DE19957425A1 - Energiewandler und Verfahren zur Nutzung niederpotentieller Energieträger - Google Patents
Energiewandler und Verfahren zur Nutzung niederpotentieller EnergieträgerInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Energiewandler und ein Verfahren zur Nutzung niederpotentieller Energieträger beliebigen Ursprungs, insbesondere in der Umgebung vorhandener Wärmeenergie und Abwärme. DOLLAR A Es wurde ein Energiewandler geschaffen, mit dem es möglich ist, sowohl elektrische als auch mechanische Energie aus thermischer Energie zu gewinnen, wobei der Energiewandler aus einem Wärmetauscher 27 und einer dampfbetriebenen Entspannungseinrichtung 26 besteht. DOLLAR A Die Entspannungseinrichtung 26 besteht aus einem Wandlergehäuse 1 mit darin drehbar und exzentrisch zum Wandlergehäuse 1 gelagerten Flügelzellenrotor 2, im Betriebszustand einen zylindrischen Flüssigkeitsring 4 an der Innenwandung des Wandlergehäuses 1 ausbildend, wobei der Entspannungseinrichtung 26 ein Drehschieber 3 vorgelagert ist, die Entspannungseinrichtung 26 eine Kondensateintrittsöffnung 19 besitzt und im unteren Bereich des Wärmetauschers 27, oberhalb des Drehschiebers 3, Überströmfenster 13 vorgesehen sind.
Description
Die Erfindung betrifft einen Energiewandler und ein Verfahren zur Nutzung nieder
potentieller Energieträger beliebigen Ursprungs, insbesondere in der Umgebung
vorhandener Wärmeenergie und Abwärme.
Die Möglichkeit, thermische Energie in elektrische und mechanische Energie
umzuwandeln, ist ein bekannter Prozeß, der in verschiedenen Einrichtungen und
Maschinen realisiert wird.
Bei den bekannten, weit verbreiteten Wärmekraftmaschinen wird für einen
wirtschaftlichen Betrieb und zur Erreichung eines möglichst guten Wirkungsgrades stets
ein großes Wärmegefälle benötigt. Der Wirkungsgrad dieser Art der Umwandlung von
Wärmeenergie in mechanische Energie, welche dem im Uhrzeigersinn durchlaufenden
Carnot-Prozeß entspricht, ist bekanntermaßen stets kleiner als 1. In der Praxis werden
Wirkungsgradwerte bis zu ca. 40%, in einiger Sonderfällen, bei entsprechend hohen
Anforderungen an Technik und Material, bis zu ca. 50% erreicht.
Die Umsetzung von Wärmeenergie mit relativ niedriger Temperatur bzw. kleinen
Temperaturunterschieden in mechanische Energie und die Umwandlung des in der
Umgebung befindlichen Wärmereservoires in kinetische Energie hat bisher kaum eine
größere wirtschaftliche Bedeutung erlangt.
Ein Vorschlag zum Umwandlung von Wärmeenergie niedriger Wertigkeit in mechanische
Energie ist in der DE 39 39 779 A1 beschrieben. Dabei wird eine Flüssigkeitsmasse
abwechselnd und gegenläufig von einem kalten Zylinder in einen warmen Zylinder und
umgekehrt gefördert. Durch Erwärmen der Arbeitsflüssigkeit in jedem Arbeitstakt wird
aufgrund der unterschiedlichen Projektionsflächen der Kolben mechanische Energie
erzeugt.
Die DE 40 15 879 A1 schlägt ein Verfahren zur mechanischen Energieerzeugung aus
Wärmeenergie vor, indem sich ein fester Körper durch Wärmeeinwirkung taktmäßig
ausdehnt und sich durch Kälteeinwirkung zusammenzieht, wobei der niedrige Wirkungs
grad bei Dehnung und Schrumpfung durch zusätzlichen Einbau einer Wärmepumpe und
einer Kältemaschine angehoben werden soll.
Eine wirtschaftliche Anwendung dieser Vorschläge erscheint nicht realisierbar, da der
Gewinn an kinetischer Energie eine bedeutende Dimension nicht aufweist und
gegebenenfalls beim Betrieb mit niedrigen Temperaturdifferenzen die Eigenreibung der
Vorrichtungen nicht überwunden wird.
Es wurde ferner mit der DE 31 01 858 A1 ein Verfahren zur Nutzung von Abwärme
niedrigen Temperaturniveaus für die Erzeugung mechanischer bzw. elektrischer Energie
mit wahlweise gleichzeitiger Kälteerzeugung als Nachschalt-Sorptionsprozeß thermischer
Verfahren unter Verwendung eines Arbeitsstoffpaares mit gut absorbierbarem
Hochdruck-Arbeitsmittel und einem flüssigen Absorptionsmittel, bei dem das
Hochdruck-Arbeitsmittel durch Desorption bei hohem Druck thermisch freigesetzt,
überhitzt und in einer mehrstufigen Entnahme-Turbine arbeitsleistend entspannt wird,
vorgestellt, bei dem die am unteren Ende eines Desorbers anfallende arme Lösung ihre
fühlbare Wärme zuerst überwiegend regenerativ in einem Teilstromdesorber an einen
Teil der entgasenden Lösung oder in einen Vorüberhitzer abgibt und anschließend eine
weitere regenerative Wärmeabgabe in einem Wärmeübertrager an die dem Desorber
zuzuführende reiche Lösung und gegebenenfalls noch weitere Wärmeabgabe in Kühlein
richtungen mit äußerer Wärmeabführung erfolgt und die arme Lösung vollständig in eine
Niederdruck-Absorberstufe entspannt wird.
Dieses beschriebene Verfahren verlangt einen hohen apparativen Aufwand zu seiner
Realisierung, so daß die Wirkungsgrade derartiger Einrichtungen sehr niedrig sind und
sich hier das Verhältnis Aufwand/Nutzen negativ herausbildet.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Energiewandler und ein
Verfahren zur Nutzung niederpotentieller Energieträger zur Erzeugung von elektrischer
und mechanischer Energie zu entwickeln, wie sie in Industrieanlagen, Kraftwerksanlagen,
Chemieanlagen und anderen Teilen von Industrie und Landwirtschaft als Abfallenergie
mit Temperaturen < 200°C anfallen.
Diese Aufgabe wird durch den Energiewandler mit den Merkmalen des Patent
anspruches 1 und das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 6 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen und vorteilhafte Lösungen ergeben sich aus den jeweils
zugehörigen Unteransprüchen.
So wurde ein Energiewandler geschaffen, mit dem es möglich ist, sowohl elektrische als
auch mechanische Energie aus thermischer Energie zu gewinnen, wobei der Energie
wandler aus einem Wärmetauscher und einer von dem in diesem gewonnenen Arbeits
mittel dampfbetriebenen Entspannungseinrichtung besteht.
Der Wärmetauscher weist ein spiralförmiges Leitsystem für das Kondensat auf und
besitzt eine Kondensatzuführung im unteren Bereich des Wärmetauschers.
Die Entspannungseinrichtung besitzt einen zellradförmigen Rotor, dessen Achse hohl
ausgebildet und exzentrisch zum Gehäuse der Entspannungseinrichtung angeordnet ist,
so daß sich ein zylindrischer Flüssigkeitsring an der Gehäuseinnenwand ausbilden kann.
Dem Rotor der Entspannungseinrichtung ist ein Drehschiebersystem vorgelagert, mit
dessen Hilfe die Entspannung eines dampf oder gasförmigen Arbeitsmittels so zeitlich
ermöglicht wird, daß der Prozeß in Abhängigkeit von einflußnehmenden Parametern
optimiert werden kann. Ferner ist die Entspannungseinrichtung mit einem
Vorratsbehälter für Flüssigkeit bzw. Kondensat derart verbunden, daß sich sein Eintritt
oberhalb des Austrittes der Entspannungseinrichtung befindet und somit ein Rücklauf des
Kondensates in der Entspannungseinrichtung bei Rotorstillstand gegeben und so
verbunden ist, daß sich sein Austritt oberhalb des Eintrittes in die Entspannungs
einrichtung befindet.
Ferner sieht die Erfindung vor, daß durch eine geeignete Regeleinrichtung das Kondensat
aus dem Flüssigkeitsring während des Betriebes teilweise in den Verdampfer gefördert
wird und zu diesem Zwecke keine gesonderte Kondensatpumpe erforderlich ist.
Das Verfahren zur Nutzung niederpotentieller Energieträger ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Flüssigkeitsraum der Anlage durch erwärmte Flüssigkeit, die zuvor durch
Abfallenergie oder ähnliche aufgeheizt wurde, durchströmt. Über vorgesehene
Tauscherflächen wird das im Verdampfer stehende Kondensat erwärmt und schließlich
verdampft. Der Arbeitsmitteldampf steigt in spiralförmig und mehrgängig angeordneten
Rippen im Verdampfer nach oben und nimmt dabei Wärme auf und erreicht je nach
Temperatur der Flüssigkeit ein Potential von t1 und p1. Der Arbeitsmitteldampf gelangt
über ein entsprechendes Zuführungselement in das Energiewandlergehäuse und wird über
einen Drehschieber auf die Flügelzellen eines Flügelzellenrotors verteilt. Dabei entspannt
sich der Arbeitsmitteldampf, indem er auf den Flügelzellenrotor ein Drehmoment
überträgt. Der Flügelzellenrotor beginnt sich zu drehen und überträgt über seine
Hohlwelle die Drehbewegung auf einen direkt gekoppelten Generator, von dem die
erzeugte Elektroenergie abgenommen werden kann.
Der Grad der Arbeitsmitteldampfentspannung ist von den Drehschiebersteuerzeiten
abhängig, und der Enddruck kann so gewählt werden, daß gegebenenfalls eine
Kondensation bereits in der Entspannungseinrichtung erfolgt und dadurch ein separater
Kondensator entfallen kann. Bei dieser Verfahrensstufe kommt es in den als
Arbeitsräume fungierenden Flügelzellen zu einer spontanen Kondensation, und es bilden
sich Kondensationströpfchen aus, die in den Flüssigkeitsring innerhalb des
Wandlergehäuses der Entspannungseinrichtung eintauchen. Bei weiterer Drehung des
Flügelzellenrotors des Energiewandlers wird der nun entstehende Unterdruck ebenfalls
ein Drehmoment am Rotor erzeugen und damit den Wirkungsgrad des Energiewandlers
verbessern.
Durch die Kondensatabscheidung im Flüssigkeitsring der Entspannungseinrichtung
erreicht diese eine geometrisch begrenzte Stärke, und das überschüssige Kondensat wird
über ein vorgesehenes Regelventil in den Verdampfer gefördert. Hier läuft das
Kondensat entsprechend dem spiralförmigen Gefälle der mehrgängig angeordneten
Rippen als Flüssigkeitsfilm abwärts und verdampft erneut.
Mit nachfolgendem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden.
Die dazugehörige Zeichnung zeigt in
Fig. 1: eine Schnittdarstellung des Energiewandlers mit zugeordnetem Generator,
Fig. 2: eine Schnittdarstellung des Energiewandlers mit direkter Ankopplungs
einrichtung zur Abnahme mechanischer Energie,
Fig. 3: einen Schnitt A-A nach Fig. 1 in prinziphafter Darstellung.
Der Energiewandler 15 ist in seiner Gesamtheit in einer Schnittdarstellung in der Fig. 1
gezeigt und besteht aus einem Wärmetauscher 27 mit einer äußeren Isolierung 9, die
sowohl den Dampferzeugungsbereich als auch den Wandlerbereich, das Wandler
gehäuse 1 der Entspannungseinrichtung 26 vollumfänglich umschließt und somit
gesichert ist, daß wirkungsgradmindernde Energieverluste nicht eintreten.
Im oberen Bereich des Energiewandlers 15 befindet sich der durch ein Rohr ausgebildete
Wärmeträgerzufluß 8 und im unteren Bereich ist ein Wärmeträgerabfluß 16 vorgesehen.
Innerhalb des Energiewandlers 15 befinden sich umfänglich in Form von spiralförmigen
verlaufenden Rohren ein Verdampfer 7, die über die gesamte Höhe oder Länge des
Energiewandlers 15 vorgesehen sind. Über Zuleitungen 10 gelangt das verdampfte
Kondensat aus dem Verdampfer 7 in den Innenraum 17 des Wandlergehäuses 1.
Innerhalb des Wandlergehäuses 1 ist ein Flügelzellenrotor 2 vorgesehen, der über eine
Rotorwelle 18, eine Kupplung 14 mit einem Generator 12 verbunden ist.
Am Wandlergehäuse 1 ist ein Regelventil 5 vorgesehen, und gleichzeitig besteht eine
Verbindung zwischen dem Verdampfer 7 und dem Wandlergehäuse 1 in Form einer
Kondensatleitung 10/Verteilung 11.
Über eine Dampfeinmündung 19 gelangt das verdampfte Kondensat in den Innenraum 17
des Wandlergehäuses 1.
Die Rotorwelle 18 ist dabei vorzugsweise als eine Hohlwelle ausgebildet, und zur
Regelung der Zuführung des verdampften Kondensates befindet sich im Bereich der
Dampfeinmündung 19 ein Drehschieber 3, über den eine geregelte Zuführung und ein
Abschotten der Zuführung des Kondensates, der Arbeitsmittelflüssigkeit, in den
Innenraum 17 des Wandlergehäuses 1 möglich ist.
Vorgesehene Überströmfenster 13 gewährleisten einen kontinuierlichen Kreislauf des
gesamten Prozesses, und der Innenraum des Energiewandlers 15 ist als Dampfraum 6
gekennzeichnet.
Im unteren Bereich des Energiewandlers 15, oberhalb des Wandlergehäuses 1, befindet
sich ein gewisser Teil der Arbeitsflüssigkeit, sprich ein Teil des verdampften
Kondensates, welches mit der Bezugszahl 20 gekennzeichnet ist.
Die während des Betriebes des Energiewandlers 15 über den Generator 12 erzeugte
Elektroenergie wird über entsprechende Ableitungen aus dem Energiewandler 15
herausgeführt.
Die dargestellte und beschriebene Ausführungsform des Energiewandlers 15 nach der
Fig. 1 stellt somit einen thermo-elektrischen Wandler dar.
Durch geringfügige Veränderungen des Energiewandlers 15 kann aus diesem thermo-
elektrischen Wandler ein thermo-mechanischer Wandler konzipiert werden. Dies in der
Art und Weise, daß die im Wandlergehäuse 1 erzeugte mechanische Energie direkt von
der Rotorwelle 18 über die Kupplung 14, eines weiteren Übertragungselementes auf eine
Kupplung 21 zugeführt wird, an die dann entsprechende Systeme zur Nutzung der
erzeugten mechanischen Energie anschließbar sind.
Dabei bleiben der Aufbau und die Funktionsweise des Energiewandlers 15 in seiner
Gesamtheit erhalten, lediglich bedarf es nicht des Einbaues des Generators 12.
Ein derartiger thermo-mechanischer Wandler ist in der Fig. 2 gezeigt.
Der Aufbau des/der Energiewandler/s 15 ergeben sich aus den Darstellungen nach den
Fig. 1 und 2, die Funktionsweise weitestgehend aus der Fig. 3, welche eine
Schnittdarstellung durch das Wandlerhäuse 1 zeigt und verdeutlicht wird, daß das
Wandlergehäuse 1 und der Flügelzellenrotor 2 nicht zentrisch zueinander positioniert
sind, sondern einen bestimmten Abstand zueinander aufweisen, somit dezentrisch
zueinander gelagert und angeordnet sind.
Der Flügelzellenrotor 2 ist gemäß der dargestellten Ausführungsform mit sechs
Flügeln 23 ausgebildet, zwischen denen sich sechs Flügelzellen herausbilden, die als
Arbeitsräume 22 bis 22''''' zur Aufnahme der Arbeitsmittelflüssigkeit dienen.
Der Drehschieber 3 ist dabei feststehend ausgebildet, und die Rotorwelle 18 besitzt in
Abhängigkeit der Arbeitsräume 22 entsprechende Austritts- bzw. Eintrittsöffnungen 24
für den Eintritt des Arbeitsmittels. Der Drehschieber 3 selbst ist mit einer Öffnung 25
ausgebildet. Bei Drehbewegung des Flügelzellenrotors 2 werden jeweils die
entsprechenden Austrittsöffnungen des jeweiligen Arbeitsraumes 22 zur Öffnung in
Position gebracht, damit das Arbeitsmittel in den jeweiligen Arbeitsraum gelangen kann.
Der Flügelzellenrotor 2 streicht im weitesten Sinne über die Öffnung 25.
Zum weiteren Aufbau bzw. zum Zusammenwirken der einzelnen Elemente des Energie
wandlers 15 und dessen Funktionsweise:
Der Verdampfer 7 ist räumlich im Wärmetauscher 27 im Energiewandler 15 angeordnet. Er ist zweckmäßigerweise als Gegenstromwärmetauscher ausgebildet und bietet so die Möglichkeit, im unteren Bereich die Wärme aus dem Generatorraum infolge Widerstandserwärmung sowie der Erwärmung aus der Flüssigkeitsreibung und aus der mechanischen Reibung wieder aufzunehmen.
Der Verdampfer 7 ist räumlich im Wärmetauscher 27 im Energiewandler 15 angeordnet. Er ist zweckmäßigerweise als Gegenstromwärmetauscher ausgebildet und bietet so die Möglichkeit, im unteren Bereich die Wärme aus dem Generatorraum infolge Widerstandserwärmung sowie der Erwärmung aus der Flüssigkeitsreibung und aus der mechanischen Reibung wieder aufzunehmen.
Im oberen Bereich des Verdampfers 7 erfolgt über Zuführungsrohre 8 die Zuleitung des
Wärmeträgers, der sowohl im flüssigen als auch im gasförmigen Aggregatzustand
eingeleitet werden kann.
Der Dampfraum 6 ist mit dem Verdampfergehäuse verbunden und im oberen Bereich
durch einen druckfesten Verschlußdeckel abgeschlossen.
Vom Regelventil 5 führt die Kondensatleitung 10/Verteilung 11 durch den Dampfraum 6
und mündet in einer bestimmten Höhe in den Verdampfer 7.
Der Generatorraum liegt unterhalb des Dampfraumes 6 und beherbergt den
Generator 12, die Kupplung 14 des Generators 12 zur Rotorwelle 18 und den
Drehschieber 3, der unmittelbar auf dem Deckel des Flüssigkeitsringgehäuses, des
Wandlergehäuses 1, angeordnet ist. Ferner befinden sich im Drehschieber 3 Abdichtungs
elemente, um ein ungewolltes Austreten bzw. Eintreten von Flüssigkeit zu verhindern.
Wie bereits oben ausgeführt, bildet das Wandlergehäuse 1 den unteren Abschluß. In
diesem gelagert ist der Flügelzellenrotor 2, es ist ein Innenraum 17 vorhanden, in dem
sich der Flüssigkeitsring 4 ausbildet.
Zur weiteren Regulierung des flüssigen Arbeitsniveaus sind an der inneren Wand des
Verdampfers 7 Überströmfenster 13 so angeordnet, so daß für eine Inbetriebnahme
geringes flüssiges Arbeitsmittel im unteren Bereich des Verdampfers 7 ausreichend ist.
Gleichzeitig kann über diese Fenster 13 Dampf erneut und mehrfach durch den
Verdampfer 7 geführt werden. Der Antrieb für die Dampfzirkulation erfolgt über einen
am Generator 12 vorhandenen Lüfter.
Bei Stillstand des Energiewandlers 15, der Flügelzellenrotor 2 dreht nicht, und es ist
auch kein Flüssigkeitsring 4 herausgebildet, befindet sich das Arbeitsmittel vorwiegend
im Wandlergehäuse 1.
Nur ein geringer Teil der Arbeitsmittelflüssigkeit 20, das Kondensat, steht im unteren
Teil des Verdampfers 7. Je nach Temperatur ist ein Teil der Arbeitsmittelflüssigkeit 20
verdampft, und es besteht ein Gleichgewichtszustand zwischen der Dampf- und
Flüssigphase.
Wird nun Wärmeenergie zugeführt, verdampft die Arbeitsmittelflüssigkeit 20. Der
Dampf nimmt Energie auf, der Druck steigt an, und bei entsprechendem Druckanstieg
wird über den Generator 12, welcher für den Anlauf des Energiewandlers 15 in der
Anlaufphase mit Elektroenergie sorgt und so das gesamte System in Drehung versetzt
wird. Gleichzeitig wird der Flügelzellenrotor 2 in Drehung versetzt, und von diesem wird
die Arbeitsmittelflüssigkeit 20 gleichfalls in Rotation gebracht. Dadurch bildet sich der
Flüssigkeitsring 4 heraus, der im Zusammenwirken mit dem Flügelzellenrotor 2 den
eigentlichen Arbeitsraum des Energiewandlers 15 darstellt.
Jetzt wird aus dem Dampfraum 6 Arbeitsmitteldampf über die Dampfeinmündung und
über den Drehschieber 3 in den Flügelzellenrotor 2 geleitet.
Die Einspeisung erfolgt über einen bestimmten Drehwinkel, welcher in der Fig. 3 mit
den Bezeichnungen α0 und α1 gekennzeichnet ist. Danach schließt der Drehschieber 3 die
Zufuhr des Arbeitsmittels in die erste Flügelzelle, dem ersten Arbeitsraum 22.
Der unter einem Arbeitsdruck p1 stehende Dampf entspannt sich in dem erstem
Arbeitsraum 22 bis zu einem Druck p2, gibt dabei Energie ab und überträgt auf den
Flügelzellenrotor 2 ein Drehmoment, wodurch der Flügelzellenrotor 2 angetrieben wird.
Dieser erste Arbeitstakt ist in der Fig. 3 mit den Bezeichnungen p1 = Einlaßbeginn und
p1 = Einlaßende gekennzeichnet.
Nach Erreichen des Druckes p2 hat der Flügelzellenrotor 2 einen bestimmten Dreh
winkel α2 erreicht. Bei nun weiterer Drehung des Flügelzellenrotors 2 vergrößert sich
der nachfolgende Arbeitsraum 22', so daß der Druck des Arbeitsmitteldampfes weiter
absinkt. Es bildet sich ein Vakuum in der nachfolgenden Flügelzelle, dem Arbeitsraum
22' heraus, das dazu führt, daß auf den Flügelzellenrotor 2 ein negatives Drehmoment
wirkt und im Arbeitsmitteldampf eine spontane Kondensation einsetzt.
Die sich nun bildenden Cluster führen zu kleinen Kondensattröpfchen, diese folgen der
Fliehkraft infolge der Rotation des Flügelzellenrotors 2 und tauchen in den Flüssigkeits
ring 4 ein. Hierbei geben sie Kondensationswärme ab, und der Flüssigkeitsring 4 im
Innenraum 17 gewinnt durch das zunehmende Kondensat an Masse.
Hat die Flügelzelle den Totpunkt des größten Arbeitsraumes 22' überschritten, verbleibt
Vakuum in ihr, da Dampf kondensiert ist.
Dies bedeutet, in den Arbeitsräumen 22 und 22' wird die gesamte Energie der
Arbeitsmittelflüssigkeit abgegeben, es besteht Gleichgewicht, und das Spannungs
potential ist gleich 0.
Bei weiterer Rotation des Flügelzellenrotors 2 erzeugt der Unterdruck ebenfalls ein
antreibendes Drehmoment auf den Flügelzellenrotor 2, da im Bereich der nachfolgenden
Arbeitsräume 22" bis 22''''' der Druck in denselben so ansteigt, daß der Anteil des
Kondensates, der durch die Kondensation des Arbeitsmitteldampfes den Flüssigkeits
ring 4 vergrößert hat, nunmehr über das Regelventil 5 in die Kondensatleitung 10/Ver
teilung 11 verdrängt wird.
Da das Regelventil 5 im oberen Bereich des Flüssigkeitsringes 4 angeordnet ist und eine
Temperaturschichtung im Flüssigkeitsring 4 erfolgt ist, wird sichergestellt, daß jeweils
das Kondensat mit der höchsten Temperatur aus dem Flüssigkeitsring 4 verdrängt wird
und somit die Rückverdampfung im Flüssigkeitsring 4 so gering wie möglich gehalten
wird.
Das verdrängte Kondensat gelangt jetzt über die Kondensatleitung 10 und die
Verteilung 11 über einen Verteilerring in den Verdampfer 7. Hier nimmt es erneut
Wärme auf, die vom Generatorraum abgegeben wurde und fließt über Verteilerelemente
in den unteren Teil des Verdampfers 7, von wo aus eine erneute Verdampfung erfolgt,
und der Kreislauf sich wiederholt.
Wenn eine Auskopplung der Kondensationswärme sinnvoll ist, läßt sich ein externer
Kondensator ohne weiteres in die Kompaktanlage einbinden, allerdings ändert sich
dadurch die Arbeitsweise des Energiewandlers, und es erfolgt dann lediglich eine
Entspannung des Dampfes im Energiewandler, jedoch keine Kondensation.
Als Arbeitsmittel kommen vorzugsweise Butan, Penthan oder auch Propan bzw. andere
Mittel zum Einsatz.
Ein besonderer Vorteil des vorgestellten Energiewandlers 15 besteht darin, daß dieser,
wie beschrieben und dargestellt, als Kompaktanlage ausgebildet sein kann, aber auch die
Möglichkeit gegeben ist, diesen auch als eine Splittanlage auszuführen.
Dies bedeutet, der Wärmetauscher 27 ist konstruktiv von der Entspannungs
einrichtung 26 getrennt ausgeführt, und die funktionsbedingten Verbindungen werden
dann über geeignete Verbindungselemente hergestellt.
Claims (9)
1. Energiewandler zur Nutzung niederpotentieller Energieträger zur Erzeugung
von elektrischer und mechanischer Energie aus Wärmeenergien beliebigen
Ursprungs, insbesondere aus in der Umgebung vorhandener Wärmeenergie und
Abwärme, durch Verdampfen und Verflüssigen eines Arbeitsmittels, dadurch
gekennzeichnet, daß
dem Wärmetauscher (27) des Energiewandlers (15) eine Entspannungsein
richtung (26) zugeordnet ist, die aus einem Wandlergehäuse (1) mit darin
drehbar und exzentrisch zum Wandlergehäuse (1) gelagerten Flügelzellen
rotor (2), im Betriebszustand einen zylindrischen Flüssigkeitsring (4) an der
Innenwand des Wandlergehäuses (1) ausbildend, besteht, wobei der
Entspannungseinrichtung (26) ein Drehschieber (3) vorgelagert ist, die
Entspannungseinrichtung (26) eine Kondensateintrittsöffnung (19) besitzt
und im unteren Bereich des Wärmetauschers (27), oberhalb des Dreh
schiebers (3) Überströmfenster (13) vorgesehen sind.
2. Energiewandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Rotorwelle (18) des Flügelzellenrotors (2) als Hohlwelle ausgebildet ist
und die Entspannungseinrichtung (26) zur Erzeugung von Elektroenergie über
eine Kupplung (4) mit einem im Dampfraum (6) des Energiewandlers (15)
angeordneten Generator (12) und zur Erzeugung von mechanischer Energie
über eine Kupplung (21) mit einem außerhalb des Energiewandlers (15)
vorgesehenen mechanischen Aggregat verbunden ist.
3. Energiewandler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
im Wärmetauscher (27) umfangsseitig ein Verdampfer (7) in Form spiralförmig
verlaufender Rohre angeordnet ist, welcher mit einem Wärmezufluß (8) ausge
bildet ist und über Zuleitungen und eine Kondensateintrittsöffnung (19) sowie
über eine Kondensatleitung (10) und eine Verteilung (11) mit der Entspannungs
einrichtung (26) verbunden ist.
4. Energiewandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Flügelzellenrotor (2) vorzugsweise mit sechs Flügeln (23) ausgebildet ist und
sich zwischen den Flügeln (23), den Flügelzellen, die Arbeitsräume (22
bis 22''''') vorgesehen sind.
5. Energiewandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
auf der Rotorwelle (18) ein mit der Rotorwelle (18) umlaufendes Ventil
system (25) vorgesehen ist, über welches der Einlaß des Arbeitsmittels in die
Entspannungseinrichtung (26) zyklisch steuerbar ist.
6. Verfahren zur Nutzung niederpotentialer Energieträger zur Erzeugung von
elektrischer und mechanischer Energie aus Wärmeenergie beliebigen Ursprungs,
insbesondere aus in der Umgebung vorhandener Wärmeenergie und Abwärme,
durch Verdampfen und Verflüssigen eines Arbeitsmittels, dadurch gekenn
zeichnet, daß
durch Abfallenergie erwärmte Arbeitsflüssigkeiten verdampft werden und der
Arbeitsmitteldampf über ein Drehschiebersystem in einen ersten Arbeits
raum (22) zugeführt wird, danach in einen zweiten Arbeitsraum (22'),
eine für den Flügelzellenrotor (2) andere Position gelangt, dabei im
ersten und zweiten Arbeitsraum (22; 22') seine Energie abgibt und ein Gleich
gewichtszustand bei einem Spannungspotential von 0 eintritt, infolge der
Energieabgabe der Flügelzellenrotor (2) in Drehbewegung gesetzt wird, wobei
in den nachgeordneten Arbeitsräumen (22' bis 22'''''), den anderen Arbeits
positionen, eine weitere Entspannung des Arbeitsmittels stattfindet und diese
Entspannung des Arbeitsmittels bis in den Vakuumbereich geführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Grad der Entspannung des Arbeitsmittels steuerbar ist und durch Wahl des
Enddruckes bereits in der Entspannungseinrichtung (26) eine Kondensation
erfolgt, wobei in den Arbeitsräumen (22 und 22') eine Entspannung stattfindet
und in den Arbeitsräumen (22"; 22''') eine spontane Kondensation stattfindet
und hier entstehende Kondensattröpfchen in den Flüssigkeitsring (4) der
Entspannungseinrichtung (26) zugeführt werden und der in den Arbeitsräumen
(22"" und 22''''') anstehende Unterdruck auf die Drehbewegung des
Flügelzellenrotors (2) wirkt.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Entspannung des Arbeitsmittels unter Null die Kondensation nicht durch die
Abgabe von Wärme, sondern durch Auskopplung von Energie erfolgt und eine
Zusätzliche Energiezufuhr auf den Flügelzellenrotor (2) über die Summe der
Arbeit in den Arbeitsräumen (22" bis 22''''') stattfindet.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
Butan, Penthan, Propan oder ähnliche Stoffe zum Einsatz kommen, wobei auch
Kombinationen aus den Arbeitsmitteln Anwendung finden können.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19957425A DE19957425C2 (de) | 1998-12-02 | 1999-11-30 | Energiewandler zur Nutzung niederpotentieller Energieträger |
Applications Claiming Priority (2)
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE19957425C2 DE19957425C2 (de) | 2002-08-01 |
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ID=7889705
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19957425A Expired - Fee Related DE19957425C2 (de) | 1998-12-02 | 1999-11-30 | Energiewandler zur Nutzung niederpotentieller Energieträger |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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