Verfahren zur Wärmeenergieübertragung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmeenergieübertragung zwischen einem gasförmigen, wärmeren Medium einerseits und einem flüssigen, kälteren Medium andererseits.

[0002] Verfahren der vorbekannten Art sind aus dem Stand der Technik an sich bekannt, so daß es eines gesonderten, druckschriftlichen Nachweises an dieser Stelle nicht bedarf. Auch ist es aus dem Stand der Technik bekannt, zur Wärmeenergieübertragung Plattenwärmetauscher einzusetzen. Plattenwärmetauscher als solche sind aus dem Stand der Technik wohlbekannt, so zum Beispiel aus der EP 0 658 735 B1, und aus der US 6 470 835 B1.

[0003] Obgleich Verfahren zur Wärmeenergieübertragung aus dem Stand der Technik bekannt sind und sie sich im Praxiseinsatz bewährt haben, sind sie nicht frei von Nachteilen. Es besteht daher ein ständiges Bestreben, Verfahren der vorgenannten Art zu optimieren, insbesondere mit Blick auf ihren Wirkungsgrad.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zur Wärmeenergieübertragung anzugeben.

[0005] Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung vorgeschlagen ein Verfahren zur Wärmeenergieübertragung zwischen einem gasförmigen, wärmeren Medium einerseits und einem flüssigen, kälteren Medium andererseits gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 anzugeben.

[0006] Anders als bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur ein einfacher Wärmeübergang zwischen dem gasförmigen Medium und dem flüssigen Medium erreicht, vielmehr ist vorgesehen, das gasförmige Medium so weit abzukühlen, daß das darin enthaltene Wasser auskondensiert. Die dabei frei werdende Energie wird mittels des Plattenwärmetauschers an das flüssige Medium übertragen, welches dadurch aufgeheizt wird. Der Wirkungsgrad dieses Verfahrens ist in vorteilhafter Weise sehr viel besser als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren.

[0007] Das Mengenverhältnis von flüssigem und gasförmigem Medium wird in Abhängigkeit der Temperaturdifferenz zwischen flüssigem und gasförmigem Medium zu Beginn der Wärmeenergieübertragung gewählt. Zu diesem Zweck kann der Strom des flüssigen Mediums geteilt werden, wobei dann nur der eine Teil des flüssigen Mediumstroms durch den Plattenwärmetauscher geführt wird. In Abhängigkeit der Menge an flüssigem Medium kann die Menge des flüssigen Mediums im Teilstrom bestimmt werden, wobei es auf die Temperaturdifferenz zwischen flüssigem und gasförmigem Medium zu Beginn der Wärmeenergieübertragung ankommt. Diese Ausgestaltung macht es in vorteilhafter Weise möglich, auf das erfindungsgemäße Verfahren regulierend einzugreifen, so daß die Verfahrensdurchführung mit Blick auf eine optimierte Wärmeenergieübertragung verändert und wahlweise eingestellt werden kann.

[0008] Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß der Strom des gasförmigen Mediums vor Erreichen des Plattenwärmetauschers in einen Hauptgasstrom einerseits und einen Nebengasstrom andererseits unterteilt wird. Der Hauptgasstrom wird zwecks Wärmeenergieübertragung durch den Plattenwärmetauscher geführt, wohingegen der Nebengasstrom um den Plattenwärmetauscher herum geführt wird. Der Nebengasstrom stellt insofern einen Bypass für den Plattenwärmetauscher dar.

[0009] Sinn und Zweck des Nebengasstromes, das heißt des Bypasses ist es, den Hauptgasstrom nach einem Passieren des Plattenwärmetauschers mit dem Nebengasstrom wieder zu vermischen, so daß eine Unterschreitung des Säuretaupunktes vermieden werden kann. Zu diesem Zweck ist das Mengenverhältnis von Hauptgasstrom und Nebengasstrom entsprechend zu wählen. Zur Vermischung von Hauptgasstrom und Nebengasstrom wird vorzugsweise ein dem Plattenwärmetauscher in Strömungsrichtung nachgeschalteter Mischer eingesetzt.

[0010] Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß als Plattenwärmetauscher ein Hybridwärmetauscher eingesetzt wird, der sich als besonders geeignet für die Erzielung einer optimierten Wärmeenergieübertragung zwischen gasförmigem Medium einerseits und flüssigem Medium andererseits herausgestellt hat.

[0011] Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der einzigen Figur. Diese zeigt in schematischer Darstellung den Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0012] Wie die Fig. erkennen läßt, wird das flüssige Medium zwecks elektrischer Energieerzeugung in einem geschlossenen Strömungskreislauf I geführt. Dieser Strömungskreislauf I ist durch eine Rohrleitung 10 gebildet, in der das flüssige Medium, beispielsweise Speisewasser, mittels Pumpen 4 umgewälzt wird.

[0013] Das flüssige Medium wird in einen Kessel 1 geführt, wo es verdampft wird. Der entstehende Dampf wird alsdann zur elektrischen Energieerzeugung durch eine Turbine 2 geführt. Nach Passieren der Turbine 2 gelangt der entspannte Dampf zu einem Kondensator 3, wo das flüssige Medium auskondensiert. Das dabei entstehende Kondensat wird über einen Entgaser 5 dem Kessel 1 wieder zugeführt. Dabei stehen, wie die Fig. deutlich erkennen läßt, die Turbine 2 und der Entgaser 5 über einen Bypass 11 in strömungstechnischer Verbindung.

[0014] Die Abgase, die den Kessel 1 verlassen, werden als gasförmiges Medium über den offenen Strömungskreislauf II zum Kamin 8 geführt. In die Rohrleitung 15 ist zu diesem Zweck ein Sauggasabzug 9 eingebracht.

[0015] Erfindungsgemäß wird zumindest ein Teil des flüssigen Mediums, welches den Kondensator 3 verläßt, über die Zuführung 13 und die Abführung 14 durch einen Plattenwärmetauscher 6, der vorzugsweise als Hybridwärmetauscher ausgebildet ist, abgeführt. Zu diesem Zweck ist die Zuführung 13 unter Zwischenschaltung eines frei einstellbaren Ventils 16 an die Rohrleitung 10 angeschlossen. Im Plattenwärmetauscher 6 wird das flüssige Medium an einem Teil des als Abgas den Kessel 1 verlassenden gasförmigen Mediums vorbeigeführt. Hierdurch kommt es zu einer Abkühlung des gasförmigen Mediums, wobei das darin enthaltene Wasser auskondensiert. Die infolge der Kondensation frei werdende Wärmeenergie wird an das flüssige Medium übertragen, so daß das den Plattenwärmetauscher 6 verlassende flüssige Medium wärmer ist, als das in den Plattenwärmetauscher 6 eintretende flüssige Medium.

[0016] Vor Eintritt in den Plattenwärmetauscher 6 wird der Strom des gasförmigen Mediums in einen Hauptgasstrom und einen Nebengasstrom unterteilt. Der Hauptgasstrom wird durch den Plattenwärmetauscher 6 geführt, wohingegen der Nebengasstrom als Bypass 12 um den Plattenwärmetauscher 6 herumgeführt wird. In Strömungsrichtung ist hinter dem Plattenwärmetauscher 6 ein Mischer 7 vorgesehen, in dem der den Plattenwärmetauscher 6 verlassende Hauptgasstrom mit dem am Plattenwärmetauscher 6 vorbeigeführten Nebengasstrom vermischt wird. Dabei wird das Mengenverhältnis von Hauptgasstrom und Nebengasstrom so gewählt, daß eine Unterschreitung des Säuretaupunktes vermieden wird.

[0017] Wie die Fig. erkennen läßt, wird nicht der gesamte Strom des flüssigen Mediums durch den Plattenwärmetauscher 6 geführt. Über die Zuführung 13 und die Abführung 14 gelangt vielmehr nur ein Teil des flüssigen Mediums durch den Plattenwärmetauscher 6. Dabei wird das Mengenverhältnis von flüssigem Medium und gasförmigem Medium, welche durch den Plattenwärmetauscher 6 geführt werden, in Abhängigkeit der Temperaturdifferenz zwischen flüssigem und gasförmigem Medium zu Beginn der Wärmeenergieübertragung gewählt. Auf diese Weise läßt sich die Verfahrensführung in Abhängigkeit der Medientemperaturen optimieren, so daß sichergestellt ist, daß stets ein hinsichtlich der zur Verfügung stehenden Medienmengen und der herrschenden Temperaturunterschiede eine optimierte Wärmeenergieübertragung auf das flüssige Medium stattfindet.

[0018] Zur weiteren Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in die schematische Darstellung nach der Fig. Meßstellen a - m eingezeichnet, wobei die Meßwerte an diesen Meßstellen in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben sind:

Meßstelle	Temperatur	Druck	Entalpie
a	109°C	60 bar	461 kJ/kg
b	300°C	60 bar	2.885 kJ/kg
c	30°C	1,4 bar	126 kJ/kg
d	30°C	2 bar	126 kJ/kg
e	100°C	1,4 bar	418 kJ/kg
f	79°C	1,4 bar	330 kJ/kg
g	180°C	3 bar	2.824 kJ/kg
h	109°C	1,4 bar	457 kJ/kg
i	199°C		218,9 kJ/kg
j	199°C		229 kJ/kg
k	199°C		218,9 kJ/kg
l	50°C		54 kJ/kg
m	95°C		102 kJ/kg

[0019] Mit den in der vorstehenden Tabelle beispielhaft angegebenen Werten wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Wärmerückgewinnung von 2.559 kW erreicht.

Bezugszeichenliste

[0020] 

I

Strömungskreislauf flüssiges Medium

II

Strömungskreislauf gasförmiges Medium

1

Kessel

2

Turbine

3

Kondensator

4

Pumpe

5

Entgaser

6

Plattenwärmetauscher

7

Mischer

8

Kamin

9

Saugabzug

10

Rohr

11

Bypass

12

Bypass

13

Zuführung

14

Abführung

15

Leitung

16

Ventil

a - m

Meßstelle

Ansprüche

1. Verfahren zur Wärmeenergieübertragung zwischen einem gasförmigen, wärmeren Medium einerseits und einem flüssigen, kälteren Medium andererseits, bei dem das flüssige und das gasförmige Medium mittels eines Plattenwärmetauschers (6) aneinander vorbeigeführt werden, wobei das gasförmige Medium abgekühlt und das darin enthaltene Wasser auskondensiert wird, wobei die infolge der Kondensation frei werdende Wärmeenergie an das flüssige Medium übertragen wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Strom des gasförmigen Mediums vor Erreichen des Plattenwärmetauschers (6) in einen Hauptstrom und einen Nebenstrom unterteilt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenverhältnis von flüssigem und gasförmigem Medium in Abhängigkeit der Temperaturdifferenz zwischen flüssigem und gasförmigem Medium zu Beginn der Wärmeenergieübertragung gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenstrom des gasförmigen Mediums um den Plattenwärmetauscher (6) herum geführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptstrom des gasförmigen Mediums nach Passieren des Plattenwärmetauschers (6) mit dem am Plattenwärmetauscher (6) vorbeigeführten Nebengasstrom des gasförmigen Mediums vermischt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenverhältnis von Hauptgasstrom und Nebengasstrom so gewählt wird, daß ein Unterschreiten des Säuretaupunktes vermieden wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Plattenwärmetauscher (6) ein Hybridwärmetauscher eingesetzt wird.

Claims

1. A method for heat energy transfer between a gaseous, hotter medium, on the one hand, and a liquid, colder medium, on the other hand, in which the liquid and the gaseous media are guided past one another using a plate heat exchanger (6), the gaseous medium being cooled and the water contained therein condensing out, the heat energy released as a result of the condensation being transferred to the liquid medium,
characterized in that the stream of the gaseous medium is divided into a main stream and a secondary stream before reaching the plate heat exchanger (6).

2. The method according to Claim 1, characterized in that the quantity ratio of liquid and gaseous media is selected as a function of the temperature differential between liquid and gaseous media at the beginning of the heat energy transfer.

3. The method according to Claim 1 or 2, characterized in that the secondary stream of the gaseous medium is guided around the plate heat exchanger (6).

4. The method according to one of the preceding claims, characterized in that the main stream of the gaseous medium is mixed with the secondary gas stream of the gaseous medium, which is guided past the plate heat exchanger (6), after passing the plate heat exchanger (6).

5. The method according to one of the preceding claims, characterized in that the quantity ratio of main gas stream and secondary gas stream is selected so that the temperature is prevented from falling below the acid dewpoint.

6. The method according to one of the preceding claims, characterized in that a hybrid heat exchanger is used as the plate heat exchanger (6).

Revendications

1. Procédé de transfert d'énergie thermique entre un fluide gazeux plus chaud d'une part et un fluide liquide plus froid d'autre part, lors duquel le fluide liquide et le fluide gazeux sont guidés au voisinage l'un de l'autre au moyen d'un échangeur thermique à plaques (6), le fluide gazeux étant refroidi et l'eau contenue dans ce dernier étant éliminée par condensation, l'énergie thermique libérée du fait de la condensation étant transférée au milieu liquide,
caractérisé en ce que
avant d'atteindre l'échangeur thermique à plaques (6), le courant de fluide est divisé en un courant principal et en un courant auxiliaire.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport quantitatif entre le fluide liquide et gazeux est sélectionné en fonction de la température différentielle entre le fluide liquide et gazeux au début du transfert thermique.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le courant auxiliaire du fluide gazeux est guidé autour de l'échangeur thermique à plaques.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, après passage de l'échangeur thermique à plaques (6), le courant principal du fluide gazeux est mélangé au courant gazeux auxiliaire du fluide gazeux guidé au voisinage de l'échangeur thermique à plaques (6).

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport quantitatif entre le courant principal de gaz et le courant auxiliaire de gaz est sélectionné de sorte à éviter une non atteinte du point de rosée acide.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise en tant qu'échangeur thermique à plaques (6) une échangeur thermique hybride.

Zeichnung