DE2948244A1

DE2948244A1 - Einrichtung zur umwandlung von kinetischer energie in waermeenergie

Info

Publication number: DE2948244A1
Application number: DE19792948244
Authority: DE
Inventors: Rüdiger 5241 Katzwinkel Hölzemann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-11-30
Filing date: 1979-11-30
Publication date: 1981-06-04

Description

Einrichtung zur Umwandlung von kinetischer
Energie in Wärmeenergie Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Umwandlung von kinetischer Energie in Wärmeenergie, insbesondere zur Umwandlung von Windkraft und Wasserkraft die letztlich an einer Arbeitswelle ansteht, in vorzugsweise zu Heizzwecken dienende Nutzwärme.
Bei bekannten derartigen Einrichtungen wird in aller Regel die an einer Arbeitswelle anstehende Kraft in elektrischer Energie umgewandelt, die dann wiederum in Wärme umgewandelt wird. Der Vorteil dieser Einrichtung ist darin zu sehen, daß die elektrische Energie, zumindest in geringem Maße, gespeichert werden kann, insbesondere aber darin, daß sie als hochwertige Energieform praktisch wiederum in jede gewünschte Energieart umzuwandeln ist. Als Nachteil ist außer dem durch die zweimalige Umwandlung bedingten schlechten Wirkungsgrad noch zu nennen, daß eine Mindestleistung an der Arbeitswelle anstehen muß, um überhaupt elektrischen Strom genügender Spannung zu erzielen. Es müssen also, um die vorzugsweise betrachtete Windkraft und Wasserkraft auszunutzen Mindestwindgeschwindigkeiten bzw. Mindestwassermengen mit genügender Fallhöhe zur Verfügung stehen, um überhaupt eine brauchbare Energieauswertung zu erzielen.
Als weiterer Nachteil ist bei diesen bekannten Einrichtungen festzuhalten, daß sie sehr wartungsaufwendig und auch, durch die nicht zu vermeidenden Regeleinrichtungen, sehr störanfällig sind. Festzuhalten ist außerdem, daß durch den verhältnismäßig hohen zweimaligen Umwandlungsaufwand auch die Kosten außerordentlich hoch sind.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt eine Einrichtung der beschriebenen Art anzugeben, die kinetische Energie die letztlich an einer Arbeitswelle ansteht, mit hohem Wirkungsgrad und äußerst geringem Aufwand in Nutzwärme umzuwandeln, ohne daß die Einrichtung eines großen Wartungsaufwandes oder großer Regeleinrichtungen bedarf bzw. so, daß für die Gesamteinrichtung nur verhältnismäßig geringe Kosten entstehen.
Erreicht wird dies nach der Erfindung durch ein geschlossenes mit einer praktisch inkompressiblen Flüssigkeit gefülltes Leitungssystem in das in Strömungsrichtung hintereinander eine mit der Arbeitswelle verbundene Pumpe sowie ein Leitungswiderstand eingefügt sind.
Pumpen für inkompressible Flüssigkeiten, beispielsweise ölpumpen, haben im allgemeinen sehr hohe Wirkungsgrade, so daß die Umwandlung der an der Arbeitswelle anstehenden kinetischen Energie in Druckenergie nur mit sehr geringem Verlust verbunden ist. Nach der Pumpe steht in dem geschlossenen Leitungssystem eine unter Druck stehende inkompressible Flüssigkeit zur Verfügung, die innerhalb des Systems in Kreislauf gehalten wird. Hierbei durchströmt die Flüssigkeit auch den Leitungswiderstand, der im einfachsten Falle durch ein Rohrstück dargestellt sein kann, dessen lichter Durchtrittsquerschnitt geringer ist als der Durchtrittsquerschnitt der restlichen zum Leitungssystem gehörenden Rohre. Dadurch wird in diesem Rohrstück, da nach der Kontinuitätsgleichung der Hydraulik das Produkt aus Durchtrittsquerschnitt und Geschwindigkeit konstant ist, die Strömungsgeschwindigkeit deutlich erhöht, wodurch wiederum, da die Reibungsverluste in Rohren mit dem Quadrat der Geschwindigkeit zunehmen und diese Reibungsverluste praktisch vollkommen als Energieumwandlung in Wärmeenergie in Erscheinung treten, die Flüssigkeit erwärmt, so daß sie nach Verlassen dieses Leitungswiderstandes eine deutlich höhere Temperatur als vor diesem Leitungswiderstand aufweist. Es kann nun dieser Leitungswiderstand direkt als Wärmetauscher benutzt werden, im einfachsten Falle zur Raumheizung, oder aber es können dem Leitungswiderstand weitere Wärmetauscher nachgeschaltet sein, die von der erwärmten Flüssigkeit durchflossen werden. Als Flüssigkeit kommt hierbei insbesondere Wasser, ggf. mit Zusätzen um ein Gefrieren des Wassers zu verhindern, in Frage oder, insbesondere für höhere Temperaturen, Wärmeleitöl.
Wie erwähnt genügt als Leitungswiderstand bereits ein Rohrstück mit verhältnismäßig geringem Durchtrittsquerschnitt.
Dieses Rohrstück kann jedoch auch zusätzlich noch mit Verwirbelungseinbauten versehen sein, da sich die Wirbelverluste ebenfalls in Wärmeenergie umwandeln. Außerdem kann das Rohrstück ein spiralig geformter Rohrwendel sein um auch die durch die Richtungsänderung bedingten Verluste zur Nutzwärmeerzeugung heranzuziehen.
Als Pumpe werden insbesondere Drahkolbenpumpen zweckmäßigerweise eingesetzt, da sie neben dem bereits hervorgehobenen hohen Wirkungsgrad auch einfach herzustellen und wartungsunempfindlich sind.
Auf der Zeichnung ist schematisch das Ausführungsbeispiel einer derartigen Einrichtung dargestellt.
Eine Arbeitswelle 1, die beispielsweise durch Windkraft oder Wasserkraft in Drehung, wie durch den Pfeil 2 angedeutet, versetzt ist, ist mit einer Pumpe 3 die in ein geschlossenes Leitungssystem 4 eingefügt ist, verbunden. Die Pumpe 3 fördert eine in dem geschlossenen Leitungssystem 4 befindliche inkompressible Flüssigkeit in Richtung der Pfeile 5, 6 durch einen Leitungswiderstand 7 sowie Wärmetauscher 8. In dem Leitungswiderstand 7 wird durch eine Erhöhung der Geschwindigkeit des strömenden Mediums und/oder durch Verwirbelungseinbauten eine Erhöhung der Temperatur dieses Mediums erreicht, so daß diese Temperatur nunmehr entweder direkt durch Abstrahlung von dem Leitungswiderstand oder über Wärmetauscher 8 nach außen abgegeben werden kann. Über eine Rückleitung wird dann die inkompressible Flüssigkeit wieder der Pumpe 3 zugeleitet.
Eine besondere Regelung ist zum Funktionieren der Anlage nicht notwendig, jedoch kann selbstverständlich in an sich bekannter Weise die Drehzahl der Arbeitswelle 1 geregelt werden oder auch die Durchströmmenge der Flüssigkeit durch das Leitungssystem 4, beispielsweise mittels eines in das Leitungssystem 4 eingebauten Regelventiles 9.
L e e r s e i t e

Claims

PATENTANSPRUCHE Einrichtung zur Umwandlung von kinetischer Energie in Wärmeenergie, insbesondere zur Umwandlung von Windkraft und Wasserkraft die letztlich an einer Arbeitswelle ansteht in vorzugsweise zu Heizzwecken dienende Nutzwärme, gekennzeichnet, durch ein geschlossenes mit einer praktisch inkompressiblen Flüssigkeit gefülltes Leitungssystem (4) in das in Strömungsrichtung (5, 6) hintereinander eine mit der Arbeitswelle (1) verbundene Pumpe (3) sowie ein Leitungswiderstand (7) eingefügt sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die inkompressible Flüssigkeit Wasser ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die inkompressible Flüssigkeit Wärmeleitöl ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (3) eine Drahkolbenpumpe ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungswiderstand (7) ein Rohrstück ist das einen geringeren lichten Durchtrittsquerschnitt aufweist als die zum restlichen Leitungssystem gehörenden Rohre.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück eine spiralig geformte Rohrwendel ist.
7. Einrichtung nach Ansprüche 5 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück mit Verwirbelungseinbauten versehen ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Leitungswiderstand (7) mindestens ein Wärmetauscher (8) nachgeschaltet ist.