WO2014117924A2 - Verfahren zum betrieb eines niedertemperaturkraftwerkes, sowie niedertemperaturkraftwerk selbst - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines niedertemperaturkraftwerkes, sowie niedertemperaturkraftwerk selbst Download PDF

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WO2014117924A2
WO2014117924A2 PCT/EP2014/000179 EP2014000179W WO2014117924A2 WO 2014117924 A2 WO2014117924 A2 WO 2014117924A2 EP 2014000179 W EP2014000179 W EP 2014000179W WO 2014117924 A2 WO2014117924 A2 WO 2014117924A2
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Arnold Dammers
Juergen Schmeiduch
Dirk Dammers
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    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
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    • F01K25/103—Carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01K9/00—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines
    • F01K9/003—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines condenser cooling circuits
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    • 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 invention relates to a method for operating a low-temperature power plant, as well as a
  • a power plant of this type is known from DE 102 60 444 B4. But this is more of a
  • Refrigeration cycle as such.
  • media circulation is maintained from supplied heat of the refrigeration cycle.
  • the components disclosed there result in a mutually neutral to zero energy balance.
  • the present invention seeks to provide a method for operating a
  • condensation point of the medium in the circuit is controllable and reliably approachable, and the efficiency in terms of generation of electrical energy and the generation of usable cold is significantly increased.
  • Section has the subsequent expansion in the evaporator section is the more effective, especially when using the said carbon dioxide.
  • Usable cold is more and more important, and above all to produce this effective effective.
  • Low calorific waste heat belongs to one of the largest unused warmth. Here are now two alternatives.
  • Cooling circuit is operated via a bypass to the working circuit with the same evaporator medium.
  • the first Verdamfpermedium Quiltmaschinend is the working circuit, in which the turbine with
  • the second evaporator medium circuit is a
  • Cooling circuit for the precooling of the evaporator medium in the working cycle before the evaporator medium enters the condensate collector.
  • cooling circuit thermally coupled parallel to the condenser is operated via a separate heat exchanger with a different evaporator medium, as in the working cycle.
  • the cooling circuit is connected via a bypass with the working circuit media - compatible and operated with the same evaporator medium, which in the
  • a substance separation between the evaporator medium in the working circuit and the Evaporator made in the cooling circuit takes place via a heat exchanger.
  • the same or different evaporator media can then be used.
  • the medium before the medium enters the condensate tank, the medium is further cooled by a heat exchanger which is thermally coupled to the outlet of the at least liquid medium from the condensate collector, wherein said heat exchanger at the same time recycled to the evaporator medium reheating slightly again.
  • the parallel cooling circuit is switched on at least temporarily, in such a way that so
  • Condensation point in the condensate collector is kept controlled.
  • Return pump is an electric pump that consists of the native, generated in the generator electrical
  • Return pump is a pneumatic pump, in particular a piston pump, which is made of the native
  • Pressure medium energy of the evaporator medium is fed. This is even more effective in terms of efficiency, because no loss of efficiency due to a conversion of thermo-technical into electrical energy and vice versa.
  • the return pump is a feed pump, which is fed from the native mechanical energy of the turbine itself.
  • Low temperature power plant is thermally coupled to the waste heat stream or the low calorific waste heat stream of a cogeneration plant. This creates a kind
  • High-temperature evaporator cycle a common power-heat coupling takes place.
  • electrical energy accumulates, as well as a high-calorific waste heat, which can be used as heating heat.
  • the low calorific waste heat for example, from the heating return or the cooler exhaust gas area after the high calorific heat extraction is then in turn fed into the refrigeration plant. There will then be the
  • the usable cold discharge is on one
  • the embodiment according to the invention takes advantage of the considerable energy advantage that the low-calorific heat can be used to generate cooling power or cooling energy (negative heat).
  • a further proportion of electrical energy produced in this way is produced.
  • a further advantageous embodiment is that a pressure-resistant expansion vessel and / or
  • Evaporator media reservoir fluidically parallel to the working cycle via switchable bypasses or
  • this expansion vessel serves as pressure leveling if the working pressure should vary due to fluctuating Verdamfer mast.
  • the efficiency-optimized operating point of the turbine can be precisely controlled.
  • Evaporator media reservoir is Bypass positioned in the reservoir at the point of highest evaporator media pressure in the working circuit, and this is behind the evaporators.
  • Condensate collector can be routed, or it passes it deliberately cold on the turbine and performs with the then rotating turbine from a further cooling before it is fed into the further cooling to the condensate collector.
  • the core invention is that by cooling
  • the evaporator medium with pressure reducing means is used, and that on the expansion side of the turbine, the evaporator medium with pressure reducing means and an at least temporarily operated,
  • Phase transition takes place at least in the liquid state, from which the liquid refrigerant with a driven from at least partially systemic energy return pump back to the evaporator of the
  • Circular process is eligible. With these means, the cycle process described above is mobile.
  • Condensate collector the evaporator medium is passed through a arranged at the outlet of the condenser or the return pump heat exchanger, which further cools the medium before feeding into the condensate collector, said heat exchanger at the same time the recycled evaporator medium before entering the
  • the pressure reducing means is an expansion valve or an intermediate expanded expansion volume.
  • a targeted cooling by relaxing the evaporator medium is achieved in the working cycle.
  • Figure 1 Howmedien- and cooling medium circuit of the power plant with the same or the same Verdamfpermedium
  • Figure 2 phase diagram
  • Figure 3 Media circuits with expansion vessel / reservoir, with feedback in front of the turbine
  • Figure 4 Media circuits with expansion vessel / reservoir, with feedback in front of the turbine
  • Figure 7 simplified representation of the heat / Kä11eschkopp1ung.
  • FIG. 1 shows the operating method of the low-temperature power plant according to the invention, based on a circuit diagram of the working medium circuit.
  • the working medium which in this case is ideally carbon dioxide, evaporates.
  • the actual and main energy intake takes place externally of the system. From there, the working medium still passes into another heat exchanger, the working medium.
  • Working fluid superheater 12 works.
  • an external heat input 13 can take place because the superheater, for example, receives further added process waste heat and the working medium carbon dioxide
  • the working medium is fed via a valve 14 to a turbine 2, whose shaft is coupled to a generator 3 directly or indirectly via a transmission.
  • Heat exchanger 11 thermally via the output of
  • Condensate drainage from the condensate tank 4 is strongly cooled.
  • Circulation only makes sense economically, which means that it is a medium in action, which in Working temperatures of ambient temperature such as 20 ° C or less can work.
  • Condensate tank 4 is liquefied.
  • the liquid working medium is now passed back to the evaporator 1 via a pump 20 and via the already mentioned heat exchanger 11.
  • the heat exchanger 11 thus quasi a preheating of the medium takes place. That Here it is apparent that the heat exchanger 11 is of considerable importance. He will be on both media pages of
  • Injection point XI is not sufficient to a short time sufficient condensation of the medium
  • Condensate tank 4 abruptly depressurized injected and thus strongly cools.
  • This parallel cooling circuit is needed to start up and, if necessary, to stabilize the working medium "main" circuit, namely the said controlled
  • Energy of the generator can be fed, or that if necessary, at least one of the pumps and / or the compressor can be mechanically coupled to the turbine shaft if necessary via clutches and gearbox.
  • use of system-internal energy can also mean that, in particular, the pump 20 can be supplied from the pressure medium energy of the working medium itself, for example when the pump 20 is a type of piston pump.
  • Figure 2 shows this cycle described above again in a qualitative phase diagram representation.
  • liquid carbon dioxide is present at the outlet of the condensate collecting tank 4. This is brought via the pump 20 to a higher pressure level, at gleichbeibender temperature until point B is reached at the heat exchanger 11. Then there is a temperature increase to reach point C. Then the entry into the Heat exchanger 1. From there is an isobaric
  • Heat exchanger 10 is cooled, the heat of the
  • Pressure reducing valve 7 which then abruptly reduces the pressure by relaxation at the injection site X2, and so point ⁇ is achieved in the process of the phase diagram.
  • the point then connects again to the point A in the process, because the liquid carbon dioxide is again down below at the outlet of the condensate collection 4.
  • this parallel cooling circuit In the current process, this parallel cooling circuit must or can be switched on at least temporarily. This connectivity is basically done by valves.
  • FIG. 3 shows the working cycle in which
  • pressure sensors not shown here can report this to a controller, which then actuates or regulates the valves or bypass valves 201 and 202.
  • Expansion vessel or the media reservoir 200 can also play an additional role at startup and shutdown of the power plant.
  • valve 14 is closed and the bypass valve 201 is opened.
  • the vaporized medium flows there with pressure now in the
  • FIG. 4 shows a wiring variant which, unlike in the representation of FIG. 3, the return of the
  • Evaporator medium from the media reservoir 200 does not initiate in front of the turbine 2 in the working fluid circuit, but behind it.
  • This variant has the advantage that there the desired pressure level is much smaller than before the turbine 2, because the turbine 2 a
  • Relaxation machine is.
  • the introduction there thus causes a strong relaxation of the evaporator medium of the working cycle, and thus already a rapid cooling of the evaporator medium already alone by the relaxation of the evaporator medium from the media reservoir.
  • FIG. 5 shows an essential alternative method, in which no cooling circuit with the same
  • Evaporator medium as shown in the working cycle as shown in Figures 1, 3 and 4, but the cooling circuit for recooling the evaporator medium of the working cycle with another medium, or at least with a material separation of the medium in the working circuit is operated by the medium in the cooling circuit.
  • Evaporator medium of the working cycle is, for example, already at about 0 ° C to
  • the evaporator medium of the working cycle flows through the radiator 300 and is replaced by heat exchange with a cooled, separate, separate refrigerant circuit, until the liquefaction temperature of the
  • Evaporator medium is achieved in the working circuit, and the liquefied evaporator medium of the working cycle in the condensate collector 303 of the separate
  • Cooling circuit collects, and from there again as described above, by means of feed pump in the
  • Evaporator section of the working cycle is pumped or conveyed.
  • the separate cooling circuit consists of the usual components compressor 302, condensate collector 303,
  • Heat exchanger 304 For completeness, the pressure holding valve 301 is still provided.
  • the special feature here is that the enthalpy extracted by cooling in the separate cooling circuit from the evaporator medium there is transferred via the heat exchanger 304 into the quasi-evaporation section of the working medium circuit. That the energy used in the separate cooling circuit for cooling is again in the entire system as waste heat in the evaporation section of the
  • FIG. 6 shows yet another detail in which between exit of the turbine 2 and access to the
  • Condensate collecting a pressure reducer 400 is arranged. This can be an element that the
  • this may be one
  • FIG. 7 again shows a simplified representation of the working cycle with those already described above individual components.
  • the above described already as a kind of recuperation poor / cold coupling between the portion of the relaxed at the outlet of the turbine 2 evaporator medium of the working cycle and the return of the liquefied cold
  • Temperature of the cold liquid evaporator medium at about - 40 ° C leads, not directly to the output of the first pre-cooled evaporator medium at the output of the turbine 2 is thermally coupled directly, but the thermal coupling via another heat-transmitting medium and at the output of the turbine 2 in the working cycle arranged there heat exchanger 11 ⁇ takes place. This further heat-conveying medium is then heat-conveyed via a feed pump 305.
  • Point A 'point D' process points parallel cooling circuit

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Niedertemperatur-kraftwerkes mit Verdampferkreisprozess, mit einem mit einer Wärmequelle thermisch korrespondierenden Verdampfermedium und einer vom Verdampfermedium betriebenen Turbine mit Generator, welches nach der Turbine kondensiert und in einem KondensatSammler gesammelt und sodann wieder einem Verdampfer zurückgeführt wird. Um hierbei den Kondensationspunkt des Mediums im Kreislauf kontrollierbar und zuverlässig anzufahren, und den Wirkungsgrad deutlich zu steigern, ist erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass durch Abkühlung verflüssigbares Kältemittel als Verdampfermedium eingesetzt wird, und dass auf der Entspannungsseite der Turbine das Verdampfermedium mit einem zumindest temporär betriebenen, strömungstechnisch zum Kondensatsammler parallel angeschlossenen, insbesondere gesonderten, Kühlkreislauf zum Anfahren des Kondensationspunktes gesteuert weiter druckreduziert und abgekühlt wird, bis das Verdampfermedium im Kondensatsammler einen kontrollierten Phasenübergang zumindest in den flüssigen Zustand vollzieht, aus dem das flüssige Kältemittel mit einer aus zumindest teilweise systemeigener Energie betriebenen Förderpumpe wieder zurück zum Verdampfer des Kreisprozesses gefördert wird.

Description

Verfahren zum Betrieb eines Niedertemperaturkraftwerkes, sowie Niedertemperaturkraftwerk selbst
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Niedertemperaturkraftwerkes, sowie ein
Niedertemperaturkraftwerk selbst, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 und 17.
Ein Kraftwerk dieser Art ist aus der DE 102 60 444 B4 bekannt. Dabei handelt es sich aber eher um einen
Kältekreislauf als solchem. Bei dem dort dargestellten und offenbarten Medienkreislauf wird aus zugeführter Wärme der Kältekreislauf aufrecht erhalten. Die dort offenbarten Bauteile ergeben eine sich gegenseitig zu Null aufhebende Energiebilanz.
Aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2011 108 970.9 ist ebenfalls ein Verdampferkraftwerk bekannt, bei dem als Medium Kohlendioxid eingesetzt wird. Dabei ist es jedoch nicht möglich, mit den dort offenbarten Elementen den Verflüssigungspunkt des Kohlendioxids anzufahren und/oder zu halten.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines
Niedertemperaturkraftwerkes, sowie ein Niedertemperaturkraftwerk selbst dahingehend
weiterzubilden, dass der Kondensationspunkt des Mediums im Kreislauf kontrollierbar und zuverlässig anfahrbar ist, und der Wirkungsgrad in Bezug auf Erzeugung elektrischer Energie sowie der Erzeugung von nutzbarer Kälte deutlich gesteigert wird.
Die gestellte Aufgabe wird bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art, erfindungsgemäß durch die
kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des
erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 1 bis 16 angegeben.
Im Hinblick auf ein Niedertemperaturkraftwerk der gattungsgemäßen Art, wird die gestellte Aufgabe
erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 17 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Hinsichtlich des Verfahrens besteht der Kern der
Erfindung darin, dass durch Abkühlung verflüssigbares Kältemittel als Verdampfermedium eingesetzt wird, und dass auf der Entspannungsseite der Turbine das
Verdampfermedium mit einem zumindest temporär
betriebenen, strömungstechnisch zum KondensatSammler parallel angeschlossenen, insbesondere gesonderten, Kühlkreislauf zum Anfahren des Kondensationspunktes gesteuert weiter druckreduziert und abgekühlt wird, bis das Verdampfermedium im Kondensatsammeler einen
kontrollierten Phasenübergang zumindest in den flüssigen Zustand vollzieht, aus dem das flüssige Kältemittel mit einer aus zumindest teilweise systemeigener Energie betriebenen Förderpumpe wieder zurück zum Verdampfer des Kreisprozesses gefördert wird.
Erst mit der Einbringung eines zum normalen
Arbeitskreislauf im Abschnitt der Kondensation
strömungstechnisch parallelen Kühlkreislaufes ist es möglich, den Kondensationspunkt (Verflüssigungspunkt) des Arbeitsmediums Kältemittel stabil anzufahren und zu halten. Dies ist allein durch die Druckentspannung hinter der Turbine nicht möglich. Auch die weitere
Druckreduzierung nach der Turbine mittels eines
Druckreduzierventiles allein bewirkt keine stabile und dauerhafte Kondensation.
Da die Kondensation (Verflüssigung) beim Einsatz von Kältemittel, insbesondere bei Kohlendioxid eine
erhebliche Volumenreduktion des Mediums in diesem
Abschnitt zur Folge hat, ist die nachfolgende Expansion im Verdampferabschnitt um so wirkungsvoller, insbesondere beim Einsatz des besagten Kohlendioxids.
Es hat sich gezeigt, dass gegenüber dem eingangs
genannten Stand der Technik, nur so ein Kreisprozess mit Kohlendioxid darstellbar ist, bei dem aus der von außen zugeführten Wärme Energie erzeugbar bzw umwandelbar ist, in elektrische Energie und „Kälte"energie .
Nutzbare Kälte ist immer mehr von Bedeutung, und vor allem diese wirkungsgradeffektiv zu erzeugen.
Durch den Einsatz des bei erheblich niedrigen
Temperaturen verdampfenden Kältemittels (Kohlendioxid) ist es nunmehr möglich ein fast unerschöpfliches
Reservoir vorhandener niederkalorischer Abwärme und/oder niederkalorischer Umweltwärme auch als Energiequelle zu nutzen. Gerade niederkalorische Abwärme gehört zu einer der größten ungenutzten Wärmen. Hierbei werden nunmehr zwei Alternativen ausgeführt.
In der ersten Ausgestaltungsalternative ist vorgesehen, dass der zumindest temporär betriebene strömungstechnisch zum Kondensatsammler parallel angeschlossenen
Kühlkreislauf über einen Bypass zum Arbeitskreislauf mit demselben Verdampfermedium betrieben wird.
Dabei sind zwei Verdampfermediennkreisläufe zu
unterscheiden. Der erste Verdamfpermediumkreislauf ist der Arbeitskreislauf, in welchem die Turbine mit
Generator betrieben wird.
Der zweite Verdampfermediumkreislauf ist ein
Kühlkreislauf für die Vorkühlung des Verdampfermediums im Arbeitskreislauf vor Eintritt des Verdampfermediums in den Kondensatsammler.
In der zweiten Ausgestaltungsalternative ist vorgesehen, dass der parallel zum Kondensator thermisch angekoppelte Kühlkreislauf über einen gesonderten Wärmetauscher mit einem anderen Verdampfermedium betrieben wird, als im Arbeitskreislauf .
Mit anderen Worten heisst dies, dass in der ersten
Alternative, der Kühlkreislauf über einen Bypass mit dem Arbeitskreislauf medienschlüssig verbunden und mit dem selben Verdampfermedium betrieben wird, welches im
Arbeitskreislauf verwendet wird.
In der zweiten Alternative wird eine Stofftrennung zwischen dem Verdampfermedium im Arbeitskreislauf und dem Verdampfermedium im Kühlkreislauf vorgenommen. Diese Stoff- oder Medientrennung erfolgt dabei über einen Wärmetauscher. Wahlweise können dann gleiche oder verschiedene Verdampfermedien eingesetzt werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass vor Eintritt des Mediums in den Kondensatbehälter, das Medium über einen Wärmetauscher weiter abgekühlt wird, welcher thermisch an den Ausgang des zumindest flüssigen Mediums aus dem Kondensatsammler gekoppelt ist, wobei der besagte Wärmetauscher gleichzeitig das zum Verdampfer rückgeführte Medium wieder leicht vorwärmt . Durch diese thermische Rückkopplung wird der laufende Prozess hinsichtlich der angefahrenen Punkte im
Phasendiagramm wesentlich stabiler.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der parallele Kühlkreislauf zumindest temporär zugeschaltet wird, in der Weise, dass so der
Kondensationspunkt im KondensatSammler kontrolliert gehalten wird.
Weiterhin ist vorteilhaft ausgestaltet, dass die
Rückführpumpe eine elektrische Pumpe ist, die aus der systemeigenen, im Generator erzeugten elektrischen
Energie gespeist wird. Damit wird eine Autarkie im
Betrieb der Anlage erreicht .
Weiterhin ist vorteilhaft ausgestaltet, dass die
Rückführpumpe eine pneumatische Pumpe, im Besonderen eine Kolbenpumpe ist, die aus der systemeigenen
Druckmittelenergie des Verdampfermediums gespeist wird. Dies ist in Bezug auf den Wirkungsgrad noch effektiver, weil kein Wirkungsgradverlust durch eine Umwandlung von thermomechnischer in elektrische Energie und umgekehrt erfolgt .
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist es,
dass die Rückführpumpe eine Förderpumpe ist, die aus der systemeigenen mechanischen Energie der Turbine selbst gespeist wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Rückführpumpe des Arbeitsmediums mechanisch an die Turbinenwelle gekoppelt ist, bzw zuschaltbar gekoppelt ist, bspw über eine Kupplung und/oder ein Getriebe.
Eine effektive Art der thermischen Wärmekopplung sowie der funktionalen Kopplung ist es, dass in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Verdampfer des
Niedertemperaturkraftwerkes mit dem Abwärmestrom oder dem niederkalorischen Abwärmestrom eines Blockheizkraftwerkes thermisch gekoppelt ist. So entsteht eine Art
Kombikraftwerk, bei dem im BHKW die übliche
hochkalorische Wärme bspw durch Verbrennung eines
Energieträgers erzeugt und in einem
Hochtemperaturverdampfer-Kreisprozess eine üblich Kraft- Wärme-Kopplung erfolgt. Dabei fällt elektrische Energie an, sowie eine hochkalorische Abwärme, die als Heizwärme nutzbar ist. Die niederkalorische Abwärme bspw aus dem Heizungsrücklauf oder dem kühleren Abgasbereich nach der hochkalorischen Wärmeauskopplung wird dann wiederum in das Kältekraftwerk gespeist. Dort wird dann die
niederkalorische Abwärme statt in einer ORC-Anlage in einem Kältekraftwerk genutzt. Dort wird zum einen ein weiterer Stromertrag generiert, sowie nutzbare Kälte erzeugt, die in Klimaanlagen oder Kühlaggregaten nutzbar ist .
Eine solche erheblich vorteilhafte Ausgestaltung ergibt ein Kombikraftwerk, bei dem folgende Energieanschlüsse vorhanden sind:
- Erster elektrischer Abgang (Blockheizkraftwerk)
- Heizwärmeabgang (Blockheizkraftwerk)
- Zweiter elektrischer Nachverstromungsabgang
(Kältekraftwerk)
Kälteabgang
Der nutzbare Kälteabgang liegt dabei auf einem
Temperaturniveau von -20°C und kälter.
Von besonderer Bedeutung ist die Einbindbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Niedertemperaturkraftwerkes bei der Nutzung von Abwärme, insbesondere niederkalorischer Abwärme in Industrie- und Produktionsprozessen. Bei der Produktion egal welcher Produkte entsteht immer niederkalorische Abwärme die meistens nicht genutzt wird. Hinzu kommt, dass in vielen Produktionsprozessen auch Bedarf von Kühlungsleistung besteht. So ergibt sich, dass also in solchen Prozessen weder die niederkalorische Abwärme genutzt, noch die Kühlleistung regenerativ erzeugt wird.
Hier greift die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit dem erheblichen Energievorteil, dass die niederkalorische Wärme einsetzbar ist um Kühlleistung bzw Kühlungsenergie (negative Wärme) zu erzeugen. Darüber hinaus entsteht beim erfindungsgemäßen Verfahren noch ein so erzeugter weiterer Anteil elektrischer Energie. Eine Einbindung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Einrichtung führt so zu einer
erheblichen energetischen Effizienzsteigerung von industriellen Produktionsprozessen . Diese werden wirtschaftlicher und nutzen alle regenerativ nutzbaren Energieanteile im Produktionsprozess , weil der Primärenergieeinsatz damit deutlich reduzierbar ist. Eine weitere Maßnahme zur Wirkungsgradsteigerung ist, dass die bei der Kühlung im parallelen Kühlkreislauf entstehende Abwärme dem Verdampfer im Arbeitskreis des Verdampfermediums als zusätzlicher Wärmeanteil
rückgeführt wird. Da als Verdampfungswärme in diesem Kohlendioxid-Kreisprozess eine niederkalorische Abwärme ausreicht, ist dies gerade optimal.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist, dass ein druckfestes Ausdehnungsgefäß und/oder
Verdampfermedienreservoir strömungstechnisch parallel zum Arbeitskreislauf über schaltbare Bypässe oder
Bypassventile beaufschlagbar ist, in welches das
Verdampfermedium des Arbeitskreislaufes beim Abschalten des Niedertemperaturkraftwerkes hinein expandieren oder komprimieren kann, und beim Start des
Niedertemperaturkraftwerkes aus demselben das
Verdampfermedium wieder in den Arbeitskreislauf
einleitbar ist. Das heisst im laufenden Betrieb des Kraftwerkes dient dieses Ausdehnungsgefäß als Druckniveliierung wenn der Arbeitsdruck aufgrund schwankender Verdamferleistungen variieren sollte. So kann der wirkungsgradoptimierte Arbeitspunkt der Turbine genau geregelt werden.
Im Fall, dass das Kraftwerk auch mal abgeschaltet wird, wird das Verdampfermedium des Arbeitskreislaufes nicht mehr zur Turbine geleitet, sondern in das
Verdampfermedienreservoir. Zweckmäßigerweise wird dieser Bypass in das Reservoir am Punkt des höchsten Verdampfermediendruckes im Arbeitskreislauf positioniert, und dies ist hinter den Verdampfern. Wenn das Kraftwerk dann wieder gestartet wird, dann wird das
Verdampfermedium wieder in den Arbeitskreislauf zurück geleitet. Dies erfolgt über ein weiteres Ventil. Bei der Entspannung kühlt das besagte Verdampfermedium wieder erheblich ab, wodurch das Verdampfermedium entweder hinter der Turbine in die weitere Kühlung und den
Kondensatsammler geleitet werden kann, oder aber man leitet es bewusst kalt auf die Turbine und führt mit der sich dann drehenden Turbine eine weitere Abkühlung aus, bevor es in die weitere Kühlung zum Kondensatsammler geführt wird.
Weiterhin ist vorteilhaft ausgestaltet, dass auch die Einleitung des Verdampfermediums aus dem Ausdehnungsgefäß oder Verdampfermediumreservoir zurück in den
Arbeitskreislauf über ein steuerbares Ventil erfolgt.
In vorteilhafter Weise ist dieser Einleitungspunkt des Verdampfermediums in den Arbeitskreislauf
strömungstechnisch entweder vor Eintritt in die Turbine positioniert oder hinter der Turbine, dass heisst am strömungstechnischen Ausgang der Turbine.
Im Hinblick auf ein Niedertemperaturkraftwerk besteht der Kern Erfindung darin, dass durch Abkühlung
verflüssigbares Kältemittel als Verdampfermedium
eingesetzt wird, und dass auf der Entspannungsseite der Turbine das Verdampfermedium mit Druckreduziermitteln sowie einem zumindest temporär betriebenen,
strömungstechnisch zum Kondensatsammler parallel
angeschlossenen Kühlkreislauf zum Anfahren des Kondensationspunktes gesteuert weiter druckreduziert und abgekühlt wird, bis das Verdampfermedium im
Kondensatsammelbehälter einen kontrollierten
Phasenübergang zumindest in den flüssigen Zustand vollzieht, aus dem das flüssige Kältemittel mit einer aus zumindest teilweise systemeigener Energie betriebenen Rückführpumpe wieder zurück zum Verdampfer des
Kreisprozesses förderbar ist. Mit diesen Mitteln ist der oben beschriebene Kreisprozess fahrbar.
Von besonderem Vorteil ist der Einsatz von Kohlendioxid als Kältemittel bzw als Verdamfermedium . In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass vor Eintritt des Verdampfermediums in den
Kondensatsammler das Verdampfermedium über einen am Ausgang des Kondesatsammlers oder nach der Rückführpumpe angeordneter Wärmetauscher geführt wird, welcher das Medium vor Zuführung in den Kondensatsammler weiter abkühlt, wobei der besagte Wärmetauscher gleichzeitig das rückgeführte Verdampfermedium vor Eintritt in den
Verdampfer wieder leicht vorwärmt. In vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen,
dass das Druckreduziermittel ein Expansionsventil oder ein zwischengeschaltetes erweitertes Entspannungsvolumen ist. Dabei wird hierüber gezielt eine Abkühlung durch Entspannung des Verdampfermediums im Arbeitskreislauf erreicht .
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass sowohl am Einleitungspunkt (XI) des von der Turbine und dem Druckreduzierventil in den Kondensatsammler rückgeführten Verdampfermediums als auch das vom
parallelen Kühlkreislauf in den Kondensatsammelbehälter am Einleitungspunkt (X2) zurückgeführten
Verdampfermediums, die Zuführung über jeweils ein
Druckreduzierventil erfolgt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:
Figur 1: Arbeitsmedien- und Kühlmedienkreislauf des Kraftwerkes mit gleichem bzw selbem Verdamfpermedium Figur 2 : Phasendiagramm
Figur 3: Medienkreisläufe mit Ausdehnungsgefäß/Reservoir, mit Rückführung vor der Turbine Figur 4: Medienkreisläufe mit Ausdehnungsgefäß/Reservoir, mit Rückführung vor der Turbine
Figur 5: Arbeitskreislauf mit verschiedenen, stofflich voneinander getrennten Verdampfermedien in
Arbeitskreislauf und Kühlkreislauf
Figur 6: Arbeitskreislauf mit Druckminderer
Figur 7: vereinfachte Darstellung der Wärme- /Kä11erückkopp1ung .
Figur 1 zeigt das erfindungsgemäße Betriebsverfahren des erfindungsgemäßen Niedertemperaturkraftwerkes, anhand eines Schaltplanes des Arbeitsmedienkreislaufes. Im Verdampfer 1 wird durch Aufnahme von insbesondere niederkalorischer Umwelt- und/oder Prozessabwärme 100 aus Produktionsprozessen das Arbeitsmedium, welches hier idealerweise Kohlendioxid ist, verdampft. Hier findet die eigentliche und hauptsächliche Energieaufnahme von extern des Systems statt. Von dort gelangt das Arbeitsmedium noch in einen weiteren Wärmetauscher, der als
Arbeitsmedienüberhitzer 12 arbeitet. Hier kann nochmals eine externe Wärmeeinleitung 13 stattfinden, weil der Überhitzer bspw weitere zugeführte Prozessabwärme aufnimmt und auf das Arbeitsmedium Kohlendioxid
überträgt. Von dort wird das Arbeitsmedium gesteuert über ein Ventil 14 einer Turbine 2 zugeführt, deren Welle mit einem Generator 3 direkt oder indirekt über ein Getriebe gekoppelt ist.
Auf der Entspannungsseite der Turbine 2 wird das Medium über einen Wärmetauscher 11 geführt, der das
Arbeitsmedium nunmehr stark abkühlt, weil dieser
Wärmetauscher 11 thermisch über den Ausgang der
Kondensatableitung aus dem Kondensatsammelbehälter 4 stark gekühlt wird.
Diese ganz erhebliche Maßnahme bei der Ausgestaltung der Erfindung kann man als ein Art Rekuperation bezeichnen. Von physikalischer Bedeutung ist hierbei aber weniger die Vorwärmung am Verdampfer, als viel mehr die weitere
Vorkühlung des Verdampfermediums des Arbeitskreislaufes vor Eintritt in die eigentliche Kühlung nahe dem
Kondensatsammelbehälter. Die Mitnutzung der systemeigenen Kälte (Tieftemperaturwärme) und Wärme
(Hochtemperaturwärme) macht den besonderen Wirkungsgrad dieses Kraftwerkes aus. Somit wird die Verwendung des Arbeitsmediums Kohlendioxid in einem geschlossen
Kreislauf erst wirtschaftlich sinnvoll möglich, was dazu führt, dass damit ein Medium in Aktion ist, welches bei Arbeitstemperaturen von Umgebungstemperatur wie bspw 20°C oder weniger arbeiten kann.
Weiter im dargestellten Prozess wie folgt:
Das so stark abgekühlte Arbeitsmedium wird sodann einem Druckentspannungsventil 6 zugeführt, welches das
vorabgekühlte Medium nun durch weitere schlagartige Entspannung am Einspritzpunkt XI in den
Kondensatsammelbehälter 4 verflüssigt wird. Am Ausgang des Kondensatsammelbehälters 4 wird nun das flüssige Arbeitsmedium über eine Pumpe 20 und über den eben schon erwähnten Wärmetauscher 11 zurück zum Verdampfer 1 geführt. Im Wärmetauscher 11 findet somit quasi wieder eine Vorwärmung des Mediums statt. D.h. hier wird ersichtlich, dass der Wärmetauscher 11 von erheblicher Bedeutung ist. Er wird auf beiden Medienseiten von
Kohlendioxid durchströmt. Auf der Medienseite zwischen Pumpe 20 und Verdampfer 1 mit flüssigem oder zumindest extrem kaltem Kohlendioxid, und auf der vom
Turbinenausgang kommenden Medienseite von warmem
Kohlendioxidgas. So ist dieser besondere Wärmetauscher von ganz erheblicher Bedeutung für den Prozess.
Ein weiterer Kältemittelkreislauf befindet sich
strömungstechnisch quasi parallel zum
Kondensatsammelbehälter 4.
Es hat sich nämlich gezeigt, dass der Kondesationspunkt von Kohlendioxid allein durch die druckentspannende und sogar gesteuerte Injektion des Kohlendioxids am
Einspritzpunkt XI nicht hinreichend ist, um in kurzer Zeit eine ausreichende Kondensation des Mediums, im
Kondensatsammelbehälter 4 zu bewirken; auch hier muss nochmals erwähnt werden, dass zum einen elektrische Energie erzeugt werden soll, aber andererseits auch hohe Kälteleistung bereitgestellt werden soll, und dies in einem zusammenhängenden Kreisprozess . Um nun den Kondensationspunkt im Kondensatsammelbehälter 4 schnell anzufahren, und damit den den
Arbeitsmedienkreisprozess schlüssig arbeitend zu machen, wird in dem besagten parallelen Kältemittelkreislauf en klassischer Kältekreislauf gefahren, natürlich mit denselbem Medium wie das Arbeitsmedium selbst. Hier wird über ein Ventil, ggfs ein steuerbares Ventil noch gasförmiges Kohlendioxid parallel über einen Verdichter 8 geführt. Von dort wird die entstehende Wärme, bzw der Wärmeinhalt des Kohlendioxids entzogen, und über einen Wärmetauscher 10 wird diese Wärme in den oben benannten Verdamfer 11 oder zum Überhitzer 12 im
Arbeitsmedienkreislauf abgeführt. Danach wird das Medium (Kohlendioxid) des parallelen Kühlkreislaufes einem Druckentspannungsventil 7 zugeführt, welches an einem zweiten Einspritzpunkt X2 das Medium in den
Kondensatsammelbehälter 4 schlagartig druckentspannend injiziert und somit stark abkühlt.
Dieser parallele Kühlkreislauf wird zum Anfahren benötigt und ggfs zur Stabilisierung des Arbeitsmedien- „Haupt" - Kreislaufes, um nämlich die besagte kontrollierte
Kondensation (Verflüssigung) des Kohlendioxids aufrecht zu erhalten. Dieser Arbeitkreislauf arbeitet nunmehr stabil und erzeugt auf der Energieabgabeseite Kühlleistung und Strom, und wird energetisch auf der Energieaufnahmeseite von insbesonderer niederkalorischer Abwärme gespeist. Der Verdichter 8 und/oder die Pumpen 20 und 21 können zumindest nach einem kurzen Anlaufzeitintervall aus der Energie des Systems selbst gespeist werden. Sei es das die Pumpen und der Verdichter aus der elektrischen
Energie des Generators gespeist werden, oder dass ggfs zumindest eine der Pumpen und/oder der Verdichter mechanisch an die Turbinenwelle ggfs über Kupplungen und Getriebe gekoppelt sein können. Nutzung systeminterner Energie kann aber auch bedeuten, dass insbesondere die Pumpe 20 aus Druckmittelenergie des Arbeitsmediums selbst gespeist werden kann, bspw wenn die Pumpe 20 eine Art Kolbenpumpe ist. Figur 2 zeigt diesen oben beschriebenen Kreislauf nochmal in einer qualitativen Phasendiagramm-Darstellung.
Aus dieser ist erkennbar, dass dieser Prozess nunmehr ein schlüssiger Kreisprozess ist und dass der Verlauf der erzeugten Druck-Temperatur-Kennlinien nicht trivial ist.
Prinzipiell werden hier zwei Kreisprozesse ineinander geschachtelt, wie aus Figur 2 hervor geht.
Daran wird aber deutlich, dass in Gänze nunmehr ein geschlossener Kreisprozess entsteht.
Die fett gedruckte gebogene Linie stellt das bekannte Druck/Temperatur- Phasendiagramm von Kohlendioxid dar (Ordinate = Temperatur; Koordinate = Druck) .
Am Punkt A liegt flüssiges Kohlendioxid am Ausgang des Kondensatsammelbehälters 4 an. Dieses wird über die Pumpe 20 auf ein höheres Druckniveau, bei gleichbeibender Temperatur gebracht bis Punkt B am Wärmetauscher 11 erreicht wird. Sodann erfolgt eine Temperaturerhöhung um Punkt C zu erreichen. Sodann erfolgt der Eintritt in den Wärmetauscher 1. Von dort erfolgt eine isobare
Temperaturerhöhung bis zum Punkt D und über den
Überhitzer bis zum Punkt E des Prozessverlaufers im Phasendiagramm .
Die nachfolgende Beströmung der Turbine erfolgt
idealerweise mit kleiner Druckreduzierung im Vergleich zu den den ansonsten im Kreisprozess generierten
Druckreduzierungen. Erst das Druckreduzierventil 6 reduziert an der Injektionsstelle XI den Druck um Punkt F des Prozessverlaufes im Phasendiagramm zu erreichen.
Dort wirkt nun der oben besagte parallele Verdichter und Kühlprozess über den Verdichter 8. Vor dem Verdichter wird der Punkt ΑΛ im parallelen Kühlkreislauf erreicht, und nach dem Verdichter ist Punkt Βλ im Prozessverlauf des Phasendiagramms erreicht. Von Punkt Βλ geht es bei hohem Druck bis zu Punkt mit entsprechender
Temperaturabsenkung, weil das Medium hier über den
Wärmetauscher 10 abgekühlt wird, der die Wärme des
Mediums auf den Verdampfer 11 und/oder den Überhitzer 12 im Arbeitskreis überführt.
Hier tritt nun die Wirkung des zweiten
Druckreduzierventils 7 ein, welches dann schlagartig den Druck durch Entspannung an der Injektionsstelle X2 reduziert, und so wird Punkt Ό im Prozessverlauf des Phasendiagramms erreicht.
Der Punkt schließt dann wieder an den Punkt A im Prozessverlauf an, weil das flüssige Kohlendioxid wieder unten am Ausgang des Kondensatsammelbehälters 4 unten anliegt .
Hier ist der Kreislauf dann wieder geschlossen. Damit dieser Punkt im Phasendiagramm, bzw im Prozessverlauf stabil angefahren wird, bedarf es im Anfahrzeiträum der Beauschlagung des parallelen
Kühlkreislaufes. Im laufenden Prozess muss oder kann dieser parallele Kühlkreislauf zumindest temporär mit zugschaltet werden. Diese Zuschaltbarkeit erfolgt dabei dem Grunde nach über Ventile.
Wenn das Druckreduzierventil 6 ideal arbeitet, ist auch ein direkter Übergang von Punkt F zu Punkt A im
Prozessverlauf des Phasendiagramms möglich.
Als Arbeitsmedien sind prinzipiell auch alle anderen bekannten organischen und anorganischen Kältemittel einsetzbar, die im Prozess in ähnlicher Weise
verflüssigbar sind.
Figur 3 zeigt den Arbeitskreislauf, bei welchem
strömungstechnisch zwischen Verdampfer 12 und Eintritt in die Turbine 2 ein Bypass für das Verdampfermedium im Arbeitskreislauf in ein Ausdehnungsgefäß oder
Medienreservoir 200 vorgesehen ist. Wenn der Arbeitsdruck des Verdampfermediums in diesem Bereich schwankt, dann wird über das Ausdehnungsgefäß 200 hierüber die
Schwankung kompensiert . Dazu können hier nicht weiter dargestellte Drucksensoren dies an eine Steuerung melden, die dann die Ventile oder Bypassventile 201 und 202 ansteuert, bzw geregelt ansteuert. Dieses
Ausdehnungsgefäß bzw das Medienreservoir 200 können aber auch beim Start und beim Abschalten des Kraftwerkes eine zusätzliche Rolle spielen.
Wird das Kraftwerk abgeschaltet, dann wird das Ventil 14 geschlossen und das Bypassventil 201 geöffnet. Das verdampfte Medium strömt dort mit Druck nun in das
Medienreservoir 200, bis dieses voll ist. Wird die Anlage in Betrieb genommen, dann wird das Bypassventil 202 geöffnet und mit dem zuletzt erreichten Druck wird das Medium auf die Turbine 2 gegeben, die sofort anfängt zu drehen. Der Prozess kommt in Gang.
Figur 4 zeigt eine Beschaltungsvariante die anders als in der Darstellung von Figur 3 die Rückleitung des
Verdampfermediums aus dem Medienreservoir 200 nicht vor der Turbine 2 in den Arbeitsmedienkreislauf einleitet, sondern dahinter. Diese Variante hat den Vorteil, dass dort das gewünschte Druckniveau viel kleiner ist, als vor der Turbine 2, weil die Turbine 2 eine
Entspannungsmaschine ist. Die Einleitung dort bewirkt somit ein starke Entspannung des Verdampfermediums des Arbeitskreislaufes, und damit schon eine rapide Abkühlung des Verdampfermediums schon alleine durch die Entspannung des Verdampfermediums aus dem Medienreservoir.
Figur 5 zeigt eine wesentliche Verfahrensalternative, bei welcher kein Kühlkreislauf mit demselben
Verdampfermedium, wie im Arbeitskreislauf wie in den Figuren 1, 3 und 4 dargestellt betrieben wird, sondern der Kühlkreislauf zur Rückkühlung des Verdampfermediums des Arbeitskreislaufes mit einem anderen Medium, oder zumindest mit einer stofflichen Trennung des Mediums im Arbeitskreislauf vom Medium im Kühlkreislauf betrieben wird.
Das über die Turbine 2 bereits entspannte
Verdampfermedium des Arbeitskreislaufes ist bspw bereits auf ca 0°C bis
-5 °C abgekühlt und wird durch den Kühler 300 geleitet. Das Verdampfermedium des Arbeitskreislaufes durchströmt den Kühler 300 und wird mittels Wärmetausch mit einem zweiten, stofflich getrennten separaten Kühlkreislauf gekühlt, bis die Verflüssigungstemperatur des
Verdampfermediums im Arbeitskreislauf erreicht wird, und das verflüssigte Verdampfermedium des Arbeitskreislaufes sich im KondensatSammler 303 des gesonderten
Kühlkreislaufes sammelt, und von dort wieder wie oben beschrieben, mittels Förderpumpe in den
Verdampferabschnitt des Arbeitskreislaufes gepumpt bzw gefördert wird.
Der separate Kühlkreislauf besteht aus den üblichen Komponenten Kompressor 302, KondensatSammler 303,
Wärmetauscher 304. Der Vollständigkeit halber ist noch das Druckhalteventil 301 vorgesehen.
Das besondere hierbei ist, dass die durch Kühlung im separaten Kühlkreislauf dem dortigen Verdampfermedium entzogene Enthalpie, über den Wärmetauscher 304 in die quasi Verdampfungsstrecke des Arbeitsmediumkreislaufes überführt wird. D.h. die im separaten Kühlkreislauf zur Kühlung aufgewendete Energie wird im Gesamtsystem wieder als Abwärme in der Verdampfungsstrecke des
Arbeitskreislaufes überführt, was den letztendlichen Gesamtwirkungsgrad steigert.
Figur 6 zeigt noch ein weiteres Detail, bei welchem zwischen Ausgang der Turbine 2 und Zugang zum
KondensatSammelbehälter ein Druckminderer 400 angeordnet ist. Dies kann ein Element sein, welches die
Druckreduzierung am Ausgang der Turbine weiter
begünstigt. Im einfachsten Fall kann dies ein
Strömungswiderstand mit nachfolgender
Rohrquerschnittserweiterung sein.
Figur 7 zeigt nochmals eine vereinfachte Darstellung des Arbeitskreislaufes mit den oben bereits beschriebenen einzelnen Komponenten. Hierbei ist die oben bereits als eine Art Rekuperation beschriebene ärme-/Kälteankopplung zwischen dem Abschnitt des am Ausgang der Turbine 2 entspannten Verdampfermediums des Arbeitskreislaufes und der Rückführung des verflüssigten kalten
Verdampfermediums des Arbeitskreislaufes so ausgestaltet, dass der Wärmetauscher 11, der noch in etwa die
Temperatur des kalten flüssigen Verdampfermediums bei ca - 40 °C führt, nicht direkt an den Ausgang des erst vorgekühlten Verdampfermediums am Ausgang der Turbine 2 thermisch direkt gekoppelt ist, sondern die thermische Kopplung über ein weiteres wärmevermittelndes Medium sowie ein am Ausgang der Turbine 2 im Arbeitskreislauf dort angeordneten Wärmetauscher 11 Λ erfolgt. Diese weitere wärmevermittelnde Medium wird dann über eine Förderpumpe 305 wärmevermittelnd geführt.
Bezugszeichen ;
1 Verdampfer Arbeitsmedium
2 Turbine
3 Generator
4 Kondensatsammler
5 Paralleler Kühlkreislauf
6 Druckreduzierventil
7 Druckreduzierventil
8 Verdichter
10 Wärmetauscher
11, 11 Λ Wärmetauscher
12 Überhitzer
13 externer Wärmeaustausch
14 Ventil
20 Förderpumpe, verflüssigtes Arbeitsmedium
21 Förderpumpe für zweites Medium zur
Wärmeübertagung auf Überhitzer 12 100 externer Wärmetauscher / Umweltwärme /
Prozessabwärme
200 Ausdehnungsgefäß /Medienreservoir
201 Bypassventil
202 Bypassventil
300 Kühler
301 Druckhalteventil
302 Kompressor
303 Kondensatsammler im Kühlkreislauf
304 Wärmetauscher
305 Förderpumpe in der Rekuperationsstrecke
400 Druckverminderer
XI Einleitungspunkt
X2 Einleitungspunkt
Phasendiagramm- und Prozessdarstellung:
Punkt A - Punkt F Prozesspunkte Arbeitskreis
Punkt A' -Punkt D' Prozesspunkte paralleler Kühlkreis

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines Niedertemperaturkraftwerkes mit einem Verdampferkreisprozess als Arbeitskreislauf, mit einem mit einer Wärmequelle thermisch korrespondierenden Verdampfermedium und einer vom Verdampfermedium betriebenen Turbine mit Generator, welches nach der Turbine kondensiert und in einem Kondensatsammler gesammelt und sodann wieder einem Verdampfer zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch Abkühlung verflüssigbares Kältemittel als Verdampfermedium eingesetzt wird, und dass auf der Entspannungsseite der Turbine das Verdampfermedium mit einem zumindest temporär betriebenen, strömungstechnisch zum KondensatSammler parallel angeschlossenen, insbesondere gesonderten, Kühlkreislauf zum Anfahren des Kondensationspunktes gesteuert weiter druckreduziert und abgekühlt wird, bis das Verdampfermedium im Kondensatsammler einen kontrollierten Phasenübergang zumindest in den flüssigen Zustand vollzieht, aus dem das flüssige Kältemittel mit einer aus zumindest teilweise systemeigener Energie betriebenen Förderpumpe wieder zurück zum Verdampfer des Kreisprozesses gefördert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verdampfermedium Kohlendioxid ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zumindest temporär betriebene
strömungstechnisch zum Kondensatsammler parallel angeschlossene Kühlkreislauf über einen Bypass zum Arbeitskreislauf mit demselben Verdampf ermedium betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zumindest temporär betriebene parallel zum KondensatSammler thermisch angeschlossene oder zumindest angekoppelte Kühlkreislauf über einen gesonderten Wärmetauscher mit einem weiteren oder anderen Verdampfermedium betrieben wird, als im Arbeitskreislauf .
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass vor Eintritt des Mediums in den
Kondensatbehälter, das Medium über einem
Wärmetauscher weiter abgekühlt wird, welcher thermisch an den Ausgang des zumindest flüssigen Mediums aus dem KondensatSammler gekoppelt ist, wobei der besagte Wärmetauscher gleichzeitig das zum Verdampfer rückgeführte Medium wieder leicht vorwärmt .
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der parallele Kühlkreislauf zumindest temporär zugeschaltet wird, in der Weise, dass so der
Kondensationspunkt im Kondensatsammler kontrolliert gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rückführpumpe eine elektrische Pumpe ist, die aus der systemeigenen, im Generator erzeugten elektrischen Energie gespeist wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rückführpumpe eine pneumatische Pumpe, im Besonderen eine Kolbenpumpe ist, die aus der systemeigenen Druckmittelenergie des
Verdampfermediums im Arbeitskreislauf gespeist wird
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rückführpumpe eine Förderpumpe, die aus de systemeigenen mechanischen Energie der Turbine gespeist wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Verdampfer des Niedertemperaturkraftwerkes mit dem Abwärmestrom oder dem niederkalorischen Abwärmestrom eines Blockheizkraftwerkes thermisch gekoppelt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die bei der Kühlung entstehende im parallelen Kühlkreislauf entstehende Abwärme dem Verdampfer im Arbeitskreislauf dem Verdampfermedium als
zusätzlicher Wärmeanteil rückgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Abwärme aus industriellen
Produktionsprozessen als Verdampferwärme dem Verdampfermedium zugeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die im Arbeitskreislauf entstehende
Kühlungswärme (negative Wärme) , die bei der
Vorwärmung des verflüssigten Arbeitsmediums
entsteht, als Kühlungsenergie dem Produktionsprozess bereitgestellt wird, indem dadurch
Produktionsaggregate , oder bei der Produktion von Lebensmitteln dieselben gekühlt und/oder gefrostet werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein druckfestes Ausdehnungsgefäß und/oder Verdampfermedienreservoir strömungstechnisch parallel zum Arbeitskreislauf über schaltbare
Bypässe oder Bypassventile beaufschlagbar ist, in welches das Verdampfermedium des Arbeitskreislaufes beim Abschalten des Niedertemperaturkraftwerkes hinein expandieren oder komprimieren kann, und beim Start des Niedertemperaturkraftwerkes aus demselben das Verdampfermedium wieder in den Arbeitskreislauf einleitbar ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass auch die Einleitung des Verdampfermediums aus dem Ausdehnungsgefäß oder Verdampfermedienreservoir über ein steuerbares Ventil erfolgt.
16. Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass der Einleitungspunkt in den Arbeitskreislauf strömungstechnisch entweder vor Eintritt in die Turbine liegt oder hinter der Turbine, dass heisst am strömungstechnischen Ausgang der Turbine. Niedertemperatur-Kraftwerk mit
Verdampferkreisprozess als Arbeitskreislauf, mit einem mit einer Wärmequelle thermisch
korrespondierenden Verdampfermedium und einer vom Verdampfermedium betriebenen Turbine mit Generator, welches nach der Turbine in einem Kondensatsammler kondensiert wird und sodann wieder einem Verdampfer zurückgeführbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch Abkühlung verflüssigbares Kältemittel als Verdampfermedium eingesetzt wird, und dass auf der Entspannungsseite der Turbine das Verdampfermedium mit Druckreduziermitteln sowie einem zumindest temporär betriebenen, strömungstechnisch zum
Kondensatsammler parallel angeschlossenen
Kühlkreislauf zum Anfahren des Kondensationspunktes gesteuert weiter druckreduziert und abkühlbar ist, bis das Verdampfermedium im Kondensatsammler einen kontrollierten Phasenübergang zumindest in den flüssigen Zustand vollzieht, aus dem das flüssige Verdampfermedium mit einer aus zumindest teilweise systemeigener Energie betriebenen Rückführpumpe wieder zurück zum Verdampfer des Kreisprozesses förderbar ist. Niedertemperatur-Kraftwerk mit
Verdampferkreisprozess nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmedium Kohlendioxid ist.
9. Niedertemperatur-Kraftwerk mit
Verdampferkreisprozess nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet,
dass vor Eintritt des Verdampfermediums in den Kondensatsammler das Verdampfermedium über einen am Ausgang des Kondensatsammlers oder nach der
Rückführpumpe angeordneter Wärmetauscher geführt wird, welcher das Medium vor Zuführung in den Kondensatsammler weiter abkühlt, wobei der besagte Wärmetauscher gleichzeitig das rückgeführten
Verdampfermedium vor Eintritt in den Verdampfer wieder leicht vorwärmt.
0. Niedertemperatur-Kraftwerk mit
Verdampferkreisprozess nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet,
dass das Druckreduziermittel ein Expansionsventil oder ein zwischengeschaltetes erweitertes
Entspannungsvolumen ist.
1. Niedertemperatur-Kraftwerk mit
Verdampferkreisprozess nach einem der Ansprüche 17 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass sowohl am Einleitungspunkt (XI) des von der Turbine und dem Druckreduzierventil in den
Kondensatsammler rückgeführten Verdampfermediums al auch das vom parallelen Kühlkreislauf in den
Kondensatsammler am Einleitungspunkt (X2)
zurückgeführten Verdampfermediums, die Zuführung über jeweils ein Druckreduzierventil (6, 7) erfolgt
22. Niedertemperatur-Kraftwerk mit
Verdampferkreisprozess nach einem der Ansprüche 17 bis 21,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verdampfermedium des Kühlkreislaufes stofflich getrennt vom Verdampfermedium des
Arbeitskreislaufes ist.
23. Niedertemperatur-Kraftwerk mit
Verdampferkreisprozess nach Anspruch 22
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verdampfermedium des Kühlkreislaufes stofflich verschieden vom Verdampfermedium des Arbeitskreislaufes ist.
24. Niedertemperatur-Kraftwerk mit
Verdampferkreisprozess nach einem der Ansprüche 17 bis 23,
dadurch gekennzeichnet,
dass die thermische Kopplung zwischen dem termischen Niveau am Ausgang der Turbine (2) und dem
Wärmetauscher (11) am Ausgang des Kondensatsammlers (4) des Arbeitskreislaufes über ein weiteres wärmevermittelndes Medium, sowie ein am Ausgang der Turbine (2) im Arbeitskreislauf dort angeordneten weiteren Wärmetauscher (11λ) erfolgt.
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