AT517136B1 - Anordnung zur Umwandlung thermischer Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie - Google Patents

Abstract

Bei einer Anordnung (1) zur Umwandlung thermischer Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie mit einem ersten Wärmetauscher (2), in dem ein durchströmendes Fluid erhitzt wird, wonach das unter Druck stehende und gasförmige Fluid einem ersten Motor bzw. einer ersten mit einem Generator (7) gekoppelten Turbine (6) zugeführt wird, in welchem (r) die thermische Energie des Fluids in Bewegungs- oder elektrische Energie umgewandelt wird, ist vorgesehen, dass dem ersten Motor oder der ersten Turbine (6) wenigstens ein zweiter Motor oder eine zweite Turbine (11, 16) nachgeschaltet ist, in welchem (r) eine Umwandlung von thermischer Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie auf gegenüber der vorangeschalteten Stufe eines des ersten Motors bzw. der ersten Turbine (6) verringertem Temperatur- und/oder Druckniveau durchgeführt wird, wodurch sich ein entsprechend erhöhter Gesamtwirkungsgrad einer derartigen Anordnung zur Energieumwandlung erzielen lässt.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Umwandlung thermischer Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie mit einem ersten Wärmetauscher, der ein durchströmendes Fluid erhitzt, wonach das unter Druck stehende und gasförmige Fluid in einen ersten Motor bzw. eine erste mit einem Generator gekoppelte Turbine strömt, in welchem^) die Umwandlung der thermischen Energie des Fluids in Bewegungs- oder elektrische Energie erfolgt, wobei dem ersten Motor oder der ersten Turbine wenigstens ein zweiter Motor oder eine zweite Turbine nachgeschaltet ist, in welchem(r) eine Umwandlung von thermischer Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie auf gegenüber der vorangeschalteten Stufe des ersten Motors bzw. der ersten Turbine verringertem Temperatur- und/oder Druckniveau stattfindet, wobei dem zweiten Motor oder der zweiten Turbine wenigstens ein dritter Motor oder eine dritte Turbine nachgeschaltet ist, in welchem(r) eine Umwandlung von thermischer Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie auf gegenüber der vorangeschalteten, zweiten Stufe des zweiten Motors bzw. der zweiten Turbine verringertem Temperatur- und/oder Druckniveau stattfindet.

[0002] Derartige Anordnungen zur Umwandlung thermischer Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt, wobei beispielsweise im Zusammenhang mit einem Dampfkraftwerk Fluid, insbesondere Wasser, in wenigstens einem Wärmetauscher entsprechend erhitzt und nachfolgend beispielsweise einer Turbine zugeführt wird, welche mit einem Generator zur Erzeugung elektrischer Energie gekoppelt ist.

[0003] Anstelle einer Turbine, welche durch eine Kopplung mit einem Generator zur Erzeugung elektrischer Energie dient, kann das erhitzte bzw. erwärmte und insbesondere gas- bzw. dampfförmige Fluid einem Motor zur Bereitstellung von Bewegungsenergie zugeführt werden.

[0004] Nachteilig bei derartigen bekannten Ausführungsformen ist insbesondere die Tatsache, dass für einen effizienten Betrieb eines Motors oder einer mit einem Generator gekoppelten Turbine das zum Einsatz gelangende Fluid eine vergleichsweise hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweisen muss, um derart die nachgeschaltete Turbine bzw. den nachgeschalteten Motor betreiben zu können. Bei einer Umwandlung der thermischen Energie in Bewegungsoder elektrische Energie erfolgt eine Abnahme sowohl der Temperatur als auch des Drucks des zum Einsatz gelangenden Fluids, wobei jedoch sowohl die Temperatur als auch der Druck des Fluids nach dem Motor bzw. nach der Turbine gegenüber Umgebungsbedingungen üblicherweise erhöhte Werte aufweisen, so dass die derart im Fluid verbleibende Energie üblicher Weise bei bekannten Anlagen im Wesentlichen ungenützt verloren geht. Derart ist der Wirkungsgrad der Umwandlung thermischer Energie in Bewegungsenergie oder elektrische Energie in derartigen bekannten einstufigen Anlagen begrenzt.

[0005] Mehrstufige Anlagen der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus den Dokumenten EP 2613027 A2, EP 2835508 A1 und EP 2754861 A1 bekannt geworden.

[0006] Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, die oben genannten Nachteile bekannter Anlagen zu vermeiden bzw. zumindest zu reduzieren und insbesondere den Wirkungsgrad einer derartigen Anlage bzw. Anordnung zur Umwandlung thermischer Energie in Bewegungsoder elektrische Energie zu erhöhen, um derart insbesondere die eingesetzte thermische Energie wirkungsvoller insbesondere zur Bereitstellung elektrischer Energie zu nutzen.

[0007] Zur Lösung dieser Aufgaben ist eine Anordnung zur Umwandlung thermischer Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie der eingangs genannten Art, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid vor einem Durchtritt durch den nachgeschalteten zweiten bzw. dritten Motor bzw. eine nachgeschaltete zweite bzw. dritte Turbine in der jeweiligen zweiten bzw. dritten Stufe nacheinander zwei weiteren Wärmetauschern zuführbar ist, wobei in einem ersten der zwei weiteren Wärmetauscher die nach der Nutzung für den Betrieb eines vorangeschalteten Motors bzw. einer vorangeschalteten Turbine verbleibende Wärme zur Erwärmung des Fluids nutzbar ist und dass in einem zweiten der zwei weiteren Wärmetauscher eine von extern zugeführte

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AT 517 136 B1 2019-11-15 österreichisches patentamt thermische Energie zur weiteren Erwärmung des Fluids nutzbar ist, und wobei in dem ersten der zwei weiteren Wärmetauscher der dritten Stufe sowohl die nach der Nutzung für den Betrieb des vorangeschalteten ersten Motors bzw. der vorangeschalteten ersten Turbine und die nach dem Durchlaufen des ersten der zwei weiteren Wärmetauscher der zweiten Stufe verbleibende Wärme als auch die nach der Nutzung für den Betrieb des vorangeschalteten zweiten Motors bzw. der vorangeschalteten zweiten Turbine verbleibende Wärme zur Erwärmung des Fluids nutzbar ist. Dadurch, dass erfindungsgemäß der ersten Stufe, welche wenigstens einen Wärmetauscher und einen zugeordneten bzw. zugehörigen Motor bzw. eine zugeordnete Turbine umfasst, wenigstens ein weiterer Motor oder eine weitere Turbine nachgeschaltet ist, gelingt es, die in dem Fluid nach dem Durchtritt durch den Motor bzw. die Turbine der ersten Stufe verbleibende Restenergie entsprechend zu nutzen, da in dem nachgeschalteten Motor bzw. der nachgeschalteten Turbine eine weitere Umwandlung von thermischer Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie auf gegenüber der vorangeschalteten Stufe verringertem Temperaturund/oder Druckniveau erfolgt bzw. durchgeführt wird. Durch eine entsprechende Konzipierung des nachgeschalteten Motors oder der nachgeschalteten Turbine kann somit das in dem Fluid nach dem Durchtritt durch die erste Stufe verbleibende Restenergieniveau entsprechend genutzt werden, so dass der Wirkungsgrad einer derartigen erfindungsgemäßen Anordnung, welche wenigstens eine weitere Stufe eines Motors bzw. einer Turbine zur Umwandlung thermischer Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie umfasst, gegenüber bekannten einstufigen Anlagen erhöht werden kann.

[0008] Durch Vorsehen von zwei weiteren Wärmetauschern kann das Temperatur- und/oder Druckniveau des in der nachgeschalteten Stufe zum Einsatz gelangenden Fluids wiederum wenigstens teilweise angehoben werden, so dass derart der gesamte Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Anordnung verbessert werden kann. Zum Anheben des Temperatur- und/oder Druckniveaus des in der nachgeschalteten Stufe zum Einsatz gelangenden Fluids wird hierbei in einem ersten der zwei weiteren Wärmetauscher die nach der Nutzung für den Betrieb eines vorangeschalteten Motors bzw. einer vorangeschalteten Turbine verbleibende Wärme zur Erwärmung des Fluids genutzt und in einem zweiten der zwei weiteren Wärmetauscher eine von extern zugeführte thermische Energie zur weiteren Erwärmung des Fluids genutzt. Zur Nutzung von gegebenenfalls nach einer letzten Stufe verbleibender Restwärme wird darüber hinaus vorgeschlagen, dass das Fluid nach einem letzten Motor bzw. einer letzten Turbine einem abschließenden Wärmetauscher zur Bereitstellung von Wärmeenergie an externe Verbraucher zuführbar ist, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung entspricht.

[0009] Insbesondere zur Vereinfachung des Fluidkreislaufs in den wenigstens zwei Stufen der erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung thermischer Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass das Fluid in einem geschlossenen Kreislauf durch die Mehrzahl von jeweils wenigstens einen Wärmetauscher sowie einen Motor oder eine Turbine aufweisenden Stufen geführt ist. Durch Verwendung eines gemeinsamen Fluids in einem geschlossenen Kreislauf in der Mehrzahl von Stufen lässt sich der anlagentechnische Aufwand für die Bereitstellung der unterschiedlichen Komponenten der mehrfachen Stufen der erfindungsgemäßen Anordnung bei entsprechend erhöhtem Wirkungsgrad insgesamt reduzieren.

[0010] Gemäß einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung wird vorgeschlagen, dass jeweils ein geschlossener Kreislauf des Fluids in jeder jeweils wenigstens einen Wärmetauscher und eine zugeordnete Turbine bzw. einen zugeordneten Motor aufweisenden Stufe mit jeweils getrennten Umwälzpumpen vorgesehen ist. Durch eine derartige Trennung der einzelnen Fluidkreisläufe kann in einfacher und zuverlässiger Weise die Temperatur- und/oder Druckführung in den einzelnen Stufen wenigstens teilweise unabhängig von den weiteren Stufen der erfindungsgemäßen Anordnung optimiert werden.

[0011] Zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgrads als auch zur Optimierung der konstruktiven Ausbildung der erfindungsgemäßen Anordnung wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass Fluide wenigstens teilweise unterschiedliche chemisch

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AT 517 136 B1 2019-11-15 österreichisches patentamt physikalische Eigenschaften aufweisen.

[0012] In diesem Zusammenhang wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass die Fluide in an sich bekannter Weise von Wasser oder organischen Medien, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffen oder Silikonölen gebildet sind.

[0013] Zur weiteren Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads der erfindungsgemäßen Anordnung und insbesondere zur Vermeidung bzw. Reduzierung eines Einsatzes von nichtnachhaltigen Brennstoffen zur Erzeugung thermischer Energie wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass zumindest der der ersten Stufe zugeordnete Wärmetauscher wenigstens teilweise mit Solarenergie versorgbar ist.

[0014] Zur weiteren Optimierung des gesamten Wirkungsgrads einer erfindungsgemäßen Anlage bzw. Anordnung wird vorgeschlagen, dass wenigstens ein Wärmetauscher im Gegenstrom von Fluiden unterschiedlicher Stufen durchströmt wird, wie dies einer weiter bevorzugten Ausführungsform entspricht.

[0015] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen [0016] Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung thermischer Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie;

in einer zu Fig. 1 ähnlichen Darstellung eine abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung thermischer Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie; und wiederum ähnlich zur Darstellung gemäß Fig. 1 eine weitere abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung thermischer Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie.

[0019] Zu der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von unterschiedlichen Ausführungsformen wird einleitend angemerkt, dass lediglich die für ein Verständnis der Ausbildung der erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung thermischer Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie wesentlichen Elemente in größerem Detail beschrieben werden.

[0017] Fig. 2 [0018] Fig. 3 [0020] In Fig. 1 ist allgemein mit 1 eine Anlage zur Umwandlung thermischer Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie bezeichnet, wobei in einer ersten Stufe ein Wärmetauscher 2 vorgesehen ist, mit welchem beispielsweise über eine nicht näher dargestellte Solar-Einrichtung über eine Zuleitung 3 eine Energiezufuhr erfolgt. In dem Wärmetauscher 2 erfolgt ein Erwärmen bzw. Erhitzen eines über eine Leitung 4 zugeführten Fluids, welches in weiterer Folge in Form von Hochdruckdampf über eine Leitung 5 einer Turbine 6 zugeführt wird. Die Turbine 6 ist mit einem Generator 7 gekoppelt. In der mit dem Generator 7 gekoppelten Turbine 6 erfolgt eine Umsetzung bzw. Umwandlung thermischer Energie, wie sie unter Vermittlung des Wärmetauschers 2 zur Verfügung gestellt wird, in elektrische Energie.

[0021] Anstelle der Turbine 6, welche mit dem Generator 7 gekoppelt ist, kann zur Umwandlung der thermischen Energie auch ein Motor vorgesehen sein, mit welchem eine Umwandlung der thermischen Energie in Bewegungsenergie zur Verfügung gestellt wird.

[0022] Das aus der Turbine 6 austretende Fluid wird über eine Leitung 8 einem weiteren Wärmetauscher 9 zugeführt, in welchem eine Erwärmung bzw. Erhitzung von über eine Fluidleitung 10 zugeführtem Fluid im Gegenstrom vorgenommen wird. Dieses Fluid wird im Wärmetauscher 9 wiederum in einen Hochdruckdampf umgewandelt, welcher über eine Leitung 10 einer weiteren Turbine 11 zugeführt wird, welche ebenso wie die Turbine 6 wiederum mit einem Generator 12 gekoppelt ist.

[0023] Ähnlich wie die zwei erstgenannten Stufen, in welchen jeweils ein Wärmetauscher 2 bzw. 9 zur Bereitstellung von Hochdruckdampf vorgesehen ist, welcher in weiterer Folge einer nachgeschalteten Turbine 6 bzw. 11 zugeführt wird, ist bei der in Fig. 1 dargestellten Ausfüh

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AT 517 136 B1 2019-11-15 österreichisches patentamt rungsform ein weiterer Wärmetauscher 13 einer weiteren Stufe vorgesehen, in welchem über eine Zuleitung 14 zugeführtes Fluid wiederum insbesondere im Gegenstrom erwärmt wird, so dass Hochdruckdampf über eine Leitung 15 einer weiteren Turbine 16 zugeführt wird, welche ähnlich wie die beiden Turbinen der vorangehenden Stufen mit einem Generator 17 gekoppelt ist.

[0024] In dem Wärmetauscher 13 erfolgt derart auch eine Wärmerückgewinnung des aus der zweiten Stufe aus der Turbine 11 über eine Leitung 18 rückgeführten Fluids.

[0025] Zur weiteren Rückgewinnung von Restwärme ist in Fig. 1 ein weiterer Wärmetauscher 19 angedeutet, welchem Restwärme aus den vorangehenden Stufen jeweils zur Umwandlung thermischer Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie zugeführt wird, wobei die im Wärmetauscher 19 abzugebende Wärme beispielsweise einer schematisch angedeuteten Heizung, beispielsweise einer Fußbodenheizung 20 zugeführt wird.

[0026] Eine weitere Energierückgewinnung gelingt in einem zusätzlichen Wärmetauscher 21 sowie einem weiteren Restwärmetauscher 22.

[0027] Aus der Darstellung gemäß Fig. 1 ist ersichtlich, dass sämtliche Stufen der kaskadenartig angeordneten hintereinander geschalteten Einheiten zur Umwandlung thermischer Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie, welche jeweils zumindest einen Wärmetauseher 2, 9 und 13 sowie eine damit gekoppelte Turbine 6, 11 und 16 aufweisen, mit einem gemeinsamen Fluid betrieben werden, wobei ein Vorratsbehälter für das gemeinsame Fluid mit 23 angedeutet ist und für eine Umwälzung des Fluids eine Pumpe 24 vorgesehen ist.

[0028] Die einzelnen Stufen bzw. Einheiten zur Umwandlung jeweils thermischer Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 werden beispielsweise unter Einsatz eines organischen Mediums als Fluid bei folgenden Temperaturparametern betrieben.

[0029] Aus dem Wärmetauscher 2 wird über die Leitung 5 gasförmiges Fluid mit einer Temperatur von 100 °C der Turbine 6 zugeführt, worauf über die Leitung 8 das Fluid bei einer Temperatur von etwa 80 °C abgezogen wird.

[0030] In der nachfolgenden Stufe wird durch eine Erwärmung im Wärmetauscher 9 nach dem Gegenstromprinzip über die Leitung 10 das Fluid mit einer Temperatur von etwa 75 °C der Turbine 11 zugeführt, wobei es mit einer Temperatur von etwa 55 °C aus der Turbine ausgebracht wird.

[0031] Nach einem weiteren Wärmetausch im Wärmetauscher 13 wird der Turbine 16 der dritten Stufe das Fluid bei einer Temperatur von etwa 53 °C zugeführt und bei einer Temperatur von etwa 35 °C aus dieser abgezogen.

[0032] Derart können bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 die Turbinen mit einer Leistung von etwa 3 kW für die Turbine 6, von etwa 2 kW für die Turbine 11 und von etwa 1 kW für die Turbine 16 betrieben werden, so dass sich unmittelbar erkennen lässt, dass sich gegenüber einer einstufigen Ausbildung einer Anordnung zur Umwandlung thermischer Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie ein entsprechend erhöhter Wirkungsgrad der Gesamtanlage insbesondere im Zusammenhang mit einer Bereitstellung elektrischer Energie erzielen lässt.

[0033] Bei der Darstellung gemäß Fig. 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform einer Anordnung 101 zur Umwandlung thermischer Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie gezeigt, wobei gleiche Elemente bzw. Bauteile jeweils mit einem Bezugszeichen versehen sind, welches gegenüber den Bauteilen bzw. Elementen der Ausführungsform gemäß Fig. 1 um jeweils 100 erhöht ist.

[0034] So ist auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ersichtlich, dass nach Art einer Kaskade drei Stufen vorgesehen sind, wobei jeweils ein Wärmetauscher 102, 109 und 113 mit einer Turbine 106, 111 und 116 sowie einem damit gekoppelten Generator 107, 112 und 117 vorgesehen ist.

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AT 517 136 B1 2019-11-15 österreichisches patentamt [0035] Auch die in Fig. 2 dargestellten Stufen werden auf jeweils unterschiedlichen Temperaturund/oder Druckniveaus betrieben, wobei ein wesentlicher Unterschied gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 1 darin besteht, dass, wie oben ausgeführt, bei der Ausbildung gemäß Fig. 1 ein gemeinsames Fluid für sämtliche Fluidkreisläufe der drei Stufen vorgesehen ist, während bei der Ausbildung gemäß Fig. 2 drei Vorratsbehälter 123a, 123b und 123c vorgesehen sind, welche jeweils mit einer Pumpe 124a, 124b und 124c gekoppelt sind und zur Versorgung der einzelnen Fluidkreisläufe dienen.

[0036] Ähnlich wie bei der Ausbildung gemäß Fig. 1 sind auch zusätzliche Wärmetauscher 119, 121 und 122 zur Rückgewinnung von Restwärme vorgesehen.

[0037] Durch Vorsehen der voneinander getrennten Fluidkreisläufe sowie der Vorratsbehälter 123a, 123b und 123c können unterschiedliche Fluide zum Einsatz gelangen, so dass eine weitere Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads durch entsprechende Abstimmung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der einzelnen Fluide in den unterschiedlichen Fluidkreisläufen mit den konstruktiven Merkmalen, insbesondere der zugehörigen Wärmetauscher als auch der Turbinen sowie der damit gekoppelten Generatoren möglich wird.

[0038] In Fig. 3 ist eine weitere abgewandelte Ausführungsform einer Anordnung 201 zur Umwandlung thermische Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie dargestellt, wobei wiederum gleiche Elemente bzw. Bauteile mit einem Bezugszeichen bezeichnet sind, welches um „200 gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform erhöht ist.

[0039] Wie bei den vorangehenden Ausführungsformen sind wiederum drei Stufen in einer Kaskadenanordnung vorgesehen, wobei in einer ersten Stufe der Wärmetauscher bzw. Verdampfer 202 mit einer Turbine 206 gekoppelt ist, welche mit einem Generator 207 gekoppelt ist. In einer zweiten Stufe sind ein Wärmetauscher bzw. Kondensator 209 sowie eine Turbine 211 und ein Generator 212 vorgesehen, während in einer dritten Stufe ein Wärmetauscher bzw. Kondensator 213 und eine Turbine 216 sowie ein Generator 217 vorgesehen sind.

[0040] Während bei der Ausbildung gemäß Fig. 1 ein gemeinsames Fluid in sämtlichen Kreisläufen bzw. Stufen vorgesehen ist und für die Ausbildung gemäß Fig. 2 in den einzelnen Stufen bzw. Kreisläufen unterschiedliche Fluide vorgesehen sind, ist bei der Ausbildung gemäß Fig. 3 in dem ersten Kreislauf ein erstes Fluid, beispielsweise Wasser vorgesehen, während im zweiten und dritten Kreislauf beispielsweise ein jeweils identes Fluid, beispielsweise SES 36, insbesondere in jeweils einem getrennten Kreislauf vorgesehen ist.

[0041] Neben einer Rückgewinnung der Restwärme aus der ersten Stufe im Wärmetauscher bzw. Kondensator 209 ist diesem Wärmetauscher 209 nachgeschaltet ein weiterer Wärmetauscher bzw. Verdampfer 225 vorgesehen, welchem ebenso wie dem ersten Wärmetauscher bzw. Verdampfer 202 von außen über eine Zuleitung 226 Energie zugeführt wird. Derart kann der zweiten Turbine 211 durch die hintereinander angeordneten bzw. geschalteten Wärmetauscher 209 und 226 wiederum Dampf erhöhten Drucks zur Umwandlung in elektrische Energie in dem Generator 212 zugeführt werden.

[0042] Ähnlich wie in der zweiten Stufe ist auch für die Turbine 216 der dritten Stufe neben dem Wärmetauscher bzw. Kondensator 213 zur Rückgewinnung von Restwärme insbesondere aus der zweiten Stufe ein weiterer Wärmetauscher bzw. Verdampfer 227 vorgesehen, welchem wiederum Energie von außen über eine Zuleitung 228 ebenso wie bei den vorangegangenen Stufen zugeführt wird, um neuerlich das Fluid der dritten Stufe, beispielsweise SES 36, der Turbine 216 mit entsprechend hoher Temperatur und hohem Druck zur Umwandlung in elektrische Energie im Generator 217 zuzuführen.

[0043] Darüber hinaus sind in Fig. 3 Umwälzpumpen in den einzelnen Fluidkreisläufen mit 229, 230 und 231 bezeichnet.

[0044] Für die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform gelangen beispielsweise folgende Temperatur- und Druckparameter zum Einsatz.

[0045] Über die Leitung 205 wird als Fluid Wasser bzw. Wasserdampf bei 160 °C und einem

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Druck von 5 bar der Turbine 206 zugeführt. Nach der Turbine weist der Wasserdampf eine Temperatur von etwa 130 °C bis 140 °C bei einem Druck von 0,1 bis 0,2 bar Überdruck auf.

[0046] Der zweiten Turbine wird ein von Wasser verschiedenes Fluid, beispielsweise wiederum ein organisches Fluid, insbesondere SES 36 bei einer Temperatur von 100 °C und einem Druck von 5 bar zugeführt, während es die Turbine 211 bei einer Temperatur von beispielsweise etwa 40 °C und wiederum einem geringen Überdruck verlässt.

[0047] Der dritten Turbine 216 wird das Fluid, beispielsweise SES 36 bei einer Temperatur von 100 °C zugeführt, wobei es die Turbine bei einer Temperatur von etwa 40 °C verlässt.

[0048] Dem ersten Wärmetauscher bzw. Verdampfer 202 werden etwa 122 kW zugeführt, so dass der Turbine 206 unter Zugrundelegung einer Wassermasse von 160 Liter eine Dampfmenge von etwa 50 m³ bei 5 bar bei einer Betriebstemperatur von 160°C zugeführt wird. Nach einem Passieren der ersten Turbine 206 wird eine Restenergie von etwa 100 kW im nachgeschalteten Wärmetauscher bzw. Kondensator 209 der zweiten Stufe an die zweite Stufe abgegeben, wobei zusätzlich dem Verdampfer bzw. Wärmetauscher 225 177 kW zugeführt werden, so dass der zweiten Turbine 211 insgesamt etwa 277 kW zur Verfügung stehen.

[0049] Der dritten Stufe werden nach dem zusätzlichen Wärmetauscher bzw. Verdampfer 227 zwei bis drei kW Restwärme der dritten Turbine 216 zugeführt.

[0050] Als Wirkungsgrade können für die erste Turbine 206 ein Wirkungsgrad von etwa 11 %, für die zweite Turbine 211 ein Wirkungsgrad von etwa 10 % und für die dritte Turbine 216 ein Wirkungsgrad von etwa 4 % angenommen werden.

[0051] Unter Berücksichtigung der zugeführten Energiemengen und der Wirkungsgrade für die Turbinen 206, 211 und 216 lässt sich somit eine Gesamtenergiegewinnung an elektrischem Strom in der Größenordnung von etwa 43 kW erzielen.

[0052] Derart ist wiederum ersichtlich, dass durch die kaskadenartige Anordnung einer Mehrzahl von Stufen, welche jeweils wenigstens einen Wärmetauscher sowie einen damit gekoppelten Motor oder eine damit gekoppelte Turbine mit einem Generator aufweisen, insgesamt ein entsprechend erhöhter Wirkungsgrad bei der Bereitstellung elektrischer Energie gegenüber einer einstufigen Ausbildung erzielbar ist, selbst wenn für eine einstufige Anlage insbesondere durch gegebenenfalls höhere Temperaturunterschiede zwischen Eingang und Ausgang der Turbine gegebenenfalls geringfügig höhere einzelne Wirkungsgrade erzielbar wären.

Claims (8)

1. Anordnung zur Umwandlung thermischer Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie mit einem ersten Wärmetauscher, der ein durchströmendes Fluid erhitzt, wonach das unter Druck stehende und gasförmige Fluid in einen ersten Motor bzw. eine erste mit einem Generator gekoppelte Turbine strömt, in welchem(r) die Umwandlung der thermischen Energie des Fluids in Bewegungs- oder elektrische Energie erfolgt, wobei dem ersten Motor oder der ersten Turbine (206) wenigstens ein zweiter Motor oder eine zweite Turbine (211) nachgeschaltet ist, in welchem(r) eine Umwandlung von thermischer Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie auf gegenüber der vorangeschalteten, ersten Stufe des ersten Motors bzw. der ersten Turbine (206) verringertem Temperatur- und/oder Druckniveau stattfindet, wobei dem zweiten Motor oder der zweiten Turbine (211) wenigstens ein dritter Motor oder eine dritte Turbine (216) nachgeschaltet ist, in welchem(r) eine Umwandlung von thermischer Energie in Bewegungs- oder elektrische Energie auf gegenüber der vorangeschalteten, zweiten Stufe des zweiten Motors bzw. der zweiten Turbine (206) verringertem Temperatur- und/oder Druckniveau stattfindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid vor einem Durchtritt durch den nachgeschalteten zweiten bzw. dritten Motor bzw. die nachgeschaltete zweite bzw. dritte Turbine (211, 216) in der jeweiligen zweiten bzw. dritten Stufe nacheinander zwei weiteren Wärmetauschern (209, 225; 213, 227) zuführbar ist, wobei in einem ersten (209, 213) der zwei weiteren Wärmetauscher die nach der Nutzung für den Betrieb eines vorangeschalteten Motors bzw. einer vorangeschalteten Turbine (206, 211) verbleibende Wärme zur Erwärmung des Fluids nutzbar ist und dass in einem zweiten (225, 227) der zwei weiteren Wärmetauscher eine von extern zugeführte thermische Energie zur weiteren Erwärmung des Fluids nutzbar ist, und wobei in dem ersten (213) der zwei weiteren Wärmetauscher der dritten Stufe sowohl die nach der Nutzung für den Betrieb des vorangeschalteten ersten Motors bzw. der vorangeschalteten ersten Turbine (206) und die nach dem Durchlaufen des ersten (209) der zwei weiteren Wärmetauscher der zweiten Stufe verbleibende Wärme als auch die nach der Nutzung für den Betrieb des vorangeschalteten zweiten Motors bzw. der vorangeschalteten zweiten Turbine (211) verbleibende Wärme zur Erwärmung des Fluids nutzbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid nach einem letzten Motor bzw. einer letzten Turbine (16, 116, 216) einem abschließenden Wärmetauscher (19, 119, 219) zur Bereitstellung von Wärmeenergie an externe Verbraucher (20, 120, 220) zuführbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid in einem geschlossenen Kreislauf durch die Mehrzahl von jeweils wenigstens einen Wärmetauscher (2, 9, 13) sowie einen Motor oder eine Turbine (6, 11, 16) aufweisenden Stufen geführt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein geschlossener Kreislauf (123a, 123b, 123c) des Fluids in jeder jeweils wenigstens einen Wärmetauscher (102, 109, 113) und eine zugeordnete Turbine (106, 111, 116) bzw. einen zugeordneten Motor aufweisenden Stufe mit jeweils getrennten Umwälzpumpen (124a, 124b, 124c, 229, 230, 231) vorgesehen ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluide wenigstens teilweise unterschiedliche chemisch-physikalische Eigenschaften aufweisen.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluide in an sich bekannterWeise von Wasser oder organischen Medien, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffen oder Silikonölen gebildet sind.

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7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der der ersten Stufe zugeordnete Wärmetauscher (2, 102, 202) wenigstens teilweise mit Solarenergie (3, 103, 203) versorgbar ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Fluide unterschiedlicher Stufen wenigstens ein Wärmetauscher (9, 13, 109, 113, 209, 213) im Gegenstrom durchströmen.