DE19957425A1 - Energiewandler und Verfahren zur Nutzung niederpotentieller Energieträger - Google Patents

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.

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.