DE102004037727A1 - Stromgewinnung aus der Kondensatorwärme von Kälte- und Klimaanlagen zur anteiligen Deckung des Strombedarfs - Google Patents

Stromgewinnung aus der Kondensatorwärme von Kälte- und Klimaanlagen zur anteiligen Deckung des Strombedarfs Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, aus der am Kondensator von Kälte- und Klimaanlagen anfallenden Wärme Strom zu gewinnen. DOLLAR A Die Erfindung sieht vor, mit der am Kondensator anfallenden Wärme ein Arbeitsmittel, vorzugsweise ein Lösemittelgemisch in azeotroper Mischung, zu verdampfen und den Brüden mit Energiegewinnung zu entspannen. DOLLAR A Grundlage ist die Entspannung des Treibdampfes über ein Niederdruck-Entspannungsaggregat, vorzugsweise ein Wälzkolbengebläse, und die anschließende Rückführung der im entspannten Treibdampf noch enthaltenen Restenergie. Die Energierückführung wird durch absorptive Trennung des Treibdampfes in einen Waschprozess realisiert, wobei die Absorptionsenergie die gasförmig bleibende Komponente so weit erhitzt, dass sie erneut zur Verdampfung des Arbeitsmittels genutzt werden kann.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, aus der am Kondensator von Kälte- und Klimaanlagen anfallenden Wärme Strom zu gewinnen.
  • In Kälteanlagen wird einem Kühlgut oder der Umgebung dadurch Wärme entzogen, dass in einem Verdampfer ein geeignetes Kältemittel durch Wärmeaustausch mit Kühlgut oder Umgebung verdampft wird. Wesentlich für die Erfindung ist die Tatsache, dass der Kältemaschinenprozess nur als Kreislaufprozess zu realisieren ist, wenn die aus dem Kühlgut oder dem zu kühlenden Volumen aufgenommene Wärme im Kondensator auf einem höheren Temperaturniveau wieder abgefahren werden kann. Die im Kondensator freigesetzte Wärme wird in kälteerzeugenden Prozessen normalerweise als Verlustwärme abgeführt.
    •
  • Die Erfindung geht von der Überlegung aus, die bisher als Verlustwärme auftretende Kondensationswärme nutzbringend zu verwenden, indem damit Strom gewonnen wird, der vorteilhaft zur anteiligen Deckung des Strombedarfs der Kälteanlagen genutzt wird.
  • Technisch wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass mit der Kondensationswärme ein Arbeitsmittel verdampft und anschließend der Brüden in einem Niederdruck-Entspannungsaggregat entspannt wird, wobei bei den gegebenen Temperaturniveaus mit hinreichendem Wirkungsgrad Strom gewonnen werden kann. Bei Bedarf wird dazu die im Kondensator anfallende Wärme mit Hilfe einer Wärmepumpe auf ein für die Verdampfung des Arbeitsmittels hinreichendes Temperaturniveau transformiert.
  • Die bei der Entspannung des Treibdampfgemisches im Niederdruck-Entspannungsmotor freigesetzte mechanische Energie wird erfindungsgemäß zum Antrieb eines Generators zur Stromgewinnung genutzt.
  • In einer günstigen Ausführungsform wird als Arbeitsmittel ein azeotropes Gemisch verwendet. Weitere technische Merkmale sind die Verwendung eines Niederdruck-Entspannungsaggregats mit hohem Wirkungsgrad bei niedrigen Druckdifferenzen sowie die Rückführung der im entspannten Treibdampf noch vorhandenen Energie für die erneute Verdampfung. Dazu wird nach der Entspannung eine Komponente in einer Waschlösung absorbiert, wobei die gasförmig verbleibende Komponente so weit erwärmt wird, dass ihre Temperatur oberhalb der Verdampfungstemperatur des azeotropen Arbeitsmittelgemisches liegt.
  • Technische Systeme mit diesen Merkmalen werden in den Anmeldungen AZ 10360379.4 "Niederdruck-Entspannungsmotor auf der Basis von Rootsgebläsen", AZ 10361223.8 "Niederdruck-Entspannungsmotor mit Treibdampftrennung mittels extraktiver Rektifikation", AZ 10361203.3 "Niederdruck-Entspannungsmotor mit Energierückführung" und AZ 102004017206.4 "Wärme-Strom-Transformator" ausführlich beschrieben.
  • Sofern die Kondensationswärme mit Hilfe einer Wärmepumpe zunächst auf ein höheres Ausgangs-Temperaturniveau zur Verdampfung des Arbeitsmittels transformiert werden muss, so ist der Wirkungsgrad des Gesamtsystems entscheidend von der erreichten Leistungsziffer der Wärmepumpe abhängig. Neben den bekannten Kompressions-Wärmepumpen können deshalb vorzugsweise neuartige Wärmepumpensysteme entsprechend den Anmeldungen AZ 10360364.6 "Offene Wärmepumpe unter Verwendung von flüssigkeitsüberlagerten Verdichtersystemen" oder AZ 10360380.8 "Extraktions-Wärmepumpe mit reversibel immobilisierbarem Lösemittel" verwendet werden.
  • Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für die Stromgewinnung an Kälteanlagen wird in der beigefügten Abbildung wiedergegeben.
    •
  • Der verdichtete und dabei erhitzte Kältemitteldampf der Kältemaschine (1) gibt seine Wärme auf höherem Temperaturniveau durch Wärmeaustausch im Wärmeaustauschaggregat (2) ab, in dem ein azeotropes Lösemittelgemisch verdampft wird.
  • Der im Wärmeaustauschaggregat (2) erzeugte Brüden wird über das Niederdruck-Entspannungsaggregat (3) entspannt. Dabei wird an der Welle eine mechanische Kraft erzeugt, mit der ein Generator (4) zur Stromgewinnung angetrieben wird. Der entspannte Treibdampf wird in dem Wäscher (5) mit einem Absorptionsmittel gewaschen, wobei eine Komponente absorbiert wird. Dabei wird die anfallende Absorptionsenthalpie auf die gasförmig bleibende Komponente übertragen, wodurch sich diese auf ein Temperaturniveau oberhalb der Siedetemperatur des azeotropen Gemisches erwärmt. Damit kann diese gasförmige Komponente im Wärmeaustauschaggregat (2) durch Kondensation weiteres flüssiges Arbeitsmittel verdampfen; das Kondensat wird anschließend mit der Pumpe (8) in die Arbeitsmittelvorlage gepumpt.
  • Die Absorptionslösung mit der absorbierten Komponente wird mit der Pumpe (6) in einen Membranfilter (7) gepumpt, die zur Trennung der absorbierten Komponente aus der Absorptionslösung dient. Die desorbierte Komponente wird zurück in das Wärmeaustauschaggregat (2) gefördert. Die Absorptionslösung wird anschließend wieder zum Wäscher (5) zurückgeführt.

Claims (29)

  1. Verfahren zur Gewinnung von Strom aus der am Kondensator von Kälteanlagen anfallenden Wärme.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom zur anteiligen Deckung des Strombedarfs der Kälteanlage verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die am Kondensator anfallende Wärme durch Wärmepumpen-Systeme auf ein hinreichend hohes Temperaturniveau zur Verdampfung eines Arbeitsmittels transformiert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsflüssigkeit der Wärmepumpen-Systeme ein organisches oder anorganisches Lösemittel verwendet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsflüssigkeit ein Gemisch von mindestens 2 Lösemitteln, vorzugsweise als azeotropes Gemisch, verwendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsflüssigkeit ein Gemisch mit mindestens einer reversibel immobilisierbaren Komponente verwendet wird.
  7. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmepumpe mit mechanischem Verdichter verwendet wird.
  8. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmepumpe mit flüssigkeitsüberlagertem Verdichter verwendet wird.
  9. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine chemische Wärmepumpe mit azeotropen Gemischen verwendet wird.
  10. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmepumpe auf der Basis eines Lösemittelgemisches mit mindestens einer reversibel immobilisierbaren Komponente verwendet wird.
  11. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmepumpe auf der Basis einer Energieübertragung mittels Infrarotstrahlung verwendet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromgewinnung unter Einsatz einer Niederdruck-Brüdenentspannung erfolgt.
  13. Verfahren nach Anspruch 3 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationswärme der Kältemaschine zur Verdampfung des Arbeitsmittels herangezogen wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitsmittel ein organisches oder anorganisches Lösemittel verwendet wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmittel ein Gemisch aus diesen Lösemitteln, vorzugsweise als azeotropes Gemisch, verwendet wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der durch Verdampfen des Arbeitsmittels erzeugte Treibdampf über ein Niederdruck-Entspannungsaggregat entspannt wird.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Niederdruck-Entspannungsaggregat ein Rootsgebläse oder Wälzkolbengebläse verwendet wird.
  18. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Entspannungsaggregat mit einem Generator zur Stromerzeugung verbunden wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 1, 3 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die nach der Entspannung noch im Treibdampf verbliebene Energie erneut zur Verdampfung von Arbeitsmittel genutzt wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibdampfenergie auf ein hinreichend hohes Temperaturniveau transformiert wird, um das Arbeitsmittel durch Wärmeaustausch verdampfen zu können.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturerhöhung des Arbeitsmittels mit einer Wärmepumpe realisiert wird, mit der die aufgenommene Kondensationswärme auf das höhere Temperaturniveau der Verdampfung transformiert wird.
  22. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines Arbeitsmittels aus einem azeotropen Gemisch die eine Komponente in einem Wäscher absorbiert wird und die frei werdende Absorptionswärme auf die gasförmig bleibende Komponente übertragen wird, so dass sich diese Komponente auf das Temperaturniveau oberhalb des Siedepunktes des azeotropen Gemisches erwärmt.
  23. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Arbeitsmittel als Gemisch von Lösemitteln mit mindestens einer reversibel immobilisierbaren Komponente diese Komponente durch Immobilisierung extrahiert wird, wobei die Extraktionswärme auf die gasförmig verbleibende Komponente übertragen wird und diese erwärmt.
  24. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die reversible Immobilisierung durch pH-Verschiebung, durch Elektrolyse oder Membranprozesse realisiert wird.
  25. Verfahren nach Anspruch 15 und 22, dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitsmittel ein azeotropes Gemisch aus Perchloräthylen und Wasser verwendet wird.
  26. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass als Absorptionslösung eine alkalische molekulardisperse Silikatlösung verwendet wird.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das in der alkalischen Silikatlösung absorbierte Wasser durch Erhitzen desorbiert wird.
  28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Desorption in einem vom Verdampfungsaggregat getrennten Austreiberaggregat realisiert wird.
  29. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisung der Wärme in das Austreiberaggregat erfolgt.
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