DE102008013737A1 - Verfahren zur Wandlung thermischer Energie in mechanische und weiter in elektrische Energie - Google Patents

Verfahren zur Wandlung thermischer Energie in mechanische und weiter in elektrische Energie Download PDF

Info

Publication number
DE102008013737A1
DE102008013737A1 DE102008013737A DE102008013737A DE102008013737A1 DE 102008013737 A1 DE102008013737 A1 DE 102008013737A1 DE 102008013737 A DE102008013737 A DE 102008013737A DE 102008013737 A DE102008013737 A DE 102008013737A DE 102008013737 A1 DE102008013737 A1 DE 102008013737A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heat
energy
medium
supplied
heat exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102008013737A
Other languages
English (en)
Inventor
Heinz Manfred Bauer
Michael Bauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=40936386&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=DE102008013737(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE102008013737A priority Critical patent/DE102008013737A1/de
Publication of DE102008013737A1 publication Critical patent/DE102008013737A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

Das hier vorgestellte Verfahren ermöglicht die Nutzung regenerativer Energie in einer Art und Weise, wie dies bisher nicht möglich war. Das Verfahren benötigt keine Speichermöglichkeiten, da die Energie zu jedem Zeitpunkt, unabhängig von Faktoren wie zum Beispiel Sonne oder Wind elektrischen Strom zur Verfügung stellen kann, immer dann, wenn dieser benötigt wird. Die kontinuierliche Betriebsbereitschaft erlaubt eine hohe Netzpräsenz und damit eine sehr gute Effektivität. Der Wärmelieferant, zum Beispiel Erde oder Wasser, wie auch alle anderen im Verfahren vorgesehenen Energiequellen ist jederzeit und uneingeschränkt verfügbar, so dass das Verfahren universal Anwendung finden kann. Die bevorzugten Ausführungen nach den Ansprüchen 3 bis 13 erweitern den Einsatzbereich wesentlich und erhöhen somit die Nutzung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Energie und weiterhin in elektrische Energie. Dazu genutzt werden Wärmetauscher, Verdampfer, Wärmepumpe, Turbine und Generator. Das Verfahren ist auch ohne Wärmepumpe möglich. Gegenstand der Erfindung sind beide Varianten. Anwendung findet das Verfahren unter Nutzung aller denkbaren, geeigneten Wärmequellen wie z. B. den Wärmequellen Geothermie, natürliche und künstliche Wasservorkommen, wie Seen, Bäche, Flüsse, Stauseen und sonstige Wasservorkommen aller Art, auch maritime, die geeignet sind Wärme abzugeben, industrielle Kühlwasser oder sonstige künstliche Wärmequellen wie Abwässer aus Papierwerken, oder Kühlwasser von Kraftwerken, Wasser aus Bergwerken, Wasser in Bergwerken, Brunnen, unterirdischen Seen und Wasserläufe, ebenso wie andere Wärmeentzugsabläufe, direkt oder über Sonden und auch aus der Luft.
  • Aus dem Stand der Technik, z. B. DE 36 19 547 oder GB 11301214 und auch EP 1 702 140 B1 , sind eine Vielzahl von Verfahren zur Wandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie und darüber hinaus auch in elektrische Energie bekannt. Zum Beispiel gibt es Wärmekraftanlagen die in einem Kessel ein Arbeitsmittel erwärmen und unter hohem Druck zum Sieden bringen und verdampfen. Der Dampf wird anschliessend in einer Turbine entspannt, wobei Arbeit verrichtet wird. Anschließend wird das Arbeitsmittel wieder verflüssigt und dem Kessel beigefügt, wodurch ein Kreislauf entsteht. Bei diesem Arbeitsmittel handelt es sich in der Regel um Wasser, in anderen Verfahren auch um Fluide wie R134a, Ammoniak oder Butan und weitere den einzelnen Verfahren dienliche Substanzen. Überwiegend wird bei solchen Anlagen die geleistete Arbeit mittels Generator in Elektrizität umgewandelt. Grundsätzlich kann hier jede Wärmekraftmaschine angeführt werden. Diese Verfahren arbeiten überwiegend mit der Erwärmung von Wasser und der Erzeugung möglichst hoher Drücke. Die zur Verwendung kommenden Drücke, vor der Entspannung des verwendeten Arbeitsmittels, vorwiegend Wasserdampf, liegen in Bereichen oberhalb von 15 bar. Die Nachteile, die sich daraus ergeben betreffen, neben den hohen Drücken auch die in Betracht kommenden hohen Temperaturen, die eine untere Schwelle für die technische Nutzung aufbauen, die grosse Energievorräte ausschließen. So sind zum Beispiel geothermische Energievorkommen in den Bereichen bis 500 Metern Tiefe weitestgehend ausgeschlossen. Man nutzt diese zwar, aber nur zur Gewinnung der Wärme. Ebenso wie Thermalwasser, Kühlwasser und Luft, die zwar sporadisch eine Anwendung finden, jedoch nicht in einem so komplexen Verfahren, dass daraus elektrische Energie gewonnen werden kann, sondern nur um einen örtlich begrenzten Wärmebedarf, zum Beispiel einer Heizung zu decken. Die hier in Kauf genommenen Nachteile verursachen erhebliche wirtschaftliche Begrenzungen. So würde das Energiepotenzial, welches in der Erde bis zu einer Tiefe von 200 Metern zur Verfügung steht, mehr als ausreichen, den gesamten Energiebedarf der Menschheit zu decken. Auch der Teilbereich, der in unseren ehemaligen Kohlebergwerken schlummert, ist grösser als der Energiebedarf der Bundesrepublik Deutschland, ebenso, wie ähnlich hohe Reserven in anderen Bergbaugebieten innerhalb und ausserhalb Europas. Auch die thermischen Energievorräte in den Meeresgewässern reichen aus, den Energiebedarf der Menschheit auf Dauer zu befriedigen. Gerade die Vorräte in maritimen Gewässern sind leicht nutzbar und durch entsprechende technische Apparate zu erschliessen. Ich denke hier an das Ansaugen oberflächennahem Wasser, das in grossen Teilen der Meere durchaus Temperaturen zwischen 20°C und 30°C, dauerhaft, erreicht. Dieses Wasser dann in dem hier vorgeschlagenen Verfahren nutzbar zu machen ist eine, auch heute schon lösbare technische Aufgabe. Wird die ganze Apparatur in Küstennähe betrieben, ist auch die Einspeisung von Strom in die Netze der Verbraucher kein Problem. Nur, allein es fehlt ein Verfahren diese Vorräte zu nutzen. Dazu ist diese Erfindung, neben anderen Einsatzgebieten, gedacht.
  • Aufgabe der Erfindung ist die Generierung elektrischer Energie aus Wärmevorkommen, wie sie zum Beispiel in der Erdwärme, in Wasser, in Luft und in industriell anfallendem Kühlwassern enthalten ist, unter Vermeidung der Nachteile hoher Temperaturen und hoher Drücke.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen ausgeführt.
  • Dazu ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass eine Turbine als Entspannungsvorrichtung genutzt wird. Diese Entspannungsvorrichtung ist als Niederdruck-Entspannungsvorrichtung ausgebildet. Hier wird eine Turbine als Entspannungsvorrichtung genutzt, die in der Lage ist, bei den herrschenden Drücken von weniger als 10 bar den Betrieb aufzunehmen und einen Generator anzutreiben. Aus einer beliebigen Wärmequelle wie anfangs beschrieben, zum Beispiel Erdwärme, Wasser und Luft wird die Wärme entnommen. Hier verfügt das Verfahren erfindungsgemäss über zwei alternative Möglichkeiten. Zum Ersten wird die Wärme direkt entnommen, indem über einen Verdampfer ein Medium die Wärme aufnimmt und bei der herrschenden Prozesstemperatur seinen Aggregatzustand von flüssig in fest wandelt. Weiterhin ist dieses Medium so zusammen gesetzt, dass es nach dem Verdampfen einen technisch verwertbaren Druck aufbaut. Dann wird das, jetzt unter einem erhöhten Druck stehende Medium einer Turbine zugeführt, die durch die Entspannung des Mediums angetrieben wird und beispielsweise einen Generator zur Stromerzeugung antreibt. Alternativ wird nach dem Verdampfer das Medium an eine Wärmepumpe weitergeleitet, wo sein Temperaturniveau erhöht wird und es sodann ebenfalls eine Turbine antreibt. der Vorteil der alternativen Ausführung besteht darin, dass durch die höhere Temperatur, zur Zeit bis zu 65°C möglich, die technische Verwertung vereinfacht wird, da die Temperaturspanne grösser ist. Der weitere Verlauf des Verfahrens ist wieder wie bei der ersten Variante. Die für den Betrieb der Wärmepumpe notwendige Energie wird aus dem Verfahren entnommen. Es handelt sich hier um einen linksläufigen Kreisprozess zur Aufnahme der wärme und einen rechtsläufigen Kreisprozess zur Entspannung des Mediums und damit zum Antrieb der Turbine. Im Betrieb mit der Wärmepumpe sind derzeit technische Grenzen dahingehend gesetzt, dass die Temperatur der Wärmequelle nicht über 20°C liegen darf. Um dies zu gewährleisten wird, sofern die Wärmequelle darüber liegt, die Wärmequelle aufbereitet. Dabei ist besonderer Wert darauf zu legen, dass kein Wärmepotenzial verloren geht. Zum Beispiel kann Wasser mit einer zu hohen Temperatur durch das Mischen mit kälterem Wasser auf das gewünschte Temperaturniveau gesenkt werden und die Wärmemenge durch das jetzt entsprechend grössere Volumen weitestgehend erhalten bleiben. hierbei kann auf den Einsatz signifikanter Arbeitsleistungen verzichtet werden. Für das Verfahren spielt dies nur eine untergeordnete Rolle und wird in einer anderen Entwicklung verbessert. Das Verfahren ist so konzeptioniert, dass es allen Einsatzmöglichkeiten gerecht wird und universell Anwendung findet.
  • 1
    Pumpstation zur Förderung des Wärmemediums, oder Sondenausgang bei Wärmegewinnung mittels Sonde aus der Wärmequelle
    2
    Wärmetauscher zur Aufnahme der thermischen Energie aus der Wärmequelle
    3
    Wärmepumpe
    4
    Dampferzeuger
    5
    Turbine
    6
    Generator
    A
    Zufluss des Wärmemediums zum Wärmetauscher/Leitung von der Sonde zum Wärmetauscher
    B
    Rückfluss Wärmemedium/Rückleitung des abgekühlten Mediums zur Sonde
    C
    Leitung mit temperiertem Medium vom Wärmetauscher zur Wärmepumpe
    D
    Leitung Zufuhr heißes Fluid von der Wärmepumpe zum Dampferzeuger
    E
    Leitung von Fluid vor der Aggregatänderung zur Turbine
    F
    Rückfluss des entspannten abgekühlten Mediums zum Wärmetauscher
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 3619547 [0002]
    • - GB 11301214 [0002]
    • - EP 1702140 B1 [0002]

Claims (13)

  1. Verfahren zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Energie, und weiter in elektrische Energie in der Art, dass über einen Wärmetauscher Energie von einem Wärmelieferanten entnommen und einem Medium zugeführt wird, welches hierdurch seinen Aggregatzustand von flüssig in gasförmig ändert, und einen technisch verwertbaren Druck aufbaut mit dem dann eine Turbine angetrieben wird, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, mit einer einfachen Kraftkupplung einen Generator anzutreiben und elektrischen Strom zu entnehmen, wobei das Medium in der Turbine entspannt und seinen Aggregatzustand zurück in flüssig wandelt, und dem Wärmetauscher wieder zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem Temperaturbereich der Energie liefernden Wärmequelle bis 80°C abläuft.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass das Medium nach dem Entzug der Wärme, aus der Wärmequelle, einer Wärmepumpe zugeführt wird, dadurch auf ein wesentlich höheres Temperaturniveau transformiert und erst dann einer Turbine zugeführt wird, wo dann das Medium erfindungsgemäss entspannt, diese Turbine antreibt, dadurch Strom generiert, der zum Teil dazu verwendet wird, die Wärmepumpe mit Energie zu versorgen und der überschüssige Teil des erzeugten Stromes einem Verbraucher zugeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmequelle Wasser verwendet wird, das aus den Untertagebauten von Bergwerken stammt
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser aus den unterirdischen Grubenbauten während oder nach deren Betrieb gepumpt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme aus den stillgelegten, oder zumindest teilweise stillgelegten Grubenbauten unter Tage mittels durch Bohrungen eingeführter Sonden mit innen zirkulierendem Medium entnommen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme mit durch Bohrung eingeführte Sonden mit innen zirkulierendem Medium aus dem Erdreich entnommen wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme industriellen Kühlwassern, zum Beispiel aus Kraftwerken, mit einem Wärmetauscher entnommen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme fliessenden, stehenden und maritimen Gewässern mit Wärmetauschern entnommen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme der Umgebungsluft entnommen wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass die Wärme als Abwärme anderer technischer, chemischer, industrieller, biologischer oder solarer Prozesse anfällt.
  11. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme mit Sonnenenergie erzeugt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass die Wärme geologischen Prozessen in weitestem Sinne entnommen wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet, dass die Wärme durch nukleare Prozesse erzeugt wird.
DE102008013737A 2008-03-06 2008-03-06 Verfahren zur Wandlung thermischer Energie in mechanische und weiter in elektrische Energie Pending DE102008013737A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008013737A DE102008013737A1 (de) 2008-03-06 2008-03-06 Verfahren zur Wandlung thermischer Energie in mechanische und weiter in elektrische Energie

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008013737A DE102008013737A1 (de) 2008-03-06 2008-03-06 Verfahren zur Wandlung thermischer Energie in mechanische und weiter in elektrische Energie

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102008013737A1 true DE102008013737A1 (de) 2009-09-10

Family

ID=40936386

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008013737A Pending DE102008013737A1 (de) 2008-03-06 2008-03-06 Verfahren zur Wandlung thermischer Energie in mechanische und weiter in elektrische Energie

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102008013737A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1301214A (en) 1970-05-26 1972-12-29 Wallace Louis Minto Prime mover system
DE3619547A1 (de) 1984-12-13 1987-12-17 Peter Koch Verfahren und einrichtung zur erzeugung einer kraft aus einer temperaturdifferenz zweier medien
EP1702140B1 (de) 2003-12-22 2007-08-22 Ecoenergy Patent GmbH Verfahren zur umwandlung von wärmeenergie in mechanische energie mit einer niederdruck-entspannungsvorrichtung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1301214A (en) 1970-05-26 1972-12-29 Wallace Louis Minto Prime mover system
DE3619547A1 (de) 1984-12-13 1987-12-17 Peter Koch Verfahren und einrichtung zur erzeugung einer kraft aus einer temperaturdifferenz zweier medien
EP1702140B1 (de) 2003-12-22 2007-08-22 Ecoenergy Patent GmbH Verfahren zur umwandlung von wärmeenergie in mechanische energie mit einer niederdruck-entspannungsvorrichtung

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Loutatidou et al. Techno-economic analysis of MED and RO desalination powered by low-enthalpy geothermal energy
EP2994699B1 (de) Verfahren und anordnung zum bereitstellen von wärme für eine fernwärmeversorgung
DE102009053390B3 (de) Thermodynamische Maschine sowie Verfahren zu deren Betrieb
EP2078140A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur nutzung von niedertemperaturwärme zur stromerzeugung
CH702275A2 (de) Kombinationszyklus-Kraftwerk mit integrierter ORC-Vorrichtung.
DE102012217929A1 (de) Kraft-Wärme-Kraftwerk und Verfahren zum Betrieb eines Kraft-Wärme-Kraftwerks
US20140000838A1 (en) System and method of maximizing performance of a solid-state closed loop well heat exchanger
DE2520101A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung, lagerung, modulierung und verteilung von energie
EP0021302A1 (de) Aus einer geothermischen Wärmequelle versorgtes Wärmekraftwerk
Nihill et al. Investigating the prospects of water desalination using a thermal water pump coupled with reverse osmosis membrane
CN203658074U (zh) 一种增强型地热系统开发试验装置
EP2682689A1 (de) Erzeugung elektrischer Energie aus Erdwärme
DE102008013737A1 (de) Verfahren zur Wandlung thermischer Energie in mechanische und weiter in elektrische Energie
DE102010036530A1 (de) Wärmekraftmaschine zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie, die zur Erzeugung von Strom benutzt wird, sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Wärmekraftmaschine
Qiu et al. DesaLink: solar powered desalination of brackish groundwater giving high output and high recovery
DE102008036917A1 (de) Verfahren zur Wandlung thermischer Energie in mechanische und weiter in elektrische Energie
DE102011101665B4 (de) Wärmeeinheit zum Erzeugen elektrischer Energie und Verfahren zur Erzeugung von Strom aus Wärme
EP0916913A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von nutzbarer Wärmeenergie
DE102013017527A1 (de) Anordnung eines pneumatischen Energiespeichers für Solarkraftwerke und Verfahren zur adiabatischen Energiespeicherung
DE3010389A1 (de) System zur erzeugung von mechanischer und/oder elektrischer energie unter nutzung von umgebungswaerme
DE202013101546U1 (de) Eine auf einem Wärmerohr basierende Erdwärmestromerzeugungsanlage
DE102008064252A1 (de) Wärmekraftmaschine in barometrischer Aufstellung mit Kondensationswärme-Rückgewinnung
DD284745A5 (de) Verfahren und anordnung zur ausnutzung der niedrigtemperaturenergie der geothermischen waerme aus abbauraeumen einer grube
Domanski et al. Geothermal power: factors affecting the performance of binary plants
Wendt Geothermal desalination GeoVision case study analysis: Multiple effect distillation

Legal Events

Date Code Title Description
8122 Nonbinding interest in granting licences declared
8139 Disposal/non-payment of the annual fee
R074 Re-establishment allowed

Effective date: 20110502

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20111001

R073 Re-establishment requested
R011 All appeals rejected, refused or otherwise settled
R124 Re-establishment decision now final