DE19811310A1

DE19811310A1 - Chimney-like heat-insulated and double-walled device with round cross-section for generating electrical energy by using waste heat or solar energy

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Publication number: DE19811310A1
Application number: DE19811310A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 1999-09-23

Abstract

A chimney-like heat-insulated and double-walled device with round cross-section for generating electrical energy by using waste heat or solar energy in the form of warm water, warm air, waste gases from firing plants or by simultaneous use of wind force has in the round inner cross- section of the device, several turbine wheels (20) lying above one another which are set into rotation by warm upwards flow. In the outer edge of the turbine wheel (21) which joins the individual turbine blades together, field magnets are embedded at certain distances. With rotation these generate direct current in copper wire windings that are mounted directly outside the inner cross-section in a cold air shaft (23).

Description

Kaminähnliche, wärmeisolierte Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie durch Nutzung von Sonnenener gie, Erdwärme oder Abwärme in Form von Warmwasser, Warmluft, Dampf oder Abgasen von Feuerungsanlagen bei gleichzeitig möglicher Nutzung von Windkraft.Fireplace-like, heat-insulated device and method for Generation of electrical energy by using solar energy ge, geothermal or waste heat in the form of hot water, warm air, Steam or exhaust gases from combustion plants at the same time possible use of wind power.

Es ist bekannt, Strom umweltfreundlich mittels Solargenera toren photosynthetisch zu erzeugen. Diese Methode ist aber wegen der verhältnismäßig hohen Herstellungskosten dieser An lagen insbesondere in geographischen Lagen mit wenig Sonnen stunden unrentabel. Auch die Nutzung der Windkraft ist umwelt freundlich, jedoch wegen der notwendigen Größe dieser An lagen, durch die es häufig zur Belästigung von Anwohnern kom men kann, nicht überall möglich.It is known to use environmentally friendly electricity using solar genera to produce photosynthetically. But this method is because of the relatively high manufacturing costs of this type were particularly in geographical locations with little sun hours unprofitable. The use of wind power is also environmentally friendly friendly, however, because of the necessary size of this type that often annoy local residents can, not possible everywhere.

Mit der hier beschriebenen Erfindung ist eine bislang unbe kannte, umweltfreundliche und effektive Umwandlung von Wärme, insbesondere auch von gewerblichen und industriellen Abwärme potentialen in elektrische Energie möglich.With the invention described here is a hitherto unbe known, environmentally friendly and effective conversion of heat, especially from commercial and industrial waste heat potentials in electrical energy possible.

Illustration 1

Schematische Darstellung (Vertikalquerschnitt) der Vor richtung bei Betrieb mit Warmwasser.Schematic representation (vertical cross section) of the front direction when operating with hot water.

Die runde Vorrichtung kann aus Stahlblech ausreichender Wand stärke gefertigt werden und besteht aus einem Innenrohr (3), einer geeigneten Isolierschicht (4) und einem Außenrohr (2). Die Vorrichtung funktioniert nach dem physikalischen Prinzip des Gewichtsunterschiedes von warmer und kalter Luft bei gleichem Volumen. Sie kann vorteilhafterweise senkrecht an Hochhäusern oder hohen Industriegebäuden platzsparend und aus mehreren Einzelrohrteilen errichtet werden, die jeweils an den Rohrenden (35) mehrfach verschraubt und durch an den Rohr teilen verschweißten Profilen (32) an Außenwänden befestigt wird. Da für die Leistung der Vorrichtung neben der Betriebs temperatur auch das Innenvolumen eine maßgebliche Rolle spielt, sollte sie so hoch wie zulässig errichtet werden. Dazu kann sie von einer im obersten Bereich angebrachten Außenrohrschelle (33) aus zusätzlich entweder mit starren Stahlstützen in mindestens zwei Richtungen zur obersten massiven Geschoßdecke hin oder mit Drahtseilen in vier Richtungen verspannt werden. Die Vorrichtung steht auf einem waagerechten Betonfundament (37), liegt dabei befestigt auf einem Stahlring (34) der durch vier senkrechte Stahlrohr stützen (8) mit einem zweiten Stahlring (34) verbunden ist und die Lufteinlaßöffnung (26) der Vorrichtung ausbildet. Zum Schutz gegen Vogelbrut und gegen das Ansaugen von Papier- oder Folienteilen ist in diesem Bereich rundum ein Maschen drahtgitter (31) mit einem Durchlaß von maximal 10 mm ange bracht. Bei dem hier beschriebenen Anwendungsbeispiel wird Abwärme in Form von Warmwasser mit ausreichendem Frostschutz zusatz zur Stromerzeugung genutzt, das in wärmeisolierten Rohrleitungen bewegt wird. Über Leitung (17) wird kaltes Wasser von der Umwälzpumpe (10) angetrieben der Abwärmequelle (12) zugeführt, wo es sich erwärmt und weiter über Leitung (17) einen im Innenquerschnitt (1) der Vorrichtung liegenden Wärmetauscher (5) (weiterhin bezeichnet als Primärwärmegeber) von oben nach unten durchströmt (siehe auch Abb. 2 und 3) und dabei die Wärme an die an der unteren Lufteintrittsöffnung (26) einströmende kältere Außenluft (36) abgibt. Als Abwärme quellen eignen sich neben Solarwarmwasserkollektoren, die bis her ausschließlich zur Brauchwassererwärmung und Heizung ein gesetzt werden, insbesondere Wasser-Kühlkreisläufe von großen stationären Motoren oder Industrieanlagen, die aus produktions technischen Gründen gekühlt werden müssen. Überhalb des Primär wärmegebers (5) ist die Turbinen-Generatoreinheit angebracht, bei der sich mehrere übereinanderliegende einzeln gelagerte Turbin enräder (20) mit jeweils entgegengesetzter Drehrichtung, von der aufströmenden Warmluft angetrieben, um eine starre Mittel achse drehen. (Siehe auch Abb. 4 und 5) Diese ist am unteren und am oberen Ende jeweils durch eine kreuzförmige Halterung (24) am Innenrohr (3) der Vorrichtung befestigt. Im ringförmigen Rand (21) der Turbinenräder deren Durchmesser um ca. 5 mm ge ringer ist als der Innenquerschnitt (1) der Vorrichtung, sind in bestimmten Abständen Feldmagneten eingearbeitet, die bei Drehung in Kupferdrahtwicklungen (22), welche unmittelbar außer halb des Innenrohres in einem Kühlluftschaft (23) angebracht sind und Gleichstrom erzeugen. Dieser Gleichstrom kann über Transformatoren und Wechselrichter etc. in 220 V Wechselstrom umgewandelt werden und dem Betreibernetz zugeführt werden. (Elektrische Leitungen zeichnerisch nicht dargestellt) Diese Kühlluftschächte (23) sind an deren unteren Lufteintritts öffnungen (28) sowie an deren oberen Luftaustrittsöffnungen (38) so ausgebildet, daß kein Regenwasser eindringen kann und verfügen zudem an diesen Stellen über Insektenschutzgitter. Das Innenrohr (3) besteht in diesem zur Stromerzeugung rele vanten Bereich aus nicht magnetischem bzw. nicht induktions hemmendem Material (Glas oder Porzellan). Zur Erhaltung der notwendigen Stabilität sind deshalb in diesem Bereich vier Verstärkungsprofile (29) angeschweißt.The round device can be made of sheet steel of sufficient wall thickness and consists of an inner tube ( 3 ), a suitable insulating layer ( 4 ) and an outer tube ( 2 ). The device works on the physical principle of the difference in weight of warm and cold air with the same volume. It can advantageously be installed vertically on high-rise buildings or high industrial buildings in a space-saving manner and made up of several individual pipe parts, each of which is screwed several times to the pipe ends ( 35 ) and fastened to external walls by profiles ( 32 ) welded to the pipe. Since the internal volume also plays an important role for the performance of the device in addition to the operating temperature, it should be built as high as permitted. For this purpose, it can additionally be braced from an outer pipe clamp ( 33 ) in the uppermost area either with rigid steel supports in at least two directions to the uppermost solid floor ceiling or with wire cables in four directions. The device stands on a horizontal concrete foundation ( 37 ), is fastened on a steel ring ( 34 ) which is supported by four vertical steel pipes ( 8 ) and is connected to a second steel ring ( 34 ) and forms the air inlet opening ( 26 ) of the device. To protect against bird brood and against the suction of paper or film parts, a mesh wire mesh ( 31 ) with a maximum opening of 10 mm is placed around this area. In the application example described here, waste heat in the form of hot water with sufficient frost protection is used to generate electricity, which is moved in heat-insulated pipes. Via line ( 17 ) cold water driven by the circulation pump ( 10 ) is fed to the waste heat source ( 12 ), where it heats up and further via line ( 17 ) a heat exchanger ( 5 ) lying in the inner cross section ( 1 ) of the device (also referred to as Primary heat transmitter) flows through from top to bottom (see also Fig. 2 and 3) and thereby releases the heat to the colder outside air ( 36 ) flowing in at the lower air inlet opening ( 26 ). In addition to solar hot water collectors, which up to now have only been used for domestic water heating and heating, the following are suitable as waste heat sources, in particular water cooling circuits from large stationary engines or industrial plants that have to be cooled for technical production reasons. Above the primary heat sensor ( 5 ), the turbine generator unit is attached, in which several superimposed individually mounted turbine wheels ( 20 ), each with opposite directions of rotation, driven by the inflowing warm air, rotate about a rigid central axis. (See also Fig. 4 and 5) This is attached to the inner tube ( 3 ) of the device at the lower and upper ends by a cross-shaped bracket ( 24 ). In the annular edge ( 21 ) of the turbine wheels whose diameter is about 5 mm smaller than the inner cross section ( 1 ) of the device, field magnets are incorporated at certain intervals, which when rotating in copper wire windings ( 22 ), which immediately outside of the inner tube in a cooling air shaft ( 23 ) are attached and generate direct current. This direct current can be converted into 220 V alternating current via transformers and inverters etc. and fed to the operator network. (Electrical lines not shown in the drawing) These cooling air shafts ( 23 ) are designed at their lower air inlet openings ( 28 ) and at their upper air outlet openings ( 38 ) so that rainwater cannot penetrate and also have insect screens at these points. The inner tube ( 3 ) consists in this rele relevant area for electricity generation from non-magnetic or non-induction inhibiting material (glass or porcelain). To maintain the necessary stability, four reinforcement profiles ( 29 ) are welded in this area.

Das obere Ende der runden Vorrichtung ist zu einem ringförmi gen Wulst (15) ausgebildet und mit mehreren Verstärkungspro filen (16) verschweißt, der zur Befestigung des hier nicht gargestellten Aufsatzes (siehe Abb. 6 und 7) dient. Unterhalb der oberen Luftaustrittsöffnung (25) ist ein zweiter Wärme tauscher (6) (weiterhin bezeichnet als Wärmenehmer) ange bracht. Die zweite Umwälzpumpe (9) führt diesem Wärmenehmer über die Rohrleitung (18) bis annähernd auf Außenluft abge kühltes Wasser zu, welches ihn von oben nach unten durchströmt und der den Wärmenehmer durchströmenden Luft den Großteil der über der Außenlufttemperatur liegenden Wärmeenergie entzieht, wobei sich dieses Wasser erwärmt. Nun fließt dieses wieder erwärmte Wasser über die Rohrleitung (19) einem dritten über halb der unteren Lufteintrittsöffnung (26) angebrachten Wär metauscher (7) (weiterhin bezeichnet als Sekundärwärmegeber) zu, wo es sich beim Einmünden in das Verbindungsrohr zwischen Primär- (5) und Sekundärwärmegeber (7) mit dem von Primär wärmegeber kommendem Wasser vermischt und den Sekundärwärme geber nach unten hin durchströmt, um den Kreislauf fortzu setzen. Die Abmessungen der einzelnen Wärmetauscher richten sich hauptsächlich nach der zur Verfügung stehenden Wärme energie, jedoch verfügt der oben angebrachte Wärmenehmer (5) über das gleiche Volumen wie die beiden unteren Wärmegeber (5 und 7) zusammen. Die Bauweise der Turbinen-Generatoreinheit ist bezüglich des Drehwiderstandes der zur Verfügung stehenden Wärmeenergie angepaßt. Es ist jedoch günstiger, mehrere Tur binenräder mit geringerem Drehwiderstand anzuordnen, da auf diese Weise, im Gegensatz zur Anordnung nur eines einzelnen Turbinenrades mit verhältnismäßig großem Widerstand schon bei geringerer Wärmezufuhr eine Leistungsabgabe der Vor richtung erfolgt. Auch die Strömungsgeschwindigkeit der Warm luft wird auf diese Weise reduziert, was den Wirkungsgrad der Wärmetauscher erhöht. An der Rohrleitung (18) ist ein Ventil (13) zum Befüllen des Rohrleitungssystemes sowie der Wärme tauscher, ein Entlüftungsventil (14) und ein Expansionsgefäß (11) angebracht. Wenn als Abwärmequelle eine großflächige Dachsolarkollektoranlage genützt wird, ist für die einwand freie Funktion der Vorrichtung ein elektronisches Steuergerät (zeichnerisch nicht dargestellt), das in Verbindung mit einem Außenlufttemperatursensor (30) und einem zweiten Vorlauftempe ratursensor (39) sowie einem dritten Temperatursensor (zeich nerisch nicht dargestellt), der die Wassertemperatur im Solar kollektor ermittelt notwendig um die Umwälzpumpen (9 und 10) ein- bzw. auszuschalten. Die Umwälzpumpen werden über mehrere Leistungsstufen geschaltet. Sensor (27) zeigt die aktuelle Be triebstemperatur der Vorrichtung an.The upper end of the round device is formed into a ring-shaped bead ( 15 ) and welded to a plurality of reinforcement profiles ( 16 ), which is used to fasten the attachment (not shown here) (see FIGS. 6 and 7). Below the upper air outlet opening ( 25 ), a second heat exchanger ( 6 ) (also referred to as heat receiver) is introduced. The second circulation pump ( 9 ) feeds this heat receiver via the pipeline ( 18 ) to water cooled approximately to outside air, which flows through it from top to bottom and the air flowing through the heat receiver draws most of the heat energy above the outside air temperature, thereby removing this Warmed water. Now this reheated water flows through the pipeline ( 19 ) to a third heat exchanger ( 7 ) (also referred to as the secondary heat transmitter) attached over half of the lower air inlet opening ( 26 ), where it flows into the connecting pipe between the primary ( 5 ) and the secondary heat transmitter ( 7 ) is mixed with the water coming from the primary heat transmitter and flows through the secondary heat transmitter downwards in order to continue the cycle. The dimensions of the individual heat exchangers mainly depend on the available heat energy, but the heat receiver ( 5 ) attached above has the same volume as the two lower heat transmitters ( 5 and 7 ). The construction of the turbine generator unit is adapted to the rotational resistance of the available thermal energy. However, it is cheaper to arrange several turbine wheels with a lower rotational resistance, since in this way, in contrast to the arrangement of only a single turbine wheel with a relatively large resistance, power is output from the device even with less heat input. The flow rate of the hot air is reduced in this way, which increases the efficiency of the heat exchanger. On the pipe ( 18 ) a valve ( 13 ) for filling the pipe system and the heat exchanger, a vent valve ( 14 ) and an expansion vessel ( 11 ) is attached. If a large-scale roof-mounted solar collector system is used as the waste heat source, an electronic control unit (not shown in the drawing) is required for the proper functioning of the device, which in conjunction with an outside air temperature sensor ( 30 ) and a second flow temperature sensor ( 39 ) and a third temperature sensor (drawing) not shown), which determines the water temperature in the solar collector necessary to switch the circulation pumps ( 9 and 10 ) on or off. The circulation pumps are switched over several power levels. Sensor ( 27 ) shows the current operating temperature of the device.

Function example

Es wird durch Erfahrenswerte festgestellt, daß eine individuelle Vorrichtung ab einem Temperaturunter schied zwischen Außenluft und zugeführtem Warmwasser von 30°C die Strommenge produziert, die den Eigenverbrauch (Pumpen) deckt. Angenommen an einem Sonnentag beträgt die Außenluft temperatur um 9 Uhr 18°C, so wird bei Erreichen einer Tempe ratur von 58°C im Solarkollektor (40°C Temperaturunterschied) über das Steuergerät den beiden Pumpen auf geringster Leis tungsstufe Strom zugeleitet. Ab jetzt werden die Daten zwischen Außenluft- (30) und Warmwassersensor (39) vom Steuergerät ständig verglichen und bei Unterschreiten des Mindesttempera turunterschiedes von 30°C die Pumpen abgeschaltet. Wenn die Vorlauftemperatur 90°C erreicht, werden die Pumpen (9 und 10) auf die jeweils nächst höhere Leistungsstufe geschaltet. Bei Unterschreiten von 70°C wird die Pumpenleistung reduziert. Bei Betrieb der Vorrichtung durch Kühlkreisläufe aus Industrie anlagen ist ebenfalls zur Erhaltung eines gewünschten Vorlauf temperaturwertes die Steuerung über mehrere Pumpen Leistungs stufen erforderlich.It is determined by experience that an individual device from a temperature difference between outside air and supplied hot water of 30 ° C produces the amount of electricity that covers self-consumption (pumps). Assuming the outside air temperature at 9:00 a.m. is 18 ° C, when the temperature reaches 58 ° C in the solar collector (40 ° C temperature difference), the two pumps are supplied with electricity at the lowest power level. From now on, the data between the outside air ( 30 ) and hot water sensor ( 39 ) are continuously compared by the control unit and the pumps are switched off when the temperature drops below the minimum temperature of 30 ° C. When the flow temperature reaches 90 ° C, the pumps ( 9 and 10 ) are switched to the next higher performance level. If the temperature falls below 70 ° C, the pump output is reduced. When the device is operated by cooling circuits from industrial plants, control over several pump output stages is also required to maintain a desired flow temperature value.

Figure: 6

Hier wird der oberste Bereich der Vorrichtung mit Auf satz zur Windkraftnutzung im Vertikalquerschnitt aus der Sei tenansicht mit geöffneten Klappen (2) dargestellt. Der Aufsatz kann aus Aluminium oder Stahlblech gefertigt werden, wobei an den zwei senkrecht stehenden Seitenteilen (1) zwei vom Wind ab einer bestimmten Windgeschwindigkeit in die geöffnete Stellung bewegliche Klappen (2) an jeweils einem Seitenteil an den Klappenachsen (3) gelagert sind. Da diese Achsen unterhalb der geometrischen Mittellinie verlaufen, kippen sie ab einem be stimmten Winddruck. Dieser Kippunkt kann individuell mittels jeweils eines Federdruckstoßdämpferpaares (4) das jeweils an einem Seitenteil (1) und einer Klappe (2) befestigt ist, ge regelt werden. Der Aufsatz ist anschlaglos gelagert am ring förmigen Wulst (6) der Vorrichtung befestigt und vom Wind be liebig drehbar. Die kreuzförmige Verstrebung (8), die sowohl am Drehkranz des Aufsatzes (9) als auch an den beiden Seiten teilen (1) befestigt ist, gewährleistet die notwendige Stabi lität der Seitenteile. Bei geöffneter Klappenstellung (Wind strömungspfeil 7) wird sowohl eine statische Überlastung der Vorrichtung, als auch eine elektrische Überlastung der Tur binengeneratoreinheit verhindert. Here, the uppermost area of the device with a set for wind power use is shown in vertical cross section from the side view with the flaps open ( 2 ). The attachment can be made of aluminum or sheet steel, two flaps ( 2 ) movable by the wind from a certain wind speed into the open position being mounted on the side flaps ( 3 ) on the two vertical side parts ( 1 ). Since these axes run below the geometric center line, they tilt from a certain wind pressure. This tipping point can be regulated individually by means of a pair of spring-loaded shock absorbers ( 4 ), each of which is attached to a side part ( 1 ) and a flap ( 2 ). The attachment is mounted without a stop on the ring-shaped bead ( 6 ) of the device and can be rotated by the wind. The cross-shaped strut ( 8 ), which is attached to both the slewing ring of the attachment ( 9 ) and on the two sides ( 1 ), ensures the necessary stability of the side parts. When the flap position is open (wind flow arrow 7 ), both a static overload of the device and an electrical overload of the turbine generator unit are prevented.

Figure: 7

Diese Darstellung zeigt den Aufsatz in der Seiten ansicht aus der Windrichtung. Bei geschlossener Klappen stellung entsteht bei Wind Unterdruck an der windabge wandten Seite des Aufsatzes. Dieser Unterdruck verstärkt die thermische Aufwärtsströmung im Innenraum der Vorrichtung bzw. treibt die Turbinengeneratoreinheit ab einer bestimmten Windstärke selbsttätig an. Die Klappen (2) werden hierbei von den Federdruckstoßdämpfern (4) in die geschlossene Stellung gedrückt und liegen jeweils zur Geräuschreduzierung auf den mit Schaumstoffkissen gepolsterten Auflagen (5) auf.This illustration shows the attachment in the side view from the wind direction. When the flap is closed, negative pressure is created on the side of the attachment facing away from the wind. This negative pressure increases the thermal upward flow in the interior of the device or drives the turbine generator unit automatically from a certain wind strength. The flaps ( 2 ) are pressed into the closed position by the spring pressure shock absorbers ( 4 ) and rest on the pads ( 5 ) padded with foam cushions to reduce noise.

Figure: 8

Diese schematische Darstellung zeigt die Vorrichtung im Vertikalquerschnitt bei Betrieb mit Dampf oder Kompressor (Wärmepumpe) und gleichzeitigem Betrieb mit Warmluft oder Ab gasen. Über die wärmeisolierte Rohrleitung (7) wird dem druckfesten Wärmetauscher (6) Dampf aus industriellen Anlagen (Lebensmitteldosen, Sterilisatoren, Zuckerfabriken etc.) zuge führt, der im Wärmetauscher kondensiert und als Flüssigkeit über die wärmeisolierte Rohrleitung (10) die ein permanentes Gefälle aufweist, wieder abfließt und evtl. wieder verwendet werden kann. Zum Schutzgegen zu hohen Überdruck ist an der Dampfzuleitung (7) ein Überdruckventil (8) angebracht, das sich ab einem bestimmten Druck öffnet. Um sicherzustellen, daß sich nach Unterbrechen der Dampfzufuhr im Rohrleitungs system und Wärmetauscher kein Unterdruck aufbauen kann, ist an der Dampfzuleitung ein zweites Ventil (9) vorhanden, das vom Dampfdruck geschlossen wird und sich jedoch bei Normal luftdruck öffnet so daß Frostschäden durch nicht abge flossenes Wasser vermieden werden. Das in der Zeichnung dar gestellte Ventil (12) entfällt bei diesem Anwendungsbeispiel. Eine weitere günstige Anwendungsmöglichkeit, insbesondere bei Betrieb der Vorrichtung durch Solarwarmwasserkollektoren und Abgasen einer Feuerungsanlage ist die Nutzung von Erdwärme mittels eines Kompressors (17) und eines Erdwärmetauschers (zeichnerisch nicht dargestellt). Dabei ist das geschlossene und wärmeisolierte Rohrleitungssystem sowie der druckfeste Wärmetauscher (6) und der Erdwärmetauscher mit zur Kom pression geeignetem Gas (FCKW frei) gefüllt. Die beiden Ven tile (8 und 9) entfallen hier. Wenn von dem Steuergerät über den Außentemperatursensor (19) festgestellt wird, daß die Außenlufttemperatur auf 0°C abgesunken ist, wird der Kompressor mit geringster Leistungsstufe in Betrieb genommen, wodurch sich das Gas im Wärmetauscher (6) erhitzt. Durch das stufenlos einstellbare Auslaßventil (12) wird ein bestimmter Betriebsdruck im Wärmetauscher gehalten. Durch den Betriebs temperatursensor (15) im Innenquerschnitt (14) der Vorrich tung regelt das Steuergerät durch dessen Daten die Leis tungsstufen des Kompressors so, daß ein gewünschter und indi viduell einstellbarer Mindesttemperaturunterschied der zur Leistungsabgabe der Vorrichtung notwendig ist, eingehalten wird. Nach dem Verlassen des Wärmetauschers (6) kühlt das Gas sehr stark ab und wird durch die Rohrleitung (10) einem druckfesten Erdwärmetauscher der mindestens 6000 bis 8000 mm unter der Erdoberfläche liegen sollte, zugeführt, wo sich das Gas auf ca. 13 bis 15°C erwärmt und durch die wärmeisolierte Rohrleitung (13) wiederum vom Kompressor angesaugt wird. Die se Wärmepumpenanlage kann im Winterquartal pausenlos in Be trieb sein und eignet sich besonders zur Überbrückung der Heizintervalle von Feuerungsanlagen, deren Abgase durch das wärmeisolierte Rohr (3) überhalb den Turbinen in die Vor richtung eingeleitet werden. Der Temperatursensor (11) sowie die Absperrklappe (5) entfallen hierbei. Vor allem kann wegen der Wärmerückgewinnung des oberen (hier nicht dargestellten) Wärmenehmers der über den Rohrleitungskreislauf (21) von einer Umwälzpumpe (2) angetrieben wird und dem unteren Sekun därwärmegeber (16) Wärme zuführt mit einem verhältnismäßig geringem Energiebedarfs des Kompressors gerechnet werden. Die Abwärme des Kompressors, der auch schallisoliert in einem Kel lerraum des angrenzenden Gebäudes installiert werden kann, wird über das wärmeisolierte Rohr (20) das auch über eine Ab sperrklappe (18) verfügt und bei Betrieb elektromotorisch durch das Steuergerät geöffnet, bzw. nach Betrieb geschlossen wird, der Vorrichtung zugeführt. Die Einmündung der Rohre (3 und 20) in die Vorrichtung ist so ausgeformt, daß kein Re genwasser eindringen kann. Wird die Vorrichtung mit Abwärme in Form von Warmluft betrieben, die z. B. durch Luftkühlung von Industrieanlagen oder durch Bereitstellung heißer Fer tigungsteile aus Keramik, Ton, Stahl, Eisen- oder Aluminium guß in einem wärmeisoliertem Raum mit Belüftungsöffnungen ge wonnen werden kann, wird diese durch das wärmeisolierte Rohr (3) entgegen der schematischen Darstellung überhalb der un teren Wärmetauscher, aber unterhalb der Turbinen in die Vor richtung eingeleitet. Die Querschnittsfläche dieses Rohres beträgt höchstens 1/3 der Innenquerschnittsfläche der Vor richtung, um die Funktion der darunterliegenden Wärmetauscher durch ausreichende Außenluftzufuhr zu gewährleisten. Das Warm luftrohr (3) verfügt bei diesem Anwendeungsbeispiel über eine elektromotorisch bewegliche Klappe (5) die mittels des Steu ergerätes, daß mit dem Temperatursensor (11) in Verbindung steht, bei Erreichen einer bestimmten Temperatur diese öffnet und bei Unterschreiten einer bestimmten Temperatur wieder schließt. Das Absperrventil (4) dient zum Befüllen des Rohr kreislaufes (21) sowie des Sekundärwärmetauschers (16) und des zeichnerisch nicht dargestellten Wärmenehmers am oberen Ende der Vorrichtung. This schematic representation shows the device in vertical cross-section when operating with steam or compressor (heat pump) and simultaneous operation with hot air or exhaust gases. Via the heat-insulated pipe ( 7 ), steam from industrial plants (food cans, sterilizers, sugar factories, etc.) is fed to the pressure-resistant heat exchanger ( 6 ), which condenses in the heat exchanger and as a liquid via the heat-insulated pipe ( 10 ), which has a permanent gradient, flows out again and can possibly be used again. To protect against excessive overpressure, an overpressure valve ( 8 ) is attached to the steam supply line ( 7 ), which opens at a certain pressure. In order to ensure that no vacuum can build up in the piping system and heat exchanger after the steam supply has been interrupted, a second valve ( 9 ) is present on the steam supply line, which is closed by the steam pressure and opens at normal air pressure, however, so that frost damage can be caused by not draining off Water can be avoided. The valve ( 12 ) shown in the drawing is omitted in this application example. Another inexpensive application, in particular when the device is operated by solar hot water collectors and exhaust gases from a furnace, is the use of geothermal energy by means of a compressor ( 17 ) and a geothermal heat exchanger (not shown in the drawing). The closed and heat-insulated pipe system, the pressure-resistant heat exchanger ( 6 ) and the geothermal heat exchanger are filled with gas suitable for compression (CFC-free). The two Ven tiles ( 8 and 9 ) are omitted here. If it is determined by the control unit via the outside temperature sensor ( 19 ) that the outside air temperature has dropped to 0 ° C, the compressor is started at the lowest power level, whereby the gas in the heat exchanger ( 6 ) heats up. The steplessly adjustable outlet valve ( 12 ) maintains a certain operating pressure in the heat exchanger. Through the operating temperature sensor ( 15 ) in the inner cross section ( 14 ) of the device, the control device regulates the power levels of the compressor through its data so that a desired and individually adjustable minimum temperature difference which is necessary for the power output of the device is maintained. After leaving the heat exchanger ( 6 ), the gas cools down very strongly and is fed through the pipe ( 10 ) to a pressure-resistant geothermal heat exchanger that should be at least 6000 to 8000 mm below the earth's surface, where the gas is at approx. 13 to 15 ° C is heated and in turn sucked in by the compressor through the heat-insulated pipe ( 13 ). This heat pump system can be in operation non-stop in the winter quarter and is particularly suitable for bridging the heating intervals of combustion systems, the exhaust gases of which are introduced into the device through the heat-insulated pipe ( 3 ) above the turbines. The temperature sensor ( 11 ) and the butterfly valve ( 5 ) are not required. Above all, because of the heat recovery of the upper (not shown here) heat receiver, which is driven by a circulating pump ( 2 ) via the pipe circuit ( 21 ) and the lower secondary heat transmitter ( 16 ), heat can be expected with a relatively low energy requirement of the compressor. The waste heat from the compressor, which can also be installed in a soundproofed room in the adjacent building, is via the heat-insulated pipe ( 20 ), which also has a shut-off valve ( 18 ) and is opened by the control unit during operation, or after operation is closed, supplied to the device. The confluence of the pipes ( 3 and 20 ) in the device is shaped so that no re water can penetrate. If the device is operated with waste heat in the form of warm air, the z. B. by air cooling of industrial plants or by providing hot production parts made of ceramic, clay, steel, iron or aluminum casting in a heat-insulated room with ventilation openings can be won, this is through the heat-insulated pipe ( 3 ) contrary to the schematic representation above the lower heat exchanger, but introduced into the device below the turbines. The cross-sectional area of this tube is at most 1/3 of the inner cross-sectional area of the device in order to ensure the function of the heat exchanger underneath by sufficient outside air supply. The warm air pipe ( 3 ) has in this application example an electromotively movable flap ( 5 ) by means of the control unit that is connected to the temperature sensor ( 11 ), opens when a certain temperature is reached and closes again when the temperature drops below a certain temperature . The shut-off valve ( 4 ) is used to fill the pipe circuit ( 21 ) and the secondary heat exchanger ( 16 ) and the heat receiver (not shown in the drawing) at the upper end of the device.

Reference list Fig. 1: Schematic representation of the device when operating with hot water in a vertical cross-section

((

11

) Innenquerschnitt
() Internal cross section
(

22nd

) Außenrohr
() Outer tube
(

33rd

) Innenrohr
() Inner tube
(

44th

) Wärmeisolierung
() Thermal insulation
(

55

) Wärmetauscher (Primärwärme geber)
() Heat exchanger (primary heat transmitter)
(

66

) Wärmetauscher (Wärmenehmer)
() Heat exchanger (heat receiver)
(

77

) Wärmetauscher (Sekundär wärmegeber)
() Heat exchanger (secondary heat transmitter)
(

88th

) Metallstützen
() Metal supports
(

99

) Umwälzpumpe
() Circulation pump
(

1010th

) Umwälzpumpe
() Circulation pump
(

1111

) Expansionsgefäß
() Expansion vessel
(

1212th

) Abwärmequelle
() Waste heat source
(

1313

) Absperrventil zum Befüllen
() Shut-off valve for filling
(

1414

) Entlüftungsventil
() Vent valve
(

1515

) Ringförmiger Wulst
() Annular bead
(

1616

) Verstärkungsprofile
() Reinforcement profiles
(

1717th

) Wärmeisolierte Rohrleitung
() Insulated piping
(

1818th

) Wärmeisolierte Rohrleitung
() Insulated piping
(

1919th

) Wärmeisolierte Rohrleitung
() Insulated piping
(

2020th

) Turbinenräder
() Turbine wheels
(

2121

) Kupferdrahtwicklungen
() Copper wire windings
(

2222

) Ringförmiger Rand der Tur binenräder
() Annular edge of the turbine wheels
(

2323

) Kühlluftschacht
() Cooling air duct
(

2424th

) Halterung der Turbinenachse
() Support of the turbine axis
(

2525th

) Obere Luftaustrittsöffnung
() Upper air outlet opening
(

2626

) Untere Lufteintrittsöffnung
() Lower air inlet opening
(

2727

) Betriebstemperatursensor
() Operating temperature sensor
(

2828

) Insektenschutzgitter
() Insect screen
(

2929

) Verstärkungsprofil
() Reinforcement profile
(

3030th

) Außenlufttemperatursensor
() Outside air temperature sensor
(

3131

) Schutzgitterkorb
() Guard basket
(

3232

) Wandbefestigungsprofil
() Wall mounting profile
(

3333

) Rohrschelle
() Pipe clamp
(

3434

) Metallringe
() Metal rings
(

3535

) Verschraubung der einzelnen Rohrteile
() Screw connection of the individual pipe parts
(

3636

) Luftströmungspfeil
() Airflow arrow
(

3737

) Fundament
() Foundation
(

3838

) Vergrößerte Darstellung der oberen Ausformung des Kühl luftschachtes
() Enlarged view of the upper shape of the cooling air duct
(

3939

) Vorlauftemperatursensor
) Flow temperature sensor

Fig. 2: Schematic representation of the upper outer area of a heat exchanger in a vertical cross section

((

11

) Wasserverteilungsrohr
() Water distribution pipe
(

22nd

) Wasserströmungspfeile
() Water flow arrows
(

33rd

) Luftströmungspfeile
() Air flow arrows
(

44th

) Verschraubung der Wärme tauschers am Innenrohr der Vorrichtung
() Screwing the heat exchanger to the inner tube of the device
(

55

) Verstärkungsprofile an der oberen Schweißnaht der zy linderförmigen, doppelwan digen Wärmetauschflächen.
() Reinforcement profiles on the upper weld seam of the cylindrical, double-walled heat exchange surfaces.
(

66

) Wärmetauschlamellen
() Heat exchange fins
(

77

) Zylinderförmige, doppel wandige Wärmetauschflächen
() Cylindrical, double-walled heat exchange surfaces
(

88th

) Rohrteile als Anschluß stücke von den Wasserver teilungsrohren zu den Wär metauschflächen
) Pipe parts as connecting pieces from the water distribution pipes to the heat exchange surfaces

Fig. 3: Schematic representation of the center of a heat exchanger in horizontal cross section from the top view

((

11

) Wasservorlauf
() Water supply
(

22nd

) Wasserverteilungsrohre
() Water distribution pipes
(

33rd

44th

) Wärmetauschlamellen (nur teilweise dargestellt, an jeder Wärmetauschfläche vorhanden)
() Heat exchange fins (only partially shown, present on each heat exchange surface)
(

55

) Verstärkungsprofile der Schweißnähte am oberen Ende der doppelwandigen Wärme tauschflächen (nur teil weise dargestellt, am un teren Ende der Wärmetausch flächen auch vorhanden)
() Reinforcement profiles of the weld seams at the upper end of the double-walled heat exchange surfaces (only partially shown, also available at the lower end of the heat exchange surfaces)
(

66

) Wasserströmungspfeile
() Water flow arrows
(

77

) Anschlußrohrstücke
) Connection pipe pieces

Fig. 4: Schematic representation of the lower area of the turbine axis in a vertical cross-section

((

11

) Starre Mittelachse
() Rigid central axis
(

22nd

) Rohrförmige Nabe des unters ten Turbinenrades mit Dreh richtung im Uhrzeigersinn
() Tubular hub of the bottom turbine wheel with clockwise rotation
(

33rd

) Rohrförmige Nabe des zwei ten Turbinenrades mit Dreh richtung gegen den Uhrzei gersinn
() Tubular hub of the second turbine wheel with counterclockwise rotation
(

44th

) Kreuzförmige Halterung der Turbinenachse
() Cruciform support of the turbine axis
(

55

) Drucklagerring
() Thrust bearing ring
(

66

) Halteringe für Achslager mit Verschraubung
() Retaining rings for axle bearings with screw connection
(

77

) Achslager
() Axle bearing
(

88th

) Vorderkante des untersten Turbinenflügels
() Front edge of the lowest turbine wing
(

99

) Hinterkante der untersten Turbinenflügel
() Trailing edge of the lowest turbine blades
(

1010th

) Turbinenflügelträger
() Turbine wing carrier
(

1111

) Gewindeverschraubung der Turbinenflügelträger
) Threaded screw connection of the turbine wing carrier

Fig. 5: Schematic representation of one half of the device with turbine wheel in horizontal cross section

((

11

) Starre Mittelachse
() Rigid central axis
(

22nd

) Achslager
() Axle bearing
(

33rd

) Turbinenradnabe
() Turbine hub
(

44th

) Turbinenflügelträger
() Turbine wing carrier
(

55

) Aerodynamische Formprofile
() Aerodynamic shape profiles
(

66

) Turbinenradring
() Turbine ring
(

77

) Feldmagneten
() Field magnets
(

88th

) Vorderkante eines Turbinen flügels bei Drehrichtung im Uhrzeigersinn
() Front edge of a turbine blade rotating clockwise
(

99

) Hinterkante eines Turbinen flügels
() Trailing edge of a turbine blade
(

1010th

) Innenrohr der Vorrichtung in diesem Bereich aus Glas
() Inner tube of the device in this area made of glass
(

1111

) Wärmeisolierung
() Thermal insulation
(

1212th

) Außenrohr der Vorrichtung aus korrosionsgeschütztem Stahlblech
() Outer tube of the device made of corrosion-protected steel sheet
(

1313

) Verstärkungsprofil aus Me tall am Innenrohr
() Reinforcement profile made of metal on the inner tube
(

1414

) Verstärkungsprofil aus Me tall am Außenrohr
() Reinforcement profile made of metal on the outer tube
(

1515

) Kühlluftschacht
() Cooling air duct
(

1616

) Kupferdrahtwicklungen
) Copper wire windings

Fig. 6: Schematic representation of the attachment of the device from the side view in vertical cross section

((

11

) Senkrechtes Seitenteil
() Vertical side part
(

22nd

) Vom Wind kippbare Klappen
() Flaps that can be tipped by the wind
(

33rd

) An den beiden Seitenteilen gelagerte Klappenachsen
() Flap axes mounted on the two side parts
(

44th

) Federdruckstoßdämpfer
() Spring-loaded shock absorber
(

55

) Anschläge für Klappen
() Stops for flaps
(

66

) Ringförmiger Wulst am oberen Ende der Vorrichtung
() Annular bead at the top of the device
(

77

) Windströmungspfeile
() Wind flow arrows
(

88th

) Kreuzförmige Verstrebung
() Cross-shaped bracing
(

99

) Kugellagerringe (Drehkranz)
) Ball bearing rings (slewing ring)

Fig. 7: Schematic representation of the device from the wind direction with the flaps closed (reference symbols identical) Fig. 8: Schematic representation of the lower part of the device when operating with steam or geothermal energy and simultaneous operation with warm air or exhaust gases

((

11

) Luftströmungspfeile
() Air flow arrows
(

22nd

) Umwälzpumpe
() Circulation pump
(

33rd

) Warmluft- bzw. Abgasrohr
() Warm air or exhaust pipe
(

44th

) Ventil zum Befüllen des Rohrleitungssystemes und der Wärmetauscher
() Valve for filling the piping system and the heat exchanger
(

55

) Elektromotorische Absperr klappe
() Electromotive shut-off valve
(

66

) Wärmetauscher für Betrieb mit Dampf oder Kompressi onsgas (Primärwärmegeber)
() Heat exchanger for operation with steam or compression gas (primary heat transmitter)
(

77

) Dampf- bzw. Kompressions gaszuleitung
() Steam or compression gas supply line
(

88th

) Überdruckventil
() Pressure relief valve
(

99

) Unterdruckventil
() Vacuum valve
(

1010th

) Kondenswasser- bzw. Gasab leitungsrohr
() Condensate or gas pipe
(

1111

) Temperatursensor
() Temperature sensor
(

1212th

) Verstellbares Rückhalte ventil
() Adjustable retention valve
(

1313

) Ansaugrohr vom Erdwärme tauscher
() Intake pipe from the geothermal heat exchanger
(

1414

) Innenquerschnitt der Vor richtung
() Internal cross section of the device
(

1515

) Betriebstemperatursensor
() Operating temperature sensor
(

1616

1717th

) Kompressor
() Compressor
(

1818th

) Elektromotorische Absperrklappe
() Electromotive butterfly valve
(

1919th

) Außentemperatursensor
() Outside temperature sensor
(

2020th

) Kühlluftrohr für Kompressor
() Cooling air pipe for compressor
(

2121

) Rohrleitungssystem vom oberen (zeichnerisch nicht darge stellten) Wärmenehmer zum unteren Sekundärwärmegeber
) Pipe system from the upper (not shown in the drawing) heat receiver to the lower secondary heat transmitter

Fig. 9 Schematic representation of the device in vertical cross-section when operating with hot water, steam and hot air at the same time possible use of wind power to summarize solution

((

11

) Innenrohr
() Inner tube
(

22nd

) Wärmeisolierung
() Thermal insulation
(

33rd

) Außenrohr
() Outer tube
(

44th

) Warmwasserabwärmequelle
() Hot water waste heat source
(

55

) Umwälzpumpe
() Circulation pump
(

66

) Wärmetauscher für Betrieb mit Warmwasser
() Heat exchanger for operation with hot water
(

77

) Wärmetauscher für Betrieb mit Dampf
() Heat exchanger for operation with steam
(

(8(8th

) Dampfzuleitungsrohr
() Steam supply pipe
(

99

) Wasserabflußrohr
() Water drain pipe
(

1010th

) Warmluftzuleitungsrohr
() Warm air supply pipe
(

1111

) Wärmetauscher für Betrieb mit Warmwasser (Wärmenehmer)
() Heat exchanger for operation with hot water (heat receiver)
(

1212th

) Wärmetauscher für Betrieb mit Warmwasser (Sekundärwärme geber)
() Heat exchanger for operation with hot water (secondary heat generator)
(

1313

) Aufsatz zur Erzeugung von Unterdruck durch Nutzung der Windkraft
) Attachment for generating negative pressure by using wind power

Claims

1. Chimney-like, heat-insulated and double-walled device with a round cross-section ( Fig. 1) for generating electrical energy by using waste heat or solar energy in the form of hot water, warm air, exhaust gases from combustion plants or by simultaneous use of wind power, characterized in that there are several superimposed turbine wheels ( 20 ) in the round inner cross section ( 1 ) of the device, which are set in rotation by warm upward flow. In the outer edge of the turbine wheel ( 21 ) which connects the individual turbine blades with each other, field magnets are incorporated at certain intervals. When he testify this in copper wire windings ( 22 ), which are attached directly outside the inner cross section in a cooling air shaft ( 23 ), electrical direct current.

2. Device and method according to claim 1 ( Fig. 1), characterized in that the waste heat by means of a liquid through which the heat exchanger ( 5 ) via a heat-insulated pipe line system ( 17 ) from a waste heat source ( 12 ) moves by a circulation pump ( 10 ) , is fed to the device and thus heats the colder outside air flowing in at the lower air inlet opening ( 25 ). Water with sufficient anti-freeze additive can be used as the liquid.

3. Device and method according to claim 1 ( Fig. 1), characterized in that the majority of the heat energy lying above the outside air tempera ture of the air flow from a second directly below the upper air outlet opening ( 25 ) of the device attached liquid-flow heat exchanger ( 6 ) is withdrawn from the air flow. This heat exchanger ( 6 ) is moved via the pipeline ( 18 ) by a second circulating pump ( 9 ) until liquid cooled to approximately outside air temperature is supplied. It flows through this heat exchanger from top to bottom and heats up in the warm air flow. Now it is fed via the heat-insulated pipeline ( 19 ) to a third heat exchanger ( 7 ) which is attached directly above the lower air inlet opening ( 26 ) and through which the flow is from top to bottom. In this case, the heat energy recovered at the upper heat exchanger ( 6 ) is released to the flowing colder outside air at the lower air inlet opening ( 26 ). In this way, the waste heat loss of the device is reduced to a minimum and the efficiency is increased.

4. The device and method according to claim 1 ( Fig. 8), characterized in that in the inner cross section of the device by means of a pressure-resistant heat exchanger ( 6 ) waste heat in the form of steam is supplied via the heat-insulated pipe ( 7 ). The heat exchanger ( 6 ) heats the air flowing in the interior of the device, the steam condenses to liquid and flows out again via the heat-insulated pipeline ( 10 ), which has a permanent gradient. A pressure relief valve ( 8 ) prevents damage to the heat exchanger due to excessive pressure loads. A further vacuum valve ( 9 ), which opens at normal air pressure or the resulting negative pressure, ensures that after the steam supply has been interrupted in the heat exchanger and the pipes connected to it, no negative pressure can occur which would prevent the condensate from flowing off. This prevents possible frost damage. The valve ( 12 ) shown in Fig. 8 is omitted in this application example.

5. The device and method according to claim 1 ( Fig. 8), characterized in that the pressure-resistant heat exchanger ( 6 ) by means of a so-called heat pump (not shown in the drawing) via the heat-insulated pipeline ( 7 ) is supplied with heated gas, so that the inflowing Air in the inner cross section ( 14 ) of the device is heated. The valve ( 12 ) maintains the desired minimum pressure in the heat exchanger. The heat pump works in conjunction with a geothermal heat exchanger. In this application example, the two illustrated valves ( 8 ) and ( 9 ) are omitted.

6. The device and method according to claim 1, characterized in that through a heat-insulated exhaust pipe ( Fig. 8) ( 3 ) From heat in the form of hot exhaust gases from a furnace for gaseous or liquid fuels above the turbine generator unit ( 13 ) in the device can be initiated and thus used to generate electricity. After switching off the furnace, an electronic Steuerge advises (not shown in the drawing), which is in connection with a temperature sensor ( 11 ), the tilting flap ( 5 ) which, when closed, closes the entire cross section of the round exhaust pipe ( 3 ), electro motor getting closed.

7. The device and method according to claim 1, characterized in that a heat-insulated pipe ( Fig. 8) ( 3 ) From heat in the form of warm air above the turbine generator unit ( 13 ) is introduced into the device and so for power generation is being used. This waste heat can, for example, be provided by air cooling large stationary motors, compression systems or by cooling hot bricks, ceramic molding or metal castings, which are provided in a heat-insulated room with air inlets. This waste heat is supplied to the device via the pipeline ( 3 ). By means of an electronic control device (not shown in the drawing) which is connected to a temperature sensor ( 11 ), the shut-off flap ( 5 ) can be automatically opened by an electric motor when a certain temperature is reached, or closed after falling below a certain minimum temperature.

8. The device and method for in addition and at the same time to claims 1 to 7 possible use of wind power, characterized in that above the upper air outlet opening of the device ( Fig. 6 and 7) on a reinforcing ring ( 6 ) a non-stop, from Attachment that can be turned in the wind direction creates negative pressure on the side facing away from the wind. This negative pressure generates an upward flow in the inner cross section of the device and can reinforce the already existing upward flow during thermal operation of the device, or, from a certain wind speed, operate the device on its own. On the windward side of the attachment there are two tiltable flaps ( 2 ) each mounted on the vertical side parts ( 1 ). Since these flaps are stored below the geometric centerline, ( 3 ) they can be tilted into the horizontal (open) position by the wind from a certain pressure force. The pressure force required for this is individually regulated by a pair of spring pressure shock absorbers ( 4 ) attached to the side parts ( 1 ) and the flaps ( 2 ). When the wind power is low, the two flaps are pushed back into the inclined position (closed position), where they rest on two stops on the left and right ( 5 ). When the flaps are in a horizontal position ( Fig. 6), the wind resistance of the attachment is considerably reduced, which avoids static overloading of the device and electrical overloading of the turbine generator unit due to excessive upward flow.

9. claim, characterized in that in the claims 1 to 8 shown features or technical instal lations also with existing and in question Chimneys or chimneys, especially in commercial ones or industrial plants, in the appropriate Aus can be retrofitted.