DE1476676A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Gewinnung von Energie durch Ausnuetzung des Temperaturgefaelles zwischen verschiedenen Schichten des Meeres - Google Patents

Description

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James Hubert Anderson
James Hubert; Anderson_s jun,,

York, Pennsylvania/V,St.A. Hanburg, 9* Mai 1969 P 14 76 676.8

NEUE UNTERLAGEN

Vorrichtung und Verfahren zur Gev/innung von Energie durch Ausnützung des Temperaturgefälles zwischen verschiedenen Schichten des Meeres.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Energie durch Ausnutzung des Temperaturgefälles zwischen verschiedenen Schichten des Meeres, bestehend aus einem Verdampfer für das bei den Temperaturen des Meerwassers einen Überatmosphärendruck liegenden Dampfdruck und eine wesentlich größere Dampfdichte als Wasser aufweisende Betriebemittel, einem Kondensator zum Verdichten des dampfförmigen Betriebsmittels, einem entsprechenden Pump- und Leitungssystem und einem durch Dampf expansion betriebenen Energieerzeuger. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung von Energie durch Ausnutzung des Temperaturgefälles zwischen verschiedenen Schichten des Meeres.

Es ist bereits bekannt, Energie durch Ausnutzung der Temperaturunterschiede von Meeresschichten In verschiedener Tief« zu gewinnen, wobei der Energieumformer (Kondensator und Verdampfer) in der Nähe, d.h. an bzw. über dem Meeresspiegel angeordnet wird und das kalte Tiefenwasser sowie das warme Oberflächenwasser über entsprechende Leitungen und Pumpvorrichtungen dem Umformer zugeführt werden (deutsche Patentschrift 437 O83)· Als

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Neue Unterlagen tir&zftiAiaANbi&tzades Änderung«^* 4.9.19071

Betriebsmittel können bei diesem bekannten Verfahren, neben Wasser auoh Verbindungen höherer Dampfspannung* nämlich Schwafeldioxyd, Ammoniak, Chlor oder Kohlendioxid benutzt werden.

Wegen des stets verhältnisraässig geringen Temperaturunterschiedes zwischen Tiefen- und Oberflächenwasser müssen die als Kondensator bzw« Verdampfer eingesetzten Wärmeaustauscher sehr große Ausiaaße haben, damit die erforderlichen Wassermengen durchgeleitet werden können. Bei Verwendung eine3 Betriebsralttels alt superatmosphärischem Dampfdruck bei Betriebstemperatur herrscht darüberhinaus in den Wärmeaustauschern ein beträchtliches Druckgefälle, so daß für einen sicheren Dauerbetrieb erhebliche Wandstärken erforderlich sind, welche nicht nur den Bau der Wärmeaustauscher ganz entscheidend verteuern sondern den Wärmeaustausch selbst auch stark beeinträchtigen»

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile de« bekannten Verfahrens zu beseitigen und dadurch eine Einführung dieses Energiegewinnungsverfahrens in die Praxis zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung der eingwngs erwähnten Art vorgeschlagen, bei der der Verdampfer und gegebenenfalls auch der Kondensator (jeweils ein Wärmeaustauscher mit getrennten Strömungskanälen für das Betriebsmittel und das Warm- bzw. Kaltwasser) in einer TÄeerestiefe angeordnet sind, in der der Wasserdruck dem "Dampfdruck des Betriebsmittels bei der Warm- bzw. Kaltwasser temperatur entspricht. In der praktischen Durchführung bedeutet .diee, daß der Verdampfer und in der Regel auch der Kondensator nicht wie bei dem bereits bekannten Verfahren an oder über der Meeresoberfläche fest installiert,

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sondern tief unter der Meeresoberfläche angeordnet Die Wärmeaustauscher werden dabei in die Meerestiere gelegt _t in der der hydrostatische Wasserdruck und damit der Druck des Kalt- bzw, Warniwassers in den Austauscher-"kanälen möglichst genau deia Dampfdruck des Betriebsraittels entspricht. Das Druckgefälle in den Austauscharn wird dadurch dem Wert Null angenähert, so daß die Austauscher, insbesondere die Trennwände Ölfischen Betriebsmittel und Wasser» deshalb un.gewöhnl:lch dtfam sein können,- was nicht nur die Austauscher erheblich verbilligt, sondern c.arüberhinaus einen wesentlich besseren Wärmeübergang gewährleistet, der fite die Wirtschaftlichkeit der Anlage von größter Bedeutung ist.

In einer Ausgestaltung dar Erfindung sind die Wärmeaustauscher schräg mit von unter, nach oben verlaufenden Wasserkanälen im Meer angeordnet, wodurch erreicht wird, daß der Wasserdruck an den Wänden- der waagerecht verlaufenden Betriebsmittelkanäle nach unten zunimmt; bei auftretenden kleinen Dampfdruckunterschieden wird das Betriebsmittel mit de.m höchsten Dampfdruck durch die untersten Kenäle geschickt.

Um die Eintauchtiefe der Wärmeaustauscher regulieren zu können, kann die ganze Vorrichtung an einem schwimmfähigen Schiffskörper aufgehüngt werden* dessen Tiefgang entsprechend dem wegen schwankender Wassertemperaturen variierenden Bstriebsmitteldampfdruck veränderlich ist.

Bei den bisher bekannten Verfahren wurden als Betriebsmittel Susserst aggressive* schwer kondensierbare Oase verwendet. Da ein gelegentlteii«r Einbruch von Meerwasser in das Betriefosraittel-i&eisl&uCsqpsfceia praktisch unvermeidlich ist* ftShren diese Substanzen au einer schnellen* die gesamte Anlage in kurzer Zeit «!brauchbar machenden

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Korrosion. Um diese Nachteile zu vermelden, werden erf indungsgemäss bestimmte niedrig siedende Kohlenwasserstoffe und Halogen-Kohlenwasserstoffe, insbesondere Propan als Betriebsmittel verwendet. Sie sind leichter kondensierbar als die bisher verwendeten Betriebsmittel und wirken bei Hassereinbruch nieht korrodierend. Ausserdera sind sie nicht mit dem Wasser mischbar, so daß das eingedrungene Wasser ohne Schwierigkeiten wieder abgetrennt und entfernt werden kann.

Zur näheren Erläuterung der vorliegenden Erfindung sollen die belllegenden Zeichnungen dienen; es zeigen:

Fig. 1 - eine schematische Darstellung der schwimmenden Energiegewinnungsanlage mit den wesentlichen Teilen in vereinfachter Form im Aufriß;

FIg. 2 - eine schematische Ansicht in einem größeren Maßstab mit weiteren Einzelheiten der Anlage;

Flg. 5 - eine Draufsicht auf einen Wärmeaustauscher, der für den Verdampfer oder den Kondensator der vorliegenden Anlage Verwendung finden kann, wobei einzelne Teile weggebrochen sind;

FIg. 4 - eine Seitenansicht des Wärmeaustauschers der Fig. 31

5 - einen axialen Tellsehnitt durch ein Rohr, welches zum Heraufpmnpen des kalten Tiefseewassers dient.

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Die Fig. 1 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung die schwimmfähige Energiegewinnungsanlage mit den wesentlichen Merkmalen der vorliegenden Erfindung. Zu der Anlage gehört ein schwimrafähiger Schiffskörper 10, dessen oberer Teil sich oberhalb des Meeresspiegels befindet und an welchem ein nach unten ragender, im Wasser befindlicher offener Rahmen 15 für die Montage der unter der Meeresoberfläche 12 liegenden Teile dient. Der Schiffskörper besitzt Seitenwände 16 sowie einen Boden 18, wobei innerhalb des von diesen Flächen gebildeten Raumes eine oder mehrere Turbinen 20, ein von der Turbine 20 angetriebener Elektrogenerator 22 und ein Aufenthaltsraum für die Bedienungsmannschaft vorgesehen sind· Der untere Teil des Schiffskörpers 10 ist mit einem Ballasttank 24 sowie einem Pumpsystem 26 zum Füllen oder Entleeren des Tanks 24 mit Seewasser zur Regulierung der Eintauchtiefe des Schiffskörpers versehen·

Der nach unten tagende Rahmen 14 dient in erster Linie zur Befestigung des Verdampfers und des Kondensators zum Verdampfen und Kondensieren des zum Antreiben der Turbine 20 verwendeten Mediums. Weiterhin ist an dem Rahmen ein nach unten führendes Zugangsrohr 28 angebracht, welohes bis an das untere Ende des Rahmens reicht. Das untere Ende des Zugangsrohres 28 1st verschlossen und mit einer Bilgen-Pumpe 29 verbunden, während das obere Ende mit dem Innenraum des Schiffskörpers 10 in Verbindung steht, so daß Arbeiter oder Material durch das Rohr nach unten gelangen können. Druckkammern 30 mit Ausgängen In das Meer sind in bestimmtem Abstand längs des Zugangsrohres 28 angeordnet, so daß Taucher in den Rohr herabsteigen und an verschiedenen Tiefen in das Wasser gelangen und Wartungsarbeiten vornehmen können.

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Das Rohr 28 dient ferner zur Aufnehme eines elektrischen Kabels 32, welches von dem Generator 22 nach unten durch das verschlossene Ende des Rohres 28 und von dort zur Küste oder zu einer anderen Abnehmersteile führt.

Das System für das Arbeitsmedium, wobei zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung Propan als Beispiel dient, umfaßt einen Propanverdampfer 34, welcher die Form eines Wärmeaustauschers hat, in welchem warmes Oberflächenwasser flüssiges Propan zum Sieden bringt. Wie oben erwähnt, siedet Propan bei einer Temperatur von 25 C (der typischen Oberflächenwassertemperatur in tropischem Klima) bei einem Druck, welcher dem Wasserdruck von 84 m unter Meeresspiegel entspricht. In der gezeigten Anlage ist der Verdampfer 34 deshalb in 84 m Tiefe an dem Rahmen 14 befestigt, so daß der Druck in den Wasserkanälen des Austauschers gleich dem Druck in den Propankanälen ist· Das warme Seewasser wird von einem Punkt nahe der Meeresoberfläche durch ein Warmwasserzuleitungsrohr 36 von großem Durchmesser zu dem Verdampfer 34 geleitet, wobei das Rohr aus verschiedenen Abschnitten 36a, 36b und 36c besteht, welche durch Gelenke 38 miteinander verbunden sind. Der unterste Abschnitt 36a ist an dem Rahmen 14 befestigt und enthält eine Pumpe 40 zum Fördern des warmen Seewassers zu dem Propanverdampfer, von dem das Wasser zu einem nach oben zeigenden erweiterten Diffusor 42 gelangt, welcher das Wasser wieder an das Meer zurück abgibt« Der oberste Abschnitt 36c endet unmittelbar unterhalb der Wasseroberfläche 12 neben dem Schiffskörper 10 und wird durch einen Schwimmkörper 44 getragen· Normalerweise ist es wünschenswert, das Einlaßende mit einem Sieb oder Filter zu versehen, um zu vermeiden, daß Fremdkörper in den Verdampfer gelangen.

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Weiterhin gehört zu der Anlage ein Propankondensator 46, d.h. ein Wärmeaustauscher, welcher in einer Tiefe von 53 m an dem Rahmen 14 befestigt ist, so daß der Wasserdruck 6,45 kg/enr beträgt. Das Propan wird bei einer Temperatur von 10⁰C (der typischen Temperatur des Tiefseewassers in tropischem Klima) bei diesem Druck kondensiert, so daß entsprechend der Druck auf beiden Selten der Trennwände des Wärmeaustauschers gleich ist. Das kalte Tiefseewasser wird dem Kondensator 46 durch ein langes, nach unten reichendes Rohr 48 zugefUhrt, welches von dem Rahmen 14 getragen wird und mit einer Pumpe 50 versehen 1st· Das untere Ende des Rohres 48 reicht von dem Rahmen aus in eine Tiefe von beispielsweise 600 m hinunter. Nach dem Durchgang durch den Kondensator 46 wird das Meerwasser durch einen nach unten gerichteten Auslaß 52 wieder an das Meer abgegeben. Das kondensierte Propan verläßt den Kondensator 46 durch eine nach unten reichende Leitung 54, welche eine Pumpe 56 zum Fördern der Flüssigkeit durch die Kanüle des Propanverdampfers enthält« Von dem Verdampfer 34 gelangt der Propandampf nach oben durch eine Leitung 58 zu der Turbine 20, wo er zur Erzeugung mechanischerArbelt und damit zum Betreiben des Generators 22 entspannt wird. Der entspannte Propandampf kehrt durch die Leitung 60 zu dem Propankondensator zurück«

Einzelheiten der Anlage

Fig· 2 zeigt die Einzelheiten der erfindungsgemässen Anlage, wobei zur Vereinfachung der die einzelnen Teile tragende Rahmen 14 weggelassen 1st. Innerhalb des Schiffs· körpers sind vier einstufige Turbinen 20 angeordnet, welche an einer Welle liegen und über diese den Generator 22 antreiben· Jede der Turbinen 20 1st über eine getrennte Leitung 58 mit einem getrennten System von

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Strömungekanälen in dem Verdampfer 34 verbunden. Der letztere ist schräg angeordnet und weist ein einfaches, direkt durchgehendes System von Wasserkanälen auf, welche von dem höher gelegenen Einlaßende zu dem niedriger- gelegenen Auslaßende fUhren, Die Propankanäle sind rechtwinklig zu der Wasserströmungsrichtung angeordnet und bestehen aus vier nebeneinanderliegenden Gruppen A,B, C und D, welche sich über die ganze LSnge der Wasserkanäle erstrecken. Eine Ausbildungsform des Verdampfers ist in den Pig. 3 und h gezeigt und wird ira folgenden noch näher beschrieben.

Die Schrägstellung des Propanverdampfers 3^ dient dazu, den Propandampfdruck in den Kanälen A, B, C und D so weit wie möglich mit dem Wasserdruck in den entsprechenden Teilen des Wasserkanals in Übereinstimmung zu bringen» Das Ausmaß und die Richtung der Neigung werden durch die Temperatur des ankommenden Wassers, den Druckabfall im Wasserstrom beim Durchströmen des Verdampfers und die Eintauchtiefe des Verdampfers bestimmt. Die letztere beeinflußt dabei selbstverständlich sowohl den inneren Wasserdruck als auch den äusseren hydrostatischen Druck, welcher auf den Verdampfer einwirkt. Bei der gezeigten AusfUhrungsform stehen die Propankanäle A mit dem wärmsten Wasser in Austausch, so daß in diesen Kanälen der Siededampfdruck etwas höher als in den Kanälen B, C und D sein wird, wo die Wassertemperatur, bereits etwas niedriger ist« Da der Wasserdruck in den Kanälen wegen der Reibungsverluste absinkt, wird die Schrägstellung dieser Kanäle nach unten in Richtung auf ihr Auslaßende zu einer Angleichung des internen Wasserdruckes an den Propandampfdruck in den Kanälen B, C und D fUhren. Der Wasserdruck am Auslaßendö des Verdampfers wird unter den äusseren statischen Wasserdruck fallen, da das trichterförmig

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erweiterte Ende des Auslasses 42 einen Teil der kinetischen Energie der Strömung in Druck: umwandelt und der statische Druck am Auslaß 42 dem äusseren Wasserdruck gleich sein muß. IMter bestimmten Bedingungen, d.h. bei bestimmter Wassertemperatur und bestimmten Reibungsverlusten» kann es jedoch unter Umständen wünschenswert sein, den Verdampfer 34 In umgekehrter Richtung schrUg anzuordnen,

Der Propankondensator 46 besteht ebenfalls aus einem einzigen Satz von nach unten geneigten, direkt durchlaufenden Wasserströmungskanälen und vier Gruppen von senkrecht dazu verlaufenden Propankanälen A, B, C und D, welche nebeneinander längs der Länge der Wasserkanäle angeordnet sind. Bei dieser Anordnung nimmt jedes System von Propanströmungskanälen das Propan von einer Turbine auf, welche ihrerseits das Propan von einem entsprechenden System von Kanälen des Verdampfers 34 erhalten hat. Bei der Kondensatorkonstruktion befindet sich jedoch das System D der Strömungskanäle, welches das Propan mit dem niedrigsten Dampfdruck aufnimmt, am oberen Ende des Kondensators. Der Grund für diese Anordnung liegt darin, daß das Propan mit dem niedrigsten Dampfdruck mit dem kältesten verfügbaren Wasser kondensiert werden soll. Wie beim Verdampfer 34 gleicht auch beim Kondensator 46 die Absohrägung den inneren Wasserdruck an den Propandampfdrucle an. Anders als bei dem Verdampfer 34 sollte jedoch der Kondensator 46 immer so schräggestellt sein, daß der WasserauslaB tiefer als der Wassereiniaß liegt.

Als Sicherheit gegen ein zufälliges Ansteigen des Druckunterschiede an den Wärmeaustauscherkanllen des Verdampfers 34 und des Kondensators 36 auf eine Höhe, bei welcher die Trennwände reißen würden, können überdruck-

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ventile vorgesehen werden, um den Wasser- und Propandruok in diesen Teilen der Anlage auszugleichen. Ein überdruckventil 60 zwischen dem Wa3serzuleltungsrohr 40 zu dem Verdampfer 34 und dem System von Propankanälen A ^: öffnet sich bei Erreichen eines vorherbestimmten Propandruckes und gibt dabei Propan an die Wasserseite des Verdampfers 34 ab. Ein ähnliches überdruckventil 62 ist zwischen den Propankanälen D und dem Abflußteil des Wasserrohres vorgesehen, um Wasser an die Propankanälo abzugeben, wenn der Wasserdruck zu hoch wird. Ähnliehe Ventile sind normalerweise zum Ausgleich für möglicherweise gefährliche Druckdifferenzen an den anderen Kanälen sowohl im Verdampfer 34 ftls auch im Kondensator 46 vorgesehen»

Die Turbinen 20 sind einstufig mit radialem Austritt konstruiert, doch können auch solche mit axialer Strömung oder mit radialem Eintritt verwendet werden· Um bei einer einstufigen Turbine einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, werden Turbinen mit radialem Austritt bevorzugt, weil der längste Teil des Turhinenströmungsweges der Diffusor bzw. das Strömungsrohrist· Bei einer Turbine mit axialer Strömung oder radialem Eintritt ist der Diffusor am günstigsten axial angeordnet, aber bei einer Turbine mit radialem Austritt hat der Diffusor zum Teil die Form einer aufgerollten Spirale und steht teilweise senkrecht zur Achse. Die letztere Anordnung 1st hinsichtlich des Zusammenbaues bequemer, wenn eine Mehrzahl von Turbinen an eine gemeinsame Welle und einen gemeinsamen Generator angeschlossen werden sollen»

Bei den Propanleitungen zwischen dem Kondensator 46 und dem Verdampfer 34 sind die Austrittsenden der einzelnen Propankanäle Ä, B, C und D des Kondensators mit getrennten

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Abflußleitungen 54a verbunden, welche ihrerseits rait der die Pumpe 56 enthaltenden Hauptleitung 54 in Verbindung stehen« Die Leitungen von den unterniedrigerem Druck stehenden Kanälen B, C und D sind mit der Leitung von den unter höherem Druck stehenden Kanälen A Üben* U-PaIlen 64 verbunden» um ein Zurückströmen der Flüssigkeit von den höheren zu den niedrigeren Propenkanälen au verhindern. Die Hauptleitung 54 teilt sich vor Erreichen des Verdampfers j54 in vier Zweige, wobei Jede Zweigleitung mit dem Einlaßende einer der Kanalleitungen A, B, G, D verbunden ist· Einzelleitungen 58 sind von den Auslaßenden der Kanäle zu den verschiedenen Turbinen 20 geführt.

Die Propanseite des Verdampfers 34 ist zusätzlich mit einer Ablaßvorrichtung zum Entfernen von all em in die PropankanKle eingedrungenen Wasser sowie zum Ablassen von Überschüssigem Propan versehen. Dazu gehört eine Hauptleitung 66, in welche die Flüssigkeit von den unteren Enden der einzelnen Kanäle A» B und C durch getrennte Leitungen 66a gelangt· Die Leitungen von den Kanälen B, C und D sind mit der Leitung von den Kanälen A über U-Fallen 68 Verbunden» um ein Zurückströmen zu verhindern. Das Abflußsystem enthält ferner einen Seheidetank 70, zu dessen Mitte die Flüssigkeit in der Leitung 66 durch eine Pumpe 72 gefördert wird. Alles in die Propanseite des Verdampfere eingedrungene Wasser wird bei der im Tank 70 herrschenden Temperatur nicht verdampft und setzt sich deshalb am Boden ah, von wo es durch die mit einem Ventil versehene Leitung 74 abgegeben, werden kann. Flüssiges Propan wird oben an dem Tank 7Q entnommen und in die Leitung 54 hinter der Pumpe 56 durch die Leitung 76 eingespeist·

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In den Propankreislauf eindringendes Wasser kann gleichzeitig gelöste Luft oder andere Gase einschleppen. Diese wird allmählich in das System gelangen und sich dabei in dem Kondensator sammeln, wodurch die Leistung des Kondensators vermindert wird« Zur Entfernung dieser Gase ist ein Spül tank 78 vorgesehen, welcher innerhalb des schwimmenden Schiffskörpers 10 angeordnet 1st. Eine Leitung 80 führt von der Oberseite der Propankanäle des Kondensators 46 zum Boden des Tanks 78 und leitet die nicht kondensierbaren Gase ab, welche leichter als Propandampf sind· Die Gase können oben aus dem Tank 78 durch eine Leitung 82 mit Ventilen 84- und 86 abgelassen werden.

Eine Anzahl von Propanvorratstanks 88 1st innerhalb des Schiffskörpers untergebracht, um einen Vorrat an flüssigem Propan zur Befüllung des Systems beim Anfahren der Anlage, für Reparaturfälle sowie zum Ausgleich für Leckverluste bereit zu haben· Bei der gezeigten Anordnung sind die Tanks 88 mit dem System über eine mit Ventil versehene Leitung 90 verbunden, welche von dem Gasspültank 78 zum Boden des Tanks 88 führt, sowie durch eine Leitung 92, welche von der Oberseite des Tanks 88 zu der Leitung 82 zwischen den Ventilen 84 und 86 führt. Die Leitung 92 enthält einen Kompressor 94 und einen Kondensator 96 zum Abziehen von Propandampf aus dem Kondensator 46 durch die Leitungen 80 und 82 sowie zum Fördern des flüssigen Propans zu dem Tank 88. Falls gewünscht, können nicht kondensierbare Gase aus dem Kondensator abgelassen werden, wie dies in der KUhltechnik Üblich 1st. Selbstverständlich kann das flüssige Propan auch auf andere Weise zu den Tanks 88 gefördert werden, z.B. durch eine mit Ventil versehene Leitung von der Propanpumpe 56.

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Bei den Seewasserkreislauf kann das Kaltwasserzuflußrohr 48, welches eine große Länge aufweist, nicht aus einem einzigen Stück bestehen. Zur Vereinfachung des Zusammenbaues des Rohres 48 ist der Schiffskörper 10 mit einem senkrechten Rohr 98 von großem Durchmesser versehen, welches dauernd mit dem Schiffskörper verbunden ist. Dieses Rohr 98 erstreckt sich von dem Boden 18 des Schiffskörpers nach unten und endet in einer unten offenen Öffnung Innerhalb des Rahmens 14· In dieser Tiefe herrscht nur verhältnismässlg geringe Wellenbewegung. Rohrabschnitte können auf einem oberen Deck 100 des Schiffskörpers 10 zusammengesetzt, durch das Rohr 98 in das Wasser hinabgelassen und dort zu dem Rohr 48 zusammengesetzt werden, wobei die einzelnen Abschnitte oben angesetzt werden, während die zusammengesetzten Teile herabgelassen werden. Sobald die erforderliche Länge des Rohres 48 erreicht ist, wird der letzte Rohrabschnitt an dem unteren Rand des Rohres 98 direkt schließend befestigt. Das Herablassen des Rohres 48 und der Zusammenbau durch Anfügen einzelner Abschnitte am oberen Ende sowie die Befestigung an dem Rohr 98 kann mit Hilfe der bekannten Verfahren und Vorrichtungen bewerkstelligt werden, wie sie für Öl- oder Erdgasbohrungen auf See Verwendung finden, so daß diese Verfahrenssehritte hier nicht näher beschrieben werden.

Sobald das Rohr 48 an seinem Platz 1st, wird ein Filtersieb 102 am oberen Ende eingebaut. Anschließend wird die Pumpe 50 in das Rohr 98 hinuntergelassen und dort mit nach oben zeigender Ausflußöffnung; befestigt. Schließlich wird eine Abdeckung 104 oberhalb der Pumpe 50 eingebaut, um den Kaitwas8er3trömungsweg gegenüber dem Inneren des Schiffskörpers 10 abzuriegeln. Der Raum oberhalb der Abdeckung 104 wird vollständig oder zumindest zum Teil wasserfrei gepumpt, um die Tragfähigkeit des Schiffs-

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körpers 10 zu erhöhen. Direkt unterhalb der Abdeckung 104 wird das Rohr 48 mit einer Abzweigung 106 von großem Durchmesser versehen« welche direkt zu den Einlaßenden der Wasserströmungskanäle des Kondensators 46 führt. Das obere Ende des Rohres 48 wird mit einem Ablenkten oder Diffusor 107 ausgestattet·

Das Filtersieb 102 wird vorzugsweise in einem Gleitlager montiert und mit einem geeigneten Antrieb zum Drehen um die senkrechte Achse des Rohres 48 versehen. Ein kleiner Sektor der oberen Fläche des Siebes 102 wird von einer Spülleitung 108 erreicht, welche den Filtersektor mit einem scharfen nach unten gerichteten Wasserstrahl beaufschlagt, worauf das Wasser durch eine Ausflußöffnung 110 des Rohres 48 abfließt. Die Spülleitung 108 wird von einer Pumpe 112 gespeist, welche Wasser von dem Auslaß des Kondensators 46 fördert· Durch diese Pumpe sowie die gelegentliche bzw. ständige Drehung des Filtersiebes 102 werden alle von dem Sieb zurückgehaltenen Teile entfernt.

Da der obere Teil der Energiegewinnungsanlage den Oberflächenströmungen und das Rohr 48 den Tiefseewasser» strömungen ausgesetzt ist, wirken meist horizontale Biegekräfte auf das Rohr 48 ein· Zur Abschwächung dieser Kräfte wird das Rohr teilweise oder insgesamt von Schwimmkörpern getragen, welche unterhalb des Rahmens 14 angeordnet sind. Die in der Zeichnung gezeigte Ausführungsform besteht aus einem starren Ring 114, welcher das Rohr 48 umgibt und mit diesem durch radiale Kabel verbunden 1st« Der Ring 114 wird im Wasser durch einen oder mehrere Schwimmtanks 116 getragen, welche direkt oberhalb des Ringes angeordnet und mit diesem durch Kabel verbunden sind. Der Ring 114 ist ferner mit elektromotorangetriebenen Propellerschrauben 18 versehen, welche

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am äusseren Umfang des Ringes angeordnet sind unddazu beitragen, das Rohr 48 innerhalb der Röhre 98 zu zentrieren. Zur weiteren Abschwächung der horizontal an- , greifenden Kräfte wird der oberste Abschnitt des Rohres 48 von einem Rohrstück gebildet, dessen unteres Ende trichterförmig ausgebildet 1st und das obere Ende des unteren Teiles aufnimmt_β

In dem Kaltwasserströmungskrelslauf sind eine Pumpe 118 und eine Leitung 120 zum Abziehen von Wasser von dem Kondensatorauslaß für Kühlungszwecke an den verschiedensten Vorrichtungen innerhalb des Schiffskörpers 10 vorgesehen* Das Wasser kann beispielsweise zum Betreiben einer Klimaanlage in den Aufenthaltsräumen der Mannschaft« zum Kühlen von Hilfsvorrichtungen, wie z.B. dem Propankompressor 94, dem Kondensator 96 oder von elektrischen Transformatoren, dienen. Falls es notwendig oder wünschenswert ist, Meereswasser zur Gewinnung von Frischwasser entweder zur Verwendung in dem Kraftwerk oder in größerem Maßstab zu verdampfen, dann kann das Kaltwasser vom Auslaß des Kondensators auch zum Kondensieren des verdampften Meereswassers dienen.

Das kalte Seewasser kann zwar als indirektes Kühlmittel für den Generator 22 dienen, doch ist es besser, die WSrme des letzteren für einen nützlichen Zweck auszunutzen* Es ist allgemein üblich, die Windungen eines Hochleistungsgenerators mit zirkulierendem Wasserstoff zu kühlen, welcher seinerseits in einem getrennten Wärmeaustauscher gekühlt wird. Bei der vorliegenden Anordnung wird ein Generatorsystem dieser Art verwendet, wobei der Wärmeaustauscher mit der Bezugsziffer 122 bezeichnet 1st. Anstelle von Wasser wird ,jedoch als Kühlmittel für den Wasserstoff flüssiges Propan verwendet und der Wärraeaus-

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tauscher 122 als Hilfspropanverdlchter zur Gewinnung von Energie verwendet. Das flüssige Propan wird dem Wärmeaustauscher 122 durch eine Leitung 124 zugeführt« welche eine Pumpe 126 enthält« Der durch den heißen Wasserstoff erzeugte und etwas Überhitzte Propandampf aus dem Wärmeaustauscher 122 gelangt zu einer Turbine 128, welche die beim Entspannen des Dampfes freiwerdende Arbeit an einen Hilfsgenerator lj50 abgibt. Das ent» spannte Propan fließt in eine der Ausgangsleitungen 60 von einer Hauptturbine 20«

Andererseits kann der Wärmeaustauscher 122 auch mit Propan aus einer der Leitungen 58 von dem Hauptverdampfer gekühlt werden, und der überhitzte Propandampf kann zu den Hauptturbinen 20 geleitet werden, wodurch die Hilfsturbine 128 wegfällt.

Das Zugangsrohr 28 ragt, wie bereite kurz erwähnt, innerhalb des Rahmens 14 bis unterhalb des Niveaus des Verdampfers 34 hinab und dient mehreren Aufgaben« Einmal sind die Pumpen 26, 29, 36, 72, 118 und 126 aussen an dem Rohr 28 angebracht, wobei die entsprechenden Antriebsmotoren zur Erleichterung der Wartung innerhalb des Rohres 28 liegen. Die anderen unter Wasser liegenden Teile der Anlage werden durch Taucher gewartet, welche durch das Rohr 28 in einem Aufzug I32 nach unten und durch in bestimmten Abständen an dem Rohr 28 vorgesehene Druckkammern 20 in· das Meerwasser gelangen. Jede Kammer 30 kann 'von dem Rohr 28 aus durch, eine wasserdichte Tür 1^4 betreten werden, worauf das Innere der Kammer 30 mit Luft oder einem sauerstoffhaltigen und damit zum Atmen geeigneten Gasgemisch auf den Druck des Meereswassers in dieser Tiefe gebracht wird. Die Taucher können dann eine wasserdichte Tür 126 öffnen und zu dem Rahmen 14 gelangen, um die an diesem befestigten Teile für Wartungs-

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arbeiten zu erreichen. Die oberste Kammer 30 ist mit einer wasserdichten Zwischentür 133 versehen, welche die Kammer in eine innere und eine äussere Kammer aufteilt. In der äusseren Kammer kann dauernd der Druck des Meeres herrschen, während die innere Kammer in der oben beschriebenen Weise benutzt wird. Dieses Verfahren gestattet es einer frischen Arbeitsmannsehaft, sich bereits vorzubereiten, während die vorhergehende Mannschaft noch an der Arbeit ist«

Der Schiffskörper 10 sowie der Rahmen 14 und die daran befestigten, unter Wasser liegenden Teile der Anlage werden am bequemsten in horizontaler Lage in einer Werft zusammengesetzt und in der gleichen Welse mit Hilfe von großen Plofltanks oder Schiffen ähnlich wie die gegenwärtig benutzten schwimmenden Bohrstationen in die Arbeltsposition gebracht« Dort wird die schwimmende Anlage aufgerichtet und auf geeignete Weise mit Ankern oder Ketten, z.B. mit Hilfe einer Kette l4o, verankert. Das Kaltwasserrohr 48 wird darauf zusammengebaut und von dem Deck 100 des Schiffskörpers in der oben beschriebenen Weise herabgelassen« Der ganze Aufbau 1st äussert stabil und von normalen Oberflächenwellen und Wind vollständig unabhängig« Um die senkrechte Stellung zu sichern, kann der Schiffskörper mit motorgetriebenen Propellerschrauben 142 oder irgendeiner anderen, für Wasserfahrzeuge geeigneten Antriebsvorrichtung versehen werden. Die weiteren Schrauben 118 können durch die Mannschaft innerhalb des Schiffskörpers 10 über Radio oder Radar-Dreiecksortung mit zwei Kontrollstationen an Land bedient werden* Da der größte Teil der Anlage sich unter Wasser befindet, ist nicht viel überschüssige Schwimmfähigkeit vorhanden. Aus diesem Grunde werden leere Tanks 144 beweglich zum Ausgleich sowie für Notfälle mit dem Schiffskörper ver-

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bunden. Die Tanks können auch zur Dämpfung der Wellen kreisförmig um die schwimmende Station herum angeordnet werden·

In den Pig· 3 und 4 1st eine vereinfachte Form von Wärmeaustauscher gezeigt» welche für den Prop an verdampf er 34 und den Propankondensator 46 geeignet 1st. Wie oben bereits beschrieben, wird gemäss vorliegender Erfindung der Verdampfer j54 und der Kondensator 46 in einer solchen Tiefe unterhalb des Meeresspiegels angeordnet, daß der Druck auf beiden Seiten der Trennwände und anderen Teile, welche die Propanströmungskanäle A, B, C und D von den Wasserströmungskanälen trennen« ausgeglichen ist· Entsprechend können die Trennwände in diesen Wärmeaustauschern sehr dünn sein· Dies vermindert nicht nur die Herstellungskosten, da weniger Material und leichtere Stützkonstruktionen ausreichen« sondern verbessert auch den Wärmeübergang zwischen den Medien. Diese Faktoren sind für die vorliegende Erfindung von höchster Bedeutung, weil die Temperaturdifferenz zwischen den Medien klein ist und weil enorme Mengen an Meereswasser erforderlich sind, um nutzbare Energie zu gewinnen.

Das Kernstück des Wärmeaustauschers 146 1st wirtschaftlicherweise aus einer Anzahl von gleioh großen, dünnen, rechteckigen Flächen 148a, 148b, 148c usw. aufgebaut, welche parallel zueinander angeordnet und voneinander durch einen geringen Abstand getrennt sind« Jeder zweite dieser Zwischenräume 1st durch längliche parallele Blöcke 150 in parallele Wasserströmungskanäle aufgeteilt, welche von einem Ende der Bogen 148 bis zum anderen Ende reichen. Die anderen Zwischenräume zwischen den Platten sind durch mit Abstand angeordnete Blöcke 152 in senkrecht dazu verlaufende Propankanäle aufgeteilt, welche

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sieh quer zu dem WMrmeaustauscherkorper erstrecken. Die Propankanäle sind durch besondere Blöcke 152 * In Gruppen A, B, C und D aufgeteilt, wobei die Blöcke 152* lSnger als die anderen sind und deshalb Über die Ränder der FlSohen hinausragen. Die Bilden der Blöcke 152* können mit der Innenseite des den Körper 146 umschließenden Gehäuses verbunden werden, wodurch die Ströme in den einzelnen Kanalgruppen voneinander getrennt sind.

Die Trennblöcke I50, 152 und 152' können aus Metall, einem Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material hergestellt werden, welches gegen Seewasser und Propan bestandig ist. Die Platten und Blöcke sind in den Figuren eben« doch können sie auch gewellt ausgebildet sein, um die Turbulenz zu erhöhen. Falls gewünscht, können die Blöcke fortgelassen werden und die Flächen entsprechend gefalzt werden» um den gewünschten Abstand zu erhalten. Die Anzahl von Platten und Blöcken sowie deren Größe kann sehr schwanken, so daß die in den Fig. J und 4 ge» zeigte Anordnung nur als Beispiel aufzufassen 1st.

lii Fig· f> ist eine geeignete AusfÜhrungsforai für das Kaltwasserrohr 48 gezeigt. Das Rohr 48 ist dabei doppelwandig und besteht aus einem inneren, glattwandigen Rohr 154, welches das Wasser mit möglichst geringem Druckabfall weiterleitet, und aus einem Susseren, gewellten Rohr 156. Radial angebrachte Kabel I57 verbinden die Rohre 154 und 156 in bestimmten Abständen, und der Ringraum zwischen den Rohren ist mit einem leichten Schaumkunststoff I58 gefüllt. Dadurch wird ein Rohr erhalten, welches in Wasser wegen des abgedichteten wasserfreien Ringraumes praktisch schwebt« Das Schaumstoffmaterial dient ausserdem zur Zentrierung der beiden Rohre und als Isoliermaterial für das kalte, durch das innere Rohr strömende Waseer

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gegenüber dem wärmeren Aussenwasser. Die gewellte Form des üuSseren Rohres 156 gibt der Anordnung grosser© radiale Steife und lässt leichtere Verbindungen tinter dem Einfluß von Meeresströmungen zu·

Betrieb der Anlage

Das Verfahren zum Zusammenbauen der Energiegewinnungsanlage und eum Zusammenstellen und Verankern der Anlage an einer genügend tiefen Meeresstelle wurde oben bereits beschrieben· Die Arbelteweise der Zueatzausrtistung, wie z.B. des Filtersiebes 102, des Soheidetarücs 70» des Oeneratorwäraeeustaueohers 122 und des Entgasungstanks wurde bereite oben etrlSutert, so daß hierauf nicht mehr eingegangen ssu werden braucht«

Sobald der Schiffskörper Io und der Rahmen 14 an einer geeigneten Stelle des Meeres, d.h· in einer Position mit einer warmen Wasseroberfläche, z.B. von 25⁰C, und kaltem Tiefwasser, z.B. von 10⁰C, verankert und zusammengebaut ist, kann die Energiegewinnungsanlage in Betrieb genommen werden, wobei in der folgenden Beschreibung als Arbeitsmedium wieder Propan als Beispiel herangezogen wird.

Der Propandampf aus dem Verdampfer J54 gelangt durch die Leitung 58 zu den Turbinen 20, wo er entspannt wird und mechanische Energie zum Antrieb des Generators 22 abgibt. Die erzeugte Elektrizität wird über das Kabel 22 weitergegeben, welches nach unten durch das Rohr 28 geführt 1st· Von den Turbinen 20 gelangt der entspannte Propandampf über die Leitungen 60 zu den getrennten PropankanSlen A, B, C und D des Kondensators 46, wo er bei seine« SSttigungsdampfdruck durch das 1O°C kalte, durch die Rohre 48 und I06 mit Hilfe der Pumpe 50 hoohgepumpte Wasser kondensiert wird.

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.Wie oben bereits festgestellt, liegt der Kondensator 52 n* unter dem Meeresspiegel, so daß der Wasserdruck etwa gleich dem Druck des kondensierenden Propane ist, wodurch der Druck auf beiden Seiten der Wärmeaustauscherflächen 148a, 148b usw. in dem Kondensator 46 angeglichen wird· Ein genaues Ausgleichen des Druckgefälles wird Jedoch nicht erreicht, weil die große, filr die notwendige Kühlung erforderliche Wasserströmung einen Druckabfall längs der Wasserkanäle erzeugt. Um zu verhüten, daß diese Druckänderung ein größeres Druckge-. fälle zwischen den Wasserkanälen und den Propankanälen hervorruft, 1st der Kondensator schräg angeordnet, wobei der Wasserabfluß niedriger als der Wasserzufluß liegt, und die Propankanäle sind in vier getrennte Gruppen A, B, C und D aufgeteilt, welche Jeweils bei einem Druck arbeiten, welcher praktisch dem Druck der Wasserkanäle entspricht· Die Anzahl von Propankanalgruppen schwankt abhängig davon, wie genau die Druckunterschiede abgeglichen werden sollen« Die Kosten für die Herstellung des Wärmeaustauschers werden um so niedriger liegen, je geringer das Druckgefälle 1st, doch werden diese Einsparungen in der Praxis zum Teil dadurch aufgewogen, daß weitere getrennte Turbinen für die einzelnen Propanströme verschiedenen Drucks erforderlich sind. Eine eigene Turbine wird für jeden Propanstrom verwendet, um den Wirkungsgrad des ganzen Systems zu erhöhen. Die Anordnung mit mehreren Turbinen erhöht die je Liter Seewasser gewinnbare Energie bei gegebener Wärmeaustauscher oberfläche bzw· die gewinnbare Energie je Oberfläeheneinheit für eine gegebene Wassermenge·

Das in dem Kondensator 46 kondensierte Propan wird zu dem Verdampfer 34 mit Hilfe der Pumpe 56 und der Leitung 34 zurtickgeleitet. Wie der Kondensator ist auch

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der Verdampfer mit vier Gruppen von Propankanälen A, B, C und D ausgerüstet« welche im Verhältnis zu den gerade durchlaufenden Wasserkanälen so angeordnet sind, daß der Druckunterschied zwischen verschiedenen Teilen der Wärmeaustauscherflächen 148a, 148b usw. möglichst klein wird. Das etwa 25⁰C warme Oberflächenwasser durchläuft die Wasserkanäle des Verdampfers 3* und erhitzt dabei das flüssige Propan auf seinen Siedepunkt, wobei der Propandampf zur Wiederholung des Zyklus zu den Turbinen 20 geleitet wird. Bei 25⁰C siedet Propan unter 9,63 kg/cm , so daß der Verdampfer, entsprechend 84 m unter der Meeresoberfläche angebracht wird, damit auch das Wasser einen Druck von 9*63 kg/cur aufweist· Wie bei dem Kondensator 46 erzeugt das große Volumen der Wasserströmung einen Druckabfalllängs der Wasserkanäle, welchem der Propandampfdruck durch Schrägstellen des Verdampfers angepaßt wird.

Da die inneren Betriebsdrücke des Kondensators 46 und des Verdampfers 3* größtenteils durch den Dampfdruck von Propan bei der höheren und der niedrigeren Wassertemperatur bestimmt sind, kann eine Angleichung des Druckunterschiedes in diesen Anlageteilen angenähert nur dadurch erreicht werden, daß man sie entsprechend der Temperatur des warmen und des kalten Wassers in der erforderlichen Tiefe anordnet· Wenn beispielsweise das Oberflächenwasser eine Temperatur von 28°C statt 25⁰C aufweist, dann muß der Verdampfer 3>4 auf eine größere Tiefe als 84 m gebracht werden, um den. Wasserdruck so zu erhöhen, daß er dem höheren Dampfdruck des Propane entspricht» Entsprechend werden der Ballasttank 24 und sein Pumpsystem 26 dazu verwendet, den Schiffskörper 10 In Abhängigkeit von der Temperatur des zur Verfugung stehenden warmen und kalten Wassers, welche unter anderem

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von der Jahreszeit abhängen wird, abzusenken oder aus dem Wasser weiter herauszuheben.

Die Propaninnenteraperatur ändert sich auch mit der Belastung der Turbinen 20, und es ist deshalb nicht immer möglich, den Druck im Verdampfer 34 und im Kondensator auszugleichen· Da die Kondensatorwassertemperatur normalerweise nicht so stark schwankt wie die Wassertemperatur im Verdampfer und da sich der Sättigungsdampfdruek im Kondensator Je Qrad TemperaturSnderung nicht so stark ändert wie im Verdampfer, ist es wichtiger, die Eintauchtiefe des Verdampfers zu Oberwachen· Zusätzlich ist es im allgemeinen wünschenswert, die einzelnen Anlageteile auf eine Wassertiefe zu bringen, bei welcher der Wasserdruck etwas höher als der Propandruck ist, damit eventuelle Undichtigkeiten in den Wärmeaustauschern nicht zu einem Propanverlust an das Heer führen· Die Anordnung der Verdampfer- und Kondensatordurchflußkanäle in Form der Abschnitte A, B, C und D zusammen mit den vier getrennten Turbinen 20 1st auch deshalb von Wichtigkeit, well durch die nach dem Gegenstromprinzip arbeitenden wärmeübertragenden Oberflächen der Wirkungsgrad des Kraftwerkes verbessert wird·

Als Beispiel sei eine Konstruktion betrachtet, welche für die tatsächlich anzutreffenden Bedingungen typisch 1st· Das warme Wasser tritt mit einer Temperatur von 26,1°C in den Verdampfer 36 ein und verläßt ihn mit einer Temperatur von 25,O⁰C₀ Ohne Auftrennen des Verdampfers 56 in vier Kammern läge die Siedetemperatur bei 22,2⁰C. Das kalte Wasser tritt in den Kondensator 46 mit einer Temperatur von 6,11°C ein; mit einer Kammer wäre die Kondensatlonstemperatur H₉I⁰C. Wenn nur in diesem Fall der Kondensator 46 und der Verdampfer 36 wie oben be-

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schrieben in vier getrennte Propanströme aufgeteilt werden, wird die tatsächlich erzeugte Energie um 1,4 # gesteigert, ohne daß die wärraeübertragende Oberfläche vergrößert wird. Im Fall von vier getrennten Kammern im Kondensator liegen die Kondensationstemperaturen nacheinander bei 10,2°, 10,8°, 11,3° und 11,9°C Dadurch wird ein Gegenstrom-Wärmeübertragungseffekt erzielt, welcher bekanntlich die Wärmeübertragung verbessert.

Der Warmwasserzufluß muß Üblicherwelse nahe der Wasseroberfläche 12 liegen, um das w&rmste zur Verfügung stehende Wasser zu erreichen. Wenn der Schiffskörper 10 gehoben oder gesenkt wird, kann deshalb das oberste Stück 36c des Wasserzuflußrohres 36 in dem oberen Gelenk 38 geschwenkt werden, um das Einlaßende direkt unterhalb der Oberfläche 12 zu halten. Falls eine Oberflächenströmung herrscht, kann deren Richtung vorteilhaft ausgenutzt werden, indem man einen oder beide Gelenke 38 so schwenkt, daß der Strom das Wasser in die Einlaßöffnung hlnelnspUlt, wodurch die erforderliche Pumpenergie gesenkt wird. Um die Kalt- und Warmwasserschichten im Meer nicht zu vermischen, soll der Verdampferausfluß das Wasser nach oben und entgegengesetzt zur Einlaßöffnung und der Kondensatorwasserauslaß nach unten in Richtung auf die Kaltwasserschicht gerichtet sein.

Bezüglich des Betriebes des Kondensators 46 wurde gefunden, daß die Gesamtenergie für das Heraufpumpen des kalten Tiefseewassers folgendes bewirken muß:

1) Beschleunigen des Wassers an der Einlaßöffnung des Rohres 48 von der Geschwindigkeit 0 auf die Geschwindigkeit des Wassers in dem Rohr 48·

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2) überwinden des durch die Strömung verursachten Reibungswiderstandes in dem Rohr 48«

3) überwinden des durch das Vermindern der Wassergeschwindigkeit unterhalb des Siebes 102 durch den Diffusor 107 verursachten Verlustes.

4) überwinden der Turbulenz- und Reibungsverluste in der Pumpe 50·

5) überwinden des Reibungswiderstandes in den Strömungskanälen des Kondensators·

6) überwinden des Widerstandes bei der Diffusion der Geschwindigkeit an dem Kondensatorauslaß 52 auf die niedrige Geschwindigkeit des Meereswassers·

7) überwinden des Dichteunterschiedes beim Anheben des kalten schwereren Wassers aus großen Tiefen durch die etwas wärmeren Wasserschichten, welche das Rohr umgeben·

Der letzterwähnte Effekt ist ein merklicher Teil des sich der Wasserströmung entgegenstellenden Widerstandes und stellt einen sehr großen Prozentsatz der für die Kondensatorwasserpumpe 50 erforderliehen Energie dar« Aus diesem Grund kann es wirtschaftlich vorteilhaft sein» das Abflußrohr 52 vom Kondensator 46 ein größeres Stück nach unten zu zu verlangern· Eine solche Verlängerung des Abflußrohres hilft einen Teil der Säulenhöhe des diohteren Wassers« welches nach oben angehoben «erden muß, zu kompensieren.

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Da die Kondensatorw&saorpuffipo 50 an. dsm Weiser beim Durchpumpen desselben durch das Rohr *>8 und den Kcn&äaeator 46 Arbeit verrichtet, erhöht sich dabei auch die Wassertemperatur etwas· In einem durchgerechneten Bei·« spiel führt die erforderliche Pumpensrsis zu einer Tssapsraturerhöhung des kalten Wassers um 0,22⁰C. Aus diesem Grund kann es vorteilhaft sein, die Kondensatorw&aserpumpe 50 hinter dem Kondensator 46 anstatt swisohan dem Wasserrohr 48 und dem Kondensator 46 wi« in der Zeichnung gezeigt anzuordnen. Der Naoht«ilhlervon ist der, daß die Pumpe dann noch einen weiteren. Diffusor zusätzlich zu desi vor dem Kondensator verwendeten benötigt und daß dadurch weitere Diffusorverluste auftreten. Alle Gegebenheiten einer Konstruktion müssen deshalb sorgfaltig analysiert werden» bevor nan entscheidet, ob die Fumpe 50 an der Einlaß- oder an der Auslafiselte des Kondensators 46 angeordnet werden soll·

Da der Verdampfer 24 und der Kondensator auf verschiedenen Meerestiefen liegen» 1st es klar, daß dann, wenn kein Wasser durch sie händurengepumpt wird, der Propandeopf in beiden gleich ist und'an den äusseren Wasserdruck nieht mehr angeglichen werden kann. Ee ist deshalb öChKierlg, die Drucke in den Wärmeaustauschern sowohl Im Buhe- als auch im Betriebszustand auszugleichen. Die Überdruckventile 60 und 62 schützen die WärmeObertrSgerflachen 148a, l48b usw. gegen, ein Platzen, doch ist beim Befüllen d«3 Propankreislaufsystems und beim Anfahren der ganzen Anlage ein sehr sorgfältiges Arbeiten error« derlich«

1} Befüllen des Propankreises mit Wasser und Offnen der entsprechenden Ventile zu dem Wasserkreis, um den inneren und den öusseren Brück auszugleichen.

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2) Erzeugen eines Vorrates an unter Druck stehendes» Propan· Dieses kann mit Hilfe eines motorbetriebenen Hllfsgenerators und Propankompressors mit Pumpen und weiteren Vorrichtungen, welche in Fig· 2 mit I6o bezeichnet sind» erreicht werden.

3) Schließen der Ventile zwischen dem Propan- und dem Ifasserleitungssystem und Verdrängen des Wassers aus dem oberen Teil des Propansystems mit komprimiertem Stickstof Γ oder einem anderen Inertgas·

4) Beschicken des oberen Teiles des Propansystems mit Propan unter Verwendung des Kompressors der Vorrichtung 160. Das Ventil 74 soll jetzt geöffnet werden« damit das in dem Propansystem befindliche Wasser durch den Propandruck durch das Ventil 74 verdrängt werden kann.

5) Sobald die Trennschicht zwischen dem Wasser und dem Propan das Niveau des Kondensators 46 erreicht, wird die Kaltwasserpumpe 50 in Betrieb gesetzt. Dadurch strömt kaltes Wasser durch den Kondensator 46 und läßt darin das Propan kondensieren, so daß mit Hilfe des Kompressors der Vorrichtung 160 weiteres Propan in den Kreislauf eingespeist werden kann.

6) Anstellen der Kondensatorpumpe 46, welche Wasser und schließlich flüssiges Propan durch die Leitung 54 zu des Verdampfer 34 pumpt. Sobald flüssiges Propan den Verdampfer 34 erreicht, steigt es durch das Wasser in den Leitungen 60 zu der Wasser/Propan-Grenzschicht auf dem Niveau des Kondensators 46. Da dieses Wasser warn 1st, wird das flüssige Propan beim Aufsteigen verdampfen.

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7) Anstellen der Verdampferwasserpumpe 40 zur Verstärkung des Siedens des Propane in dem Verdampfer 34, damit der Dampf zu den Turbinen 20 fließt.

8) Anstellen der Pumpe 72, um das Wasser in den Propankenälen in dem Verdampfer 3*4 und in den Leitungen 56 durch das Ventil 74 nach außen zu drücken«

9) Sobald das Propankreissystem wasserfrei ist, Sehließen des Ventils 74. Das System ist nun mit Propan gefüllt und die Turbinen 20 arbeiten·

Bei einem Notstop der Energiegewinnungsanlage schützen die Überdruckventile 60 und 62 den Kondensator 46 und den Verdampfer ji4 vorzu großen Druckunterschieden· Dadurch wird Jedoch eine unerwünscht große Menge an Propan an das Meer abgegeben· Dieser Verlust kann auf folgende Weise vermieden werden:

1) Stoppen des Propanstromes zum Verdampfer 24 mit Hilfe eines geeigneten Ventils. Dadurch läßt auch der Dampfstrom zu den Turbinen 20 langsam nach, welche bald zu laufen aufhören.

2) Abpumpen des flüssigen Propane zu den Lagertanks 88 mit Hilfe der Pumpe 36 Über geeignete Leitungen.

2) Offnen des Ventils 74, damit Seewasser den Verdampfer 54 und das Leitungssystem bis auf das Niveau des Kondensators 46 füllt·

4) Abziehen des Propans aus dem oberen Teil des Leitungssystems mit Hilfe des Kompressors der Vorrichtung 160. Kondensieren dieses Propans und Einlagern in den Tanks 76.

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5) Anhalten der Wasserpumpen 4o und 50·

Da In dem abgestellten Zustand das Propanleitungasystem durch das Ventil 74 mit dem Meereswasser in Verbindung steht» können die Turbinen 20 für eine Wartung nicht geöffnet werden« wenn man nicht dafür sorgt, daß das Wasser nicht durch die Rohre 54 und 60 In den Schiffs« körper 10 fließen kann· Der Schiffskörper kann so weit angehoben werden* daß die Turbinen oberhalb des Wasserniveaus liegen« oder die Teile« in welchen die Turbinen angeordnet sind« können unter Druck gesetzt werden·

Die Energiegewinnungsanlage wurde vorstehend in vereinfachter Pore dargestellt« wobei z.B. die Üblichen Hilfsmittel für die Bedienung der verschiedenen Ventile und die Turbinen 20 sowie den Generator 22 nicht gezeigt wurden· Es ist bei Kraftwerken allgemein üblich, die Turbinengeschwindigkeit so einzustellen, daß man Elektrizität konstanter Frequenz erhält« und auch zu dem vorliegenden Kraftwerk gehören entsprechende überwachung«- und Hilfsvorrichtungen, wie sie allgemein üblich sind«,

Vorstehend wurde die Energiegewinnungsanlage so beschrieben, wie sie aussehen müßte, wenn Propan als Arbeitsmedium dient, doch können auch andere Oase Verwendung finden· Die folgende Tabelle zeigt einige der verwendbaren Oase einschließlich Propan, deren Sättigungsdampfdrucke bei typischen Warm» und Kaltwassertemperaturen sowie die erforderlichen Eintauchtiefen für Kondensator und Verdampfer.

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Tabelle

	kg/cm^	kg/cm5 β	Eintauchtiefe (in in)	des Kon
Gas	bei 25°C	bei 6,1°C	des Ver	densators
	9,6	5,8	dampfers	47,5
Propan	11,6	1,1	85	61
Propylen	6,6	3,8	105	26
R-12 (CCl2F2)	10,7	6,2	56	51,5
R-22 (CHClF2)	16,5	10,2	96,5	91
R-13B1 (CBrF3)	36,6	23,2	154	220
R.13 (CClF5)	2,5	1,3	350,5	4
Butan	3,7	2,0	16	11
Isobutan	27

Propylen ist etwas teurer als Propan und etwas löslicher In Wasser« Sine kleinere Turbine wäre ausreichend, aber es wären auch größere Eintauchtiefen notwendig, so daß die Taucharbeiten schwieriger sein wurden.

R-12 und R-22 sind nicht brennbar, Jedoch teurer, ausserden wären größere Turbinen als für Propan erforderlich. R-13 und R-13Bl sind nicht brennbar, aber teurer, ausserdem sind besonders große Eintauchtiefen erforderlich.

Butan und Isobutan sind aus Kostengründen vorteilhaft, doch werden wiederum sehr große Turbinen benötigt· Die verbaltnismässig geringen Eintauchtiefen sind deshalb nachteilig, weil der Kondensator und der Verdampfer der Wellenbewegung ausgesetzt wären·

allgemeinen sind die Halogenkohlenwasserstoffe den Kohlenwasserstoffen Insofern Überlegen, als die ersteren in flüssigem Zustand eine etwas größere Dichte als Wasser besitzen. Die Anwesenheit dieser schwereren. Fltissig-

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keiten in dem Verdampfer 36 und dem Kondensator 46, welche sich auf verschiedenen Eintauchtiefen befinden, erzeugt genug Druckunterschied, so daß eine Verdampfer« einspeispumpe in manchen Fällen wegfallen kann. Selbst bei Verwendung der leichteren Kohlenwasserstoffe als Arbeitsmedium wird gegenüber dem Fall, wo der Kondensator und der Verdampfer auf gleichem Miveau liegen, Pumpenergie eingespart.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1· Vorrichtung zur Gewinnung von Energie durch Ausnutzung des TemperaturgefHlles zwischen verschiedenen Schichten des Heeres, bestehend aus einem Verdampfer für das bei den Temperaturen des Meerwassers einen über AtmosphÄrendruck liegenden Dampfdruck und eine wesentlich größere Dampfdichte als Wasser aufweisende Be- * triebsmittel, einem Kondensator zum Verdichten des

   dampfförmigen Betriebsmittels* einem entsprechenden Pump- und Leitungssystem und einem durch Dampfexpansion betriebenen Energieerzeuger, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (34) und gegebenenfalls auch der Kondensator (46), die jeweils aus einem Wärmeaustauscher mit getrennten Strömungskanälen für das Betriebsmittel und das Warm- bzw« Kaltwasser bestehen. In einer Meerestiefe angeordnet sind, in der der Wasserdruck dem Dampfdruck des Betriebsmittels bei der Warm- bzw· Kaltwassertemperatur entspricht.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Verdampfer (34) und als Kondensator (46) dienenden Wärmeaustauscher gerade, über dessen ganze Ausdehnung verlaufende Wasserkanäle und senkrecht dazu verlaufende, voneinander getrennte Kanäle für das Betriebsmittel aufweisen und Jeweils so angeordnet sind, daß die Wasserkanäle schräg von unten nach oben verlaufen·

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   NeU6 Unit?<tagen (Art7fciÄbs.2N

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   3· Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein schwimmfHhiger Schiffskörper (10) mit einem sich nach unten erstreckenden, den Verdampfer (3*)* den Kondensator (46) und die übrigen Teile der Anlage tragenden Rahmen (14), vorgesehen ist» wobei die Eintauchtiefe des Schiffskörpers (10) im Hasser und damit die Eintauchtiefe des Verdampfers (54) und des Kondensators (46) zum Angleichen des Wasserdruckes an den Dampfdruck des Betriebsmittels veränderlich ist·

   4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Fördern des kondensierten Betriebsmittels vom Kondensator (46) zum Verdampfer (34)

   ■ von Jeder Gruppe der Kondensatorströmungskanäle ein Ableitungsrohr und jede Gruppe der Verdampferströmungskanäle ein Zuleitungsrohr aufweist, wobei die entsprechenden Gruppen der Verdampfer« und Kondensatorströmungskanäle Jeweils über ein U-Rohr mit einer Kondensathauptleitung verbunden sind.

   5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht korrodierende Betriebsmittel Propylen« Diehlordifluormethan, Monochlordlfluormethan, Monobromtrifluormethan, Monochlortrifluormethan-Butan, Isobutan» aber vorzugsweise Propan ist·

   6« Verfahren zur Gewinnung von Energie durch Ausnutzung des Temperaturgefälles zwischen verschiedenen Schichten des Meeres« bei welchem ein flüssiges Betriebsmittel, welches bei den Temperaturen des Meerwassers einen Über Atmosphärendruck liegenden Dampfdruck und eine

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   wesentlich größere Dampfdichte als Wasser aufweist, durch Wärmeaustausch mit warmem Oberflächenwasser verdampft, mit dem Dampf eine Turbine oder dergleichen angetrieben und der entspannte Dampf durch Wärmeaustausch mit kaltem Tiefseewasser kondensiert und dann erneut verdampft wird« dadurch gekennzeichnet, daß man den Druck des Warm- und des Kaltwassers dem der jeweiligen Temperatur entsprechenden Dampfdruck des Betriebsmittels angleicht·

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