DE4329585A1

DE4329585A1 - Gasturbinen-Heiz-Kälte-Blockkraftwerk

Info

Publication number: DE4329585A1
Application number: DE4329585A
Authority: DE
Inventors: Alfred Prof Dr Ing Henatsch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-09-02
Filing date: 1993-09-02
Publication date: 1995-03-09

Description

Die Erfindung betrifft eine mit einer Kaltluft-Kälte maschine und Wärmeübertragern gekoppelte offene Gastur binenanlage, so daß gleichzeitig elektrische, Heiz- und Kälteenergie erzeugt werden können.

Es ist bekannt, daß entsprechend dem Stand der Technik mit Wärmekraftmaschinen (Diesel- und Gasmotoren, Gasturbinen anlagen) neben mechanischer oder elektrischer Energie bei Nutzung der durch die Motorkühlung und/oder der mit dem Abgas anfallenden Energie auch noch gleichzeitig Heiz- und Kälteenergie erzeugt werden, womit ein sogenannter Total energieverbund realisiert wird.

Nach dem Vorschlag in P 41 06 046.6 wird mit überschüssi gem Abgas eines aufgeladenen Verbrennungsmotors eine Kaltluft-Kältemaschine angetrieben. Während der gesamte Abgasmassestrom zur Bereitstellung von Heizenergie genutzt werden kann, steht für die Kälteerzeugung nur der Teil des Abgasmassestromes zur Verfügung, der zum Aufladen des Motors nicht benötigt wird. Die Bereitstellung größerer Kälteleistungen ist somit an Motoren großer Leistungen gebunden.

Des weiteren ist der Stand der Technik beim Realisieren eines Totalenergieverbundes dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme des Kühlwassers und des Abgasmassestromes von Verbrennungsmotoren sowohl zur Heizenergiegewinnung als auch zum Erzeugen von Kälte mit Absorptionskältemaschinen genutzt wird, die jedoch zu den bekannten großen Bauvolu mina und -massen solcher Anlagen beiträgt.

Ziel der Erfindung ist es, ein Block-Heiz-Kälte-Kraftwerk kleinen Bauvolumens und geringer Baumasse zu entwickeln, mit dem der gesamte Abgasmassestrom der Wärmekraftmaschine zum Erzeugen von Kälte- und Heizenergie in hohem Maße energiesparend und ökologisch genutzt werden kann.

Der Erfindung liegt dabei die Aufgabe zugrunde, eine leicht und klein bauende Wärmekraftmaschine mit einer ebenfalls leicht und klein bauenden Kältemaschine, die mit einem in hohem Maße umweltfreundlichen Kältemittel arbei tet, und alternativ auch mit einer Absorptionskälte maschine so zu koppeln, daß der gesamte oder auch nur ein Teil des Abgasmassestromes zur Erzeugung von Heiz- und Kälteenergie oder auch zur thermischen Regeneration der Wärmekraftmaschine so genutzt wird, daß problemlos auf unterschiedliche Anforderungen von seiten des Heiz- und Kältebedarfs eines Versorgungsgebietes reagiert werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine offene Gasturbinenanlage, die mit einem thermischen Generator ausgerüstet ist, mit einer mit dem Abgas der Gasturbine angetriebenen Kaltluft- und alternativ gleich zeitig auch mit einer Absorptionskältemaschine und mit Wärmeübertragern, in denen das Abgas und die in den Luft verdichtern der Kaltluftkältemaschine erwärmte Luft abge kühlt und zur Heizenergiebereitstellung genutzt wird, so gekoppelt ist, daß einerseits der gesamte Abgasmassestrom zum Erzeugen von Kälte- oder Heizenergie zur Verfügung steht, andererseits aber auch problemlos auf einen ständig wechselnden Bedarf dieser Energieformen reagiert werden kann, wenn die für diese Energieformen nicht benötigte Abgasenergie zur Gewährleistung hoher Wirkungsgrade auch im Teillastbereich des Gasturbinen-Heiz-Kälte-Blockkraft werkes im Regenerator der Gasturbinen-Anlage energiewirt schaftlich stets optimal ausgenutzt wird.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungs beispieles entsprechend Fig. 1 und Fig. 2 näher erläutert werden.

Die offene Gasturbinen-Anlage nach Fig. 1 - bestehend aus Luftverdichter 1, Regenerator 2, Brennkammer 3, Gasturbine 4, Generator 5 und Abgasreinigungssystem 6 - treibt mit dem über das Ventil 7 regelbaren Abgasmassestrom eine Kaltluft-Kältemaschine an. Diese besteht aus der Abgasent spannungsturbine 8, zwei Luftverdichtern 9 und 10, einem Luftkühler 11, einer Luftentspannungsturbine 12 sowie alternativ aus einem Wärmeübertrager 13, mit dem nach Erreichen eines stationären Betriebszustandes durch Abschalten der Außenluftzufuhr 14 mit dem Dreiwegeventil 15 ein geschlossener Kaltluft-Prozeß realisiert wird. Die Abgasentspannungsturbine 8 treibt den Luftverdichter 9 an, mit dem sie auf einer Welle angeordnet ist. Dieser saugt Außenluft 14 oder im geschlossenen Prozeß zirkulierende Luft 16 an und verdichtet sie auf den maximalen Prozeß druck der Kaltluft-Kältemaschine, wobei diese sich erwärmt. Im Luftkühler 11 wird sie zurückgekühlt und anschließend in der Luftentspannungsturbine 12 auf den minimalen Prozeßdruck entspannt, wobei die Luft abgekühlt und im Wärmeübertrager 13 alternativ zum Herunterkühlen einer Kühlsole 17 genutzt wird. Die Luftentspannungs turbine 12 treibt den Luftverdichter 10 an, mit dem sie auf einer Welle angeordnet ist. Dieser saugt wie der Luft verdichter 9 Außenluft 14 oder im geschlossenen Prozeß zirkulierende Luft 16 an, die gesteuert über das Druck ventil 18 auf den auch mit dem Druckventil 19 eingestell ten maximalen Prozeßdruck verdichtet wird und den vom Ver dichter 9 geförderten Luftmassestrom solange ergänzt, bis ein stationärer Betriebszustand erreicht ist. In diesem Zustand wird der Gesamtluftmassestrom 16 in dem Kühler 11 heruntergekühlt, in der Luftentspannungsturbine 12 ent spannt und weiter abgekühlt, so daß im Wärmeübertrager 13 durch Abkühlen der Kühlsole 17 eine gewünschte Kälteener gie bereitgestellt wird. Der in der Abgasturbine 8 ent spannte Abgasmassestrom wird im Abgaswärmeübertrager 20 durch Erwärmen eines Heizenergieträgers 21 abgekühlt, womit ein Teil der Heizenergie bereitgestellt wird. Weitere Heizenergie kann mit dem Luftkühler 11 durch Abkühlen der verdichteten Luft über einen Heizenergie träger 22 zur Verfügung gestellt werden. Wird keine Heiz energie benötigt, umgeht der aus der Abgasturbine 8 aus tretende Abgasmassestrom mit Hilfe des Vierwegeventils 23 den Abgaswärmeübertrager 20 und wird über den Regenerator 2, in dem die Vorwärmung der in Verdichter 1 verdichteten Luft erfolgt, und aber das Abgasreinigungssystem 6 ins Freie abgeblasen. Sobald keine Kälteenergie benötigt wird, kann bei geschlossenem Ventil 7 und in Richtung Abgas wärmeübertrager 20 geöffnetem Vierwegeventil 23 der Abgas massestrom der Gasturbine 4 vollständig zur Heizenergie erzeugung genutzt werden. Eine Herabsetzung der Heizener giebereitstellung ist gegeben, indem der Abgaswärmeüber trager 20 und somit auch der Regenerator 2 mit entsprech enden Anteilen des Abgases beaufschlagt werden.

Fig. 2 zeigt die Kopplung einer Kaltluft- mit einer Absorptionskältemaschine 26, die das Abgas der Gasturbine 4 ausschließlich zur Kälteerzeugung nutzen. Nachdem in der Abgasturbine 8 das Druckpotential des Abgasmassestromes zum Antrieb des Luftverdichters 9 und damit zum Antrieb der Kaltluft-Kältemaschine abgebaut worden ist, wird er mit nahezu Umgebungsdruck über ein Dreiwegeventil 25 der Absorptionskältemaschine 26 zur Bereitstellung von Kälteenergie zugeführt, indem alternativ eine weitere Kühlsole 27 herabgekühlt wird. Der somit energetisch maximal abgekühlte Abgasmassestrom der Gasturbine 4 wird über das Dreiwegeventil 24 und über das Abgasreinigungs system 6 an die Umgebung abgeführt.

Bezugszeichenliste

1 Luftverdichter der Gasturbinenanlage
2 Regenerator
3 Brennkammer
4 Gasturbine
5 Generator
6 Abgasreinigungssystem
7 Regelventil
8 Abgasturbine
9 Luftverdichter der Kaltluft-Kältemaschine
10 Luftverdichter der Kaltluft-Kältemaschine
11 Luftkühler
12 Luftentspannungsturbine
13 Wärmeübertrager
14 Außenluft
15 Dreiwegeventil
16 zirkulierende Luft
17 Kühlsole (Kaltluft-Kältemaschine)
18 Druckventil
19 Druckventil
20 Abgaswärmeübertrager
21 Heizenergieträger (Abgaswärmeübertrager)
22 Heizenergieträger (Luftkühler)
23 Vierwegeventil
24 Dreiwegeventil
25 Dreiwegeventil
26 Absorptionskältemaschine
27 Kühlsole (Absorptionskältemaschine)

Claims

1. Gasturbinen-Heiz-Kälte-Blockkraftwerk, gekennzeichnet dadurch, daß eine offene Gasturbinen-Anlage - bestehend aus Luftverdichter (1), Regenerator (2), Brennkammer (3), Gasturbine (4) und Generator (5) - mit einer Kaltluft- Kältemaschine - bestehend aus einer Abgasturbine (8), zwei Luftverdichtern (9 und 10), einem Luftkühler (11), einer Luftentspannungsturbine (12), einem Wärmeübertrager (13) - und mit einem der Abgasturbine (8) nachgeschalteten Abgaswärmeübertrager (20) so gekoppelt ist, daß neben elektrischer Energie mit dem Generator (5) mit dem gesamten Abgasmassestrom der Gasturbine (4) in dem der Luftentspannungsturbine (12) nachgeschalteten Wärmeüber trager (13) Kälteenergie durch Herunterkühlen einer Kühlsole (17) und in dem Luftkühler (11) der Kaltluft- Kältemaschine sowie in dem der Abgasturbine (8) nach geschalteten Abgaswärmeübertrager (20) Heizenergie durch Erwärmen der Heizenergieträger (21 und 22) gleichzeitig erzeugt werden.

2. Gasturbinen-Heiz-Kälte-Blockkraftwerk nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Abgasturbine (8) eine Absorptionskältemaschine (26) nachgeschaltet ist und so durch Abkühlen einer Kühlsole (27) bei Bedarf noch zusätzlich Kälteenergie erzeugt wird.

3. Gasturbinen-Heiz-Kälte-Blockkraftwerk nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die in der Luftent spannungsturbine (12) abgekühlte Luft direkt zum Kühlen oder Klimatisieren verwendet und mit der Absorptions kältemaschine (26) eine Kühlsole (27) abgekühlt wird.

4. Gasturbinen-Heiz-Kälte-Blockkraftwerk nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß mit den Ventilen (7, 23, 24 und 25) der Abgasmassestrom der Gasturbine (4) auf die Abgasturbine (8), die Absorptionskältemaschine (26) sowie auf den Abgaswärmeübertrager (20) und Regenerator (2) aufgeteilt wird.