EP3362741A1 - Verfahren zur energiegewinnung aus wasserdampf enthaltenden schwaden und vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens - Google Patents

Verfahren zur energiegewinnung aus wasserdampf enthaltenden schwaden und vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens

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EP3362741A1
EP3362741A1 EP16791318.5A EP16791318A EP3362741A1 EP 3362741 A1 EP3362741 A1 EP 3362741A1 EP 16791318 A EP16791318 A EP 16791318A EP 3362741 A1 EP3362741 A1 EP 3362741A1
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EP
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steam
condensation space
swaths
condensation
cooling medium
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EP16791318.5A
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EP3362741B1 (de
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Rüdiger JANK
Stephen Schulte
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Kuchenmeister GmbH
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Kuchenmeister GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C15/00—Details
    • F24C15/20—Removing cooking fumes
    • F24C15/2042—Devices for removing cooking fumes structurally associated with a cooking range e.g. downdraft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C15/00—Details
    • F24C15/32—Arrangements of ducts for hot gases, e.g. in or around baking ovens
    • F24C15/322—Arrangements of ducts for hot gases, e.g. in or around baking ovens with forced circulation
    • F24C15/327—Arrangements of ducts for hot gases, e.g. in or around baking ovens with forced circulation with air moisturising
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0014—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from waste air or from vapors

Definitions

  • the present invention relates to a method for generating energy from steam containing steam according to claim 1 and an apparatus for carrying out this method according to claims 14-16.
  • the atmosphere surrounding the food changes with regard to the enthalpy and composition of the substance mixture.
  • the ambient air is enriched with water.
  • the resulting air-vapor mixture for example in the case of baking steam, usually has a dew point between 50 ° C and 90 ° C, preferably between 60 ° C and 80 ° C, depending on the relative humidity.
  • the temperature of the exhaust air is between 80 ° C and 150 ° C, depending on the process heat.
  • the process air may contain, among other things, organic compounds, carbon, combustion gases, carbon dioxide and other substances.
  • the resulting process air is called steam during baking and cooking processes. Accordingly, the baking in the baking chamber of the baking ovens in the baking chamber typically consist of water vapor, air and other organic constituents.
  • the baking steam is condensed after leaving the baking space, for example by using a suitable cooling medium such as water or condensate, which is conducted in a suitable condensation space in countercurrent to the baking steam (WO 2012/1 1 3800 A1).
  • a suitable cooling medium such as water or condensate
  • the condensate temperature is between 60 ° C and 80 ° C.
  • the resulting condensate can be removed via a heat exchanger, the heat energy, which is used for heating a medium, such as water, through the condensate located in the primary circuit.
  • the temperature of the medium in the secondary circuit corresponds at most to the temperature of the condensate.
  • the energy recovery is used here primarily the heating of service or drinking water.
  • waste heat are sometimes generated in leakage currents, the full utilization of which far exceeds the required capacities, for example for hot water supply.
  • heat losses for example, in the production of potato chips, heat losses of 5 MW / h are achieved.
  • waste heat temperatures are required for specific technologies of heat utilization, which are usually above the normally occurring dew point of the vapor swaths.
  • a method for energy recovery from steam containing steam, especially from baking steam, in steam-releasing systems, in particular baking systems (ovens) is provided.
  • the dew point temperature ⁇ of the steam containing the steam is first increased to 95 to 99 ° C, preferably 95 to 97 ° C.
  • the steam is condensed in at least one condensation space and the condensation condensate obtained after condensation of the steam is used for energy recovery / heat recovery.
  • the dew point of the vapor swell can be increased to such an extent that the resulting swath condensate has waste heat temperatures which allow efficient use of the condensate even in the modern technologies of the absorption chiller and the ORC process
  • the resulting condensate condensate after leaving the at least one condensation chamber has a temperature ⁇ between 95 ° C and 99 ° C, preferably between 95 ° C and 97 ° C and thus far above the usual condensate temperatures of steam, in particular baking steam of 65 ° C.
  • the dew point temperature or dew point is that temperature of a mixture of a gaseous and a liquid medium in which the condensation and the evaporation process of the wet component are in equilibrium. In this case, the gas is saturated with steam or there is a 100 percent saturation. In this equilibrium state, the vapor partial pressure is equal to the saturation vapor pressure of water.
  • the dew point temperature is essentially dependent on the water load X of the vapor swath, as well as the present pressure p.
  • the relationship between these two parameters and the dew point temperature ⁇ is described by the Magnus formula for describing the saturation vapor pressure of water.
  • equations (1) and (2) can be equated and resolved according to the temperature ⁇ , giving the formula for describing the dew point temperature ⁇ as a function of the water load X and the present pressure p.
  • a dew point temperature of 95 ° to 99 ° C. can be set correspondingly by varying the vapor pressure p as well as the water loading X.
  • the steam containing the water vapor is compressed or compressed for the purpose of increasing the dew point temperature T.
  • the pressure level of the windrows is increased by compression of the moist air.
  • the pressure required for the compression depends on the initial temperature of the windrow and the dew-point temperature to be achieved and is given by the following equation (4).
  • the steam contained in the steam is adjusted to a pressure p before the steam enters the condensation space is compressed, so that a dew point temperature ⁇ between 95 and 99 ° C, preferably 95 and 97 ° C is reached.
  • the compression of the swath e.g. the baking steam left the oven, before entering the steam into the condensation space using a compressor or compressor.
  • At least one liquid, in particular water or condensate is sprayed into the steam before entering the condensation space. This increases the moisture content in the windrow.
  • the at least one liquid is atomized before entry into the swath.
  • atomizing the liquid is decomposed into droplets in the nanometer and micrometer range, in particular, the available surface of the liquid is increased.
  • This atomization of the liquid in the swaths can be done by ultrasonic atomization or by using piezo-controlled nozzles in the swaths.
  • the liquid is atomized microscopically fine.
  • the liquid medium is supplied with a pre-pressure of 1 -3 bar in the atomizer.
  • the sonic gas eg air or exhaust air
  • the sonic gas is excited to a vibration of 18 to 30 kHz.
  • Another variant of the atomization represents the possibility of spraying water or condensate with piezo-driven nozzles or piezo-driven aerosol generators.
  • a further energy enrichment by the application of a microwave voltage This further breaks up molecular clusters and increases the rate of drying.
  • the change in the water load can be determined by the following equation (5), which is obtained by changing from equation (4):
  • Humidifying the steam with water causes the moist air stream to cool down considerably. This is due to the difference in temperature between the hot humid air and the sprayed water, especially the fact that the heat of evaporation of the water must be supplied by the humid air. For this reason, the energy accumulation or the energy input by spraying or atomizing the liquid such as water in the windrows, for example by means of ultrasound is necessary to counteract the loss of energy.
  • the amount of liquid to be sprayed in the swath depends on the initial moisture content of the swath and is determined and controlled by the dew point temperature to be reached. The determination of the réellestauainss and the desired dew point can be done for example by means of suitable sensors and the amount of liquid to be sprayed is controlled by a corresponding nozzle.
  • the production of the water vapor required for this purpose can be done in a large-scale water boiler, high-speed steam generators, clean steam generators, electrically heated steam generators or heat carrier heater.
  • a forced-circulation boiler is used as a high-speed steam generator.
  • a continuous flow of water pipe coil is heated by a burner flame and the resulting flue gases in the countercurrent principle.
  • Fuel and water are regulated so that wet steam with low residual water content is formed.
  • a water separator it is possible to obtain saturated steam conditions.
  • the advantage of using a forced-circulation boiler is the small footprint and the quick adaptation to load changes.
  • the amount of steam to be introduced in the steam is also in this case dependent on the initial moisture of the windrow and is to be reached by the Dew point temperature determined and controlled. For example, by introducing 2.5 kwh / kg (dry) air, it is possible to increase the dew point temperature of a windrow by 20 ° C.
  • the condensation of the swaths with increased dew point temperature ⁇ takes place by contacting the swaths in countercurrent with at least one cooling medium in the at least one condensation space.
  • water or steam condensate is preferably used, which is passed after cooling and passage through a heat exchanger back into the system.
  • the at least one cooling medium is at a flow rate between 0.5 m / min and 10 m / min, preferably between 1, 0 m / min and 5.0 m / min, more preferably between 1, 0 m / min and 2.5 m / min passed through the at least one condensation chamber.
  • the cooling medium accordingly flows into the condensation space in the form of a liquid flow, in particular a continuous liquid flow. There is no spray condensation and thus no droplet formation of the incoming cooling medium in the condensation chamber.
  • a spray condensation would not be feasible in the present process, since the swaths enter the condensation space with high flow velocity and thus the spray droplets instead of a filler to be entrained by the air flow, so that a reduced cleaning effect and a deteriorated energy utilization or worse Heat recovery occurs.
  • the cooling medium such as water or steam condensate
  • a suitable surface tension reducing additive e.g. Surfactants or emulsifiers, which cause a better wetting of the ceramic surface.
  • the steam condensate obtained with the present process can be used as hot water via a heat exchanger, optionally after prior purification or filtration, in particular for the supply of hot water heating.
  • the obtained Schwadenkondensat can be converted into at least one heat exchanger for heat recovery.
  • ORC Organic Rankine Cycle
  • the resulting windrow condensate can be used for cooling in absorption refrigeration plants.
  • the present method is carried out in one of the following devices.
  • such a device comprises at least one horizontally and / or vertically arranged condensation space with at least one inlet for the entry of the steam containing steam and at least one outlet for the outlet of the condensed steam and at least one input for at least one cooling medium and at least one Output for the at least one cooling medium, wherein the respective inputs and outputs are arranged to each other such that steam and cooling medium flow through the condensation space in countercurrent, and at least one compressor for compressing the entering into the condensation space of water vapor contained swaths, wherein the at least one compressor along the supply line of the swaths upstream of the entrance for the entry of water vapor contained swaths is provided in the condensation space.
  • such a device comprises at least one horizontally and / or vertically arranged condensation space with at least one inlet for the entry of steam containing steam and at least one outlet for the outlet of the condensed steam and at least one input for at least one cooling medium and at least one Output for the at least one cooling medium, wherein the respective inputs and outputs are arranged in such a way that swaths and cooling medium flow through the condensation space in countercurrent, and at least one device for spraying at least one liquid in the water vapor contained in the condensation chamber swaths, wherein the at least one device for spraying along the inlet of the swaths upstream of the inlet for the entry of steam containing steam is provided in the condensation space.
  • such a device comprises at least one horizontally and / or vertically arranged condensation chamber with at least one inlet for the entry of the steam containing steam and at least one outlet for the outlet of the condensed steam and at least one input for at least one cooling medium and at least an outlet for the at least one cooling medium, wherein the respective inlets and outlets are arranged in such a way that steam and cooling medium flow through the condensation space in countercurrent, and at least one steam generator for introducing steam into the steam contained in the condensation space, wherein the at least a steam generator along the supply of the steam upstream of the entrance for the entry of water vapor contained steam is provided in the condensation space.
  • the condensation of the swaths takes place on at least one surface of a condensing agent arranged in the condensation space.
  • the at least one condensation agent is arranged in the condensation space such that it is at least temporarily contacted or moistened by the cooling medium. Due to this at least temporarily taking place wetting of the surface of the condensing agent with the coolant also eliminates the Necessity of washing the same, since possibly condensed or separated organic substances are dissolved directly in the swirl condensate.
  • An essential aspect is that the surface of the condensing agent does not dry, otherwise there will be too difficult to remove encrustations on the surface of the condensing agent.
  • the at least one surface of the condensing agent arranged in the condensation space can have a cavity structure, in particular an open-cell system, a structured packing and / or an unstructured packing. It is also possible to provide or coat the condensing agents with organometallic or biocatalytic surfaces,
  • the open cell cell system used as condensing agent is in the form of a ceramic pore system with a pore size of 20 ppi, preferably 15 ppi, more preferably 10 ppi.
  • a ceramic pore system with a pore size of 20 ppi, preferably 15 ppi, more preferably 10 ppi.
  • the use of ceramic foam with a corresponding pore size conceivable, this about 20% of the free cross-section of the condensation space, the e.g. is formed in the form of a column or a tube claimed.
  • the at least one condensation space communicates with at least one heat exchange facility, through which the swirl condensate formed in the condensation space is guided.
  • the at least one condensation space may also be in communication with at least one ORC (Organic Rankine Cycle) installation in which the steam condensate formed in the condensation space is used to generate electricity.
  • ORC Organic Rankine Cycle
  • the at least one condensation space communicates with at least one apparatus for generating refrigeration in which the steam condensate formed in the condensation space is used for refrigeration.
  • Figure 1 is a schematic representation of an apparatus for performing the present method according to a first embodiment
  • Figure 2 is a schematic representation of an apparatus for carrying out the present method according to a second embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of an apparatus for carrying out the present method according to a third embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the heat recovery by means of increasing the dew point temperature of the windrow by moistening the windrow with a liquid, in particular with a condensate.
  • baking steam or steam is introduced through a conduit 2 in a condensation chamber 3.
  • liquid is sprayed into the baking swath using a suitable spraying device 4a, in particular by means of ultrasonic atomization.
  • the amount of liquid to be sprayed in the swath depends on the initial moisture content of the swath and is determined and controlled by the dew point temperature to be reached.
  • the output dew point TP1 of the windrow before the spraying device 4a is determined.
  • the amount of liquid to be fed by the spraying device 4a is regulated.
  • the condensation of the moistened baking steam is carried out using a cooled condensate in countercurrent.
  • Embodiment 2 Humidification of the windrow with saturated steam
  • Figure 2 shows a schematic representation of the heat recovery by increasing the dew point temperature of the windrow by wetting the wind with saturated steam.
  • baking steam or steam is introduced through a conduit 2 in a condensation chamber 3.
  • saturated steam is introduced into the baking steam.
  • the necessary saturated steam is generated in a suitable steam generator 4b, in particular a high-speed steam generator.
  • the amount of saturated steam to be introduced into the windrows is also dependent on the initial moisture content of the windrow and is determined and controlled by the dew point temperature to be achieved.
  • the minutiacity of TP1 of the windrow is determined before introducing the saturated steam.
  • the amount of saturated steam to be introduced in the windrows is regulated.
  • the condensation of the moistened baking steam is carried out using a cooled condensate in countercurrent.
  • the condensate leaving the condensation chamber is fed to a heat exchanger 5 for heat recovery,
  • Embodiment 3 Compression of the windrow
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the heat recovery by means of increasing the dew point temperature of the wind through compression of the windrow.
  • baking steam or steam is introduced through a conduit 2 in a condensation chamber 3.
  • the baking steam is compressed.
  • the pressure increase or compression of the baking steam is done using a suitable compressor or compressor 4c.
  • a pressure increase of 150 kPa (1, 5 bar) leads to an increase in the dew point of 75 ° C to 95 ° C.
  • the condensation of the moistened baking steam is carried out using a cooled condensate in countercurrent.
  • the condensate leaving the condensation chamber is fed to a heat exchanger 5 for heat recovery,

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energiegewinnung aus Wasserdampf enthaltenen Schwaden, insbesondere aus Backschwaden, in Schwaden freisetzenden Anlagen, insbesondere Backanlagen, wobei die Taupunkttemperatur τ des den Wasserdampf enthaltenen Schwaden zunächst auf 95 bis 99°C, bevorzugt 95 bis 97°C erhöht wird, der Schwaden anschließend in mindestens einen Kondensationsraum kondensiert wird und das nach Kondensation des Schwadens erhaltene Schwadenkondensat zur Energiegewinnung / Wärmegewinnung verwendet wird. Die Erfindung betrifft ebenfalls Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

Verfahren zur Energiegewinnung aus Wasserdampf enthaltenden Schwaden und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energiegewinnung aus Wasserdampf enthaltenen Schwaden gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß den Ansprüchen 14-16.
Beschreibung Während der Durchführung thermischer Prozesse, insbesondere bei der Lebensmittelherstellung, verändert sich die die Lebensmittel umgebene Atmosphäre hinsichtlich Enthalpie und Zusammensetzung des Stoffgemisches. Durch Verdampfung von Wasser wird die Umgebungsluft mit Wasser angereichert. Das entstehende Luft-Dampf-Gemisch wie zum Beispiel im Falle der Backschwaden hat in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchte üblicherweise einen Taupunkt zwischen 50 °C und 90 °C, vorzugsweise zwischen 60 °C und 80 °C. Die Temperatur der Abluft liegt in Abhängigkeit der Prozesswärme zwischen 80 °C und 150 °C. Neben Luft und Wasserdampf kann die Prozessluft unter anderem organische Verbindungen, Kohlenstoff, Verbrennungsgase, Kohlendioxid und andere Substanzen enthalten. Die entstehende Prozessluft wird bei Back- und Kochprozessen als Schwaden bezeichnet. Entsprechend bestehen die im Backgewerbe im Backraum der Backöfen entstehenden Backschwaden typischerweise aus Wasserdampf, Luft sowie anderen organischen Bestandteilen.
Der Backschwaden wird nach Verlassen des Backraums kondensiert, zum Beispiel durch Verwendung eines geeigneten Kühlmediums wie Wasser oder Kondensat, dass in einem geeigneten Kondensationsraum im Gegenstrom zu den Backschwaden geführt wird (WO 2012/1 1 3800 A1 ). In Abhängigkeit des Taupunktes liegt die Kondensat-Temperatur hierbei zwischen 60 °C und 80 °C. Dem entstandenen Kondensat kann über einen Wärmetauscher die Wärmeenergie entzogen werden, die zur Erwärmung eines Mediums, wie zum Beispiel Wasser, durch das im Primärkreislauf befindliche Kondensat genutzt wird. Die Temperatur des Mediums im Sekundärkreislauf entspricht maximal der Temperatur des Kondensates. Die Energierückgewinnung dient hier in erster Linie der Erwärmung von Brauch- oder Trinkwasser. Bei industriellen Prozessen hingegen fallen teilweise enorme Abwarmemengen in Verlustströmen an, deren vollständige Nutzung die erforderlichen Kapazitäten zum Beispiel der Warmwasserversorgung bei weitem überschreitet. So werden zum Beispiel bei der Herstellung von Kartoffelchips Wärmeverluste von 5 MW/h erreicht. Zudem werden für spezifische Technologien der Wärmenutzung Abwärmetemperaturen benötigt, die meist oberhalb des normalerweise anfallenden Taupunktes der Dampfschwaden liegen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem eine verbesserte Ausnutzung der Abwärmemengen aus Schwaden bewirkt wird und Wärmeverluste vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des der Ansprüche 14-16 gelöst.
Demnach wird ein Verfahren zur Energiegewinnung aus Wasserdampf enthaltenen Schwaden, insbesondere aus Backschwaden, in Schwaden freisetzenden Anlagen, insbesondere Backanlagen (Backöfen) bereitgestellt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Taupunkttemperatur τ des den Wasserdampf enthaltenen Schwaden zunächst auf 95 bis 99°C, bevorzugt 95 bis 97°C erhöht. Anschließend wird der Schwaden in mindestens einem Kondensationsraum kondensiert und das nach Kondensation des Schwadens erhaltene Schwadenkondensat wird zur Energiegewinnung / Wärmegewinnung verwendet.
Es wird demnach ein Verfahren zur Verfügung gestellt, mit welchem der Taupunkt der Dampfschwaden so weit erhöht werden kann, dass das sich daraus ergebende Schwadenkondensat Abwärmetemperaturen aufweist, die eine effiziente Nutzung des Kondensats auch in den modernen Technologien der Absorptionskältemaschine und des ORC Prozesses ermöglicht, da das erhaltene Schwadenkondensat nach Austritt aus dem mindestens einen Kondensationsraum eine Temperatur Τκ zwischen 95°C und 99°C, bevorzugt zwischen 95°C und 97°C aufweist und somit weit oberhalb der üblichen Kondensattemperaturen aus Schwaden, insbesondere Backschwaden von 65°C liegt. Die Taupunkttemperatur oder der Taupunkt ist diejenige Temperatur eines Gemisches aus einem gasförmigen und einem flüssigen Medium, bei welcher der Kondensation- und der Verdunstungsvorgang der feuchten Komponente im Gleichgewicht sind. In diesem Falle ist das Gas mit Dampf gesättigt bzw. es liegt eine 100-prozentige Sättigung vor. In diesem Gleichgewichtszustand ist der Dampfpartialdruck gleich dem Sättigungsdampfdruck von Wasser.
Die Taupunkttemperatur ist im Wesentlichen von der Wasserbeladung X der Dampfschwaden, sowie dem vorliegenden Druck p abhängig. Der Zusammenhang zwischen diesen beiden Parametern und der Taupunkttemperatur τ wird durch die Magnus-Formel zur Beschreibung des Sättigungsdampfdrucks von Wasser beschrieben.
Po,s = K, * exp — j (1 )
Für die Konstanten der Magnus-Formel gilt im Temperaturbereich Θ > 0:
K-L = 6,1078/ιΡα K2 =1 7,08085 K3 = 234,175°C
Durch Umformung der Gleichung X = Rtr,i_ /RD * PD,S /p-Pü,s nach pD s erhält man außerdem folgende Formel zur Beschreibung des Sättigungsdampfdruckes von Wasser:
Da der Dampf am Taupunkt bei Sättigungsdruck vorliegt, können Gleichung (1 ) und (2) gleichgesetzt werden und nach der Temperatur Θ aufgelöst werden und man erhält dadurch die Formel zur Beschreibung der Taupunkttemperatur τ in Abhängigkeit von der Wasserbeladung X und dem vorliegenden Druck p.
Aus Gleichung (3) ergibt sich demnach, dass eine Taupunkttemperatur von 95 bis 99°C entsprechend durch Variation des Dampfdruckes p als auch der Wasserbeladung X eingestellt werden kann.
Entsprechend ergeben sich für das vorliegende Verfahren verschiedene Ausführungsformen zur Erhöhung der Taupunkttemperatur.
So wird in einer ersten Ausführungsform der den Wasserdampf enthaltenen Schwaden zum Zwecke der Erhöhung der Taupunkttemperatur T komprimiert bzw. verdichtet.
Demnach wird das Druckniveau der Schwaden durch Verdichtung der feuchten Luft erhöht. Der für die Verdichtung notwendige Druck ist abhängig von der Ausgangstemperatur des Schwadens und der zu erreichenden Taupunkttemperatur und ergibt sich aus der folgenden Gleichung (4).
Gemäß dieser Variante des vorliegenden Verfahrens wird der den Wasserdampf enthaltene Schwaden vor Eintritt der Schwaden in den Kondensationsraum auf einen Druck p gemäß verdichtet wird, so dass eine Taupunkttemperatur τ zwischen 95 und 99°C, bevorzugt 95 und 97°C erreicht wird.
Ausgehend von der Taupunktkurve für Wasserdampf, wird für die Taupunkterhöhung ein Druck benötigt, der für die Energierückgewinnung unwirtschaftlich erscheint. Allerdings kann durch die Anwendung der Magnusformel und der Berücksichtigung der Feuchtebeladung des Schwadens, sowie den temperaturabhängigen Konstanten, der obige Berechnungsalgorithmus gemäß Gleichung (4) verwendet werden, mit dem näherungsweise die Effektivität der Druckerhöhung berechnet werden kann. So wird bei einer Erhöhung der Taupunkttemperatur von 65°C auf 95°C, ein Druck von ca. 250 kPa benötigt. Wählt man hingegen als Starttemperatur der Schwaden einen Taupunkt von 70°C, ist lediglich ein Druck von 100 kPa zur Erhöhung des Taupunktes auf 95°C erforderlich. So führt eine Druckerhöhung von 150 kPa (1 ,5 bar) zu einer Erhöhung des Taupunktes von 75°C auf 95°C. Entsprechend ermöglicht dieser Ansatz, die Auswahl von geeigneten Schwadenbedingungen, um die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens sicherzustellen.
Die Anwendung der Magnus-Formel (die typischerweise auf Näherungswerten bei niedrigen Temperaturbereichen basiert) auf die Problematik der Erhöhung der Taupunkttemperatur von Schwaden, die bereits von Hause Temperaturen von über 60°C und mehr aufweisen, durch Verdichten ermöglicht somit einen wirtschaftlichen Ansatz zur energetisch sinnvollen Nutzung der in Schwaden enthaltenen Abwärmetemperatur.
Die Verdichtung bzw. Kompression des Schwaden, z.B. des den Backofen verlassenen Backschwaden, vor Eintritt der Schwaden in den Kondensationsraum erfolgt unter Verwendung eines Kompressors bzw. Verdichters.
In einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird zur Erhöhung der Taupunkttemperatur τ des den Wasserdampf enthaltenen Schwaden mindestens eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser oder Kondensat, in den Schwaden vor Eintritt in den Kondensationsraum eingesprüht. Hierdurch wird der Feuchteanteil im Schwaden erhöht.
In einer Ausführungsform dieser Verfahrensvariante wird die mindestens eine Flüssigkeit vor Eintrag in den Schwaden zerstäubt wird. Durch Zerstäubung wird die Flüssigkeit in Tröpfchen im Nano- und Mikrometerbereich zerlegt, wobei insbesondere die zur Verfügung stehende Oberfläche der Flüssigkeit erhöht wird.
Diese Zerstäubung der Flüssigkeit in den Schwaden kann mittels Ultraschallzerstäubung oder unter Verwendung von piezogesteuerten Düsen in den Schwaden erfolgen. Im Falle der Ultraschallzerstäubung wird die Flüssigkeit mikroskopisch fein zerstäubt. Dabei wird das flüssige Medium mit einem Vordruck von 1 -3 bar in die Zerstäuberdüse eigebracht. Das Schallgas (z.B. Luft oder Abluft) wird auf eine Schwingung von 18 bis 30 kHz angeregt. Durch die Anwendung der Ultraschallzerstäubung ist es möglich, den Energieaufwand für die Verdampfung zu reduzieren. Dadurch verringert sich die notwendige Verdampfungsenthalpie und das Kondensat kühlt weniger ab. Die Ultraschallzerstäubung ist insbesondere bei geringeren Taupunktdifferenzen wirtschaftlich sinnvoll; z.B. bei einem Eingangstaupunkt der Schwaden über 75°C, bevorzugt bei 75°C bis 85°C.
Eine weitere Variante der Zerstäubung stellt die Möglichkeit der Versprühung von Wasser bzw. Kondensat mit piezogegetriebenen Düsen bzw. piezogetriebenen Aerosolgeneratoren dar. Neben der kinetischen Energie die durch Ultraschall oder dem Piezoelement eingebracht wird und die Tropfengröße bzw. die Molekülcluster verkleinert, kann eine weitere Energieanreicherung durch das Anlegen einer Mikrowellenspannung erfolgen. Dadurch werden Molekülcluster weiter aufgebrochen und die Trocknungsgeschwindigkeit erhöht sich.
Die Veränderung der Wasserbeladung kann mittels der folgenden Gleichung (5) ermittelt werden, die sich durch Umstellung aus Gleichung (4) ergibt:
Aus Gleichung (5) lässt sich erkennen, dass eine Erhöhung der Wasserbeladung X dazu führt, dass die Taupunkttemperatur erhöht wird. Das Ziel ist es also, die Wasserbeladung beispielsweise durch Einsprühen von Wasser in die feuchte Luft zu erhöhen. Hierbei kann das Kondensat aus der Wärmerückgewinnung zum Einsprühen verwendet werden, was zur Folge hat, dass die Temperatur des eingesprühten Wassers bzw. Kondensats ca. der Taupunkttemperatur der feuchten Luft entspricht. Zur Berechnung der benötigten Menge an einzusprühendem Wasser, wird zunächst der Sättigungsdampfdruck pD s 2 nacn Befeuchtung in Abhängigkeit der zu erreichenden Taupunkttemperatur τ2 des Schwaden gemäß Gleichung (6) ermittelt:
611 * exp(- 1,91275 * 1(Γ4 + 7,258 * 1(Γ2 * τ2 - 2,939
* 1(Γ4 * τ + 9,841 * 1(Γ7 * - 1,92 * 1(Γ9 * τ|)
Über den Sättigungsdampfdruck kann nun gemäß Gleichung (7) berechnet werden, welche Wasserbeladung X2 nötig ist, um eine Taupunkttemperatur τ2 bei der feuchten Luft zu erreichen:
Durch die Differenz aus benötigter Wasserbeladung X2 und der Wasserbeladung X1 vor der Befeuchtung kann nun gemäß Gleichung (8) die benötigte Wasser-Einsprühmenge pro Kilogramm trockener Luft bestimmt werden:
AX = X2 - x (8)
Um den absoluten Massenstrom des einzusprühenden Wassers rh+w zu erhalten, wird die Differenz der Wasserbeladungen mit dem Massenstrom der trockenen Luft multipliziert gemäß Gleichung (9):
m+w = AX * mtr L (9)
Die Befeuchtung der Dampfschwaden mit Wasser führt dazu, dass der feuchte Luftstrom stark abkühlt. Das liegt neben dem Temperaturunterschied zwischen der heißen feuchten Luft und dem eingesprühten Wasser, vor allem an der Tatsache, dass die Verdampfungswärme des Wassers von der feuchten Luft geliefert werden muss. Aus diesem Grund ist die Energieanreicherung bzw. der Energieeintrag durch Einsprühen oder Zerstäuben der Flüssigkeit wie Wasser in den Schwaden z.B. mittels Ultraschall notwendig, um dem Energieverlust gegenzusteuern. Die Menge der in den Schwaden einzusprühenden Flüssigkeit ist abhängig von der Ausgangsfeuchte des Schwadens und wird durch die zu erreichende Taupunkttemperatur bestimmt und gesteuert. Die Bestimmung des Ausgangstaupunktes und des gewünschten Taupunktes kann z.B. mittels geeigneter Sensoren erfolgen und die Menge der einzusprühenden Flüssigkeit wird über eine entsprechende Düse gesteuert.
In einer noch weiteren Variante des vorliegenden Verfahrens wird zur Erhöhung der Taupunkttemperatur τ des den Wasserdampf enthaltenen Schwaden Wasserdampf in den Schwaden vor Eintritt in den Kondensationsraum eingebracht. Durch die Einbringung von Wasserdampf in den Schwaden wird eine große Menge Energie dem System zugeführt, wodurch die Wärmerückgewinnung unabhängig von dem Massenstrom der trockenen Luft stark ansteigt.
Die Herstellung des hierfür erforderlichen Wasserdampfes kann in einem Großraumwasserkessel, Schnelldampferzeuger, Reindampferzeuger, elektrisch beheizte Dampferzeuger oder Wärmeträgererhitzer erfolgen.
In einer besonders bevorzugten Variante wird ein Zwangsdurchlaufkessel als Schnelldampferzeuger verwendet. Hierbei wird eine, ständig von Wasser durchströmte Rohrschlange durch eine Brennerflamme und die entstehenden Rauchgase im Gegenstromprinzip beheizt. Brennstoff- und Wassermenge sind so reguliert, dass Nassdampf mit geringem Restwasseranteil entsteht. Mit Hilfe eines Wasserabscheiders ist es möglich Sattdampfverhältnisse zu erhalten. Der Vorteil der Verwendung eines Zwangsdurchlaufkessels ist der geringe Platzbedarf und die schnelle Anpassung an Laständerungen.
Bei der Befeuchtung mit Sattdampf gilt dieselbe Berechnungsgrundlage wie bei der Befeuchtung mit Wasser. Die Schritte mit den zugehörigen Gleichungen sind identisch. Statt des Massenstroms des einzusprühenden Wassers rh+w wird der Massenstrom des einzuleitenden Dampfes rh+D verwendet. m+D = AX * mtr L
Die Menge der in den Schwaden einzuleitenden Dampfmenge ist auch in diesem Fall abhängig von der Ausgangsfeuchte des Schwadens und wird durch die zu erreichende Taupunkttemperatur bestimmt und gesteuert. So ist es z.B. möglich, durch Einbringen 2,5 kwh / kg (trockener) Luft die Taupunkttemperatur eines Schwadens um 20°C zu erhöhen.
In einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens erfolgt die Kondensation der Schwaden mit erhöhter Taupunkttemperatur τ durch Kontaktierung der Schwaden im Gegenstrom mit mindestens einem Kühlmedium in dem mindestens einen Kondensationsraum.
Als Kühlmedium zur Schwadenkondensation wird bevorzugt Wasser oder Schwadenkondensat verwendet, welches nach Abkühlung und Durchlauf durch einen Wärmeaustauscher zurück in das System geführt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird das mindestens eine Kühlmedium mit einer Fließgeschwindigkeit zwischen 0,5 m/min und 10 m/min, bevorzugt zwischen 1 ,0 m/min und 5,0 m/min, insbesondere bevorzugt zwischen 1 ,0 m/min und 2,5 m/min durch den mindestens einen Kondensationsraum geführt. Das Kühlmedium läuft demnach in den Kondensationsraum in Form eines Flüssigkeitsstromes, insbesondere eines kontinuierlichen Flüssigkeitsstromes ein. Es erfolgt keine Sprühkondensation und somit auch keine Tröpfchenbildung des in den Kondensationsraum einlaufenden Kühlmediums. Eine Sprühkondensation wäre im vorliegenden Verfahren auch gar nicht ausführbar, da die Schwaden in den Kondensationsraum mit hoher Strömungsgeschwindigkeit eintreten und damit die Sprühtropfen statt auf einen Füllkörper zu gelangen, vom Luftstrom mitgerissen werden, so dass eine verminderte Reinigungswirkung und eine verschlechterte energetische Auslastung bzw. schlechtere Wärmerückgewinngung eintritt.
Das Kühlmedium wie Wasser oder Schwadenkondensat kann ebenfalls mit einem geeigneten Additiv zur Reduzierung der Oberflächenspannung versetzt werden. Hierfür geeignete Additive sind z.B. Tenside oder Emulgatoren, die eine bessere Benetzung der Keramikoberfläche bewirken.
Weitere Additive z.B. in Form von geeigneten Säuren können zur Einstellung des pH-Wertes des Kühlmediums verwendet werden. Dabei ist ein saurer pH-Wert des Kühlmediums bevorzugt, um das Wachstum von Mikroorganismen wie Bakterien oder auch Pilze zu verhindern bzw. einzuschränken. Das mit dem vorliegenden Verfahren gewonnene Schwadenkondensat kann als Warmwasser über einen Wärmetauscher, gegebenenfalls nach vorheriger Reinigung oder Filterung insbesondere zur Versorgung von Warmwasserheizungen, verwendet wird. Darüber hinaus kann das erhaltene Schwadenkondensat in mindestens einen Wärmeaustauscher zur Wärmegewinnung überführt werden.
Entsprechend ist es möglich, die erhaltene Wärme innerbetrieblich zu nutzen oder es besteht auch die Möglichkeit, die Wärme mithilfe eines Fernwärmenetzes an Wohneinheiten oder andere Betriebe in der Umgebung, welche Wärme auf relativ niedrigen Temperaturniveau benötigen, in Form von Raumwärme oder Warmwasser zu verteilen.
In einer weiteren Variante ist es möglich das erhaltene Schwadenkondensat zur Stromerzeugung in ORC (Organic Rankine Cycle) Anlagen zu verwenden. ORC ist eine moderne Technologie zur Nutzung von Niedertemperaturwärme zur Erzeugung von Strom. Hier wird ein organisches Medium verwendet, welches bereits bei sehr geringen Temperaturen verdampft und eine Dampfturbine bzw. einen Generator zur Stromproduktion antreibt. Der Wirkungsgrad des ORC Prozesses ist abhängig vom Temperaturniveau der Antriebswärme. Es können Wirkungsgrade im Bereich von 10-25 % verwirklicht werden, wobei der Wirkungsgrad mit steigender Antriebstemperatur zunimmt.
Neben den oben genannten Möglichkeiten der Verwendung des Schwadenkondensats kann das erhaltene Schwadenkondensat zur Kälteerzeugung in Absorptionskälteanlagen verwendet werden.
Das vorliegende Verfahren wird in einer der folgenden Vorrichtungen durchgeführt.
In einer ersten Variante umfasst eine solche Vorrichtung mindestens einen horizontal und/oder vertikal angeordneten Kondensationsraum mit mindestens einem Eingang für den Eintritt der Wasserdampf enthaltenen Schwaden und mindestens einem Ausgang für den Austritt der kondensierten Schwaden sowie mit mindestens einem Eingang für mindestens ein Kühlmedium und mindestens einem Ausgang für das mindestens eine Kühlmedium, wobei die jeweiligen Eingänge und Ausgänge derart zueinander angeordnet sind, dass Schwaden und Kühlmedium im Gegenstrom den Kondensationsraum durchströmen, und mindestens einen Kompressor zur Kompression der in den Kondensationsraum eintretenden Wasserdampf enthaltenen Schwaden, wobei der mindestens eine Kompressor entlang der Zuleitung der Schwaden stromaufwärts vor dem Eingang für den Eintritt der Wasserdampf enthaltenen Schwaden in den Kondensationsraum vorgesehen ist. In einer zweiten Variante umfasst eine solche Vorrichtung mindestens einen horizontal und/oder vertikal angeordneten Kondensationsraum mit mindestens einem Eingang für den Eintritt der Wasserdampf enthaltenen Schwaden und mindestens einem Ausgang für den Austritt der kondensierten Schwaden sowie mit mindestens einem Eingang für mindestens ein Kühlmedium und mindestens einem Ausgang für das mindestens eine Kühlmedium, wobei die jeweiligen Eingänge und Ausgänge derart zueinander angeordnet sind, dass Schwaden und Kühlmedium im Gegenstrom den Kondensationsraum durchströmen, und mindestens eine Vorrichtung zum Einsprühen von mindestens einer Flüssigkeit in den in den Kondensationsraum eintretenden Wasserdampf enthaltenen Schwaden, wobei die mindestens eine Vorrichtung zum Einsprühen entlang der Zuleitung der Schwaden stromaufwärts vor dem Eingang für den Eintritt der Wasserdampf enthaltenen Schwaden in den Kondensationsraum vorgesehen ist.
In einer noch weiteren Variante umfasst eine solche Vorrichtung mindestens einen horizontal und/oder vertikal angeordneten Kondensationsraum mit mindestens einem Eingang für den Eintritt der Wasserdampf enthaltenen Schwaden und mindestens einem Ausgang für den Austritt der kondensierten Schwaden sowie mit mindestens einem Eingang für mindestens ein Kühlmedium und mindestens einem Ausgang für das mindestens eine Kühlmedium, wobei die jeweiligen Eingänge und Ausgänge derart zueinander angeordnet sind, dass Schwaden und Kühlmedium im Gegenstrom den Kondensationsraum durchströmen, und mindestens einen Dampferzeuger zum Einbringen von Wasserdampf in den in den Kondensationsraum eintretenden Wasserdampf enthaltenen Schwaden, wobei der mindestens eine Dampferzeuger entlang der Zuleitung der Schwaden stromaufwärts vor dem Eingang für den Eintritt der Wasserdampf enthaltenen Schwaden in den Kondensationsraum vorgesehen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgen die Kondensation der Schwaden an mindestens einer Oberfläche eines in dem Kondensationsraum angeordneten Kondensationsmittels. Das mindestens eine Kondensationsmittel ist dabei in dem Kondensationsraum derart angeordnet, dass es zumindest zeitweise von dem Kühlmedium kontaktiert bzw. befeuchtet wird. Aufgrund dieser zumindest zeitweise stattfindenden Benetzung der Oberfläche des Kondensationsmittels mit dem Kühlmittel entfällt auch die Notwendigkeit des Waschens derselben, da ggf. auskondensierte bzw. abgeschiedene organischen Stoffe unmittelbar im Schwadenkondensat gelöst sind. Ein wesentlicher Aspekt ist dabei, dass die Oberfläche der Kondensationsmittel nicht antrocknet, da es sonst zu schwer zu entfernenden Verkrustungen auf der Oberfläche des Kondensationsmittels kommt.
Die mindestens eine Oberfläche des in dem Kondensationsraum angeordneten Kondensationsmittels kann eine Hohlraumstruktur, insbesondere ein offenporiges Zellsystem, eine strukturierte Packung und/oder eine unstrukturierte Packung aufweisen. Es ist ebenfalls möglich, die Kondensationsmittel mit metallorganischen oder biokatalytischen Oberflächen zu versehen bzw. zu beschichten,
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das als Kondensationsmittel verwendete offenporige Zellsystem in Form eines keramischen Porensystems mit einer Porung von 20 ppi, bevorzugt 15 ppi, insbesondere bevorzugt von 10 ppi vor. So ist z.B. die Verwendung von Keramikschaum mit einer entsprechenden Porengröße denkbar, wobei dieser ca. 20% des freien Querschnitts des Kondensationsraumes, der z.B. in Form einer Säule oder eines Rohres ausgebildet ist, beansprucht.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der mindestens eine Kondensationsraum mit mindestens einer Wärmetauschanlage in Verbindung steht, durch welche das im Kondensationsraum gebildete Schwadenkondensat geführt wird.
Auch kann der mindestens eine Kondensationsraum mit mindestens einer ORC (Organic Rankine Cycle) Anlage in Verbindung stehen, in welcher das im Kondensationsraum gebildete Schwadenkondensat zur Stromerzeugung verwendet wird.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass der mindestens eine Kondensationsraum mit mindestens einer Vorrichtung zur Kälteerzeugung in Verbindung steht, in welcher das im Kondensationsraum gebildete Schwadenkondensat zur Kälteerzeugung verwendet wird.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform; Figur 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform; und Figur 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform.
Ausführungsbeispiel 1 : Befeuchtung des Schwadens mit Kondensat Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung der Wärmerückgewinnung mittels Erhöhung der Taupunkttemperatur des Schwadens durch Befeuchtung des Schwadens mit einer Flüssigkeit, insbesondere mit einem Kondensat.
Hier wird der aus einem Backofen 1 austretende Backschwaden bzw. Dampfschwaden durch eine Leitung 2 in einen Kondensationsraum 3 eingeführt. Vor Eintritt des Backschwadens in den Kondensationsraum 3 wird in den Backschwaden Flüssigkeit unter Verwendung einer geeigneten Sprühvorrichtung 4a, insbesondere mittels Ultraschallzerstäubung eingesprüht.
Die Menge der in den Schwaden einzusprühenden Flüssigkeit ist abhängig von der Ausgangsfeuchte des Schwadens und wird durch die zu erreichende Taupunkttemperatur bestimmt und gesteuert. So wird der Ausgangstaupunkt TP1 des Schwadens vor der Sprühvorrichtung 4a bestimmt. Abhängig von dem Ausgangstaupunkt TP1 (z.B. 60°C) und dem Zieltaupunkt TP2 des Schwadens, die nach der Sprühvorrichtung ermittelt wird, wird die Menge der mittels der Sprühvorrichtung 4a einzutragenden Flüssigkeit reguliert.
Im Kondensationsraum 3 erfolgt die Kondensation des befeuchteten Backschwadens unter Verwendung eines abgekühlten Kondensates im Gegenstrom.
Das den Kondensationsraum verlassene Kondensat wird einem Wärmeaustauscher 5 zur Wärmegewinnung zugeführt, Ausführungsbeispiel 2: Befeuchtung des Schwadens mit Sattdampf
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung der Wärmerückgewinnung mittels Erhöhung der Taupunkttemperatur des Schwadens durch Befeuchtung des Schwadens mit Sattdampf.
Hier wird der aus einem Backofen 1 austretende Backschwaden bzw. Dampfschwaden durch eine Leitung 2 in einen Kondensationsraum 3 eingeführt. Vor Eintritt des Backschwadens in den Kondensationsraum 3 wird in den Backschwaden Sattdampf eingeleitet. Der notwendige Sattdampf wird in einem geeigneten Dampferzeuger 4b, insbesondere einem Schnelldampferzeuger, erzeugt.
Die Menge des in den Schwaden einzubringenden Sattdampfes ist ebenfalls abhängig von der Ausgangsfeuchte des Schwadens und wird durch die zu erreichende Taupunkttemperatur bestimmt und gesteuert.
So wird der Ausgangstaupunkttemperatur TP1 des Schwadens vor Einbringen des Sattdampfes bestimmt. Diese Ausgangwerte eines Schwaden vor Einbringen des Sattdampfes können z.B. t= 98°C rel.LF= 20% und TP1 = 60°C bei einer absoluten Feuchte Abs. F= 1 1 1 g/m3 betragen. Die Zielwerte nach Einbringen des Sattdampfes sind z.B. t=98°C Rel. LF= 100%, TP= 98°C bei einer abs. Feuchte von 555g/m3.
Abhängig von dem Ausgangswerten und den Zielwerten des Schwadens wird die Menge des in den Schwaden einzutragenden Sattdampfes reguliert. Im Kondensationsraum 3 erfolgt die Kondensation des befeuchteten Backschwadens unter Verwendung eines abgekühlten Kondensates im Gegenstrom.
Das den Kondensationsraum verlassene Kondensat wird einem Wärmeaustauscher 5 zur Wärmegewinnung zugeführt,
Ausführungsbeispiel 3: Kompression des Schwadens
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung der Wärmerückgewinnung mittels Erhöhung der Taupunkttemperatur des Schwadens durch Kompression des Schwadens. Hier wird der aus einem Backofen 1 austretende Backschwaden bzw. Dampfschwaden durch eine Leitung 2 in einen Kondensationsraum 3 eingeführt. Vor Eintritt des Backschwadens in den Kondensationsraum 3 wird der Backschwaden komprimiert. Die Druckerhöhung bzw. Kompression des Backschwadens erfolgt unter Verwendung eines geeigneten Kompressors bzw. Verdichters 4c.
Auch hier wird die Druckerhöhung durch die Ausgangswerte und Zielwerte des Schwadens gesteuert. So führt eine Druckerhöhung von 150 kPa (1 ,5 bar) zu einer Erhöhung des Taupunktes von 75°C auf 95°C.
Im Kondensationsraum 3 erfolgt die Kondensation des befeuchteten Backschwadens unter Verwendung eines abgekühlten Kondensates im Gegenstrom.
Das den Kondensationsraum verlassene Kondensat wird einem Wärmeaustauscher 5 zur Wärmegewinnung zugeführt,

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Gewinnung von Energie aus Wasserdampf enthaltenen Schwaden, insbesondere aus Backschwaden, in Schwaden freisetzenden Anlagen, insbesondere Backanlagen dadurch gekennzeichnet, dass die Taupunkttemperatur τ des den Wasserdampf enthaltenen Schwaden zunächst auf 95°C bis 99°C, bevorzugt 95°C bis 97°C erhöht wird, der Schwaden anschließend in mindestens einen Kondensationsraum kondensiert wird und das nach Kondensation des Schwadens erhaltene Schwadenkondensat zur Energiegewinnung und/oder Wärmegewinnung verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Taupunkttemperatur τ des den Wasserdampf enthaltenen Schwadens der Schwaden komprimiert bzw. verdichtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der den Wasserdampf enthaltene Schwaden vor Eintritt der Schwaden in den Kondensationsraum auf einen Druck p gemäß
verdichtet wird, so dass eine Taupunkttemperatur τ zwischen 95 und 99°C, bevorzugt 95 und 97°C erreicht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Taupunkttemperatur T des den Wasserdampf enthaltenen Schwaden mindestens eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser oder Kondensat, in den Schwaden vor Eintritt in den Kondensationsraum eingesprüht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine
Flüssigkeit vor Eintrag in den Schwaden zerstäubt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit mittels Ultraschallzerstäubung oder unter Verwendung von piezogesteuerten Düsen in den Schwaden eingetragen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Taupunkttemperatur τ des den Wasserdampf enthaltenen Schwaden Wasserdampf in den Schwaden vor Eintritt in den Kondensationsraum eingebracht wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensation der Schwaden mit erhöhter Taupunkttemperatur τ durch Kontaktierung der Schwaden im Gegenstrom mit mindestens einem Kühlmedium in dem mindestens einen Kondensationsraum erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erhaltene Schwadenkondensat nach Austritt aus dem mindestens einen Kondensationsraum eine Temperatur Τκ zwischen 95°C und 99°C, bevorzugt 95°C und 97°C aufweist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erhaltene Schwadenkondensat unmittelbar als Warmwasser, insbesondere zur Versorgung von Warmwasserheizungen, verwendet wird.
1 1. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erhaltene Schwadenkondensat in mindestens einen Wärmeaustauscher zur Wärmegewinnung überführt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erhaltene Schwadenkondensat zur Stromerzeugung in ORC (Organic Rankine Cycle) Anlagen verwendet wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erhaltene Schwadenkondensat zur Kälteerzeugung in Absorptionskälteanlagen oder Kompressionskältemaschinen verwendet wird.
14. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, 8-13 umfassend
mindestens einen horizontal und/oder vertikal angeordneten Kondensationsraum mit mindestens einem Eingang für den Eintritt der Wasserdampf enthaltenen Schwaden und mindestens einem Ausgang für den Austritt der kondensierten Schwaden sowie mit mindestens einem Eingang für mindestens ein Kühlmedium und mindestens einem Ausgang für das mindestens eine Kühlmedium, wobei die jeweiligen Eingänge und Ausgänge derart zueinander angeordnet sind, dass Schwaden und Kühlmedium im Gegenstrom den Kondensationsraum durchströmen, und
mindestens einen Kompressor zur Kompression der in den Kondensationsraum eintretenden Wasserdampf enthaltenen Schwaden, wobei der mindestens eine Kompressor entlang der Zuleitung der Schwaden stromaufwärts vor dem Eingang für den Eintritt der Wasserdampf enthaltenen Schwaden in den Kondensationsraum vorgesehen ist.
15. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 , 4-6 und 8-13 umfassend
mindestens einen horizontal und/oder vertikal angeordneten Kondensationsraum mit mindestens einem Eingang für den Eintritt der Wasserdampf enthaltenen Schwaden und mindestens einem Ausgang für den Austritt der kondensierten Schwaden sowie mit mindestens einem Eingang für mindestens ein Kühlmedium und mindestens einem Ausgang für das mindestens eine Kühlmedium, wobei die jeweiligen Eingänge und Ausgänge derart zueinander angeordnet sind, dass Schwaden und Kühlmedium im Gegenstrom den Kondensationsraum durchströmen, und
- mindestens eine Vorrichtung zum Einsprühen von mindestens einer Flüssigkeit in den in den Kondensationsraum eintretenden Wasserdampf enthaltenen Schwaden, wobei die mindestens eine Vorrichtung zum Einsprühen entlang der Zuleitung der Schwaden stromaufwärts vor dem Eingang für den Eintritt der
Wasserdampf enthaltenen Schwaden in den Kondensationsraum vorgesehen ist.
16. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 , 7-13 umfassend mindestens einen horizontal und/oder vertikal angeordneten Kondensationsraum mit mindestens einem Eingang für den Eintritt der Wasserdampf enthaltenen Schwaden und mindestens einem Ausgang für den Austritt der kondensierten Schwaden sowie mit mindestens einem Eingang für mindestens ein Kühlmedium und mindestens einem Ausgang für das mindestens eine Kühlmedium, wobei die jeweiligen Eingänge und Ausgänge derart zueinander angeordnet sind, dass Schwaden und Kühlmedium im Gegenstrom den Kondensationsraum durchströmen, und
- mindestens einen Dampferzeuger zum Einbringen von Wasserdampf in den in den Kondensationsraum eintretenden Wasserdampf enthaltenen Schwaden, wobei der mindestens eine Dampferzeuger entlang der Zuleitung der Schwaden stromaufwärts vor dem Eingang für den Eintritt der Wasserdampf enthaltenen Schwaden in den Kondensationsraum vorgesehen ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kondensationsraum mit mindestens einer Wärmetauschanlage in Verbindung steht, durch welche das im Kondensationsraum gebildete Schwadenkondensat geführt wird.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kondensationsraum mit mindestens einer ORC (Organic Rankine Cycle) Anlage in Verbindung steht, in welcher das im Kondensationsraum gebildete Schwadenkondensat zur Stromerzeugung verwendet wird.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kondensationsraum mit mindestens einer Vorrichtung zur Kälteerzeugung in Verbindung steht, in welcher das im Kondensationsraum gebildete Schwadenkondensat zur Kälteerzeugung verwendet wird.
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