DE2410480A1

DE2410480A1 - Verfahren zur nutzung der waermeenergie eines in einem zentralen heizwerk erhitzten fliessbaren waermetraegers fuer den antrieb ortsbeweglicher kraftmaschinen

Info

Publication number: DE2410480A1
Application number: DE2410480A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Laing
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-03-06
Filing date: 1974-03-05
Publication date: 1974-09-19
Also published as: FR2220669B1; JPS5024644A; IT1011029B; GB1435628A; ES423957A1; BR7401646D0; ATA197573A; AT329382B; FR2220669A1

Description

DK 6921/9a

Dr.W. PFEIFFER ο/in/Qn

PATENTANWALT Z4IU4öU

8 MÖNCHEN 40
UNGERERSTR. 25
TELEFON 333626

Nikolaus Laing

Aldingen bei Stuttgart

Verfahren zur Nutzung der Wärmeenergie eines in einem zentralen Heizwerk erhitzten fließbaren Wärmeträgers für den Antrieb ortsbeweglicher Kraftmaschinen

Zusammenfassung

Wärmespeicher für die Energieversorgung von Kraftmaschinen in ortsbeweglichen Kraftfahrzeugen werden an Versorgungsstellen mit Wärme beladen, die einem Wärmeträger entnommen, wird, welcher in einem zentralen Heizwerk erhitzt und durch eine isolierte Zirkulationsleitung diesen Versorgungsstellen zugeführt wird.

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Stand der Technik

Ortsbewegliche Fahrzeuge sind zum größten Teil mit.Verbrennungsmotoren ausgerüstet, die den Energieträger, z.B. den Vergaserkraftstoff mit sich führen. Die Entwicklung in letzter Zeit hat gezeigt, daß die Versorgung mit Vergaserkraftstoffen schwierig werden kann. Außerdem führt die Verbrennung von Vergaserkraftstoffen in Diesel- oder Otto-Motoren zu unerwünschten Belastungen der Umwelt, die auf die Dauer nicht mehr hinnehmbar sind.

Der Antrieb von ortsbeweglichen Fahrzeugen mit Elektromotoren hat den Nachteil, daß eine wirtschaftliche Lösung der Speicherung elektrischer Energie in ortsbeweglichen Fahrzeugen nicht möglich erscheint. Darüber hinaus treten noch unüberwindliche technische Schwierigkeiten auf, wenn die Aufladung von Kraftspeichern mit elektrischer Energie an einer großen Anzahl von parallel geschalteten Versorgungsstellen erfolgen soll.

Ziele der Erfindung

Die Erfindung bezweckt die Nutzung von in Heizwerken anfallender Wärmeenergie für den Antrieb von ortsbeweglichen Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen.

Beschreibung der Erfindung

Die Erfidnung löst diese Aufgabe dadurch, daß der in dem Zentralheizwerk erhitzte fließbare Wärmeträger durch isolierte Zirkulationsleitungen Versorgungsstellen zugeführt wird und an diesen Versorgungsstellen in Wärmetausch mit Wärmespeichern gebracht wird, die auf den ortsbeweglichen Kraftmaschinen angeordnet sind und ihrerseits für die Energie-

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Versorgung der Kraftmaschine verwendet werden. Es wird also gemäß der Erfindung die in einem zentralen Heizwerk anfallende Wärmeenergie über eine Zirkulationsleitung und einen Wärmetausch einem auf dem ortsbeweglichen Fahrzeug selbst befindlichen Wärmespeicher zugeführt, der beispielsweise eine Expansionskraftmaschine, welche das Fahrzeug antreibt, mit Energie versorgt. Damit wird eine umweltfreundliche Energieversorgung von Fahrzeugen erhalten. Die Heizwerke können außerhalb der Ballungsgebiete angeordnet^ierden. Sie liefern zum Beispiel über eine Zirkulationsleitung Heißdampf an die Versorgungsstellen, an denen entweder in direktem oder in indirektem Wärmetausch über Wärmetauscher eine Aufladung der Wärmespeicher auf den ortsbeweglichen Fahrzeugen mit Wärme stattfindet.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß dem in der Zirkulationsleitung strömenden Wärmeträger stufenweise bei bestimmten abgestuften Temperaturen die Wärme für Wärmeverbraucher entnommen wird, die bei unterschiedlichen Arbeitstemperaturen betrieben werden. So kann z.B., wenn anfänglich in der Zirkulationsleitung überhitzter Wasserdampf mit einer Temperatur von etwa 65O°C vorliegt, der Wärmeträger unter Abkühlung auf etwa 5OO°C für die Versorgung der Wärmespeicher der ortsbeweglichen Fahrzeuge verwendet werden, wonach aus einem zweiten Abschnitt der Zirkulationsleitung, der zunächst die Rückläufe der Versorgungsstellen für die Wärmespeicher der Fahrzeuge aufnimmt, dampfbetriebene Stromerzeuger gespeist werden. Die Dampftemperatur kann hierbei um weitere 200° C abnehmen, wonach in einem dritten Abschnitt der Zirkulationsleitung zum Beispiel Kraftwerke von Industrieanlagen gespeist werden. Schließlich kann in einem vierten Abschnitt · der Zirkulationsleitung das anfallende Kondensat für die Versorgung von zentralen Heizsystemen benützt werden.

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Bei einer Ausführungsform nach der Efindung gibt der kontinuierlich in der Zirkulationsleitung zirkulierende Wärmeträger unter einer bestimmten Verminderung seiner Temperatur, z.B. von 100 - 150°, an stationäre Wärmespeicher, die sich an den Versorgungsstellen befinden, Wärme ab. Die Wärmespeicher : auf den ortsbeweglichen Fahrzeugen werden gemäß der Erfidnung über einen Hilfswärmetauscher aus den stationären Wärmespeichern an den Versorgungsstellen aufgeladen. Der Wärmetransport in dem Hilfswärmetauscher wird vorzugsweise mit einem flüssigen Metall bewirkt.

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert.

Figur 1 zeigt schematisch ein Heizwerk mit einem Versorgungssystem nach der Erfindung.

Figur 2 zeigt das Heck eines Kraftfahrzeuges während der Aufladung mit Wärme an einer Versorgungssteile.

Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Kopplungsvorrichtung, mit der der Wärmespeicher eines ortsbeweglichen Fahrzeuges an der Versorgungsstelle angekoppelt werden kann.

Figur 4 veranschaulicht schematisch die abschnittsweise Versorgung von Wärmeverbrauchern mit einem Versorgungssystem nach der Erfindung.

In Figur 1 ist schematisch ein Heizkraftwerk mit einem Dampfkessel 1, einem Heißdampferzeuger 2, einer Kondensatpumpe 3 und dem Kessel 4, der z.B. als Reaktionsbehälter einer Kernkraftanlage ausgebildet sein kann. Der Vorlauf 5 bildet zusammen mit der Leitung 6 und dem Rücklauf 6¹ eine Zirkulationsleitung, durch die der in dem Heizkraftwerk erhitzte Wärmeträger, z.B. Heißdampf, zirkuliert. Die Zirkulationsleitung

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ist als extrem gut isolierte Leitung ausgebildet. Sie versorgt in einem ersten Abschnitt zunächst die Versorgungsstellen 7, an denen die Wärmespeicher von Kraftfahrzeugen mit Wärme beschickt werden. Diese Versorgungsstellen können eine druckseitige Kupplung 8 für die Einspeisung des Dampfes und eine weitere Kupplungsvorrichtung 9 für den Rücklauf des abgekühlten Dampfes haben. Der teilweise entspannte Dampf kann durch einen weiteren Abschnitt 6 weiteren Wärmeentnahmestellen 10 zugeführt werden, an denen beispielsweise Turbolader von Kraftwerken, Klima-,Kompressoren- oder auch Heizanlagen mit Wärme versorgt werden. Der abgekühlte Dampf oder das abgekühlte Kondensat strömt schließlich durch den Rücklauf 6' wieder in das Heizkraftwerk zurück.

Außer Wasserdampf können noch andere Wärmeträger, z.B. flüssiges Metall oder Metalldämpfe oder Gase verwendet werden. Je nach Siedepunkt·des Wärmeträgers und den Druckverhältnissen kann die Wärmeentnahme auch bis zur Kondensation erfolgen, wodurch zusätzlich noch die Verdampfungsenthalpie für den Kreislauf nutzbar wird und Querschnitte des Rücklaufes. 6¹ kleiner sein kann als bei Gasen, da das Kondensat eine höhere Dichte hat. Bei einer Ausfuhrungsform ist vorgesehen, daß, als Wärmeträger eutektische Metallgemische verwendet werden, z.B. Kalium oder Natrium. Bei dieser Anordnung kann die Kondensation des Metalls innerhalb des Wärmetauschers 11 des Fahrzeuges 12 erfolgen.

Figur 2 zeigt ein Fahrzeug mit. einem Rankine-Motor und einem Wärmespeicher 20. Der Wärmespeicher besteht aus flachen Metallbehältern, in welchen sich die Speichermasse befindet. Innerhalb dieser Behälter sind außerdem dünnwandige , dünne Rohre 21 so angeordnet, daß eine gleichmäßige Wärmeabgabe an die Speichermasse erfolgte Diese Rohre 21 stehen über die skizzierten Leitungen 22 und 23 und eine Koppelvorrichtung 24 mit der Versorgungsleitung 26 in Verbindung. Die

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Koppelvorrichtung 24 kann über eine geeignete Vorrichtung, z.B. eine Parallelogrammführung 25, über die Peripherie des Fahrzeuges hinausgeschoben werden, so daß sie in ein stationäres Gegenelement der Versorgungsleitung 26 eingefahren werden kann. Zur Erleichterung.ist eines der beiden Teile der Koppelvorrichtung 24 oder 26 konisch ausgebildet und gleichzeitig in der Höhe und senkrecht zum Fahrzeug um einen bestimmten Betrag verschieblich. Hierdurch genügt es, wenn die fahrzeugseitige Koppelvorrichtung 24 ungefähr in die Richtung des Zentrums des Gegenelementes hineinbewegt wird. Zur Erleichterung sollte das Ende der Versorgungsleitung in direkter oder unter Zwischenschaltung eines Spiegels 27 in indirekter Blickrichtung des Fahrers liegen. Zur Erleichterung ist eine Schwelle angeordnet, die sowohl seitliche Flanken 29 als auch einen Endbereich 29' aufweist. Die Oberflächen dieser Flanken sind extrem glatt und in einer WEise schräg gestellt, daß die Räder des Fahrzeuges in die vorgegebenen Rillen hineinrutsehen, wenn der Lenker des Fahrzeuges dieses auch nur ungefähr in die Rillen hineinlenkt.

Figur 3 zeigt vergrößert die Koppe!vorrichtung . Die gesamte Vorrichtung ist über eine nicht vollständig gezeigte Teleskopeinrichtung 30 höhenverstellbar und über die Verschiebeeinrichtung senkrecht zum Fahrzeug verfahrbar. Der konische Bereich 32 dient dem leichteren Einfahren der Koppelvorrichtung 24. Dieses Teil weist eine Dichtung 33 auf und ist als Koaxialrohr ausgebildet, so daß durch das Innere des Rohres gemäß Pfeil 34 Heißgas durch eine Venti!vorrichtung 35, die durch das Teil 24 erst nach Sicherstellung der Dichtfunktion betätigt wird, einströmen kann, während durch den. äußeren Bereich gemäs dem Pfeil 36 abgekühltes Heißgas wieder zurückströmt und durch die Leitung 37 der Leitung 6 zurückgeführt wird. Eine weitere Dichtung 38 trennt Eintritts- und Austrittsseite des Koaxialrohres 24 voneinander.

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In Figur 4 ist schematisch ein Kernreaktor 40 dargestellt, der über einen ersten Abschnitt 41 der Zirkulationsleitung, welcher sich in Fließrichtung verjüngt, die Vorläufe 42 der Versorgungsstellen 43 versorgt. Die Rückläufe 44 dieser Versorgungsstellen sind mit einem sich in Fließrichtung des Wärmeträgers erweiternden Abschnitt 46 der Zirkulationsleitung verbunden, aus dem z.B. ein Turbolader 47 eines elektrischen · Kraftwerkes gespeist wird. Die Kraftfahrzeuge erhalten dadurch thermische Energie in edler Form, also in einer edleren Form als die Kraftwerke, deren thermische Grenzen durch Werkstoff belastbarkeit gesetzt sind. Es ist dadurch möglich, die Umweltverschmutzung durch Kraftfahrzeuge.weitgehend zu reduzieren. Die Aufladung ' des Wärmespeichers in dem Kraftfahrzeug 48 an der Versorgungsstelie 43 kann erfolgen, indem, wie in Figur 2 beschrieben wurde, der Wärmeträger direkt durch den Wärmespeicher in dem Kraftfahrzeug 48 geleitet wird. Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist jedoch an der Versorgungsstelle 43 ein Wärmetauscher vorgesehen,der· mit einem Hilfswärmetauscher in Kontakt mit dem Wärmespeicher in dem Kraftfahrzeug 48 gebracht wird, wodurch die Beladung mit Wärme im indirekten Wärmetausch, also aus dem hermetisch gedichteten Zuleitungssystem, in welchem der Wärmeträger kontinuierlich strömt, erfolgt. Der Wärmetausch kann dadurch verbessert werden, daß zwischen die wärmetauschenden Elemente ein gut wärmeleitendes Gas, z.B. Wasserstoff, eingeleitet wird. Bei einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung sind an den Versorgungsstellen 43 stationäre mit Latentspeichermassen ausgerüstete Wärmespeicher vorgesehen, die über den in der Zirkuiationsleitung kontinuierlich strömenden, fließbaren Wärmeträger mit Wärme aufgeladen werden, aus-denen ihrerseits Wärme für die Aufladung der Speicher in den Kraftfahrzeugen 48 entnommen wird.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Nutzung der Wärmeenergie eines in "einem zentralen Heizwerk erhitzten, fliessbaren Wärmeträgers, für den Antrieb ortsbeweglicher Kraftmaschinen, z. B. für den Antrieb von Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass der durch isolierte Zirkulationsleitungen Versorgungsstelen zugeführte Wärmeträger in Wärme tausch mit Wärme speichern gebracht wird, die auf den ortsbeweglichen Kraftmaschinen angeordnet sind und ihrerseits für die Energieversorgung der Kraftmaschinen verwendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungs stellen eine erste Gruppe von parallel geschalteten WärmeentnahmesteUen bilden, und dass die Vorläufe dieser Versorgungs stellen aus einem ersten Abschnitt der Zirkulationsleitung, in dem die Temperatur des Wärmeträgers am höchsten ist führen und die Rückläufe in einen zweiten Abschnitt der Zirkulationsleitung münden, welcher eine oder mehrere weitere WärmeentnahmesteUen für die Beschickung von Wärmeverbrauchern mit geringeren Arbeitstemperaturen versorgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt in dem ersten Abschnitt der Zirkulationsleitung abnimmt und in dem zweiten Abschnitt der Zirkulation!;: leitung zunimmt.

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4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträger an den Versorgungsstellen dem ersten Abschnitt der Zirkulationsleitung mit lösbaren Kupplungselementen entnommen und nach der Aufladung des Wärmespeichers der Kraftmaschine dem zweiten Abschnitt der Zirkulationsleitung ebenfalls über lösbare Kupplungselemente zugeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Versorgungsstelle zwiwchen dem ersten Abschnitt der Zirkulationsleitung und dem zweiten Abschnitt derselben ein Wärmetauscher vorgesehen ist, über den

j die Wärme im indirekten Wärmetausch an den Wärmespeicher der ortsbeweglichen Kraftmaschine abgegeben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass während der Ladeperiode der Wärmetausch zwischen dem Wärmetauscher an der Versorgungsstelle und dem wärme- · aufnehmenden Element des Wärmespeichers der ortsbeweglichen Kraftmaschine durch Einleiten eines gut wärmeleitenden Gases, vorzugsweise Wasserstoff, während der

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Aufladeperiode in den Spalt zwischen' warmeabgebenden und wärmeauffxehmenden Element erhöht wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Versorgungsstelle ein stationärer von dem Wärmeträger mit Wärme beschickter Wärmespeicher vorgesehen ist, aus dem die Wärme für die Aufladung des Wärmespeichers der ortsbeweglichen Kraftmaschine entnommen wird. '

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8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetausch zwischen dem stationären Wärmespeicher an der Versorgungsstelle und dem ortsbeweglichen Wärmespeicher auf dem Fahrzeug mit einem HiIfswärmetauscher erfolgt, in dem ein flüssiges Metall als Wärmeträger für den Wärmetausch verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeträger überhitzter Wasserdampf verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeträger flüssiges Metall verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeträger Metalldampf verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmespeicher für die ortsbeweglichen Fahrzeuge Elemente mit Massen verwendet werden, die latente Energie beim übergang vom festen in den flüssigen Zustand speichern..

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