmeenergi som oppstår i absorberne 116c, 116b hhv. 116a. Den overopphetede damp tilføres en turbin 138 gjennom sistnevnte over-oppheter 136c,. hvor turbinens utgang er forbundet med en kondensator' 140, i hvilken damp som har avsatt arbeide, blir kondensert. Kendensatet føres derpå til fordamperen 136 av matevannpumpen 134. Absorberne 116a, 116b og 116c kan f. eks. arbeide ved temperaturene 560, 500 og 440° C. Varmevekslerne 114a, 114b og 114c kan f. eks. tilføres varme ved hjelp av røkgassene fraet fyringsanlegg. ;Et annet flerstoff-arbeidsmiddelsystem i henhold til oppfinnelsen, ved hjelp av hvilket de i forbindelse med fig. 2 og 6 beskrevne forkoblingsprosesser lar seg realisere, er det metali-hydrogensystem som arbeider etter følgende ligninger: ;Her betyr og M metaller. Begrepet "metall" skal her forstås i den bredest mulige mening og både omfatte rene henholdsvis teknisk rene, metalliske kjemiske elementer og legeringer, inter-metalliske forbindelser og lignende. ;Ligning (2) tilsvarer en spaltning eller desorpsjon ;og er ekvivalent til en fordampning, idet Q~er den varmemengde som må anvendes for forløpet av ligningen på høyre side. ;Ligning (3) tilsvarer en reaksjon eller avsorpsjon og er ekvivalent til en kondensasjon, idet Q, er den varme som ved ligningens forløp blir fri. ;Metall-hydrogen-systemer har den fordel ar derueden tilsvarende finfordeling av metallet oppnås en hurtig innstilling av faststoff-gass-likevekter, således at der for gjennomføring av reaksjonene bare kreves forholdsvis små stoffmengder og små reaksjonskar. ;En ytterligere fordel består i at de damp- eller gass-trykk som innstiller seg ved en forutgitt.. temperatur i likevekt med metallet, lar seg tilpasse den ønskede prosess ved valg av ;sqm ;en legering av egnet sammensetning. 5om metaller/kan komme på tale, er f. eks. zirkon, titan, hafnium, vanadium, niob, tantal, sjeldne jordmetaller, uran, thorium og legeringen av disse metaller seg i mellom og med andre metaller, såsom ZrV, ZrCr, ZrCo, ;TiNi, TiU, ThNi, ThCo og ThFe. Ennvidere kan f. eks. alkali- ;og jordalkalimetaller anvendes alene eller i legeringer, som f. eks.' Li, Na, LiSl, Ng^Ni og andre metaller. ;Prinsippet for et metall-hydrogensystem skal forklares ;i forbindelse med diagrammet på fig. 9, hvor der langs abscissen er avsatt den negative resiproke verdi av- temperaturen (stigende temperaturer tilsvarer altså en bevegelse mot høyre) og' langs ordinaten hydrogentrykkets p log nat. De rette linjer 150, 152 angir hydrogentrykket p som innstiller seg over et metall hhv. M2 ved en bestemt temperatur T i likevektstilstand og tilsvarer altså damptrykk-kurvene for et væske-dampsystem. ;I punktet (l) foreligger metall-hydrogen-for bindel sen I^Hy, fra hvilken der ved tilførsel av varmeenergi (pilen 154) veden forholdsvis høy temperatur T, drives ut hydrogen med et forholdsvis høyt trykk p^. Hydrogenet absorberes ("resorberes") ;i punktet (2) ved samme trykk p-^, men en lavere temperatur T ;ut av et metall M , under dannelse av metall-hydrogen-forbindeisen M,H . l/ed et tilsvarende lavere trykk p9blir så hydrogenet ;(til troas for den ennå lavere temperatur T^) i punktet (3) igjen frigitt fra forbindelsen M^Hx, idet der tilføres en varmemengde (pilen 155) ved en temperatur T ^ . Det nå frigjorte hydrogen blir ;. så igjen bundet til metallet ved en temperatur som er ;under T^. ;l/ed absorps jonsprosessen i henhold til punktene (2) ;og (4) blir absorpsjonsvarme frigjort tilsvarende pilene 158 henholdsvis 160 ved temperaturen 1^hhv. T^. ;Fig. 10 viser skjematisk et varmekraftverk, ved hvilket der, i likhet med hva tilfellet er ved varmekraftverket ifølge fig. 4, anvendes en enkel forkoblingsprosess som ikke yter ytre arbeide og som arbeider med et metall-hydrogen-system. Da det her ikke er mulig å foreta en kondensasjon av den gassformige arbeidsvæske H2>må kondensasjonen erstattes av en annen absorpsjon ("resorpsjon") av hydrogenet ved hjelp av et annet metall ved en annen temperatur enn ved frigjøringen av hydrogenet, som forklart under henvisning til fig. 9. ;I en utdriver 170 drives H~ut av metall-hydrogen-forbindelse I^H uec^ tilførsel av primærvarme Qp ved temperaturen (fig. 9) og et trykk p^*Hydrogenet blir så etter avkjøling til en temperatur T2i en ikke vist varmeveksler som tilsvarer varmeveksleren 32a på fig. 4, innført i en resorber 172 som innen holder metallet l<v>l^. I denne oppstår der under frigjøring av bindingsvarmen 158 (fig. 9) en forbindelse Pl^Hxsom tilføres en fordamper 175 over en innretning 174 for trykkreduksjon,og en ikke vist varmeveksler. I fordamperen 176 frigjøres hydrogenet igjen ved varmetilførsel tilsvarende punkt 3, fig.. 9. Det frigjorte hydrogen føres derpå til en absorber 178, hvor det i henhold til punkt (4), fig. 9, absorberes av metallet under frigjøring av varmeenergi (pilen 160) ved temperaturen T^. Det derved dannede MnH føres så iqjen tilbake til utdriveren 170

2 y ^J

gjennom en innretning 180 for trykkreduksjon. Det for hydrogen befridde metall bringes fra utdriveren 170 inn i absorberen 178 over en innretning- 182 for trykkreduksjon.

Den varmeenergi som frigjøres i resorberen 172 i henhold til punkt 2 (fig.- 9), anvendes i en fordamper 184 til fordampning av matevann. Den derved dannede damp blir videre opphetet i en over-oppheter 186 ved hjelp av den varme som frigjøres i absorberen 178 ved temperaturen T^. Den på denne måte dannede overopphetede damp tilføres en første del 188 av kraftverkets turbinanlegg.

På turbinanleggsdelens 188 utløp er der tilkoblet to ledninger

190 og 192, av hvilke den førstnevnte fører til en annen del av turbinanlegget, hvis utløp er forbundet med en kondensator 196. Ledningen 192 fører til en varmesløyfe i fordamperen 176, hvor vanndampen kondenseres under avgivelse av varme ved temperaturen T., i henhold til pilen 156. Det derved flytendegjorte vann blir over en første matepumpe 198, og det kondenserte vann fra kondensatoren 196 blir over en annen matepumpe 200 tilført fordamperen 184.

For å unngå tap vil der i praksis også ved varmekraftverk ifølge fig. 10 være anordnet varmevekslere, som allerede forklart i forbindelse med fig. 4.

Den forkoblingsprosess som er forklart under henvisning til fig. 9 og 10, lar seg, som allerede nevnt under henvisning til fig. 2, deles opp således at varmeenergi ved ennå flere temperaturnivåer tilfares Clausius-Rankine-prosessen, således

.at denne blir "carnotisert". Forkoblingsprosessen kan f. eks. deles opp.i tre delkretsløp f. eks. mellom resorberen 172 og absorberen 178. Ved denne oppdeling av forkoblingsprosessen oppnås en særlig fordel ved metall-hydrogen-systemene, nemlig at resorberne i alle delkretsløp ved valg av egnede metaller, særlig legeringer, kan bringes på samme trykk og fordamperne i alle delkretsløp kan drives ved den samme temperatur (dette er imidlertid ikke nødvendig). Han må arbeide med forskjellige temperaturer henholdsvis trykk, hvis man i alle delkretsløp anvender det samme metall (M^).-

Ved utførelsen ifølge fig. 11 og 12 er det antatt

at den i forbindelse med fig. 9 og 10 beskrevne forkoblingsprosess skal deles opp i tre delprosesser. I stedet for den eneste resorber 172 (fig. 10) trenges derfor tre resorbere 172a, 172b og 172c som tilføres det hydrogen som frigjøres i utdriveren 170. Resorberne arbeider på tre forskjellige temperaturer T 3 , T D hhv. T C (fig. 11), men med samme trykk pX,, og

de inneholder metaller M, , M, , hhv. M, som.velges således at

la lb lc 3

man oppnår de "damptrykkurver" som. er betegnet med 150a, 150b hhv. 150c. Hver av resorberne 172a, 172b hhv. 172c er tilordnet tilsvarende fordampere 176a, 176b hhv. 176c som alle arbeider på den samme temperatur T . Det hydrogen som frigjøres i fordamperne 176a, 176b hhv. 17 6 c, tilføres tre absorbere 178a, 178b og 178c som arbeider ved temperaturer og trykk tilsvarende punktene (4a), (4b) henholdsvis (4c), fig. 11, og som tilsvarer absorberen 178 på fig. 10. På fig. 12 er anvendt de samme eller' tilsvarende henvisningsbetegnelser som på fig. 10, således at en ytterligere omtale skulle være overflødig.

Metall-hydrogen-systemene lar seg naturligvis også anvende for gjennomføring av arbeidsytende forkoblingsprosesser av den art som er beskrevet ovenfor under henvisning til fig. 6-8, idet der i så fall bare anvendes et eneste metall.

Transporten av metaller henholdsvis metall-hydrogen-forbindelser som generelt sett foreligger i pulverform, kan igjen skje ved en hvirvelseng-metode. Alternativt kan man selvfølgelig også her arbeide chargevis, dvs. sørge for flere reaksjonskar som avvekslende drives som utdrivere og absorbere henholdsvis fordampere og resorbere. I alminnelighet vil man i dette tilfelle for et kretsløp eller delkretsløp anvende tre reaksjonskar, således at to kan befinne seg i drift og det tredje i mellomtiden bli avkjølt.

Kjernekraftverk i henhold til teknikkens stilling har f. eks. en forholdsvis dårlig virkningsgrad, da der ved en kjernereaktor av forskjellige grunner ikke kan frembringes høy-opphetet vanndamp. V/ed hjelp av de ovenfor beskrevne arbeids-middelsystemer og prosesser som arbeider på lignende måte som en varmepumpe, kan man i et dampkraftverk som i førs<i>te rekke får sin varmeenergi fra et kjernekraftverk, innkoble en varmepumpeprosess av den i forbindelse med fig. 2-5 henholdsvis 9-12 beskrevne art, ved hvilken den nødvendige høytemperatur-varmeenergi fåes fra fossile brennstoffer og leverer varmeenergi for overopphetning eller mellom-opphetning av den damp som er frem-bragt ved hjelp av kjernekraftverket.

Hvis disse omkostninger lønner seg, kan man ved ett

og samme varmekraftverk anvende både en varmepumpe-forkoblingsprosess og en arbeidsytende forkobl ingspro sess av den beskrevne art.

Claims (21)

1. Termodynamisk fremgangsmåte for utnyttelse av varmeenergi som står til disposisjon ved høye temperaturer, ved hvilke et flerstoff-arbeidsmiddel i et høyt temperaturområde spaltes ved hjelp av denne høytemperatur-varmeenergi til en kondensert (fast eller flytende), første komponent og en gassformig, annen komponent, hvilke to komponenter igjen forenes i et lavere temperaturområde under frigivelse av nyttevarme,karakterisert vedat flerstoff-arbeidsmidlet inneholder en av stoff-kombinasjonene CaO/H^D og metall/hydrogen, idet "metall" omfatter metalliske, kjemiske elementer og legeringer som forener seg med hydrogen ved positiv varmetoning.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisert vedat flerstoff-arbeidsmidlet spaltes ved en temperatur på minst 300° C.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2,karakterisert vedat metallet i det minste inneholder et kjemisk element, såsom Li og Na, som danner et hydrid.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 3,karakterisert vedat metallet inneholder minst én ytterligere legeringskomponent, såsom Al.

5.. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2, k a r a k r terisert ved at metallet inneholder minst ett av elementene zirkon, titan hafnium, vanadium, niob, tantal, uran og torium og/eller sjeldnejordmetaller.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 5,karakterisert vedat metallet ytterligere inneholder minst ett av elementene nikkel, kobolt, krom og vanadium.

7. Fremgangsmåte i henhold til et av de foregående krav for økning av virkningsgraden for et varmekraftverk som inneholder en hoveddel som arbeider etter Clausius-Rankine-prosessens prinsipp og avgir ytre arbeide, samt en tilleggsdel som arbeider etter prinsippet for en varmepumpe og i hvilken flerstoff-arbeidsmidlet spaltes ved primærvarme ved en temperatur i et første, høyt temperaturområde, den derved oppstående, gassformige komponent overføres til en kondensert tilstand, derpå igjen bringes i den gassformige tilstand og til slutt igjen forenes med flerstoff-arbeidsmidlets kondenserte komponenter, .karakterisert vedat kondenseringen finner sted ved en temperatur i et annet temperaturområde som ligger under det høye, første temperaturområde, overføringen i den gassformige tilstand finner sted ved en temperatur . i. et tredje temperaturområde som ligger under det annet temperaturområde, og foreningen skjer ved en temperatur i et fjerde temperaturområde som ligger mellom det første og tredje temperaturområde og er forskjellig fra annet temperaturområde, og at den varmeenergi som frigjøres ved kondenseringen og foreningen tilføres Clausius-Rankine-prosessen i det vesentlige ved temperaturen i annet og fjerde temperaturområde .

8. Fremgangsmåte i henhold til krav 7,karakterisert vedat den varmeenergi som er nødvendig for å over-føre flerstoff-arbeidsmidlets annen komponent til den gsssformige tilstand, uttas fra Clausius-Rankine-prosessen.

9. Fremgangsmåte i henhold til krav 7 eller 8,karakterisert vedat flerstoff-arbeidsmiddelsystemet er et metall-hydrogen-system, at kondenseringen bevirkes ved resorpsjon av hydrogenet i et annet metall og overføringen til den gassformige tilstand bevirkes ved utdrivningen av hydrogenet av dette annet metall.

10. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 7, 8 eller 9,karakterisert vedat den gassformige, annen komponent som frigis ved hjelp av høytemperatur-varmeenergien, kondenseres ved flere forskjellige temperaturer i det annet temperaturområde og igjen forenes med den første, kondenserte komponent ved flere forskjellige temperaturer i det fjerde temperaturområde, og at varmeenergimengder som frigjøres ved de forskjellige kon-denseringstemperaturer samt de varmeenergimengder som blir frigjort ved de forskjellige foreningstemperaturer, tilføres Clausius-Rankine-prosessen i det vesentlige der hvor varmeenergien trenges ved disse temperaturer.

Fremgangsmåte i henhold til et av de Foregående krav For økning av virkningsgraden av et kraftverk som inneholder en hoveddel som arbeider etter Clausius-Rankine-prosessens prinsipp og yter ytre arbeide, samt en forkoblingsdel, i hvilken et flerstoff-arbeidsmiddel ved tilførsel av primærmarmeenergi spaltes i en kondensert (flytende eller fast), første komponent og en gassformet annen komponent, og den gassformige, annen komponent avspennes i et turbinanlegg og derpå igjen forenes med den første komponent,karakterisert vedat den gassformige, annen komponent som trer ut av turbinanlegget ved -hjelp av varmeenergien fra Clausius-Rankine-prosessen, opphetes til en temperatur i et annet temperaturområde som ligger under første temperaturområde, og at den opphetede, annen komponent forenes med første komponent Ved en temperatur i et annet temperaturområde som ligger under første temperaturområde, og at den varmeenergi som frigjøres ved foreningen, tilbakeføres til Clausius-Rankine-prosessen.

12. Fremgangsmåte i henhold til krav 11,karakterisert vedat den gassformige, annen komponent avspennes i turbinanlegget' til flere forskjellige trykk og ved temperaturer tilsvarende disss trykk forenes med et tilsvarende antall delmengder av første komponent, idet de varmeenergimengder som frigjøres ved de forskjellige temperaturer, tilføres steder av Clausius-Rankine-prosessen., hvor disse temperaturer trenges.

13. Fremgangsmåte i henhold til krav 11 eller 12,karakterisert vedat det første, høye temperaturområde ligger over en maksimalt tillatt inngangstemperatur for turbinanlegget og at den gassformige, annen komponent som fri-gjøres ved temperaturen i det første høye temperaturområde, avkjøles ved varmeveksling til en temperatur som høyst er lik turbinanleggets maksimalt tillatte inngangstemperatur.

14. Varmekraftverk egnet for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 7, som omfatter en hoveddel som arbeider med H^ O som arbeidsmiddel og en hovedarbeidsmiddelkrets som inneholder følgende i rekke anordnede elementer: en hovedmatepumpe, en fordamper, en friskdampoveroppheter, et flertrinns-turbinanlegg som mates med overopphetet friskdamp og har et friskdamp-innløp og et avdamp-utløp, samt en kondensator som er forbundet med avdamp-utløpet og med hovedmatepumpens innløp,karakterisert vedat hoveddelen ennvidere inneholder minst én hjelpearbeidsmiddelkrets med en for avgrening av en delmengde av arbeidsmidlet bestemt avgreningsledning, hvis inngang er forbundet med et sted (X på fig. 4) av turbinanlegget (37, 38) som ligger mellom friskdamp-innløpet og avdamp-utløpet, og i rekke en hjelpekondensator (36), en hjelpe-matevannpumpe (52) samt en hjelpefordamper (32c), ^ at avgreningsledningens annen ende er forbundet med et sted (Y) av hovedkretsløpet som befinner seg foran turbinanleggets (37, 38) friskdamp-innløp, og at tilleggsdelen som arbeider med flerstoff-arbeidsmidiet, inneholder en utdriver (30), i hvilken flerstoff-arbeidsmidlet spaltes i de to komponenter.ved hjelp av høytemperatur-primærvarme (Qp) ved den temperatur (f. eks. 700° C) som ligger i første temperaturområde, ennvidere en kondensator (32c), i hvilken den ved et forut gitt, første trykk (f. eks. 100 bar) i utdriveren (30) utdrevne annen komponent ved en i annet temperaturområde lig-gende temperatur (300° C) i det vesentlige flytendegjøres isobart og avgir den derved frigjorte kondensasjonsvarme til hj^lpe-fordamperen (høyre side av 32c), en avspenningsinnretning (34) for avspenning av den f1ytendegjo rte annen komponent til et lavere, annet trykk (f. eks. 1 bar), en fordamper (36), i hvilken den avspente, flytende, annen komponent ved hjelp av kondensa-sjonsvarmen fra hjelpekondénsatoren igjen overføres i den gassformige tilstand ved en temperatur- (f. eks. 100° C) som ligger i det tredje temperaturområde, en absorber (44), i hvilken den gassformige, annen komponent fra fordamperen (36) igjen forenes med flerstoff-arbeidsmidlets annen komponent, og en innretning for overføring av flerstoff-arbeidsmidlets første komponent fra utdriveren (30) til absorberen (44) og av det .forenede flerstoff-arbeidsmiddel fra absorberen til utdriveren.

15. Varmekraftverk i henhold til krav 14,karakterisert vedat der med flere steder av turbinanlegget (37, 38) som fører arbeidsmiddel med forskjellige temperaturer, er forbundet flere avgreningsledninger (54, 55, 56), hvilke er tilordnet hver sin fordamper (36, 36', 36") samt en absorber (44, 44', 44"), idet de enkelte fordamperne og absorberne arbeider på forskjellige temperaturer (fig. 5).

16. l/armekraftverk i henhold til krav 14 eller 15, karakterisert vedvarmevekslere (32a, 32b, 32d) for indre varmeveksling.

17. l/armekraf tverk i henhold til et av kravene 14, 15 eller 16,karakterisert vedat der ved anvendelse av et metall-hydrogen-system som flerstoff-arbeidsmiddel, på stedet for hver kondensator anvendes en resorber (172; 172a, 17 2b, 172c) som sammen med tilleggsdelens tilsvarende fordamper (176; 176a, 176b, 176c) danner en hjelpe-flerstoff-arbeidsmiddelkrets, idet der i de forskjellige flerstoff-arbeidsmiddelkretser anvendes forskjellige metaller (fig. 10 og li).

18. l/armekraf tverk for utførelse av fremgangsmåten i henhold til krav 11, med en hoveddel som anvender h^O som arbeidsmiddel, og en hoved-arbeidsmiddelkrets som i serie inneholder en hovedmatepumpe, en fordamper, en f riskdamp-overopp.heter, et flertrinns turbinanlegg som mates med overopphetet friskdamp og omfatter et friskdampinnløp og et avdamputløp, og en kondensator som er tilsluttet avdampsutløpet og forbundet med hovedmatepumpens innløp og med en tilleggsdel som inneholder en utdriver, i hvilken flerstoff-arbeidsmidlet spaltes i begge komponenter ved hjelp av primærvarme ved en høy temperatur som ligger i det første temperaturområde, et turbinanlegg som mates med en gassformig, annen komponent som derved frigis under et forut gitt trykk, og en med turbinanleggets utløp forbundet absorber, i hvilken den annen komponent- som har avgitt arbeide, igjen forenes med den første komponent,karakterisert vedat der mellom'utløpet fra det turbinanlegg (76) som mates med den utdrevne, annen komponent, og absorberen (80) er koblet en varmeveksler (78), i hvilken den annen komponent som har avgitt arbeide, opphetes ved hjelp av den varmeenergi som uttas fra hoveddelen, før nevnte komponent tilføres absorberen (80) og at absorberen (80) inneholder en innretning (86, 88), ved hjelp av hvilken den absorpsjonsvarme som frigis i denne innretning, tilføres hoveddelens arbeidsmiddel.

19. l/armekraf tverk i henhold til krav 18,karakterisert vedat tilleggsdelen inneholder flere absorbere som fra forskjellige steder itilleggsdelens- turbinanlegg (106) tilføres den gassformige, annen komponent.

20. Varmekraftverk i henhold til krav 19,karakterisert vedat der ved anvendelse av et metall-hydrogen-. system,på stedet for hver absorber anvendes en resorber, at hver resorber er tilordnet en hjelpefordamper og at re sorber-hjeipe-fordamper-systemene arbeider med forskjellige metall-hydrogen-flerstoff-arbeidsmidler med forskjellige første komponenter.

21. Varmekraftverk i henhold til krav 18 - 20,karakterisert vedvarmevekslere (104, 114, 120) for indre varmeveksling .