DE3226334C2

DE3226334C2 - Anlage zur Energieerzeugung mittels eines Dampf verwendenden Turbinensystems

Info

Publication number: DE3226334C2
Application number: DE3226334A
Authority: DE
Inventors: Hajime Tama Tokio/Tokyo Endo; Keijiro Tokio/Tokyo Yamaoka
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1981-07-21
Filing date: 1982-07-14
Publication date: 1985-07-18
Also published as: US4479352A; DE3226334A1; JPS5815702A

Abstract

Eine Heißwasserspeicher-Energieerzeugungseinheit be sitzt einen mit einem Energieerzeugungssystem mit Generator gekoppelten ersten Tank, eine Heißwassererzeugungseinheit zum Aufheizen von Mitteltemperaturwasser aus dem ersten Tank mit Abwärme einer externen Anlage auf Hochtemperaturwasser und einen zweiten Tank zum Speichern des Hochtemperaturwassers von der Heißwassererzeugungseinheit. Das Hochtemperaturwasser wird von dem zweiten Tank dem Energieerzeugungssystem zum Erzeugen elektrischer Energie zugeführt, um Spitzenbelastungsanforderungen zu erfüllen. Das Energieerzeugungssystem besitzt eine Heißwasserturbine, die durch das Hochtemperaturwasser von dem zweiten Tank zum Trennen von Dampf von dem Hochtemperaturwasser drehend antreibbar ist, und eine Dampfturbine, die durch den Dampf von der Heißwasserturbine drehend antreibbar ist, wobei der Generator betriebsmäßig mit der Heißwasser- und der Dampfturbine für drehenden Antrieb durch dieselben gekuppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Energieerzeugung mittels eines Dampf verwendenden Turbinensystems gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die DE-OS 26 32 777 beschreibt eine derartige zweistufige Anlage, bei der als zweite Turbine eine Dampfturbine eingesetzt wird. Jedoch auch die erste Turbine ist eine reine Dampfturbine und wird allein mit Dampf versorgt, der aus einem Dampf-/Wasserspeichergefäß abgeleitet wird, das als Heißwasserspeicher dient. In einem offenen Ausgleichsgefä3 wird vom Turbinensystem zurückgeleitetes Wasser mittlerer Temperatur gesammelt. Das offene Ausgleichsgefäß führt zu einer Verdunstung des V/assers, so daß sich ein offenes System ergibt, dem laufend Wasser zugeführt werden muß. Das vom Ausgleichsgefäß getrennte Dampf-/Wasserspeichergefäß ist zwar geschlossen, es ergeben sich jedoch je nach Temperatur unterschiedliche Drucke, was zu einem unregelmäßigen Ablauf führt.

Die US-PS 41 30 992 beschreibt eine Anlage, bei der ein dreistufiges Dampfturbinensystem einen Generator antreibt. Die die erste Stufe bildende Hochdruckturbine wird mit Dampf versorgt, der beispielsweise in einem Kernreaktor durch Erhitzen von Heißwasser erzeugt wird. Im Normalbetrieb wird das am Ende des Turbinensystems abgegebene Kondensatwasser über Vorerhitzer und einem zwischengcschalteten Mittcltemperaturwassertank an den Eingang des Turbincnsystcms ziirückgeleitet. Bei Niederlasl wird über die Vorerhilzcr erhitztes Wasser einem zweiten Tank für Heißwasser zugeführt, das bei Spitzenlast zur Dampferzeugung verwendet wird. Bei der bekannten Anlage muß das Heißwasser vollständig in Dampf verwandelt werden. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich dadurch, daß die im zweiten Tank gespeicherte Heißwassermenge sich ändert so daß zur Vermeidung von Dampfbildung ständig Kaltwasser zu- bzw abgeführt werden muß.

Die US-PS 22 58 167 beschreibt eine Anlage zur Energieerzeugung, die jedoch als Dauerbetriebsanlage ohne die Möglichkeit der Energiespeicherung durch Speichern von Mitteltemperatur- bzw. Heißwasser ausgeführt ist Als Entspannungseinrichtung dient eine Rotationsseparatorturbine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Anlage zur Energieerzeugung derart weiterzubilden, daß die Mitteltemperatur- und Hochtemperatur-Wasserspeicherung vereinfacht und dahingehend verbessert wird, daß Energieverluste aufgrund von Dampfbildung vermieden werden, wobei durcii Einsatz einer besonderen Entspannungseinrichtung die Dampfausnutzung verbessert wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die Anlage mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs 1.

Bei der Anlage der vorliegenden Erfindung kann die Energieerzeugungseinheit bezüglich ihrer Abmessungen klein und kompakt sein, sie kann kostengünstiger gebaut werden und »ic benötigt einen geringeren Raum für die Installation. Die Wirtschaftlichkeit der Energieerzeugung wird erhöht durch die Verwendung eines Gesamtfluß-Energieerzeugungssystems, bei dem sowohl Dampf- als auch Rotationsseparator-Heißwasserturbinen eingesetzt werden. Da letztere eine Dampftrennung unter Drehung ermöglicht wird Dampf guter Qualität durch eine verbesserte Dampf- und Wassertrennungsfähigkeit erzeugt, so daß die Dampfturbine eine verbesserte Funktionsfähigkeit hat Da der Mitteltemperaturwassertank und der Hochtemperaturwassertank in Form eines einzigen Tanks mit einer darin beweglichen Trennwand vorliegen, L-I der Tank jederzeit mit Mittel- und Hochtemperaturwasser unter dem gleichen Druck gefüllt, so daß kein Wärmeverlust aufgrund von Verdampfung im Tank auftritt, was zu einem verbesserten Energieerzeugungswirkungsgrad führt, sowie zu einem einfachen und robusten Aufbau. Die Anlage zur Energieerzeugung ist von geringer Größe und hohem Energieerzeugungswirkungsgrad und kann sehr wirksam als ein Spitzenlast-Energieerzeugungvsystem dienen, das bekannte Hachpump-Energieerzeugungseinheiten ersetzen kann; ferner können mit der erfindungsgemäßen Anlage zur Energieerzeugung Spitzenbelastungs- und Ausgleichsanforderungen bei der privaten Energieerzeugung und bei der Energieerzeugung auf isolierten Inseln erfüllt werden. Die Anlage zur Energieerzeugung der vorliegenden Erfindung kann schwankende Abwärmeenergie sehr wirksam in elektrisehe Energie umwandeln, die mit einer konstanten Rate zur Verfügung steht. Wird ferner die erfindungsgemäße Anlage zur Energieerzeugung auf Schiffen installiert, dann kann sie ferner als Energieerzeugungsanlage unter Verwendung von Abwärme zum Erzeugen elektrischer Energie dienen, sowohl während das Schiff vor Anker liegt, als auch wenn es fährt.

Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anlage sind in den Untcransprüchen gekennzeichnet.
Ausführiingsbcispicl der erfindungsgemäßen Anlage

Μ zur Energieerzeugung werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen

F i g. 1 a bis 1 c schematische Diagramme, die die aufeinanderfolgenden Arbeitsschritte der Energieerzeu-

gungsanlage gemäß einem Ausfflhrungsbeispiel veranschaulichen,

Fig.2 eine Perspektivansicht — teilweise aufgeschnitten — einer Heißwasserturbine zur Dampfabtrennung unter Rotation in der Energieerzeugungseinheit gemäß F ig. 1,

F ΐ g. 3 und 4 schematische Diagramme von Heißwasserspeicher-Energieerzeugungsanlagen gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Gemäß F i g. la bis Ic weist eine Anlage zur Energieerzeugung einen ersten Tank 2 zum Speichern von Wasser mittlerer Temperatur, einen zweiten Tank 4 zum Speichern von Heißwasser, nachstehend Hochtemperaturwasser genannt, und eine Heißwassererzeügungseinheit auf, die mit dem ersten und zweiten Tank über Rohrleitungen 36 bzw. 37 verbunden ist Die Heißwassererzeugungseinheit ist über eine Rohrleitung mit dem Ablaßausgang einer nicht gezeigten Hochdruckdampfturbine verbunden, die außerhalb der Anlage zur Energieerzeugung angeordnet ist Die HeiBwassererzeugungseinheit dient zum Aufheizen des Wassers von mittlerer Temperatur aus dem ersten Tank mittels Dampf von der Hochdruckdampfturbine zu Hochtemperaturwasser. Di« Anlage zur Energieerzeugung besitzt auch ein Ene'gieerzeugungssystem, das allgemein mit 10 bezeichnet i*t eine Rotationsseparaiorturbine 11, eine Dampfturbine 12, einen mit den Ausgangswellen der Turbinen 11 υ%112 gekuppelten Generator 13 und einen Kondensor '4 zum Umwandeln von Dampf von der Dampfturbine \2 in Wasser.

Wie F i g. 2 veranschaulicht, ermöglicht die Roationsseparatorturbine 1 \ eine Dampfabtrennung unter Rotation; sie besitzt ein<i Kammer 15, eine Ausgangswelle 16, die in der Kammef 15 gelagert und mit dem Generator 13 verbunden ist, und eine Separatorwelle 17, die in der Kammer 15 konzentrisch zur Ausgangswelle 16 gelagert ist Die Wellen 16, 17 stützen einen primären und einen sekundären Separator 18 bzw. 19 ab, die eine scheibenförmige Ausbildung besitzen und äußere Umfangsflansche aufweisen. Eine Düse 20, die eine verengte Drossel besitzt, ist in der Kammer 15 angeordnet und über eine Rohrleitung 21 mit dem zweiten Tank 4 verbunden. Die Düse 20 dient zur Zuführung des Hochtemperaturwassers von dem zweiten Tank 4 als zweiphasige Mischung von Mitteltemperaturwasser und Dampf r-% in die Kammer 15, in der die zweiphasige Mischung gegen den primären Separator 18 mit hoher Geschwindigkeit geblasen wird, um den letzteren mit der Umfangsgeschwindigkeit zu drehen, die gleich der Flußgeschwindigkeit der zweiphasigen Mischung ist. Die Abgabeleitung 22 öffnet sich in die Kammer 15 zum Abgeben von sich von der zweiphasigen Mischung unter Hochgeschwindigkeitsdrehung des primären Separator 18 abtrennenden Dampf, wobei die Abgabeleitung 22 über eine Rohrleitung 23 mit der Dampfturbine 12 verbunden ist Die Kammer 15 enthalt auch eine Flüssigkeitsturbine 24, die drehbar über einer Nabe des primären Separators 18 aufgepaßt ist und eine Vielzahl von U-förmigen Röhren 25 besitzt, die sich in die inneren Umfangsrilien in den Flanschen des primären und sekundären Separators 18 bzw. 19 erstrecken. Die Flüssigkeitsturbine 24 kann in der gleichen Richtung rotieren, wie der primäre Separator 18 und zwar unter Ansprechen auf die Einleitung des Mitteltempcraturwassers in die U-förmigen RöhreR 25, da sich das Wasser an der äußeren Umfangswand öes primären Separators 18 sammelt und mit diesem unter der durch den mit hoher Geschwindigkeit rotierenden primären Separator 18 erzeugten Zentrifugalkräfte dreht Das Mitteitemperatutfwasser wird durch die U-förmigen Röhren 25 unter Abgabe aus diesen in entgegengesetzter Richtung gegen den zweiten Separator 19 ausgerichtet, der hierdurch zu einer Rotation in einer Drehnchtung entgegengesetzt zu derjenigen des primären Separators 18 veranlaßt wird. Die am sekundären Separator 19 angebrachte Ausgangswelle 36 dreht sich mit dem sekundären Separator 19. Die Kammer 15 besitzt auch einen Abgabeausgang 26 zum Abgeben des Mitteltemperaturwassers, das von den U-förmigen Röhren 25 ausströmt und mit dem sekundären Separator 19 rotiert

Der Abgabeausgang 26 ist über eine mit einer Pumpe 27 versehenen Rohrleitung 28 mit dem ersten Tank 2 verbunden, wie dies F i g. 1 zeigt Der Kondensor 14 und die Rohrleitung 28 sind miteinander über eine eine Pumpe 29 aufweisende Rohrleitung gekuppelt

Die Anlage zur Energieerzeugung mit diesem Aufbau arbeitet wie folgt: bei geringer Belastv.-»g, etwa während der Nacht, wird der erste Tank 2 mit Miti?itemperaturwasser aufgefüllt und Ventile in den Rohrleitungen 36, 37 und 39 sind geöffnet um Dampf von der Hochdruckdampfturbine zu der Heißwassererzeugungseinheit zuzuführer. Das von dem ersten Tank 2 zum zweiten Tank 4 geleitete Mitteltemperaturwasser wird zu Hochtemperaturwasser aufgeheizt, während das Mitteltemperaturwasser durch die Heißwassererzeugungseinheit fließt, und das Hochtemperaturwasset wird in dem zweiten Tank 4 gespeichert Wird etwa für eine Spitzenbelastung eine größere elektrische Energiemenge benötigt, dann werden die Ventile in den Rohrleitungen 36, 37,39 geschlossen und Ventile in den Rohrleitungen 21, 28, 30 geöffnet und dann werden das Ernergieerzeugungssystem 10 und die Pumpen 27, 29 eingeschaltet Das in dem zweiten Tank 4 gespeicherte Hochtemperaturwasser kann nun dem Energieerzeugungssystem 10 für eine Energieerzeugung zugeführt werden. Insbesondere wird das Hochtemperaturwasser über die Rohrleitung 21 zugeführt und durch die verengte Drossel der Düse 20 beschleunigt, so daß es die Form einer zweiphasigen Mischung von Mitteltemperaturwasser und Dampf annimmt, die mit einer hohen Geschwindigkeit fließt Die so von der Düse 20 ausgestoßene zweiphasige Mischung wird gegen den primären Separator 18 geblasen, um diesen mit hoher Geschwindigkeit zu drehen. Die zweiphasige Mischung wird dann in Wasser und Dampf unter Einwirkung der Zentrifugalkräfte von dem primären Separator 18 getrennt und der Dampf wird aus der Kammer 15 über die Abgabeleitung 22 abgegeben. Das Mitieltemperaturwasser sammelt sich an der Umfangswand des primären Separators 18 unter Eirwif \u:-ig der Zentrifugalkräfte und rotiert mit letzterem, worauf das Mittcltemperaturwasser von den U-förmigcn Röhren 2o aufgenommen wird. Die Flüssigkeilsturbinc 24 wird nun durch das in die U-förmigen Röhren 25 eingeführte Mitteltemperaturwasser in Drehung versetzt. Düs Mitteltemperaturwasser wird von den U-förmigen Röhren 25 in einer entgegengesetzten Richtung abgegeben und trifft auf dem sekundären Separator 19 auf, der in einer Richtung entgegengesetzt zu derjenigen des primären Separators 18 rotiert. Die Ausgangswelle 16 rotiert nun mit dem sekundären Separator 19. Das mit dem sekundären Separator 19 sich drehende Mittcltemperaturwasser wird von dem Abgabeausgang 26 aufgenommen und abgegeben.

Der von der Abgabcleitung 22 abgegebene Dampf wird über die Rohrleitung 23 der Dampfturbine 12 zugeführt, worauf deren Ausgangswelle if: Drehung ver-

setzt wird. Somit wird der mit den Aiisgangswcllcn der Turbinen 11, 12 gekuppelte Generator 13 für die Krzcugung von elektrischer Energie erregt. Das von dom Abgabcausgang 26 abgegebene Mitlcltcmperalurwasscr wird über die Leitung 28 dem ersten Tank 2 zugeführt. Der von der Dampfturbine 12 abgegebene Dampf wird durch den Kondensor 14 zu Mitleltcmperaturwasscr reduziert, das mittels der Pumpe 29 über die Rohrleitung ?,0 dem ersten Tank 2 zugeführt wird. Das über die Rohrleitungen 28, 30 geförderte Mitteltemperaturwasser wird zu Mitteltcmperaturwasscr zusammengemischt, das in dem ersten Tank 2 gespeichert wird. Die Pumpe 27 dient zur Zuleitung des Mitteltcmpcraturwassers von der Rohrleitung 28 zum ersten Tank 2, sie kann jedoch auch wegfallen, da das Milteltempcraturwasser von der Rotationsseparalorturbine H unter erhöhtem Druck aufgrund der Steuerung der Drehzahl der Klüssigturbme 24 abgegeben werden kann.

Es wird somit elektrische Energie erzeugt, Mittcltcmperaturwasser in dem ersten Tank 2 gespeichert und Hochtemperaturwasser in der zuvor beschriebenen Art verbraucht. Hiernach wird das Mitieltcmpcraturwasser im ersten Tank 2 mittels des Dampfes von der Hochdruckturbinc zu Hochtcmpcraturwasscr aufgeheizt, das bei geringer Belastung in dem zweiten Tank 4 gespeichert wird. Das Hochtemperaturwasser wird von dem zweiten Tank 4 bei Spitzenbelastung für die Energieerzeugung dem Energieerzeugungssystem 10 zugeführt. Der vorstehend e, läuterte Arbeitszyklus wiederholt sich für eine fortgesetzte Energieerzeugung.

Die Anlage zur Energieerzeugung gemäß dem Ausführungsbeispiel besitzt einen Tank 31 für zwei Temperaturen mit einer Trennwand 34, die den Tank 31 in den ersten Tank 2 zur Speicherung von Mitteltempcraturwasser und einen zweiten Tank 4 zur Speicherung von

HöCiucüipcräiüFwüSScF ircFifii. Die innere WufiuöbcT-

fläche des Tanks 31 ist mit einem wärmeisolierenden Material versehen. Die Trennwand 34 ist axial im Tank 31 bewegbar und besteht aus einem Material mit einer ausreichenden mechanischen Festigkeit, das ausreicht, um einen Druck von beispielsweise 40 kg/cm- oder höher zu widerstehen und das eine Wärmcisolation bietet, beispielsweise einem Leichtbeton oder einem leichtgewichtigen Glas. Die Trennwand 34 besitzt cine Umfangsdichtung 35. die ein Lecken von Wasser zwischen dem ersten und zweiten Tank 2 und 4 verhindert. Der erste Tank 2 ist über eine Rohrleitung 36 mit einem nicht gezeigten Dampferzeugungsboiler gekuppelt. Der zweite Tank 4 steht über eine Rohrleitung 37 mit dem Abgabeausgang einer nicht gezeigten Hochdruckturbine in Verbindung, die außerhalb der Anlage zur Energiee.-zeugung angeordnet ist. Die Rohrleitung 37 besitzt einen als Heißwassererzeugungseinheit dienenden Mischer 38, der mit der Rohrleitung 36 über eine Rohrleitung 39 verbunden ist. Beim Öffnen des Abgabeausgangs der HoehdrucHurbine wird aus dieser Dampf in den Mischer 38 abgegeben. Wird ein Ventil 40 geöffnet, dann wird die gleiche Menge von Mitteltemperaturwasser wie der abgegebene Dampf vom ersten Tank 2 dem Mischer 38 zugeführt. Der Mischer 38 dient zum Mischen des Mitteltemperaturwassers und des abgegebenen Dampfs zu einem gesättigten Hochtemperaturwasser, das beim öffnen eines Ventils 41 dem zweiten Tank 4 zur Speicherung zugeführt wird.

Die Arbeitsweise der Anlage zur Energieerzeugung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. l(a) bis l(c) beschrieben. Wird bei reduzierter Belastung, etwa während der Nacht (Fig. l(b)) Mittellcmperaturwasscr in den ersten Tank 2 geleitet, dann bewegt sich die Trennwand 34 in Richtung des Endes des Tanks 31. Die Ventile 40, 41 sind geöffnet und der Wasserzuführungsausgang des Boilers und der Abgabcausgang der Hoeh-ί druckturbine sind ebenfalls geöffnet. Nun wird Dampf mittleren Druckes von der Turbine dem Mischer 38 zugeführt und ein Teil des Mitteltempcralurwassers von dem ersten Tank 2 dem Boiler in einer Menge zugeleitet, die gleich derjenigen des dem Mischer 38 zugeführ-

Ki ten Dampfes ist. Der Rest des Mitteltemperaturwassers wird dem Mischer 38 zugeführt. Das an den Mischer 38 angelegte Mitteltempcraturwasser wird in diesem mit dem Dampf vermischt, um ein gesättigtes Hochtemperaturwasscr zu erzeugen, das über die Rohrleitung 37 in

ι¹; den zweiten Tank 4 geleitet wird. Da das Hochtemperaturwasser ständig in den zweiten Tank 4 gelcitel wird, wird die Trennwand 34 zurückbewegt und hierdurch das Mitlcitempcraturwasser aus dem ersten Tank 2 gedrückt. Während des Einleitens des Hochtempcraturwassers in den zweiten Tank 4 bleiben die Ventile 42,43 geschlossen. Der zweite Tank 4 wird mit Hoehiemperaturwasser gemäß F i g. l(a) aufgefüllt.

Zum Erzeugen einer erhöhten elektrischen Energie bei Spitzenlast werden die Ventile 40, 41 geschlossen

2^r> und die Ventile 42,43 geöffnet und dann die Energieerzeugungseinheit 10 eingeschaltet, worauf das in dem zweiten Jank 4 gespeicherte Hochtemperaturwasser über die Rohrleitung 21 der Rotationsseparatorturbine

11 zugeführt wird, die das Hochtemperaturwasser in Dampf und Mitteltemperaturwasser trennt. Der Dampf wird dann über die Dampfleitung 23 der Dampfturbine

12 zugeführt. Rotationsenergie von den Turbinen 11,12 wird an den mit letzteren gekoppelten Generator 13 übertragen, der somit elektrische Energie erzeugt. Der von der Dampfturbine 12 abgegebene Dampf wird miticiS uc5 rvOnuCnäCrS ι-τ Zu TTaSSC" ünigCiVSPuCit, uaS durch die Pumpe 29 unter Druck versetzt und in die Rohrleitung 30 geschickt wird. Das Mitteltcmperaturwasscr von der Rotationsseparatorturbine 11 wird dem durch die Pumpe 29 in die Rohrleitung 30 geförderten Wasser zugegen. Das gemischte Mitteltemperaturwasser in der Rohrleitung 30 wird dann in den ersten Tank 2 zurückgefördert, was die Trennwand 34, wie Fig. l(b) zeigt, zurückdrückt, um das Hochtemperalurwasser aus

4^r> dem zweiten Tank 4 zu drücken, wobei während dieser Zeit eine Zweiphasenfluß-Energieerzeugung durchgeführt wird. Ist das Hochtemperaturwasser ganz aus dem zweiten Tank 4 abgegeben, dann hört die Energieerzeugung auf und der erste Tank 2 wird wie F i g. 1(c) v~ranschaulicht mit Mittellemperaturwasser aufgefüllt.

Da der erste und zweite Tank 2,4 zu einem einzigen Tank 31 mit einer beweglichen Trennwand 34 kombiniert sind, ist der Tank immer mit Mitteltemperaturwasser und Hochtemperaturwasser gefüllt, die unter dem gleichen Druck gehalten werden. Es ergibt sich kein Wärmeverlust aufgrund von Verdampfung im Tank und dieser ist von einfachem und robustem Aufbau.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel dient ein Wärmetauscher als eine Heißwassererzeugungseinheit und als Wärmequelle wird auf seiner Hochtemperaturseite Abwärmeenergie von einer Industrieanlage verwendet.

Zur Speicherung einer erhöhten Menge an Hochtemperaturwasser können mehrere Tanks 3! von gleichem Aufbau wie der Tank 31 nebeneinander angeordnet werden, wie dies F i g. 3 zeigt Die ersten und zweiten Tanks 2,4 sind entsprechend über Rohrleitungen 36,37 und Rohrleitungen 30, 21 bezüglich einer Hochdruck-

Energieerzeugungsanlage 45 und einem Energieerzeugungssystem 10 parallel gekuppelt.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 ist ein Tank 3f vertikal angeordnet, wobei Hochtemperaturwasser oberhalb der Trennwand 34 und Mitteltemperaturwasser unterhalb davon gespeichert wird. Das H^.-htemperaturwasser und das Mitteltempcralurwasser besitzen unterschiedliche spezifische Gewichte und die Trennwand 34 besitzt ein spezifisches Gewicht, das zwischen den spezifischen Gewichter, des Mitteltemperaturwassers und des Hochtemperaturwassers liegt. Die bewegliche Trennwand 34 kann somit zwischen den Massen des Mittel- und Hochtemperaturwassers schwebend gehalten werden und wird abhängig von der Veränderung in den Mengen der gespeicherten Massen nach oben oder unten bewegt. Als Beispiel sei angenommen, daß das Hochtemperaturwasser eine Xomr>A·">·*»*· vQ« 250°£ und d'*s Mj^'sli^ii'^T"¹'·"*,'»*"'-¹-ser eine Temperatur von 130⁰C besitzt. Das Hochtemperaturwasser hat dann ein spezifisches Gewicht von 0,799 g/cm' und das Mitteltemperaturwasser ein spezifisches Gewicht von 0,939 g/cm^J. Die bewegliche Trennwand 34 mit einem spezifischen Gewicht von 0,87 g/cm^J schwebt dann zwischen den beiden Wassermassen.

Die bewegliche Trennwand 34 kann die Form einer Platte mit einer Dicke von 20 cm haben und aus einem Material, wie Leichtbeton oder geschäumten Glas bestehen, die einem erhöhten Druck standhalten können und Wärmeisolatoren sind. Der Durchmesser der bewegli' Jen Trennwand 34 wird derart gewählt, daß ein Spalt von beispielsweise 1 cm zwischen dem Umfang der Trennwand 34 und der Innenfläche des Tanks 31 definiert wird, wobei eine Zusammenziehung des letzteren berücksichtigt ist. Die Innenfläche des Tanks 31 ist mit einem wärmeisolierenden Material versehen, das vorzugsweise durch ein Metall beispielsweise rostfreiem Stahl abgedichtet ist und zwar zum Schutz des wärmeisolierenden Materials gegen Eindringen von Wasser, was zu einer Reduzierung der Wärmeisolalionsfähigkeit führen würde. Aufgrund der Wärmeisolierung des Tanks 31 und der beweglichen Trennwand 34 wird eine Wärmeübertragung ohne starke Abdichtung zwischen dem Tank 31 und der Trennwand 34 wirksam vermieden. Eine Wärmeübertragung aufgrund von Konvektion wird dadurch minimal gehalten, daß die Abdichtung in der Form von Bürsten vorgesehen wird.

Die von der Heißwassererzeugungseinheit verwendete Wärmeenergiequelle muß nicht von der Hochdruckturbine aufgenommener Dampf oder Abwärme von Industrieanlagen sein, sondern es kann sich auch um von anderen Geräten in der Industrieanlage abgegebenem Dampf handeln. Das Fluid, das in der Anlage zur Energieerzeugung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann auch etwas anderes als Wasser sein. Beispielsweise ist als Arbeitsfluid ein organisches Medium, z. B. Fluorinol-85, oder ein Wärmeübertragungsmedium mit einem Siedepunkt niedriger als Wasser einsetzbar.

Bei der Anlage der vorliegenden Erfindung kann die Energieerzeugungseinheit bezüglich ihrer Abmessungen klein und kompakt sein, sie kann kostengünstiger gebaut werden und sie benötigt einen geringerem Raum für die Installation. Die Wirtschaftlichkeil der Energieerzeugung wird erhöht durch die Verwendung eines Gesamtfluß-Energieerzeugungssysicms. bei dem sowohl Dampf- als auch Rotationsseparatorturbinen eingesetzt werden. Da letztere eine Dampftrennung unter Drehung ermöglicht, wird Dampf guter Qualität durch eine verbesserte Dampf- und Wasscrlrennungsfähigkeit erzeugt, so daß die Dampfturbine eine verbesserte Funktionsfähigkeit hat. Da der Mitteltemperaturwassertank und der Hochtemperaturwassertank in Form eines einzigen Tanks mit einer darin beweglichen Trennwand vorliegen, ist der Tank jederzeit mit Mittel- und Hochtemperaturwasser unter dem gleichen Druck gefüllt, so daß kein Wärmevcrlust aufgrund von Verdampfung im Tank auftritt, was zu einem verbesserten Energicerzeugungswirkungsgrad führt, sowie zu einem einfachen und robusten Aufbau. Die Anlage zur Energieerzeugung ist von geringer Größe und hohem Energieerzeugungswirkungsgrad und kann sehr wirksam als ein Spitzenlast-Energieerzeugungssystem dienen, das bekannte Hochpump-Energieerzeugungseinheiten er setzen kann; ferner können mit der erfindungsgemäßen Anlage zur Energieerzeugung Spitzenbelastungs- und Ausglcichsanfordcrungen bei der privaten Energieerzeugung und bei der Energieerzeugung auf isolierten Inseln erfüllt weiden. Die Anlage zur Energieerzeugung der vorliegenden Erfindung kann schwankende Abwärmeenergie sehr wirksam in elektrische Energie umwandeln, die mit einer konstanten Rate zur Verfügung steht. Wird ferner die erfindungsgemäße Anlage zur Energieerzeugung auf Schiffen installiert, dann kann sie ferner als Energieerzeugungsanlage unter Verwendung von Abwärme zum Erzeugen elektrischer Energie dienen, sowohl während das Schiff vor Anker liegt, als auch wenn es fährt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anlage zur Energieerzeugung mittels eines Dampf verwendenden Turbinensystems, von dem Wasser mittlerer Temperatur in einen ersten Tank zurückgeleitet und während Niederlastzeiten unter Erhitzen einem zweiten Tank für Heißwasser zugeführt wird, das bei Spitzenlast in das System eingeführt wird, wobei das Heißwasser aus dem zweiten Tank einer Entspannungseinrichtung direkt zugeleitet wird und der aus der Entspannungseinrichtung abgegebene Dampf einer Dampfturbine zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungseinrichtung als Rotationsseparatorturbine (11) ausgebildet ist, die mit der Dampfturbine (12) gekuppelt ist, und daß der erste und zweite Tank aus einem einzigen Tank (31) mit einer darin abhängig von der Änderung der darin gespeicherten Heißwasser- und Mitteltemperatur Wassermengen bewegbaren Trennwand (34) besteht

2. Anlage nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (34) ein spezifisches Gewicht besitzt, das zwischen demjenigen des Heißwassers und dem jenigen des Mittelten peraturwassers liegt

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere kombinierte Tanks (31) parallel geschaltet sind.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Tank (4) in dem kombinierten Tank (31) "her dem ersten Tank (2) mit dazwischen bewegbarer Trennwand (34) angeordnet ist