DE1902399A1

DE1902399A1 - Anlage mit geschlossenem Gaskreislauf und gekuehltem Antriebsfluid

Info

Publication number: DE1902399A1
Application number: DE19691902399
Authority: DE
Inventors: Pacault Pierre Henri; Mary Francis J
Original assignee: Babcock Atlantique SA
Current assignee: Babcock Atlantique SA
Priority date: 1968-01-18
Filing date: 1969-01-18
Publication date: 1969-09-04
Also published as: US3508399A; GB1246163A; FR1568871A

Description

Babcock-Atiantique
48, Rue La Boltie

75 Paris 8^me (Ville de) Frankreich

Anlage mit geschlossenem Gaskreislauf und gekühltem Antriebsfluid

Die Erfindung betrifft Energieerzeugungsanlagen mit geschlossenem Gaskreislauf nach dem Verfahren,das in der deutschen Anmeldung der Anmelderin Aktenzeichen (Priorität aus der französischen Anmeldung PV 135 423 vom 10.1.1968), "Verfahren*zur Energieerzeugung in einem Gaskreislauf und Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens" beschrieben worden ist; die dort angegebene Anlage weist neben den üblichen Organen, Turbine, Verdichter und Wärmequelle, eine Einrichtung auf, die mit Verdichtung, Kondensation, Entspannung und Verdampfung von Kältemittel arbeitet, um das Antriebsfluid vor seinem Eintritt in den Verdichter abzukühlen.

Die Erfindung betrifft Einrichtungen, die besonders auf derartige Anlagen abgestimmt sind und bei geschlossenem Gaskreislauf als Wärmequelle beispielsweise einen Kernreaktor auf- \\reisen.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein und derselbe Verdichter benutzt, um gleichzeitig das Antriebsfluid und das

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Kältemittel zu verdichten. Bei den beiden fließfähigen Medien kann es sich je nach dem Anwendungsgebiet um verschiedene Medien oder um ein und dasselbe Medium handeln. Bei einer bevorzugten Ausbildung des Erfindungsgegenstands wird am Verdichterauslaß ein Teil des verdichteten Mediums entnommen und über einen Kreislauf aus Kondensation, Entspannung und Verdampfung wieder in den Verdichter geleitet, während der andere Teil des verdichteten Mediums über eine Wärmequelle und eine Expansionsturbine geleitet wird und nach Abkühlung (infolge Wärmeaustauschs mit dem verdampften Teil) in den Verdichter zurückgeführt wird.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind Kühlmittel und Antriebsfluid voneinander verschiedene Medien; sie werden in einer tieferen Verdichterstufe durch Kondensation des Kältemittels voneinander getrennt, und Kältemittel und Antriebsfluid werden getrennt zurückgeführt, wobei das Antriebsfluid die höhere Verdichterstufe durchläuft, bevor es seinen Antriebskreislauf fortsetzt.

In einer nochmals abgeänderten Ausführuniform der Erfindung erfolgt die Entspannung des Kältemittels unter Arbeitsleistung und teilweise mit Phasenänderung in einer Expansionsturbine; diese Lösung ist besonders wirtschaftlich und bietet unter anderem den Vorteil, daß der Teil des Mediums, der durch Entspannung verdampft wird, kleiner gehalten werden kann, womit sich die Umlaufmenge im Kältekreislauf reduzieren läßt.

Bei den erwähnten Ausführungsformen wird natürlich vorteilhafterweise ein Regenerieraustauscher verwendet.

Die Merkmale, Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung sind im übrigen in der nachstehenden Beschreibung aufgeführt, die

« sich auf mehrere Ausführungsformen bezieht, welche zeichnerisch

wie folgt dargestellt sind:

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Fig. 1 gibt schematisch eine Gasturbinenanlage wieder, wonach Kältemittel aus der Zuleitung von Antriebsfluid zur Turbine entnommen wird;

Fig. 2 stellt eine abgeänderte Ausfuhrungsform dar, wonach das Kältemittel unter Arbeitsleistung in einer Hilfsturbine entspannt wird;

Fig. 3 zeigt eine Anlage, in der das zusammen mit dem Antriebsfluid verdichtete Kältemittel durch Kondensation von jenem abgetrennt wird, bevor es in seinem weiteren Kreislauf entspannt und verdampft wird.

Die gleichartigen Bauelemente tragen in allen drei Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen.

Gemäß Fig. 1 treibt eine Gasturbine T eine Last G und einen Verdichter C an. In der Leitung D aus dem Verdichter C austretendes, verdichtetes Kohlendioxyd wird der Turbine T über eine Regeneriereinrichtung H und eine Wärmequelle O zugeleitet; die Wärmequelle kann als Kernreaktor ausgebildet sein, in dem das Kolilendioxyd als Brennstoffkühlmittel umläuft. Das Gas tritt entspannt aus der Turbine T aus, geht in die Regeneriereinrichtung H zurück und gibt seine Wärme dem Gas ab, das dem Reaktor zugeleitet wird; danach tritt es an der Stelle 1 in den Verdichter C ein, nachdem es nacheinander in einem Wärmeaustauscher L, in den das Umlaufwasser bei i eintritt und aus dem es bei j austritt, und zwei Wärmeaustauschern E^, E₂, in denen Kältemittel umläuft, gekühlt worden ist.

Als Kältemittel wird Kohlendioxyd benutzt, das am Verzweigungspunkt F der Leitung D entnommen worden ist. Das hier abgezweigte Gas wird in einem Wärmeaustauscher K, in den Umlaufwasser bei m eintritt und aus dem es bei η austritt, gekühlt und kondensiert; danach wird das Gas in zwei parallel geschalteten Ventilen R-, R₂ entspannt, die die beiden Behälter B^, B₂ speisen. Die beiden Behälter stehen mit zwei Zwischenstufen 2

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und 3 des Verdichters C in Verbindung, in ihnen herrscht daher unterschiedlich hoher Druck. Die in den Behältern B^, B₂ befindliche Flüssigkeit zirkuliert in geschlossenen Kreisläufen durch Rohrbündel T-, T₂, die im Inneren der Wärmeaustauscher E.j, E₂ von dem aus der Turbine T kommenden Gas umspült werden; diese Flüssigkeit erhält aus dem Gas ihre Verdampfungswärme und wird, nachdem sie verdampft und auf einen Sättigungsdruck gelangt ist, der dem Druck an den Anzapfstellen 2 und 3 entspricht, von dem Verdichter C angesaugt.

Das Antriebsfluid wird also, bevor es in den Verdichter zurückläuft, mit dem gleichen Medium gekühlt, das aus der Turbinenzuleitung abgezweigt und als Kältemittel benutzt wird. Antriebs· fluid und Kältemittel werden in ein und derselben Vorrichtung verdichtet, woraus sich ein deutlicher wirtschaftlicher Vorteil sowohl hinsichtlich der Anlagekosten wie der Betriebskosten und des Energieverbrauchs ergibt. Im übrigen wird das bei 1 in den Verdichter eingeleitete Antriebsfluid nach einer Teilverdichtung mehrmals gekühlt, indem es sich mit dem bei 2 und 3 eintretenden Kältemittel vermischt.

In der Ausführungsform nach Fig. 2 werden dieselben Bauelemente wie bei der Anlage nach Fig. 1 verwendet und mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, abgesehen davon, daß das den Wärmeaustauscher und Kondensator K verlassende Kältemittel unter Arbeitsleistung in einer Hilfsturbine Ίψ entspannt wird; die Drosselventile R«, R₂ sind weggelassen. Mit der Entspannung geht eins Phasenänderung eines Teils des· Mittels einher. Ein Teil des Kältemittels gelangt durch die Leitung W₁ nach einer Teilentspannung in den Behälter B^ und der Rest wird nach vollständiger Entspannung durch die Leitung W₂ in den Behälter B₂ geführt. Wie erwähnt, liefert die Entspannung unter Arbeitsleistung weniger Dampf als die 'Entspannung über eine Drosselstrecke; dadurch w^rd die bei F abzuzweigende Kältemittelmenge verringert.

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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 vtird für das Kältemittel ein anderes Medium gewählt als für das Antriebsfluid; zum Beispiel kann als Kältemittel Kohlendioxyd dienen und als Antriebsfluid Stickstoff. Die Turbine T treibt eine Last G und einen zweistufigen Verdichter C*, C£ an; die Verdichterstufe stehen nicht unmittelbar in Verbindung miteinander. Die untere Stufe C. nimmt am unteren Anzapfpunkt 1 Stickstoff auf und an den Zwischenanzapfpunkten 2 und 3 Kohlendioxyd, Das aus dem Verdichter C, austretende Gemisch durchläuft einen Wärmeaustauscher und Kondensator IC. Das flüssige Kohlendioxyd trennt sich in dem Separator S vom Stickstoff und wird in dem Behälter V gesammelt. Danach kehrt es zu den Anzapfstellen 2 und 3 zurück, nachdem es zwei parallele Drossel-Entspannungskreise, in denen auch Verdampfung stattfindet und die die gleichen Bauelemente B , R , E und T aufweist wie die Anlage nach Fig. 1, durchlaufen hat.

Der in S von dem Kohlendioxyd abgetrennte Stickstoff durchläuft die Verdichterstufe C^, gelangt dann in die Regeneriereinrichtung H und in die Wärmequelle O, wird in der Turbine T entspannt und kehrt über die Regeneriereinrichtung H und über Kühleinrichtungen L, E- und E, zum Verdichter C. zurück.

Die Anlage nach Fig. 3 bietet somit die gleichen Vorteile wie die Anlage nach Fig. 1, wobei es noch möglich ist, als Antriebsfluid und als Kältemittel die jeweils bestgeeigneten Medien zu wählen.

Die Erfindung soll natürlich nicht auf die beschriebenen und gezeichneten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern erstreckt sich auf Abänderungen im Detail und auf Ausführungsvarianten. Zum Beispiel kann man die Ventile R_n aus Fig. 3 durch die in Fig. 2 gezeigte Hilfsturbine Ίς ersetzen. Man kann bei bestimmten Ausführungsformen der Anlage auch den einheitlichen Verdichter durch einen mehrteiligen Verdichter mit Zwischenkühlung ersetzen.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

Anlage zur Energieerzeugung in einem geschlossenen. Gaskreislauf, mit einer Gasturbine, einem Verdichter für das. Antriebsfluid und einer Wärmequelle mit Regeneriereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine mit mechanischer Verdichtung des Kältemittels arbeitende Kältemaschine aufweist, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, die einen Wärmeaustausch zwischen dem Antriebsfluid und dem Kältemittel ermöglichen, wobei die Kältemittelverdichtung in dem Verdichter für das Antriebsfluid vorzunehmen ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kältemittel und als Antriebsfluid das gleiche Medium dient, und daß das den Verdichter verlassende Medium in einen Antriebsfluid-Strom und einen Kältemittel-Strom aufgeteilt ist.
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlendioxyd als Antriebsfluid und als Kältemittel benutzt ist.
4. Anlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Kältemittelstroms dem Verdichter an einer Zwischenanzapfung zugeführt ist»
5. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kältemaschine eine Expansionshilfs-

turbine für Kältemittel aufweist.
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6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsturbine mindestens eine Zwischenanzapfung mit Teilentspannung aufweist, und daß die Zwischenanzapfung mit einer Zwischenstufe des Verdichters verbunden ist.
7. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsfluid und das Kältemittel als Mischung verdichtet werden und daß das Kältemittel durch Kondensation am Verdichterausgang abgetrennt wird.
8. Anlage nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen zweiten Verdichter, der das aus dem kondensierten Kältemittel freigesetzte Antriebsfluid aufnimmt und es einer zusätzlichen Verdichtung unterzieht.
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