DE2737059A1

DE2737059A1 - Thermodynamisches verfahren zum ausnutzen von hochtemperatur-waermeenergie, insbesondere zum erhoehen des wirkungsgrades eines waermekraftwerkes und waermekraftwerk zur durchfuehrung eines solchen verfahrens

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Publication number: DE2737059A1
Application number: DE19772737059
Authority: DE
Inventors: Georg Prof Dr Alefeld
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-08-17
Filing date: 1977-08-17
Publication date: 1979-02-22
Also published as: IT7826655A0; IT1098224B; GB2006425A; GB2006425B; DE2737059C3; ES472646A1; DE2737059B2; FR2400676A1; US4314448A; CA1094825A; SE7808302L; NO782783L

Description

PATENTANWÄLTE DR. DIETER V. BEZOLD DIPL. ING. PETER SCHÜTZ DIPL. INO. WOLFQANO HEDSLER B-8OOO MUSNCHBN 8«

Οβ·/«7β»Οβ 47OtIU

TBLEX 03203« TBLBURAMM SOMBEZ

10. August 1977 10101 Dr.v.B/S

Professor Dr. Georg ALEFELD Josef-Raps-Straße 3, 8000 München 40

Thermodynamisehes Verfahren zum Ausnutzen von Hochtemperatur-Wärmeenergie, insbesondere zum Erhöhen des Wirkungsgrades eines Wärmekraftwerkes und Wärmekraftwerk zur Durchführung eines

solchen Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß

dem überbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung Wärmekraftwerke zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Obwohl die in fossilen Brennstoffen enthaltene chemische Energie im Prinzip nahezu vollständig in Arbeit umgewandelt werden kann, erreichen die heutigen Wärmekraftwerke (die normalerweise mit Gas- oder Dampfturbinen arbeiten) nur Wirkungsgrade zwischen 30 und 40 %. Entsprechendes gilt für Wärmekraftwerke, die ihre Primärenergie aus Kernbrennstoffen beziehen.

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- JiT-

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Bekanntlich steigt der Wirkungsgrad eines Wärmekraftwerkes mit der Vergrößerung des Enthalpiegefälles des Arbeitsstoffes im Arbeit leistenden Kreisprozess, also in der Praxis mit der Erhöhung der Temperatur, mit der die Wärmeenergie in den Arbeit leistenden Kreisprozess eingeführt wird. Bei Dampfturbinen-Wärmekraftwerken, die mit Wasser als Arbeitsstoff arbeiten, stellt jedoch derzeit, u.a. da eine hohe Temperatur mit entsprechend hohen Drücken verbunden ist, eine Temperatur von etwa 560° eine praktische obere Grenze dar. Ferner kann der Clausius-Rankine-Prozess mit H₂O als Arbeitsstoff, nach dem ein Dampfturbinen-Wärmekraftwerk normalerweise arbeitet, nur bis etwa 300 ⁰C durch Speisewasservorwärmung "carnotisiert" werden (d.h. in einem im wesentlichen reversiblen, und daher den optimalen, Carnot¹sehen Wirkungsgrad ergebenden Kreisprozess geführt werden), so daß im Uberhitzungsbereich des Wasserdampfes zwischen 3OO ⁰C und 560 ⁰C erhebliche, den Wirkungsgrad reduzierende Irreversibilitäten ablaufen. Die nicht zufriedenstellenden Wirkungsgrade der bekannten Dampfturbinen-Wärmekraftwerke sind also materialbedingt und der Hauptteil der den Wirkungsgrad verschlechternden Irreversibilität im Kreisprozeß eines Wärmekraftwerks hat seine Ursache darin, daß für die Erzeugung von Arbeit wertvolle Hochtemperaturwärmeenergie ohne Arbeitsleistung durch irreversible Prozesse auf ein tieferes Temperaturniveau gelangt, also z.B. von 1500 ⁰C auf 560 ⁰C im Uberhitzungsteil des Kraftwerks bzw.bis herunter auf 300 ⁰C.

Es fehlt nicht an Veröffentlichungen, in denen angeregt wird, den hohen Temperaturbereich durch Vorschaltprozesse zur Arbeitserzeugung zu nutzen. Neben Gasturbinenprozessen, magnetohydrodynamischen Prozessen und der Verwendung von thermionischen Emittern sind insbesondere Dampfprozesse, die mit einem anderen Arbeitsstoff arbeiten, in Betracht gezogen worden, wie der Hg-Vorschaltprozess, der K-Vorschaltprozess, der Diphenyl-Vorschaltprozess und Kombinationen solcher Dampf-

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prozesse (siehe z.B. "Brennstoff-Wärme-Kraft", Bd. 21, Nr. 7, beite 347 bis 394, Juli 1969 und "R.G.T.", Nr. 99, März 1970, Seiten 239 bis 269) . Für alle diese Vorschalt-Dampfprozesse müssen jedoch eigene Turbinen, die in dem hohen Temperaturbereich mit dem neuen Arbeitsstoff angetrieben werden können, entwickelt werden.

Aus einer Veröffentlichung von Koenemann in "Trans, World Power Conference", Berlin 1930, V.D.I-Verlag, Band V, S.325 bis 336 ist auch die Verwendung eines Mehrstoffsystems für einen arbeitsleistenden Vorschaltprozess bekannt geworden: Durch Verdampfung von NH₃ aus ZnCl · 2NH., wird Ammoniak unter hohem Druck erzeugt, das in einer Turbine zur Arbeitsleistung entspannt und anschließend in ZnCl · INH₃ reabsorbiert wird, wobei mit der dauei freiwerdenden Absorptionswärme Wasserdampf für einen nachgeschalteten normalen Wasserdampfkreisprozess erzeugt wird. Nachteilig an diesem Prozess ist, daß keine wesentlich höheren Temperaturen als ca. 300 ⁰C verwendet werden können, da oberhalb dieser Temperatur schon eine erhebliche Zersetzung des Ammoniaks eintritt und der Dampfdruck des ZnCl nicht mehr vernachlässigbar ist, so daß dann ein Verstopfen von Leitungen und ähnliche Störungen auftreten können. Außerdem ist auch hier eine Turbine für einen zweiten Arbeitsstoff erforderlich. Der Vorteil des Mehrstoff-Vorschaltprozesses besteht jedoch darin, daß der dampfförmige Arbeitsstoff wegen der Dampfdurckerniedrigung mit niedrigerem Druck entsteht als bei Verdampfung aus der reinen flüssigen bzw. festen Phase, was insbesondere bei Anwendung hoher Temperaturen wegen der geringeren Materialbeanspruchung vorteilhaft ist.

Aus einer Veröffentlichung von Nesselmann in der

"Zeitschrift für die gesamte Kälte-Industrie" 42, (1935), Heft 1, weiten d bis 11, ist ferner auch das Prinzip eines nichtarbeitsleistenden Mehrstoff-Vorschaltprozesses bekanntgeworden, mit dem Hochtemperaturwärmeenergie reversibel, d.h. ohne Beeinträchtigung des Wirkungsgrades, in Wärmeenergie mit einer im technisch nutzbaren Temperaturbereich liegenden niedrigeren Temperatur umgewandelt werden kann. Ein solcher "Wärmetransformator" kann

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nach dem Prinzip einer Absorptionswärmepumpe arbeiten, und es ist auch erwähnt, daß man dabei mit einer Feststoff-Gas-Reaktion arbeiten kann, die mit einem Feststoff und einem aus diesem austreibbaren sowie von diesem wieder absorbierbaren eigentlichen ,Arbeitsstoff arbeitet.

Die Vorteile einer Feststoff-Gas-Reaktion, nämlich daß zu einem bestimmten Druck eine bestimmte Temperatur gehört (Gibbs'sche Phasenregel), werden am Beispiel der Reaktion

Ba(OHK BaO + H₀O

erläutert. Als Mehrstoff-Arbeitsmittelsystem ist diese Stoffkombination jedoch schon wegen ihres Dampfdruckverhaltens für die Praxis nicht geeignet.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, Verfahren, die mit neuartigen Mehrstoff-Arbeitsmittelsystemen arbeiten und u.a. für die Vorschaltprozesse des oben erwähnten Typs verwendet werden können, um die Irreversibilitäten im Clausius-Rankine-Prozess zu verringern und dadurch den Wirkungsgrad des Wärmekraftwerks als Ganzes zu erhöhen.

Insbesondere sollen Mehrstoffarbeitsmittelsysteme angegeben werden, die auch bei den vor allem interessierenden hohen Temperaturen, z.B. Temperaturen über 4OU ⁰C oder 600 ⁰C bis zu Temperaturen, wie sie bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe auftreten, stabil sind, und die vorzugsweise eine fluide (gas- oder dampfförmige) Komponente liefern, welche technisch unproblematisch und leicht beherrschbar ist, wie z.B. H^O oder H₂.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 oder 2 gelöst.

Die weiteren Ansprüche betreffen Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Verfahren und Wärmekraftwerke, die nach diesen Verfahren arbeiten.

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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der

Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, dabei werden auch noch weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung zur Sprache kommen.

Es zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Temperatur-Entropie-Diagramm mit der Siede-Linie I sowie der Tau-Linie II des Wassers (H₀O), in das ein Clausius-Rankine-Prozeß zur prinzipiellen Erläuterung der Arbeitsweise eines Dampfturbinen-Wärmekraftwerks eingezeichnet ist, dabei wurde der maximale Druck des Arbeitsmittels (H₂O-Dampf) willkürlich auf 100 bar festgesetzt; die in einem praktischen Kraftwerk übliche Speisewasservorwärmung und ähnliche Details wurden der Einfachheit halber weggelassen;

Fig. 2 ein Temperatur-Entropie-Diagramm analog Fig. 1, in das ein keine äußere Arbeit liefernder Vorschaltprozess gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eingezeichnet ist, der mit dem anhand von Fig. 3 erläuterten Arbeitsmittelsystem arbeitet;

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels eines erfindungsgemäßen Mehrstoffarbeitsmittelsystems, dabei sind längs der Ordinate der natürliche Logarithmus des Druckes und längs der Abszisse der Reziprokwert der absoluten Temperatur, multipliziert mit dem Faktor 10 , aufgetragen.

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Viärmekraftwerkes, das auf dem Prinzip des in Fig. 2 durch die ausgezogene Kurve dargestellten Prozesses arbeitet;

Fig. 5 eine Fig. 4 entsprechende, vereinfachte schematische Darstellung eines Wärmekraftwerks, das auf dem Prinzip der in Fig. 2 dargestellten drei Teilprozesse arbeitet;

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Fig. 6 ein Diagramm entsprechend Fig. 2, in das ein Ausführungsbeispiel eines Vorschaltprozesses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eingezeichnet ist, der äußere Arbeit leistet und den Wirkungsgrad eines nachgeschalteten Clausius-Rankine-Prozesses verbessert;

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Wärmekraftwerks, das auf dem Prinzip des Prozesses gemäß der ausgezogen gezeichneten Kurve in Fig. 6 arbeitet;

Fig. 8 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Wärmekraftwerks, das von dem Prinzip des anhand von Fig. erläuterten aufgespaltenen Vorschaltprozesses arbeitet;

Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung eines einfachen Metall-Wasserstoff-Systems gemäß der Erfindung, dabei sind längs der Ordinate der natürliche Logarithmus des Wasserstoffdrucks und längs der Abszisse der negative Reziprokwert der absoluten Temperatur aufgetragen;

Fig. 10 eine schematische Darstellung der Realisierung eines nicht Arbeit leistenden Vorschaltprozesses, der mit einem Metall-Wasserstoff-System der an Hand von Fig. 9 erläuterten Art arbeitet, in einem Wärmekraftwerk des anhand von Fig. 4 erläuterten Typs und

Fig. 11 und 12 Darstellungen entsprechend Fig. 9 bzw. 10 zur Erläuterung eines aufgespaltenen Vorschaltprozesses.

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In den Diagrammen gemäß Fig. 1, 2 und 6 sind

längs der Ordinate die Temperatur T in Grad Celsius und längs der Abszisse die Entropie s in kcal/kg ⁰K aufgetragen und das Dampfdruckdiagramm des Wassers eingezeichnet.

Die angegebenen Temperaturen entsprechen dem Idealfall, Temperatur- und Druckverluste, z.B. in Wärmeaustauschern, sind vernachlässigt.

In Fig. 1 ist der Verlauf eines Clausius-Rankine-

Prozesses dargestellt, wie er für ein konventionelles Wasserdampfturbinen-Wärmekraftwerk mit Zwischenüberhitzung typisch ist. Der Kurvenabschnitt A-B entspricht der Erhöhung des Druckes und der Temperatur des Speisewassers auf den Druck und die Temperatur im Dampferzeuger oder Kessel (z.B. 310 ⁰C und etwa 100 bar), der Abschnitt C-D der isobaren Überhitzung des Dampfes auf eine Temperatur von z.B. 560 ⁰C, und der Abschnitt D-E der Entspannung des überhitzten Dampfes in einer ersten Turbine auf eine Temperatur von z.B. 220 ⁰C und einen Druck von etwa 10 bar im Punkt E, der Abschnitt E-F einer isobaren Zwischenüberhitzung des Dampfes auf 560 ⁰C; der Abschnitt F-G einer Entspannung des zwischenüberhitzten Dampfes in einer zweiten Turbine auf eine Temperatur von z.B. 20 ⁰C und einen Druck von etwa 0,05 bar und der Abschnitt G-A der Kondensation des Dampfes im Kondensator. Da bei einem konventionellen Wärmekraftwerk die primäre Wärmeenergie bei einer Temperatur zur Verfügung steht, die wesentlich höher ist als die Verdampfungstemperatur von ca. 310 ⁰C bzw. die Temperaturen in den Uberhitzungsbereichen C-D bzw. E-F, treten erhebliche Irreversibilitäten auf, die den Wirkungsgrad verschlechtern.

Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Arbeitsmittelsysteme läßt sich nun u.a. z.B. der nichtarbeitsleistende Vorschaltprozess der von Nesselmann (I.e.) angegebenen Art, wie er beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist, praktisch verwirklichen und dadurch lassen sich die erwähnten Irreversibilitäten erheblich verringern. Bei dem Vorschaltprozess gemäß Fig. 2 wird also ein Mehrstoff-Arbeitsmittel system

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verwendet, dem die Primärwärmeenergie bei wesentlich höherer Temperatur als bei einem mit H_O als Arbeitsmittel arbeitenden konventionellen Clausius-Rankine Prozess der anhand von Fig. 1 prinzipiell erläuterten Art zugeführt werden kann, ohne daß dabei der Druck übermäßige Werte annimmt und auf die Verwendung von Wasserdampf als eigentliches Arbeitsmittel verzichtet zu werden braucht. In dem Vorschaltprozess gemäß Fig. 2 wird die Primärwärmeenergie von der ursprünglichen hohen Temperatur durch einen reversiblen Prozess auf mehrere Temperaturniveaus "heruntertransformiert", bei denen dem Clausius-Rankine-Prozess Wärmeenergie zugeführt werden muß, so daß dieser in hohem Grade "carnotisiert" wird.

Der Vorschaltprozess gemäß Fig. 2 ist ein Wärmetransformationsprozess gemäß Nesselmann (I.e.), bei dem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Mehrstoff-Arbeitsmittelsystem verwendet wird, das nach der folgenden Gleichung arbeitet:

Ca(OH)₂ + Q _? » CaO + H₃O (D

(fest) (fest)(dampfförmig)

wobei Q die bei der Zersetzung (Pfeil nach rechts) zuzuführende bzw. bei der Vereinigung (Pfeil nach links) freiwerdende Wärmeenergie bedeutet. Die Eigenschaften dieses Mehrstoff-Arbeitsmittel^ systems lassen sich aus dem Diagramm gemäß Fig. 3 erkennen, in dem die linke Kurve III den Dampfdruck von Wasserdampf bei Verdampfung aus reiner H₂O-Flüssigkeit und die rechte Kurve IV den Dampfdruck von Wasserdampf, der sich bei der Zersetzung von Ca(OH)₂ gemäß Gleichung (1) einstellt, jeweils in Abhängigkeit vom Reziprokwert der absoluten Temperatur zeigt.

Anhand des Temperatur-Entropie-Diagrammes gemäß Fig. 2 soll nun als erstes ein mit dem Mehrstoff-Arbeitsmittelsystem gemäß Gleichung (1) arbeitender Wärmetransformationsprozeß beispielsweise beschrieben werden, welcher der ausgezogen gezeichneten Kurve in Fig. 2 entspricht. Verschiedene ausgezeichnete Punkte der Kurve in Fig. 2 sind mit Zahlen bezeichnet; die entsprechenden Punkte in dem Diagramm gemäß Fig. 3 sind mit den gleichen Zahlen bezeichnet. In Fig. 2 sind ferner Kurven V

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und VI für das Arbeitsmittelsystem gemäß Gleichung (1) eingezeichnet, die der Siede-Linie I bzw. Tau-Linie/des einfachen H₂O-Systems entsprechen. ⁰^ Kurve VI ist identisch mit Kurve IV in Fig.

Im Punkt 1 des in Fig. 2 durch die ausgezogen gezeichnete Kurve dargestellten Prozesses liegt Ca(OH)₂vor. Aus dieser Verbindung wird durch Zuführung von Primärwärmeenerjie O, von einer Feuerung, einem Kernreaktor und dergl. bei dem durch die ausgezogene Kurve beispielsweise dargestellten Pro?£ss Wasserdampf bei den beispielsweise angenommenen Grenzwerten 7OO ⁰C und 1OO bar ausgetrieben, wobei etwa 5200 kJ pro Hiassejdampf erforderlich sind. Das Austreiben des Wasserdampfes entspricht dem Kurvenabschnitt 1-2.

Im Abschnitt 2-3 wird der Dampf im Gegen strom

mit dem Ci(OH) entsprechend dem Abschnitt 10-1 auf eine Temperatur von z.B. ca. 560 ⁰C und im Abschnitt 3-4 unter Wärmetausch mit dem Dampf im Abschnitt 8-9 isobar bis zu Temperatur 310 ⁰C im Gegenstrom abgekühlt. (Der beispielsweise gewählte Temperaturwert 560 ⁰C entspricht der in konventionellen Dampfkraftwerken häufig verwendeten maximalen Turbineheinlaßtemperatur.)

Im Abschnitt 4-5 wird der Dampf isotherm verflüssigt, die dabei freiwerdende Kondensationswärme wird zur Erzeugung von Dampf im Abschnitt B - C im Clausius-Rankine-Zyklus verwendet. (Sollten dort höhere Drücke angewendet werden, so kann

durch Anhebung der Austreibtemperatur im Abschnitt 1-2 von 700 ⁰C auf 700 ⁰C + Ät/una damit die Kondensationstemperatur entsprechend angehoben werden.

Im Abschnitt 5-6 wird das kondensierte Wasser im Gegenstrom mit dem Dampf im Abschnitt 7-8 oder mit dem Speisewasser im Abschnitt A - B im Clausius-Rankine-Zyklus auf •».B. 100 ⁰C abgekühlt und auf 1 bar entspannt.

Im Abschnitt 6-7 wird das Wasser durch Kondensationswärme einer Teilmenge des partiell abgearbeiteten Dampfes aus dem Clausius-Rankine-Prozess verdampft.

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Im Abschnitt 7-8-9 wird der Dampf isobar auf 500 ⁰C erwärmt. Anschließend erfolgt im Abschnitt 9-10 die Absorption des Dampfes im CaO bei 500 ⁰C. Die dabei freiwerdende Absorptionswärme Qc₀₀ kann im Clausius-Rankine-Prozess zum Verdampfen von Wasser (Abschnitt B-C) und/oder zum überhitzen von Dampf (Abschnitte C-D und/oder E-F) verwendet werden.

Schließlich wird das gesättigte Arbeitsmittel Ca (OH) ₂

aus dem Absorber im Abschnitt 10 - 1 auf die Austreibtemperatur von 700 °c erwärmt.

Bei den oben und im folgenden angegebenen Druck- und Temperaturwerten handelt es sich nur um ungefährte, beispielhafte Angaben, die auf bestimmte Literaturstellen beruhen. Für das System CaO/t^O gibt es noch andere Dampfdruckangaben, die für einen vorgegebenen Druck sogar noch höhere Austreibtemperaturen erlauben wurden.

Bei dem beispielsweise beschriebenen Wärmetransformationsprozess wird Wärmeenergie von 700 ⁰C unter zusätzlicher Aufnahme von Wärmeenergie von 120 ⁰C auf 500 ⁰C und 310 ⁰C heruntertransformiert. Die Transformation kann durch die erwähnten inneren Wärmeaustauschvorgänge praktisch voll reversibel gestaltet werden, allerdings ist der Betrag der Wärmeenergie, der im Abschnitt 5-6 frei wird, größer als der Betrag der Wärmeenergie, die ~~ im Abschnitt 7-8 benötigt wird, daher ist evtl. die folgende Prozeßführung günstiger:

Der dem Absorberkreislauf einer Wärmepumpe entsprechende Teil 3-4-5-6 des Wärmetransformationsprozesses wird im Gegenstrom mit dem Teil A-B-C-D des Clausius-Rankine-Prozesses geführt, weil hier sich die Beträge der Wärmeenergien vollständig entsprechen. Der Teil 7-8-9 des Wärmetransformationsprozesses gemäß Fig. 2 wird durch Entnahme von Wärmeenergie aus dem Clausius-Rankine-Prozess carnotisiert.

Das in Punkt 1 vorliegende CaO wird in dem schematisch dargestellten Abschnitt 11-12 wieder in den Zustand entsprechend dem Punkt 10 gebracht, so daß es dann wieder für die Absorption von Wasserdampf zur Verfügung steht. Durch inneren Wärmeaustausch können auch hier nennenswerte Verluste vermieden werden. Der Transport des pulverförmigen CaO kann in einem sog.

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Fließbett erfolgen, d.h. das pulverförmige feste CaO kann durch ein eingeleitetes Inertgas, wie Helium, in einen leicht fließfähigen Zustand gebracht ("fluidisiert") werden. Dasselbe gilt für das pulverförmige Ca(OH)₂-

Das beschriebene CaO/H-O-Arbeitsmittelsystem hat den Vorteil, daß die Verhältnisse bei der Absorption weitgehend bekannt sind (die Absorption entspricht dem Löschen von gebranntem Kalk), ferner sind geringe Korrosionsprobleme zu erwarten, und schließlich ist das wirksame Arbeitsmittel Wasserdampf, dessen Eigenschaften und Technologie sehr gut bekannt sind.

Das beschriebene Mehrstoffarbeitsmittelsystem kann durch Zusatz anderer Erdalkalioxide abgewandelt werden. Z.B. läßt sich durch teilweisen Ersatz des Calciums durch Magnesium ein vorgegebener Dampfdruck bei niedrigeren Temperaturen erreichen, während bei teilweisem Ersatz des Calciums durch Strontium oder Barium ein gewünschter Dampfdruck bei höheren Temperaturen erreicht werden kann als bei Verwendung von reinem Calciumoxid bzw. -hydroxid. Reine Magnesiumoxid/Wasser- bzw. Bariumoxid/Wasser-Systeme sind jedoch wegen der ungünstigen Dampfdrücke praktisch unbrauchbar.

Das Calciumoxid bzw. -hydroxid kann auch noch andere Beimischungen enthalten, z.B. Siliciumoxid bzw. -hydroxid und/oder ggf. auch Aluminiumoxid bzw. -hydroxid.

Fig. 4 zeigt schematisch ein ohne Zwischenüberhitzung arbeitendes Wärmekraftwerk, das auf der Basis des anhand der ausgezogenen Kurve in Fig. 2 erläuterten Wärmetransformationsprozesses in Verbindung mit einem nachgeschalteten Clausius-Rankine-Prozess arbeitet. Der Einfachheit halber sind nur die für das Verständnis der Erfindung unbedingt erforderlichen Teile dargestellt, während z.B. die Speisewasservorwärmung und andere in konventionellen Wärmekraftwerken übliche Anlagenteile zur Vereinfachung der Zeichnung und der Erläuterung weggelassen sind. Es sei bemerkt, daß das Wärmekraftwerk, soweit es im folgenden nicht beschrieben ist, wie ein z.B. zur

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Elektrizitätserzeugung dienendes, übliches Wärmekraftwerk aufgebaut sein kann.

Soweit zweckdienlich sind Temperatur und Druck

des Arbeitsmittels H_o an den betreffenden Leitungen angegeben, wobei (fl) den flüssigen Zustand und (d) den dampf- bzw. gasförmigen Zustand des Arbeitsmittels Ho bedeutet. Die in Kreisen angegebenen Zahlen entsprechen den Zahlen an den ausgezeichneten Punkten in dem Diagramm gemäß Fig. 2.

In Fig. 4 und den folgenden schematischen Darstellungen von Kraftwerksanlagen ist die Anordnung der die verschiedenen Anlagenteile versinnbildlichenden Blöcke in vertikaler Richtung der Zeichnung ein qualitatives Maß für die Temperatur auf der die jeweiligen Anlagenteile arbeiten.

Der dem Wärmetransformations- Vorschaltprozess entsprechende Teil des Wärmekraftwerks gemäß Fig. 4 enthält einen Austreiber 30, dem Primärwärmeenergie Q von einer Wärmequelle 31, wie einer Feuerung, einem Kernkraftwerk oder dgl. zugeführt wird. Im Austreiber 30 wird entsprechend dem Kurvenabschnitt 1-2 Wasserdampf bei 700 ⁰C und 100 bar aus dem Ca(OH)₂ ausgetrieben. Dieser Wasserdampf durchströmt dann der Reihe nach die Wärmeabgabeseiten von 3 zum inneren Wärmetausch dienenden Wärmeaustauschern 32a, 32b und 32c. Im Wärmeaustauscher 32a kühlt sich der Dampf auf 500 ⁰C ab (entsprechend Abschnitt 2-3 in Fig.2); im Wärmeaustauscher 32b kühlt sich der Dampf auf 300 ⁰C ab und erreicht die Taukurve im Punkt 4 (Fig. 2). Im Wärmeaustauscher 32c kondensiert der Dampf entsprechend dem Abschnitt 4-5 in Fig. 2 unter Abgabe von Kondensationswärme. Das am Auslaß der Wärmeabgabeseite des dritten Wärmeaustauschers 32c vorliegende flüssige H-O durchströmt dann die Wärmeabgabeseite eines vierten Wärmeaustauschers 32d, wo es auf 100 ⁰C entsprechend Punkt 6 in Fig. 2 abgekühlt wird. Das Wasser wird dann durch eine Drosselstelle oder ein Ventil 34 auf einen

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Druck von 1 bar entspannt und dann einem Verdampfer 36 zugeführt, in dem es durch Aufnahme von Wärmeenergie aus dem Clausius-Rankine-Prozess in Wasserdampf mit einer Temperatur von 100 *C und einem Druck von 1 £ar umgewandelt wird. Der Wasserdampf durchläuft dann die Wärmeaufnahmeseiten der Wärmeaustauscher 32d und 32b und wird dadurch auf 3OO ⁰C bzw. 500 °C erhitzt, was dem Kurvenabschnitt 7-9 in Fig. 2 entspricht. Der 5OO "C heiße Viasserdampf wird dann in einen Absorber 4 4 eingeleitet, in dem er von CaO unter Bildung von Ca(OH)., unter Abgabe von Absorptionswärme absorbiert wird (Abschnitt 9-10 in Fig. 2). Das im Absorber 44 entstehende Ca(OH)- wird dann, z.B. in einem Fließbett unter Druckerhöhung durch eine Pumpe 4 5 in den Austreiber 30 zurückgebracht, wobei seine Temperatur im Wärmeaustauscher 32a durch Wärmeaufnahme auf etwa 700°C erhitzt wird. Das im Austreiber 30 durch das Austreiben des Wasser_- dampfes entstehende CaO wird unter Wärmeabgabe in einem zweiten Wärmeabgabeteil des Wärmeaustauschers 32a und eine Druckreduziereinrichtung 4 3 in den Absorber 44 übergeführt, was ebenfalls in einem Fließbett erfolgen kann.

Der auf dem Prinzip des Clausius-Rankine Prozesses arbeitende Teil des Wärmekraftwerks enthält eine schematisch dargestellte. Turbinenanlage mit einer ersten Turbine 37 und einer zweiten Turbine 38, einen Kondensator 49, eine Speisewasserpumpe 50, einen Verdampfer 47 sowie einen Überhitzer 48. Die Speisewasserpumpe 50 fördert flüssiges Wasser aus dem Kondensator 49 in den Verdampfer 47, wo das Wasser durch die entsprechend dem Abschnitt 9-10 freiwerdende Absorptionswärme verdampft und der entstehende Dampf im Überhitzer 48 auf 500 ^UC erhitzt wird. Der Dampf von 500 ⁰C durchströmt dann die erste Turbine 37. Der aus der ersten Turbine 37 austretende Dampf hat bei dem beschriebenen Beispiel eine Temperatur von 100 ^UC und einen Druck von etwa 1 bar. Ein Teil dieses Dampfes, beispielsweise zwei Drittel,

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durchströmen dann ^die zweite. Turbine , an dessen Auslaß z. B. ein Druck von etwa 0,05 bar herrscht. Der Dampf wird dann schließlich im Kondensator 49 verflüssigt.

Ein zweiter Teil, z.B. ein Drittel, des aus dem ersten Turbinenteil austretenden Dampfes wird der Wärmeabgabeseite des Wärmeaustauschers 36 zugeführt, wo er unter Abgabe von Kondensationswärme kondensiert, welche das Wasser in dem vorher beschriebenen Wärmepumpenteil (Abschnitt 6-7) verdampft. Das flüssige Wasser wird dann durch eine Speisepumpe 52 auf einen Druck von 100 bar gebracht, in einem zweiten Wärmeaufnahmeteil des Wärmeaustauschers 32dauf 300 ⁰C vorgewärmt und dann im Wärmeaufnahmeteil des Wärmeaustauschers 32c in Darrpf verwandelt wird. Der 300⁰C

heiße Dampf wird dann zusammen mit dem Dampf vom Verdampfer 4 7 der Eingangsseite des Überhitzers 48 zugeführt, so daß auch dieser Teilkreislauf geschlossen ist.

Der Clausius-Rankine-Prozess wird durch den Wärmepumpenteil des Wärmekraftwerks gemäß Fig. 4 in zwei Teilkreise (zwischen den Punkten X und Y) aufgespalten. Der Wirkungsgrad wird dadurch um etwa 50% verbessert, z.B. von 35 % bei Verwendung des normalen Clausius-Rankine-Prozesses auf größenordnungsmäßig etwa 50% bei Verwendung des beschriebenen Wärmepumpenprozesses und Aufspaltung des Clausius-Rankine-Prozesses in zwei Teilkreise.

Von dem bekannten Wärmetransformationsprozess unterscheidet sich der beschriebene Wärmetransformationsprozess dadurch, daß die Abgabe von Nutzwärmeenergie in den Abschnitten 4-5 und 9-10 gemäß Fig. 2 auf zwei verschiedenen Temperaturniveaus stattfindet, was wegen der dadurch bewirkten "Carnotisierung" die erwähnte erhebliche Erhöhung des Wirkungsgrades möglich macht. Daß ein Wärmetransformationsprozess der hier beschriebenen Art durch die hier angegebenen Mehrstoff-

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Arbeitsmittelsysteme überhaupt erst praktisch realisierbar ist wurde bereits oben erwähnt.

Eine weitere Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades eines Wärmekraftwerkes des anhand von Fig. 4 erwähnten Typs läßt sich dadurch erreichen, daß man einen Teil des erläuterten Wärmetransformationsprozesses derart aufspaltet, daß von diesem Wärmeenergie bei noch mehr verschiedenen Temperaturniveaus an den nachgeschalteten Clausius-Rankine-Prozess abgegeben werden und dadurch irreversible Zustandsänderungen im Clausius-Rankine-Prozess noch weiter verringert werden. Ein Beispiel für eine Aufspaltung eines Teiles des Wärmetransformationsprozesses in drei Teile ist in Fig. 2 durch die zusätzlichen gestrichelten und strichpunktierten Kurventeile dargestellt.

Im Abschnitt 1-2-3-4-5 verläuft der Wärmetransformationsprozess wie oben anhand der ausgezogen gezeichneten Kurve der Fig. 2 erläutert wurde. Es wird jedoch jetzt nicht das ganze kondensierte Wasser bis auf 100 ⁰C (Punkt 6) abgekühlt, sondern ein Teil, z.B. ein Drittel, nur bis zu einer Temperatur von z.B. 160 ⁰C und auf einen entsprechenden Druck entspannt, was dem Punkt 6' entspricht. Nun wird das Wasser von 160 ⁰C durch Wärmeaufnahme aus dem Clausius-Rankine-Prozess verdampft (Abschnitt 6'-7'), was anhand von Fig. 5 noch näher erläutert wird. Der Dampf wird dann bis zum Punkt 9' erhitzt, der eine: Temperatur von 560 °C entspricht und bei dieser Temperatur wird dann der Wasserdampf von einem Teil des CaO absorbiert, wobei Wärmeenergie Qt₆₀ frei wird, die im Clausius-Rankine-Prozess zur überhitzung von Dampf verwendet werden kann.

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In entsprechender Weise kann man einen weiteren Teil, z.B. ein zweites Drittel, des kondensierten Wassers bis zu einem Punkt 6" abkühlen, der beispielsweise einer Temperatur von bO ⁰C entspricht, das abgekühlte Wasser dann gemäß dem Abschnitt 6"-7" verdampfen, wobei man Dampf mit einem Druck von ca 0,1 bar enthält, den Dampf dann bis zum i-unkt y", der einer Temperatur von 4 40 ^UC entspricht, erhitzen und ihn dann bei dieser Temperatur von einem weiteren Teil des CaO absorbieren lassen, wobei Absorptionswärmeenergie Q₄₄₀ bei der Temperatur 440 ⁰C frei wird (Abschnitt y"-10").

Ein dritter Teil des kondensierten Wassers, z.B. das dritte Drittel wird entsprechend dem anhand der ausgezogen gezeichneten Kurve beschriebenen Prozess weiterbehandelt.

Dadurch, daß man dem Clausius-Rankine-Prozess

nun Wärmeenergie bei den drei verschiedenen Temperaturen 560 ⁰C, 500 ⁰C und 440 ^UC zuführen kann, werden die Zustandsänderungen in noch höherem Maße reversibel und der Wirkungsgrad des Wärmekraftwerks als Ganzes wird entsprechend erhöht.

Fig. 5 zeigt schematisch ein Wärmekraftwerk, welches auf der Basis des eben erläuterten aufgespaltenen 'Wärmetransformationsprozesses arbeitet. Die Darstellung entspricht Fig. 4; ein Teil der zum inneren Wärmeaustausch dienenden Wärmeaustauscher ist jedoch nicht dargestellt, um die Darstellung nicht unnötig kompliziert zu machen. Es sei jedoch betont, daß die anhand von Fig. 4 erläuterten Maßnahmen zum inneren Wärmeaustausch auch bei dem Wärmekraftwerk gemäß Fig. 5 verwendet werden kann.

In Fig. 4 und 5 sind für entsprechende Anlagenteile die gleichen Bezugszahlen verwendet worden. Zusätzliche Anlagenteile des Kraftwerks gemäß Fig. 5, die durch die Aufspaltung des Wärmetransformationsprozesses hinzugekommen sind

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-35

und ihre Funktion nach Anlagenteilen des Wärmekraftwerks gemäß Fig. 4 entsprechen, sind durch einen zusätzlichen Strich oder durch zwei zusätzliche Striche bezeichnet und arbeiten entsprechend den Teilen des Prozesses gemäB Fig. 2, die durch Zahlen mit einem bzw. zwei Strichen bezeichnet sind.

Das Wärmekraftwerk gemäß Fig. 5 enthält wieder einen (oder mehrere) Austreiber 30, denen Primärwarmeenergie Q von einer Wärmequelle 31 zugeführt wird. Das flüssige Wasser von 3OO °C von 1OO bar, das am Auslaß der Wärmeabgabeseite des Wärmeaustauschers 32c zur Verfügung steht, wird nun durch drei Ventile 34, 34' und 34" auf Zustände entspannt, die den Punkten 6, 6* bzw. 6" entsprechen. Das Wasser wird ann in Verdampfern 36, 36* bzw. 36" unter Aufnahme von Wärmeenergie aus dem Clausius-Rankine-Prozess verdampft, der Dampf wird dann durch inneren Wärmeaustausch (in Fig. 5 nicht dargestellt) erhitzt und die einzelnen Teildampfströme werden dann in entsprechenden Absorbern 44, 44' und 44" bei den angegebenen Temperaturen absorbiert. Die dabei freiwerdende Absorptionswärmeenergie Q₄₄₀ Q₅ und Qc₆₀ wird zum Verdampfen des Speisewassers im Verdampfer 47 und zum Oberhitzen des entstehenden Dampfes in drei hintereinander geschalteten Oberhitzern 48", 48, 48* verwendet. Der entstehende Dampf speist dann den eisten Teil 37 der Turbinenanlage.

Aus dem nach dem Clausius-Rankine-Prozess arbeitenden Teil des Wärmekraftwerks gemäß Fig. 5, genauer gesagt aus dem Turbinenteil, werden über Leitungen 54, 55 und 56 Dampf-Teilströme bei Temperaturen von etwa 50 ^UC, 1OO ^UC bzw. 160 ^UC abgenommen, die die Eingangs-Wärmeenergie für die Verdampfer 36", 36 bzw. 36· liefern. Das dabei entstehende kondensierte Wasser wird über Speisepumpen 52, 52' bzw. 52" auf einen Druck von 100 bar gebracht und einer gemeinsamen Leitung 58 zugeführt, die an die Wärmeaufnahmeseite des Wärmeaustau-

3?c

schers angeschlossen ist, in der das Wasser verdampft.

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Der Dampf wird dann wie bei der Anlage gemäß Fig. 4 auf die beispielsweise angenommene Turbineneinlaßtemperätur von 560 °C erhitzt und nach Vereinigung mit dem Dampf aus dem überhitzer 48' dem Einlaß der Turbinenanlage 37-38 zugeführt.

Fig. 6 zeigt das Diagramm eines arbeitsleistenden Vorschaltprozesses des von Koenemann (I.e.) angegebenen Typs, jedoch unter Verwendung des oben bereits erwähnten Mehrstoff-Arb«atsmittel-Systems CaO/H₂O. Es soll dabei wieder angenommen werden, daß die Arbeitsabgabe, d.h. der Turbinenbetrieb, bei SbO ⁰C beginnt. Wie schon an Hand der Fig. 2 erläutert worden war, kann die Primärwärme aufgrund der Dampfdruckkurve des Ca(OH)₉ bei 700 ⁰C zugeführt werden, ohne daß der Druck den Wert von 100 bar überschreitet.

Die einzelnen Kurvenabschnitte entsprechen folgenden Vorgängen:

1-2: Austreiben von H₂0-Dampf bei 700 ⁰C und ρ = 100 bar unter Zuführung von ca.5200 kJ Enthalpie pro kg H₂O-Dampf. Der Dampf muß gegebenenfalls von mitgeführtem CaO-Staub befreit werden.

2-3: Isobare Abkühlung des Dampfes unter innerem Wärmeaustausch (im Gegenstrom zu dem auf Austreibtemperatur zu erwärmenden gesättigten C^6h)^ im Abschnitt 6-1) auf t = 560 °C. Durch diesen inneren Wärmeaustausch wird der Prozeß zwischen 700 ⁰C und 560 ⁰C weitgehend reversibel, also carnotisiert, so daß die effektive obere Temperatur, mit der die Primärwärme wirksam wird, etwa 700 ⁰C bleibt.

3 - 4:Entspannen des Dampfes in einer Turbine auf t = 120 ⁰C und ρ = 2 bar; in Fig. 6 ist für den Abschnitt 3-4 ein Turbinenwirkungsgrad von 0,85 angenommen worden.

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4-5: Isobare Erwärmung des Dampfes auf 530 ⁰C (ρ - 2 bar). Dies kann eventuell durch Wärmeaustausch mit dem nachfolgenden Clausius-Rankine-Prozeß oder durch Rauchgase, erfolgen.

5-6: Absorption des Dampfes bei b20 ⁰C unter Freisetzung von etwa 5200 kJ Enthalpie pro kg absorbierten Dampfes. Diese Wärme wird zur Dampferzeugung und überhitzung des Arbeitsmittels (H₂O) im anschließenden Clausius-Rankine-Prozeß verwendet.

ό - 1 : Erwärmung des Ca(OH)- auf die Austreibtemperatur von 700 ⁰C im Gegenstrom mit abzukühlendem Wasserdampf (Abschnitt 2 und abzukühlendem CaO (schematisch dargestellter Abschnitt 7 - 8), das wieder zur Absorption verwendet wird.

Der oben beschriebende arbeitsleistende Vorschaltprozess ist erst durch das neuartige Mehrstoff-Arbeitsmittelsystem CaO/H₂O (und die im folgenden noch beschriebenen Metall-Wasserstoff -Arbeitsmittelsysteme) praktisch realisierbar. Der Gesamtwirkungsgrad des Wärmekraftwerks läßt sich durch diesen Vorschal tprozess erheblich erhöhen, da man H^O-Dampf eines vorgegebenen Druckes bei wesentlich höheren Temperaturen erzeugen kann als bei einem klassischen Wärmekraftwerk, wo im wesentlichen reines Wasser verdampft wird, und da der Wärmeübergang von der Entstehungstemperatur des Dampfes (bei dem beschriebenen Beispiel 700 "C) auf die maximal zulässige Turbineneinlaßtemperatur (bei dem beschriebenen Beispiel 560 ⁰C) praktisch ohne irreversible Zustandsänderungen erfolgt. Die im Abschnitt 3-4 gewonnene Arbeit erhält man zusätzlich zu der aus dem nachfolgenden Clausius-Rankine-Prozeß.

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Fig. 7 zeigt schematisch die für die Erfindung wesentlichen Teile eines Wärmekraftwerkes, das auf der Basis des oben beschriebenen Prozesses gemäß der ausgezogen gezeichneten Kurve in Fig. 6 arbeitet. Das Kraftwerk enthält einen Austreiber 70, in dem durch Primärwärme Q . von einer Primärwärmequelle H₂O-Dampf mit einem Druck von 100 bar bei einer Temperatur von 700 ⁰C aus Ca(OH)- ausgetrieben wird (Abschnitt 1-2 des Diagramms gemäß Fig. 6). Der Wasserdampf wird dann über eine Leitung einem Wärmeabgabeteil eines Wärmeaustauschers 74 zugeführt, in dem die Temperatur des Dampfes entsprechend dem Abschnitt 2-3 in Fig. 6 auf 560 ⁰C verringert wird, was auch hier wieder als maximal zulässige Turbineneintrittstemperatur angenommen worden ist. Der Dampf durchströmt dann eine erste Turbine 76, aus der ar mit einer Temperatur von 120 ⁰C und einem Druck von 2 bar austritt. Dieser Dampf wird dann in einem zweiten Wärmeaustauscher 78 isobar auf z.B. 530 ° (Punkt 5 in Fig. 6) erhitzt und dann einem Absorber 80 zugeführt, wo er unter Erzeugung von Absorptionswärme von CaO absorbiert wird (Abschnitt 5-6 in Fig. 6). Das dabei entstehende Ca (OH)₂ wird durch ein Fließbettransportsystem, das eine den Druck des Fließbettfluids auf 100 bar erhöhende Pumpe 82 enthält, über den Wärmetauscher 74, der die Temperatur des Calciumhydroxids auf etwa 700 ⁰C erhöht, wieder in den Austreiber 70 zurückgeführt, wo dann wieder Wasserdampf ausgetrieben wird. Das nach dem Austreiben des Wasserdampfes zurückbleibende CaO wird mittels eines Fließbettsystems über den Wärmeaustauscher 74, in dem die Temperatur auf 530 ⁰C herabgesetzt wird, und über eine Druckverringerungsvorrichtung 84, in der der Druck auf den Absorberdruck von 2 bar herabgesetzt wird, wieder in den Absorber zurückgebracht. Damit ist das Kreislaufsystem des Vorschaltprozesses geschlossen.

Der nach dem Clausius-Rankine-Prozeß arbeitende Teil des Wärmekraftwerks enthält eine Turbine 90, welche durch den Dampf gespeist wird, der durch die im Absorber 80 freiwerdende Absorptionswärme im Verdampfer 86 erzeugt und im überhitzer 88 auf 530 ⁰C überhitzt worden ist. Ein Teil des

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Der Dampf wird, nachdem er die Turbine 90 durchströmt hat, in einem Kondensator 96 in üblicher Weise kondensiert, und das kondensierte Wasser wird dann über eine Hauptspeisepumpe 98 ebenfalls der Eingangsseite des Verdampfers 86 zugeführt. Die für die Überhitzung des Dampfes im Abschnitt 4-5 (Fig. 6) erforderliche Wärmeenergie kann z.B. durch Rauchgase, Abzweigen von Dampf aus dem Clausius-Rankine-Prozeß oder auf irgend eine andere geeignete Weise aufgebracht werden.

Auch bei Verwendung des oben an Hand von Fig. 6 und 7 beschriebenen arbeitsleistenden Vorschaltprozesses kann man den Wirkungsgrad noch weiter erhöhen, wenn man diesen Vorschaltprozeß in mehrere Teilprozesse aufspaltet, um den anschließenden Clausius-Rankine-Prozeß möglichst weitgehend zu carnotisieren.

Bei dem Vorschaltprozeß gemäß Fig. 6 kann dies z.B. dadurch geschehen, daß man Teilmengen des in Punkt 3 vorliegenden Dampfes in mehreren Turbinen oder einer mehrstufigen Turbine mit Abzapfungen unter Arbeitsleistung auf mehrere verschiedene Temperatur- und Druckniveaus entspannt (abarbeitet). Beispielsweise kann man einen Teil des Dampfes bis zu einem Punkt 4', welcher einer Temperatur von etwa 190 ⁰C und einem Druck von 5 bar entspricht, abarbeiten und einen weiteren Teil bis zu einem Punkt 4", der einer Temperatur von 50 ⁰C und etwa 0,1 bar entspricht und durch eine Zwischenüberhitzung des bis zum Punkt (120 ⁰C, 2 bar) abgearbeiteten Dampfes auf einen Punkt 4a und anschließendes Abarbeiten in einer Turbine (Abschnitt 4a-4") erreicht wird. Ein weiterer Teil des Dampfes wird, wie oben

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beschrieben, vom Punkt 3 bis zum Punkt 4 abgearbeitet.

Der abgearbeitete Dampf wird dann jeweils isobar erhitzt, wobei man vom Punkt 4¹ zum Punkt 5¹ (560 ⁰C, 5 bar)und vom Punkt 4" zum Punkt 5" (440 ⁰C, 0,1 bar) gelangt. Der Dampf "wird dann bei diesen Temperaturen und Drücken in getrennten Absorbern von CaO absorbiert, wobei Absorptionswärme bei den entsprechenden Temperaturniveaus frei wird. Die bei den drei Temperaturniveaus 440 ⁰C, 520 ⁰C und 560 ⁰C frei werdende Wärmeenergie kann dann entsprechenden Stellen eines Dampferzeugers, Uberhitzungs- oder Zwischenüberhitzungsteiles (z.B. entsprechenden Abschnitten B-C, C-D bzw. E-F in Fig. 1) des nach dem Clausius-Rankine-Prozeß arbeitenden Kraftwerkteiles zugeführt werden. Dadurch, daß man die Absorptionswärmeenergie im wesentlichen auf denjenigen Temperaturniveaus erzeugt, bei denen sie im Clausius-Rankine-Prozeß benötigt werden, werden irreversible Vorgänge erheblich verringert und der Wirkungsgrad entsprechend erhöht.

Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß der Transport der pulverförmigen Feststoffe CaO und Ca(OH)₂ anstatt durch ein kontinuierliches Fließbettverfahren auch diskontinuierlich erfolgen kann, indem zwei (oder 3) Reaktionsgefäße wechselweise als Austreiber oder Absorber geschaltet werden.

Der Wirkungsgrad eines aufgespaltenen arbeits-

leistenden Vorschaltprozesses der oben genannten Art beträgt im Idealfall bis zu etwa 70 %, in der Praxis wird man ohne übermäßigen Aufwand Wirkungsgrade über 50% erreichen können, da ^als wesentliche Verluste im Gesamtprozeß neben den Turbinen- und Heizungsverlusten nur Verluste durch Wärmeaustauschprozesse und durch Hysteresiseffekte im Absorptions- und Austreibungsprozeß, die von der Geschwindigkeit der Prozeßführung abhängen, verbleiben.

In Fig. 8 sind schematisch die wesentlichen Teile eines Wärmekraftwerkes dargestellt, mit denen der an Hand von Fig. 6 eben erläuterte aufgespaltete Vorschaltprozeß realisiert werden kann. In einem Austreiber 100, der dem Austreiber 30 in Fig. 4 und 5 entspricht und Primärwärmeenergie Q von einer

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Wärmequelle 102 erhält, wird Wasserdampf bei einer Temperatur von 700 ⁰C und einem Druck von 100 bar aus Ca (OH)_? ausgetrieben (Abschnitt 1-2 in Fig. 6). Der entstehende Dampf durchströmt die Wärmeabgabeseite eines Wärmeaustauschers 104 und wird dabei isobar auf SbO ⁰C, die Eintrittstemperatur einer mehrstufigen Vorschaltturbine 106 abgekühlt. Aus der Turbine 106 werden über Leitungen 108, 110 und 112 drei Dampf-Teilströme abgenommen, die auf drei unterschiedliche Temperatur- und Druckwerte abgearbeitet sind (die Zwischenüberhitzung gemäß dem Abschnitt 4-4a in Fig. 6 ist in Fig. 8 nicht dargestellt).

Die Leitungen 108, 110 und 112 führen über Wärmeaustauscher 114a, 114b und 114c, in denen der abgearbeitete Dampf isobar auf Temperaturen entsprechend den Punkten 5', 5 bzw. 5" (Fig. 6) erhitzt wird, zu entsprechenden Absorbern 116a, 116b bzw. 116c, wo der erhitzte Dampf entsprechend den Kurvenabschnitten 5'-6', 5-6 bzw. 5"-6" von CaO absorbiert wird. Das in den Absorbern entstehende Ca(OH)- wird über Einrichtungen zur Druckerhöhung 118a, 118b bzw. 118c, Wärmeaustauscher 120a, 120b bzw. 120c in eine Sammelleitung 122 gebracht und von dieser, falls nötig, über eine weitere Druckerhöhungseinrichtung 124 und den Wärmetauscher 104 zurück in den Austreiber 100 geleitet. Das im Austreiber 100 entstehende CaO wird über eine Leitung 126, die durch den Wärmeaustauscher 104 führt, und eine erste Druckreduziereinrichtung 128 in eine Verteilerleitung 130 gebracht und von dort über die Wärmetauscher 120a, 120b und 120c sowie weitere individuelle Druckverringerungsvorrichtungen 132a, 132b bzw. 132c in die Absorber 116a, 116b bzw. 116c eingeführt.

Der nach dem Clausius-Rankine-Prozeß arbeitende

Teil des Wärmekraftwerks gemäß Fig. 8 enthält eine Speisewasserpumpe 134, die Wasser in einen Verdampfer 136 fördert, der durch die im Absorber 116c freiwerdende Absorptionswärme geheizt wird. Der entstehende Dampf durchströmt nacheinander drei überhitzer 136a, 136b und 136c, welche durch die in den Absorbern 116c, 116b bzw. 116a entstehende Absorptionswärmeenergie geheizt werden.

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Der überhitzte Dampf wird vom letzten überhitzer 136c einer Turbine 138 zugeführt, deren Ausgang mit einem Kondensator 140 verounden ist, indem der abgearbeitete Dampf kondensiert wird. Das Kondensat wird dann von der Speisewasserpumpe 134 wieder in den Verdampfer 136 gefördert. Die Absorber 116a, 116b und 116c können z.B. auf den Temperaturen 560 ⁰C, 500 ⁰C und 4 40 ⁰C arbeiten. Die Wärmeaustauscher 114a, 114b und 114c können z.B. durch die Rauchgase einer Feuerung mit Wärme versorgt werden.

Ein anderes Mehrstoff-Arbeitsmittelsystem gemäß der Erfindung, mit dem sich die an Hand von Fig.2 und 6 beschriebenen Vorschaltprozesse vorteilhaft realisieren lassen, ist das Metall-Wasserstoffsystem, das auf der Basis der folgenden Gleichungen arbeitet:

^M2^Hy ^{+ Q}2 ^M2 ⁺ "1~^H2 ⁽²⁾

T I H₂ + M, 2-> M_{1 11χ} * Q, (3)

Dabei bedeuten M₁ und M„ Metalle. Der Begriff "Metall" soll hier im weitesten Sinne verstanden werden und sowohl reine bzw. technisch reine metallische chemische Elemente als auch Legierungen, intermetallische Verbindungen und dergl. umfassen.

Die Gleichung (2) entspricht einer Zersetzung oder Desorption und ist einer Verdampfung äquivalent, wobei Q₂ die Wärmemenge ist, die für den Ablauf der Gleichung nach rechts aufgewendet werden muß.

Die Gleichung (3) entspricht einer Reaktion oder Absorption und ist einer Kondensation äquivalent, dabei bedeutet ^₁ die Wärme, die beim Ablauf der Gleichung nach rechts frei wird.

Metall-Wasserstoff-Systeme haben den Vorteil, daß bei entsprechend feiner Verteilung der Metale eine rasche Einstellung der Feststoff-Gas-Gleichgewichte gewährleistet ist,

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ob

so daß für die Durchführung der Reaktionen nur relativ kleine Stoffmengen und kleine Reaktionsgefäße erforderlich sind.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich die Dampf- oder Gasdrücke, die sich bei eher vorgegebenen Temperatur im Gleichgewicht mit dem Metall einstellen, durch Wahl einer Legierung geeigneter Zusammensetzung an einen gewünschten Prozeß anpassen lassen. .. ,. . . ^ , „ , ^ ·, „_. ,,

/* Vanadium, Niob, Tantal,Seltene Erden-Metalle,

Als Metalle kommen z.B. Zirkon, Titan, Hafnium^

Uran, Thorium und Legierungen dieser Metalle unter sich und mit anderen Metallen, z.B. ZrV, ZrCr, ZrCo, TiNi, TiV, ThNi, ThCo und ThFe in Frage. Ferner sind z.B. Alkali- und Erdalkalimetalle allein oder in Legierungen verwendbar, z.B. Li, Na, LiAl, Mg₂Ni, u.a.m.

Das Prinzip eines Metall-Wasserstoff-Systems

soll anhand des Diagrammes gemäß Fig. 9 erläutert werden, indem längs der Abszisse der negative Reziprokwert der Temperatur (steigende Temperaturen entsprechen also einem Fortschreiten nach rechts) und längs der Ordinate der natürliche Logarithmus des Wasserstoffdrucks ρ aufgetragen sind. Die Geraden 150, 152 geben den Wasserstoffdruck ρ an, der sich im Gleichgewichtszustand bei einer bestimmten Temperatur T über einem Metall M₁ bzw. M₂ einstellt, sie entsprechen also den Dampfdruckkurven eines Flüssigkeit-Dampf systems .

Im Punkt (1) liegt die Metall-Wasserstoff-Verbindung M_H vor, aus der durch Zufuhr von Wärmeenergie

(Pfeil 154)bei einer relativ hohen Temperatur T₁ Wasserstoff und einem verhältnismäßig hohen Druck p. ausgetrieben wird. Der Wasserstoff wird im Punkt (2) beim gleichen Druck ρ , jedoch einer niedrigeren Temperatur T, von einem Metall M₁ unter Bildung der Metall-Wasserstoff-Verbindung M₁H absorbiert("resorbiert"). Bei einem entsprechend niedrigen Druck p^ wird dann (trotz der noch niedrigeren Temperatur T₃) der Wasserstoff im Punkt (3) wieder aus der Verbindung M₁H freigesetzt, wobei eine Wärmemenge

(tfeil 156)bei der Temperatur T₃ zugeführt wird.

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Der wieder freigesetzte Wasserstoff wird nun bei einer unter T. liegenden Temperatur T₄ wieder am Metall M„ gebunden, wobei wieder die Verbindung M_H entsteht. Nun kann der Wasserstoff wieder durch Zuführung der Wärmeenergie 154 bei der Temperatur T ausgetrieben werden.

Bei den Absorptionsprozessen entsprechend den

Punkten (2) und (4) wird Absorptionswärme entsprechend Pfeilen 15b bzw. 160 bei der Temperatur T- bzw. T. frei.

Fig 10 zeigt das Schema eines Wärmekraftwerks,

bei dem ähnlich wie bei dem Wärmekraftwerk gemäß Fig. 4 ein einfacher, keine äußere Arbeit leistender Vorschaltprozess vorgesehen ist, der mit einem Metall-Wasserstoff-System arbeitet. Da hier eine Kondensation des gasförmigen Arbeitsfluids H» nicht möglich ist, muß diese durch eine zweite Absorption("Resorption") des Wasserstoffs durch ein anderes Metall bei einer anderen Temperatur als bei der Freisetzung des Wasserstoffs ersetzt werden, wie anhand von Fig. 9 erläutert worden ist.

In einem Austreiber 170 wird durch Zufuhr von Pri-

märwärme Q Wasserstoff H- bei der Temperatur T (Fig. 9) bei einem Druck p. aus einer Metall-Wasserstoff-Verbindung M₃H ausgetrieben.

Der Wasserstoff wird dann nach Abkühlung auf eine Temperatur T„ in einem nicht dargestellten Wärmeaustauscher, der dem Wärmeaustauscher 32a in Fig. 4 entspricht, in einen Resorber 172 eingeführt, der Metall M. enthält. Hier entsteht unter Freisetzung der Bindungswärme 158 (Fig. 9) die Verbindung M₁H , die über eine Vorrichtung 174 zur Druckverringerung und einen nicht dargestellten Wärmeaustauscher einem Verdampfer 176 zugeführt wird. Im Verdampfer 176 wird der Wasserstoff durch Wärmezufuhr entsprechend dem Punkt 3 in Fig. 9 wieder freigesetzt. Der freigesetzte Wasserstoff wird dann einem Absorber 178 zugeführt, wo er entsprechend dem Punkt (4) des Diagramms gemäß Fig. 9 vom Metall M„

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unter Freisetzung von Wärmeenergie (Pfeil 160 )

bei der Temperatur T. absorbiert wird. Das dabei entstehende M-H wird über eine Vorrichtung 180 zur Druckerhöhung wieder in den Austreiber 170 zurückgeführt. Das vom Viasserstoff befreite Metall M_ wird vom Austreiber 170 über eine Vorrichtung 182 zur Druckverringerung in den Absorber 178 gebracht.

Die im Resorber 172 freiwerdende Wärmeenergie entsprechend Punkt 2 des Diagramms gemäß Fig. 9 wird in einem Verdampfer 184 zum Verdampfen von Speisewasser verwendet. Der dabei entstehende Dampf wird in einem überhitzer 186 durch die im Absorber 178 bei der Temperatur T. freiwerdende Wärme weiter erhitzt und der auf diese Weise erhaltene überhitzte Dampf wird einem ersten Teil 188 einer Turbinenanlage des Kraftwerks zugeführt. An den Auslaß des Turbinenanlagentells 188 sind zwei Leitungen 190, 192 angeschlossen. Die Leitung 190 führt zu einem zweiten Teil der Turbinenanlage, dessen Auslaß mit einem Kondensator

196 verbunden ist. Die Leitung 192 führt zu einer Heizschlange

197 im Verdampfer 176, wo der Wasserdampf unter Abgabe der Wärme gemäß dem Pfeil 156 bei der Temperatur T- kondensiert. Das dabei entstehende flüssige H₂O wird über eine erste Speisepumpe 198 und das kondensierte Wasser aus dem Kondensator 196 wird über eine zweite Speisepumpe 200 dem Verdampfer 184 zugeführt.

Zur Vermeidung von Verlusten werden in der Praxis auch bei dem Wärmekraftwerk gemäß Fig. 10 Wärmeaustauscher vorgesehen sein, wie es anhand von Fig. 4 erläutert worden ist.

Der anhand von Fig. 9 und 10 erläuterte Vorschaltprozeß läßt sich ähnlich, wie es anhand von Fig. 2 erläutert worden war, so aufspalten, daß dem nachgeschalteten Clausius-Rankine-Prozeß Wärmeenergie bei noch mehr Temperaturniveaus zugeführt und dieser Prozeß dadurch "carnotisiert" werden kann.

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Der anhand von Fig. 9 und 10 erläuterte Vorschaltprozeß kann z.B. zwischen dem Resorber 172 und dem Absorber 178 in drei Teilkreisläufe aufgespalten werden. Bei der Aufspaltung des Vorschaltprozesses kommt ein spezieller Vorteil der Metall-Wasserstoff -Systeme zum Tragen, nämlich daß bei Wahl geeigneter Metalle, insbesondere Legierungen, die Resorber aller Teilkreisläufe auf dem gleichen Druck und die Verdampfer aller Teilkreisläufe auf der gleichen Temperatur betrieben werden können.

(Notwendig ist dies jedoch nicht.) Man muß mit verschiedenen Tempera türen bzw.Drücken arbeiten, wenn man in allen Teilkreisläufen dasselbe Metall (M₁)

verwendet. Bei Fig. 11 und 12 ist angenommen, daß der anhand

von Fig. 9 und 10 erläuterte Vorschaltprozeß in drei Teilprozesse aufgespalten werden soll. Statt des einzigen Resorbers 172 werden daher drei Resorber 172a, 172b und 172c benötigt, denen der im Austreioer 170 freigesetzte Wasserstoff zugeführt wird. Die Resorber arbeiten auf drei verschiedenen Temperaturen T , T, bzw.

3. D

T (Fig. 11), jedoch bei gleichem Druck P₁, und sie enthalten Metalle M..» M... bzw. M-t . die so gewählt sind, daß sich die "Dampfdruckkurven" 150a, 150b bzw. 150c ergeben. Den Resorbern 172a, 172b und 172c sind entsprechende Verdampfer 176a, 176b bzw. 176c zugeordnet, die alle auf der gleichen Temperatur T arbeiten. Der in den Verdampfern 176a, 176b bzw. 176c freigesetzte Wasserstoff wird drei Absorbern 178a, 178b und 178c zugeführt, die auf Temperaturen und Drücken entsprechend den iunkten (4a), (4b) bzw. (4c) in Fig. 11 arbeiten und dem Absorber ^73 ^^{n F}'i9· 1° entsprechen. Für die übrigen Bauteile des Wärmekraftwerks gemäß Fig. 12 wurden gleiche oder entsprechende Bezugszeichen wie in Fig. 10 verwendet, so daß sich eine weitere Erläuterung erübrigen dürfte.

Die Metall-Wasserstoff-Systeme lassen sich selbstverständlich auch zur Realisierung von arbeitsleistenden Vorschaltprozessen der oben anhand von Fig. 6 bis 8 beschriebenen Art verwenden, wobei nur ein einziges Metall benötigt wird.

Der Transport der im allgemeinen pulverförmig vorliegenden Metalle bzw. Metall-Wasserstoff-Verbindungen kann

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wieder durch ein Fließbettverfahren erfolgen. Alternativ kann man selbstverständlich auch hier chargenweise arbeiten, d.h. mehrere Reaktionsgefäße vorsehen, die abwechselnd als Austreiber und Absorber bzw. Verdampfer und Resorber betrieben werden. Im allgemeinen wird man in diesem Falle für einenKreislauf oder Teilkreislauf jeweils drei Reaktionsgefäße vorsehen, so daß sich zwei im Betrieb befinden können und der dritte sich inzwischen abkühlen kann.

Kernkraftwerke gemäß dem derzeitigen

Stand der Technik haben z.B. einen verhältnismäßig schlechten Wirkungsgrad, da mit einem Kernreaktor aus verschiedenen Gründen kein hochüberhitzter Wasserdampf erzeugt werden kann. Durch die im vorstehenden beschriebenen Arbeitsmittelsysteme und Prozesse nach Art einer Wärmepumpe kann man nun dem Dampfkraftwerk, das seine Wärmeenergie in erster Linie aus dem Kernkraftwerk bezieht, einen Wärmepumpenprozeß der anhand der Figuren 2 bis 5 bzw. 9 bis 12 beschriebenen Art zu schalten, der die erforderliche Hochtemperaturwärmeenergie aus fossilen Brennstoffen bezieht und Wärmeenergie zur Überhitzung oder Zwischenüberhitzung des durch das Kernkraftwerk erzeugten Dampfes liefert.

Wenn sich der Aufwand lohnt, kann man bei ein

und demselben Wärmekraftwerk sowohl einen Wärmepumpen-Vorschaltprozeö als auch einen arbeitleistenden Vorschaltprozeß der beschriebenen Art verwenden.

Claims

10101/Dr.ν.B/S

Patentansprüche

Thermodynamisches Verfahren zur Auszutzung von Wärmeenergie, die bei hohen Temperaturen zur Verfügung steht, bei welchem ein Mehrstoffarbeitsmittel in einem hohen Temperaturbereich durch diese Hochtemperatur-Wärmeenergie in eine kondensierte (feste oder flüssig^ffifomponente und eine

zweite
gasförmige, Komponente zerlegt wird und diese beiden Komponenten in einem niedrigeren Temperaturbereich unter Freisetzung von Nutzwärme wieder vereinigt werden, dadurch gekennzeichnet , daß das Mehrstoffarbeitsmittel eine der Stoffkombinationen CaO/H₂O und Metall/Wasserstoff enthält, wobei der Begriff "Metall" metallische chemische Elemente und Legierungen umfaßt, die sich mit positiver Wärmetönung mit Wasserstoff vereinigen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet , daß das Mehrstoffarbeitsmittel bei einer Temperatur von mindestens 3OO ⁰C zerlegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall mindestens ein chemisches Element, wie Li und Na, enthält, das ein Hydrid bildet.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch

gekenn ze ichnet , daß das Metall mindestens eine zusätzliche Legierungskomponente, wie Al, enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall mindestens eines der Elemente Zirkon, Titan, Hafnium/ Uran und Thorium und/oder im Seltene-Erden-Metall enthält.

/ Vanadium* Niob, Tantal,
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Metall zusätzlich mindestens eines der Elemente Nickel, Kobalt, Chrom und Vanadium enthält.

909808/0501 ORIGINAL INSPECTED
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Erhöhen des Wirkungsgrades eines Wärmekraftwerkes, das einen nach dem Prinzip des Clausius-Rankine-Prozesses arbeitenden, äußere Arbeit leistenden Hauptteil sowie einen nach dem Prinzip einer Wärmepumpe arbeitenden Zusatzteil enthält, in welchem das Mehrstoffarbeitsmittel durch Primärwärme bei einer Temperatur in einem ersten, hohen Temperaturbereich zerlegt, die dabei entstehende gasförmige Komponente in einen kondensierten Zustand übergeführt, dann wieder in den gasförmigen Zustand gebracht und schließlich wieder mit der kondensierten Komponente des Mehrstoffarbeitsmittels vereinigt wird, dadurch gekennzeichnet , daß dasKondensieren bei einer Temperatur in einem zweiten Temperaturbereich, der unter dem hohen, ersten Temperaturbereich liegt, das überführen in den gasförmigen Zustand bei einer Temperatur in einem unter dem zweiten Temperaturbereich liegenden dritten Temperaturbereich und das Vereinigen bei einer Temperatur in einem zwischen dem ersten und dem dritten Temperaturbereich liegenden, vom zweiten Temperaturbereich verschiedenen vierten Temperaturbereich erfolgt, und daß die beim Kondensieren und Vereinigen frei werdenden Wärmeenergiemengen demClausius-Rankine-Prozess im wesentlichen bei der Temperatur im zweiten und vierten Temperaturbereich zugeführt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Wärmeenergie, die nötig ist, um die zweite Komponente des Mehrstoffarbeitsmittels in den gasförmigen Zustand überzuführen, dem Clausius-Rankine-Prozeß entnommen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r ch gekennzeichnet , daß das Mehrstoffarbeitsmittelsystem ein Metall-Wasserstoff-System ist; daß das Kondensieren durch Resorbieren des Wasserstoffs in einem zweiten Metall und das Überführen in den gasförmigen Zustand durch Austreiben des Wasserstoffes aus diesem zweiten Metall bewirkt wird.

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10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Hochtemperatur-Wärmeenergie freigesetzte gasförmige zweite Komponente bei mehreren, verschiedenen Temperaturen im zweiten Temperaturbereich kondensiert und bei mehreren verschiedenen Temperaturen im vierten Temperaturbereich wieder mit der kondensierten ersten Komponente vereinigt wird; und daß die bei den verschiedenen Kondensierungstemperaturen frei werdenden Wärmeenergiemengen sowie die bei den verschiedenen Vereinigungstemperaturen frei werdenden Wärmeenergiemengen dem Clausius-Rankine-Prozeß im wesentlichen ciort zugeführt werden, wo Wärmeenergie bei diesen Temperaturen benötigt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Erhöhen des Wirkungsgrades eines Kraftwerkes, das einen nach dem Prinzip des Clausius-Rankine-Prozesses arbeitenden, äußere Arbeit leistenden Hauptteil sowie einen Vorschaltteil enthält, in welchem ein Mehrstoffarbeitsmittel durch Zufuhr von Primärwärmeenergie in einem hohen ersten Temperaturbereich in eine kondensierte (flüssige oder feste) erste Komponente und eine gasförmige zweite Komponente zerlegt wird, die gasförmige zweite Komponente in einer Turbinenanlage entspannt und dann wieder mit der ersten Komponente vereinigt wird, d a d u r ch gekennzeichnet, daß die aus der Turbinenanlage austretende gasförmige zweite Komponente durch Wärmeenergie aus dem Clausius-Rankine-Prozess auf eine Temperatur in einem zweiten Temperaturbereich, der unter dem ersten Temperaturbereich liegt» erhitzt wird, und daß die erhitzte zweite Komponente bei einer Temperatur in einem zweiten Temperaturbereich, der unterhalb des ersten Temperaturbereiches liegt, mit der ersten Komponente vereinigt wird, und daß die bei der Vereinigung frei werdende Wärmeenergie dem Clausius-Rankine-Prozeß zugeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch g e -kennzeichnet, daß die gasförmige zweite Komponente in der Turbinenanlage auf mehrere unterschiedliche Drücke

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entspannt und bei den diesen Drücken entsprechenden Temperaturen mit einer entsprechenden Anzahl von Teilmengen der ersten Komponente vereinigt wird, wobei die bei den verschiedenen Temperaturen frei werdenden Wärmeenergiemengen Stellen des Clausius-Rankine-Prozesses zugeführt werden, wo diese Temperaturen benötigt werden.
13. Verfahren nac^Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, hohe Temperaturbereich oberhalb einer maximal zulässigen Eintrittstemperatur der Turbinenanlage liegt und daß die durch die Primärwärmeenergie bei der Temperatur in dem ersten hohen Temperaturbereich frei gesetzte gasförmige zweite Komponente durch Wärmeaustausch auf eine Temperatur abgekühlt wird, die höchstens gleich der maximal zulässigen Einlaßtemperatur der Turbinenanlage ist.

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14. Wärmekraftwerk zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7, das einen Hauptteil aufweist, der mit HO als Arbeitsmittel arbeitet und einen Hauptarbeitsmittelkreis enthält, der der Reihe nach eine Hauptspeisepumpe, einen Verdampfer, einen FrischdampfÜberhitzer, eine mit überhitztem Frischdampf gespeiste mehrstufige Turbinenanlage mit Frischdampfeinlaß und Abdampfauslaß, und einen an den Abdampfauslaß angeschlossenen, mit dem Einlaß der Hauptspeisepumpe verbundenen Kondensator enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptteil ferner mindestens einen Hilfsarbeitsmittelkreis mit einer Abzweigleitung zum ADzweigen einer Teilmenge des Arbeitsmittels aufweist, deren Anfang mit einer zwischen Frischdampfeinlaß und Abdampfauslaß gelegenen Stelle (X in Fig. 4) der Turbinenanlage (37, 38) verbunden ist, der Reihe nach einen Hilfskondensator (36), eine Hilfsspeisewasserpumpe (52) sowie einen Hilfsverdampfer (32c) enthält und mit ihrem Ende an eine vor dem Frischdampfeinlaß der Turbinenanlage (37, 38) gelegene Stelle (Y) des Hauptkreislaufes angeschlossen ist, und daß der mit dem Mehrstoffarbeitsmittel arbeitende Zusatzteil einen Austreiber (30), in dem das Mehrstoffarbeitsmittel durch Hochtemperatur-Primärwärme (Q ) bei der im ersten Temperaturbereich gelegenen Temperatur (z.B. 700 °c ) in die beiden Komponenten zerlegt wird, enthält, ferner einen Kondensator (32c) in dem die bei einem vorgegebenen ersten Druck (z.B. 1OO bar) im Austreiber (30) ausgetriebene zweite Komponente bei einer im zweiten Temperaturbereich liegenden Temperatur (300 "C) im wesentlichen isobar verflüssigt wird und die dabei freiwerdende Kodensationswärme an den Hilfsverdampfer (rechte Seite von 32c) abgibt, eine Entspannungsvorrichtung (34) zum Entspannen der verflüssigten zweiten Komponente auf einen niedrigeren zweiten Druck (z.B. 1 bar), einen Verdampfer (36) in dem die entspannte flüssige zweite Komponente bei einer im dritten Temperaturbereich liegenden Temperatur (z.B. 100 ⁰C) durch die Kondensationswärme vom Hilfskon-

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densator wieder in den gasförmigen Zustand übergeführt wird, einen Absorber (44), in dem die gasförmige zweite Komponente vom Verdampfer (36) wieder mit der ersten Komponente des Mehrstof farbeitsmittels vereinigt wird, und einer Vorrichtung zum überführen der ersten Komponente des Mehrstoffarbeitsmittels vom Austreiber (30) zum Absorber (44) und von vereinigtem Mehrstoffarbeitsmittel vom Absorber in den Austreiber.
15. Wärmekraftwerk nacn Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mit mehreren, Arbeitsmittel unterschiedlicher Temperaturen führenden Stellen der Turbinenanlage (37, 38) mehrere Abzweigleitungen (b4, 55, 56) verbunden sind, von denen jeweils ein Verdampfer (36, 36', 36") sowie ein Absorber (44, 44', 44") zugeordnet ist, wobei die Verdampfer und die Absorber jeweils auf unterschiedlichen Temperaturen arbeiten (Fig. 5).
16. Wärmekraftwerk nach Anspruch 14 oder 15,

gekennzeichnet durch Wärmeaustauscher (32a, 32b, 32d) zum inneren Wärmeaustausch.
17. Wärmekraftwerk zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Metall-Wasserstoff-Systems als Mehrstoffarbeitsmittel an die Stelle jedes Kondensators ein Resorber (172; 172a, 172b, 172c) tritt, der mit dem zugehörigen Verdampfer (176; 176a, 176b, 176c) des Zusatzteils einen Hilfs-Mehrstoffarbeitsmittelkreislauf bilden, wobei in den verschiedenen Mehrstoffarbeitsmittelkreisen unterschiedliche Metalle Verwendung finden (Fig. 10 und 11).
18. Wärmekraftwerk zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 11 mit einem Hauptteil, der mit H^O als Arbeitsmittel arbeitet und einen Hauptarbeitsmittelkreis enthält, der der Reihe nach eine Hauptspeisepumpe, einen Ver-

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dampfer, einen Frischdampfüberhitzer, eine mit überhitztem Frischdampf gespeiste mehrstufige Turbinenaniage mit Fnschdampfeinlaß und Abdampfauslaß, und einen an den Abdampfauslaß angeschlossenen, mit dem Einlaß der Hauptspeisepumpe verbundenen Kondensator enthält, und mit einem Zusatzteil, der einen Austreiber, in dem das Mehrstoffarbeitsmittel durch Primärwärme bei einer in einem ersten Temperaturbereich liegenden hohen Temperatur in beiden Komponenten zerlegt wird, eine mit der dabei unter einem vorgegebenen Druck freiwerdenden gasförmigen zweiten Komponente gespeiste Turbinenanlage und einen mit dem Auslaß der Turbinenanlage verbundenen Absorber enthält, in dem die abgearbeitete zweite Komponente wieder mit der ersten Komponente vereinigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Auslaß der mit der ausgetriebenen zweiten Komponente gespeisten Turbinenanlage (76) und dem Absorber (80) ein Wärmeaustauscher (78) geschaltet ist, in dem die abgearbeitete zweite Komponente durch aus dem Hauptteil entnommene Wärmeenergie erhitzt wird, bevor sie dem Absorber (80) zugeführt wird, und daß der Absorber (80) eine Vorrichtung (86, 88) enthält, durch die die in ihm freiwerdende Absorptionswärme dem Arbeitsmittel des Hauptteiles zuführbar ist.
19. Wärmekraftwerk nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzteil mehrere Absorber enthält, denen die gasförmige zweite Komponente mit verschiedenen Temperaturen von verschiedenen Stellen der Trbinenanlage (106) des Zusatzteils zugeführt ist.
20. Wärmekraftwerk nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Metall-Wasserstoff-Systems an die Stelle jedes Absorbers ein Resorber tritt; daß jedem Resorber ein Hilfsverdampfer

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zugeordnet ist und daß die Resorber-Hilfsverdampfer-Systeme mit unterschiedliche erste Komponenten enthaltenden Metall-Wasserstoff-Mehrstoff arbeitsmittel arbeiten.
21. Wärmekraftwerk nach Anspruch 18 bis 20,

gekennzeichnet durch Wärmeaustauscher (104, 114, 120J zum inneren Wärmeaustausch.

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