DE102010019964A1 - Converting and storing thermal energies, comprises absorbing energy from energy deprivation- and supplying system (E3S) in first circuit over energy carrier, supplying the medium in further part of E3S and passing medium in transport line - Google Patents

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Abstract

The method for converting and storing thermal energies using two circuits, comprises absorbing energy from an energy deprivation- and supplying system (E 3>S) in a first circuit (102) over an energy carrier, where the system contains a transducer (301), in which the energy carrier begins a phase change by transferring from a liquid state to an aerosol using gas portion as medium, where only marginal energy is absorbed by the medium within the transducer during the conversion process, and supplying the medium in a further part of E 3>S and passing the medium in a transport line. The method for converting and storing thermal energies using two circuits, comprises absorbing energy from an energy deprivation- and supplying system (E 3>S) in a first circuit (102) over an energy carrier, where the system contains a transducer (301), in which the energy carrier begins a phase change by transferring from a liquid state to an aerosol using gas portion as medium, where only marginal energy is absorbed by the medium within the transducer during the conversion process, and supplying the medium in a further part of E 3>S and passing the medium in a transport line, where the transport line that enters into the part of E 3>S at one end is inserted within the E 3>S either in straight or curved shape, and re-enters either at the same end or at the opposite end, conducting the medium as an energetic gas directly or indirectly to a compression process, where the compressed gas at a higher temperature, which can go into areas of at least 20[deg] C to above 200[deg] C, is directly or indirectly used for the provision of energy in the form of heat, where a phase change of the energy carrier takes place by the deprivation of energy, e.g. in heat exchangers, the liquid medium is directly or indirectly fed to the transducer, where in addition to the previously described circuit, which is present in the entire system with another separate circuit in which a different medium having liquid or gaseous, is added, the second circuit is conducted through a transport line through a portion of E 3>S, in further course of the output of the E 3>S, the energy contained in the medium is provided either directly or indirectly over heat exchangers or reservoir in the form of cold for storage, the medium with the increased temperature is fed directly or indirectly to the E 3>S and a conveyor (200) is included in the second circuit, and one or more other energy sources are bonded in the circuit directly or indirectly connected in series for an additional energy input. The energy carrier is a heat transfer medium. The media present in the second circuit is water, water-glycol mixture, water-ethanol mixture, pure glycol and ethanol, oils or other liquids recoverable imaginable, and all kinds of gaseous media. The energy source consists of geothermal energy, solar thermal or aquathermal energy. The external converter comprises components that are configured to bring the fluid to low temperature level and to minimize the temperature level of other media. Energy is introduced in the transducer to initiate the phase change. An independent claim is included for a device for converting and storing thermal energies.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend zur Wandlung thermischer Energien sowie deren Speicherung und Bereitstellung zur Versorgung in den unterschiedlichsten Bereichen, in denen thermische Energien in Form von Wärme und/oder Kälte benötigt werden, die wiederum Grundlage für andere Energieformen wie z. B. kinetische und elektrische Energie sind. Dabei besteht die Möglichkeit, dass die Energieformen sowohl gleichzeitig als auch einzeln zur Verfügung gestellt werden können. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist eine kontinuierliche Bereitstellung der Energieformen gesichert und somit eine Grundlastfähigkeit gegeben. Die thermischen Energien, die mittels des Verfahrens gewandelt bzw. gespeichert werden, stammen aus allen möglichen, geeigneten Wärmequellen wie z. B. aus der oberflächennahen Geothermie, der Tiefengeothermie, der Solarthermie (auch über das sichtbare Wellenspektrum hinaus), allen Wasservorkommen wie Seen, Flüsse, auch maritime, im ober- oder unterirdischen Bereich, sowie auch aus allen künstlichen Wärmequellen. Für die Wandlung und Speicherung der thermischen Energien werden Verdichter bzw. Kompressoren, Wärmetauscher, Sonden und Phasenwandler genutzt.The invention relates to a method accordingly for the conversion of thermal energy and their storage and provision for supply in a variety of areas in which thermal energy in the form of heat and / or cold are needed, which in turn is the basis for other forms of energy such. B. kinetic and electrical energy. There is the possibility that the forms of energy can be provided both simultaneously and individually. The method according to the invention ensures a continuous provision of the energy forms and thus provides a basic load capability. The thermal energies that are converted or stored by the process, come from all sorts of suitable heat sources such. B. from near-surface geothermal, deep geothermal, solar thermal (beyond the visible wave spectrum beyond), all water resources such as lakes, rivers, including maritime, in the surface or underground area, as well as from all artificial heat sources. For the conversion and storage of thermal energy, compressors, compressors, heat exchangers, probes and phase transducers are used.

Es ist bereits bekannt, einem vorhandenen System thermische Energien mit den verschiedensten Verfahren zu entziehen, zu wandeln und zur Verfügung zu stellen. Dazu sind die sogenannten Wärmepumpen, Fallfilmsonden nach dem DVD-Verfahren, Solarkollektoren und ähnliche Verfahren benannt, die alle geeigneten Wärmequellen der Geo-, Solar- bzw. Aquathermie verwenden. Die jeweiligen Verfahren bzw. Systeme verwenden dabei meistens nur eine Form der Energiequelle. Dabei wird z. B. die Wärmeenergie der sichtbaren Sonnenstrahlen mittels Solarkollektoren direkt oder indirekt in ein Heizsystem gebracht. Andererseits gibt es Verfahren, die über eine oder mehrere Erdsonden über einen Kreislauf die geothermische Energie mittels sogenannter Wärmepumpen bzw. Verdichter als Wärme oder Kälte zur Verfügung stellen. Diese Systeme zeichnen sich dadurch aus, dass die genutzten Energiequellen im Allgemeinen nicht durchgängig in vollem Umfange zur Verfügung stehen. In diesen Systemen kommen unterschiedliche Wärmeträger zum Einsatz, wie z. B. Wasser-Glykol-Gemisch, Wasser-Ethanol-Gemisch, u. a., sowie Kältemittel, etwa Ammoniak, Propan, Butan, Kohlendioxid u. a.It is already known to extract, convert and make available to an existing system thermal energies by a variety of methods. For this purpose, the so-called heat pumps, falling film probes by the DVD method, solar collectors and similar methods are named, which use all suitable heat sources of geothermal, solar or aquathermy. The respective methods or systems mostly use only one form of energy source. This z. B. brought the heat energy of visible sun rays by solar panels directly or indirectly in a heating system. On the other hand, there are methods that provide the geothermal energy by means of so-called heat pumps or compressors as heat or cold via one or more geothermal probes via a circuit. These systems are characterized by the fact that the energy sources used are generally not fully available in their entirety. In these systems, different heat transfer media are used, such. As water-glycol mixture, water-ethanol mixture, u. a., And refrigerants, such as ammonia, propane, butane, carbon dioxide and. a.

Der Stand der Technik weist einige Nachteile auf.The prior art has some disadvantages.

Dadurch, dass in den herkömmlichen Systemen thermische Energiequellen verwandt werden, die nicht kontinuierlich zur Verfügung stehen bzw. überschüssige thermische Energie nur temporär in voluminösen Behältern mit aufwendigen Isolierungen bzw. anderweitig unter hohen Kosten gespeichert werden können, ist eine durchgehende Versorgung mit Wärme oder Kälte nicht gewährleistet. Aus diesem Grund müssen zusätzliche, kostenintensive Energiequellen für die Bereitstellung von Wärme oder Kälte herangezogen werden, womit eine Grundlastfähigkeit nicht gegeben ist.The fact that thermal energy sources are used in the conventional systems, which are not continuously available or excess thermal energy can only be stored temporarily in bulky containers with elaborate insulation or otherwise at high cost, a continuous supply of heat or cold is not guaranteed. For this reason, additional, costly energy sources for the provision of heat or cold must be used, so that a base load capacity is not given.

Diese Nachteile sind dadurch bedingt, dass die Solarkollektoren in Zeiten ohne Einstrahlung (z. B. Nacht) keine brauchbare Energie aufnehmen und somit bereitstellen können bzw. dass bei den herkömmlichen Erdsonden ein Energieeintrag durch zu starke Abkühlung des umliegenden Gebirges zum Erliegen kommt. Die höchsten Energieeinträge bestehen nur bei z. B. starker Solareintrag bzw. kurz nach dem Start des Betriebes einer Erdwärmesonde (höchste Temperatur im Gebirge). Überschüssige, nicht benötigte thermische Energien können weder permanent noch kontinuierlich und verlustfrei gespeichert werden und demzufolge nicht bedarfsgerecht bereitstehen.These disadvantages are due to the fact that the solar collectors can not absorb useful energy during times without irradiation (eg night) and thus provide energy or that in conventional geothermal probes an energy input comes to a standstill due to excessive cooling of the surrounding mountains. The highest energy inputs exist only at z. B. strong solar input or shortly after the start of the operation of a geothermal probe (highest temperature in the mountains). Excessive, unneeded thermal energy can neither be stored permanently nor continuously and lossless and therefore not available on demand.

Die Erfindung hat das Ziel, einen jederzeitigen Abruf benötigter Energie zu gewährleisten, ohne dass ein zusätzlicher Aufwand für die Speicherung erbracht werden muss.The invention has the goal to ensure a continuous retrieval of required energy, without any additional effort for storage must be provided.

Die Erfindung hat die Aufgabe ein Verfahren anzugeben, mit dem eine kontinuierliche Bereitstellung von Energie durch die Kombination bzw. einzelne Verwendung der verschiedenen thermischen Energiequellen sowie einer dauerhaften und verlustfreien Speicherung gewährleistet wird.The object of the invention is to provide a method with which a continuous provision of energy is ensured by the combination or individual use of the various thermal energy sources as well as a permanent and lossless storage.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Verfahrensablauf angegeben wird, der es ermöglicht, aus verschiedenen thermischen Energiequellen die Energie in Form von Wärme (101) bzw. Kälte (201) zu wandeln und bereitzustellen bzw. überschüssige Energie (303) zu speichern. Dabei kommen im gesamten System mindestens zwei Kreisläufe zum Einsatz. Im ersten Kreislauf (102, 402, 502) wird über ein Kältemittel (405, 507), wie z. B. Ammoniak, Butan, Propan, Kohlendioxid u. a. die Energie aus dem E3S (EnergieEntzugs- und EintragungsSystem) (300) aufgenommen. Das E3S besteht aus einem Wandler (301), in dem das Energieträgermittel einen Phasenwechsel startet. Es wird von einem flüssigen Aggregatzustand in ein Aerosol mit Gasanteilen überführt. Innerhalb des Wandlers (301) wird während des Wandlungsprozesses von dem Medium nur unwesentlich Energie aufgenommen. Das Medium tritt anschließend in mindestens einen weiteren Teil des E3S, eine Vorrichtung (z. B. Sonde, Behälter o. a.) (302) ein und durchläuft diese mindestens einmal durch eine Transportleitung, z. B. durch ein Rohr. Diese Transportleitung tritt in dem Teil des E3S an einem Ende ein, ist innerhalb des E3S entweder in gerader oder gebogener Form eingebracht und tritt entweder am gleichen Ende (2) oder am gegenüberliegenden Ende (3) wieder aus. Ein seitlicher Ein- und/oder Austritt ist hierbei nicht ausgeschlossen. Danach ist das Medium ein energiegeladenes Gas und hat den Phasenwechsel vollendet. Dieses Gas wird dann direkt oder indirekt (z. B. über Wärmetauscher) einem Verdichtungsprozess (100) zugeführt. Im Anschluss wird das komprimierte Gas mit einer höheren Temperatur, die in Bereichen von mindestens 20°C bis weit über 200°C gehen kann, direkt bzw. indirekt für die Bereitstellung von Energie in Form von Wärme (101) direkt oder indirekt verwendet. Durch den Entzug von Energie, z. B. in Wärmetauschern, findet ein Phasenwechsel des Energieträgermittels statt. Das nun wiederflüssige Medium wird direkt oder indirekt dem Wandler (301) zugeführt.The object is achieved according to the invention in that a method sequence is specified which makes it possible to obtain the energy in the form of heat from various sources of thermal energy ( 101 ) or cold ( 201 ) and to provide surplus energy ( 303 ) save. At least two circuits are used throughout the system. In the first cycle ( 102 . 402 . 502 ) is via a refrigerant ( 405 . 507 ), such. As ammonia, butane, propane, carbon dioxide, inter alia, the energy from the E 3 S (energy withdrawal and registration system) ( 300 ). The E 3 S consists of a converter ( 301 ), in which the energy carrier starts a phase change. It is converted from a liquid state of matter into an aerosol with gas fractions. Within the converter ( 301 ) Energy is absorbed only insignificantly by the medium during the conversion process. The medium then enters at least one further part of the E 3 S, a device (eg probe, container or the like) ( 302 ) and passes through this at least once through a transport line, z. B. through a pipe. This transport line enters the part of the E 3 S at one end, is within the E 3 S introduced either in straight or curved form and occurs either at the same end ( 2 ) or at the opposite end ( 3 ) out again. A lateral entry and / or exit is not excluded. Thereafter, the medium is an energetic gas and has completed the phase change. This gas is then directly or indirectly (eg via heat exchangers) a compression process ( 100 ). Thereafter, the compressed gas at a higher temperature, which can range from at least 20 ° C to well over 200 ° C, directly or indirectly for the provision of energy in the form of heat ( 101 ) used directly or indirectly. By the withdrawal of energy, for. B. in heat exchangers, a phase change of the energy carrier takes place. The now reusable medium is directly or indirectly the converter ( 301 ).

Zusätzlich zu dem bereits beschriebenen Kreislauf, der mindestens einmal in dem Gesamtsystem vorhanden ist, besteht mindestens ein weiterer separater Kreislauf (202, 401, 501) mit einem anderen Medium (404, 506). Dieses Medium ist im Allgemeinen flüssig. Dabei kann unter anderem Wasser, Wasser-Glykolgemisch, Wasser-Ethanolgemisch, reine Glykole oder Ethanole, Öle oder andere erdenkliche förderbare flüssige Medien sowie auch alle erdenklichen, gasförmigen Medien enthalten und durchgeleitet werden. Dieser zweite Kreislauf wird mindestens einmal durch eine Transportleitung, z. B. durch ein Rohr, durch einen Teil des E3S geführt. Auch hier tritt diese Transportleitung in das E3S an einem Ende ein, ist innerhalb des E3S entweder in gerader oder gebogener Form eingebracht und tritt entweder am gleichen Ende ( ) oder am gegenüberliegenden Ende ( ) wieder aus. Auch hierbei ist ein seitlicher Ein- und/oder Austritt nicht ausgeschlossen. Im weiteren Verlauf wird vom Ausgang des E3S die im beschriebenen Medium enthaltene Energie entweder direkt oder indirekt (z. B. über Wärmetauscher oder Speicher) in Form von Kälte (201) zur Verfügung gestellt. Dieses Medium kann nun mit der erhöhten Temperatur direkt oder indirekt wieder dem E3S zugeführt werden. In diesem Kreislauf ist eine Fördereinrichtung (200) enthalten. Für einen weiteren Energieeintrag werden in diesem Kreislauf direkt oder indirekt in Reihe oder parallel eine oder mehrere weitere Energiequellen (203), wie z. B. Solarthermie, Aquathermie, Abwärme o. a. eingebunden.In addition to the already described cycle, which is present at least once in the overall system, there is at least one additional separate circuit ( 202 . 401 . 501 ) with another medium ( 404 . 506 ). This medium is generally liquid. Among other things, water, water-glycol mixture, water-ethanol mixture, pure glycols or ethanols, oils or other conceivable recoverable liquid media as well as all imaginable gaseous media can be contained and passed through. This second cycle is at least once by a transport line, z. B. through a pipe, passed through a portion of the E 3 S. Again, this transport line enters the E 3 S at one end, is introduced within the E 3 S either in a straight or curved form and occurs either at the same end ( ) or at the opposite end ( ) out again. Again, a lateral entry and / or exit is not excluded. In the further course of the output of the E 3 S, the energy contained in the medium described either directly or indirectly (eg., Via heat exchangers or storage) in the form of cold ( 201 ) made available. This medium can now be fed directly or indirectly back to the E 3 S at the elevated temperature. In this cycle is a conveyor ( 200 ) contain. For a further input of energy in this cycle, directly or indirectly in series or in parallel, one or more further energy sources ( 203 ), such. As solar thermal, aquathermy, waste heat or other involved.

Das in diesem Verfahren zum Einsatz kommende E3S (300) steht in mehreren Varianten zur Verfügung, die sich vom Aufbau jedoch darin auszeichnen, das mindestens zwei voneinander getrennte Kreise (401, 402, 501505) mit verschiedenen Medien eingebracht sind. Im Gegensatz zu z. B. herkömmlichen Sonden kann dieser Teil des E3S in beliebiger Lage eingesetzt werden, d. h. z. B. in waagerechter ( ) oder senkrechter Lage ( ). Unabhängig von der Ein- bzw. Anbaulage ist der Einsatzort nicht fest bestimmt. So kann das E3S und das in diesem Zusammenhang beschriebene Verfahren einzeln und auch mehrfach kombiniert, sowohl stationär als auch mobil verwendet werden (z. B. an Schwimmkörpern). Die im Teil des E3S mindestens zwei eingebrachten Transportleitungen, die unabhängig voneinander mit verschiedenen Medien durchströmt werden, sind dabei entweder außen miteinander mechanisch verbunden oder voneinander getrennt. Die Transportleitungen des E3S können je nach Einsatzgebiet mit und ohne Mantel umgeben werden und sind mit energieleitfähigen Medien (403) (z. B. Bentonit, Glykol oder Ethanol in Reinform oder Verbindung, Kohlenstoffverbindungen, u. a.) in fester oder flüssiger Form miteinander sowie der Umgebung direkt oder indirekt verbunden. Es ist unerheblich, ob bei Verwendung von Flüssigkeiten diese ruhend sind bzw. zirkuliert oder verwirbelt werden. Beide aufgeführten Kreisläufe können innerhalb des E3S entweder im Umlauf betrieben werden, d. h. dass sie am gleichen Ende ( ) ein- und ausgeführt werden oder sie sind durchführend ausgestaltet und werden an den gegenüberliegenden Enden ( ) ein- bzw. ausgeführt, wobei auch Kombinationen möglich sind. Ein seitlicher Ein- und/oder Austritt ist nicht ausgeschlossen.The E 3 S (used in this process ) 300 ) is available in several variants, but the structure is characterized by the fact that at least two separate circles ( 401 . 402 . 501 - 505 ) are introduced with different media. In contrast to z. B. conventional probes, this part of the E 3 S can be used in any position, ie, for example, in horizontal ( ) or vertical position ( ). Regardless of the installation or mounting location, the location is not fixed. Thus, the E 3 S and the method described in this connection can be used individually and also repeatedly combined, both stationary and mobile (eg on floats). The at least two introduced transport lines in the part of the E 3 S, which are flowed through independently of one another with different media, are either externally mechanically connected to each other or separated from each other. Depending on the area of application, the transport lines of the E 3 S can be surrounded with and without a jacket and are equipped with energy-conducting media ( 403 ) (eg bentonite, glycol or ethanol in pure form or compound, carbon compounds, etc.) in solid or liquid form with each other and the environment directly or indirectly connected. It is irrelevant whether they are dormant or circulated or swirled when using liquids. Both listed circuits can either be operated in circulation within the E 3 S, ie at the same end ( ) and they are designed to carry out and are at the opposite ends ( ) on or executed, with combinations are possible. A lateral entry and / or exit is not excluded.

Weiterhin kommt in diesem Verfahren ein externer Wandler (301) zum Einsatz, in dem der Phasenwechsel von flüssiger Form in ein Aerosol mit Gasanteilen für das Medium im ersten Kreislauf startet. Dazu wird das flüssige Medium in den Wandler eingebracht und über z. B. ein oder mehrere Düsen in ein Aerosol mit Gasanteilen überführt. Dieses Aerosol nimmt innerhalb des Wandlers nur unwesentlich Energie von den angrenzenden Flächen bzw. Wandungen auf. Der Wandler kann mit weiteren Komponenten ausgestattet sein, die die Aufgaben haben, das Fluid auf ein niederes Temperaturniveau zu bringen bzw. andere Medien im Temperaturniveau zu minimieren und andererseits den Anteil des Fluides, der nicht den Phasenwechsel begonnen hat, den Start des Phasenwechsels durch Einbringung von Energie bzw. durch ein Durchströmen von weiteren Komponenten zu erzwingen. Die Form des Wandlers kann hierbei frei gewählt werden. Nach dem begonnenem Phasenwechsel tritt das Aerosol und die Gasanteile aus dem Wandler aus und anschließend in eine oder mehrere Transportleitungen an einem Ende (402, 502, 504) der weiter oben beschriebenen Vorrichtung des E3S ein.Furthermore, in this method, an external converter ( 301 ) in which the phase change from liquid form into an aerosol with gas fractions for the medium in the first cycle starts. For this purpose, the liquid medium is introduced into the converter and z. B. transferred one or more nozzles in an aerosol with gas fractions. This aerosol absorbs only insignificantly energy from the adjacent surfaces or walls within the transducer. The converter can be equipped with further components which have the tasks to bring the fluid to a low temperature level or to minimize other media in the temperature level and on the other hand, the proportion of the fluid, which has not started the phase change, the start of the phase change by introduction of energy or by flowing through other components to force. The shape of the transducer can be chosen freely. After the phase change has begun, the aerosol and the gas fractions exit the converter and then into one or more transport lines at one end ( 402 . 502 . 504 ) of the apparatus of the E 3 S described above.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der als Beispiel näher erläutert. In der Darstellung ist ein prinzipiell möglicher Aufbau einer Anlage aufgezeigt. Im 1. Kreislauf (102) ist eine Kombination von einem waagerechten E3S, wobei hier ein Energieeintrag über z. B. einem Fluss erfolgt und einem senkrechten E3S, das z. B. unter der Erdoberfläche eingebracht ist. In beiden Vorrichtungen wird die Energie direkt oder indirekt aus der Umgebung bzw. den weiteren Kreisläufen entzogen und somit von dem durchströmenden Gas (401, 502) aufgenommen. Dieses energiegeladene Gas wird dann über z. B. einen Kompressor (100) einem Wärmetauscher (101) zugeführt. Die dadurch zur Verfügung stehende Wärme wird in einem Wärmespeicher (105) für den Verbraucher bereitgestellt. Das nach dem Wärmetauscher wieder flüssige Medium wird dem E3S zugeführt und vollzieht im Wandler (301) wiederum einen Phasenwechsel. Im 2. Kreislauf (202) durchströmt ein weiteres Medium mittels der Fördereinrichtung (200) beide E3S, im gezeigten Fall im Gegenstrom, wobei auch diesem Medium Energie entzogen wird und dadurch ein niedrigeres Temperaturniveau erreicht wird. Das Medium durchströmt dann einen Wärmetauscher (201) und gibt dabei die Kälte in den Kältespeicher (205). Diese steht dann dem Verbraucher zur Verfügung. Je nach Bedarf durchläuft das Medium z. B. Sonnenkollektoren (203) und nimmt dabei Energie auf. Anschließend kann durch einen weiteren Wärmetauscher (001) weitere Energie (z. B. Abwärme) in den Kreislauf eingebracht werden, die dann dem E3S zugeführt wird. Diese zusätzliche Energie kann dann entweder direkt über den ersten Kreislauf dem Verbraucher wieder zur Verfügung gestellt werden oder wird über das E3S an die Umgebung, z. B. Gebirge abgegeben und darin gespeichert.The invention will be described below with reference to the explained as an example. In the illustration, a possible structure of a plant is shown. In the 1st cycle ( 102 ) is a combination of a horizontal E 3 S, with an energy input over z. B. a flow and a vertical E 3 S z. B. is introduced under the earth's surface. In both devices, the energy is extracted directly or indirectly from the environment or the other circuits and thus by the gas flowing through ( 401 . 502 ). This energetic gas is then z. B. a compressor ( 100 ) a heat exchanger ( 101 ). The heat available in this way is stored in a heat store ( 105 ) provided to the consumer. The after the heat exchanger again liquid medium is supplied to the E 3 S and takes place in the converter ( 301 ) again a phase change. In the 2nd cycle ( 202 ) flows through another medium by means of the conveyor ( 200 ) Both E 3 S, in the case shown in countercurrent, whereby this medium is deprived of energy and thus a lower temperature level is reached. The medium then flows through a heat exchanger ( 201 ) and gives the cold in the cold storage ( 205 ). This is then available to the consumer. Depending on requirements, the medium passes through z. B. solar panels ( 203 ) and absorbs energy. Subsequently, by another heat exchanger ( 001 ) additional energy (eg waste heat) are introduced into the circuit, which is then fed to the E 3 S. This additional energy can then either be made available to the consumer again directly via the first circuit or via the E 3 S to the environment, eg. B. mountains and stored in it.

Die Erfindung wird durch die Abbildungen näher erläutertThe invention is explained in more detail by the figures

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

001001
Wärmetauscherheat exchangers
100100
Kompressorcompressor
101101
Wärmetauscherheat exchangers
102102
Kreislauf 1Circulation 1
105105
Wärmespeicherheat storage
200200
FördereinrichtungConveyor
201201
Wärmetauscherheat exchangers
202202
Kreislauf 2Circulation 2
205205
Kältespeichercold storage
203203
Energiequelle (wie Solarthermie, Aquathermie u. a.)Energy source (such as solar thermal, aquathermics and others)
300300
E3S (EnergieEntzugs- und EintragungsSystem)E 3 S (Energy withdrawal and registration system)
301301
Wandlerconverter
302302
EnergieEntzugs- und Eintrags-Vorrichtung (wie 2/3)Energy Deduction and Entry Device (such as 2 / 3 )
303303
EnergieEntzug- und Eintrag (aus Geothermie, Aquathermie u. a.)Energy withdrawal and entry (from geothermal, aquathermy and others)
400400
senkrechte Variantevertical variant
401401
Kreislauf 1Circulation 1
402402
Kreislauf 2Circulation 2
403403
beide Kreisläufe umgebendes Mediumboth circuits surrounding medium
404404
Medium Kreislauf 1Medium circulation 1
405405
Medium Kreislauf 2Medium circulation 2
500500
waagerechte Variantehorizontal variant
501501
Kreislauf 1Circulation 1
502502
Kreislauf 2Circulation 2
503503
Kreislauf 1 oder Kreislauf 3Circuit 1 or Circulation 3
504504
Kreislauf 2 oder Kreislauf 4Circulation 2 or Circulation 4
505505
Kreislauf 1 oder Kreislauf 3 oder Kreislauf 5Circuit 1 or Circulation 3 or Circulation 5
506506
Medium Kreislauf 1Medium circulation 1
507507
Medium Kreislauf 2Medium circulation 2

Claims (16)

Verfahren zur Wandlung und Speicherung thermischer Energien, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Kreisläufe zum Einsatz kommen, wobei im ersten Kreislauf (102, 402, 502) über ein Energieträgermittel (405, 507) Energie aus einem EnergieEntzugs- und EintragungsSystem E3S (300) aufgenommen wird, das aus einem Wandler (301) besteht, in dem das Energieträgermittel einen Phasenwechsel beginnt, indem es von einem flüssigen Aggregatzustand in ein Aerosol mit Gasanteilen als Medium überführt wird, wobei innerhalb des Wandlers (301) während des Wandlungsprozesses von dem Medium nur unwesentlich Energie aufgenommen wird, das Medium anschließend in mindestens einen weiteren Teil des E3S eintritt und dieses mindestens einmal in einer Transportleitung durchläuft, wobei diese Transportleitung in dem Teil des E3S an einem Ende eintritt, innerhalb des E3S entweder in gerader oder gebogener Form eingebracht ist und entweder am gleichen Ende (2) oder am gegenüberliegenden Ende (3) wieder austritt oder seitlich ein- und/oder austritt, dass nunmehr das Medium als ein energiegeladenes Gas direkt oder indirekt einem Verdichtungsprozess (100) zugeführt wird, im Anschluss daran das komprimierte Gas mit einer höheren Temperatur, die in Bereichen von mindestens 20°C bis weit über 200°C gehen kann, direkt bzw. indirekt für die Bereitstellung von Energie in Form von Wärme (101) dient, durch den Entzug von Energie, z. B. in Wärmetauschern, ein Phasenwechsel des Energieträgermittels stattfindet, das nun wieder flüssige Medium direkt oder indirekt dem Wandler (301) zugeführt wird zusätzlich zu dem bereits beschriebenen Kreislauf, der mindestens einmal in dem Gesamtsystem vorhanden ist, mindestens ein weiterer separater Kreislauf (202, 401, 501) mit einem anderen Medium (404, 506) hinzutritt, dieses Medium flüssig oder gasförmig ist, dieser zweite Kreislauf in mindestens einmal durch eine Transportleitung durch einen Teil des E3S geführt wird, auch hier diese Transportleitung in das E3S an einem Ende eintritt, innerhalb des E3S entweder in gerader oder gebogener Form eingebracht ist und entweder am gleichen Ende (2) oder am gegenüberliegenden Ende (3) wieder austritt oder seitlich ein- und/oder austritt, im weiteren Verlauf vom Ausgang des E3S die im beschriebenen Medium enthaltene Energie entweder direkt oder indirekt. über Wärmetauscher oder Speicher in Form von Kälte (201) zur Verfügung gestellt wird, dieses Medium nun mit der erhöhten Temperatur direkt oder indirekt wieder dem E3S zugeführt werden kann, wobei in diesem zweiten Kreislauf eine Fördereinrichtung (200) enthalten ist und für einen weiteren Energieeintrag werden in diesem Kreislauf direkt oder indirekt in Reihe oder parallel eine oder mehrere weitere Energiequellen (203), eingebunden werden können.Process for the conversion and storage of thermal energies, characterized in that at least two cycles are used, wherein in the first cycle ( 102 . 402 . 502 ) via an energy carrier ( 405 . 507 ) Energy from an energy withdrawal and registration system E 3 S ( 300 ), which consists of a transducer ( 301 ), in which the energy carrier starts a phase change by converting it from a liquid state of matter into an aerosol with gas components as the medium, wherein inside the converter ( 301 ) energy is absorbed by the medium only insignificantly during the conversion process, the medium subsequently enters at least one further part of the E 3 S and passes through this at least once in a transport line, this transport line entering in the part of the E 3 S at one end, within the E 3 S in either straight or curved form and either at the same end ( 2 ) or at the opposite end ( 3 ) again exits or laterally enters and / or exits, that now the medium as an energy-loaded gas directly or indirectly a compression process ( 100 followed by the compressed gas at a higher temperature, which can range from at least 20 ° C to well over 200 ° C, directly or indirectly for the provision of energy in the form of heat ( 101 ) serves, by the withdrawal of energy, for. B. in heat exchangers, a phase change of the energy carrier takes place, which now again liquid medium directly or indirectly to the converter ( 301 ) is supplied in addition to the already described cycle, which is present at least once in the overall system, at least one further separate circuit ( 202 . 401 . 501 ) with another medium ( 404 . 506 ), this medium is liquid or gaseous, this second cycle is passed through at least once through a transport line through part of the E 3 S, Here, too, this transport line enters the E 3 S at one end, is introduced within the E 3 S either in straight or curved form and either at the same end ( 2 ) or at the opposite end ( 3 ) again exits or enters and / or exits laterally, in the further course from the output of the E 3 S the energy contained in the medium described either directly or indirectly. via heat exchangers or storage in the form of cold ( 201 ) is made available, this medium can now be fed directly or indirectly back to the E 3 S at the elevated temperature, wherein in this second circuit a conveying device ( 200 ) and for further input of energy in this cycle, directly or indirectly in series or in parallel, one or more additional energy sources ( 203 ), can be integrated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieträgermittel ein Kälteträgermittel ist.A method according to claim 1, characterized in that the energy carrier means is a refrigerant. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Medien im zweiten Kreislauf Wasser, Wasser-Glykolgemisch, Wasser-Ethanolgemisch, reine Glykole oder Äthanole, Öle oder andere erdenkliche förderbare flüssige Medien sowie auch alle erdenklichen, gasförmigen Medien sein können.A method according to claim 1, characterized in that the media in the second cycle can be water, water-glycol mixture, water-ethanol mixture, pure glycols or ethanols, oils or other conceivable recoverable liquid media as well as all conceivable gaseous media. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Energiequellen solche der Geothermie, Solarthermie, Aquathermie o. a. eingebunden werden.A method according to claim 1, characterized in that as energy sources such as geothermal, solar thermal, aquatherm o. be involved. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem externen Wandler (301) der Phasenwechsel von flüssiger Form in ein Aerosol mit Gasanteilen für das Medium im ersten Kreislauf beginnt, indem das flüssige Medium in diesen Wandler eingebracht und über z. B. ein oder mehrere Düsen in ein Aerosol mit Gasanteilen überführt wird, nach dem begonnenen Phasenwechsel das Aerosol mit den Gasanteilen aus dem Wandler aus- und anschließend in eines oder mehrere Transportleitungen an einem Ende (402, 502, 504) der weiter oben beschriebenen Vorrichtung des E3S eintritt.Method according to claims 1 to 4, characterized in that in the external converter ( 301 ) the phase change from liquid form into an aerosol with gas fractions for the medium in the first cycle begins by the liquid medium introduced into this converter and z. B. one or more nozzles is transferred into an aerosol with gas fractions, after the phase change started the aerosol with the gas fractions from the converter off and then into one or more transport lines at one end ( 402 . 502 . 504 ) of the device of the E 3 S described above occurs. Verfahren nach den Ansprüchen 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der externe Wandler mit Komponenten ausgestattet ist, die die Aufgaben haben, das Fluid auf ein niederes Temperaturniveau zu bringen bzw. andere Medien im Temperaturniveau zu minimieren.Method according to claims 1-5, characterized in that the external converter is equipped with components which have the tasks to bring the fluid to a low temperature level or to minimize other media in the temperature level. Verfahren nach den Ansprüchen 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Fluides, der nicht den Phasenwechsel innerhalb des Wandlers begonnen hat, den Start des Phasenwechsels durch Einbringung von Energie bzw. durch ein Durchströmen von weiteren Komponenten zu erzwingen.Method according to claims 1-6, characterized in that the proportion of the fluid, which has not started the phase change within the transducer, to force the start of the phase change by introducing energy or by a flow of other components. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 7, bestehend aus einer oder mehreren energieaufnehmenden Vorrichtungen (203), (300), (400), (500), Transportleitungen für Gas und Flüssigkeiten, Wärmetauschern (001), (101), (201), einem oder mehreren Wärmespeichern (105), einem oder mehreren Kältespeichern (205), einem oder mehreren Kompressoren (100), einer oder mehreren Fördereinrichtungen (200), einem oder mehreren Wandlern (301).Apparatus for carrying out the method according to claims 1 to 7, consisting of one or more energy-absorbing devices ( 203 ) 300 ) 400 ) 500 ), Transport pipes for gas and liquids, heat exchangers ( 001 ) 101 ) 201 ), one or more heat accumulators ( 105 ), one or more cold storage tanks ( 205 ), one or more compressors ( 100 ), one or more conveyors ( 200 ), one or more transducers ( 301 ). Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als energieaufnehmende Vorrichtungen Sonnenkollektoren (203), Erdsonden (400), Behälter bzw. Sonden im Wasser (500) und Register zur Aufnahme von Abwärme und Eintrag über Wärmetauscher (001) dienen.Apparatus for carrying out the method according to claim 8, characterized in that as energy-absorbing devices solar panels ( 203 ), Ground probes ( 400 ), Containers or probes in the water ( 500 ) and registers for absorbing waste heat and entry via heat exchangers ( 001 ) serve. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmespeicher (105) entweder sensible Wärmespeicher in Form von Pufferspeicher mit Wasser als Speichermedium oder Latentwärmespeicher, Thermochemische Wärmespeicher oder Sorptionsspeicher dienen.Device for carrying out the method according to claim 8, characterized in that as heat storage ( 105 ) either sensitive heat storage in the form of buffer storage with water as a storage medium or latent heat storage, thermochemical heat storage or Sorptionsspeicher serve. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Kältespeicher entweder Tankspeicher oder Erdbeckenspeicher, Eisspeicher, Paraffinspeicher bzw. Speicher auf geologischen Strukturen basierend dienen.Apparatus for carrying out the method according to claim 8, characterized in that serve as a cold storage either tank or memory of the earth, ice storage, paraffin storage or storage based on geological structures. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die Transportleitungen Edelstahl, Kupfer und Polyethylen dienen, die mit einem Druck von bis zu 80 bar beaufschlagt werden können.Apparatus for carrying out the method according to claim 8, characterized in that the material used for the transport lines stainless steel, copper and polyethylene, which can be subjected to a pressure of up to 80 bar. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas-flüssig-Medium Ammoniak dient.Apparatus for carrying out the method according to claim 8, characterized in that serves as a gas-liquid medium ammonia. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Kreislauf 1 ein Druck von bis zu 80 bar herrschen kann.Apparatus for carrying out the method according to claim 8 and 12, characterized in that in the circuit 1, a pressure of up to 80 bar can prevail. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Kreislauf 2 ein Druck von bis zu 40 bar herrschen kann.Apparatus for carrying out the method according to claim 8 and 12, characterized in that in the circuit 2, a pressure of up to 40 bar can prevail. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Vorrichtungen zum Energieeintrag über Aquathermie und Sonnenkollektoren waagerecht bzw. schräg, die Erdsonden senkrecht angeordnet sind.Apparatus for carrying out the method according to claim 8, characterized in that Devices for energy input via aquathermy and solar panels horizontally or obliquely, the probes are arranged vertically.
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