DE202008001187U1 - Vorrichtung zur Reduzierung überschüssiger thermischer Energie und Wandlung in elektrische Energie - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Gewinnung von elektrischer Energie aus überschüssiger thermischer Energie, bestehend aus einem geschlossenen Kreislauf, in dem sich eine bei einer niedrigen Temperatur verdampfbare Flüssigkeit befindet, welche durch einen Wärmeaustauscher erwärmt wird und die Energie auf eine Niederdruckturbine leitet und danach in einem Kondensator auf eine niedrige Temperatur abgekühlt wird, ist gekennzeichnet dadurch, dass das gesamte geschlossene System unter einem Unterdruck steht, der gewährleistet, dass der Übergang von der gasförmigen zur flüssigen Phase erst unterhalb von 40°C erfolgt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reduzierung überschüssiger thermischer Energie und der Wandlung der Energie in elektrische Energie.
• Es ist bekannt, dass in viele Geräte, Maschinen und Anlagen gekühlt werden müssen, um eine lange Lebensdauer und eine reibungslose Funktion aufrecht zu erhalten. Für diese Kühlung wird häufig sehr viel Energie benötigt.
• Insbesondere solarthermische Anlagen mit kleinerer und mittlerer Leistung erzeugen in den Sommermonaten sehr viel Energie, die nicht nutzbar verwendet werden kann. Aus diesem Grund werden diese Anlagen oft klein projektiert, damit in Sommermonaten keine Überhitzung der Anlage und der Speicher erfolgt.
• In einer solarthermischen Anlage, die so dimensioniert ist, dass auch in den Wintermonaten ausreichend Wärme erzeugt wird, kommt es bei starker Sonneneinstrahlung und geringer Wärmeabnahme häufig vor, dass die Temperaturen im Solarspeicher über 130°C ansteigen. In diesem Fall wird die Zirkulationspumpe abgeschaltet, um eine Überhitzung zu verhindern. In diesem Fall können die Solarkollektoren geschädigt werden.
• In der Offenlegungsschrift DE 10 2006 037 497 A4 und im Patent EP 1757873 A2 wird vorgeschlagen die Überhitzung dadurch zu verhindern, dass die Kollektoren bei zu intensiver Sonneneinstrahlung abgedeckt werden. Im Patent DE 196 29 237 A1 wird eine Vorrichtung beschrieben, die eine temperaturabhängige Verschattung von Solarkollektoren realisiert. Die Offenlegungsschrift DE 101 51 293 A1 beschreibt eine Kühlvorrichtung, die sich einschaltet, wenn eine bestimmte Grenztemperatur überschritten wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde diese überschüssige Energie in elektrische Energie zu wandeln.
• Dampfturbinen zur Erzeugung von elektrischer Energie aus thermischer Energie arbeiten häufig bei sehr hohen Temperaturen, um einen hohen Wirkungsgrad der Wandlung zu garantieren. Es gibt jedoch auch Dampfturbinen, die bei geringeren Temperaturen im Unterdruckbereich arbeiten. Diese Dampfturbinen werden häufig in Kernkraftwerken verwendet, bei denen die Arbeitstemperatur unter 300°C sein muss und der 2. Kreislauf ein völlig geschlossenes System ist.
• Ferner gibt es bekannte Konvektionsgeneratoren, die elektrische Energie aus der erhöhten Temperatur von Wasser in tieferen Erdschichten gewinnen, bei denen die Wassertemperatur nur zwischen 40°C und 70°C liegt.
• Wenn die Temperatur in dem Wärmespeicher 1. eine bestimmte Grenztemperatur überschreitet, öffnet sich ein Ventil und leitet die verdampfte Flüssigkeit auf eine kleine Dampfturbine. Durch die Entspannung kühlt sich der Dampf ab und fließt in dem geschlossenen Kreislauf wieder zurück in den Wärmespeicher, in dem die Flüssigkeit wieder verdampft. Da der Kreislauf geschlossen ist, muss die Flüssigkeit nicht unbedingt Wasser sein, sondern es können auch andere vorzugsweise organische Flüssigkeiten wie Ethanol, Methanol, o. ä. genutzt werden, die einen geringeren Siedepunkt haben.
• Wird durch den Kreislauf eine Temperaturdifferenz von 80K erreicht, so besteht die theoretische Möglichkeit, dass der Wirkungsgrad 20% beträgt.
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• Hiermit kann man überschüssige thermische Energie mit einem größeren, Wirkungsgrad wandeln, als bei der Gewinnung von elektrischem Strom mit Solarzellen.
• Die Funktionsweise ist in der 1 zu erkennen. Wenn die durch die Solarkollektoren 1 erzeugte Temperatur im Speichergefäß 2 eine bestimmte Grenztemperatur übersteigt, öffnet das Ventil 4 und ermöglicht, dass die im Gefäß 3 verdampfte Flüssigkeit, die unter einem erhöhten Druck steht, auf die Niederdruckturbine 5 strömt und diese antreibt. Der entspannte Dampf kühlt sich ab und wird durch den Kondensator 6 in dann flüssiger Form wieder in das Speichergefäß 2 geleitet, in dem die Flüssigkeit wieder Energie aufnimmt und verdampft.

Claims (6)

1. Eine Vorrichtung zur Gewinnung von elektrischer Energie aus überschüssiger thermischer Energie, bestehend aus einem geschlossenen Kreislauf, in dem sich eine bei einer niedrigen Temperatur verdampfbare Flüssigkeit befindet, welche durch einen Wärmeaustauscher erwärmt wird und die Energie auf eine Niederdruckturbine leitet und danach in einem Kondensator auf eine niedrige Temperatur abgekühlt wird, ist gekennzeichnet dadurch, dass das gesamte geschlossene System unter einem Unterdruck steht, der gewährleistet, dass der Übergang von der gasförmigen zur flüssigen Phase erst unterhalb von 40°C erfolgt.
2. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise überschüssige thermische Energie aus solarthermischen Anlagen in elektrischen Strom gewandelt wird.
3. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der in einem geschlossenen Kreislauf, der unter einem Unterdruck steht, neben Wasser als Medium auch Kohlenwasserstoffe, wie Ethanol oder Methanol genutzt werden können, die einen niedrigen Siedepunkt haben.
4. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, die eine Niederdruckturbine kleiner oder mittlerer Leistung hat, die zwischen 100 und 10.000W liegt.
5. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, bei der die Kondensation der Flüssigkeit durch Luftkühlung oder durch die Kühlung in Erdschichten erfolgt.
6. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1 mit der es möglich ist überschüssige Temperaturen von Wärmequelle die zwischen 80°C und 150°C liegen, abzuleiten und in elektrische Energie zu wandeln.