DE3327752A1 - Verfahren und vorrichtung zur erhoehung des wirkungsgrades von turbinenprozessen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erhoehung des wirkungsgrades von turbinenprozessen

Info

Publication number
DE3327752A1
DE3327752A1 DE19833327752 DE3327752A DE3327752A1 DE 3327752 A1 DE3327752 A1 DE 3327752A1 DE 19833327752 DE19833327752 DE 19833327752 DE 3327752 A DE3327752 A DE 3327752A DE 3327752 A1 DE3327752 A1 DE 3327752A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heat
temperature
medium
absorber
expeller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19833327752
Other languages
English (en)
Inventor
Friedrich-Karl Dr.rer.nat. 5060 Bergisch Gladbach Boese
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Original Assignee
Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH filed Critical Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority to DE19833327752 priority Critical patent/DE3327752A1/de
Publication of DE3327752A1 publication Critical patent/DE3327752A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C1/00Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • F02C1/007Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid combination of cycles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C1/00Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • F02C1/04Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly
    • F02C1/05Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly characterised by the type or source of heat, e.g. using nuclear or solar energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B3/00Other methods of steam generation; Steam boilers not provided for in other groups of this subclass
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B15/00Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/62Absorption based systems
    • Y02B30/625Absorption based systems combined with heat or power generation [CHP], e.g. trigeneration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung des Wirkungs-
  • grades von Turbinenprozessen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens. Nach dem derzeitigen Stand der Technik ist es so, daß die Primärwärme bei einem Turbinenprozeß häufig mit sehr hoher Temperatur anfällt, (z.B. in Brennräumen oder bei Empfängern für konzentriertes Sonnenlicht), daß jedoch aus Materialgründen diese hohe Temperatur nicht direkt genutzt werden kann, da es keine beweglichen mechanischen Bauteile für so hohe Temperaturen und Langzeiteinsatz gibt. Die auf hoher Temperatur anfallende Wärmemenge muß daher unter Verlust der gesamten Exergie auf ein technisch nutzbares Niveau abgekühlt werden, bevor ein Wärme-Kraft-Prozeß nachgeschaltet werden kann. Dies führt zu Wirkungsgradverlusten der Prozesse und dementsprechend zu einer schlechten Ausnutzung der eigentlich verfügbaren Exergie.
  • Nach dem Stand der Technik, ist z.B. aus dem "Brockhaus der Naturwissenschaften und der Technik",7. Auflage, F.A. Brockhaus, Wiesbaden 1972, Seite 380, 381 eine Absorptionskältemaschine bekannt, welche in Umkehrung der Funktion auch als Wärmepumpe aufzufassen ist. Diese Wärmepumpe nach dem Absorptionsprinzip wird von einem Absorptionskreislauf betrieben, der aufgrund einer Temperaturdifferenz eine Druckdifferenz aufrecht erhält und somit als Kompressor arbeitet. Bisher wurden solche Absorptionskältemaschinen im Niedertemperaturbereich auch als Wärmepumpen betrieben, jedoch sind Anwendungen für besonders hohe Temperaturen nicht bekannt.
  • Aus der US-PS 2 399 394 ist außerdem ein Wellen-Energietauscher bekannt, welcher als Wärmetransformator zwischen zwei Gasen betrieben werden kann. Einen solchen Wellen-Energietauscher kann man als "exergieerhaltenden Kompressor" bezeichnen, da er einen Enthalpieaustausch zwischen zwei Gasen ermöglicht. Ein solcher Wellen-Energietauscher kann so betrieben werden, daß er im Ergebnis ein heißes Gas auf ein mittleres Temperaturniveau abkühlt und dessen Exergie dabei dazu verwendet, ein anderes Gas von einem niedrigen Temperaturniveau auf ein mittleres anzuheben. Diese Verwendungsweise wurde jedoch bisher nicht in Betracht gezogen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Wirkungsgrad von Turbinenprozessen oder ähnlichem zu erhöhen, bei denen die Primärwärme auf einem technisch nicht nutzbaren hohen Temperaturniveau eingekoppelt wird. Dabei geht die vorliegende Erfindung von der Erkenntnis aus, daß,entgegen der bisher allgemein üblichen Praxis, es möglich ist, einen Teil der in der auf hohem Temperaturniveau befindlichen Wärmemenge gespeicherten Exergie auszunutzen, um zusätzlich ein Medium von niedriger Temperatur auf ein technisch nutzbares Temperaturniveau anzuheben.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren nach dem Hauptanspruch vorgeschlagen. Dazu soll ein "exergieerhaltender Kompressor" in dem Kreislauf betrieben werden, welcher die Temperaturdifferenz zwischen Primärtemperatur und technisch nutzbarer Temperatur ausnutzt, um zusätzlich ein Medium von einer niedrigeren Temperatur auf technisch nutzbare Temperatur anzuheben. Statt bloßer Abkühlung, bei der die gesamte Exergie verloren geht, kann bei Verwendung eines exergieerhaltenden Kompressors" ein Teil der Exergie genutzt werden. In den Ansprüchen 2 und 8 werden verschiedene prinzipielle Ausführungsmöglichkeiten von exergieerhaltenden Kompressoren" beschrieben. Entsprechend dem Anspruch 2 besteht eine Möglichkeit der exergieerhaltenden Kompression in der an sich bekannten Anwendung eines thermischen Kompressors nach dem Prinzip eines Absorptionsprozesses. In diesem Falle wird der thermische Kompressor zum Antrieb einer Wärmepumpe benutzt,und seine beiden Temperaturniveaus befinden sich erheblich höher als bei den bekannten Anwendungen. Ansonsten ist die Funktionsweise aber analog der nach dem Stand der Technik bekannten. Die Primärwärme wird einem Austreiber zugeführt, in welchem ein gasförmiges erstes Medium durch Energiezufuhr aus einem flüssigen oder festen, zweiten Medium, in dem es gelöst oder gebunden war, ausgetrieben wird.
  • Das ausgetriebene erste Medium wird in einem Kondensator auf einem technisch nutzbaren Temperaturniveau kondensiert, das kondensierte erste Medium wird nach dem Prinzip einer Wärmepumpe nach Durchlaufen eines Rekuperativwärmetauschers in einem Drosselventil oder einer Pumpe entspannt und nimmt anschließend in einem Verdampfer Energie auf niedrigem Temperaturniveau auf, worauf im Rekuperativwärmetauscher die vorher entzogene Wärme wieder zugeführt wird. Anschließend wird das erste Medium zu einem Absorber geführt, in dem es wieder in dem zweiten flüssigen oder festen Medium gelöst bzw. gebunden wird. Die Temperatur im Absorber ist ebenfalls auf einem technisch nutzbaren Niveau, so daß die dort anfallende Absorptionswärme genutzt werden kann. Die "reiche"Lösung beider Medien wird von einer Pumpe wieder zum Austreiber geführt, während die "arme" Lösung über ein Drosselventil und gegebenenfalls über ein Rekuperativ-Wärmetauscher-System in den Absorber fließt. Bei festem Medium erfolgt der Transport über ein Schleusensystem. Die im Kondensator und im Absorber anfallende t'iärrne wird in anschließenden Wärme-Kraft-Prozessen genutzt.
  • Das vorgeschlagene System hat den Vorteil, daß der Absorptionsprozeß die Temperaturdifferenz zwischen Austreiber und Absorber zumindest teilweise zur Umwandlung in Kompressionsenergie ausnutzt. Zumindest dieser Anteil der Exergie kann in dem angeschlossenen Wärmepumpenprozeß genutzt werden und erhöht somit den Wirkungsgrad.
  • Im Anspruch 3 wird in besonderer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, als Zufuhr für die Wärmepumpe einen Teil der Abwärme aus den Wärme-Kraft-Prozessen zu nutzen, was ebenfalls eine günstige Ausnutzung der Möglichkeit zur Erhöhung des Wirkungsgrades ist.
  • Im vierten Anspruch werden Stoffpaare für den Hochtemperatur-Sorptionsprozeß vorgeschlagen, nämlich Wasser und hygroskopische Medien, wie z.B. Salze und Hydroxide.
  • Alternativ dazu sieht der Anspruch 5 andere geeignete Stoffpaare, nämlich C02 bzw. SO2 und Metalloxide vor, bei deren Bindung dann Karbonate bzw. Sulfate oder Sulfite entstehen.
  • In den Ansprüchen 6,7 und 8 werden Vorrichtuncren zur Durchführunc: des Verfahrens vorgeschlagen, welche im folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert werden.
  • In den Ansprüchen 9 und 10 werden ein alternatives Ver- fahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vorgeschlagen. In diesem Falle wird der "exergieerhaltende Kompressor" nicht durch einen Sorptionskreislauf sondern durch einen Wellen-Energietauscher verwirklicht. Solche Wellen-Energietauscher sind als Wärmetransformatoren für verschiedene Anwendungsfälle bekannt (z.B. Croes, N.: "The Principle of the Pressure-Wave-M:ichine as Used for Charging Diesel Engines", Proc. of the 11. International Symposium on Shock Tubes and Waves, Seattle, Washington, July 11-14, 1977). In diesem Falle wird besonders vorgeschlagen, daß der Wellen-Energietauscher gerade so betrieben wird, daß die Endtemperatur und der Enddruck des treibenden und des zu treibenden Gases gleich sind, so daß die beiden Ausgänge verbunden werden können. Außerdem wird der Wellen-Energietauscher mit einem auf hoher Temperatur befindlichen treibenden Gas betrieben und nutzt die Temperaturdifferenz zwischen der Anfangstemperatur und der technisch verwertbaren Temperatur dazu, Gas von niedrigerer Temperatur ebenfalls auf das technisch verwertbare Niveau anzuheben. Die entsprechende Vorrichtung nach Anspruch 10 wird ebenfalls anhand der Zeichnung noch näher erläutert.
  • Der technische Hintergrund der Erfindung und die erfindungswesentlichen Teile werden in der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Sorptionskreislauf, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Wellen-Energietauscher und Fig. 3 ebenfalls ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Wellen-Energietauscher.
  • In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführung mit einem Sorptionskreislauf dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel ähnelt i..l im Prinzip einer Absorptions-Kältemaschine, jedoch mit einer anderen Auslegung, die dem neuen erfindungsgemäßen Verwendungszweck angepaßt ist. In einem Aus treiber 1 wird auf einer hohen Temperatur T1 die Wärmemenge Q1 eingekoppelt. Dadurch wird dus einem flüssigen Medium, in welchem ein gasförmiges Medium gebunden bzw. gelöst war, das gasförmige Medium ausgetrieben.
  • Es gelangt in einen Kondensator 2, wo es seine Wärme auf einem technisch ausnutzbaren Temperaturniveau T2 abgibt uiid dabei auf die Temperatur T4 abgekühlt wird. Die Temperatur T4 ist größer oder gleich der Temperatur T3 des 3 dem Kondensator zugeführten Kühlmittels.Anschließend wird die im Kondensator entstandene Flüssigkeit in einem Drosselventil 5 entspannt, wodurch sie sich weiter auf die Temperatur T5 abkühlt. Diese TemperaturT5kann niedriger als die Umgebungstemperatur 5 liegen. Dadurch kann in einem Verdampfer 6 über Wärmeaustauschflächen 7 Wärme aus der Umgebung auf der Temperatur T3 zugeführt werden. Hier kann selbstverständlich auch billig verfügbare Niedertemperaturwärme eingekoppelt werden. Die Temperatur des Mediums erhöht sich dadurch auf die Temperatur T6, welche kleiner oder gleich T3 ist.
  • Durch ein System von Rekuperativwärmetauschern 4, 8 durch welche der Flüssigkeit vor dem Drosselventil 5 Wärme entzogen wird, die hinter dem Verdampfer 6 wieder eingeko~opel wird, kann die Ausbeute bei der Wärmeeinkopplung im Verdampfer 6 erhöht werden. Anschließend gelangt das Gas mit einer Temperatur T7, die bei Verwendung von Rekuperativwärmetauschern kleiner oder gleich T4 ist, in einen Absorber 9. In diesem Absorber 9 wird das Gas wieder in dem flüssigen Medium des Sorptionskreises gelöst bzw. gebunden, wobei die freiwerdende Wärme über Wärmeaustauschflächen 10 abgeführt wird. Der Absorber befindet sich auf einem technisch nutzbaren Temperaturniveau T2. Die "reiche" Lösung wird von einer Pumpe 11 wieder in den Austreiber befördert, während gleichzeitig die "arme" Lösung vom Austreiber 1 über ein Drosselventil 13 in den Absorber 9 gelangt. Sofern technisch möglich, kann auch in diesem Kreislauf ein Rekuperativ-Wärmetauscher-System 12, 14 hinter der Pumpe 11 bzw. vor dem Drosselventil 13 vorgesehen werden. Bei dieser Anordnung wirkt der Sorptionskreislauf wie ein Kompressor, welcher von der Temperaturdifferenz zwischen T1 und T2 angetrieben wird. Die im Absorber 9 auf der Temperatur T2 ausgekoppelte Wärme kann in einem nachgeschalteten Wärme-Kraft-Prozeß 16, 18, 19 verwendet werden. Ebenso kann die im Kondensator 2 ausgekoppelte Wärme auf der Temperatur T'2 in einem nachgeschalteten Kraft-Wärme-Kopplungsprozeß 15, 18, 19 genutzt werden, beispielsweise zum Antrieb eines Generators 17. Dort fällt eine entsprechende Abwärmemenge Q2 an, von der ein kleiner Teil z.B. auch genutzt werden kann, um am Verdampfer 6 als zusätzliche Wärme Q3 eingekoppelt zu werden. Im Prinzip kann je nach den technischen Möglichkeiten auch der Wärmeinhalt des ausgetriebenen Gases, dessen Exergie sonst teilweise verlorengehen würde, rekuperiert werden. Mit einem (gestrichelt angedeuteten) Wärmetauscher 20, in dem das Gas isobar abgekühlt wird, könnte Wärme entzogen und (wie ebenfalls gestrichelt angedeutet) zur Vorwärmung der "armen" Lösung mitbenutzt werden.
  • Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Wellen-Energietauscher 22. In einem Heizer 21 wird eine Wärmemenge Q1 einem Gas zugeführt, das von einem mittleren Temperaturniveau T5 auf das hohe Temperaturniveau T1 aufgeheizt wird. Dieses auf T1 erhitzte Gas wird dem Wellen-Energietauscher 22 zugeführt. Der Wellen-Energietauscher wirkt als Wärmetransformator, so daß die Temperatur des treibenden Gases von T1 auf T2 erniedrigt wird, während gleichzeitig ein getriebenes Gas, welches dem Wellen-Energietauscher auf der anderen Seite zugeführt wird, von der niedrigen Temperatur T3 ebenfalls auf die Temperatur T2 angehoben wird. Die gesamte nunmehr auf der Temperatur T2 befindliche Gasmenge wird durch einen Wärmetauscher 23 geführt, in welchem die Wärme ausgekoppelt und einem nachgeschalteten Wärme-Kraft-Prozeß 24, 25, 26 zugeführt wird.
  • Hinter dem Wärmetauscher 23 wird der Gasstrom, der jetzt die Temperatur T4 hat, aufgeteilt, wobei etwa ein Drittel des Stromes über einen Kompressor 27 unter Erhöhung seiner Temperatur auf T5 zurück zum Heizer 21 geführt wird, während die anderen zwei Drittel unter Auskopplung von Kraft, beispielsweise in einer Turbine 28, expandiert werden. Dadurch erniedrigt sich die Temperatur soweit, daß in einem Wärmetauscher 30 Umgebungswärme oder Niedertemperaturwärme auf der Temperatur T3 zugeführt werden kann. Anschließend wird dieser Zweig des Kreislaufs zu dem Niedertemperatureingang des Wellen-Energieaustauschers 22 geführt. Die Turbine 28 kann einen Generator 29 antreiben und/oder zum Antrieb des Kompressors 27 dienen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist es wieder möglich, einen Teil der Abwärme Q2 aus dem Wärme-Kraft-Prozeß 24, 25, 26 als Wärmemenge Q3 dem Wärmetauscher 30 wieder zuzuführen.
  • In Fig. 3 ist ein weiteres, besonders einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In einem Heizer 31 wird eine Wärmemenge Q1 einem Gas zugeführt, dessen Temperatur sich von T6 auf den hohen Wert T1 erhöht. Dies auf T1 erhitzte Gas wird einem Wellen-Energietauscher 32 zugeführt.
  • Dieser wirkt als Wärmetransformator, so daß die Temperatur des treibenden Gases von T1 auf T2 erniedrigt wird, während gleichzeitig ein getriebenes Gas, welches dem Wellenenergietauscher 32 auf der anderen Seite zugeführt wird von der niedrigen Temperatur T3 ebenfalls auf die Temperatur T2 angehoben wird. Die gesamte sich nunmehr auf der Temperatur T2 befindliche Gasmenge wird in zwei etwa gleich grosse Teilströme geteilt. Ein Teilstrom wird einer Turbine 33 zugeführt, wo das Gas sich unter Abkühlung auf T4 entspannt.
  • Anschließend wird ihm durch den Wärmetauscher 35 die Wärmemenge Q2 entzogen. Dabei kühlt das Gas sich von T4 auf T5 ab. Es wird dann durch den Verdichter 38 komprimiert und dabei auf den im Heizer 31 herrschenden Druck gebracht, an dessen Eintritt es die Temperatur T6 aufweist. Der andere Teilstrom gelangt mit der Temperatur T2 in die Turbine 36, wobei das Gas sich auf die Temperatur T3 abkühlt, mit der es dann wieder dem Wellen-Energietauscher 32 zugeleitet wird.
  • Der Vorteil der Erfindung soll anhand von Fig. 1 noch mit einem Zahlenbeispiel erläutert werden.
  • Es seien: Die Temperatur T1 im Austreiber 1800 K die Temperatur T2 im Absorber 800 K die niedrige Temperatur T3 etwa 300 K.
  • Von der im Austreiber zugeführten Wärmemenge Q1 werde 1/2 für die Desorption und 1/2 zur Aufwärmung der Medien verwendet.
  • Könnte die ganze Temperaturdifferenz zwischen 1800 K und 300 K genutzt werden, so wäre der theoretische Wirkungsgrad 1800 - 300 = 0,833, d.h. es könnte maximal 0,833x Q1 in mechanische Energie umgewandelt werden.
  • Könnte - wie bisher allgemein - nur die Differenz zwischen 800 K und 300 K genutzt werden, so wäre der theoretische Wirkungsgrad 7 800 - 300 = 0,625, d.h. es könnte maximal 0,625 x Q1 in mechanische Energie umgewandelt werden.
  • Im vorgeschlagenen System geschieht nun folgendes: 1/2 Q1 geht in die Temperaturerhöhung der Medien und kann nur nach Abkühlung auf 800 K genutzt werden. Für diese Hälfte ergibt sich der theoretische Wirkungsgrad # 800 - 300 = 0,625.
  • Auf diesem Wege werden daher maximal 0,312XQ1 in mechanische Energie umgewandelt.
  • Der andere Teil von Q1 kann jedoch besser genutzt werden: Diesen Teil wandelt der Sorptionskreis mit einem theoretischen Wirkungsgrad von n 1800 - 800 = 0,555 in Kompressions-Energie um. Dadurch entstehen maximal 0,277xQ1 an mechanischer Energie.
  • Diese mechanische Energie wird nach dem Prinzip der Absorptionswärmepumpe zum Anheben eines Mediums von T3 = 300 K auf T2 = 800 K benutzt. Der Wirkungsgrad dieses Vorgangs ist 8O--300 = 1,6.
  • I Es ergibt sich daher eine Wärmemenge von 0,444xQ1, die im Absorber auf 800 K vorliegt. Dazu kommt noch die nicht umgewandelte Verlustwärme aus dem Sorptionskreis von 0,222 X Q1 ebenfalls auf 800 K. Insgesamt liegt damit im Absorber eine Wärmemenge von O,666XQ1 auf 800 K vor. Dies kann wieder mit r) 8CO - 300 = 0,625 ausgenutzt werden, d.h.
  • es kann dort noch maximal O,416xQ1 in mechanische Energie umgewandelt werden. Für diese Hälfte von Q1 wird somit tatsächlich X 1800 - 300 erreicht.
  • Insgesamt entstehen in dem Prozeß maximal 0,416SQ1 + 0,312xQ1 = 0,728xQ1 an mechanischer Energie, d.h. der theoretische Wirkungsgrad ist # ges. 0,728.
  • Dieser Wert kann sich je nach Aufteilung von Q1 in Temperaturerhöhung der Medien und Desorption verschieben; er liegt jedoch immer zwischen 1800 - 300 und X 800 - 300.
  • - Leerseite -

Claims (10)

  1. Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung des Wirkungsgrades von Turbinenprozessen Patentansprüche Oi Verfahren zur Erhöhung des Wirkungsgrades von Turbinenprozessen und ähnlichem, bei denen die Primärwärmezufuhr (Q1) auf einem so hohen Temperaturniveau erfolgt, daß eine direkte Ausnutzung technisch nicht möglich ist, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgendes Merkmal: Der Prozeß wird von einem "exergieerhaltenden Kompressor" getrieben, wobei dieser Kompressor die Temperaturdifferenz zwischen Primärtemperatur (T1) und technisch nutzbarer Temperatur (T 2" ausnutzt, um zusätzlich ein Medium von einer niedrigeren Temperatur (T3) auf technisch nutzbare Temperatur (T2 ) anzuheben.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der "exergieerhaltende Kompressor" ein thermischer Kompressor nach dem Prinzip eines Absorptionsprozesses ist, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Die Primärwärme (Q1) wird einem Austreiber (1) zugeführt, in welchem ein gasförmiges erstes Medium durch Energiezufuhr aus einem flüssigen, zweiten Medium, in dem es gelöst oder gebunden war, ausgetrieben wird.
    b) Das ausgetriebene erste Medium wird in einem Kondensator (2) auf einem technisch nutzbaren Temperaturniveau kondensiert.
    c) Das kondensierte erste Medium wird nach dem Prinzip einer Wärmepumpe nach Durchlaufen eines Rekuperativwärmetauschers (4) in einem Drosselventil (5) entspannt und nimmt anschließend in einem Verdampfer (6) Energie auf niedrigem Temperaturniveau auf, worauf im Rekuperativwärmetauscher (8) die vorher entzogene Wärme wieder zugeführt wird d) Anschließend wird das erste Medium zu einem Absorber (9) geführt, in dem es wieder in dem zweiten flüssigen Medium gelöst bzw. gebunden wird. Die Temperatur im Absorber (9) ist ebenfalls auf einem technisch nutzbaren Niveau, so daß die dort anfallende Absorptionswärme genutzt werden kann.
    e) Die "reiche" Lösung beider Medien wird von einer Pumpe (11) wieder zum Austreiber (1) geführt, während die "arme" Lösung über ein Drosselventil (13) und gegebenenfalls über ein Rekuperativ-Wärmetauscher-System (12, 14) in den Absorber (9) fließt.
    f) Die im Kondensator (2) und im Absorber (9) anfallende Wärme wird in anschließenden Wärme-Kraft-Prozessen (15, 16) genutzt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgendes Merkmal: Die im Verdampfer (7) zugeführte Wärme (3) ist ein Teil der Abwärme (Q2ì des Wärme-Kraft-Prozesses (15, 16, 18).
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h folgendes Merkmal: Als Stoffpaar für den Hochtemperatur-Sorptionsprozeß werden Wasser und hygroskopische Medien (z.B. Salze, Hydroxide) verwendet.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h folgendes Merkmal: Als Stoffpaare dienen C02 bzw. S02 und Metallcxide (bei der Bindung entstehen dann Karbonate bzw. Sulfate oder Sulfitc).
  6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 5, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Es ist ein Kreislauf (1, 13, 14, 9, 11, 12) für ein flüssiges Medium vorhanden, der aus einem Austreiber (1), einem Drosselventil (13), gegebenenfalls einem Rekuper-tiv-Wärmetauscher-System (12, 14), einem Absorber (9) und einer Pumpe (11) besteht.
    b) In den Austreiber (1) ist eine Wärmemenge (Q1) auf hohem Temperaturniveau einkoppelbar.
    c) An dem Austreiber (1) ist eine Leitung zum Ableiten eines durch die Energiezufuhr ausgetriebenen Mediums vorhanden.
    d) Der Absorber (9) besitzt eine Vorrichtung (10) zum Auskoppeln von Wärme.
    e) Es ist ein weiterer Kreislauf für das ausgetriebene Medium vorhanden, bestehend aus einem Kondensator (2) einem Rekuperativ-Wärmetauscher-System (4, 8), einem Drosselventil (5) und einem Verdampfer (7), wobei dieser Kreislauf gleichzeitig durch den Absorber (9l, die Pumpe (11) und den Austreiber (1) verläuft.
    f) Am Kondensator (2) ist eine Vorrichtung (3) zur Auskopplung von Wärme auf technisch verwertbarem Niveau vorhanden.
    g) Im Verdampfer (6) ist eine Vorrichtung (7) zur Einkopplung von NiedertemPeraturwärme (Q3) vorhanden.
    h) Die im Kondensator (2) und im Absorber (9) vorhandenen Wärmeauskopplungseinrichtungen (3 bzw. 10) führen zu einem nachgeschalteten Kraft-Wärme-Kopplungssystem (15, 16, 17, 18, 19).
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h folgendes Merkmal: Die Wärmeeinkopplungsvorrichtung (7) im Verdampfer (6) steht mit de Kühlsystem des Kraft-Wärme-Kopplungsprozesses so in Verbindung, daß ein Teil der Abwärme (Q2) wieder eingekoppelt werden kann.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h folgendes Merkmal: Es ist ein zusätzlicher Rekuperativ-Wärmetauscher (20) zwischen Austreiber (1) und Kondensator (2) vorhanden, der mit der Zuleitung der "armen" Lösung zum Austreiber (1) in Wärmeaustausch steht.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als "exergieerhaltender Kompressor" ein Wellen-Energietauscher (22 bzw. 32) verwendet wird, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Der Wellen-Energietauscher (22 bzw. 32) wird gerade so als Wärmetransformator betrieben, daß die Endtemperatur und der Enddruck des treibenden und des zu treibenden Gases gleich sind, so daß die beiden Ausgänge verbunden werden können.
    b) Der Wellen-Energietauscher (22 bzw. 32) wird mit einem auf hoher Temperatur (T1) befindlichen treibenden Gas betrieben und nutzt die Temperaturdifferenz zwischen der Anfangstemperatur (T1) und der technisch verwertbaren Temperatur (T2) dazu, Gas von niedrigerer Temperatur (T3) ebenfalls auf das technisch verwertbare Niveau (T2) anzuheben.
  10. 10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 9, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) In einem Gaskreislauf, in welchen an einem Heizer (21 bzw. 31) eine Wärmemenge (Q1) auf hohem Temperaturniveau (Tf) eingekoppelt wird, ist ein Wellen-Energietauscher (22 bzw. 32) vorhanden.
    b) Die am Ausgang des Wellen-Energietauschers (22 bzw. 32) anfallende Wärme wird in anschließenden Kraft-Wärme-Kopplungsprozessen verwertet, wobei eine Aufteilung in zwei Teilströme vorgenommen wird, deren einer nach Kraftauskopplung zum Heizer (21 bzw. 31) zurückgeführt wird, während der andere, ebenfalls nach Kraftauskopplung zum "kalten" Eingang des Wellen-Energietauschers (22 bzw. 32) zurückgeführt wird.
    c) Der zweite Teilstrom weist zwischen Kraftauskopplung (26, 38) und Wellenenergietauscher (22 bzw. 32) einen Wärmetauscher (28, 39) auf, in welchem Wärme (Q3) auf einem niedrigen Temperaturniveau zugeführt werden kann.
DE19833327752 1983-08-01 1983-08-01 Verfahren und vorrichtung zur erhoehung des wirkungsgrades von turbinenprozessen Withdrawn DE3327752A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19833327752 DE3327752A1 (de) 1983-08-01 1983-08-01 Verfahren und vorrichtung zur erhoehung des wirkungsgrades von turbinenprozessen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19833327752 DE3327752A1 (de) 1983-08-01 1983-08-01 Verfahren und vorrichtung zur erhoehung des wirkungsgrades von turbinenprozessen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE3327752A1 true DE3327752A1 (de) 1985-02-14

Family

ID=6205491

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19833327752 Withdrawn DE3327752A1 (de) 1983-08-01 1983-08-01 Verfahren und vorrichtung zur erhoehung des wirkungsgrades von turbinenprozessen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE3327752A1 (de)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2584801A1 (fr) * 1985-07-10 1987-01-16 Electricite De France Dispositif et installation de pompage de chaleur
DE4443107A1 (de) * 1994-12-03 1996-06-05 Bernhard Lucke Verfahren und Vorrichtung zur Rückgewinnung und Nutzung von Abwärme oder Restenergien
CN102878603A (zh) * 2012-10-30 2013-01-16 哈尔滨工业大学 燃气-蒸汽循环联合双级耦合热泵供暖装置
DE102012200892A1 (de) * 2012-01-23 2013-07-25 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie
DE102012217929A1 (de) * 2012-10-01 2014-04-03 Siemens Aktiengesellschaft Kraft-Wärme-Kraftwerk und Verfahren zum Betrieb eines Kraft-Wärme-Kraftwerks
CN106401679A (zh) * 2016-09-28 2017-02-15 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 一种具有调峰蓄热功能的热电机组

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2584801A1 (fr) * 1985-07-10 1987-01-16 Electricite De France Dispositif et installation de pompage de chaleur
EP0211726A1 (de) * 1985-07-10 1987-02-25 Electricite De France Wärmepumpvorrichtung und eine solche Vorrichtung benutzende thermische Trennungsanlage
DE4443107A1 (de) * 1994-12-03 1996-06-05 Bernhard Lucke Verfahren und Vorrichtung zur Rückgewinnung und Nutzung von Abwärme oder Restenergien
DE102012200892A1 (de) * 2012-01-23 2013-07-25 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie
DE102012217929A1 (de) * 2012-10-01 2014-04-03 Siemens Aktiengesellschaft Kraft-Wärme-Kraftwerk und Verfahren zum Betrieb eines Kraft-Wärme-Kraftwerks
US9726441B2 (en) 2012-10-01 2017-08-08 Siemens Aktiengesellshcaft Cogeneration power plant and method for operating a cogeneration power plant
CN102878603A (zh) * 2012-10-30 2013-01-16 哈尔滨工业大学 燃气-蒸汽循环联合双级耦合热泵供暖装置
CN102878603B (zh) * 2012-10-30 2014-10-15 哈尔滨工业大学 燃气-蒸汽循环联合双级耦合热泵供暖装置
CN106401679A (zh) * 2016-09-28 2017-02-15 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 一种具有调峰蓄热功能的热电机组

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008005978B4 (de) Niedertemperaturkraftwerk und Verfahren zum Betreiben eines thermodynamischen Zyklus
EP3362739B1 (de) Erzeugung von prozessdampf mittels hochtemperaturwärmepumpe
DE102009006959B4 (de) System zur Rückgewinnung von Energie
EP0042160B1 (de) Verfahren und Einrichtung zum Speichern und Hochtransformieren der Temperatur von Wärme
EP2851632B1 (de) Wärmepumpe, insbesondere zur Heizung eines Fahrzeuginnenraums, sowie Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe
DE102010049916A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Abwärmenutzung aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine
WO2012055555A2 (de) Brennkraftmaschine
DE3327752A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erhoehung des wirkungsgrades von turbinenprozessen
DE102008018000B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur CO2-Verflüssigung
DE3536953C1 (en) Resorption-type heat converter installation with two solution circuits
DE2629441A1 (de) Verfahren zur erhoehung der temperatur eines waermetraegers
DE19533249C1 (de) Strömungsmaschine zur Erzeugung mechanischer Arbeit aus Wärmeenergie und ein Verfahren zur Erzeugung mechanischer Arbeit aus Wärmeenergie mit einer solchen Strömungsmaschine
WO2018114468A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von prozesskälte und prozessdampf
DE102012017314A1 (de) System zur Wirkungsgradsteigerung von zwei- oder mehrstufigen Verdichteranordnungen
DE102007062343B4 (de) Verfahren und Anordnung zur Kälteerzeugung nach einem Wasser-Lithiumbromid-Resorptionskälteprozess
DE3619547A1 (de) Verfahren und einrichtung zur erzeugung einer kraft aus einer temperaturdifferenz zweier medien
DE3615375C2 (de)
DE10240659B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur solarthermischen Kälteerzeugung
EP4092357B1 (de) Sorptionswärmepumpe und sorptionskreisprozess
DE102022114343A1 (de) Anordnung und Verfahren zur Umwandlung von Abwärme in mechanische Energie sowie Verwendung einer Absorptionskälteanlage als Temperaturregler
DE19921336A1 (de) Thermisches Kraftwerk
EP3623725B1 (de) Absorptionsmaschine und sorptionskreisprozess
DE19617361C1 (de) Strömungsmaschine zur Erzeugung mechanischer Arbeit aus Wärmeenergie und ein Verfahren zur Erzeugung mechanischer Arbeit aus Wärmeenergie
DE10160593B4 (de) Wärmekraftanlage
DE19500508B4 (de) Kombinierte Wärme-Kälteanlage

Legal Events

Date Code Title Description
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: INTERATOM GMBH, 5060 BERGISCH GLADBACH, DE

8139 Disposal/non-payment of the annual fee