DE19845739A1 - Wärmekraftwerk mit Flüssigkeits/Gas-Lösung, insbesondere Wasser/Ammoniak-Lösung - Google Patents

Wärmekraftwerk mit Flüssigkeits/Gas-Lösung, insbesondere Wasser/Ammoniak-Lösung

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DE19845739A1 DE1998145739 DE19845739A DE19845739A1 DE 19845739 A1 DE19845739 A1 DE 19845739A1 DE 1998145739 DE1998145739 DE 1998145739 DE 19845739 A DE19845739 A DE 19845739A DE 19845739 A1 DE19845739 A1 DE 19845739A1
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Abstract

Es wird ein Wärmekraftwerk mit Flüssigkeits/Gas-Lösung, insbesondere Wasser/Ammoniak-Lösung vorgeschlagen, DOLLAR A - mit mindestens einem einen Wärmetauscher (4) aufweisenden Sammelbehälter (1) zur Aufnahme einer Flüssigkeits/Gas-Lösung (2), DOLLAR A - mit mindestens zwei jeweils einen Wärmetauscher (13, 33) aufweisenden Druckbehältern (10, 30), die zulaufseitig mit dem Sammelbehälter (1) und ablaufseitig mit einem Pufferbehälter (22) mit integriertem Wärmetauscher (26) zum Nachheizen der Flüssigkeits/Gas-Lösung (2) verbunden sind, DOLLAR A - mit einer einen elektrischen Generator (19) antreibenden Flüssigkeitsturbine (18), die hochdruckseitig an den Pufferbehälter (22) und niederdruckseitig an den Sammelbehälter (1) angeschlossen ist, DOLLAR A - wobei die Wärmetauscher (13, 33) der Druckbehälter (10, 30) mit einem die Flüssigkeits/Gas-Lösung (2) abwechselnd aufheizenden Medium, der Wärmetauscher (26) des Pufferbehälters (22) mit einem die Flüssigkeits/Gas-Lösung (2) bedarfsweise aufheizenden Medium und der Wärmetauscher (4) des Sammelbehälters (1) mit einem die Flüssigkeits/Gas-Lösung (2) abkühlenden Medium beaufschlagt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wärmekraftwerk mit Flüssigkeits/Gas-Lösung, insbesondere Wasser/Ammoniak-Lösung.
Bei vielen thermischen Prozessen (Industrieprozesse, Kraftwerke) fallen zum Teil beträchtliche Wärmemengen an, die aufgrund relativ niedriger Temperaturen für die Stromerzeugung (beispielsweise über eine Dampfturbine) nicht genutzt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wärmekraftwerk mit Flüssigkeits/Gas- Lösung, insbesondere Wasser/Ammoniak-Lösung anzugeben, das zur Nutzung von Wärmeenergie auf niedrigem Temperaturniveau - vorzugsweise im Bereich 100°C bis 150°C - geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wärmekraftwerk mit Flüssig­ keits/Gas-Lösung, insbesondere Wasser/Ammoniak-Lösung,
  • - mit mindestens einem einen Wärmetauscher aufweisenden Sammelbehäl­ ter zur Aufnahme einer Flüssigkeits/Gas-Lösung,
  • - mit mindestens zwei jeweils einen Wärmetauscher aufweisenden Druckbe­ hältern, die zulaufseitig mit dem Sammelbehälter und ablaufseitig mit einem Puffer­ behälter mit integriertem Wärmetauscher zum Nachheizen der Flüssigkeits/Gas- Lösung verbunden sind,
    mit einer einen elektrischen Generator antreibenden Flüssigkeitsturbine, die hochdruckseitig an den Pufferbehälter und niederdruckseitig an den Sammelbehälter angeschlossen ist,
  • - wobei die Wärmetauscher der Druckbehälter mit einem die Flüssig­ keits/Gas-Lösung abwechselnd aufheizenden Medium, der Wärmetauscher des Pufferbehälters mit einem die Flüssigkeits/Gas-Lösung bedarfsweise aufheizenden Medium und der Wärmetauscher des Sammelbehälters mit einem die Flüssig­ keits/Gas-Lösung abkühlenden Medium beaufschlagt werden.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Ge­ samt-Wirkungsgrad thermischer Prozesse gesteigert wird. Das vorgeschlagene Wärmekraftwerk kann auch in Verbindung mit Sonnenkollektoranlagen betrieben werden und ist in diesem Anwendungsfall auch bei kleineren Leistungen interessant.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele erläutert.
In der Figur ist eine Grundanordnung des Wärmekraftwerkes dargestellt. Es ist ein Sammelbehälter 1 zur Aufnahme einer Flüssigkeits/Gas-Lösung 2 zu erkennen. Bei dieser Flüssigkeits/Gas-Lösung 2 handelt es sich vorzugsweise um in Wasser gelö­ stes Ammoniak. Oberhalb der Flüssigkeits/Gas-Lösung 2 befindet sich Gas 3 im Sammelbehälter 1. Innerhalb des Sammelbehälters 1 ist ein Wärmetauscher 4 an­ geordnet, welcher zur Abkühlung der Flüssigkeits/Gas-Lösung 2 dient und einen Zulauf 5 für Kühlwasser sowie einen entsprechenden Ablauf 6 aufweist.
Im unteren Bereich ist der Sammelbehälter 1 mit einem Ablauf 7 versehen. Durch diesen Ablauf 7 und eine daran angeschlossene Leitung 8 fördert eine Pumpe 9 be­ darfsweise die Flüssigkeits/Gas-Lösung 2 in einen Druckbehälter 10 über dessen Zulauf 11. Der Ablauf 12 des Druckbehälters 10 ist über eine Leitung 16, ein ein­ stellbares Ventil 17, einen Leitungsverbinder 39, einen Pufferbehälter 22 mit zulauf­ seitiger Pumpe 21, Zulauf 23 und Ablauf 24 und eine Leitung 25 sowie ein einstellba­ res Ventil 17 mit einer Flüssigkeitsturbine 18, insbesondere Wasserturbine, verbun­ den, welche andererseits an den Zulauf 20 des Sammelbehälters 1 angeschlossen ist und einen elektrischen Generator 19 antreibt.
Zur Einbindung mindestens eines zusätzlichen Druckbehälters 30 in das Anlagen­ schema besitzt die Leitung 8 einen Abzweig für die Zuführung der Flüssigkeits/Gas- Lösung zum Zulauf 31 des Druckbehälters 30, was bedarfsweise über eine eigene Pumpe 29 erfolgt. Der Ablauf 32 des Druckbehälters 30 ist über eine Leitung 36 und ein einstellbares Ventil 38 an den Leitungsverbinder 39 angeschlossen, der die Flüssigkeits/Gas-Lösungsströme aus den Druckbehältern 10, 30 über die Pumpe 21 dem Pufferbehälter 22 zuführt.
Im Druckbehälter 10 ist ein Wärmetauscher 13 angeordnet, welcher zur Erhitzung der Flüssigkeits/Gas-Lösung 2 dient und einen Zulauf 14 für Heißwasser sowie einen entsprechenden Ablauf 15 aufweist. In gleicher Art und Weise weist der Druckbehäl­ ter 30 einen Wärmetauscher 33 auf, welcher einen Zulauf 34 für Heißwasser sowie einen entsprechenden Ablauf 35 aufweist.
Der Pufferbehälter 22 weist einen Wärmetauscher 26 auf, welcher einen Zulauf 27 für Heißwasser sowie einen entsprechenden Ablauf 28 aufweist.
Da beide Wärmetauscher 13, 33 vorzugsweise aus einer gemeinsamen Wärmequel­ le (Heißwasser) gespeist werden, sind Umschalteinrichtungen 40 bzw. 41 für den gemeinsamen Zulauf 42 für Heißwasser bzw. den gemeinsamen Ablauf 43 für Heiß­ wasser vorzusehen. Diese Umschalteinrichtungen 40, 41 sind andererseits mit den beiden Wärmetauschern 13, 33 verbunden. Der Wärmetauscher 26 wird vorzugs­ weise ebenfalls von der gemeinsamen Wärmequelle beaufschlagt.
Für die Rückführung von Gas 3 aus den Druckbehältern 10 bzw. 30 zum Sammel­ behälter 1 sind Gasrückführungen 44 bzw. 45 vorgesehen.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des vorgeschlagenen Wärmekraftwerks mit Flüssigkeits/Gas-Lösung, insbesondere Wasser/Ammoniak-Lösung beschrieben. Ammoniak kann in Wasser gelöst werden, wobei die maximale Menge stark tempe­ raturabhängig ist. Durch Erhitzen dieser abwechselnd mittels der Pumpen 9 und 29 in die Druckbehälter 10 geförderten Flüssigkeits/Gas-Lösung 2 entweicht ein Teil des gelösten Ammoniaks und setzt die Lösung 2 unter Druck. Die unter Druck stehende Flüssigkeits/Gas-Lösung 2 wird abwechselnd über die Leitungen 16 bzw. 36, die Ventile 37 bzw. 38 und die Pumpe 21 dem Pufferbehälter 22 zugeleitet. Die Rück­ führung des Gases zum Sammelbehälter 1 erfolgt über die ventilgesteuerten Gas­ rückführungen 44, 45. Der Pufferbehälter 22 mit integriertem Wärmetauscher 26 hat in erster Linie die Aufgabe, einen möglichst kontinuierlichen Flüssigkeits/Gas- Lösungsstrom zu gewährleisten und dient bedarfsweise zur Nachheizung der Flüs­ sigkeits/Gas-Lösung 2.
Dieser derart erzeugte kontinuierliche Flüssigkeits/Gas-Lösungsstrom wird über das einstellbare Ventil 17 der Flüssigkeitsturbine 18 zugeleitet und dort entspannt, wobei der Flüssigkeits/Gas-Lösungsstrom für die Leistung/Spannungsregelung des ange­ triebenen Generators 19 mittels des Ventils 17 gesteuert/geregelt werden kann. Rückschlagventile in den Zuläufen der Druckbehälter 10, 30 und im Zulauf des Puf­ ferspeichers 22 verhindern eine direkte Rückströmung der unter Druck stehenden Flüssigkeits/Gas-Lösung 2 in Richtung Sammelbehälter 1 während des Aufheizens der Flüssigkeits/Gas-Lösung 2.
Beim Entspannungsprozeß in der Flüssigkeitsturbine 18 verdampfen zusätzliche Anteile des Gases und über die Verdampfungswärme wird auch die Flüssig­ keits/Gas-Lösung 2 um einige Grad abgekühlt.
Die über den Zulauf 20 in den Sammelbehälter 1 eintretende Flüssigkeits/Gas- Lösung 2 sowie das Gas 3 sind fast drucklos und werden mit Hilfe des Wärmetau­ schers 4 abgekühlt. Als Kühlmedium dient dabei beispielsweise Fluß- oder Meer­ wasser. Durch den Abkühlungsprozeß bedingt löst sich das Gas verstärkt in der Flüssigkeit.
Das am gemeinsamen Zulauf 42 bzw. gemeinsamen Ablauf 43 verfügbare Heißwas­ ser wird mittels der Umschalteinrichtungen 40, 41 abwechselnd den beiden Wärme­ tauschern 13, 33 zugeleitet. In Abhängigkeit der aktuellen Druckverhältnisse inner­ halb der beiden Druckbehälter 10, 30 stellen die Ventile 37, 38 die aktuellen Flüssig­ keits/Gas-Lösungsströme von den Druckbehältern 10, 30 zum Pufferbehälter 22 ein. Die Pumpe 21 unterstützt diese Flüssigkeits/Gas-Lösungsströme. Die Steue­ rung/Regelung der Umschalteinrichtungen 40, 41 erfolgt ebenfalls in Abhängigkeit der durch geeignete Sensoren erfaßten aktuellen Druckverhältnisse innerhalb der Druckbehälter 10, 30.
Allgemein kann das den Zuläufen 14, 27, 34 der Wärmetauscher 13, 26, 33 zuzufüh­ rende Heißwasser durch größere oder auch kleinere Sonnenkollektoranlagen und/oder durch Restwärmenutzung von Industrieprozessen und/oder durch Rest­ wärmenutzung von Diesel- oder Gasmotorkraftwerken gewonnen werden.

Claims (6)

1. Wärmekraftwerk mit Flüssigkeits/Gas-Lösung, insbesondere Was­ ser/Ammoniak-Lösung,
  • 1. mit mindestens einem einen Wärmetauscher (4) aufweisenden Sammelbe­ hälter (1) zur Aufnahme einer Flüssigkeits/Gas-Lösung (2),
  • 2. mit mindestens zwei jeweils einen Wärmetauscher (13, 33) aufweisenden Druckbehältern (10, 30), die zulaufseitig mit dem Sammelbehälter (1) und ablaufsei­ tig mit einem Pufferbehälter (22) mit integriertem Wärmetauscher (26) zum Nachhei­ zen der Flüssigkeits/Gas-Lösung (2) verbunden sind,
    mit einer einen elektrischen Generator (19) antreibenden Flüssigkeitsturbine (18), die hochdruckseitig an den Pufferbehälter (22) und niederdruckseitig an den Sammelbehälter (1) angeschlossen ist,
  • 3. wobei die Wärmetauscher (13, 33) der Druckbehälter (10, 30) mit einem die Flüssigkeits/Gas-Lösung (2) abwechselnd aufheizenden Medium, der Wärmetau­ scher (26) des Pufferbehälters (22) mit einem die Flüssigkeits/Gas-Lösung (2) be­ darfsweise aufheizenden Medium und der Wärmetauscher (4) des Sammelbehälters (1) mit einem die Flüssigkeits/Gas-Lösung (2) abkühlenden Medium beaufschlagt werden.
2. Wärmekraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Flüssigkeitsturbine (18) ein einstellbares Ventil (17) angeordnet ist.
3. Wärmekraftwerk nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach den Druckbehältern (10, 30) jeweils einstellbare Ventile (37, 38) angeord­ net sind.
4. Wärmekraftwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zulaufseitig an den Druckbehältern (10, 30) jeweils eine Pumpe (9, 29) angeordnet ist.
5. Wärmekraftwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Pufferbehälter (22) zulaufseitig mit einer Pumpe (21) verse­ hen ist.
6. Wärmekraftwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wärmetauscher (13, 33) über Umschalteinrichtungen (40, 41) abwechselnd mit dem die Flüssigkeits/Gas-Lösung (2) aufheizenden Medium beauf­ schlagbar sind.
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