DE102005049215A1 - Method and device for obtaining mechanical or electrical energy from heat - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Gewinnung von mechanischer Energie aus Wärme zur Verfügung gestellt. Dieses umfasst die Schritte: DOLLAR A - Entziehen von Wärme aus einer Wärmequelle; DOLLAR A - Übertragen der entzogenen Wärme auf ein in einem geschlossenen Wärmekreislauf (200, 300) zirkulierendes Wärmefluid und Verdampfen des Wärmefluids mittels der übertragenen Wärme unter Erhöhung des Druckes im verdampften Wärmefluid; DOLLAR A wobei DOLLAR A - das unter hohem Druck stehende Wärmefluid eine Strömungsmaschine (22) durchströmt und dabei unter Abkühlung und Entspannung Arbeit leistet; DOLLAR A - das nach dem Durchströmen der Strömungsmaschine entspannte und abgekühlte Wärmefluid wieder kondensiert wird und DOLLAR A - der Druck des kondensierten Wärmefluids wieder mittels der Wärme der Wärmequelle erhöht wird und DOLLAR A - das Wärmefluid derart ausgewählt ist, dass sich durch Ausnutzung einer Temperaturspreizung mit einer Maximaltemperatur von nicht mehr als 130 DEG C eine Dampfdruckdifferenz von wenigstens 0,5 MPa realisieren lässt.A method for obtaining mechanical energy from heat is provided. This includes the steps: DOLLAR A - extracting heat from a heat source; DOLLAR A - transferring the extracted heat to a heat fluid circulating in a closed heat circuit (200, 300) and evaporating the heat fluid by means of the transferred heat while increasing the pressure in the vaporized heat fluid; DOLLAR A where DOLLAR A - the high-pressure thermal fluid flows through a turbomachine (22) and does work while cooling and relaxing; DOLLAR A - the relaxed and cooled thermal fluid is condensed again after flowing through the turbomachine and DOLLAR A - the pressure of the condensed thermal fluid is increased again by means of the heat of the heat source and DOLLAR A - the thermal fluid is selected in such a way that by using a temperature spread with a maximum temperature of not more than 130 ° C can achieve a vapor pressure difference of at least 0.5 MPa.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von mechanischer oder elektrischer Energie aus Wärme. Daneben betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.The The present invention relates to a method for obtaining mechanical or electrical energy from heat. In addition, the invention relates to an apparatus for performing the Process.

Das Erzeugen mechanischer oder elektrischer Energie erfolgt heutzutage hauptsächlich durch Umwandeln anderer Energieformen in Wärme, welche dann dazu genutzt wird, bspw. eine Turbine anzutreiben. Beispiele für diese Art der Energiegewinnung sind Öl-, Gas- oder Kohlekraftwerke, in denen in chemischen Verbindungen gespeicherte Energie in Wärme umgewandelt wird, sowie Atomkraftwerke, in denen in Atomkernen gespeicherte Energie in Wärme umgewandelt wird. Dabei fällt ein Großteil der Wärme als zur Gewinnung mechanischer oder elektrischer Energie nicht nutzbare Abwärme an. Diese wird gelegentlich im Rahmen der Kraft-Wärme-Kopplung als Heizwärme genutzt; häufig wird die Abwärme jedoch ungenutzt an die Umgebung abgegeben. Eine Nutzung der Restwärme zur Gewinnung weiterer mechanischer oder elektrischer Energie kommt zumeist nicht in Betracht, da die Resttemperatur für die verwendeten Prozesse zur Gewinnung mechanischer oder elektrischer Energie nicht hoch genug ist.The Generating mechanical or electrical energy takes place nowadays mainly through Turning other forms of energy into heat, which is then used is, for example, a turbine to drive. Examples of these Type of energy production are oil, Gas or coal power plants in which stored in chemical compounds Energy in heat is converted, as well as nuclear power plants, in which stored in atomic nuclei Energy in heat is converted. It falls a lot of the Heat as not usable for the production of mechanical or electrical energy waste heat at. This is occasionally in the context of combined heat and power as heating heat used; often is the waste heat but released to the environment unused. A use of residual heat to Obtaining additional mechanical or electrical energy comes mostly not considered, since the residual temperature for the used Processes for obtaining mechanical or electrical energy not is high enough.

Der zunehmende Energiebedarf macht es erforderlich, bei der Gewinnung mechanischer Energie und elektrischer Energie neue Wege zu beschreiten und insbesondere den Anteil an umweltverträglicher Energiegewinnung zu erhöhen. Dabei sind bspw. die Gewinnung von mechanischer und elektrischer Energie aus Sonnenlicht oder Windkraft zu nennen. Eine Kraftstation, die in der Lage ist, Wärme auf einem niedrigen Temperaturniveau zu nutzen und die z.B. für Solarenergie zum Einsatz kommen kann, ist in DE 101 26 403 A1 offenbart. Die Kraftstation umfasst einen Kreislauf mit einem Hochdruckbehälter, einem Niederdruckbehälter, einer zwischen die beiden Druckbehälter geschaltete Turbine oder Kolbenmaschine und einer Druckaufbereitungseinrichtung. In dem Kreislauf zirkuliert flüssiges Kohlendioxid unter hohem Druck, welches die Turbine oder Kolbenmaschine antreibt. In der Kraftstation liegt der Druck des flüssigen Kohlendioxids bei 10°C bei 50 Atmosphären und bei 20°C bei 100 Atmosphären.The increasing demand for energy makes it necessary to break new ground in the production of mechanical energy and electrical energy and in particular to increase the proportion of environmentally friendly energy production. In this case, for example, the extraction of mechanical and electrical energy from sunlight or wind power to call. A power station that is able to use heat at a low temperature level and that can be used, for example, for solar energy is in DE 101 26 403 A1 disclosed. The power station comprises a circuit with a high-pressure vessel, a low-pressure vessel, a turbine or piston machine connected between the two pressure vessels and a pressure treatment device. In the cycle, liquid carbon dioxide circulates under high pressure, which drives the turbine or piston engine. In the power station, the pressure of the liquid carbon dioxide at 10 ° C at 50 atmospheres and at 20 ° C at 100 atmospheres.

Neben der Gewinnung von mechanischer und elektrischer Energie aus Sonnenlicht oder Windkraft wird auch die Gewinnung von mechanischer oder elektrischer Energie aus Erdwärme in Betracht gezogen. Die Energiegewinnung aus geothermischen Vorkommen ist weltweit grundsätzlich an jedem Punkt der Erde möglich. Bisher sind geothermische Systeme jedoch fast ausschließlich bei der Gewinnung von Wärme und ggf. der Gewinnung von Kälte sowie der Heißwasseraufbereitung im Einsatz. Die Gewinnung von Energie beispielsweise in Form von mechanischer oder elektrischer Energie ist bis auf wenige Versuchsanlagen, die diese Energie erzeugen können, bisher kaum realisiert. Die Gewinnung mechanischer oder elektrischer Energie unter wirtschaftlich vertretbaren Kosten ist daher eine große Herausforderung. Das Gelingen dieses Vorhabens entlastet die Umwelt und ermöglicht es, fossile Energiereserven anderen Nutzzwecken zuzuführen.Next the extraction of mechanical and electrical energy from sunlight or wind power will also be the extraction of mechanical or electrical Energy from geothermal energy taken into consideration. The energy production from geothermal deposits is basically worldwide possible at any point on earth. So far, however, geothermal systems are almost exclusively included the extraction of heat and possibly the production of cold as well as the hot water treatment in use. The extraction of energy, for example in the form of mechanical or electrical energy is, except for a few pilot plants, that can generate that energy, hardly realized so far. The extraction of mechanical or electrical Energy at economically reasonable cost is therefore one size Challenge. The success of this project relieves the environment and allows to supply fossil energy reserves for other purposes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Gewinnung von mechanischer oder elektrischer Energie aus Wärme zur Verfügung zu stellen, mit denen auch die Gewinnung mechanischer oder elektrischer Energie aus Wärmereservoiren mit relativ niedrigen Temperaturen und insbesondere aus Erdwärme möglich ist.task The present invention is an improved method and an improved device for the recovery of mechanical or electrical Energy from heat to disposal with which the extraction of mechanical or electrical Energy from heat reservoirs is possible with relatively low temperatures and in particular from geothermal energy.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Gewinnung von mechanischer Energie aus Wärme nach Anspruch 1 bzw. eine Vorrichtung zur Gewinnung von mechanischer Energie aus Wärme nach Anspruch 9 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.These Task is solved by a method of obtaining mechanical Energy from heat after Claim 1 or a device for obtaining mechanical Energy from heat solved according to claim 9. The dependent ones claims contain advantageous embodiments of the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von mechanischer Energie aus Wärme umfasst die Schritte:

  • – Entziehen von Wärme aus einer Wärmequelle;
  • – Übertragen der entzogenen Wärme auf ein in einem geschlossenen Wärmekreislauf zirkulierendes Wärmefluid und Verdampfen des Wärmefluids mittels der übertragenen Wärme unter Erhöhung des Druckes im verdampften Wärmefluid; wobei
  • – das unter hohem Druck stehende verdampfte Wärmefluid eine Strömungsmaschine, bspw. eine Turbine, durchströmt und dabei unter Abkühlung und Entspannung Arbeit leistet;
  • – das nach dem Durchströmen der Strömungsmaschine entspannte und abgekühlte Wärmefluid wieder kondensiert wird; und
  • – der Druck des kondensierten Wärmefluids wieder mittels des der Wärme der Wärmequelle erhöht wird.
The method according to the invention for obtaining mechanical energy from heat comprises the steps:
  • - removing heat from a heat source;
  • - Transferring the extracted heat to a circulating in a closed heat cycle thermal fluid and evaporation of the heat fluid by means of the heat transferred with increasing the pressure in the evaporated heat fluid; in which
  • - The high-pressure vaporized heat fluid flows through a turbomachine, for example. A turbine, while doing work under cooling and relaxation work;
  • - The relaxed and cooled after flowing through the turbomachine and condensed heat fluid is condensed again; and
  • - The pressure of the condensed heat fluid is increased again by means of the heat of the heat source.

Im erfindungsgemäßen Verfahren ist das Wärmefluid derart ausgewählt, dass sich durch Ausnutzung einer Temperaturspreizung mit einer Maximaltemperatur von nicht mehr als 130°C, insbesondere mit einer Maximaltemperatur von nicht mehr als 60°C und vorzugsweise einer Maximaltemperatur von nicht mehr als 30°C eine Dampfdruckdifferenz von wenigstens 0,5 MPa, vorzugsweise wenigstens 1,0 MPa und insbesondere wenigstens 2,0 MPa realisieren lässt. Insbesondere kann das Wärmefluid so gewählt sein, dass bereits bei den genannten Temperaturen und einer Temperaturspreizung von nicht mehr als 50°C die Dampfdruckdifferenz von wenigstens 0,5 MPa, vorzugsweise wenigstens 1,0 MPa und insbesondere wenigstens 2 MPa erzielbar ist. Als Wärmefluid eignen sich bspw. Ammoniak (NH3), Ethan (C2H6), Propan (C3H8) und insbesondere Kohlendioxid (CO2). Darüber hinaus können auch Mischungen der genannten Stoffe Verwendung finden. Die beim Kondensieren des Wärmefluids frei werdende Wärme kann entweder in den Kreislauf zurückgespeist werden, also zusammen mit der Wärme der Wärmequelle zum Verdampfen des Wärmefluids eingesetzt werden, oder als Heizwärme dienen.In the method according to the invention, the thermal fluid is selected such that by utilizing a temperature spread with a maximum temperature of not more than 130 ° C, in particular with a maximum temperature of not more than 60 ° C and preferably a maximum temperature of not more than 30 ° C, a vapor pressure difference of at least 0.5 MPa, preferably at least 1.0 MPa and in particular at least 2.0 MPa can be realized. In particular, the heat fluid can be chosen so that even at the temperatures mentioned and a temperature spread of not more than 50 ° C, the vapor pressure difference of at least 0.5 MPa, preferably at least 1.0 MPa and in particular at least 2 MPa can be achieved. As thermal fluid are, for example, ammonia (NH 3 ), ethane (C 2 H 6 ), propane (C 3 H 8 ) and in particular carbon dioxide (CO 2 ). In addition, mixtures of the substances mentioned can be used. The heat released when condensing the heat fluid can either be fed back into the circuit, that is, used together with the heat of the heat source to evaporate the heat fluid, or serve as heating heat.

Im erfindungsgemäßen Verfahren ist die Wärmeübertragung auf das Wärmefluid auf eine möglichst große Drucksteigerung im Wärmefluid ausgelegt. So kann bereits bei einer niedrigen Maximaltemperatur und einer relativ geringen nutzbaren Temperaturdifferenz die Strömungsmaschine, bspw. eine Turbine, angetrieben werden. Insbesondere wenn Kohlendioxid oder Ethan als Wärmefluid Verwendung findet, genügt sogar eine nutzbare Temperaturdifferenz unter 10°C, um eine zum Antreiben der Strömungsmaschine nutzbare Druckdifferenz herbeizuführen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann daher insbesondere überall dort eingesetzt werden, wo nur niedrige Temperaturen zur Energiegewinnung herangezogen werden können oder sollen. Denkbar ist es bspw., die Abwärme industrieller Prozesse zur Energiegewinnung heranzuziehen. Insbesondere kann das Verfahren aber zur Gewinnung von mechanischer oder elektrischer Energie aus Erdwärme Verwendung finden. Im Unterschied zur in DE 101 26 403 A1 beschriebenen Kraftstation, in der im Bereich von 10°C und 20°C Drücke zwischen 50 Atmosphären und 100 Atmosphären herrschen, sind im erfindungsgemäßen Verfahren die Drücke im gasförmigen Kohlendioxid bei 10°C und 20°C deutlich niedriger, so dass die Druckbehälter einfacher ausgestaltet sein können. Außerdem ist der nutzbare Temperaturbereich größer, da selbst bei gasförmigem Kohlendioxid mit einer Temperatur von 30°C der Druck noch unter dem Druck des flüssigen Kohlendioxids aus DE 101 26 403 A1 bei 20°C liegt.In the method according to the invention, the heat transfer to the thermal fluid is designed to maximize the pressure increase in the thermal fluid. Thus, even at a low maximum temperature and a relatively small usable temperature difference, the turbomachine, for example a turbine, can be driven. In particular, when carbon dioxide or ethane is used as heat fluid, even a usable temperature difference below 10 ° C is sufficient to bring about a usable for driving the turbomachine pressure difference. The method according to the invention can therefore be used in particular wherever only low temperatures can or should be used for energy production. It is conceivable, for example, to use the waste heat of industrial processes for energy production. In particular, however, the method can be used to obtain mechanical or electrical energy from geothermal energy. Unlike in DE 101 26 403 A1 described power station in which prevail in the range of 10 ° C and 20 ° C pressures between 50 atmospheres and 100 atmospheres, the pressures in the gaseous carbon dioxide at 10 ° C and 20 ° C are significantly lower in the process of the invention, so that the pressure vessel designed simpler could be. In addition, the usable temperature range is greater, since even with gaseous carbon dioxide at a temperature of 30 ° C, the pressure is still below the pressure of the liquid carbon dioxide DE 101 26 403 A1 at 20 ° C.

Bei Verwendung eines geeigneten Wärmefluids reicht eine Temperaturspreizung von 10°C bis 20°C völlig aus, um die Turbine anzutreiben. So hat beispielsweise Ethan (C2H6) bei 20°C einen Dampfdruck von ca. 4 MPa, also von etwa 40 Atmosphären. Kohlendioxid hat bei 20°C sogar einen Dampfdruck von ca. 6 MPa, also 60 Atmosphären. Die Dampfdrücke von Ethan und Kohlendioxid bei 0°C liegen hingegen bei ca. 2,5 MPa (Ethan), was ca. 25 Atmosphären entspricht, bzw. ca. 3,5 MPa (Kohlendioxid), was etwa 35 Atmosphären entspricht. Der Temperaturunterschied zwischen 0°C und 20°C kann daher im Falle von Ethan einen Druckunterschied von etwa 15 Atmosphären und bei Kohlendioxid von etwa 25 Atmosphären herbeiführen. Bei einer Minimaltemperatur von 10°C bleiben immer noch Druckunterschiede von etwa 1 MPa, also 10 Atmosphären. Diese Druckunterschiede können zur Gewinnung von mechanischer Energie in der Strömungsmaschine ausgenutzt werden. Diese lässt sich bei Bedarf bspw. mittels eines von der Strömungsmaschine angetriebenen Generators in elektrische Energie umwandeln.When using a suitable heat fluid, a temperature spread of 10 ° C to 20 ° C is sufficient to drive the turbine. For example, ethane (C 2 H 6 ) at 20 ° C has a vapor pressure of about 4 MPa, that is about 40 atmospheres. Carbon dioxide at 20 ° C even has a vapor pressure of about 6 MPa, ie 60 atmospheres. The vapor pressures of ethane and carbon dioxide at 0 ° C, however, are about 2.5 MPa (ethane), which corresponds to about 25 atmospheres, or about 3.5 MPa (carbon dioxide), which corresponds to about 35 atmospheres. The temperature difference between 0 ° C and 20 ° C can therefore bring about a pressure difference of about 15 atmospheres in the case of ethane and about 25 atmospheres for carbon dioxide. At a minimum temperature of 10 ° C, there are still pressure differences of about 1 MPa, ie 10 atmospheres. These pressure differences can be exploited to obtain mechanical energy in the turbomachine. If necessary, for example, this can be converted into electrical energy by means of a generator driven by the turbomachine.

Wenn die Wärmequelle das Erdreich ist, kann das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden weiteren Schritte umfassen:

  • – Entziehen von Wärme aus dem Erdreich unter Verwendung eines in flüssiger Form in eine im Erdreich angeordnete Erdwärmesonde mit einem Verdampfungsraum injizierten Kältefluids, welches vor dem Erreichen des Verdampfungsraumes expandiert wird, im Verdampfungsraum unter Entziehung von Wärme aus dem umgebenden Erdreich verdampft und in gasförmiger Form dem Verdampfungsraum entnommen wird.
  • – Übertragen der vom komprimierten gasförmigen Kältefluid transportierten Wärme auf das im geschlossenen Wärmekreislauf zirkulierende Wärmefluid und Erhöhen des Druckes im Wärmefluid durch die übertragene Wärme, wobei das gasförmige Kältefluid kondensiert.
  • – Injizieren des kondensierten Kältefluids in die Erdwärmesonde.
If the heat source is the soil, the method according to the invention may comprise the following further steps:
  • - Removing heat from the soil using a liquid form in a geothermal probe arranged in the earth with a vaporization space injected refrigerant fluid, which is expanded before reaching the evaporation space, evaporated in the evaporation space with removal of heat from the surrounding soil and in gaseous form the Evaporation chamber is removed.
  • - Transferring the heat transported by the compressed gaseous refrigerant fluid to the circulating in the closed heat cycle heat fluid and increasing the pressure in the heat fluid by the transmitted heat, wherein the gaseous refrigerant fluid condenses.
  • - Inject the condensed refrigerant fluid into the geothermal probe.

Das derart ausgestaltete erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es bereits bei relativ niedrigen Temperaturen im Erdreich, beispielsweise ca. 20°C, die Erdwärme zum Antreiben der Strömungsmaschine zu nutzen. Als Kältefluid kommen Fluide in Betracht, welche bei niedrigem Druck in einem Temperaturbereich von 0°C bis –30°C verdampfen, etwa Ammoniak (NH3), Propan (C3H8), Butan (C4H10), Kohlendioxid (CO2), etc. Selbstverständlich können auch Mischungen der genannten Stoffe Verwendung finden. Wenn die Temperatur des Erdreichs im Bereich des Verdampfungsraumes etwa 20°C beträgt, so verdampft das Kältefluid. Auf Grund der geringen Dichte des gasförmigen Kältefluids steigt dieses selbständig aus dem Verdampfungsraum auf. Die nutzbare Temperaturspreizung beträgt dabei 20°C und mehr. Im vom Wärmefluid durchströmten Kreislauf wird die Kondensationswärme des Kältefluids zum Verdampfen des Wärmefluids und zum Druckaufbau im verdampften Wärmefluid genutzt.The thus configured inventive method allows already at relatively low temperatures in the ground, for example, about 20 ° C to use the geothermal energy for driving the turbomachine. Suitable refrigerating fluid are fluids which evaporate at low pressure in a temperature range from 0 ° C to -30 ° C, such as ammonia (NH 3 ), propane (C 3 H 8 ), butane (C 4 H 10 ), carbon dioxide ( CO 2 ), etc. Of course, mixtures of these substances can be used. If the temperature of the soil in the region of the evaporation chamber is about 20 ° C, then evaporates the refrigerant fluid. Due to the low density of the gaseous refrigerant fluid, this rises independently from the evaporation space. The usable temperature spread is 20 ° C and more. In the circuit through which the thermal fluid flows, the heat of condensation of the refrigerant fluid is used to evaporate the thermal fluid and to build up pressure in the vaporized thermal fluid.

Das Kältefluid kann durch geeignete Verdichtung vor der Wärmeübertragung auf das Wärmefluid sogar auf höhere Temperaturen als die 20°C des Erdreiches erwärmt werden. Bei einfacher Verdichtung sind bei einer Temperatur von 20°C im Erdreich Temperaturen von bis zu 55°C im verdichteten Kältefluid möglich. Bei doppelter Verdichtung können sogar Temperaturen von bis zu ca. 130°C im verdichteten Kältefluid erzielt werden. Die hohen Temperaturen erhöhen die Anzahl der als Wärmefluid nutzbaren Stoffe. Der vom Kältefluid durchlaufene Kreislauf stellt dabei eine so genannte Kompressionskälteanlage dar, die als Wärmepumpe betrieben wird.The cooling fluid can be heated by suitable compression before the heat transfer to the thermal fluid even at higher temperatures than the 20 ° C of the soil. With simple compression, temperatures of up to 55 ° C in the compacted cold are at a temperature of 20 ° C in the ground Tefluid possible. With double compression even temperatures of up to about 130 ° C in the compressed refrigerant fluid can be achieved. The high temperatures increase the number of usable as thermal fluid substances. The circuit traversed by the refrigerant fluid represents a so-called compression refrigeration system, which is operated as a heat pump.

Die mechanische bzw. elektrische Leistung der Strömungsmaschine kann über den zirkulierenden Kältefluidstrom geregelt werden.The mechanical or electrical power of the turbomachine can over the circulating cooling fluid flow be managed.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere dazu Verwendung finden, mittels der Strömungsmaschine, bspw. einer Turbine, einen elektrischen Generator zum Erzeugen von Strom anzutreiben.The inventive method can be used in particular for this purpose, by means of the turbomachine, For example, a turbine, an electric generator for generating Power to drive.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewinnung von mechanischer Energie aus Wärme, bspw. aus Erdwärme, die zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, umfasst

  • – wenigstens einen mittels eines Wärmetauschers mit einer Wärmequelle gekoppelten geschlossenen Wärmekreislauf mit einem darin zirkulierenden Wärmefluid, wobei der Wärmetauscher derart angeordnet ist, dass die Wärme der Wärmequelle auf das Wärmefluid übertragen werden kann, um das Wärmefluid zu verdampfen und den Druck im verdampften Wärmefluid zu erhöhen;
  • – wenigstens eine im Wärmekreislauf stromab des Wärmetauschers derart angeordnete Strömungsmaschine, dass sie vom unter hohem Druck stehenden dampfförmigen Wärmefluid durchströmt wird, wobei das dampfförmige Wärmefluid entspannt und abkühlt und
  • – einem Verdichter, welcher strömungstechnisch der Strömungsmaschine nach- und dem Wärmetauscher vorgeschaltet ist und zum Kondensieren des Wärmefluids ausgestaltet ist.
An inventive device for recovering mechanical energy from heat, for example. Geothermal, which is suitable for carrying out the method according to the invention comprises
  • At least one closed heat circuit coupled to a heat source by means of a heat exchanger with circulating thermal fluid therein, the heat exchanger being arranged to transfer heat from the heat source to the thermal fluid to vaporize the thermal fluid and increase the pressure in the vaporized thermal fluid ;
  • - At least one in the heat cycle downstream of the heat exchanger such arranged flow machine, that it is flowed through by the high pressure vaporous heat fluid, wherein the vaporized heat fluid relaxes and cools and
  • - A compressor, which downstream of the fluid flow machine and upstream of the heat exchanger and is designed to condense the heat fluid.

Das Wärmefluid ist derart gewählt, dass sich durch Ausnutzung einer Temperaturspreizung mit einer Maximaltemperatur von nicht mehr als 130°C, insbesondere mit einer Maximaltemperatur von nicht mehr als 60°C und vorzugsweise einer Maximaltemperatur von nicht mehr als 30°C eine Dampfdruckdifferenz von wenigstens 0,5 MPa, insbesondere wenigstens 1,0 MPa und vorzugsweise wenigstens 2,0 MPa realisieren lässt. Insbesondere kann das Wärmefluid so gewählt sein, dass bereits bei den genannten Temperaturen und einer Temperaturspreizung von nicht mehr als 50°C die Dampfdruckdifferenz von wenigstens 0,5 MPa, insbesondere wenigstens 1,0 MPa und vorzugsweise wenigstens 2 MPa erzielbar ist. Als Wärmefluid eignen sich insbesondere bspw. Ammoniak (NH3), Ethan (C2H6), Propan (C3H8) und insbesondere Kohlendioxid (CO2). Darüber hinaus können auch Mischungen der genannten Stoffe Verwendung finden.The thermal fluid is selected so that by utilizing a temperature spread with a maximum temperature of not more than 130 ° C, in particular with a maximum temperature of not more than 60 ° C and preferably a maximum temperature of not more than 30 ° C, a vapor pressure difference of at least 0th , 5 MPa, in particular at least 1.0 MPa and preferably at least 2.0 MPa. In particular, the heat fluid can be chosen so that even at the temperatures mentioned and a temperature spread of not more than 50 ° C, the vapor pressure difference of at least 0.5 MPa, in particular at least 1.0 MPa and preferably at least 2 MPa can be achieved. For example, ammonia (NH 3 ), ethane (C 2 H 6 ), propane (C 3 H 8 ) and in particular carbon dioxide (CO 2 ) are particularly suitable as thermal fluid. In addition, mixtures of the substances mentioned can be used.

Durch die von der Wärmequelle zugeführte Wärme wird die Temperatur im Wärmefluid erhöht, so dass das zuvor flüssige Wärmefluid verdampft, wobei eine Drucksteigerung im entsprechenden Teil des Wärmekreislaufes stattfindet. Nach dem Durchströmen der Strömungsmaschine, wobei das gasförmige Wärmefluid unter Entspannung uns Abkühlung Arbeit leistet, wird das Wärmefluid mittels des Verdichters wieder verdichtet und in den flüssigen Zustand überführt, um den Ausgangsdruck wieder herzustellen. Die beim Verdichten entstehende Wärme kann über einen Sekundärwärmekreislauf, der über einen Wärmetauscher mit dem Verdichter gekoppelt ist, abgeführt werden. Die beim Kondensieren des Wärmefluids auf den Sekundärwärmekreislauf übertragene Wärme kann dem Wärmefluid zusammen mit der Wärme der Wärmequelle wieder zugeführt und damit in den Wärmekreislauf rückgespeist werden.By that from the heat source supplied heat is the temperature in the thermal fluid elevated, so that the previously liquid thermal fluid evaporated, with an increase in pressure in the corresponding part of the heat cycle takes place. After flowing through the turbomachine, the gaseous thermal fluid with relaxation and cooling off Work, becomes the thermal fluid compacted again by means of the compressor and transferred to the liquid state to restore the outlet pressure. The resulting from the compression Heat can be over one Secondary heat cycle, the over a heat exchanger coupled to the compressor, be dissipated. The condensation of the thermal fluid Heat transferred to the secondary heat cycle can the thermal fluid along with the heat the heat source fed again and thus in the heat cycle fed back become.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere Teil einer Vorrichtung zum Gewinnen von mechanischer oder elektrischer Energie aus Erdwärme als Wärmequelle sein. Eine derartige Vorrichtung ist dann zusätzlich mit einem Kältekreislauf mit einem darin zirkulierenden Kältefluid ausgestattet. Der Kältekreislauf umfasst eine in eine Erdbohrung zu versenkende Erdwärmesonde, in die flüssiges Kältefluid injiziert wird und in der das flüssige Kältefluid aufgrund der Erdwärme des die Erdwärmesonde umgebenden Erdreiches verdampft. Außerdem umfasst der Kältekreislauf einen Wärmetauscher, in dem das dampfförmige Kältefluid kondensiert und der den Kältekreislauf mit dem Wärmekreislauf koppelt. Der Kältekreislauf kann zudem einen zwischen die Erdwärmesonde und den Wärmetauscher geschalteten Verdichter umfassen. Ein geeigneter Kältekreislauf ist bspw. in DE 10 2004 018 480 B3 beschrieben.The device according to the invention may in particular be part of a device for obtaining mechanical or electrical energy from geothermal heat as a heat source. Such a device is then additionally equipped with a refrigeration cycle with a circulating refrigerant fluid therein. The refrigeration cycle includes a geothermal probe to be sunk into a well bore into which liquid refrigerant fluid is injected and in which the liquid refrigerant fluid evaporates due to the geothermal heat of the soil surrounding the geothermal probe. In addition, the refrigeration cycle includes a heat exchanger in which the vaporous refrigerant fluid condenses and couples the refrigeration cycle with the heat cycle. The refrigeration cycle may also include a compressor connected between the geothermal probe and the heat exchanger. A suitable refrigeration cycle is, for example, in DE 10 2004 018 480 B3 described.

Diese Ausgestaltung ermöglicht die Nutzung von Erdwärme zur Erzeugung von mechanischer oder elektrischer Energie bereits bei Temperaturen im Erdreich von ca. 20°C. Derartige Temperaturen sind fast überall auf der Welt in relativ geringer Tiefe ganzjährig im Erdreich zu finden. Die beschriebene Vorrichtung ist daher grundsätzlich weltweit zur Energiegewinnung aus Erdwärme einsetzbar.These Design allows the use of geothermal energy for the generation of mechanical or electrical energy already at temperatures in the ground of approx. 20 ° C. Such temperatures are almost everywhere in the world at a relatively shallow depth all year round in the ground. The device described is therefore basically worldwide for energy from geothermal energy used.

Außerdem kann diese Vorrichtung eine Einrichtung zum Beeinflussen des im Kältekreislauf zirkulierenden Kältefluidstroms umfassen. Über eine Regulierung des Kältefluidmassenstroms lässt sich dann die mechanische bzw. elektrische Leistung der Anlage steuern.In addition, can this device means for influencing the in the refrigeration cycle circulating cooling fluid flow include. about a regulation of the cooling fluid mass flow can then be control the mechanical or electrical power of the system.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst der wenigstens eine Wärmekreislauf einen der Strömungsmaschine in Strömungsrichtung vorgeschalteten Druckaufbauraum, in welchem der Wärmetauscher angeordnet ist. Der Strömungsmaschine in Strömungsrichtung nachgeschaltet ist ein Reservoir vorhanden, in dem das wieder verdichtete Wärmefluid gesammelt wird. Das Reservoir ist mit dem Druckaufbauraum über eine Fluidleitung verbunden, in der ein Ventil, bspw. ein Rückschlagventil, derart angeordnet ist, dass eine Strömung vom Druckaufbauraum in das Reservoir unter Umgehung der Strömungsmaschine verhindert wird.In an advantageous embodiment of the device according to the invention, the at least one heat circuit comprises a pressure build-up space upstream of the turbomachine in the flow direction, in which the heat exchanger is arranged. The turbomachine in the flow direction Downstream there is a reservoir in which the recompressed thermal fluid is collected. The reservoir is connected to the pressure build-up space via a fluid line in which a valve, for example a check valve, is arranged such that a flow from the pressure build-up space into the reservoir, bypassing the turbomachine, is prevented.

Der Druckaufbauraum wird dazu genutzt, den zum Betreiben bspw. einer Turbine als Strömungsmaschine nötigen Druck aufzubauen. Hierzu wird Wärme von der Wärmequelle auf das Wärmefluid übertragen, welches durch die Erwärmung im Druckaufbauraum verdampft und eine Drucksteigerung erfährt. Das unter hohem Druck stehende Wärmefluid strömt durch die Turbine ab, wobei es in der Turbine unter Entspannung und Abkühlung Arbeit leistet. Da die Turbine aufgrund der Trägheit weiter rotiert, wenn der Druck im Druckaufbauraum nicht mehr ausreicht, die Turbine anzutreiben, wirkt sie noch für eine Weile als Pumpe, welche Wärmefluid aus dem Druckaufbauraum pumpt.Of the Druckaufbauraum is used to operate for example. A Turbine as turbomachine force Build up pressure. This is heat from the heat source transferred to the thermal fluid, which by the warming evaporated in the pressure build-up space and experiences an increase in pressure. The high pressure thermal fluid flows through the turbine, leaving it in the turbine under relaxation and cooling off Work. Because the turbine continues to rotate due to inertia, when the pressure in the pressure build-up room is no longer sufficient to drive the turbine, she still works for a while as a pump, which heat fluid out pumps the pressure build-up space.

Das entspannte und abgekühlte Wärmefluid wird verdichtet, wobei es wieder kondensiert, und schließlich im Reservoir gesammelt. Sobald der Druck im Reservoir höher als im – nun leeren und damit druckarmen – Druckaufbauraum ist, wird das Ventil in der Fluidleitung geöffnet, so dass das wieder verdichtete Wärmefluid aus dem Reservoir über die Fluidleitung in den Druckaufbauraum strömt. Das über die Fluidleitung in den Druckaufbauraum rückgespeiste Wärmefluid steht dann einer erneuten Erwärmung und Druckerhöhung zur Verfügung. Die Turbine durchläuft dabei im Wechsel Phasen, in der sie vom Wärmefluid angetrieben wird und Phasen, in denen Wärmefluid aus dem Reservoir in den Druckaufbauraum rückgespeist und im Druckaufbauraum verdampft wird.The relaxed and cooled Thermal fluid is condensed, where it condenses again, and finally in the Reservoir collected. As soon as the pressure in the reservoir is higher than im - well empty and thus low-pressure - pressure build-up space is, the valve is opened in the fluid line, so that the recompressed thermal fluid from the reservoir over the fluid line flows into the pressure build-up space. The over the fluid line in the Pressure build-up space fed back thermal fluid is then a renewed warming and pressure increase to disposal. The turbine goes through while alternating phases in which it is driven by the thermal fluid and Phases in which thermal fluid fed back from the reservoir in the pressure build-up space and evaporated in the pressure build-up space becomes.

Wenn mehrere Wärmekreisläufe über Wärmetauscher mit der Wärmequelle, gekoppelt sind, und diese Wärmekreisläufe jeweils einen Druckaufbauraum, ein Reservoir und bspw. eine Turbine als Strömungsmaschine umfassen, ist es möglich, die Phasen des Druckaufbaus in den Druckaufbauräumen der einzelnen Kreisläufe so zu steuern, dass sie gegeneinander phasenverschoben sind. Auf diese Weise kann die Erzeugung mechanischer Energie durch die erfindungsgemäße Vorrichtung vergleichmäßigt werden. Das Steuern der Phasen kann bei Vorhandensein eines Kältekreislaufes bspw. mittels Steuerventilen im Kältekreislauf erfolgen, welche die Zufuhr von Kältefluid zu den einzelnen Wärmetauschern phasenverschoben freigeben und unterbrechen.If several heat circuits via heat exchanger with the heat source, coupled, and these heat cycles respectively a pressure build-up space, a reservoir and, for example, a turbine as a turbomachine include, it is possible the phases of pressure build-up in the pressure build-up spaces of the individual circuits so too control that they are out of phase with each other. In this way may be the generation of mechanical energy by the device according to the invention to be evened out. The control of the phases may be in the presence of a refrigeration cycle For example, by means of control valves in the refrigeration circuit, which the supply of cooling fluid to the individual heat exchangers phase-out release and interrupt.

Wenn mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung elektrische Energie erzeugt werden soll, wird die Strömungsmaschine mit wenigstens einem elektrischen Generator gekoppelt, um diesen anzutreiben.If with the device according to the invention electrical energy is to be generated, is the turbomachine coupled to at least one electrical generator to this drive.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, dem Kältekreislauf einen weiteren Wärmekreislauf zuzuordnen, welcher nicht zum Antreiben der Turbine genutzt wird, sondern zum Heizen einer Einrichtung, beispielsweise einer Maschine oder eines Gebäudes. Auch die beim Kondensieren des Wärmefluids in einem Verdichter auf den zugehörigen Sekundärwärmekreislauf übertragene Wärme kann als Heizwärme Verwendung finden, anstatt sie über den Druckaufbaubehälter wieder dem Wärmekreislauf zuzuführen. Diese Ausgestaltung kann insbesondere dann sinnvoll und vorteilhaft sein, wenn die Vorrichtung für Endverbraucher geeignet sein soll, die bspw. ein Gebäude sowohl mit Strom als auch mit Wärme versorgen wollen.In the device according to the invention Is it possible, the refrigeration cycle another heat cycle which is not used to drive the turbine, but for heating a device, such as a machine or a building. Also when condensing the heat fluid in a compressor transferred to the associated secondary heat cycle Heat can as heating heat Use, rather than over the pressure buildup container again the heat cycle supply. This embodiment can be useful and advantageous in particular be when the device for End user should be suitable, the example. A building both with electricity as well as with heat want to provide.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.Further Features, characteristics and advantages of the present invention result from the following description of an embodiment with reference to the accompanying figures.

1 zeigt ein Schaltbild für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Gewinnen mechanischer bzw. elektrischer Energie aus Erdwärme. 1 shows a circuit diagram for a device according to the invention for obtaining mechanical or electrical energy from geothermal energy.

2 zeigt eine Erdwärmesonde, wie sie in der erfindungsgemäßen Vorrichtung Verwendung finden kann, in einer schematischen Darstellung. 2 shows a geothermal probe, as they can be used in the device according to the invention, in a schematic representation.

3 zeigt die Dampfdruckkurven verschiedener Fluide. 3 shows the vapor pressure curves of different fluids.

Ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewinnung von mechanischer Energie aus Erdwärme ist in 1 dargestellt. Die dargestellte Vorrichtung umfasst einen Kältekreislauf 1 und drei über Wärmetauscher 3, 5, 7 mit dem Kältekreislauf 1 gekoppelte Wärmekreisläufe 100, 200, 300.An embodiment of the inventive device for obtaining mechanical energy from geothermal energy is in 1 shown. The illustrated device comprises a refrigeration cycle 1 and three via heat exchangers 3 . 5 . 7 with the refrigeration cycle 1 coupled heat cycles 100 . 200 . 300 ,

Der Kältekreislauf 1 umfasst eine Erdwärmesonde 9, die drei Wärmetauscher 3, 5, 7 und einen Verdichter 11. Die drei Wärmetauscher 3, 5, 7 sind in getrennten Zweigen des Kältekreislaufes 1 angeordnet, die mittels steuerbarer Absperrventile 13a, 13b, 13c individuell gesperrt oder freigegeben werden können. Im Kältekreislauf 1 zirkuliert ein Kältefluid, welches dazu dient, Erdwärme in der Erdwärmesonde 9 aufzunehmen, zu den Wärmetauschern 3, 5, 7 zu transportieren und dort an ein in dem jeweiligen Wärmekreislauf 100, 200, 300 zirkulierendes Wärmefluid abzugeben.The refrigeration cycle 1 includes a geothermal probe 9 , the three heat exchangers 3 . 5 . 7 and a compressor 11 , The three heat exchangers 3 . 5 . 7 are in separate branches of the refrigeration cycle 1 arranged by means of controllable shut-off valves 13a . 13b . 13c individually locked or released. In the refrigeration cycle 1 circulates a cooling fluid, which serves geothermal heat in the geothermal probe 9 to take to the heat exchangers 3 . 5 . 7 to transport and there to a in the respective heat cycle 100 . 200 . 300 to release circulating heat fluid.

Die Funktionsweise des Kältekreislaufs 1 wird nachfolgend mit Bezug auf 2 erläutert, die eine Erdwärmesonde 9 in einer schematischen Darstellung zeigt.The functioning of the refrigeration cycle 1 will be referred to below with reference to 2 explains that a geothermal probe 9 in a schematic representation shows.

Bei jedem Durchlauf durch den Kältekreislauf 1 erfährt das Kältefluid zwei Phasenübergänge, nämlich einmal einen Phasenübergang von flüssig zu gasförmig in der Erdwärmesonde und einmal eine Rückumwandlung vom gasförmigen in den flüssigen Zustand, welcher in den Wärmetauschern stattfindet. Die Erdwärmesonde 9 ist in einem Bohrschacht versenkt, der lediglich eine geringe Tiefe im Bereich zwischen 100 m und 1000 m zu haben braucht. In diesen Tiefen ist die Erdwärme bereits hoch genug, um die erfindungsgemäße Vorrichtung sinnvoll betreiben zu können.Every time through the refrigeration cycle 1 the refrigerant fluid undergoes two phase transitions, namely once a phase transition from liquid to gaseous in the geothermal probe and once a back conversion from the gaseous to the liquid state, which takes place in the heat exchangers. The geothermal probe 9 is sunk in a well, which only needs to have a small depth in the range between 100 m and 1000 m. At these depths, the geothermal energy is already high enough to be able to operate the device according to the invention meaningfully.

Die Erdwärmesonde 9 umfasst einen Ringraum 14, der zum Führen des flüssigen Kältefluids 15 zu einem Verdampfungsraum 17 dient. Der Ringraum 14 ist im Wesentlichen durch den Zwischenraum zwischen einem Außenrohr 12 und einem Steigrohr 16 der Erdwärmesonde 9 gebildet. Das flüssige Kältefluid 15 fließt hauptsächlich an der Innenwand des Außenrohres 12 zum Verdampfungsraum 17. Um das flüssige Kältefluid 15 in einen verdampfungsfähigen Zustand zu überführen, wird sein Druck mit dem Eintritt in den Verdampfungsraum 17 entsprechend seiner thermodynamischen Dampfdruckkurve bezüglich der im Verdampfungsraum 17 herrschenden Temperatur eingestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dient ein Drosselventil 18 am Übergang zwischen dem Ringraum 14 und dem Verdampfungsraum 17 zum Einstellen des Druckes. Das Drosselventil 18 vermindert den hydrostatischen Druck des flüssigen Kältefluids 15 im Ringraum auf Verdampfungsniveau, so dass dieses im Verdampfungsraum 17 unter Aufnahme von Wärme aus dem umgebenden Erdreich 20 verdampft. Das nun gasförmige Kältefluid 19 steigt durch das zentrale Steigrohr 16 nach oben. Um Temperatur- und Druckverluste zu minimieren weist das Steigrohr 16 einen ausreichenden Strömungsquerschnitt auf und ist zum Ringraum 14 hin wärmeisoliert. Über Tage wird das aufgestiegene gasförmige Wärmefluid 19 im Verdichter 11 verdichtet. Durch das Verdichten wird die Kondensationstemperatur des gasförmigen Wärmefluids 19 so weit angehoben, dass es in den Wärmetauschern 3, 5, 7 kondensiert und die dabei frei werdende Kondensationswärme an das im entsprechenden Wärmekreislauf zirkulierende Wärmefluid überträgt. Das nunmehr wieder flüssige Kältefluid 15 wird anschließend wieder dem Ringraum 14 zugeführt, wo es aufgrund der Schwerkraft an der Innenwand des Außenrohres 12 zum Verdampfungsraum 17 fließt. Geeignete Kältefluide zum Zirkulieren im Kältekreislauf 1 sind beispielsweise Kohlendioxid, Propan, Butan, Ammoniak, etc.The geothermal probe 9 includes an annulus 14 leading to the passage of liquid refrigerant fluid 15 to a vaporization room 17 serves. The annulus 14 is essentially due to the space between an outer tube 12 and a riser 16 the geothermal probe 9 educated. The liquid refrigerant fluid 15 flows mainly on the inner wall of the outer tube 12 to the evaporation room 17 , To the liquid refrigerant fluid 15 to convert into a vaporizable state, its pressure with the entry into the evaporation chamber 17 according to its thermodynamic vapor pressure curve with respect to the evaporation space 17 set the prevailing temperature. In the present embodiment, a throttle valve is used 18 at the transition between the annulus 14 and the evaporation room 17 to adjust the pressure. The throttle valve 18 reduces the hydrostatic pressure of the liquid refrigerant fluid 15 in the annulus at evaporation level, leaving this in the evaporation space 17 taking in heat from the surrounding soil 20 evaporated. The now gaseous refrigerant fluid 19 climbs through the central riser 16 up. To minimize temperature and pressure losses points the riser 16 a sufficient flow cross section and is to the annulus 14 heat insulated. For days, the ascended gaseous heat fluid 19 in the compressor 11 compacted. By compressing the condensation temperature of the gaseous heat fluid 19 raised so far that it is in the heat exchangers 3 . 5 . 7 condenses and transfers the resulting heat of condensation to the circulating in the corresponding heat cycle thermal fluid. The now again liquid refrigerant fluid 15 is then returned to the annulus 14 fed where it due to gravity on the inner wall of the outer tube 12 to the evaporation space 17 flows. Suitable refrigeration fluids for circulating in the refrigeration cycle 1 are for example carbon dioxide, propane, butane, ammonia, etc.

Die beschrieben Erdwärmesonde stellt lediglich ein Beispiel für eine geeignete Erdwärmesonde dar. Andere Erdwärmesonden können ebenfalls im Kältekreislauf 1 eingesetzt werden, solange sich mit ihnen eine als Wärmepumpe zu betreibende Kondensationskälteanlage aufbauen lässt.The geothermal probe described is merely an example of a suitable geothermal probe. Other geothermal probes can also in the refrigeration cycle 1 be used as long as they can be used as a heat pump to operate condensation refrigeration plant.

Der Wärmekreislauf 100, welcher über den Wärmetauscher 3 an dem Kältekreislauf 1 angekoppelt ist, stellt einen konventionellen Heizkreislauf, beispielsweise zum Beheizen eines Gebäudes oder einer Maschine dar und wird an dieser Stelle nicht weiter erläutert.The heat cycle 100 which is above the heat exchanger 3 on the refrigeration cycle 1 is coupled, represents a conventional heating circuit, for example, for heating a building or a machine and will not be further explained at this point.

Der Wärmekreislauf 200, welcher über den Wärmetauscher 5 an den Kältekreislauf 1 angekoppelt ist, dient zur Gewinnung mechanischer Energie aus der im gasförmigen Kältefluid 15 gespeicherten Erdwärme. Der Wärmekreislauf 200 umfasst einen Druckbehälter 201 als Druckaufbauraum, in dem der Wärmetauscher 5 angeordnet ist, eine Turbine 22, einen zweistufigen Verdichter 204a, 204b und ein Reservoir 205. Die Turbine 22 ist dabei strömungstechnisch hinter dem Druckbehälter 201 aber vor den Verdichterstufen 204a, 204b angeordnet. Zwischen dem Reservoir 205 und dem Druckbehälter 201 ist eine Fluidleitung 207 mit einem darin angeordneten Ventil 209 vorhanden. Mittels weiterer Ventile 211, 213 und 215 kann die Strömung des Wärmefluids zwischen dem Druckbehälter 201 und der Turbine 22, zwischen dem Verdichter 204a, 204b und dem Reservoir 205 bzw. zwischen der Turbine 22 und dem Verdichter 204a, 204b unterbunden werden.The heat cycle 200 which is above the heat exchanger 5 to the refrigeration cycle 1 is coupled, is used to obtain mechanical energy from the gaseous refrigerant fluid 15 stored geothermal energy. The heat cycle 200 includes a pressure vessel 201 as a pressure build-up space in which the heat exchanger 5 is arranged, a turbine 22 , a two-stage compressor 204a . 204b and a reservoir 205 , The turbine 22 is fluidically behind the pressure vessel 201 but before the compressor stages 204a . 204b arranged. Between the reservoir 205 and the pressure vessel 201 is a fluid line 207 with a valve disposed therein 209 available. By means of other valves 211 . 213 and 215 can the flow of heat fluid between the pressure vessel 201 and the turbine 22 , between the compressor 204a . 204b and the reservoir 205 or between the turbine 22 and the compressor 204a . 204b be prevented.

Das im Druckbehälter 201 befindliche Wärmefluid ist so gewählt, dass es bei Aufnahme der Kondensationswärme des Kältefluids verdampft und dabei eine große Drucksteigerung im Druckbehälter 201 erfährt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kommt Kohlendioxid als Wärmefluid zum Einsatz, es sind grundsätzlich aber auch andere Fluide geeignet, so lange sie im relevanten Temperaturbereich eine ausreichende Drucksteigerung ermöglichen. Insbesondere seien Ammoniak, Ethan und Propan als weitere mögliche Wärmefluide genannt.That in the pressure vessel 201 located thermal fluid is chosen so that it evaporates upon absorption of the heat of condensation of the refrigerant fluid and thereby a large pressure increase in the pressure vessel 201 experiences. In the present embodiment, carbon dioxide is used as heat fluid, but in principle other fluids are also suitable, as long as they allow sufficient pressure increase in the relevant temperature range. In particular, ammonia, ethane and propane may be mentioned as further possible thermal fluids.

Wenn das Wärmefluid aufgrund der Erwärmung verdampft ist und unter hohem Druck steht, wird das während des Erwärmens geschlossene Ventil 211 zwischen dem Druckbehälter 201 und der Turbine 22 geöffnet und das Wärmefluid der Turbine 22 zugeführt, wo es unter Entspannung und Abkühlung Arbeit leistet. Die so erzeugte mechanische Energie wird dann dazu verwendet, einen Generator 24 anzutreiben, der elektrische Energie erzeugt. Das Ventil 209 stellt dabei sicher, dass das unter hohem Druck stehende Wärmefluid nicht über die Fluidleitung 207 in das Reservoir 205 gelangen kann. Das aus der Turbine 203 austretende abgekühlte und entspannte Wärmefluid wird schließlich in den Verdichterstufen 204a und 204b durch Verdichten verflüssigt und anschließend im Reservoir 205 gesammelt. Die beim Verdichten frei werdende Wärme wird über einen Sekundärwärmekreislauf 206 abgeführt und zu Heizzwecken verwendet.When the thermal fluid is vaporized due to heating and is under high pressure, the valve closed during heating becomes 211 between the pressure vessel 201 and the turbine 22 opened and the thermal fluid of the turbine 22 fed, where it performs under relaxation and cooling work. The mechanical energy thus generated is then used to generate a generator 24 to power, which generates electrical energy. The valve 209 ensures that the high pressure fluid does not flow through the fluid line 207 in the reservoir 205 can get. That from the turbine 203 Exiting cooled and relaxed heat fluid will eventually be in the compressor stages 204a and 204b liquefied by compaction and then in the reservoir 205 collected. The heat released during compression is transferred via a secondary heat cycle 206 discharged and used for heating purposes.

Da Wärmefluid aus dem Druckbehälter 201 durch die Turbine 22 in das Reservoir 205 strömt, ohne dass währenddessen Wärmefluid aus dem Reservoir 205 in den Druckbehälter 201 eingespeist wird, nimmt der Druck im Druckbehälter 201 immer weiter ab, bis er nicht mehr ausreicht, die Turbine 22 anzutreiben und die Strömung vom Druckbehälter 201 zur Turbine 22 abbricht. Es wird dann das Ventil 211 zwischen dem Druckbehälter 201 und der Turbine 22 geschlossen.Because thermal fluid from the pressure vessel 201 through the turbine 22 in the reservoir 205 flows without heat fluid from the reservoir 205 in the pressure vessel 201 is fed, the pressure in the pressure vessel 201 continue until he is no longer sufficient, the turbine 22 to drive and the flow from the pressure vessel 201 to the turbine 22 aborts. It then becomes the valve 211 between the pressure vessel 201 and the turbine 22 closed.

Wenn die Strömung in das Reservoir 205 zum Erliegen kommt, wird das Ventil 213 geschlossen, um ein Rückströmen des verdichteten Wärmefluids zu den Verdichterstufen 204a, 204b zu verhindern. In diesem Stadium ist der Druck im Reservoir 205 höher als im nun leeren Druckraum 201. Nun wird das Ventil 209 geöffnet, so dass ein Druckausgleich zwischen dem Druckbehälter 201 und dem Reservoir 205 stattfindet. Auf diese Weise wird flüssiges Wärmefluid aus dem Reservoir 205 in den Druckbehälter 201 rückgespeist. Nachdem ein Druckausgleich zwischen dem Druckbehälter 201 und dem Reservoir 205 stattgefunden hat, wird das Ventil 209 wieder geschlossen und das Ventil 13b geöffnet. Infolgedessen beginnt sich das rückgespeiste Wärmefluid wieder zu erwärmen, was schließlich zu einem erneuten Verdampfen des Wärmefluids und zum erneuten Druckanstieg im Druckbehälter 201 führt, so dass nach einem erneuten Öffnen des Ventils 211 die Turbine 22 durch das Wärmefluid wieder angetrieben werden kann. Auf diese Weise findet ein zyklischer Betrieb der Wärmekreislaufes 200 statt, welcher zwei Phasen aufweist. In der ersten Phase wird vom durch die Turbine 22 strömenden Wärmefluid Arbeit geleistet, welche zur Energiegewinnung Verwendung findet. Ein Teil der Arbeit findet zudem zum Antreiben der Verdichterstufen 204a, 204b Verwendung. In der zweiten Phase, in der keine Arbeit in der Turbine 22 geleistet wird, erfolgt das Rückspeisen von Wärmefluid aus dem Reservoir 205 in den Druckbehälter 20. Die Steuerung der Phasen erfolgt mittels der steuerbaren Ventile 13b, 209, 211 und 213.When the flow into the reservoir 205 comes to a standstill, the valve 213 closed, to a return flow of the compressed heat fluid to the compressor stages 204a . 204b to prevent. At this stage, the pressure in the reservoir is 205 higher than in the now empty pressure chamber 201 , Now the valve is 209 open, allowing a pressure equalization between the pressure vessel 201 and the reservoir 205 takes place. In this way, liquid heat fluid from the reservoir 205 in the pressure vessel 201 fed back. After a pressure equalization between the pressure vessel 201 and the reservoir 205 has taken place, the valve will 209 closed again and the valve 13b open. As a result, the recirculated heat fluid begins to heat up again, eventually causing re-evaporation of the thermal fluid and repressurization in the pressure vessel 201 leads, so after reopening the valve 211 the turbine 22 can be driven by the heat fluid again. In this way there is a cyclic operation of the heat cycle 200 instead, which has two phases. In the first phase is from the turbine through 22 flowing thermal fluid work done, which is used for energy production. Part of the work also takes place to drive the compressor stages 204a . 204b Use. In the second phase, in which no work in the turbine 22 is performed, the return of heat fluid from the reservoir takes place 205 in the pressure vessel 20 , The control of the phases by means of controllable valves 13b . 209 . 211 and 213 ,

Der dritte Wärmekreislauf 300 weist weitgehend denselben Aufbau wie der zweite Wärmekreislauf 200 auf. Elemente im dritten Wärmekreislauf, die Elementen des zweiten Wärmekreislaufes 200 entsprechen, sind mit um den Wert 100 erhöhten Referenznummern bezeichnet. Lediglich der Sekundärwärmekreislauf 306 zum Abführen der Kondensationswärme in den Verdichterstufen 304a, 304b wird anders genutzt als im ersten Wärmekreislauf 200. Statt zu Heizzwecken genutzt zu werden, wird die Kondensationswärme zusätzlich zur Kondensationswärme des Kältefluids zum Heizen des Wärmefluids im Druckbehälter 301 genutzt. Es sei darauf hingewiesen, dass die unterschiedliche Ausgestaltung der Sekundärwärmekreisläufe 206, 306 im vorliegenden Ausführungsbeispiel hauptsächlich der Darstellung der verschiedenen Möglichkeiten, die in den Verdichterstufen anfallende Kondensationswärme zu nutzen, dient. In der Realität wird es in der Regel aber so sein, dass beide Sekundärwärmekreisläufe 206, 306 gleich ausgestaltet sind.The third heat cycle 300 has largely the same structure as the second heat cycle 200 on. Elements in the third heat cycle, the elements of the second heat cycle 200 are equal to, around the value 100 referred to increased reference numbers. Only the secondary heat cycle 306 for dissipating the heat of condensation in the compressor stages 304a . 304b is used differently than in the first heat cycle 200 , Instead of being used for heating purposes, the heat of condensation in addition to the heat of condensation of the refrigerant fluid for heating the heat fluid in the pressure vessel 301 used. It should be noted that the different design of the secondary heat cycles 206 . 306 in the present embodiment, mainly the representation of the various possibilities to use the condensing heat generated in the compressor stages, serves. In reality, it will usually be such that both secondary heat cycles 206 . 306 are the same design.

Im dritten Wärmekreislauf 300 findet wie im zweiten Wärmekreislauf 200 ein zweiphasiger Zyklus statt, in dem in der ersten Phase das unter hohem Druck stehende Wärmefluid die Turbine 22 antreibt und in der zweiten Phase Wärmefluid aus dem Reservoir 305 in den Druckbehälter 301 rückgespeist wird. Im Vergleich zum Wärmekreislauf 200 ist der Wärmekreislauf 300 jedoch so gesteuert, dass er die Phase des Rückspeisens durchläuft, während das Wärmefluid im Wärmekreislauf 200 in der Turbine 22 Arbeit leistet. Auf diese Weise kann die Stromerzeugung durch den Generator 24 vergleichmäßigt werden. Je höher hierbei die Anzahl der Wärmekreisläufe 200, 300, etc. ist, desto gleichmäßiger kann Strom in ein Netz eingespeist werden. Es sei daher an dieser Stelle betont, dass im Unterschied zum dargestellten Ausführungsbeispiel auch mehr als zwei zur Gewinnung mechanischer Energie genutzte Wärmekreisläufe vorhanden sein können.In the third heat cycle 300 takes place as in the second heat cycle 200 a two-phase cycle in which, in the first phase, the high pressure thermal fluid is the turbine 22 drives and in the second phase thermal fluid from the reservoir 305 in the pressure vessel 301 is fed back. Compared to the heat cycle 200 is the heat cycle 300 however, controlled so that it passes through the phase of the feedback, while the heat fluid in the heat cycle 200 in the turbine 22 Work. In this way, power generation by the generator 24 to be evened out. The higher the number of heat cycles 200 . 300 , etc., the more uniformly can electricity be fed into a grid. It should therefore be emphasized at this point that in contrast to the illustrated embodiment, more than two used to obtain mechanical energy heat cycles can be present.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgen ein Zahlenbeispiel präsentiert:
Ab einer Tiefe von ca. 100 m weist das Erdreich ganzjährig eine stabile Temperatur von ca. 18°C auf. Wenn Propan (C3H8) oder Ammoniak (NH3) oder eine Mischung daraus, ggf. auch eine Mischung aus Ammoniak, Propan und Kohlendioxid, als Kältefluid eingesetzt wird, so kann das Kältefluid in seiner gasförmigen Phase eine Temperatur von 18°C aufweisen. Als Wärmefluid kann in diesem Fall beispielsweise CO2 eingesetzt werden. Dieses hat bei 18°C einen Dampfdruck von rund 6 MPa, also von 60 Atmosphären (vgl. 3). Bei einer Temperatur von 0°C hat Kohlendioxid hingegen lediglich einen Dampfdruck von ca. 3,5 MPa, also etwa 35 Atmosphären. Die Druckdifferenz von 25 Atmosphären ist ausreichend, um eine Turbine zu betreiben. Eine Temperaturdifferenz von 18°C im Wärmefluid ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung jedoch einfach zu erreichen.To further illustrate the invention, a numerical example is presented below:
At a depth of approx. 100 m, the soil has a stable temperature of approx. 18 ° C all year round. If propane (C 3 H 8 ) or ammonia (NH 3 ) or a mixture thereof, possibly also a mixture of ammonia, propane and carbon dioxide, is used as the cooling fluid, the refrigerant fluid in its gaseous phase can reach a temperature of 18 ° C. exhibit. For example, CO 2 can be used as thermal fluid in this case. This has at 18 ° C a vapor pressure of about 6 MPa, ie of 60 atmospheres (see. 3 ). At a temperature of 0 ° C, however, carbon dioxide only has a vapor pressure of about 3.5 MPa, ie about 35 atmospheres. The pressure difference of 25 atmospheres is sufficient to run a turbine. However, a temperature difference of 18 ° C in the thermal fluid is easy to achieve with the device according to the invention.

Wenn Ethan an Stelle von Kohlendioxid als Wärmefluid Verwendung findet, so beträgt der Dampfdruck bei 18°C noch immer etwa 4 MPa (ca. 40 Atmosphären) und der Dampfdruck bei 0°C ca. 2,5 MPa, also etwa 25 Atmosphären. Zwar liegt der Druckunterschied bei Ethan nur bei 15 Atmosphären, jedoch reicht auch dieser Druckunterschied noch aus, um die Turbine zu betreiben.If Ethane is used instead of carbon dioxide as heat fluid, so is the vapor pressure at 18 ° C still about 4 MPa (about 40 atmospheres) and the vapor pressure at 0 ° C approx. 2.5 MPa, about 25 atmospheres. Although the pressure difference with ethane is only 15 atmospheres, however Even this difference in pressure is still sufficient to the turbine operate.

In beiden Beispielen wird die Temperatur des kondensierten Wärmefluids in der Regel tatsächlich sogar unter 0°C liegen.In both examples, the temperature of the condensed heat fluid usually actually below 0 ° C lie.

Wenn der Verdichter 11 zwischen die Erdwärmesonde 9 und den Wärmetauschern 3, 5, 7 die Temperatur des gasförmigen Kältefluids 19 durch Kompression weiter erhöht, sind im vorausgegangenen Zahlenbeispiel Temperaturen von bis zu 55°C im komprimierten gasförmigen Kältefluid erreichbar. Bei doppelter Verdichtung können sogar Temperaturen von über 100°C erreicht werden.If the compressor 11 between the geothermal probe 9 and the heat exchangers 3 . 5 . 7 the temperature of the gaseous refrigerant fluid 19 further increased by compression, in the previous numerical example temperatures of up to 55 ° C in the compressed gaseous refrigerant fluid can be achieved. With double compression even temperatures of over 100 ° C can be achieved.

Es erwähnenswert, dass sich im Erdreich 20 um den Verdampfungsraum 17 der Erdwärmesonde 9 herum ein Eismantel bildet. Dieser kann dazu verwendet werden, einen Kühlkreislauf aufzubauen, mit welchem beispielsweise eine Klimaanlage betrieben werden kann. Auf diese Weise kann die eigentlich als Abfallprodukt anfallende Kühlleistung der erfindungsgemäßen Vorrichtung einer sinnvollen Nutzung zugeführt werden. Dabei schmilzt der Eismantel größtenteils wieder ab, so dass ein Schaden der vegetativen Zone im Erdreich vermieden werden kann, insbesondere dann, wenn das Erdreich bereits bei geringen Tiefen die Temperatur von ca. 18°C erreicht und die Erdwärmesonde daher oberflächennah angeordnet ist.It is worth noting that in the soil 20 around the evaporation space 17 the geothermal probe 9 forms an ice shell around. This can be used to build a cooling circuit with which, for example, an air conditioner can be operated. In this way, the actually occurring as waste product cooling capacity of the device according to the invention can be supplied to a meaningful use. In the process, most of the ice shell melts again, so that damage to the vegetative zone in the soil can be avoided, especially if the soil reaches the temperature of approx. 18 ° C even at shallow depths and the geothermal probe is therefore located close to the surface.

Das beschrieben Verfahren zum Erzeugen von mechanischer Energie aus Wärme kann auch zum Antreiben von mobilen Systemen, bspw. Fahrzeugen, genutzt werden.The described methods for generating mechanical energy Heat can also used for driving mobile systems, such as vehicles become.

Claims (19)

Verfahren zur Gewinnung von mechanischer Energie aus Wärme mit den Schritten: – Entziehen von Wärme aus einer Wärmequelle; – Übertragen der entzogenen Wärme auf ein in einem geschlossenen Wärmekreislauf (200, 300) zirkulierendes Wärmefluid und Verdampfen des Wärmefluids mittels der übertragenen Wärme unter Erhöhung des Druckes im verdampften Wärmefluid; wobei – das unter hohem Druck stehende Wärmefluid eine Strömungsmaschine (22) durchströmt und dabei unter Abkühlung und Entspannung Arbeit leistet; – das nach dem Durchströmen der Strömungsmaschine entspannte und abgekühlte Wärmefluid wieder kondensiert wird; und – der Druck des kondensierten Wärmefluids wieder mittels des der Wärme der Wärmequelle erhöht wird, und – das Wärmefluid derart ausgewählt ist, dass sich durch Ausnutzung einer Temperaturspreizung mit einer Maximaltemperatur von nicht mehr als 130°C eine Dampfdruckdifferenz von wenigstens 0,5 MPa realisieren lässt.Method for recovering mechanical energy from heat comprising the steps of: - extracting heat from a heat source; - transferring the extracted heat to a in a closed heat cycle ( 200 . 300 ) circulating thermal fluid and vaporizing the thermal fluid by means of the transferred heat while increasing the pressure in the vaporized thermal fluid; wherein the high-pressure thermal fluid is a turbomachine ( 22 ) flows through while doing work under cooling and relaxation; - The relaxed and cooled after flowing through the turbomachine and condensed heat fluid is condensed again; and - the pressure of the condensed heat fluid is increased again by means of the heat of the heat source, and - the heat fluid is selected so that realize by using a temperature spread with a maximum temperature of not more than 130 ° C, a vapor pressure difference of at least 0.5 MPa leaves. Verfahren nach Anspruch 1, in dem das Wärmefluid so gewählt ist, dass bei einer Temperaturspreizung von nicht mehr als 50°C mit einer Maximaltemperatur von nicht mehr als 30°C die Dampfdruckdifferenz von wenigstens 0,5 MPa erzielbar ist.The method of claim 1, wherein the thermal fluid so chosen is that with a temperature spread of not more than 50 ° C with a Maximum temperature of not more than 30 ° C the vapor pressure difference of at least 0.5 MPa can be achieved. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, in dem das Wärmefluid ausgewählt ist aus der Gruppe: Kohlendioxid, Ethan, Propan, Ammoniak.Method according to claim 1 or 2, in which the thermal fluid selected is from the group: carbon dioxide, ethane, propane, ammonia. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in dem die beim Kondensieren des Wärmefluids anfallende Kondensationswärme dem Wärmefluid zusammen mit der Wärme der Wärmequelle zur Drucksteigerung wieder zugeführt wird.Method according to one of claims 1 to 3, in which the Condensing the thermal fluid accumulating condensation heat the thermal fluid along with the heat the heat source fed back to increase pressure becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in dem die Wärmequelle das Erdreich ist und welches die folgenden Schritte umfasst: – Entziehen von Wärme aus dem Erdreich (20) unter Verwendung eines in flüssiger Form (15) in eine im Erdreich (20) angeordnete Wärmesonde (9) mit einem Verdampfungsraum (17) injizierten Kältefluids, welches vor dem Erreichen der Verdampfungsraumes (17) expandiert wird, im Verdampfungsraum (17) unter Entziehung von Wärme aus dem umgebenden Erdreich (20) verdampft und in gasförmiger Form (19) dem Verdampfungsraum entnommen wird; – Übertragen der vom komprimierten gasförmigen Kältefluid transportierten Wärme auf das in dem geschlossenen Wärmekreislauf (200, 300) zirkulierende Wärmefluid und Erhöhen des Druckes im Wärmefluid durch die übertragne Wärme, wobei das gasförmige Kältefluid (19) kondensiert; und – Injizieren des kondensierten Kältefluids (15) in die Erdwärmersonde (9).Method according to one of claims 1 to 4, in which the heat source is the soil and which comprises the following steps: - removal of heat from the soil ( 20 ) using a liquid form ( 15 ) in a soil ( 20 ) arranged heat probe ( 9 ) with an evaporation space ( 17 ) injected cold fluid, which before reaching the evaporation space ( 17 ) is expanded, in the evaporation chamber ( 17 ) with removal of heat from the surrounding soil ( 20 ) and in gaseous form ( 19 ) is taken from the evaporation space; Transferring the heat transported by the compressed gaseous refrigerant fluid to that in the closed heating circuit ( 200 . 300 ) circulating thermal fluid and increasing the pressure in the thermal fluid by the transferred heat, wherein the gaseous refrigerant fluid ( 19 ) condenses; and - injecting the condensed refrigerant fluid ( 15 ) in the geothermal probe ( 9 ). Verfahren nach Anspruch 5, in dem die mechanische bzw. elektrische Leistung der Strömungsmaschine (22) über den zirkulierenden Kältefluidstrom geregelt wird.Method according to Claim 5, in which the mechanical or electrical power of the turbomachine ( 22 ) is regulated via the circulating cooling fluid flow. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in dem ein Komprimieren des gasförmigen Kältefluids (19) vor dem Übertragen der Wärme auf den Wärmekreislauf (200, 300) erfolgt.Method according to one of claims 1 to 6, in which compressing the gaseous refrigerant fluid ( 19 ) before transferring the heat to the heating circuit ( 200 . 300 ) he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, in dem die Strömungsmaschine (22) einen elektrischen Generator (24) antreibt.Method according to one of claims 1 to 7, in which the turbomachine ( 22 ) an electric generator ( 24 ) drives. Vorrichtung zur Gewinnung von mechanischer Energie aus Wärme mit: – wenigstens einem mittels eines Wärmetauschers (5, 7) mit einer Wärmequelle (1) gekoppelten geschlossenen Wärmekreislauf (200, 300) mit einem darin zirkulierenden Wärmefluid, wobei der Wärmetauscher (5, 7) derart angeordnet ist, dass die Wärme der Wärmequelle (1) auf das Wärmefluid übertragen werden kann, um das Wärmefluid zu verdampfen und den Druck im verdampften Wärmefluid zu erhöhen; – wenigstens einer im Wärmekreislauf (200, 300) stromab des Wärmetauschers (5, 7) derart angeordneten Strömungsmaschine (22), dass sie vom unter hohem Druck stehenden dampfförmigen Wärmefluid durchströmt wird, wobei das Wärmefluid entspannt und abkühlt, – einem Verdichter (204a, 204b, 304a, 304b), welcher strömungstechnisch der Strömungsmaschine (22) nach- und dem Wärmetauscher (5, 7) vorgeschaltet ist und zum Kondensieren des Wärmefluids ausgestaltet ist; wobei das Wärmefluid derart ausgewählt ist, dass sich durch Ausnutzung einer Temperaturspreizung mit einer Maximaltemperatur von nicht mehr als 130°C eine Dampfdruckdifferenz von wenigstens 0,5 MPa realisieren lässt.Apparatus for recovering mechanical energy from heat comprising: - at least one by means of a heat exchanger ( 5 . 7 ) with a heat source ( 1 ) coupled closed heat cycle ( 200 . 300 ) with a circulating thermal fluid, wherein the heat exchanger ( 5 . 7 ) is arranged such that the heat of the heat source ( 1 ) can be transferred to the thermal fluid to evaporate the thermal fluid and to increase the pressure in the vaporized thermal fluid; - at least one in the heat cycle ( 200 . 300 ) downstream of the heat exchanger ( 5 . 7 ) thus arranged turbomachine ( 22 ) that it is flowed through by the high-pressure vaporous thermal fluid, wherein the thermal fluid is expanded and cooled, - a compressor ( 204a . 204b . 304a . 304b ), which fluidically the turbomachine ( 22 ) and the heat exchanger ( 5 . 7 ) and configured to condense the thermal fluid; wherein the thermal fluid is selected so that can be realized by utilizing a temperature spread with a maximum temperature of not more than 130 ° C, a vapor pressure difference of at least 0.5 MPa. Vorrichtung nach Anspruch 9, in dem das Wärmefluid so gewählt ist, dass bei einer Temperaturspreizung von nicht mehr als 50°C mit einer Maximaltemperatur von nicht mehr als 30°C die Dampfdruckdifferenz von wenigstens 0,5 MPa erzielbar ist.Apparatus according to claim 9, wherein the thermal fluid so chosen is that with a temperature spread of not more than 50 ° C with a Maximum temperature of not more than 30 ° C the vapor pressure difference of at least 0.5 MPa can be achieved. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, in dem das Wärmefluid ausgewählt ist aus der Gruppe: Kohlendioxid, Ethan, Propan, Ammoniak.Apparatus according to claim 9 or 10, in which the thermal fluid selected is from the group: carbon dioxide, ethane, propane, ammonia. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, in der – die Wärmequelle das Erdreich (20) ist, und – ein Kältekreislauf (1) mit einem darin zirkulierenden Kältefluid (15, 19) vorhanden ist, welcher eine in einer Erdbohrung zu versenkende Erdwärmesonde (9) umfasst, in die flüssiges Kältefluid (15) injiziert wird und in der das flüssige Kältefluid (15) auf Grund der Erdwärme des die Erdwärmesonde umgebenden Erdreiches (20) verdampft, und welcher wenigstens einen Wärmetauscher (5, 7) umfasst, in dem das dampfförmige Kältefluid kondensiert und der den Kältekreislauf (1) mit dem Wärmekreislauf (200, 300) koppelt.Device according to one of claims 9 to 11, in which - the heat source is the soil ( 20 ), and - a refrigeration cycle ( 1 ) with a circulating cold fluid ( 15 . 19 ), which is a geothermal probe to be sunk in a borehole ( 9 ), in the liquid refrigerant fluid ( 15 ) and in which the liquid refrigerant fluid ( 15 ) due to the geothermal heat of the soil surrounding the geothermal probe ( 20 ) and which at least one heat exchanger ( 5 . 7 ), in which the vaporous refrigerant fluid condenses and the refrigeration cycle ( 1 ) with the heat cycle ( 200 . 300 ) couples. Vorrichtung nach Anspruch 12, welche außerdem einen zwischen der Erdwärmesonde (9) und dem Wärmetauscher (5, 7) angeordneten Verdichter (11) umfasst.Apparatus according to claim 12, further comprising a between the geothermal probe ( 9 ) and the heat exchanger ( 5 . 7 ) arranged compressors ( 11 ). Vorrichtung nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, welche eine Einrichtung zum Beeinflussen des im Kältekreislauf zirkulierenden Kältefluidmassenstroms umfasst.Apparatus according to claim 12 or claim 13 which a device for influencing the circulating in the refrigeration circuit Cold fluid mass flow includes. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14 in der der Wärmekreislauf umfasst: – einen der Strömungsmaschine (22) in Strömungsrichtung vorgeschalteten Druckaufbauraum (201, 301), in welchem der Wärmetauscher (5, 7) angeordnet ist; – ein der Strömungsmaschine (22) in Strömungsrichtung nachgeschaltetes Reservoir (205, 305), in dem das wieder verdichtete Wärmefluid gesammelt wird; und – eine das Reservoir (205, 305) mit dem Druckaufbauraum (201, 301) verbindende Fluidleitung (207, 307), in der ein Ventil (209, 309) derart angeordnet ist, dass eine Strömung vom Druckaufbauraum (201, 301) in das Reservoir (205, 305) unter Umgehung der Strömungsmaschine (22) verhindert wird.Device according to one of claims 9 to 14, in which the heating circuit comprises: - one of the turbomachine ( 22 ) in the flow direction upstream pressure build-up space ( 201 . 301 ), in which the heat exchanger ( 5 . 7 ) is arranged; - one of the turbomachine ( 22 ) downstream in the flow direction reservoir ( 205 . 305 ) in which the recompressed thermal fluid is collected; and - one the reservoir ( 205 . 305 ) with the pressure build-up space ( 201 . 301 ) connecting fluid line ( 207 . 307 ), in which a valve ( 209 . 309 ) is arranged such that a flow from the pressure build-up space ( 201 . 301 ) in the reservoir ( 205 . 305 ) bypassing the turbomachine ( 22 ) is prevented. Vorrichtung nach Anspruch 15, in der mehrere über Wärmetauscher (5, 7) mit dem Kältekreislauf (1) gekoppelte Wärmekreisläufe (200, 300) vorhanden sind, welche jeweils einen Druckaufbauraum (201, 301), ein Reservoir (205, 305) und die Strömungsmaschine (22) umfassen.Device according to claim 15, in which a plurality of heat exchangers ( 5 . 7 ) with the refrigeration cycle ( 1 ) coupled heat cycles ( 200 . 300 ) are present, which each have a pressure build-up space ( 201 . 301 ), a reservoir ( 205 . 305 ) and the turbomachine ( 22 ). Vorrichtung nach Anspruch 16 mit einer auf die Wärmekreisläufe (200, 300) derart einwirkenden Steuereinheit, dass Phasen des Druckaufbaus in den Druckräumen (201, 301) der Wärmekreisläufe (200, 300) gegeneinander phasenverschoben auftreten.Device according to claim 16, with a thermal circuit ( 200 . 300 ) acting such control unit that phases of pressure build-up in the pressure chambers ( 201 . 301 ) of the heat cycles ( 200 . 300 ) occur out of phase with each other. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, in der der Verdichter (204a, 204b, 304a, 304b) wenigstens einen Wärmetauscher und einen Sekundärkreislauf (206, 306) umfasst, in dem ein Sekundärwärmefluid zirkuliert, und der Sekundärkreislauf (206, 306) mit einem im Druckbehälter (201, 301) angeordneten Wärmetauscher verbunden ist.Device according to one of claims 9 to 17, in which the compressor ( 204a . 204b . 304a . 304b ) at least one heat exchanger and a secondary circuit ( 206 . 306 ), in which a secondary heat fluid circulates, and the secondary circuit ( 206 . 306 ) with a pressure vessel ( 201 . 301 ) arranged heat exchanger is connected. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, in der die Strömungsmaschine (22) mit wenigstens einem Generator (211, 311) gekoppelt ist.Device according to one of claims 9 to 18, in which the turbomachine ( 22 ) with at least one generator ( 211 . 311 ) is coupled.
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