AT503167A1

AT503167A1 - Anordnung zum umwandeln von strömungsenergie

Info

Publication number: AT503167A1
Application number: AT0017506A
Authority: AT
Inventors: Siegfried Prugner
Original assignee: Siegfried Prugner
Priority date: 2006-02-06
Filing date: 2006-02-06
Publication date: 2007-08-15
Also published as: EP1930558B1; EP1930558A1; ES2356616T3; ATE487851T1; AT503167B1; DE502007005606D1; DK1930558T3; SI1930558T1; PT1930558E; CY1111360T1; PL1930558T3

Description

Die Erfindung betrifft einen Energieumwandler, der thermische Energie in Strömungskraft umwandelt, und diese Strömungskraft in mechanische oder elektrische Energie umwandelt.
Bekannte Energieumwandler weisen ein Arbeitsmedium auf, welche während der
Energieumwandlung einem Phasenwechsel unterzogen sind..
Nachteilig an diesen Energieumwandlern ist, dass sie einen grossen apparativen Aufwand benötigen. Verbrennungsmotore, oder Dampf - bzw.

Gasturbinen, diese Maschinen arbeiten jedoch ausschliesslich mit hohen Wärmepotentialen, wie sie in unserer Umwelt nur selten vorkommen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Energieumwandler der eingangs genannten Art anzugeben, der diese bekannten Nachteile überwindet, der auch bei geringen
Temperaturdifferenzen und bei Temperaturen im Bereich der Umgebungstemperatur eine
Energieumwandlung ermöglicht.
Der nur einen geringen apparativen Aufwand benötigt, und daher kostengünstig herstellbar ist.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Energieumwandler einen ersten mit
Fluid gefüllten Behälter und einen zweiten mit Fluid gefüllten Behälter umfasst.
Ein konisch geformtes Rohr, dass mit der grossen Rohröffnungsseite vom ersten Behälter oben abgeht ,

und mit dem zweiten oberhalb liegenden Behälter an der Unterseite eingebunden ist.
Dieses konisch geformte Rohr ragt von der Einbindung zirka zwei Drittel in den Innenraum des oberhalb liegenden zweiten Behälters hinein.
In weiterer Folge führt eine Rohrleitung von der Unterseite des oberhalb liegenden zweiten
Behälters in die Unterseite des unterhalb liegenden ersten Behälters hinein.
In dieser Rohrleitung ist vorgesehen, ein Elektro-Magnetventil, welches stromlos geschlossen ist, und eine Pumpe, die mit dem Elektro-Magnetventil mitgeschaltet wird Angesteuert wird diese Pumpe und das Elektro-Magnetventil von einer Niveausteuerung, die sich im ersten Behälter befindet.
Im ersten Behälter ist ein Wärmetauscher vorgesehen,

und im oberhalb liegenden zweiten Behälter ist ein Kühltauscher vorgesehen.
Im oberhalb liegenden zweiten Behälter befindet sich innenliegend ein Kraftantrieb mit einer Welle nach aussen führend.
Dies erlaubt es, in vorteilhafter Weise thermische Energie in Strömungskraft und diese in mechanische oder elektrische Energie überzuführen , wobei erneuerbare Energie insbesondere Sonnenenergie, Erdwärme und Umgebungswärme von Luft und oder einem Gewässer oder dergleichen verwendet werden können.
In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das konisch geformte Rohr extern geführt ist, der Kraftantrieb extern zugänglich ist, und ein Rohr nach dem Kraftantrieb wieder in den oberhalb liegenden zweiten Behälter an der Oberseite eingebunden ist.
In weiterer Ausstattung der Erfindung kann vorgesehen sein,

dass ein erster Behälter mit Wärmerippen ausgestattet ist, und ein oberhalb liegender zweiter Behälter mit Kühlrippen ausgestattet ist, sodass durch die Anordnung von Wärmerippen und Kühlrippen Energie aus verschiedenen Luftströmen gewonnen werden kann. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Umwandeln von Energie anzugeben, bei dem keine Phasenumwandlung eines Arbeitsmediums erforderlich ist, welche auch bei geringen Temperaturdifferenzen und bei Temperaturen im Bereich der Umgebungstemperatur durchführbar ist.
Ein Energieumwandler, bei dem die einzelnen Kraftkammem nicht wechselseitig gekühlt und erwärmt werden müssen.
Ein Energieumwandler, der aus einem geschlossenen Kreissystem Kraft erzeugt, durch zugeführte Wärmeenergie von aussen, und durch zugeführte Kälteenergie von aussen.
Ein Energieumwandler,

der durch das Verdampfungsgesetz und durch das Kondensationsgesetz der Natur in der Lage ist, grosse Mengen Wärme - und Kälteenergie von aussen aufzunehmen, und diese in Form von Strömungskraft abzugeben. ( für Kraftantriebe verschiedener Art )
Ein Energieumwandler, der von plus 50 Grad C bis minus 45 Grad C einsetzbar ist, und mit anderen Fluiden bei noch tieferen oder auch bei noch höheren Temperaturen einsetzbar ist.
In weiterer Darstellung der Erfindung zeigen Zahlen und Rechenbeispiele von den Leistungsaufnahmen und Leistungsabgaben eines Energieumwandlers.
Angenommene Wert:
20 KW in der Stunde sollen vom Wärmetauscher 8 , dem ersten Behälter 1 + 5 [deg.] C Erdwärme zugeführt werden.
Verdampfungswärme von Propan flüssig + 5 [deg.] C - 100 Watt pro kg
20 KWh ¯ 20000 Watt h :

100 = 200 kg Propan flüssig 200 kg Propan flüssig müssen verdampft werden, um 20 KWh in Druck umzusetzen.
Kondensationswärme von Propan flüssig - 10 [deg.] C ¯ 110 Watt pro kg
200 kg Propandampf müssen wieder verflüssigt werden.
200 x 110 = 22000 Watt h 22 KWh sind für die Verflüssigung erforderlich.
Also sind 22 KWh für die Druckreduzierung erforderlich.
Aus 2 kg Propan flüssig entsteht 1 m<3>Propandampf. * ..
Von 200 kg :

2 = 100 m<3>Propandampf d.h. von 200 kg Propan flüssig werden
100 m<3>Dampf erzeugt.
Aus einer Temperaturdifferenz von ( + 5 [deg.] C und - 10 [deg.] C ) 15 [deg.] C entsteht ein Differenzdruck.
Gasdruck bei + 5 [deg.] C ergibt 4,5 bar im ersten Behälter 1 Gasdruck bei - 10 [deg.] C ergibt 2,7 bar im zweiten Behälter 2
Daraus entsteht ein Differenzdruck von 1,8 bar
100 m<3>/h Propandampf werden von 200 kg Propan flüssig im Behälter 1 erzeugt. 100 m<3>:

60 = 1.666 m<3>pro Minute
Bei einer Druckdifferenz von 1,8 bar strömen 1,666 m<3>Propandampf pro Minutevom Behälter 1 in den Behälter 2 ab..
Daraus ist erkennbar, dass dieser Energieumwandler genügend Wärme - und Kälteenergie aufnehmen kann, um diese in Strömungskraft umzuwandeln.
20 KWh zugeführte Wärmeenergie 22 KWh zugeführte Kälteenergie 42 KWh Gesamtenergie
Da aber nur die Wärmeenergie genützt werden kann, die Kälteenergie aber erforderlich ist, um das Gas wieder in seine Ursprungsform zurückzubilden, bleiben die 20 KW/h für Strömungsenergie übrig, minus dem Wirkungsgrad der Kraftantriebe.

( zirka 20 % Verlust )
Für die Nutzung bleiben - 16 KW h übrig.
Damit sich der Kreis schliesst, müssen in der Stunde 200 kg Propan flüssig über eine Rohrleitung 4 vom Behälter 2 in den Behälter 1 zurückgepumpt werden. ..
Die Erfindung wird unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen, in welchen Ausführungsformen dargestellt sind, näher beschrieben.
Dabei zeigt:

Figur 1 schematisch, eine erste Ausführung eines erfindungsgemässen
Energieumwandlers, mit einem innenliegenden Antriebssystem.
Figur 2 schematische Ausführung, mit einem ausserhalb liegendem Antriebssystem.
Figur 3 schematische Ausführung, mit Wärmerippen und Kühlrippen an den Behältern.
FIGUR 1
Schematisch, eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemässen Energieumwandlers, bei dem ein erster Behälter 1 mit einem oberhalb liegendem zweiten Behälter 2 , mit einem konisch geformten Rohr 3 verbunden ist. Dieses Rohr 3 ragt zirka zwei Drittel von unten nach oben in den Innenraum 2a des Behälters 2 hinein.
Eine Rohrleitung 4 , die von der Unterseite eines oberhalb hegenden zweiten Behälters 2 abgeht, und in einem unterhalb liegenden ersten Behälter 1 an der Unterseite einbindet.

In dieser Rohrleitung 4 befindet sich eine Pumpe 5 , und ein Elektro-Magnetventil 6.
Im ersten Behälter 1 befindet sich eine Niveausteuerung 7 , und ein Wärmetauscher 8 und im zweiten oberhalb liegenden Behälter 2 befindet sich ein Kühltauscher 9.
Behälter 1 und Behälter 2 sind mit einem Fluid 10 befüllt.
Wird das im ersten Behälter 1 befindliche Fluid 10 mit einem Wärmetauscher 8 erwärmt, beginnt das Fluid 10 zu verdampfen. Der Fluid ( Dampf ) 11 verdichtet sich, und der Druck steigt im Behälter 1 , und das im oberhalb liegendem zweiten Behälter 2 befindliche Fluid 10 wird mit einem Kühltauscher 9 gekühlt. Dann kondensiert der im Behälter 2 befindliche ( Fluid ) Dampf 11 und sammelt sich im Behälter 2 an.
Durch diese Entspannung des ( Fluid ) Dampfes 11 sinkt der Druck im Behälter 2 .

Durch den Druckunterschied im ersten Behälter 1 und im zweiten Behälter 2 strömt (Fluid)Dampf 11 vom Behälter 1 über ein konisch geformtes Rohr 3 in den Behälter 2 ab. Um das lagernde Fluid 10 im ersten Behälter 1 nicht in den oberhalb hegendem zweiten Behälter 2 verdampfen zu lassen, wird über eine Rohrleitung 4 die von der Unterseite des oberhalb liegenden Behälters 2 abgeht, und an der Unterseite des Behälters 1 eingebunden ist, Fluid 10 aus dem Behälter 2 mit einer Pumpe 5 in den Behälter 1 gepumpt.

Ein in der Leitung 4 vorgesehenes Elektro-Magnetventil 6 wird von einer Niveausteuerung 7 angesteuert.
Diese Niveausteuerung 7 hat die Aufgabe, das unterschiedlich anfallende Fluid 10 exakt in den Behälter 1 zurückzuführen, sodass der Niveaustand 12 im Behälter 1 und der Niveaustand 13 im Behälter 2 unverändert bleibt, um kurzartige Druckschwankungen zu verhindern.
Weitere Aufgabe des Elektro-Magnetventils 6 ist es, bei Stillstand des Energieumwandlers das Abfliessen des Fluides 10 vom oberhalb liegendem zweiten Behälter 2 in den ersten Behälter 1 zu verhindern.

[iota] a
m.
FIGUR 2
Schematische Ausführungsform eines erfindungsgemässen Energieumwandlers, bei dem ein konisch geformtes Rohr 3 in den oberhalb liegenden zweiten Behälter 2 extern geführt ist, und ein Kraftantrieb 14 extem zugänglich ist, und ein Rohr 3a nach dem Kraftantrieb 14 wieder in den oben liegenden zweiten Behälter 2 an dessen Oberseite eingebunden ist.
FIGUR 3
Schematische Ausführungsform eines erfindungsgemässen Energieumwandlers, bei dem die Funktion wie in Figur 1 und Figur 2 abläuft, jedoch Wärmerippen und Kühlrippen 16 Energie aus Luftströmungen gewinnen.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass der erste Behälter 1 und der zweite Behälter 2 nebeneinander gestellt werden können.
In einer Zeichnung wurde diese erwähnte Möglichkeit nicht dargestellt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Energieumwandler, der thermische Energie in Strömungskraft umwandelt, und diese in mechanische oder elektrische Energie umwandelt, dadurch gekennzeichnet, dass er einen ersten mit Fluid (10) gefüllten Behälter (1) und einen zweiten, oberhalb hegenden, mit Fluid (10) gefüllten Behälter (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Behälter (1) mit einem von oben abgehenden konisch geformten Rohr (3) mit einem oberhalb liegenden zweiten Behälter (2) verbunden ist, und dass das konisch geformte Rohr (3) zirka zwei Drittel von unten nach oben in den Innenraum (2a) des oberhalb liegenden zweiten Behälters (2) ragt.

2. Energieumwandler, nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Rohrleitung (4) , die von der Unterseite des oberhalb liegenden zweiten Behälters (2) abgeht, und in den unterhalb liegenden ersten Behälter (1) an der Unterseite einbindet, in dieser Rohrleitung (4) eine Pumpe (5) und ein Elektro-Magnetventil (6) vorgesehen sind, und Pumpe (5) und Elektro-Magnetventil (6) von einer Niveausteuerung (7) angesteuert werden, und dass die Niveausteuerung (7) den Fluid-Niveaustand (12) und (13) regelt.

3. Energieumwandler, nach Anspruch 1 und 2 , dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Behälter (1) ein Wärmetauscher (8) und im oberhalb liegenden zweiten Behälter (2) ein Kühltauscher (9) vorgesehen ist.

4. Energieumwandler, nach Anspruch 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, dass im oberhalb liegenden zweiten Behälter (2) ein innenhegender Kraftantrieb (14) vorgesehen ist, und dieser über eine Welle (15) die Kraft nach aussen überträgt.

5. Energieumwandler, nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das konisch geformte Rohr (3) extem geführt ist, der Kraftantrieb (14) extern zugänglich ist, und ein Rohr (3a) nach dem Kraftantrieb (14) wieder in den oberhalb hegenden zweiten Behälter (2) an der Oberseite des Behälters (2) eingebunden ist.

6. Energieumwandler, nach Anspruch 1, 2, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten Behälter (1) und am zweiten Behälter (2) aussen Wärmerippen (16) und Kühlrippen (16) vorgesehen sind.

7. Energieumwandler, nach Anspruch 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Möglichkeit darin besteht, dass der erste Behälter (1) und der zweite Behälter (2) nebeneinander angeordnet sind.

8. Verfahren, zum Umwandeln von Energie mittels Energieumwandler, insbesondere gemäss den Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass durch Erwärmen das im ersten Behälter (1) befindliche Fluid (10) verdampft, durch die Verdampfungskraft steigt der Druck im ersten Behälter (1) und durch Kühlen des ( Fluid ) Dampfes (11) entspannt sich dieser und kondensiert, der Druck im zweiten Behälter (2) sinkt.

9. Verfahren, zum Umwandeln von Energie, nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass der im ersten Behälter (1) befindliche höhere Druck über ein konisch geformtes Rohr (3) in den mit niedrigerem Druck befindlichen Behälter (2) abströmt.

10. Verfahren, zum Umwandeln von Energie, nach Anspruch 8 und 9 , dadurch gekennzeichnet, dass über eine Rohrleitung (4) die von der Unterseite des oberhalb liegenden zweiten Behälters (2) abgeht, und die an der Unterseite des ersten Behälters (1) einbindet, das anfallende Fluid (10) vom zweiten Behälter (2) mit einer Pumpe (5) in den ersten Behälter (1) zurück pumpt.

11. Verfahren zum Umwandeln von Energie, nach Anspruch 8 bis 10 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpe (5) und ein in der Rohrleitung (4) vorgesehenes ElektroMagnetventil (6) von einer Niveausteuerung (7) angesteuert werden, und diese Niveausteuerung (7) den Niveaustand (12) im ersten-Behälter (1) und den Niveaustand (13) im zweiten Behälter (2) exakt regelt.

12. Verfahren, zum Umwandeln von Energie, nach Anspruch 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass Fluide (10) als Gas oder Gasgemisch, insbesondere Propan oder Butan verwendet werden. - 6 oberhalb liegenden zweiten Behalters 2 abgeht und an der Unterseite des ersten Behälters 1 mündet, Fluid 10 aus dem Behälter 2 in den Behälter 1 gepumpt, sodass im ersten Behälter 1 verdampftes Fluid 10 ersetzt wird.

Ein in der Leitung 4 vorgesehenes Elektro-Magnetventil 6 wird über den Niveauregler 7 angesteuert. Der Niveauregler 7 hat die Aufgabe, unterschiedlich anfallendes Fluid 10 exakt in den Behälter 1 zurückzuführen, sodass das Niveau 12 im ersten Behälter 1 und das Niveau 13 im zweiten Behälter 2 unverändert bleiben, um kurzzeitige Druckschwankungen zu verhindern.

Eine Aufgabe des Elektro-Magnetventils 6 ist es auch, bei Stillstand der Anordnung das Abfliessen von Fluid 10 aus dem oberhalb liegenden, zweiten Behälter 2 in den ersten Behälter 1 zu verhindern.

Patentansprüche :

1. Anordnung zum Umwandeln thermischer Energie in Strömungskraft und weiter in Bewegung oder elektrische Energie mit einem ersten Behälter (1), mit einem zweiten Behälter (2), wobei beide Behälter (1, 2) teilweise mit Fluid (10) gefüllt sind, wobei der zweite Behälter (2) oberhalb des ersten Behälters (1) angeordnet ist, wobei der erste Behälter (1) mit dem zweiten Behälter (2) über ein konisches Rohr (3) verbunden ist, und wobei das weitere Ende des konischen Rohres (3) an den ersten Behälter (1) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das konische Rohr (3) im zweiten Behälter (2) bis etwa zwei Drittel seiner Höhe ragt und über dem Niveau (13) des Fluid (10) im zweiten Behälter (2) endet, dass sich zwischen dem unteren Ende des zweiten Behälters (2) und den unteren Ende des ersten Behälters (1) eine Rohrleitung (4) erstreckt, dass im ersten Behälter (1)

und im zweiten Behälter (2) jeweils ein rohrförmiger Wärmetauscher (8, 9) vorgesehen ist, der sich jeweils unterhalb und oberhalb des Niveau (12, 13) des Fluid (10) in den Behältern (1, 2) erstreckt, dass der im ersten Behälter (1) angeordnete rohrförmiger Wärmetauscher (8) zum Erwärmen des Fluid (10) und zum Warmhalten von Fluid-Dampf mit erwärmten Medium und der im zweiten Behälter (2) angeordnete rohrförmige Wärmetauscher (9) zum Kondensieren von Fluid-Dampf und zum Kühlen des Fluid mit gekühltem Medium beaufschlagt wird, dass dem konischen Rohr (3) ein Motor (14) zugeordnet ist, der von aus dem ersten Behälter (1) stammenden und durch das Rohr (3) zum zweiten Behälter (2) strömenden Fluiddampf angetrieben ist, und dass im ersten Behälter (1) ein Niveauregler (7) vorgesehen ist, der mit einer in der Rohrleitung (4) angeordneten Pumpe (5) und Einen Ventil ("61

NACHGEREICHT 7 wirkmässig derart verbunden ist, dass das Niveau<(>12, 13<)>des Fluid in beiden Behältern (1, 2) konstant gehalten ist.

2.Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Rohrleitung(4)angeordnete Ventil (6) ein elektromagnetischesVentil ist,das im stromlosen Zustand geschlossen ist.

3.Anordnung nachAnspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dasVentil(6)geöffnet ist, wenn die Pumpe (5<)>in Betrieb ist.

4.Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieAntriebswelle des Motors (14) aus dem zweiten Behälter (2) herausgeführt ist.

5.Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (14) im Bereich des Endes des konischen<R>ohres(3), das den ersten Behälter (1) mit dem zweiten Behälter<(>2<)>verbindet, angeordnet ist.

6.Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dasFluid ein Gas oder ein Gasgemisch, insbesonderePropan oder Butan, ist.

22.02.2007

Prugner Siegfried vertreten durch: PATENTANWÄt Tss niP .-lNG. MA FK[iota] P BfcER DiPL-JNG.lWNHARDHfcBfcNBtR ER durch: <EMI ID=9.1>

NACHGEREICHT