DE10010920A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung von Niedertemperatur Wärmeenergie in mechanische Energie mit Wärmeübertagungs- und Wärmepumpen-Arbeitskreisführungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Ausführung des Verfahrens, ent­ sprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine bekannte Verfahrensweise ist, dass Niedertemperaturwärmeübertragung von verschie­ denen Wärmequellen in Wämeträgerkreisläufe eingespeist, von diesen in eine Wasser­ füllung, die als Wassersäule bezeichnet und in einem Rohrbehälter eingeordnet ist, übertragen wird. Über diese Wasserfüllung wird Wärme, entsprechend dem Wärmeniveau an ein Arbeitsmedium in Wärmetauschervorrichtungen, die einen Siede- und Dampfkammer­ bereich aufweisen und in Wärmekraft/Arbeitskreisabläufen eingeordnet sind übertragen, die Wärmetauschervorrichtungen im Wärmekraft/Arbeitskeis sind höhenversetzt in der Wasser­ säule eingeordnet. In diesen Wärmetauschern wird über Leitungen flüssiges Arbeitsmedium eingespeist und Wärme aus der Wassersäule. Mit der Wärmezuführung expandiert das flüssige Arbeitsmedium und wird als Gas oder Dampf, mit einem durch die Wärmetempe­ raturniveau vorbestimmten Druckniveau zu einem Arbeitseinsatz geleitet, wobei über eine Wärmekraftmaschinen-Vorrichtung, mechanische Energie abgeleitet wird. Von dieser wird das Arbeitsmedium Dampf oder Gas mit einem vorbestimmten Druckerhalt in den Wärme­ entspannungsteilkreislauf gepresst und in diesem über Wärmetauscher, Wärme an die Wasserfüllung im Rohrbehälter in einen niedrigen temperarturführenden Bereich zurückge­ führt eingespeist und Wärme über das Wasser vorbestimmt weitergeleitet oder abgeleitet. Durch die Wärmeabgabe wird das gasförmige Arbeitsmedium im Wärmeentspannungs­ teilkreis im Volumen verringert, ganz oder teilweise verflüssigt und erneut zum Arbeits­ einsatz geführt. Wärme aus der Wasserfüllung wird mit dem höchsten Temperaturniveau in die Wärmekraft/Arbeitskreislaufführungen eingespeist. Die im Wärmekraft/Arbeitskreis geführte Wärme wird von dem höheren Niveau, über mehrere nacheinander geschaltete mit unterschiedlichem Druckniveau arbeitswirksam Wärmekraft-Kreislaufführungen bis zu den untersten temperaturniveauführenden Schichten in der Wassersäule gesteuert übertragen, wobei die Wärmetauscherabläufe in und aus der Wassersäule über Wärmeauftrieb und Wärmeschwerkraftabläufe beeinflußt werden und die zur Wärmekraft-Erzeugung erfor­ derliche Wärmeeinspeisung und Rückübertragung langsam erfolgt, wobei der Zeitablauf nur beschleunigt werden kann, wenn entsprechend hohe Temperaturdifferenzen zwischen den Wärmeübertragungsabläufen vorgegeben wird. Eine Temperaturdifferenzvorgabe bei den untersten Temperaturniveau aufweisenden Wasserschichten, wird dadurch gegeben, dass über Wärmetauscher und einem Wärmepumpen/Arbeitskreis, Wärme aus diesen Bereichen entzogen wird.

Über die Wärmepumpenkreislaufführungen wird Wärme mit niedriger Temperatur in das Arbeitsmedium in dieses eingespeist. Das Arbeitsmedium Gas oder Dampf in der Wärme­ pumpenkreislaufführung zu einem Verdichter geführt, von diesem über mehrere Abstufungen verdichtet, wobei über die Verdichtung, die im gasförmigen Arbeitsmedium eingespeicherte Wärme im Temperaturniveau angehoben und Wärme mit gehobener Temperatur an einen zugeordneten Wärmeträgerkreislauf über Wärmetauscherwandung abgegeben wird. Im Zyklus wird das Wärmepumpen-Arbeitsmedium über die Verdichtung mit Wärmeabgabe verflüssigt und über Expansionsventile gesteuert, wieder zum Arbeitseinsatz geleitet.

Verdichter-Wärme wird mit höchster Temperaturniveau-Vorgabe über Wärmeträgerkreis­ läufe zur Einspeisung in die Wärmekraft-Arbeitskreisläufe übertragen. Wärme wird bei Er­ fordernis in einer Wasserfüllung gesteuert, Temperaturniveau geschichtet, zwischenge­ speichert. Bei Bedarf wird für Wärmekraft und für Heizungs- und Warmwasserversorgung, aus der das erforderliche Temperatur aufweisende Wasser über Wärmeträgerkreislauf ab­ geleitet.

Nachteil bei dieser Erfindung ist, dass Antriebsenergie für den Verdichter im Wärmepumpen- Arbeitskreislauf über die Wärmekraft/Arbeitskreisführung nur gewonnen wird, wenn Wärme­ vorgaben von Wärmequellen mit gehobenem Temperaturniveau vorgegeben und Wärme­ übertragungsabläufe ohne gehobene Temperaturdifferenz in der gekapselten Wassersäule zeitaufwendig sind, d. h. nur langsam verlaufen. (Hinweis: Zusammenfassung P. A. Nr. 19921-366,6)

Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren und zur Ausführung des Verfahrens Vorrichtungen zu schaffen, die es ermöglichen, dass auch primär mechanische Energie aus Umwelt oder Sekundärwärme mit niedrigerer Temperaturniveauvorgabe über Wärmekraft/Arbeitskreislauf­ führungen gewonnen und Wärmeübertragungsabläufe, auch bei minimaler Temperatur­ differenz zwischen den Wärme abgebenden und Wärme übernehmenden, Wärme mit glei­ chem oder unterschiedlichem Arbeitsmedium führende Wärmetauscher-Leitungswege, Über­ tragungen beschleunigt ermöglicht wird.

Aufgabe wird durch Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und für die Ausführung des Verfahrens mit den genannten Vorrichtungen gelöst.

Vorteile der Erfindung sind, dass bei Wärmeauskoppelungsabläufen, z. B. aus Wärmeträger­ wassermassen, die mit vorgegebener oder programmierter Fließgeschwindigkeit weiterzulei­ ten sind, als erstes vom vorgegebenem Temperaturniveau ein oder einige °C für die Um­ wandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie erfolgen kann, so dass als erstes ein Anteil Verdichterantriebsenergie zur Verfügung ist und nachfolgend weiter Wärmeaus­ koppelung für Wärmetemperaturniveau anhebende Wärmepumpen-Kreislaufführungen ge­ geben und von dieser Wärme mit gehobenem Temperaturniveau für sonstige Wärme in Kraftumwandlungsverfahren abgeleitet werden kann, wobei über diese ergänzende me­ chanische Energiegewinnung, Verdichterantriebsenergie zur Verfügung gestellt werden kann. Außerdem Wärmeübertragungsabläufe beschleunigt verlaufend geleitet werden können. Insbesondere auch so, dass nach Erfordernis die Temperaturdifferenz zwischen dem Arbeitsmedium von Wärme abgebend und Wärme übernehmend geleiteten Über­ tragungsabläufe nach Vorplanung in Teilbereichen gleiches oder fast gleiches Temperatur­ vorgabe Wirkungsgrad steigernd, arbeitswirksam genutzt werden kann.

Ausführung der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im nachfolgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1:
eine schematische Darstellung einer Verdichtervorrichtung 1, mit zugeordnetem Wärmetauscher sowie Antriebsenergie-Übertragung 2, von nach außen Energiezuführenden Anschlussanbindungen sowie eine Wärme-Kraftmaschinen-Vorrichtung 3, mit Kraftübertra­ gender Verbindung zum Verdichter sowie Leitungsverbindungen zu Schachtbehältern 4, 5 u. 6 und in diesen eingeordneten Rohrbehälter mit Leitungsverbindung zu einem Flüssiggas oder Ammoniaksammler 9, sowie in der gekoppelten Leitungsverbindung, Druckgas oder Dampfdruckaufnahmebehälter 10, 11, 12, u. 18, mit Wärmetauscher-Zuordnungen, wobei im Leitungsverbund ein mehrteiliger Wärmetauscher-Röhrenbehälter 8, mit Leitungsan­ schlüssen und Verbindungsleitungen mit Wärmespeicher 51, und Wärmespeicher 52, wobei in diesem eingeordneten Wärmetauscher und Umwandlungs-Energie-Übertragungsverbin­ dungen Vorrichtungen 55 sind.

Fig. 2:
einen waagerechten Schnitt durch die Schachtbehälter 4, 5, u. 6, und in diesen eingeordne­ ten Rohrbehälter-Wärmetauscher, mit im Ansatz dargestellten Leitungsanschlußverbindun­ gen.

Fig. 3:
im senkrechten Schnitt dargestellt, die Schachtbehälter 4, 5, 6, mit teilweisen als geschlosse­ nen, und teilweise im Schnitt dargestellten eingeordneten Rohrbehälter-Wärmetauscher, mit Leitungsanschlüssen

Fig. 4:
eine Seitenansicht im Schnitt, in Abwandlung der Schacht-Behälter in Fig. 3, ein waage­ recht zu montierender Wärmetauscher-Röhrenbehälter 8 mit zugeordneten Wärmetauscher- Rohrleitungen und diese eingeordneten in Wärmetauscher-Montagevorrichtungen 48, 49.

Fig. 5:
In Abwandlung zu Fig. 4, nur die Wärmetauscher-Innenrohr-Montagevorrichtungen 48, 49, in Seitenansicht mit Lageweise eingeordneten Wärmetauscher-Rohrleitungen.

Fig. 6:
In Abwandlung zu Fig. 5, eine Draufsicht einer zweiteiligen Wärmetauscher-Innenrohr- Montagevorrichtung mit eingeordneten Wärmetauscher-Rohrleitungen 34, 35.

In der schematischen Darstellung, Fig. 1 ist die Draufsicht von Schacht-Behältern 4, 5, 6 skizziert, wobei in diesen Rohr-Behälter 28, 29, 30, 31 eingeordnet sind. Wobei die Rohr­ behälter 28, Druckkammer und Wärmetauscher-Vorrichtungen, die Behälter 29, Arbeitsmedi­ um-Ausdehnungs, bzw. Entspannungskammern und Wärmetauscher, die Rohrbehälter 30, Arbeitsmedium führende Wärmetauscher und die Rohrbehälter 31, verflüssigte Arbeits­ medium aufnehmende Behälter und Wärmetauscher sind. Die Schachtbehälter 4, 5, 6, 7, haben einen Wasser zuführenden Leitungsanschluss 22, und einen Wasser ableitenden Anschluss 24, sowie Leitungsanbindung 23 und 25. Die Schacht-Behälter sind für Wasser- Durchleitung miteinander verbunden und haben wie in Fig. 2 und 3 erkenntlich dargestellt, unterteilte Kammerbereiche, durch Trennwand mit oberen Durchströmöffnungen und Trenn­ wänden mit unteren Durchströmöffnungen, die im Wechsel versetzt eingeordnet sind, anstelle der Durchströmregelnden Trennwände, wie in Fig. 3 erkenntlich, können Flussrichtungsführende Rohre 39, zugeordnet sein. Desgleichen in der Darstellung Fig. 4, wobei der in der Seitenansicht skizzierte Wäremtauscher-Röhren-Behälter 8, in diesen in Abwandlung zur Rohr-Behälter-Wärmetauscher-Einordnung 28, 30, in den Schachtbehälter 4, 5, 6 die Wärmetauscher-Rohre 34, in der waagerechten geführt oder wie 35, in Schlangen­ linien, auf/ab oder wie bei Fig. 6, in der waagerechten Schleifenform eingeordnet, wobei es sich bei der Fig. 6, um eine Rohrmontage-Vorrichtung 48 handelt, in die die Rohr­ leitungen eingeordnet geführt befestigt sind. Die Montage-Vorrichtung 48, 49 ist zweiteilig und hat Wandteiler-Verschluss-Lippen-Zuordnung 50. Diese ist einseitig an einem der zwei­ teiligen Verteiler seitenbefestigt, an der anderen locker und beweglich gehalten. Die Rohrmontagen-Vorrichtung, wird bei der Montage vor Ort in die Rohrbehälter-Kammern 8, eingeschoben und die weiterführenden oder nach außenführenden Verbindungen im Ar­ beitsverlauf hergestellt, teilweise über die Leitungsdurchführung, bzw. Abzweig-Zuordnungen zugänglich. Die Kopfstücke-Enddeckel der Behälter 46, Verschlussdeckel sind nicht näher dargestellt, um diese Behälterkammer 8, kann Wärmedämmende Isolierung, die zugeordnet wird, oder durch Rohr in Rohrführung, Isolierung hergestellt werden. Um den Schacht-Behälter wird vorzugsweise eine Außenummantelung gesetzt und in diese hinein die geschlossenen Schachtbehälter mit Zubehör Rohrbehälter 28 bis 31 montiert. Diese Rohrbehälter haben leitungsführende Verbindung nach außen, wobei, wie in Fig. 3 dargestellt, in den Rohr- Behälter spiralförmig verlaufende Lamellen-Zuordnung 42 sind und diese nicht näher erkenntlich dargestellte Rillenführungen haben, worauf über Einspeisleitung 44, flüssiges Arbeitsmedium dosiert aufgesprüht wird und über den spiralförmigen Verlauf der Wärme­ tauscher-Lamellen 42, das flüssige Arbeitsmedium, vorzugsweise Ammoniak, verteilend auf den Leitspiralen entlang der Wandung verläuft, durch Wärmeübernahme über die Wandung von außen zu Dampf wird und entsprechend dem Arbeitsablauf, als dampfförmiges Arbeitsmittel abgerufen wird, wobei in Abwandlung bei der Schacht-Behälter-Kammer 5, wie gezeigt, die Rohrbehälter 29, die aus einem äußeren Rohr 40, mit eingeordnetem Rohr 41 bestehen und jeweils separat in oder aus diesen Arbeitsmediumleitenden Rohranschluss-Verbindungen haben. Wie bei Fig. 3 gezeigt, hat der Schacht-Behälter-Kammerteil 7, eingeordnete Rohrbehälter-Wärmetauscher 31, diese weisen innen ein bis Bodennahe führendes Rohr 26 auf und mehrere Behälter sind über eine Verbindung im Bodenbereich 45, verbunden, so dass über die Leitung vom oberen Bereich ein Dampf oder teilweise verflüssigtes Arbeitsmedium eingespeist werden kann, über Wärmeabgabe in diesem Bereich durch mehrere der Wärmetauscher-Rohre geführt, verflüssigt und über Einspeisrohr 26, bzw. Absaugrohr nach außen geführt werden kann.

In der Skizze schematisch dargestellt, Vorrichtung Wärme-Kraftmaschine 3, ist vorzugs­ weise eine Dampf, bzw. Gasdruckdifferenz auf einem Wasserführenden Druck-Kreislauf um­ setzende Vorrichtung, wobei über den Wasserdruck dann eine entsprechende Strömungs- Maschinen-Vorrichtung betrieben, über diese mechanische Energie an den Verdichter oder erst über Umwandlungsablauf in elektrische Energie, diese für den Verdichterantrieb mit ein­ gesetzt werden kann, wobei über die Verbindung 2, von einem anderen Bereich, z. B. 55, in der gleichen Form über Wärme-Energie in mechanischen Energie-Umwandlungsablauf Antriebsenergie dem Verdichter zugeführt werden kann, wobei dem Verdichter 1, Wärme- Tauscher-Vorrichtungen zugeordnet sind, über die die Verdichterwärme in Abstufungen weitergeleitet wird, das verdichtete Arbeitsmedium Ammoniak-Dampf, entsprechend der Verdichtung vom Verdichter über die Leitungsverbindung von Behälterkammer 10, hier Wärme abgebend von dort im weiteren Verlauf, Behälterkammer 11 und im weiteren Leitungsverlauf Behälterkammer 12, über die zugeordneten Ventile 14, der Druckerhalt so geregelt wird, dass nur geringfügiger Druckschwund durch die Weiterleitung gesteuert, der wesentliche Arbeitsmedium im Volumen verringende Vorgang über den Wärmeentzug, und damit verbundene Arbeitsmedium-Schrumpfung bewirkt wird, wobei über die Umsteuerungs- Ventil-Zuordnung 14, 19, von dem Dampfdruck Aufnahmebehälter oder Druckgaskammer 12, das Arbeitsmedium, je nach Wärmegehalt und Temperaturniveau, entsprechend Steue­ rungsprogramm in die Aufnahmebehälterkammer 18, hier Wärmeabgebend geleitet, über Ventil 19 geführt, in die Rohrbehälter-Wärmetauscher-Vorrichtungen 31 hineingepresst, über diese wird Restwärme an den Wasserdurchführenden Lauf durch die Behälterkammer 7, im Schacht-Behälter 6, abgeleitet und das Wärmepumpen-Arbeitsmedium im verflüssigten Zustand, über den Restdruck in den Behälterkammern, durch das bis zum Boden reichende Rohr 26, wie bei Fig. 3 gezeigt, herausgedrückt, über die Leitungsführungs-Verbindung von diesem zu einem Flüssig-Arbeitsmedium-Sammelbehälter, bzw. Ammoniak-Sammler befördert, von diesem über die Druckbildung, oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in diesem, wird über Leitungsführung 27, bedarfsgesteuert in die Rohrbehälter 28 bis einschl. 30 befördert. Die Dampfdruck aufnehmende Kammer-Zuordnungen sind den Rohrbehältern 28, für die Dampf-Entspannung zugeordnet. In den Rohrbehältern 29, und dem zusätzlich Wärme aufnehmenden Verdichterteilkreis, ist den Rohrbehälter-Wärmetauschern 30, zu­ geordnet. Über Arbeitsmedium Flüssig-Einsprühung in diesen, mit Wärmeübertragung aus dem Durchfliessenden Wasser, wird laufend Dampf in den Rohrbehältern erzeugt, durch den Wärmeübertragenden Verlauf von dem höheren Wärmeniveau aus dem Wasser in das niedrige Temperaturniveau, wobei durch die Verdampfung primär niedrige Temperatur, bis in den Minusbereich in den Rohrbehältern 30, erzeugt wird, Wärme im nachfolgenden Dampfführungsverlauf eingespeist wird, bis zu einem vorbestimmten Druck und Temperatur­ niveau ansteigt, entsprechend durch diese Rohrbehälter Rohr in Rohrzuordnung 40,41, wie bei Fig. 3 gezeigt, das dampfförmige Arbeitsmedium im Wärmeaufnehmenden Strömungs­ verlauf von einer Behälterkammer durch das Innenrohr 41, in diese eingeführt, über den äußeren Teil des Rohres nach oben ansteigend, durch mehrere Rohrbehälter Wärme aufnehmend geführt, wobei die Wärme aufnehmende Kammer-Durchströmungen so ge­ steuert erfolgen, so dass das höchstmögliche Wärmeniveau in dem Ammoniak-Dampf in dieser Teilkreisführung erreicht wird, im nachfolgenden über die Wärmetauscher- Zuordnung in dem Dampfdruck-Aufnahmebehälter 18, mit Durchströmung des Wärme­ tauschers in diesem Verdichterwärme mit Temperaturniveau, wie im Wärmeabgebenden Verdichter vorgegeben, weitere Wärme aufnehmenden Teilkreis eingespeist, das Arbeits- Medium, vorzugsweise Ammoniak, über Schaltventil 13, mit Programmvorgabe, d. h.. bei noch freier Verdichterkapazität des Verdichters 1, zu der Entspannungs-, bzw. Aus­ dehnungs-Dampf-Ableitung aus den Behälterkammern 29, zugeführt, in die Verdichter- Ansaugleitung eingespeist wird, wobei über Ventil 20 im Wechsel aus den Rohrbehälter- Entspannungskammern 29, vorrangig der Ammoniak-Dampf aus dem Druckdifferenz er­ zeugenden Verlauf, d. h., Energie Umwandlungs-Kreislauf-Führung zum und durch Ver­ dichter laufend geführt verdichtet weitergeleitet wird. In den Wärme tauschenden und arbeitswirksam gekoppelten Kreislauf-Verbindungen, erfolgt die Wärmezuführung außen über Wasseranschluss-Leitungsverbindung 22 und 23, wobei Wasser als Wärmeträger, Wärmetauschleitender Führung durch die Schacht-Behälter 4, 5, 6, oder Rohrbehälter- Vorrichtung 8, Wärmeabgebend und über Schacht-Behälter-Kammer 7, geringen abzu­ leitenden Wärmeanteil in dem Durchströmenden Wasserverlauf zurückführt, während die Wärmeübertragungen mit gehobenem Temperaturniveau, soweit nicht in den Kreis­ läufen weitergereicht/abgeleitet, in Wärmespeicher eingespeist und aus diesen über Programm Wärmetauschabruf für einen Arbeitseinsatz genutzt wird.

Funktion

Wärmekraft mit arbeitswirksam gekoppelten Wärmepumpen-Arbeitskreis, wobei über eine Rohrbehälter-Vorrichtung 8, und/oder Schachtbehälter 4, 5, 6, Wasser durchge­ leitet wird, über auf/ab Wasser-Fließ-Führung mit Wärmeauskoppelung aus dem durch­ fliessenden Wasser und Übertragung in ein Arbeitsmedium mit Umwandlungs-Abläufen vom flüssigen in gasförmigen Zustand, bei Durchströmen von Wärmetauscher-Rohrbehälter 28, oder Wärmetauscher-Rohrleitungen 37, mit Expansion des Arbeitsmedium bis zum Sätti­ gungsdruckniveau der Gas oder Dampfdruck aus den Rohr-Behältern 28, über Steuerven­ til und Leitungsverbindung 20, die Kraftmaschine 3, beaufschlagend geführt und von dieser über Verbindungsleitung in und durch Rohr-Behälter-Entspannungskammer 29, geleitet, in diese ausdehnend im Temperaturniveau absinkend, als gasförmiges Arbeitsmedium vor­ zugsweise Ammoniakdampf, Wärme aufnehmend über die Rohr-Behälter-Wärmetauscher- Wandung aus der Wasser-Durchleitung, durch Schachtbehälter, 5 wobei dem entspannten, Wärme aufnehmenden Dampfverlauf über Einspeisleitung 27, bis zu einer bestimmten Druckniveau-Vorgabe Arbeitsmedium Ammoniak flüssig zugeführt, der entspannte Dampf mit Wärme angereichert wird und vorprogrammiertes Druckniveau, über Steuerungsventil 20 vom Verdichter 1 angesaugt, auf ein vorbestimmtes Druckniveau verdichtet, das Tempera­ turniveau in dem Dampf angehoben, über Wärmetauscher an einen anderen Wärmeträger­ kreis weitergeleitet, der Dampf im verdichteten Zustand über ein oder mehrere Zwischen­ kammern in Dampfdruckaufnahme-Behälter 10, 11, 12, Wärme abgebend nach aussen ge­ führt, unter Beibehalt eines vorbestimmten Druckniveau, Schrumpfungsablauf durch Wärme­ abgabe das Arbeitsmedium im dampfförmigen Zustand über Leitung und Ventil 14, sowie Dampfdruckaufnahme-Behälter 18, hier weitere Wärme abgebend, das vom gasförmigen in verflüssigten Zustand übergehende Arbeitsmittel über die Ventilsteuerung 19, und Leitungs­ führung zu den Rohrbehälter-Wärmetauscher 31, im Kammerbereich 7, im Schachtbehälter 6, eingespeichert, von hier über den Druckerhalt und Leitungsführung in den Ammoniaksammler 9, befördert, wobei von diesem mit bestimmten Druckniveau-Erhalt wieder in die Arbeitskreis­ laufführungen eingespeist wird.

Bezugszeichenliste

1

Verdichtervorrichtung mit Wärmetauscher

2

Verdichterantrieb/Motor

3

Dampf-Gasdruckdifferenz-Umsetzungsvorrichtung-Wärmekraftmaschine

4

Schachtbehälter mit eingeordneten Wärmetauscher-Röhrenbehälter mit Arbeitsmedium zu- und ableitenden Anschlussverbindungen

5

Schachtbehälter mit Wärmetauscher wie vor

6

Schachtbehälter mit Wärmetauscher wie vor

7

Schachtbehälter mit Wärmetauscher wie vor

8

Wärmetauscher-Röhrenbehälter mit Rohr in Rohrführung und innen Wasser durchströmleitenden Wandeinsätzen, incl. Außenrohr-Wärmedämmungs­ ummantelung sowie Leitungsanschlussverbindungen

9

Flüssiggas oder Ammoniaksammler

10

Druckgas- oder Dampfdruckaufnahmebehälter mit Wärmetauscher und Leitungsan­ schlusszuordnungen

11

wie vor

12

wie vor

13

Expansionsventil/Durchströmregelvorrichtung

14

wie vor

15

Pumpenvorrichtung

16

wie vor

17

Umwälzpumpe

18

Druckgas oder Dampfdruckaufnahmebehälter

19

Dampfströmregler

20

wie vor

21

wie vor

22

Wasserleitungsanschluss

23

wie vor

24

wie vor

25

wie vor

26

Ableitung

27

Einspeisleitung

28

Rohr-Behälter-Druckkammer-Wärmetauscher

29

Rohr-Behälter-Entspannungskammer Wärmetauscher

30

Rohr-Behälter-Wärmetauscher

31

wie vor

32

Verteilerleitung

33

wie vor

34

Wärmetauscher-Rohr-Leitungen

35

wie vor

36

Anschlussverbindung

37

Trennwand mit oberer Durchströmöffnung

38

Trennwand mit unterer Durchströmöffnung

39

Fließ-Richtung-Leitrohr

40

Rohr-Behälter-Außenrohr

41

Rohr-Behälter-Innenrohr

42

Leitspirale-Lamelle

43

Einspeisleitung

44

Einspeisöffnungen

45

Verbindung

46

Rohrbehälter-Verschluß

47

Leitungsdurchführungs-Abzweig

48

Innenrohr-Montage-Vorrichtung

49

wie vor

50

elastischer Wandteiler Streifen

51

Wasserspeicher mit Wärmetauscher

52

Wärmespeicher mit Vorrichtungen zur Nutzung von Wärmeenergie mit gehobenem Temperaturniveau und Wärmetauscher, sowie Wärmekraftübertragungszubehör

53

Wärmeträgerleitungen

54

wie vor

55

Energie-Übertragungsverbindung

Claims (9)

1. Verfahren zur Umwandlung von Wärmeenergie, mechanische Energie mit Wärmeüber­ tragungs- und Wärmepumpen-Arbeitskreisführungen, wobei die Ablaufe gesteuert aus und in einer gekapselten Wasserfüllung, die in einem senkrecht angeordneten Rohrbe­ hälter eingeordnet ist und in dieser über zugeordnete, höhenversetzte Wärmetauscher aus einer oder mehreren Wärmequellen von außen über Wärmeträgerkreislaufführungen mit gesteuerter Temperaturniveau-Schichtung in der Wasserfüllung Wärme eingespeist und Wärme weitergeleitet wird. Bei Übertragungsabläufen, in ebenfalls höhenversetzt, in der Wasserfüllung zugeordneten Siede- und Dampfkammerbereiche aufweisende Wärme­ tauschervorrichtungen von Niedertemperatur-Wärmekraft-Arbeitskreislaufführungen mit Arbeitsmediumexpansion in diesen, durch Flüssiggas oder Ammoniakeinspeisung er­ zeugt, in der Wärmekraft-Expansion-Teilkreisführung, Wärme aufnehmend und in der Schrumpfungs-Teilkreisführung Wärme an die Wasserfüllung zurückübertragend ge­ führt, im Wärmekraft-Arbeitskreis mit Zyklus der Arbeitsmediumführung gasförmig und flüssig eine arbeitswirksam zu nutzende Druckdifferenz erzeugt, die über Kraftmaschinen- Vorrichtung in mechanische Energie umgewandelt, für Verdichterantrieb direkt oder über Kraft-Stromumwandlungsablauf indirekt aus der Wärmekraft-Kreislaufführung mechanische Energie abgeleitet, wobei Sekundärwärme und/oder Umweltwärme mit höherem Tempe­ raturniveau in die Kreislaufführungen eingespeist und mit abgesenktem Temperaturniveau, teilweise für Heizung- und Warmwasserversorgung abgeleitet und teilweise mit weiter abge­ senktem Temperaturniveau über Wärmetauschervorrichtungen in die Wärmepumpen-Kreis­ laufführungen eingespeist, wobei in diesem vorweg über Entspannungsteilkreisführung Niedertemperatur-Wärme aus der Umwelt- oder Sekundärwärmeführende Kreisläufe aufgenommen, das gasförmige Arbeitsmedium im Wärmepumpenkreislauf über den Verdichter komprimiert, wobei das Temperaturniveau im Arbeitsmedium der Wärmepumpen-Kreislauf­ führung angehoben, an einen Wärmeträger-Kreislauf übertragen und über diesen in die Rohrbehälter Wasserfüllung zur Weiterleitung eingespeist wird. Im Zyklus, das Wärmepumpen­ arbeitsmedium, Wärme abgebend über die Verdichterpumpe verdichtet/verflüssigt sowie über Entspannungsventil im nachfolgenden dosiert, in den Entspannungsteilkreis zurückgeführt, hierbei vom Flüssigen in gasförmigen Zustand übergehend, Wärme aufnehmend, durch Wärmetauscher-Vorrichtungen geleitet und vom Verdichter wieder angesaugt verdichtet, über Steuerungsprogramm einer Schaltzentrale, nach Impulsvorgabe von Niveautester-Kontaktgeber aus den Vorrichtungen und Kreislaufführungen, die Schaltenergiezuführung für Steuerungs­ ventile oder Absperrorgane und Sicherheitsvorrichtungen mit Arbeitsmedium-Führungen über Pumpen und Energieumwandlungsabläufe mit Wärmeübertragungen von einem höheren Temperaturniveau zu einem niedrigen Temperaturniveau, wobei über diese eine arbeitswirksame Druckdifferenz in Teilbereichen der Kreislaufführungen durch Wärmeaufnahme und Kuhlung erzeugt, arbeitswirksam gesteuert wird.
Dadurch gekennzeichnet, dass von außen zugeführtes Wasser als Wärmeträger, Schacht (4) (5) (6) und/oder Rohrbehälter-Vorrichtung (8) durchströmend geleitet, Wärme über Wärme­ tauscher-Rohrwandungen ausgekoppelt mit Übertragung in mindestens einen, funktionell verknüpften Wärmekraft-Wärmepumpen-Arbeitskreis mit flüssig-gasförmig-flüssig Zyklus Arbeitsmedium, vorzugsweise Ammoniakleitender Arbeitskreis-Führung, in der in den zugeordneten Rohr-Behälter-Druckkammern (28) und/oder Wärmetauscher in unterteilter Teilkreisführung mit Arbeitsmedium flüssig und mit Wärme-Einspeisung im gasförmigen Zustand bis zum Sättigungsgrad/Druckniveau Druck erzeugt, der aus den Rohrbehälter- Kammern (28) über Steuerungsventil und Leitungsverbindung (20), Kraftmaschinen-Vor­ richtung (3) beaufschlagend über nachgeordnete Druckdifferenz erzeugende Ausdehnungs­ teilkreis-Führung, über Verbindungsleitung in und durch die Rohrbehälter-Entspannungs­ kammer (29) gedrückt, über die druckentspannende Dampfausdehnung, Primär-Tempe­ raturniveau abfallend, das gasförmige Arbeitsmedium mit Wärme aufnehmender Durch­ strömung der Rohrbehälterkammer (29) Wärme nach Temperaturvorgabe aufnehmend und Temperatur anhebend durch die Rohrbehälter-Wärmetauscher und Entspannungs­ kammer (29) über weiterleitende Arbeitsmediumführung (20) zum Verdichter (1) ge­ führt, über diesen mit Temperaturniveau anhebenden und Wärme abgebenden Ver­ dichtungsabläufen, bei Wärme in Antriebsenergie-Umwandlungsabäufen von Kraftma­ schine (3) und Energiezuführung von außen, über Verdichterantrieb (2) das Arbeitsme­ dium Dampf aus der Entspannungs-Teilkreisführung (29) angesaugt, laufend bis zu einem vorbestimmten Druckniveau komprimiert, im verdichteten Zustand über ein oder mehrere Zwischenkammern in Dampfdruck-Aufnahmebehälter (10) (11) (12) Wärme über die zugeordneten Wärmetauscher und über die mit diesen verbundenen Wärmeträger- Arbeitskreislauf-Führungen abgebend, das gasförmige Arbeitsmedium über weiterführende Leitungswege (14) (18) (15) in die Rohrbehälter-Wärmetauscher (31) mit Wärmeentzug und Ventil gesteuerten Druckniveau-Erhalt gedrückt, verflüssigt eingespeist, Wärme nach Temperaturdifferenzvorgabe an das durchströmende Wasser im Schacht-Behälter- Kammerbereich übertragend von gasförmig in verflüssigten Zustand übergehend gesteuert, ein und aus den Rohrbehälter-Wärmetauschern (31) über Einspeis-Arbeitskreis-Führung (26) (9) (27) geführt, bedarfsgesteuert über Ventile dosiert, in die Rohrbehälter-Druckkammern Wärmetauscher (28) sowie Rohrbehälter-Entspannungs-Kammern Wärmetauscher (29) und Rohrbehälter-Wärmetauscher (30) und/oder (34) eingespeist, Druckdifferenz erzeugend, Wärme in mechanische Energie umwandelnd, arbeitswirksam bei laufender Wärmeüber­ tragung aus der Wasserführung durch die Schacht-Behälter (4) (5) (6) und/oder (8) Wärme in das gasförmige Arbeitsmedium der Wärmekraft-Wärmepumpen-Teilkreislaufführungen, über­ tragen, mit Verdichterpumpen-Beaufschlagung über Antriebsenergiezuführung Arbeitsmedium Gas oder Dampf aus Wärmekraft-Teilkreis angesaugt, Wärme im Temperaturniveau über Verdichtung angehoben, in mehreren Abstufungen temperaturreduzierend, Wärme an Wärme­ trägerkreisläufe abgeleitet und über Rohrbehälter-Wärmetauscher (31) aus dem gasförmigen Arbeitsmedium der funktionell verknüpften Kreisläufe, abzuführende Restwärme an das die vorgeordneten Behälterkammer Wärme abgebende durchströmende Wasser in einem oder mehreren nachgeordneten Behälterkammerbereiche nach Bedarf abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserdurchströmung von Wasseranschlußverbindung (22) und/oder (23) durch Schacht­ behälter (4) (5) (6) (7) und/oder Rohrbehälter (8), der Was­ serdurchströmungsverlauf auf und ab und/oder rechts, links über Raumteiler-Wandöffnungen und/oder Führungsrohr über höhen- und/oder seitenversetzten Durchströmöffnungen einer Wärmetausch durchströmenden Führung, primär Wärme abgebend und sekundär Wärme aufnehmend, an Wärmetauscherrohren entlang, das durchströmende Wasser geleitet über Anschlußverbindung (25) (24) weitergeleitet/abgeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1. und 2. dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertragungsablauf aus der Wärme abgebenden an die Wärme aufnehmende Arbeits­ mediumführung durch die Schacht- oder Rohrbehälter in der Arbeitsmediumführung gekoppelten und über getrennter Wärmetauscherleitung und/oder Wärmetauscherkammern, entgegengesetzt gesteuert geführt, wobei in der senkrechten Wärmetauscher-Strömungsführung insbesondere der Wasser durchströmenden Führung in den in dieser über Wärmetauscher-Wandung wärmeaufnehmend oder abgebend das gasförmige Arbeitsmedium durch Wärmetauscher-Innenrohr ge­ leitet, der entgegengesetzte Durchströmungsverlauf gesteuert in den äußeren Wärmetauscherbereich geführt, in diesem an den Außenwandungen in der Senkrechten von unten nach oben, entgegengesetzt der Außenwasser-Flußrichtung strömend geleitet, im weiteren Durchströmungsverlauf die Ströungs­ richtung über die Innenrohrführung zur Bodennähe und wieder von unten nach oben das gasförmige Arbeitsmedium mit Wärme bis die höchstmögliche Wärmeübertragungs-Temperatur ange­ reichert geführt über Schaltventil (20) oder (13) gesteuert in Intervallen aus verschiedenen Wärmetauscher über Rohr­ verbindungen geführt, zur Verdichtervorrichtung (1) angesaugt, geleitet wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in den Kreislaufverbindungen gekoppelt eingeordneten Wärmetauscher-Rohrbehälter (12) (18) durch die Wärmetauscher-Rohrleitungen in diesen, das gas­ förmige Arbeitsmedium aus Rohr-Behälter-Wärmetauscher (30) zugeführt durchströmend mit programmiertem Wärmeübertragungs- Temperatur- und Drucknivo über Ventile (16) (13) in Interval­ len gesteuert in den Verdichterablauf eingespeist wird.

5. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1. bis 4. dadurch gekennzeichnet, dass Schachtbehälter (4) (5) (6) und/oder Rohrbehälter (8) Leitungsverbindung (22) (24) (32) (33) und eingeordnete Röhrenbehälter Wärmetauscher haben, die funktionell verknüpfte Leitungsverbindungen mit ein­ geordneter Wärmekraftmaschine (3), Verdichtervorrichtung (1), Druckgas- oder Dampfdruck-Aufnahmebehälter (10)(11) (12) mit Wärmetauscher-Wärmeträgeranschluß-Zuordnungen (54) (53) (16) aufweisen.

6. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass Schacht- und Röhren-Behälter­ kammern, Trennwände (37) (38) und/oder Fließrichtungs-Leit­ rohr (39) mit oberen oder unteren Durchström-Ein-Ausström­ öffnungen sowie in den Kammern eingeordnete Wärmetauscher­ leitungen (34) (35) und/oder Dampfdruck-Aufnahmebehälter (10) (11) (12) oder Rohrbehälter Druckkammer-Entspannungskammer Wärmetauscher (28) (29) (30) (31) mit nach außen führenden Leitungsanschlüssen aufweisen.

7. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrbehälter Wärmetauscher (28) (30) im Rohrinnern eingeordnete Leitspirale-Lamelle so­ wie Einspeisleitung mit ein oder mehreren Einspeisöffnungen vorzugsweise höhenversetzt in der Leitspiralführung aufweisen.

8. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass Wärmetauscher Rohrbehälter (8) in Zuordnung eine Innenrohr-Montagevorrichtung (48) (49) mit Wärmetauscher-Leitungsführung (35) (34) und Strömungs-Leit­ trennwände die versetzte Durchströmöffnungen (37) (38) und/oder Fließrichtungs-Leitrohr (39) hat, aufweist.

9. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, dass die Innenrohr-Montagevorrichtung (48(49) eine Unterteilung mit einseitig elastischen Wandteilerstreifen (50) hat.