DE102020000270A1

DE102020000270A1 - Method and device for the continuous generation of electricity with the aid of ambient heat

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Publication number: DE102020000270A1
Application number: DE102020000270.6A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-01-07
Filing date: 2020-01-07
Publication date: 2021-07-22

Abstract

Es wird vorgeschlagen, mit flüssiger Luft unter Nutzung der Umgebungswärme oder anderer Wärmequellen kontinuierlich und dezentral Strom zu erzeugen. Dazu wird flüssige Luft von einer Hochdruckpumpe (12) (s. Zeichnung 1) aus dem Behälter (8) in Wärmetauscher (5), die von der Umgebungswärme erwärmt werden, gepumpt. Die sich in den Wärmetauschern (5) bildende Druckluft strömt über die Hochdruckleitung (17) in den Wärmetauscher (10) in dem sie von der nicht verflüssigten kalten Luft (13) und von flüssiger Luft gekühlt wird. Die Druckluft strömt nun zum Düsenrad (21), das über eine Welle (22) mit dem Generator (11) gekoppelt ist, treibt dieses an und verflüssigt sich in diesem. Die flüssige Luft wird im Behälter (8) gesammelt. Eine mögliche Form des Düsenrades ist in Zeichnung 2 dargestellt. Zur Erhöhung der Stromausbeute wird der Hochdruck nicht von der Hochdruckpumpe (12), sondern in mit Ventilen abschließbaren Füllräumen (6) erzeugt. Bei niedrigem Druck wird flüssige Luft aus dem Behälter (8) in die Füllräume (6) gepumpt bevor sie in die Wärmetauscher (5) gelangt. Mit mehreren Füllräumen (6) entsteht in der Hochdruckleitung (17) ein nahezu konstanter Druckluftstrom.It is proposed to generate electricity continuously and decentrally with liquid air using the ambient heat or other heat sources. For this purpose, liquid air is pumped by a high-pressure pump (12) (see drawing 1) from the container (8) into heat exchangers (5), which are heated by the ambient heat. The compressed air that forms in the heat exchangers (5) flows via the high-pressure line (17) into the heat exchanger (10) in which it is cooled by the non-liquefied cold air (13) and liquid air. The compressed air now flows to the nozzle wheel (21), which is coupled to the generator (11) via a shaft (22), drives it and liquefies it. The liquid air is collected in the container (8). One possible shape of the nozzle wheel is shown in drawing 2. To increase the power yield, the high pressure is not generated by the high pressure pump (12) but in filling spaces (6) that can be locked with valves. At low pressure, liquid air is pumped out of the container (8) into the filling spaces (6) before it reaches the heat exchanger (5). With several filling spaces (6), an almost constant flow of compressed air is created in the high pressure line (17).

Description

Der Klimawandel erfordert, dass die Stromerzeugung aus fossilen Energieträgern eingeschränkt wird. Mit Windenergie und Solarenergie wird aber nur diskontinuierlich Strom erzeugt. Dadurch werden die Stromnetze überlastet. Das Aufstellen der Windräder wird nicht überall akzeptiert. Es wird deshalb vorgeschlagen, unter Nutzung von Umgebungswärme oder von Überschusswärme aus Industrieprozessen kontinuierlich und dezentral Strom zu erzeugen.Climate change requires that electricity generation from fossil fuels be restricted. However, electricity is only generated discontinuously with wind energy and solar energy. This overloads the power grids. The erection of the wind turbines is not accepted everywhere. It is therefore proposed to generate electricity continuously and decentrally using ambient heat or excess heat from industrial processes.

Beschreibungdescription

Flüssige Luft (s. Zeichnung 1) wird von einer Hochdruckpumpe (12) aus einem Behälter (8) in einen oder mehrere Wärmetauscher (5) gepumpt. Die sich unter hohem Druck befindliche flüssige Luft wird im Wärmetauscher (5) gasförmig, da sie von der Wärme (7) von außen erwärmt wird. Anschließend strömt die erwärmte Luft hohen Druckes durch den Wärmetauscher (10). In ihm wird die Hochdruckluft von der entgegenströmenden kalten Luft (13), die nicht verflüssigt wurde, und von der durch ihn strömenden flüssigen Luft abgekühlt. Die Hochdruckluft gelangt nun in ein Düsenrad (21). Das Düsenrad (21) treibt über die Welle (22) den Generator (11) an. In dem Düsenrad (21) entspannt die Luft und verflüssigt sich wieder. Die flüssige Luft wird im Behälter (8) gesammelt. Nicht verflüssigte kalte Luft (13) strömt durch den Wärmetauscher (10) und kühlt in diesem die zum Düsenrad (21) strömende Hochdruckluft ab. Die zum Düsenrad (21) strömende Druckluft kann im Wärmetauscher (10) zusätzlich abgekühlt werden, indem die flüssige Luft von der Hochdruckpumpe (12) über den Wärmetauscher (10) in die Wärmetauscher (5) gepumpt wird.Liquid air (see drawing 1 ) is powered by a high pressure pump ( 12th ) from a container ( 8th ) into one or more heat exchangers ( 5 ) pumped. The liquid air under high pressure is in the heat exchanger ( 5 ) gaseous, as they are affected by the heat ( 7th ) is heated from the outside. The heated air at high pressure then flows through the heat exchanger ( 10 ). In it, the high pressure air is separated from the cold air flowing in the opposite direction ( 13th ) that has not been liquefied and is cooled by the liquid air flowing through it. The high pressure air now enters a nozzle wheel ( 21 ). The nozzle wheel ( 21 ) drifts over the wave ( 22nd ) the generator ( 11 ) on. In the nozzle wheel ( 21 ) relaxes the air and liquefies again. The liquid air is in the container ( 8th ) collected. Unliquefied cold air ( 13th ) flows through the heat exchanger ( 10 ) and in this cools the nozzle wheel ( 21 ) flowing high pressure air. The nozzle wheel ( 21 ) flowing compressed air can in the heat exchanger ( 10 ) are additionally cooled by the liquid air from the high pressure pump ( 12th ) via the heat exchanger ( 10 ) into the heat exchanger ( 5 ) is pumped.

Die Stromausbeute wird erhöht, wenn auf die Hochdruckpumpe (12) verzichtet wird. Dazu werden mit Ventilen abschließbare Füllräume (6) zwischen dem Behälter für flüssige Luft (8) und den Wärmetauschern (5) installiert (s. Zeichnung 3). In den Füllräumen (6) spielen sich zeitversetzt die folgenden Abläufe ab. Das Auslassventil (2) wird geöffnet. Druckluft strömt aus dem Füllraum (6) in die Niederdruckleitung (20) und über den Wärmetauscher (9), wo sie von flüssiger Luft und/oder kalter Luft (13), die nicht verflüssigt wurde, gekühlt wird, zum Düsenrad (21) oder zu einer oder mehreren im Behälter (8) angebrachten Düse(n) (29). Nach Passieren der Düsen verflüssigt sich die Druckluft und die flüssige Luft wird im Behälter (8) gesammelt. Ist der Druck im Füllraum (6) auf den Niederdruck Pn abgesunken, so wird das Einlassventil (1) geöffnet und von der Pumpe (18) wird flüssige Luft in den Füllraum (6) gefördert. Ist der Füllraum (6) mit flüssiger Luft gefüllt, so werden das Einlassventil (1) und das Auslassventil (2) geschlossen und das Einlassventil (3) und das Auslassventil (4) geöffnet. Der Kompressor (15b) entnimmt aus der Hochdruckleitung (17) Druckluft und drückt sie in den Füllraum (6). Dadurch wird die flüssige Luft aus dem Füllraum (6) ausgeschoben und strömt über den Wärmetauscher (9) und/oder den Wärmetauscher (10) zu dem Wärmetauscher (5). Sie wird in dem Wärmetauscher (5) von der Wärme (7) erwärmt, wandelt sich in Druckluft und diese dehnt sich aus und strömt in die Hochdruckleitung (17), die zum Wärmetauscher (10) und zum Düsenrad (21) führt. Mit einer entsprechenden Zahl von Füllräumen (6) kann ein nahezu kontinuierlicher Druckluftstrom in der Hochdruckleitung (17) erzeugt werden. Mehrere Füllräume (6) können an einem Wärmetauscher (5) angeschlossen sein. Der Wärmetauscher (5) kann direkt die Hochdruckleitung (17) sein, die am günstigsten zur Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche ein sehr langes Rohr nicht allzu großen Durchmessers ist.The current yield is increased if the high pressure pump ( 12th ) is waived. For this purpose, filling chambers that can be locked with valves ( 6th ) between the container for liquid air ( 8th ) and the heat exchangers ( 5 ) installed (see drawing 3 ). In the filling rooms ( 6th ) the following processes take place with a time delay. The outlet valve ( 2 ) will be opened. Compressed air flows out of the filling chamber ( 6th ) into the low pressure line ( 20th ) and via the heat exchanger ( 9 ), where they are separated from liquid air and / or cold air ( 13th ), which has not been liquefied, is cooled to the nozzle wheel ( 21 ) or to one or more in the container ( 8th attached nozzle (s) (29). After passing through the nozzles, the compressed air liquefies and the liquid air is in the container ( 8th ) collected. Is the pressure in the filling chamber ( 6th ) has dropped to the low pressure Pn, the inlet valve ( 1 ) opened and from the pump ( 18th ) is liquid air in the filling space ( 6th ) promoted. Is the filling space ( 6th ) filled with liquid air, the inlet valve ( 1 ) and the exhaust valve ( 2 ) closed and the inlet valve ( 3 ) and the exhaust valve ( 4th ) open. The compressor ( 15b ) takes from the high pressure line ( 17th ) Compressed air and presses it into the filling chamber ( 6th ). This removes the liquid air from the filling chamber ( 6th ) and flows over the heat exchanger ( 9 ) and / or the heat exchanger ( 10 ) to the heat exchanger ( 5 ). It is in the heat exchanger ( 5 ) from the heat ( 7th ) heats up, turns into compressed air and this expands and flows into the high pressure line ( 17th ) to the heat exchanger ( 10 ) and to the nozzle wheel ( 21 ) leads. With a corresponding number of filling spaces ( 6th ) an almost continuous flow of compressed air in the high pressure line ( 17th ) be generated. Several filling rooms ( 6th ) can be connected to a heat exchanger ( 5 ) must be connected. The heat exchanger ( 5 ) the high pressure line ( 17th ), which is best for enlarging the heat exchange surface with a very long tube of not too large a diameter.

Zur effektiven Kühlung des zum Düsenrad (21) strömenden Hochdruck-Druckluftstromes kann die aus den Füllräumen (6) zum Wärmetauscher (5) strömende flüssige Luft vorher durch den Wärmetauscher (10) geleitet werden. Ebenso wird der aus dem Füllraum (6) ausströmende Niederdruck-Druckluftstrom zur Kühlung durch den Wärmetauscher (9) geleitet. Hier wird er von der kalten Luft (13) und der aus den Füllräumen (6) zu den Wärmetauschern (5) strömenden flüssigen Luft gekühlt. Der Druckwert des Niederdruckes Pn im Füllraum (6) wird so gewählt, dass sich die Niederdruckluft nach Passieren der im Düsenrad (21) oder im Behälter für flüssige Luft (8) angebrachten Düsen (29) verflüssigt. Zum Druckausgleich ist in der Niederdruckleitung (20) ein Druckbehälter (16n) angeschlossen.For effective cooling of the nozzle wheel ( 21 ) flowing high pressure compressed air stream can the from the filling chambers ( 6th ) to the heat exchanger ( 5 ) liquid air flowing through the heat exchanger beforehand ( 10 ). Likewise, the one from the filling chamber ( 6th ) outflowing low-pressure compressed air flow for cooling through the heat exchanger ( 9 ) directed. Here he is from the cold air ( 13th ) and the one from the filling rooms ( 6th ) to the heat exchangers ( 5 ) flowing liquid air is cooled. The pressure value of the low pressure Pn in the filling chamber ( 6th ) is selected in such a way that the low-pressure air is released after passing through the nozzle wheel ( 21 ) or in the container for liquid air ( 8th ) attached nozzles ( 29 ) liquefied. To equalize the pressure, there is ( 20th ) a pressure vessel ( 16n ) connected.

Ein Kompressor (15a) wird beim Anfahren der Anlage und zum Ausgleichen von Verlusten flüssiger Luft in der Anlage eingesetzt. Luft wird in einem Kondensator (19) von Feuchtigkeit und in einem Filter (14) von Verunreinigungen befreit und vom Kompressor (15a) in die Hochdruckleitung (17), an der ein Druckbehälter (16h) und die Wärmetauscher (5) angeschlossen sind, gepresst.A compressor ( 15a ) is used when starting up the system and to compensate for losses of liquid air in the system. Air is in a condenser ( 19th ) of moisture and in a filter ( 14th ) freed from impurities and removed from the compressor ( 15a ) into the high pressure line ( 17th ) to which a pressure vessel ( 16h ) and the heat exchangers ( 5 ) are connected, pressed.

Um Verluste gefilterter Luft zu vermeiden, wird die nicht verflüssigte kalte Luft (13) aus dem Gehäuse (23) des Düsenrades (21) und aus dem Behälter für flüssige Luft (8) zur Ansaugseite des Kompressors (15a) geleitet. Die kalte Luft (13) wird zur Kühlung durch die Wärmetauscher (9) und/oder (10) geleitet und sie kann über eine Klimaanlage (28) oder direkt zur Ansaugseite des Kompressors (15a) geführt werden.In order to avoid loss of filtered air, the non-liquefied cold air ( 13th ) from the housing ( 23 ) of the nozzle wheel ( 21 ) and from the container for liquid air ( 8th ) to the suction side of the compressor ( 15a ) directed. The cold air ( 13th ) is used for cooling by the heat exchanger ( 9 ) and / or (10) and it can be via an air conditioning system ( 28 ) or directly to the suction side of the compressor ( 15a ).

Die Wärme (7) kann die Wärme des Wassers, der Luft oder des Erdreichs sein. Sie kann aber auch Überschusswärme aus Industrieprozessen sein. Eisbildung muss verhindert werden. Wird Wasser als Energiereservoir verwendet, so müssen die Wärmetauscher (5) mit einer gewissen Fließgeschwindigkeit umspült werden. Im Falle von Luft wird diese von einem Ventilator bewegt und in einem Kondensator von Feuchtigkeit befreit, ehe sie entlang der Wärmetauscher (5) strömt. Im Erdreich muss versucht werden, zu den Wärmetauschern (5) hin eine gute Wärmeleitung zu schaffen.The heat ( 7th ) can be the heat of the water, the air or the ground. But it can also be excess heat from industrial processes. Ice formation must be prevented. If water is used as an energy reservoir, the heat exchangers ( 5 ) with a certain flow velocity be washed around. In the case of air, it is moved by a fan and freed of moisture in a condenser before it passes along the heat exchanger ( 5 ) flows. In the ground you must try to get to the heat exchangers ( 5 ) to create good heat conduction.

Anstatt flüssige Luft kann in der Anlage auch flüssiger Stickstoff oder ein anderes Kältemittel eingesetzt werden. Um die während des Betriebs der Anlage auftretenden Verluste dieser Kältemittel auszugleichen, wird ein Kältemittelreservoir eingesetzt.Instead of liquid air, liquid nitrogen or another refrigerant can also be used in the system. A refrigerant reservoir is used to compensate for the losses of these refrigerants that occur during the operation of the system.

Den Generator (11) treibt ein in den Patenten DE 196 12549 A1 und DE 10 218 001 524 A1 beschriebenes Düsenrad (21) (s. Zeichnung 2) an. Die Druckluft gelangt durch den in der Welle (22) liegenden axialen Kanal (24) in das Düsenrad (21) und strömt radial durch den Kanal (25) zur Düse (26). Die Düse (26) liegt senkrecht zum Radius und in der Ebene des Düsenrades (21). An die Düse (26) schließt sich ein Trichter (27) an. Die zentralen Achsen der Trichter liegen in der Ebene des Düsenrades (21). Die durch das Düsenrad (21) strömende und in den Trichtern (27) entspannende Druckluft erzeugt ein Drehmoment. Das Düsenrad (21) läuft im druckdichten Gehäuse (23). Zur Vergrößerung des Drehmomentes kann auch die Druckluft niedrigen Druckes in im Düsenrad (21) angebrachten Niederdruckdüsen entspannen. Dabei strömt die Druckluft hohen Druckes zu den Hochdruckdüsen durch die Achse des Düsenrades (21) auf der einen Seite und die Druckluft niederen Druckes strömt zu den Niederdruckdüsen durch die Welle (22) auf der anderen Seite des Düsenrades (21).The generator ( 11 ) drives one in the patents DE 196 12549 A1 and DE 10 218 001 524 A1 described nozzle wheel ( 21 ) (s. draw 2 ) on. The compressed air passes through the shaft ( 22nd ) lying axial channel ( 24 ) into the nozzle wheel ( 21 ) and flows radially through the channel ( 25th ) to the nozzle ( 26th ). The nozzle ( 26th ) is perpendicular to the radius and in the plane of the nozzle wheel ( 21 ). To the nozzle ( 26th ) a funnel closes ( 27 ) on. The central axes of the funnels lie in the plane of the nozzle wheel ( 21 ). The through the jet wheel ( 21 ) flowing and in the funnels ( 27 ) Relaxing compressed air generates a torque. The nozzle wheel ( 21 ) runs in the pressure-tight housing ( 23 ). To increase the torque, the low pressure compressed air can also be used in the nozzle wheel ( 21 ) relax the attached low-pressure nozzles. The high pressure compressed air flows to the high pressure nozzles through the axis of the nozzle wheel ( 21 ) on one side and the low pressure compressed air flows to the low pressure nozzles through the shaft ( 22nd ) on the other side of the nozzle wheel ( 21 ).

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: EinlassventilInlet valve
22: Auslassventiloutlet valve
33: EinlassventilInlet valve
44th: Auslassventiloutlet valve
55: WärmetauscherHeat exchanger
66th: FüllraumFilling space
77th: Wärmewarmth
88th: Behälter für flüssige LuftContainer for liquid air
99: WärmetauscherHeat exchanger
1010: WärmetauscherHeat exchanger
1111: Generatorgenerator
1212th: Hochdruckpumpehigh pressure pump
1313th: kalte Luftcold air
1414th: Filterfilter
15a, 15b15a, 15b: KompressorenCompressors
16h16h: Druckbehälter für HochdruckPressure vessel for high pressure
16n16n: Druckbehälter für NiederdruckPressure vessel for low pressure
1717th: HochdruckleitungHigh pressure line
1818th: Pumpepump
1919th: Kondensatorcapacitor
2020th: NiederdruckleitungLow pressure line
2121: DüsenradNozzle wheel
2222nd: Wellewave
2323: Gehäusecasing
2424: Axialer KanalAxial channel
2525th: radialer Kanalradial channel
2626th: Düsejet
2727: Trichterfunnel
2828: Klimaanlageair conditioner
2929: Düsejet

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 19612549 A1 [0009]
DE 10218001524 A1 [0009]

Claims

Method and device for continuous power generation with the help of ambient heat, characterized in that liquid air from the container 8 enters one or more heat exchangers 5 heated by the ambient heat 7, which are connected to the high-pressure line 17, and in that it becomes compressed air, which is expands and flows through the high pressure line 17 into the heat exchanger 10, is cooled here and the compressed air flows on to the nozzle wheel 21, which is connected to the generator 11 via the shaft 22, drives the nozzle wheel 21 and liquefies after passing through the nozzles and the liquid air is collected in the container 8.

Method and device for the continuous generation of electricity with the aid of the ambient heat according to point 1, characterized in that the liquid air is pumped from the container 8 with a high-pressure pump 12 into the heat exchanger 5.

Method and device for continuous power generation with the help of the ambient heat according to point 1, characterized in that the liquid air from the container 8 reaches the high pressure heat exchangers 5 via filling spaces 6 that can be closed by valves and 4 and inlet valve 1 and outlet valve 2 open is filled by a pump 18 with liquid air from the container 8 and that the liquid air from the filling space 6 with closed valves 1 and 2 and open inlet valve 3 and open outlet valve 4 of compressed air, the is taken from the high pressure line 17 by a compressor 15b, is pressed to the heat exchangers 5.

Method and device for continuous power generation with the help of the ambient heat according to points 1 and 3, characterized in that the compressed air flows out of the filling chamber 6 after opening the outlet valve 2 into the low-pressure line 20, to which a pressure vessel 16n is connected and that it flows after opening the Inlet valve 1 is pressed by the inflowing liquid air into the low-pressure line 20 and that it is cooled via the heat exchanger (9), where it is cooled by liquid air and / or cold air (13) that has not been liquefied, for expansion to the nozzle wheel ( 21) or flows to one or more nozzle (s) (29), liquefies after passing through the nozzles and that the liquid air is collected in the container (8).

Method and device for continuous power generation with the help of ambient heat according to points 1, 3 and 4, characterized in that the filling chambers 6, which can be closed with valves, are filled with liquid air with a time delay, so that an approximately constant flow of compressed air is created in the high-pressure line 17.

Method and device for continuous power generation with the help of ambient heat according to points 1 and 3 to 5, characterized in that the liquid air from the filling spaces 6 before it reaches the heat exchangers 5 is previously used for cooling purposes by passing through the heat exchangers 9 and / or 10 flows and in these cools the compressed air flowing through them.

Method and device for continuous power generation with the help of ambient heat according to items 1 to 6, characterized in that to start up the system and / or to maintain the amount of compressed air, air is sucked in and freed from moisture in a condenser 19 and freed from all impurities in a filter 14 and is then pressed by a compressor 15a into a high-pressure line 17 which is connected to the heat exchangers 5 and to which a pressure vessel 16h is connected.

Method and device for continuous power generation with the help of the ambient heat according to items 1 to 7, characterized in that the cold air 13 not liquefied in the nozzle wheel 21 cools the compressed air flowing through in the heat exchanger 10 and that it can be used in an air conditioning system 28 and that it together with the low pressure air forming elsewhere in the system flows to the intake port of the compressor 15a.

Method and device for the continuous generation of electricity with the aid of the ambient heat according to items 1 to 8, characterized in that liquid nitrogen or another refrigerant is used instead of liquid air.