DE102006008600A1

DE102006008600A1 - Method for operating of heat-powered unit by means of fluid medium conveyed in pressurised unit

Info

Publication number: DE102006008600A1
Application number: DE102006008600A
Authority: DE
Inventors: Helmut Nopper
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-02-13
Filing date: 2006-02-13
Publication date: 2007-08-16

Abstract

The working medium is enclosed in a combined tension and sealing unit .

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung von Niedertemperatur-Energie zum Betrieb einer Wärmekraftanlage. Das Verfahren nutzt die in einem Primärprozess erzeugte mechanische Arbeitsleistung um in einem Sekundärprozess ein Gas zu verdichten und anschließend in einem Druckbehälter zu speichern. Die bei der Verdichtung anfallende Wärme wird in den Primärprozess zurückgeführt dient der Erhöhung des Wirkungsgrads.The The invention relates to a method for using low-temperature energy for the operation of a thermal power plant. The method uses the mechanical generated in a primary process Work performance to compress a gas in a secondary process and subsequently in a pressure vessel too to save. The heat generated during compression becomes the primary process returned serves the increase the efficiency.

Es ist bekannt, dass effiziente thermische Energieerzeugungsanlagen zur Stromproduktion im Bereich hoher Temperaturen betrieben werden. Abwärmenutzung im Bereich niedriger Temperaturen gilt als technisch aufwendig und unwirtschaftlich. Auch auf dem Gebiet der regenerativen Energieerzeugung ist in vielen Fällen die Wirtschaftlichkeit der Stromerzeugung fragwürdig. So haben z.B. Photovoltanik-Anlagen einen nur schlechten Wirkungsgrad von 15–20%. Da die Erzeugungskapazität von Photovotanik-Anlagen von der jeweiligen Sonneneinstrahlung abhängig ist, müssen zur Gewährleistung der Versorgungssicherheit sonnenunabhängige Ersatzkapazitäten vorgehalten werden.It is known to be efficient thermal power generation plants for power production in the high temperature range. waste heat recovery in the low temperature range is considered technically complex and uneconomical. Also in the field of regenerative energy production is in many cases the economic viability of power generation questionable. Thus, e.g. Photovoltaic systems only one poor efficiency of 15-20%. Because the generation capacity of photovoltaic systems depends on the respective solar radiation, have to to ensure the Security of supply solar-independent replacement capacities reserved become.

Eine wirtschaftliche Nutzung von z.B. Regenerativen Energien bzw. von Abwärmenutzungssystem kann erreicht werden durch einen Niedertemperaturprozess, mit verbessertem Wirkungsgrad und der Möglichkeit zur Speicherung der erzeugten Energie. Damit können regenerative Energiequellen und Abwärme wirtschaftlich genutzt werden. Der Energiespeicher macht die Stromproduktion unabhängig von der aktuellen Verfügbarkeit der Wärmequelle.A economical use of e.g. Regenerative energies or of Waste heat recovery system can be achieved by a low-temperature process, with improved Efficiency and the possibility for storing the generated energy. This can be regenerative energy sources and waste heat be used economically. The energy storage makes the power production independently from the current availability the heat source.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmekraftprozess zu entwickeln, der auch im Niedertemperaturbereich effizient betrieben werden. Durch die Koppelung mit einem Verdichtungsprozess kann die aus der Verdichtung resultierende Prozesswärme in den Wärmekraftprozess rückgeführt werden. Das in der Verdichtungsanlage erzeugte, verdichtete Gas ist speicherbar und kann zur Abdeckung von Spitzenlastbedarf genutzt werdenOf the Invention is based on the task of developing a thermal power process, which are also operated efficiently in the low temperature range. By The coupling with a compression process can be made from the compression resulting process heat in the thermal power process be returned. The compressed gas generated in the compression plant can be stored and can be used to cover peak demand

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einem Primärprozess ein vom Siedeverhalten und Druckverhältnis angepasstes Arbeitsmedium (z.B. Ammoniak, Alkohol, etc.) von einem Kondensatsammler (1/a) in eine Verdampfereinheit (1/b) gefördert und dort verdampft. Das dampfförmige Arbeitsmedium wird einer kombinierten Entspannungs- und Verdichtereinheit (1/f, d) zugeführt. Diese Einheit besteht aus einer Ein- od. mehrstufigen Verdichteranlage (1/f) zur Verdichtung von Umgebungsluft (Sekundärprozess) und einem vom Dampfdruck des Arbeitsmediums betriebenen Kraftmaschine (1/d), die den Verdichter antreibt. Dabei wird das dampfförmige Arbeitsmedium in einer Weise an der Verdichtereinheit vorbeigeleitet, dass mit Hilfe von Wärmeübertragsvorrichtungen (1/c) eine Rückgewinnung der bei der Verdichtung entstehende Wärme auf das Arbeitsmedium erfolgt. Dabei wird im Sinne eines Kombi-Prozesses die bei der Verdichtung anfallende Wärme genutzt um das Arbeitsmedium weiter zu erhitzen bevor es in weiterer Folge dem Entspannungsraum der Kraftmaschine zum Antrieb der Verdichtereinheit (1/d) zugeführt wird.The object is achieved in that in a primary process adapted from the boiling behavior and pressure ratio working medium (eg ammonia, alcohol, etc.) of a condensate collector ( 1 / a) in an evaporator unit ( 1 / b) promoted and evaporated there. The vaporous working medium is a combined expansion and compressor unit ( 1 / f, d). This unit consists of a single or multi-stage compressor unit ( 1 / f) for the compression of ambient air (secondary process) and an engine operated by the vapor pressure of the working medium ( 1 / d) that drives the compressor. In this case, the vaporous working medium is conducted past the compressor unit in such a way that by means of heat transfer devices ( 1 / c) a recovery of the heat generated during the compression takes place on the working medium. In this case, in the sense of a combined process, the heat arising during the compression is used to further heat the working medium before it is subsequently used in the expansion chamber of the engine to drive the compressor unit ( 1 / d) is supplied.

Nach Abschluss des Entspannungsvorgangs im Verdichterantrieb wird das Arbeitsmedium einer Kondensatoreinheit e) zugeführt. Dort wird das Arbeitsmedium verflüssigt und anschließend in den Verdampfer b) zurückgefördert.To Completion of the relaxation process in the compressor drive is the Working medium of a condenser unit e) supplied. There is the working medium liquefied and subsequently fed back into the evaporator b).

Die Verdichtereinheit (1/f) erhöht in einem ein- oder mehrstufigen Prozess den Druck der angesaugten Umgebungsluft und fördert diese in einen Druckluftsammelbehälter (1/g). Bei Bedarf von z.B. elektrischer Energie wird aus dem Druckluftsammelbehälter (1/g) Druckluft entnommen und an eine Kraftmaschine (1/h) weitergeleitet. Dort wird die Druckluft in einem ein- oder mehrstufigem Prozess entspannt und treibt einen Generator zur Stromerzeugung an. Die bei der Druckluftentspannung entstehende Kaltluft wird im Sinne eines Kombi-Prozesses in den Primärprozess zurückgeführt und dient der Kühlung des Arbeitsmediums in der Kondensatoranlage (1/e).The compressor unit ( 1 / f) increases the pressure of the sucked ambient air in a single or multistage process and conveys it into a compressed air receiver ( 1 /G). When, for example, electrical energy is required from the compressed air receiver ( 1 / g) compressed air and to an engine ( 1 / h) forwarded. There, the compressed air is released in a one- or multi-stage process and drives a generator to generate electricity. The cold air produced during compressed air relaxation is returned to the primary process in the sense of a combined process and serves to cool the working medium in the condenser system ( 1 / S).

In einem Anwendungsbeispiel wird in einem Primärprozess ein Arbeitsmedium (2/a) (z.B. Ammoniak, Alkohol, etc.) in einem Verdampfer (2/1) (Wärmetauscher od. Solarkollektor) verdampft. Das dampfförmige Arbeitsmedium wird der kombinierten Entspannungs- und Verdichtereinheit (2/A) zugeführt. Diese Einheit besteht aus einem Dreistufigen Kompressor zur Verdichtung von Umgebungsluft (Sekundärprozess) und einem vom Dampfdruck des Arbeitsmediums betriebenen Kolbenmaschine, die den Kompressor antreibt. Dabei wird das dampfförmige Arbeitsmedium in einer Weise an den Zylindern der Kompressoreinheit vorbeigeleitet, dass mit Hilfe von Wärmeübertragungshilfen (2/2) die bei der Verdichtung entstehende Wärme im Sinne eines Kombi-Prozesses auf das Arbeitsmedium übertragen wird. Dabei wird das Arbeitsmedium erhitzt, in weiterer Folge in die HD-Kammer geleitet und von dort über eine Steuervorrichtung dem Entspannungsraum der Kolbenmaschine zugeführt.In an application example, in a primary process, a working medium ( 2 / a) (eg ammonia, alcohol, etc.) in an evaporator ( 2 / 1) (heat exchanger or solar collector) evaporates. The vaporous working medium is added to the combined expansion and compression unit ( 2 / A). This unit consists of a three-stage compressor for compressing ambient air (secondary process) and a piston machine driven by the vapor pressure of the working medium, which drives the compressor. In this case, the vaporous working medium is conducted past the cylinders of the compressor unit in a manner that by means of heat transfer aids ( 2 / 2) the heat produced during compaction is transferred to the working medium in the sense of a combined process. In this case, the working fluid is heated, subsequently passed into the HP chamber and fed from there via a control device to the expansion chamber of the piston engine.

Der dabei durch das Arbeitsmedium angetriebene Antriebskolben überträgt die Antriebsenergie an die Verdichtereinheit über eine gemeinsame Antriebsstange. Nach Abschluss des Entspannungsvorgangs wird das Arbeitsmedium einer Kondensatoreinheit (2/B) zugeführt. Das Arbeitsmedium wird in einem Kondensator verflüssigt und anschließend in den Verdampfer zurückgefördert.The thereby driven by the working fluid drive piston transmits the drive energy to the compressor unit via a common drive rod. After completion of the expansion process, the working medium of a condenser unit ( 2 / B). The working medium is liquefied in a condenser and then fed back into the evaporator.

Die Verdichtereinheit erhöht in einem dreistufigen Prozess die angesaugte Umgebungsluft und fördert diese in einen Druckluftsammelbehälter (2/3). Bei Bedarf von elektrischer Energie wird aus dem Druckluftsammelbehälter (2/3) Druckluft entnommen und an eine ein- oder mehrstufige Druckluftentspannungseinheit weitergeleitet. Dort wird die Luft in einem zweistufigem Prozess entspannt und treibt einen Generator zur Stromerzeugung an. Die bei der Druckluftentspannung entstehende Kaltluft wird für jede Entspannungsstufe im Sinne eines Kombiprozesses in den Primärprozess zurückgeführt und dient der Kühlung des Kondensators.The compressor unit increases the intake of ambient air in a three-stage process and conveys it to a compressed air receiver ( 2 / 3). When required by electrical energy is from the compressed air receiver ( 2 / 3) Compressed air removed and forwarded to a single or multi-stage compressed air expansion unit. There, the air is relaxed in a two-stage process and drives a generator to generate electricity. The cold air produced during compressed air relaxation is returned to the primary process for each expansion stage in the sense of a combined process and serves to cool the condenser.

Wird keine elektrische Energie benötigt, so wird die durch den Prozess erzeugte Druckluft in einen Druckluftspeicher (2/3) gefahren. In diesem Betriebszustand erfolgt die Kühlung des Kondensators über einen unabhängigen Kühlkreis mit Kaltwasser oder Umluft.If no electrical energy is required, then the compressed air generated by the process in a compressed air reservoir ( 2 / 3). In this operating state, the cooling of the condenser takes place via an independent cooling circuit with cold water or circulating air.

Claims

Method for operating a thermal power plant, in which a liquid Working medium in a primary process is conveyed into an evaporator unit and evaporated there. The vaporous Working medium is then fed to a combined expansion and compressor unit. It will the heat used in the compression of the secondary medium used is to continue to heat the working fluid before it in further Follow in an engine is relaxed. The achieved drive power is for used the drive of the compressor unit. After completion of the relaxation process in the compressor drive, the working fluid of a condenser unit fed. and subsequently fed back into the evaporator. The compressor unit elevated in a secondary process the Pressure of a sucked gas and promotes this in a pressure vessel. at Need of mechanical energy is released from the pressure vessel gas taken and forwarded to an engine. There it will be Gas relaxes in a process and generates mechanical energy. The resulting in gas relaxation cold is in the sense of a combination process in the primary process returned and serves for cooling of the primary working medium in the condenser system. a) Method according to claim 1) wherein the combined expansion and compression unit is designed that the single or multi-stage compressor unit via a mechanical device coupled directly to the relaxation unit is. b) Method according to claim 1) wherein the compressor unit is designed so that several attached to a rod piston with different diameters are operated synchronously. c) Method according to claim 1) wherein the from the secondary process to drive an engine taken gas after cooling to cooling of the primary working medium used and then further heated becomes. The heating takes place via e.g. a recirculating air heat exchanger, a solar collector, a waste heat exchanger or a fossil Combustion process.