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Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Energie aus einer Quelle von natürlicher oder
Abwärme mittels einer gashaltigen Flüssigkeit.
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geschlossenen Kreisprozesses, bei dem Gas oder ein gasförmiger Körper aus einer Flüssigkeit gewonnen wird, in der ein Gas unter entsprechendem Druck und bei geeigneter Temperatur aufgelöst war und aus der es unter vermindertem Druck und erhöhter Temperatur ent- weicht. Das entwichene Gas wird sodann ausgenutzt, z. B. in einer Kraftmaschine zur Erzeugung von Arbeit, zu Heizzwecken oder zur Kühlung, wobei die verbrauchte Wärmemenge aus einer äusseren Quelle neu aufgenommen wird, und der Kreisprozess dadurch geschlossen, dass man das Gas wieder von der Flüssigkeit, aus der es entwichen war, aufnehmen lässt.
In solchen Kreisprozessen wird das Entweichen des Gases durch die Erhöhung der Temperatur der gashaltenden Flüssigkeit infolge der Zufuhr von äusserer Wärme zum Gaserzeuger bewirkt. Das entwichene Gas und die entgaste Flüssigkeit werden gekühlt und in eine Absorptionskammer geb, acht, in der das Gas wieder von der Flüssigkeit aufgenommen wird, wonach diese durch eine Heizkammer hindurch, allenfalls unter Zuhilfenahme von einer Pumpe, in den Gaserzeuger zurückgeleitet wird. Es sind hierbei auch Vorrichtungen vorgesehen, um einen Wärmeaustausch zwischen den einzelnen Kammern, durch die das Gas und die Flüssigkeit hindurchgeleitet werden, herbeizuführen, so z.
B. zwischen der Absorptionskammer und dem Gaserzeuger oder der Kühlkammer für die entgaste Flüssigkeit und der oben erwähnten Heizkammer, durch die die mit Gas gesättigte Flüssigkeit auf dem Wege zum Gaserzeuger hindurchgeleitet wird.
Nach der Erfindung wird aus einer Quelle von natürlicher oder Abwärme dadurch Energie gewonnen, dass eine Flüssigkeit und ein in dieser aufgelöstes Gas einem geschlossenen thermischen Kreisprozess unterworfen werden, wobei das Entweichen des Gases aus der Flüssigkeit in dem einen Abschnitte des Kreisp ozesses lediglich durch unmittelbaren Wärme- übergang von dem anderen Abschnitt des Kreisprozesses bewirkt wird, in welchem Abschnitt die Wärme durch das Wiederaufnehmen des Gases durch die Flüssigkeit entwickelt wird. Ferner wird nach der Erfindung der Flüssigkeit und dem Gase oder jedem von ihnen getrennt Wärmeenergie nur in einem solchen Punkte des Kreisprozesses zugeführt, der von demjenigen verschieden ist, in dem das Entweichen des Gases aus der Flüssigkeit stattfindet, d. h. nicht an dem Punkte, in dem die Mitteltemperatur des Kreisprozesses am höchsten ist.
Bei einer Art des Verfahrens nach der Erfindung bewegt sich das entweichende Gas in einem geschlossenen Stromkreise und gibt einen Teil seiner Wärme zur Erzeugung von Arbeit in einer Kraftmaschine ab, wobei dieses Gas beim Durchströmen einer geeigneten Kammer wieder erwärmt wird, indem es dort von Wasser oder von einer anderen Heizflüssigkeit geheizt wird, die aus einer ausserhalb des Stromkreises gelegenen Quelle kommt. Das wiedererwärmte Gas wird in die Flüssigkeit, aus der es früher ausgeschieden war, zurückgeführt.
Die geschieht in schlangenförmigen Absorptions-oder Sättigungsrofiren oder Kammern, die innerhalb ebenfalls schlangenförmiger Entweichungsrohre oder Kammern angebracht sind, so dass ein Ausgleich oder Austausch der thermischen Wirkungen'von Absorption
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und Trennung im Laufe dieser Prozesse unmittelbar zwischen Flüssigkeit und Gas stattfinden kann.
Die Druckverminderung, die die Umwandlung von Wärme in Arbeit in der Kraft maschine begleitet, kann durch geeignete Ausnutzung eines Teiles der durch diese Umwandlung erzeugten Arbeit ausgeglichen werden, wobei der Rest der vorhandenen Arbeit für den Gebrauch ausserhalb des geschlossenen Kreislaufes verfügbar bleibt. Die auf diese Weise verfügbare Arbeitsmenge ist der Grösse nach abhängig von der Wärmemenge, die das Gas von der Heizflüssigkeit aufgenommen hatte. Die Erfindung umfasst auch eine Art des Verfahrens zur Erhöhung der Temperatur eines Mittels durch Erniedrigung der Temperatur eines anderen, kälteren Mittels, wobei die Wärme von einer warmen entgasten Flüssigkeit zu einem ausserhalb des Kreisprozesses gelegenen Mittel geleitet wird.
Nach einer anderen Art des Verfahrens wird das entweichende Gas durch einen geschlossenen Stromkreis hindurchgeleitet und nach in einer Kraftmaschine vollbrachter Arbeit bei gesunkener Temperatur zu der es aufnehmenden Flüssigkeit zurückgeeitet, wobei ein Austausch der Wärmewirkungen der Absorption und des Entweichens des Gases stattfindet. Um den infolge der in der Kraftmasehine geleisteten Arbeit entstandenen Wärmeverlust zu ersetzen, wird die Flüssigkeit sodann wieder erwärmt, indem ihr Wärme von einer ausserhalb des geschlossenen Kreislaufes gelegenen Wärmequelle zugeführt wird, und zwar geschieht dies, indem Wasser oder ein anderes Heizmittel diejenigen Stellen beheizt, wo die Flüssigkeit, die das Gas bereits aufgenommen hat, am kältesten ist. Die beschriebenen Verfahren können in geeigneter Weise auch vereinigt werden.
In den Zeichnungen veranschaulicht Fig. i schematisch eine Anlage nach der Erfindung zur Umwandlung von Wärme in Arbeit. Fig. 2 ze : gt eine Anlage, die nach Bedarf als Heiz-oder Kühlanlage verwendet werden kann.
In der Anordnung nach Fig. i bezeichnet a einen Gaserzeuger, der eine Flüssigkeit enthält, in der ein Gas gelöst ist. Die Flüssigkeit füllt den Gaserzeuger nicht ganz aus, so dass ein Raum frei bleibt, in dem sich das aus der Flüssigkeit entweichende Gas ansammeln kann. Aus diesem Raum kann dieses Gas, allenfalls unter Verwendung eines Regelungsventiles oder einer anderen Regelungsvorrichtung, durch die Leitung b in den Arbeitszylinder c oder in eine andere Einrichtung abgegeben werden, die zur Umwandlung der im Gase in Form von Wärme und Druck aufgespeicherten Energie in nützliche Arbeit dient.
Nachdem das Gas in dem Zylinder c Arbeit geleistet und infolgedessen eine Temperaturund Druckverminderung erfahren hat, wird es durch die Leitung d in eine Wärmeaustausch- vorrichtung geführt, die aus einer in einem Rohr oder einer Kammer f eingebauten Heiz- schlange e besteht. Das Rohr oder die Kammer f wird von einem Strom von Luft, Wasser, Feuerungsgasen, Abdampf o. dgl. durchzogen, wodurch die Temperatur des Gases in der Schlange e gesteigert wird. Die Wärmeaustauschvorrichtung e, f kann Stufen aufweisen, wobei in den untersten Stufen Salzsohle oder eine ähnliche Flüssigkeit als Heizmittel verwendet'werden kann, namentlich in jenen Fällen, wenn die Temperatur des . Gases im Arbeitszylinder bis zur Bildung von Schnee herabsinkt.
Das wiedererwärmte Gas strömt sodann zu der Regelungsvorrichtung g, zu der auch aus dem Gaserzeuger a die entgaste Flüssigkeit durch das Rohr h geleitet wird, wie nachstehend beschrieben werden soll.
Die Regelvorrichtung g regelt selbsttätig oder auf irgendeine andere Weise das Verhältnis zwischen den Mengen von Gas und entgaster Flüssigkeit, die durch das Rohr i in die Absorptionskammer j geleitet werden. Diese Kammer kann durch ein Schlangenrohr
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zum erstenmale wieder aufgenommen wird. Die Kammer j ist innerhalb des Gaserzeugers a angeordnet und die sich bei der Wiederaufnahme des Gases durch die Flüssigkeit bildende Wärme wird zur Erwärmung der Flüssigkeit im Gaserzeuger a ausgenutzt, um eine weitere Ausscheidung des Gases aus der Flüssigeit zu bewirken.
Der Grad der teilweisen Sättigung der aus der Absorptionskammer i austretenden gashaltigen Flüssigkeit, der durch den erstmaligen Wiedereintritt des Gases in diese erreicht wurde, entspricht dem Drucke der Auspuffgase des Arbeitszylinders c. Die gashaltige Flüssigkeit wird durch'das Rohr k zu einer Pumpe l oder einer anderen entsprechenden Druckerhöhungsvörrichtung geleitet, durch die der Druck der Flüssigkeit in dem Gas-
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mässiger erscheint (in der Fig. i ist die Druckseite angenommen), wird die Flüssigkeit, nachdem sie das Gas zum erstenmale wieder aufgenommen hat, durch die innere Leitung m einer Wärmeaustauschvorrichtung geleitet, deren äussere Leitung it warme entgaste Flüssigkeit von dem Gaserzeuger a zu dem Rohre h leitet.
Der hier stattfindende Wärmeaustausch erniedrigt die Temperatur der warmen entgasten Flüssigkeit, wie dies vor dem erstmaligen Wiedereintritt des Gases in diese erforderlich ist, um diesen Wiedereintritt zu fördern, und
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erhöht die Temperatur der teilweise gesättigten Flüssigkeit, die durch die Leitung 1n fliesst.
Aus der Leitung in gelangt die Flüssigkeit in die Sättigungskammer o, die aus einem Schlangenrohr bestehen kann, das ganz oder zum Teil in die im Gaserzeuger vorhandene Flüssigkeit eingetaucht ist und bei p eine Öffnung zur Aufnahme von Gas aus dem oberen Teile des Gaserzeugers a besitzt.
Die Kammer o, in der der Absorptionsprozess vollendet wird, ist, gleich der Kammer innerhalb des Gaserzeugers a angeordnet, so dass die sich durch die vollständige Absorption bildende Wärme das Entweichen des Gases aus der im Gaserzeuger befindlichen Flüssigkeit ermöglichen kann. Die vollständig gesättigte Flüssigkeit geht durch das Rohr q von der Kammer o in den Gaserzeuger.
Die Bewegung des Flüssigkeitsstromes im Gaserzeuger a von der Zuleitung q bis zur Auslassstelle in die Leitung n vollzieht sich in entgegengesetzter Richtung zu dem Flüssigkeitsstrome durch die Absorptionskammer i und die Sättigungskammer o. Infolgedessen wird die Flüssigkeit im Gaserzeuger a in der Nähe der Auslassöffnung in die Leitung n, d. h. an denjenigen Stellen, wo in der Absorptions-und Sättigungskammer die getrennten Stufen der Absorption des Gases beginnen, eine höhere Temperatur besitzen als'die Flüssigkeit, die in den Gaserzeuger durch die Leitung q, d. i. in der Nähe derjenigen Stellen eintritt, wo die Absorptionsstufen in der Absorptions-und Sättigungskammer aufhören.
Auch ist infolge des Entweichens des-Gases im Gaserzeuger die Flüssigkeit am Austrittsende des Gaserzeugers weniger gashaltig, aber dafür wärmer als die Flüssigkeit, die in den Gaserzeuger durch die Leitung q eintritt, weil die sich in der Absorptions-und Sättigungskammer bildende Wärme auf die Flüssigkeit im Gaserzeuger übertragen wird.
Die Flüssigkeit und das entwichene Gas bewegen sich somit in geschlossenen, teilweise übereinandergreifenden Stromkreisen, ohne dass eines der kreisenden Mittel sein Kreislaufnetz verlassen kann. Das Gas, das eine tiefere Temperatur besitzt, nimmt Wärme von einer natürlichen Wärmequelle, wie z. B. Wasser oder Luft bei gewöhnlicher Temperatur, oder von einer anderen, ausserhalb der Stromkreise gelegenen Quelle auf, wenn es eine Wärmeaustauschvorrichtung e, f durchzieht, wobei bei Durchführung des Kreisprozesses diese Wärmeenergie bis zu einem thermischen Zustand gesteigert wird, der die Umwandlung dieser Energie in Arbeit ausserhalb der Stromkreise gestattet.
Der Gaserzeuger wird z. B. mit wässeriger Ammoniaklösung und gasförmigem Ammoniak unter etwa 7 Atm. Druck und bei gewöhnlicher Lufttemperatur geladen. Als Wärmequelle wird z. B. Wasser benutzt.
Die Anordnung nach Fig. i bildet eine Kühlanlage, in der die Wärmeaustauschvorrichtung e, f das Kühlelement bildet und die hierbei gewonnene Wärme im Zylinder c in Arbeit umgewandelt wird.
In einer abgeänderten Ausführungsform erhöht das Heizmittel die Temperatur der Flüssigkeit, nachdem das Gas von dieser wieder aufgenommen wurde. In diesem Falle
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vorrichtung e, f ist zwischen der Pumpe Z und der Wärmeaustauschvorrichtung ni, n angeordnet.
Der geschlossene Kreisprozess nach der Erfindung kann auch so angeordnet werden, dass er sowohl als Heiz-als auch als Kühlanlage verwendet werden kann. Eine derartige Anlage zeigt die Fig. 2.
In diesem Falle wird das Gas aus dem Gaserzeugers a durch das Rohr b zu einem Druckregelungsventil c'oder zu einer anderen ähnlichen Vorrichtung, durch die die Spannung das Gases geregelt werden kann, und von dort durch das Rohr d zu der Wärmeaustauschvorrichtung e, f geleitet, in der die die Leitung oder die Kammer f durchziehende Flüssigkeit gekühlt wird. Die Flüssigkeit der Absorptionskammer i fliesst von der Pumpe 1 unmittelbar durch das Rohr m2 zu der Sättigungskammer o. Die Flüssigkeit aus dem Gas-
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und dass die Wärmeaustauschvorrichtung in', n'auf diese Weise zu einem Heizelemente wird, dessen Heizwirkung von dem Abkühlungsgrade des Gases abhänge, das-die Leitung e der als Kühlelement wirkenden Wärmeaustauschvorrichtung e, f durchzieht.
Der Temperaturunterschied des Wassers oder eines anderen Heizmittels beim Eintritt in die Anlage und beim Austritt aus dieser muss nicht gross sein. Die Anlage kann betrieben werden, indem man von gewöhnlicher Temperatur ausgeht und auf eine Temperatur unter der gewöhnlichen hinarbeitet oder indem man mit einer erhöhten Temperatur beginnt und mit einer tieferen Temperatur schliesst, die ungefähr die Höhe der gewöhnlichen erreichen kann. Auf diese Weise kann an den Kreisprozess Wärme von der die Leitung f durchziehenden Flüssigkeit
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abgegeben werden, wobei diese in diese Leitung bei niedrigerer Temperatur eintritt wie die in die Leitung n'eintretende Flüssigkeit.
Die Menge der Arbeit, die durch die Anlage geliefert wird, ist eine abhängige Grösse einerseits vom Temperaturunterschied des Wassers oder des anderen Heizmittels bei seinem Eintritt in die Anlage und bei seinem Austritt' aus dieser und andrerseits von der verbrauchten Menge des Heizmittels. Etwaige Gasverluste in der Kraftmaschine oder in irgendwelchen anderen Teilen der Anlage werden nötigenfalls durch Gaszufuhr ausgeglichen.
. Es ist selbstverständlich} dass die beschriebenen Vorrichtungen, die die praktische Verwertung der Erfindung veranschaulichen sollen, bloss in ganz allgemeinen Formen und rein schematisch dargestellt sind, weil die baulichen Einzelheiten für das Wesen der Erfindung belanglos sind. Das Wesentliche an der Erfindung besteht darin, dass das aus der Flüssigkeit entwichene Gas wieder erwärmt wird, nachdem es sich infolge von Wärmeabgabe abgekühlt hat, und dass die infolge der Wiederaufnahme des Gases entstehende Temperaturerhöhung der Flüssigkeit dazu ausgenutzt wird, um die Ausscheidung des Gases herbeizuführen.