DE2751530A1

DE2751530A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung elektrischer energie

Info

Publication number: DE2751530A1
Application number: DE19772751530
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Rer Nat Rohner
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1977-11-18
Filing date: 1977-11-18
Publication date: 1979-05-23

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Ener-
gie Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugng elektrischer Energie, bei dem der das Magnetfeld erzeugende und/oder der das elektrischc Feld erzeugende Teil eines Generators durch Dampfströmung angetrieben wird.
Zur Erzeugung elektrischer Energie werden üblicherweise Generatoren iiber nlrbinen angetrieben, die ihrerseits durch Wasser oder Dampf angetrieben werden. Bei Dampfturbinen wird ein Arbeitsmittel (Wasserdampf) durch Verbrennung fossiler Brennstoffe oder durch Atomcnergie erhitzt, weiches dann die Turbine antreibt. Hierbei wird also durch Aufbrauchen wertvoller Ressourcen eine Temperat'jrdifferenz hervorgerufen, die dann zur elektrischen Energieerzeugung ausgenutzt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrun(ie, ein Verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, in einfacher Weise elektrische Energie aus in der Natur vorhandenen Temperaturdifferenzen zu erzeugen und somit kostenlose Primärenergie zu nutzen.
Als W irmereservoirs stehen beispielsweise Gewässer und die darüber stehende Luft zur Verfügung. Ein weiteres Anweii <lun gsbei spiel besteht in der Ausnutzung von Geowiirme.
Di ese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gel(ist, daß die Strömung kontinuierlich innerhalb eines vakuumdicht verschlossenen Systems durch Verdampfen eines Arbeitsmediums an einem Ort höherer Temperatur (Heizzone) und Kondensieren des Dampfes an einem Ort niedrigerer Temperatur (hiihlzone) sowie Riickführ'ing des in der Kühl zone kondensierten Arbeitsmediums zur Heizzone erzeugt wird. Das Verfahren ist besonders wirksam, wenn die Temperaturdifferenz groß ist, wie es zum Beispiel bei Luft jiber warmen Abwässern oder allgemein im Winter über Gewässern der Fall ist.
Der Rücktransport des Kondensats zur Heizzone kann beispielsweise durch Kapillaren erfolgen. Der Nachteil bei diesem Transport ist aber darin zu sehen, daß nur relativ kurze Transportwege ausgenutzt werden können. Wesentlich effektiver ist es, das Kondensat mittels der Schwerkraft zurückzutransportieren, wenn es die Lage des Temperaturgradienten relativ zur Richtung der Schwerkraft gestattet.
Zur Durchführung des Verfahrens hat sich eine Vorrichtung als besonders zweckmäßig erwiesen, bei der der stromerzeugende Generator ganz im Wärmerohr enthalten ist. Die stromabführenden Leitungen werden mittels bekannter gasdichter Durchführungen aus dem Rohr herausgeführt. Aber auch eine Anordnung, bei der die Teile des Generators teilweise innen und außen angebracht sind, ist denkbar.
Auch eine Ausführungsform, bei/der beide Teile des Generators durch die Dampströmung mit entgegengesetztem Drehsinn angetrieben werden, kann sich als zweckmäßig erweisen.
Ilei der genannten Vorrichtung sollte der Dampfströmungsraum und der Kondensatsströmungsraum räumlich voneinander getrennt sein. Dies kann zweckmäßigerweise durch die h1-ortinung zweier koaxialer Rohre bewerkstell-igt werden.
Eine Beeinträchtigung des Rücktransportes des Kondensat es ist aufgrund dieser räumlichen Trennung nicht zu erwarten.
Insbesondere, wenn Vorrichtungen gemäß der Lehre der Erfindungen hergestellt werden sollen, die eine große Länge aufweisen, so beispielsweise bei der Ausnutzung von Geowärme in Bergwerksschachten, ist es zweckmäßig, die Rohre aus einem längseinlaufenden Metallband kontinuierlich zu formen, längsnahtzuverschweißen und anschließenti zu wellen, so daß dese aufgrund der Wellung flexibel gewordenen Rohre nach dem Konfektionieren auf übliche Kabel trommeln gewickelt, transportiert und abgesenkt werden können.
Neben den bereits genannten Anwendungsbeispielen läßt sich eine Vorrichtung gemäß der Lehre der Erfindung auch als Notstromaggregat für verschiedene Fälle einsetzen, insbesondere auf Booten, Bojen und dergleichen. Ein weiterer Anwendungsbenich liegt im Einsatz der erfindungsgemäßen Vornchtungen als Kühlaggregat von erwärmten Abwässern, zum Beispiel von Kraftwerksanlagen.
Die Erfindung ist anhand des in der Figur schematisch dargesteLlten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In einem evakuierten und in genau bemessener Weise mit einem Arbeitsmedium gefüllten vakuumdicht verschlossenen Rohr 1 ist in konzentrischer Anordnung in an sich bekannter Weise ein weiteres Rohr 2 gehalten. In dem Rohr 2 ist über Streben 3 ein Stromgenerator 4 gelagert, der aus einem Stator und einem Rotor 6 besteht. An dem Rotor 6 ist ein PropeLler 7 befestigt. An die Enden der Wicklungen des Stators 5 sind stromabführende Leitungen 8 angeschlossen, die vakuumdicht aus dem Rohr 2 und l herausgeführt sind. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet itun wie folgt: Die im Bereich der Heizzone 9 aus einem Wärmereservoir zugefiihrte Wärme bewirkt, daß das fliissige Arbeitsmedium Verdampf. Aufgrund seines höheren Dampfdruckes im Bereich der Heizzone 9 steigt der Dampf im Innern des Innenrohres 2 auf, trifft auf den Propeller 7 und treibt diesen und damit den Rotor an. In Strömungsri chtung gesehen hinter dem Generator 4 tritt der L)ampf in die Kiihlzone 10, in drr er kondensiert, und strömt in dem Ringraum zwischen den Rohren 1 und 2 zur Heizzone 9 zuriick. Infolge der Dampfdruckdifferenz zwischen der Heizzone und der Kühlzone wird kontinuierlich eine Dampfströmung erzeugt, die so lange aufrechterhalten bleibt, wie der Heizzone 9 Warme zugeführt und in der Kühlzone 10 Wärme abgeführt wird. Diese Dampfströmung treibt den Propeller 7 bzw. eine Turbine ständig an, wodurch in den Generator 4 Strom erzeugt wird, der über die Leitungen 8 abgezapft werden kann.
Es besteht auch die Möglichkeit, den Stator 5 außerhalb des Rohres 1 dieses koaxial umgeben anzuordnen und lediglich den Rotor 5 im Innern des Rohres 2 drehbar zu Lagern.
Dabei muß aber dafür Sorge getragen werden, <laß ein freier Querschnitt zwischen <fem Rotor 6 und dem Rohr 2 für den Durchtritt des Dampfes verblcibt. Durch die Anordnung des Stators 5 außerhalb des Rohres 1 eriibrigt sich eine vakuumdichte Durchfiihrung der Leitungen 8 durch die Wandung <les Rohres 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung gemäß der Lehre der Erfindung lassen sich überall dort einsetzen, wo Primärenergie kostenlos durch das Vorhandensein eines Temperaturgefälles anfällt. So kann beispielsweise in größeren Gewässern bei Lufttemperaturcn unterhalb des Nullpunktes stzindig Warme abgezogen und damit Strom erzeugt werden. Ein Anfrieren von Wasser im Bereich der Heizzone 9 muß dabei nicht befürchtet werden, da aufgrund der unterschiedlichen Wichte das ältere Wasser in unmittelbarer Nähe der heizzone 9 nach unten abströmt und somit eine Strömung aufrechterhalten wird.
Ein weiteres vorteilhaftes Anwendungsgebiet für das erfindungsgemäße Verfahren liegt in der Ausnutzung der Wärme in Abwässern von Kraftwerksanlagen. Dabei tritt noch der Nebeneffekt auf, daß bei offenem Kiihlwasscrkreislauf die Wnrmebelastung des Flusses verringert wird.
Mehrere der erfindungsgemäßen Vorrichtungen könnten dabei hintereinander geschaltet werden.
Die Einfachkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gestattet es, diese in den Notausrüstungen von Schiffen oder Flugzeigen einzusetzen. Im Unglücksfall können diese bei Vorhandensein eines Temperturgefälles zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet werden, die beispielsweise Funkanlagen oder Ulinkanlagen betätigt. Ebenso kennen das mit Bojen, Blink- oder Warnanlagen in schwer zugänglichen Gegenden ausgerüstet werden. Insbesondere ist eine solche Vorrichtung auch als Frostanzeigegerät einsetzbat, indem es zum Dcispiel als Vcrkehrsschild ausgebildet wird.
Denn als Wärmesiphon arbeit sie gegen Erdboden nur dann, wenn die Lufttemperatur eine bestimmte Schwelle, zum Beispiel OOC unterschreitet.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche tI Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie, bei dem der das Atagnetfeld erzeugende und/oder der das elektrische Feld erzeugende Teil eines Generators durch Dampfströmung angetrieben wird, dadurch gekennzuchnet, daß die Strömung unter Ausnutzung eines Temperaturgefälles kontinuierlich innerhalb eines vakuumdicht verschlossenen Systems durch Verdampfen eines Arbeitsme diums an einem Ort höherer Temperatur (Heizzone) und Kondensieren des Dampfes an einem Ort niedrigerer Temperatur (Kühlzone) sowie Rückführung des in der Kühlzone kondensierten Arbeitsmediums zur Heizzone erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1;durch gekennzeichnet, daß das Kondensat aufgrund der Schwerkraft zur Heizzone transportiert wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines geschlossenen Rohres mindestens ein die Strömungsenergie in Rotationsenergie umwandelndes Gerät frei drehbar gelagert ist, an dessen Welle der das Magnets feld und/oder das dektrische Feld erzeugende Teil eines Generators befestigt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der das elektrische Feld erzeugende Teil als Stator ausgebildet und koaxial das Rohr umgebend angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Teile des Generators im Innern des Rohres angeordnet und die stromabführenden Leitungen gasdicht aus dem Rohrinnern herausgeführt sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile des Generators durch die Dampfströmung mit entgegengesetztem Drehsinn angetrieben sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder einem <ler folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Dampfströmungsraum und Kondensatsströmungsraum räumlich voneinander getrennt sind.