DE29804891U1 - Vorrichtung zur Umwandlung von Niedertemperaturwärme in elektrische Energie - Google Patents
Vorrichtung zur Umwandlung von Niedertemperaturwärme in elektrische EnergieInfo
- Publication number
- DE29804891U1 DE29804891U1 DE29804891U DE29804891U DE29804891U1 DE 29804891 U1 DE29804891 U1 DE 29804891U1 DE 29804891 U DE29804891 U DE 29804891U DE 29804891 U DE29804891 U DE 29804891U DE 29804891 U1 DE29804891 U1 DE 29804891U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- gas
- pressure
- container
- heat
- vessel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 25
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 14
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 5
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 84
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 44
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 22
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 22
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N monofluoromethane Natural products FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 2
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005679 Peltier effect Effects 0.000 description 1
- 230000005678 Seebeck effect Effects 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RJCQBQGAPKAMLL-UHFFFAOYSA-N bromotrifluoromethane Chemical compound FC(F)(F)Br RJCQBQGAPKAMLL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- WOLDFAYTXKMDAQ-UHFFFAOYSA-N chlorotrifluorosilane Chemical compound F[Si](F)(F)Cl WOLDFAYTXKMDAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- BWTZYYGAOGUPFQ-UHFFFAOYSA-N difluoroacetylene Chemical group FC#CF BWTZYYGAOGUPFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZWWCURLKEXEFQT-UHFFFAOYSA-N dinitrogen pentaoxide Chemical compound [O-][N+](=O)O[N+]([O-])=O ZWWCURLKEXEFQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000011513 prestressed concrete Substances 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000008207 working material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
- F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
- F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
- F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
- F01K25/103—Carbon dioxide
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
- Gas Or Oil Filled Cable Accessories (AREA)
Description
VORRICHTUNG ZUR UMWANDLUNG VON NIEDERTEMPERATURWÄRME IN ELEKTRISCHE ENERGIE
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von Wärme, die
in einem Medium bei relativ niedriger Temperatur gespeichert ist, in elektrische Energie. Bisher ist noch kein Kraftwerk mit großtechnischem
Einsatz und mit einem wirtschaftlich begründeten Wirkungsgrad, welches
Niedertemperaturwärme in brauchbare Energie umwandelt, gebaut worden.
Alle bekannten wirtschaftlich einsetzbaren Wärmeumwandlungssysteme
werden immer bei höherer Arbeitstemperatur betrieben. Zu den Hochtemperaturumwandlungssystemen
gehören die bekannte Dampfmaschine, die Dampfturbine,
die Gasturbine, die Otto- und Dieselverbrennungsmotoren sowie die magnetohydrodynamischen
Generatoren (MHD). Auf dem Plasmagebiet sind industrielle Entwicklungen noch nicht so weit fortgeschritten, daß eine wirt-
\
schaftliche Nutzung der Wärmeumwandlung möglich ist.
2 -
Alle genannten thermischen Maschinen werden mit einem kompressiblen
Medium wie Dampf, Gas oder weitgehend ionisiertem Gasplasma betrieben und deren Wirkungsgrad ist direkt von der Höhe der absoluten Temperatur
abhängig. Der entsprechende Wirkungsgrad ist mit der folgenden thermodynamischen
Gleichung definiert:
T1
WO
T^ = absolute Temperatur des heißen Mediums
T2 = absolute Temperatur des Mediums nach der Abkühlung
Die Betriebstemperatur aller bekannten thermischen Maschinen, welche
Wärme in eine andere Energieform umwandeln, liegt zwischen 5000C und
mehreren tausend Grad Celsius. Deren Wirkungsgrad ist durchschnittlich *y - 0,UQ. Zwischen 50% und 70% der zugeführten Wärme können diese
Maschinen nicht in nutzbare Energie umwandeln, was als Abwärme in die Umwelt abgegeben wird.
Zum Stand der Technik der Umwandlung von Nieder temperaturwärme
Es sind viele Forschungsversuche unternommen worden, um Niedertemperaturwärme,
d.h. unter 2000C, in nutzbare kinetische oder elektrische Energie
umzuwandeln. Bis zur Gegenwart gibt es keine Vorrichtung mittels der die Niedertemperaturwärme für eine breite wirtschaftliche Nutzung in eine
andere nutzbare Energieform umgewandelt werden kann.
-. 3 —
Man hat versucht, verschiedene Verfahren und physikalische Effekte zu
einer nutzbaren Vorrichtung zu entwickeln, um die große Energiemenge, die in Niedertemperaturwärme vorhanden ist, in eine wirtschaftlich nutzbare
Energieform umzuwandeln. Die meisten davon verblieben lediglich als Laborgeräte oder Versuchspilotanlagen. Ein Beispiel ist das sogenannte
Temperaturgefälle-Kraftwerk zur Nutzung des Temperaturunterschiedes
zwischen dem von der Sonne erwärmten Oberflächenwasser tropischer Meere
und dem kälteren tiefen Wasser. Seit 1926 bis zur Gegenwart experimentiert
man mit dieser Idee und versucht, bei einem Unterdruck Wasser oder verschiedene organische Flüssigkeiten zu verdampfen, um dadurch eine Dampfturbine
antreiben zu können.
Ein anderes zum Stand der Technik gehörendes Beispiel ist ein thermoelektrischer
Reaktor, der von radioaktiven Isotopen freigesetzte Wärme mittels einer großen Anzahl von Thermoelementen in elektrische Energie
umwandelt. Solche Geräte werden meistens als mobil-e Energiequellen eingesetzt,
deren Wirkungsgrad jedoch sehr niedrig ist. Ferner sind sogenannte thermische Windkraftanlagen bekannt, bei denen die durch Thermik aufsteigende
Luft in einem Windturm in kinetische Energie umgewandelt wird.
Der bekannte thermoelektrische Generator zur Direktumwandlung von Wärme in
elektrische Energie bei Nutzung des Seebeck-Effektes arbeitet mit geringem Wirkungsgrad und hat deshalb keine breite wirtschaftliche Nutzung gefunden.
Es wurden Versuche unternommen, um Wärme direkt in elektrische Energie
unter Nutzung des Peltier-Effektes umzuwandeln. Die anisotropischen
Kristalle, die man dabei verwendet, sind nicht imstande, die Wärme
• ·
wirtschaftlich in elektrische Energie umzuwandeln.
Letztlich haben auch die Forschungsversuche auf dem Gebiet des Thermomagnetismus
keine Resultate gebracht, um die Niedertemperaturwärme wirtschaftlich in elektrische Energie umzuwandeln.
In der Natur und in der Industrie ist eine enorme Menge an Niedertemperaturwärme
vorhanden. Dieses Energiereservoir wird fast gar nicht wirtschaftlich genutzt, weil bisher keine wirtschaftlich und technisch machbare Vorrichtung
zur Verfügung steht.
Zum Beispiel:
- Geothemische Energie, die im Erdinnern vorhanden ist, stellt einen nahezu
unerschöpflichen Energievorrat dar, bspw., bis zu einer Tiefe von 4 km entspricht dies der Wärmeenergie von 20 Billionen Tonnen Steinkohle. Die
Nutzung der geothermischen Energie aus einer noch größeren Tiefe der Erde garantiert für die gesamte Menschheit die Versorgung mit umweltschonender
Energie für die gesamte Zukunft.
- Im Bereich der industriellen Abwärme bei Wärmeprozessen der chemischen,
der keramischen und der metallurgischen Industrie sowie bei Wärmekraftmaschinen stellt die in Abgase, Abdämpfe und ins Kühlwasser abgehende
Restwärme ebenfalls eine enorme Energiemenge dar, die bisher wirtschaftlich nicht genutzt wird.
- Sonnenenergie, die mittels Sonnenkollektoren im Wasser oder in anderen
flüssigen Medien gespeichert wird, kann man bisher nur direkt nutzen man
kann diese Wärme jedoch nicht in elektrische Energie umwandeln.
- Auch Niedertemperaturwärme, die im Wasser der Ozeane gespeichert ist,
kann man bisher nicht wirtschaftlich in elektrische Energie umwandeln,
weil der Temperaturunterschied zwischen dem erwärmten Oberflächenwasser
und dem kälteren tiefen Wasser niedrig ist und im Bereich zwischen 1O°C
und 250C liegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wärme, welche in einem Medium
bei relativ niedriger Temperatur gespeichert ist, mit einem hohen Wirkungsgrad in elektrische Energie umzuwandeln. Die Erfindung ist in der Wirtschaft
vielseitig einsetzbar.
Diese Aufgabe läßt sich erfindungsgemäß mittels einer Vorrichtung lösen,
in der Gas als Arbeitsmedium eingesetzt wird und die in einem geschlossenen Arbeitskreisprozeß bei höherem absolutem Gasdruck arbeitet und die dem Gas
zugeführte Wärme in mechanische und dann in elektrische Energie umwandelt.
An dieser Stelle muß betont werden, gemäß der thermodynamischen Lehre kann
ein Wärmeumwandlungssystem nur dann wirtschaftlich arbeiten, wenn die innere Energie des Gases sehr hoch ist. Nach der Zustandsgieichung
pV = nRT
ist die innere Energie durch die absolute Temperatur T und durch den
absoluten Druck &rgr; des in dem Volumen V geschlossenen Gases gegeben.
Symbol &eegr; ist die Zahl der MOL des Gases im Volumen V und R ist die
Gaskonstante.
Die Zustandsgieichung zeigt, daß zwei Parameter die innere Energie des
Gases bestimmen, nämlich, die absolute Temperatur und der absolute Druck
des Gases. Der eine oder der andere Parameter ist thermodynamisch nötig,
um das Gas in einer entsprechenden Vorrichtung nutzbare Arbeit leisten zu
lassen. Alle bisherigen Vorrichtungen, die zum Stand der Technik gehören, nutzen die absolute Temperatur, um die innere Energie des Gases hochzuhalten.
Deshalb beträgt die Betriebstemperatur der Dampfmaschine mehrere hundert Grad Celsius und die Betriebstemperatur der Gasturbine oder des
MHD-Generators liegt im Bereich von mehreren tausend Grad Celsius.
Im Gegensatz zum Stand der Technik nutzt die vorliegende Erfindung den
absoluten Druck, um die innere Energie des Gases hochzuhalten. Das ist die
Neuheit dieser Erfindung.
Die Aufgabe läßt sich erfindungsgemäß mittels eines einfachen thermodynamischen
Vorgangs lösen, in dem in zwei zusammengekoppelten Druckbehältern Gas auf einen hohen absoluten Druck verdichtet wird und man dann in einen
dieser Druckbehälter Wärme zuführt, wodurch der Gasdruck weiter erhöht wird. Der zweite Druckbehälter wird gleichzeitig gekühlt. Nach diesem Vorgang
entsteht zwischen den zwei Druckbehältern ein relativer Gasdruckunterschied. In dem ersten Druckbehälter steigt der Gasdruck durch die zugeführte
Wärme höher als in dem relativ kälteren zweiten Behälter, der durch Kühlungsmittel gekühlt wird. Mittels dem so entstehenden relativen Gasdruck
wird eine Arbeitsmaschine betrieben, die wiederum einen elektrischen Generator antreibt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, weitere Einzelheiten und vorteilhafte
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert.
Es zeigt schematisch
Fig. 1 in Seitenansicht zwei Druckbehälter mit Wärmetauscher und Arbeitsmaschine, elektrischem Generator und einer Pumpe für
Flüssigkeit.
Fig. 2 in Seitenansicht vier Druckbehläter, die gemäß Fig. 1 zwei
Einheiten der Vorrichtung darstellen und mit einer Wärmetransportleitung
verbunden sind.
Fig. 3 in Seitenansicht drei Druckbehälter mit Wärmetauscher, Arbeitsmaschine,
elektrischem Generator und Verbindungsrohrleitungen.
Fig. 4 in Seitenansicht fünf Druckbehälter, die gemäß Fig. 3 eine Einheit
darstellen, mit Rohrleitungen für Gas sowie mit Rohrleitungen für den Wärmetransport und für die Kühlung.
Anhand Fig. 1 bis h wird zunächst das Wesentliche des.thermodynamischen
Prinzips erläutert, das der Vorrichtung zugrunde liegt. In Fig. 1 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem in Druckbehälter 1 und in Druckbehälter 2
Gas, wie Kohlendioxyd (CC^), von außen durch Rohrleitung 3 und k zugeführt
und auf einen hohen absoluten Druck komprimiert wird. Beide Gasdruckbehälter
1 und 2 sind mit Verschlußdeckel 5, 6 dicht verschlossen. Im Innern von
Behälter 1 befindet sich Wärmetauscher 7, der durch Rohrleitung 8 an einer außenstehenden Wärmequelle angeschlossen ist. Im Innern von Behälter 2
ist ebenfalls ein Wärmetauscher 9, der durch Rohrleitung 10 an einem außenstehenden
Kühlungsreservoir angeschlossen ist. Im Behälter 2 sind zusätzlich eine Arbeitsmaschine 11, wie Kolbenkraftmaschine oder Gasturbine, und ein
elektrischer Generator 12 befestigt. Der elektrische Isolator IA ist in
der Wand des Behälters 2 gasdicht eingebaut. Im unteren Bereich von
Behälter 2 ist ferner eine elektrisch angetriebene Pumpe 13 zur Förderung
des flüssigen Gases eingebaut. Durch Leitung 18 wird flüssiges Gas von
Behälter 2 in Behälter 1 gepumpt. Die Vorrichtung in Fig. 1 stellt eine volle Arbeitseinheit der Vorrichtung dar. -
Die zum Behälter 1 von außen zugeführte Wärme wird in dieser Einheit
zunächst in mechanische und dann in elektrische Energie umgewandelt. Die elektrische Energie wird mittels der elektrischen Leitung 15 nach außen
geführt. Es ist wichtig zu wissen, daß die mechanische Energie nicht mittels einer Welle nach außen durch die Wand des Behälters übertragbar ist,
weil es dafür keine entsprechende Dichtung gibt. Man kann nur elektrische Energie mittels des elektrischen Isolators 14 von einem solchen Druckbehälter
nach außen führen.
Die Vorrichtung in Fig. 1 wird nach den folgenden Stufen in Betrieb gesetzt:
Als thermpdynamisches:. Arbeitsmedium wird.zunächst Kohlendioxyd (CO2) benutzt
j dessen kritische Temperatur 310C und dessen kritischer Druck 72,9 atm
ist. Es ist wichtig zu erwähnen, daß das Kohlendioxyd bei einem Druck von 72,9 atm und bei einer Temperatur, die niedriger ist als 31°C, verflüssigt.
Noch wichtiger ist, bei einer höheren Temperatur als die kritischen 31°C
gelingt es nicht, das CO2 zu verflüssigen, selbst wenn man tausende von atm
Druck anwendet. Über der kritischen Temperatur von 31°C bleibt das CO2 immer
Gas. Über Leitung 3 und gleichzeitig durch Leitung 4 wird in Behälter 1 bzw. Behälter 2 CO2 zugeführt. Das Gas wird auf einem höheren absoluten Druck
als dem kritischen Druck verdichtet und gleichzeitig wird die Temperatur mit Hilfe von Wärmetauscher 7 bzw. 9 in beiden Behältern 1 und 2 leicht
über den kritischen 310C gehalten. Dies bedeutet, das CO2 bleibt in beiden
Behältern in der Gasphase. In beiden Behältern ist derselbe Gasdruck. Nach dem Füllen beider Behälter 1, 2 mit CO2 werden die Zufuhrleitungen 3
und 4 geschlossen. Jetzt kann der Arbeitsprozeß beginnen. Durch Leitung 8 wird warmes Wasser in den Wärmetauscher 7 geführt. Die Temperatur des CO2
im Behälter 1 steigt. Gleichzeitig wird der Wärmetauscher 9 im Behälter 2 mit Kühlwasser gekühlt. Die Temperatur des CO2 sinkt unter die kritische
Temperatur von 31°C. Am Boden von Behälter 2 sammelt sich flüssiges CO2·
Die elektrische Pumpe 13 wird durch elektrische Leitung 17 in Betrieb gesetzt. Flüssiges CO2 fließt durch Rohrleitung 18 von Behälter 2 in den
Behälter 1. Der Arbeitszyklus ist dann völlig in Gang gesetzt, wenn das CO2
vom Behälter 1 durch Rohrleitung 19 in den Behälter 2 strömt und die Arbeitsmaschine 11 dabei in Gang gesetzt wird. Die Arbeitsmaschine 11
setzt den elektrischen Generator 12 in Betrieb, wodurch elektrische Energie erzeugt wird. Durch die elektrische Leitung 15 wird die elektrische Energie
nach außen geführt.
Konkrete Daten, die den Arbeitsprozeß veranschaulichen, sind in Tabelle 1
aufgeführt.
Symbole in Tabelle 1
Nr. = Nummer des Testes
V = Volumen des Behälters 1 bzw. 2 in m^
P0 = absoluter Gasdruck in atm
Tj = absolute Gastemperatur im Behälter 1 in Kelvin
T2 = absolute Gastemperatur im Behälter 2 in Kelvin
&Dgr;&tgr; = Unterschied in der Gastemperatur.zwischen Behälter 1 und 2 in Celsius
Pj = Gasdruck im Behälter 1 in atm
- 10 -
P2 = Gasdruck im Behälter 1 in atm
Af = Betriebsdruck, d.h., Gasdruckunterschied zwischen P^ und P2 in atm
Q = im Behälter 1 gespeicherte Wärme in Kilokalorien
W = Energiekapazität, die im Behälter 1 vorhanden ist, in Megajoule
kWh/Tag = elektrische Leistung der Anlage in Kilowattstunden pro Tag
Wasser = Wassermenge, die durch den Wärmetauscher 7 in Einheiten von
Litern pro Minute fließt.
Die Daten in Tabelle 1 zeigen, daß beide Gasdruckbehälter ein Volumen von
10 nH aufweisen. Die Daten in Test Nr. 1 zeigen, daß die Arbeitstemperatur
d.h., der Unterschied zwischen Behälter 1 und 2, 5O0C beträgt. Der absolute
Druck des CO2 ist 200 atm. Der Temperaturunterschied von 500C im Behälter 1
erhöht den Gasdruck um &Dgr;&rgr; = 33 atm. Das ist der Arbeitsdruck, der über die
200 atm des absoluten Drucks gestiegen ist. Durch Rohrleitung 19 und bei dem Arbeitsdruck von 33 atm wird die Arbeitsmaschine 11 betrieben. Die mechanische
Arbeit wird durch eine Kupplung (Welle) an den elektrischen Generator übertragen. Die induzierte elektrische Energie in Generator 12 wird mittels
Kabel 15 zur wirtschaftlichen Nutzung nach außen geleitet.
Im Wärmetauscher 9 fließt Kühlwasser, wodurch die Temperatur des Gases im
Behälter 2 unter der kritischen Temperatur von 310C gehalten wird. Gemäß
der thermodynamischen Zustandsgieichung kondensiert ein Teil des CO? und
sammelt sich als flüssiges Gas auf dem Boden von Behälter 2. Pumpe 13 pumpt die Flüssigkeit in Behälter 1 zurück. In Behälter 1 liegt die Temperatur
über der kritischen Temperatur des CO2 und deshalb verdampft das zugeführte
flüssige Gas. Nach diesem Vorgang wird der Gasdruck in Behälter 1 immer höher sein als in Behälter 2. Ein solcher abgeschlossener Arbeitszyklus verläuft
kontinuierlich beliebig langeweiter.
Die technischen Daten in Tabelle 1 entsprechen den quantitativen Werten,
die mit den bekannten thermodynamischen Gleichungen nachweisbar sind.
Test Nr. 1 in Tabelle 1 zeigt, die thermale Speicherkapazität des Gases
in Behälter 1 beträgt 35.692 Kilokalorien'oder 149 Megajoule. Nach experimentellen
Resultaten wird von der gespeicherten Energiemenge alle 20 Minuten eine Hälfte davon in elektrische Energie umgewandelt. Technisch ist
ein solches Resultat nur von den Qualitäten des Wärmetauschers 7 und des Wärmetauschers 9 abhängig, ansonsten von nichts. Gemäß Test Nr. 1 werden
pro Stunde und pro Tag 1.494 Kilowattstunden elektrische Energie erzeugt.
Dabei fließen 36 Liter warmes Wasser pro Minute durch Wärmetauscher 7 in Behälter 1. Das Resultat in Test Nr. 1 zeigt, daß der Wirkungsgrad der
Vorrichtung im Bereich von 50% liegt. In Tabelle 1 sind weitere numerische
Beispiele aufgeführt. Die Daten in Test Nrs. 1 bis 5 zeigen, die Leistung der Vorrichtung (Kilowattstunden pro Tag)steigt mit zunehmendem Druck PQ
und das bei konstanter &Dgr;&Tgr; = 50°, In Test Nr. 5 ist der absolute Druck
1.500 atm und die Leistung beträgt bei einem Temperaturunterschied von 500C
11.207 kWh/pro Tag.
Bei einem Temperatürunterschied von 700C zeigen die Daten in Test Nrs. 6 bis
10 ebenso eine Leistungssteigerung. Weitere Leistungssteigerungen bei einem Temperaturunterschied von 1200C sind von den Daten in den Test Nrs. 11 bis
15 erkennbar. Die Daten in Tabelle 1 demonstrieren eindeutig, daß die Leistung der Vorrichtung linear mit dem absoluten Druck des Gases ansteigt.
Ferner steigt die Leistung der Verrichtung mit einem Anstieg des Temperaturunterschieds
zwischen dem Gas in Behälter 1 und 2. Diese Regel ist von großer wirtschaftlicher Bedeutung. Jeder Fachmann sieht, die Daten in
:C &igr;- ■ · «
- 12 -
Tabelle 1 sind so zu nutzen, daß bei einem niedrigen Wärmeunterschied
zwischen Wärmeträger und Kühlung ein höherer absoluter Druck in beiden Behältern notwendig ist. Gemäß der Erfindung kann man sogar Niedertemperaturwärme
bei einem Unterschied von 1O0C wirtschaftlich in elektrische Energie
umwandeln. Wenn z.B. der absolute Druck P0 = 3.000 atm und der Temperaturunterschied
100C ist, dann beträgt der Arbeitsdruck &Dgr;&Rgr; = 100 atm.
Einen solchen Arbeitsdruck von 100 atm kann man technisch leicht in mechanische und dann weiter in elektrische Energie umwandeln.
Im Stand der Technik ist nicht bekannt, daß eine Kolbenkraftmaschine oder
eine Gasturbine oder eine andere Kräftmaschine bei einem Gasdruck von
3.000 atm arbeiten kann. Schon bei einem Druck von 50 atm in der Gasturbine stellt ein technisches fast unlösbares Problem dar und zwar im Bereich der
inneren Dichtung und der Materialfestigkeit nach außen. Die bekannte Turbine
würde bei 3.000 atm ganz einfach explodieren.
Die Erfindung gemäß der Vorrichtung hat dieses technische Problem dadurch
gelöst, indem die Arbeitsmaschine 11 und der elektrische Generator 12 sowie Pumpe 13 im Innern des Druckbehälters 2 eingebaut sind. Infolge dieser
Lösung wird der hohe absolute Gasdruck für die Maschinen 11, 12 und 13 total beseitigt. Nach den üblichen technischen Regeln braucht die Arbeitsmaschine
11 nur den relativen Gasdruck &Dgr; P in Tabelle 1 über ihre Dichtung standhalten. Eine solche technische Lösung macht die Vorrichtung gemäß der
Erfindung billig und einfach herstellbar. Bei dem Arbeitsprozeß, der Vorrichtung
in Fig. 1 muß man darauf achten, daß die elektrische Energieabgabe und die Wärmeenergiezufuhr zeitlich so geregelt sind, daß die COo-Verflüssigung
immer mit dem C02~Druck optimal gehalten wird. Bekannte elektronische Regelsysteme
sind imstande, diese Aufgabe zu erfüllen. '
Wenn die Vorrichtung bei einem extremen absoluten Druck PQ betrieben wird,
wird ein Zusatzgas, wie trockene Luft, in Behälter 2 zugeführt. Eine solche Gasmischung arbeitet nach der thermodynamischen Regel eines Partialdrucks.
Wenn der Parialdruck des CO2 bspw. 200 atm und der Partialdruck der trockenen Luft 800 atm ist, bedeutet dies, im Behälter 2 ist ein
absoluter Druck von 1.000 atm. Die Luft bleibt im Behälter 2 wie ein Gaspolster und beteiligt sich nicht an dem Arbeitsprozeß. Dies geschieht,
weil Luft in diesem Arbeitsprozeß nicht verflüssigt wird und immer über der flüssigen Phase des CO2 im Behälter 2 bleibt. Wenn man die Vorrichtung
nicht bei extremem absolutem Druck P0 betreiben will, dann ist eine
Doppeleinheit der Vorrichtung die technische Lösung dafür. In Fig. 2 sind zwei gekoppelte Einheiten dargestellt. Die zwei geheizten Behälter 21 und
sind durch Heißwassrleitung 25, 26, 27 in einer Serie angeschlossen, wodurch die Wärme bei zwei Temperaturstufen an das Gas abgegeben wird. Das noch warme
Wasser von Behälter 21 fließt weiter in Behälter 22 und gibt die Wärme an das sich dort befindliche Gas ab. Der gekühlte Behälter 23 ist mit den
Gasleitungen 28, 29 am Behälter 21 genauso angeschlossen wie in Fig.l mit
den Symbolen 18 und 19 dargestellt ist. Gasleitungen 30, 31 zwischen den Behältern 22 und 24 verlaufen ebenso. Kühlungsleitung 32 zum Behälter 23
und Kühlungsleitung 33 zum Behälter 24 sind genauso ausgeführt wie Leitung Fig. 1. Wenn die Vorrichtung in Fig. 2 technisch gut ausgeführt ist, dann
steigt deren Wirkungsgrad in den Bereich von 0,6. Das Arbeitsmedium der Vorrichtung in Fig. 1 und Fig. 2 muß nicht nur Kohlendioxyd (CO2) sein.
Es gibt auch viele andere Gase, deren kritische Temperatur relativ hoch und deren kritischer Druck relativ niedrig ist,wie zum Beispiel:
- 14 -
Monofluoro-Methan (CH3F) Tk = 44,60C und Pk = 58 atm
Monobromotrifluoro-Methan (CBrF3) TR = 67°C und Pk = 50,3 atm
Azetylen (C2H2) · Tk = 35,50C und Pk = 61,6 atm
Difluoro Azetylen (C2H2F2) . Tk = 30,10C und Pk = 68 atm
Äthan (C2H6) Tk = 32,20C und Pk = 48,2 atm
Nitrooxyd (N2O) Tk = 36,50C und Pk = 71,7 atm
Chlorotrifluoro-Silan (SiClF3) Tk = 34,50C und Pk = 34,2 atm
und andere Gase, die ebenfalls als Arbeitsstoff in der Vorrichtung
einsetzbar sind.
Selbstverständlich ist der billigste und einfachste Arbeitsstoff Luft.
Leider hat Luft die kritische Temperatur von Tieftemperaturen und liegt
bei -15O0C. Aus diesem Grunde ist ein solcher Arbeitsstoff nicht ohne
weiteres in der Vorrichtung in Fig. &iacgr; und 2 einsetzbar. Für die Nutzung
von Luft als Arbeitsstoff muß man die Vorrichtung in Fig. 1 entsprechend ändern, was in Fig. 3 dargestellt ist. Im Innern von Behälter A ist nur
Wärmetauscher 34 angeordnet. Im Innern von Behälter B ist ebenfalls nur Wärmetauscher 35 befestigt. Im Behälter C sind Arbeitsmaschine 36 und
elektrischer Generator 37 angebracht. Behälter C wird durch einen in Fig. nicht dargestellten Wärmetauscher gekühlt. Bevor der Arbeitszyklus beginnt,
werden alle drei Behälter A·, B, C durch Leitung 38 mit Luft gefüllt und auf den gewünschten absoluten Druck verdichtet. Dafür werden Gasventile
39, 40 und 45 geöffnet. Die Behälter A, B, C sind mit ähnlichen Gasleitungen 41, wie in Fig. 1 dargestellt, miteinander verbunden.
Beim Füllen der Vorrichtung in Fig. 3 wird Behälter A mittels Wärmetauscher
34 gekühlt und Behälter B wird mittels Wärmetauscher 35 auf die gewünschte
II* ■··· &bgr;··
- 15 -
Temperatur geheizt. Test Nr. 1 in Tabelle 2 veranschaulicht die entsprechenden
Daten dafür. Danach beginnt der Arbeitszyklus. Gasventile 39, 40, 42, 43 und 45 sind geschlossen. Danach wird die Luft im Behälter A mittels
Wärmetauscher 34 geheizt. Gleichzeitig wird die Luft im Behälter B mittels Wärmetauscher 35 gekühlt. Bei einem Temperaturunterschied bildet sich
zwischen Behälter A und Behälter B ein relativer Luftdruck &Dgr;&Rgr;^-&bgr;·
Test Nr. 2 in Tabelle 2 veranschaulicht ein Beispiel, wenn die Lufttemperatur im Behälter A 5.O0C höher ist als im Behälter B. Der relative durchschriittliehe
Arbeitsdruck &Dgr;&rgr;^ beträgt 33 atm. Die gespeicherte Wärme beträgt
31.230 kcal. Die so vorhandene Ernergie wird in der Arbeitsmaschine 36 in mechanische Arbeit umgewandelt, die dann im elektrischen Generator in
elektrische Energie umgesetzt wird. Dies geschieht, wenn Ventile 42 und 39 geöffnet werden, d.h., wenn die Luft von Behälter A zur Arbeitsmaschine 36
fließt. Über Luftausgang 20 fließt die Luft von Arbeitsmaschine 36 in Behälter C und durch Ventil 39 zum Behälter B. Bei diesem Arbeitsvorgang
fällt der Luftdruck im Behälter A und im Behälter B steigt der Luftdruck. Der durchschnittliche Arbeitsdruck &Dgr;&rgr;^ ist die physikalische Größe,
welche die mechanische Arbeit leistet. Wenn der Arbeitsdruck an die Grenze des nutzbaren Drucks fällt, werden Ventil 42 und 39 geschlossen und Ventil
45 an Gasleitung 44 wird für eine kurze Zeit geöffnet. Nach dem Öffnen von Ventil 45 wird der Restdruck in Behälter A mit dem Druck in Behälter B
ausgeglichen. Dann wird Ventil 45 geschlossen.
Jetzt wird der Arbeitsvorgang in umgekehrte Richtung ausgeführt. Die Wärmeenergie
wird zum Behälter B geführt. Durch Wärmetauscher 35 wird die Luft im Behälter B geheizt und gleichzeitig wird die Luft im Behälter A durch Wärmetauscher
34 gekühlt. Entsprechende numerische Daten für diesen Arbeitsvor-
- 16 -
gang sind in Test Nr. 3, Tabelle 2, aufgeführt. Dieser Vorgang dauert
ca. 15 Minuten, d.h., in dieser Pause liefert die Vorrichtung in Fig. 3 keine elektrische Energie. Nach 15 Minuten werden Ventil A3 und 40 geöffnet
und Luft fließt von Behälter B durch Arbeitsmaschine 36 zum Ausgang in Behälter C und von Behälter C durch Ventil 40 weiter zum Behälter A.
Test Nr. 3 in Tabelle 2 zeigt alle technischen Daten, die mit diesem Umwandlungsvorgang verbunden sind. Nach dem Ausgleich des Restdrucks durch
Leitung 44 und nach Schließung von Ventil 43, 40 und 45 beginnt wiederum derselbe Vorgang in umgekehrte Richtung, d.h., Behälter A wird wieder geheizt
und Behälter B wird gekühlt usw. Die technischen Daten in Tabelle 2 lassen erkennen, daß die Arbeitsvorgänge bei dieser Vorrichtung immer wieder die
Richtung wechseln.
Symbole in Tabelle 2
BEH = Behälter, in dem die Luft geheizt wird
^A = absolute Temperatur in Behälter A in Kelvin
Tg = absolute Temperatur in Behälter B in Kelvin
P^ = absoluter Druck in Behälter A in atm
Pg = absoluter Druck in Behälter B in atm
Fq = absoluter Druck in Behälter C in atm
^A-B = Druckunterschied zwischen Behälter A und B in atm
= durchschnittlicher Arbeitsdruck in atm
Die anderen Symbole in Tablle 2 sind dieselben wie in Tabelle 1.
Die Vorrichtung in Fig. 3 ist sehr einfach und mittels einer elektronischen
Steuerung leicht zu betreiben. Deren Nachteil ist jedoch, daß eine bestimmte
- 17 -
Pause für die Wärmespeicherung in einem Behälter und der Abkühlung im
anderen Behälter notwendig ist. Dieses technische Problem ist gemäß der Erfindung gelöst und zwar mit einer Kopplung der Vorrichtung, was in
Fig. 4 dargestellt ist. Behälter A, B und C in Fig. 4 sind dieselben wie in Fig. 3. Zusätzlich sind an Behälter C Behälter A1 und Behälter B1 mit
änlicher Gasleitung 41 wie oben angeschlossen. Zwischen Behälter A und B bzw. A1 und B1 ist ebenfalls eine Gasleitung 44, wie in Fig. 3, angeordnet
und dient, wie oben, für den Restdruckausgleich. Eine so konstruierte Vorrichtung ermöglicht einen kontinuierlichen Betrieb ohne die obengenannte
Pause und liefert ununterbrochen elektrische Energie. In der Zeit, wenn Luft mit einem entsprechenden Arbeitsdruck in Behälter A die Arbeitsmaschine
36 betreibt, wird Behälter A1 geheizt und Behälter B1 gekühlt.
Wenn der Arbeitsdruck auf einen bestimmten Wert herunterfällt, werden Behälter A und B von Behälter C abgekoppelt und Behälter A1 und B1 an
Behälter C angeschlossen. Dann fließt die Luft in umgekehrte Richtung.
Somit wird die Arbeitsmaschine 36 den elektrischen Generator 37 kontinuierlich betreiben.
Mittels der elektronischen Steuerung ist das Wechseln solcher Arbeitsvorgänge
leicht durchführbar. Die Wärmetauscher können nach bekannter
Leitungsarmatür leicht von Heizung auf Kühlung umwechseln. Das Beispiel
in Fig. 4 zeigt, daß das warme Wasser durch Leitung 46 über den Wärmetauscher
in Behälter B fließen kann. Dabei sind Ventile 48 geöffnet und Ventile 49 geschlossen. Im zweiten umgekehrten Vorgang wird das Kühlungsmedium
durch Leitung 47 zum Wärmetauscher im Behälter B geführt. Dabei sind Ventile 49 geöffnet und Ventile 48 geschlossen. Leitung 46 ist am
Wärmemediumreservoir und Leitung 47 ist am Kühlungsmediunweservoir angeschlossen.
Die genannten Reservoire sind in Fig. 4 -nicht -dargestellt.
In Fig. 4 ist eine Arbeitseinheit der Vorrichtung gemäß der Erfindung
veranschaulicht. Mann kann mehrere solcher Einheiten zusammenschließen und als Kraft-Wärme-Koppelung ein riesiges Kraftwerk bauen. Für einen
solchen Komplex sind bekannte elektronische Regel- und Steuerungssysteme technisch leicht einsetzbar, wodurch ein solches Kraftwerk voll automatisiert
wird. Im Fall einer Havarie wird die Umwelt nicht belastet, weil das Arbeitsmittel nur trockene Luft ist. Ferner belastet ein solches Kraftwerk",
die Umwelt durch keinerlei Schadstoffe.
ABSCHLUß
a) Neuheit der Erfindung
Ein Gas kann nur dann wirtschaftlich mechanische Arbeit leisten, wenn
seine innere Energie nach der Zustandsgieichung hoch ist. Bis zur Gegenwart
hat man die innere Energie des Gases durch eine hohe absolute Temperatur T erreicht.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die innere Energie des Gases
als Arbeitsmittel durch einen hohen absoluten Druck PQ erzielt,
demzufolge die Gastemperatur auf einer niedrigen Stufe bleiben kann. Gerade das ist der thermodynamische Vorteil dieser Erfindung, nämlich,
daß die Niedertemperaturwärme wirtschaftlich in elektrische Energie
umgewandelt wird. Das ist der erste Neuheitsparameter der Erfindung.
Eine Energieumwandlungsvorrichtung zu bauen, die bei einem hohen absoluten
Gasdruck betrieben wird, ist technisch nur dann möglich, wenn die Umwandlungsmaschinen, wie die Kolbenkraftmaschine oder die Gasturbine,
die entsprechende Festigkeit aufweisen und einem Druck von hunderten, sogar tausenden Atmosphären standhalten. Nach dem Stand der Technik
IQ
gibt es eine solche Maschine nicht und sie zu entwickeln wäre mit einem
ungeheuren finanziellen und technischen Aufwand verbunden.
- Gemäß der Erfindung sind die Arbeitsmaschine 11 und 36, der elektrische
Generator 12 und 37 und Pumpe 13, welche mit einem Elektromotor betrieben wird, im Innern des Gasdruckbehälters 2 oder des Behälters C
angebracht. Durch diese technische Lösung sind die genannten Arbeitsmaschinen völlig von der Wirkung des absoluten Drucks befreit. Die
im Behälter 2 oder C angeschlossenen Arbeitsmaschinen sind lediglich
dem Arbeitsdruck &Dgr;&rgr; ausgesetzt. Der Arbeitsdruck &Dgr;&Rgr; wird so
gewählt, daß die genannten Arbeitsmaschinen dafür geeignet sind. Die elektrische Energieabgabe von der Vorrichtung nach außen erfolgt
durch einen elektrischen Isolator 14. Nach dem Stand der Technik kann man keine Welle nutzen, um die mechanische Energie durch die Wand eines
Druckbehälters nach außen zu führen.
Im Stand der Technik gibt es z.B. die Gasturbine, die in einem geschlossenen
Kreislauf betrieben wird. Deren Arbeitstemperatur ist hoch, im Bereich von tausenden Grad Celsius und der Gasdruck der Turbine liegt
zwischen 50 und 80 atm. Bereits ein so niedriger Gasdruck, aber bei einer hohen Temperatur, ist für die innere Dichtung der Turbine ein technisches
Problem. Das Schaltschema einer geschlossenen Gasturbine ist mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung nicht vergleichbar.
b) Vorteile der Erfindung
Die Vorrichtung ist hauptsächlich im Bereich der Umwandlung von
Niedertemperaturwärme vorteilhaft.
- 20 -
Der Wirkungsgrad der Vorrichtung liegt im Bereich von 0,5, d.h., die
Vorrichtung ist imstande, eine große Menge Niedertemperaturwärme wirtschaftlich in elektrische Energie umzuwandeln. Der Wirkungsgrad
kann mittels der folgenden thermodynamischen Gleichung berechnet werden:
00
Q^ = die an das Arbeitsmittel abgegebene Wärme
0.2 = die an die Kühlung abgegebene Wärme
Die Vorrichtung ist technisch sehr einfach, leicht herstellbar und
alle Bauteile sind kommerzielle Produkte.
Das Arbeitsmittel ist einfaches Gas wie CO2 oder trockene Luft oder
andere Gase, die ebenfalls kommerzielle Produkte sind. Die Investitionen für den Bau einer Anlage gemäß der Vorrichtung betragen nur ein
Drittel der Investitionen, die für bekannte Kraftwerke erforderlich sind.
Niedertemperatur—Gasdruckbehälter, die man für den Bau der Vorrichtung
benötigt, sind bis ca. 1.000 atm auf dem Markt vorhanden. Behälter mit
einem großen Volumen für große Kraftwerke werden unterirdisch als Spannbetonbehälter installiert. Erfahrungen auf diesem Gebiet sind im
Bereich der Atomindustrie vorhanden. Der Autor der vorliegenden Erfindung wird in Kürze eine Patentanmeldung einreichen, die eine technische
Lösung des Hochdruckbehälters für den Bereich über 1.000 atm vorstellt.
- 21 -
- Gemäß der Erfindung ist die Vorrichtung ein umweltschonender Energieumwandler.
Der Arbeitszyklus findet in einem geschlossenen Kreis statt, demzufolge die Vorrichtung keine Schadstoffe erzeugt.
- Im Fall einer Havarie ist eine Umweltbelastung nicht möglich, weil
das Arbeitsmittel Luft oder CO2 ist - oder andere chemisch stabile Gase.
c) Einsatzbereiche
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist dort wirtschaftlich einsetzbar,
wo ein Niedertemperaturwärmemedium vorhanden ist. Sogar bei einem Temperaturunterschied
von 100C zwischen dem warmen und dem kalten Medium wird
die Vorrichtung eine wirtschaftliche Wärmeumwandlung leisten.
Die wirtschaftlich-technische Nutzung der Erfindung ist enorm, weil
Niedertemperatur in unerschöpflichen Mengen vorhanden ist.
Anwendungsbereiche:
- Im Bereich der geothermischen Energie, die in der Tiefe des Erdinnern
vorhanden ist.
- Im Bereich der industriellen Abwärme bei Wärmeprozessen der gesamten
Industrie. Hier sind Träger der Abwärme Gase, Wasserdampf, Kühlwasser usw.. Solche Niedertemperaturwärmeträger sind in der Vorrichtung
einsetzbar.
- Gemäß der Erfindung ist es möglich, ein Sonnenkraftwerk zu bauen, in
dem Niedertemperaturwärme von Sonnenkollektoren mit einem Wirkungsgrad von 50% in elektrische Energie umgewandelt wird.
- 22 -
- Im Bereich des Sonnen-Wasser-Kraftwerkes zur Nutzung der Wärme, die
in der Oberschicht des Ozeanwassers vorhanden ist. Zwischen der oberen
Wasserschicht und dem tiefen Wasser besteht ein Temperaturunterschied von ca. 25°C.
- Im Bereich der Kernenergie: Eine Kupplung der Vorrichtung gemäß der
Erfindung mit einem Niedertemperatur-Kernreaktor zum Antrieb von atomaren U-Booten, Schiffen sowie als Energiequelle für Erdsatelliten.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist technisch imstande, die gesamte
Energieindustrie "umzudrehen" und ermöglicht den Bau neuer Kraftwerke mit einem hohen Wirkungsgrad und einer niedrigen Schadstoffemission. Für jeden
Fachmann, der mit dieser Vorrichtung vertraut wird, ist erkennbar, daß die gesamte Energiewirtschaft mit dieser neuen Technologie einen großen
Reichtum für die Energiewirtschaft selbst und für die Gesellschaft erzielen wird. Der Erfinder ist jederzeit bereit, sein vor langer Zeit erworbenes
Know-how vernünftigen Mitarbeitern im Bereich der technischen Entwicklung sowie im Bereich der Finanzierung zu übermitteln und mit ihnen zusammenzuarbeiten.
| V | P0 | Tl | T2 | T | 0C | Pl | P2 | &Dgr;&Rgr; | Q | W | kWh/Tag | Wasser | |
| Nr. | m3 | atm | 0K | 0K | 50 | atm | atm | atm | kcal | MJ | 1.494 | l/min | |
| 1 | 10 | 200 | 353 | 303 | 50 | 233 | 200 | 33 | 35.692 | 149 | 3.735 | 36 | |
| 2 | 10 | 500 | 353 | 303 | 50 | 582 | 500 | 82 | 89.230 | 373 | 5.230 | 89 | |
| 3 | 10 | 700 | 353 | 303 | 50 | 815 | 700. | 115 | 124.923 | 523 | 6.724 | 125 | |
| 4 | 10 | 900 | 353 | 303 | 50 | 1.048 | 900 | 148 | 160.615 | 672 | 11.207 | 160 | |
| 5 | 10 | 1.5Ö0 | 353 | 303 | 70 | 1.747 | 1.500 | 247 | 267.692 | 1.120 | 2.092 | 268 | |
| 6 | 10 | 200 | 373 | 303 | 70 | 246 | 200 | 46 | 49.969 | 209 | 5.230 | 36 | |
| 7 | 10 | . 500 | 373 | 303' | 70 | 615 | 500 | 115 | 124.923 | 523 | 7.322 | 89 | |
| 8 | 10 | 700 | 373 | 303 | 70 | 861 | 700 | 161 | 174.892 | 732 | 9.414 | 125 | |
| 9 | 10 | 900 | 373 | 303 | 70 | 1.108 | 900 | 208 | 224.861 | 941 | 15.690 | 160 | |
| 10 | 10 | 1.500 . | 373 | 303 | 120 | 1.846 | 1.500 | 346 | 374.768 | 1.569 | 3.586 | 268 | |
| 11 | 10 | 200 | 423 | 303 | 120 | 279 | 200 | 79 | 85.661 | 358 | 8.966 | 36 | |
| 12 | 10 | 500 | 423 | 303 | 120 | 698 | 500 | 198 | 214.153 | 896 | 12.552 | 89 | |
| 13 | 10 | 700 | 423 | 303 | 120 | 977 | 700 | 277 | 299.815 | 1.255 | 16.139 | 125 | |
| 14 | 10 | 900 | 423 | 303 | 120 | 1.256 | 900 | 356 | 385.476 | 1.614 | 26.898 | 160 | |
| 15 | 10 | 1.500 | 423 | 303 | 2.094 | 1.500 | 594 | 642.460 | 2.689 | 268 |
| BEH | V | Po | ta | TB | &Dgr;&tgr; | Pa | PB | pC | &Dgr;&rgr;&agr;_&bgr; | Apd | Q | kWh/Tag | Wasser | |
| Nr. | B | m3 | atm | 0K | 0K | 0C | atm | atm | atm | atm | atm | kcal | - | l/min |
| 1 | A | 10 | 200 | 303 | 353 | 50 | 200 | 200 | 200 | 0 | - | - | 1.307 | 32 |
| 2 | B | 10 | 200 | 353 | 303. | 50 | 233 | 171 | 200 | 62 | 33 | 31.230 | 1.307 | 32 |
| 3 | A | 10 | 200 | 303 | 353 | 50 | 171 | 233 | 200 | 62 | 33 | 31.230 | 4.576 | 32 |
| 4 | B | 10 | 700 | 353 | 303 | 50 | 815 | 600 | 700 | 215 | 115 | 109.307 | 4.576 | 110 |
| 5 | A | 10 | 700 | 303 | 353 | 50 | 600 | 815 | 700 | 215 | 115 | 109.307 | 1.830 | 110 |
| 6 | B | 10 | 200 | 373 | 303 | 70 | 246 | 162 | 200 | 84 | 46 | 43.723 | 1.830 | 32 |
| 7 | A | 10 | 200 | 303 | 373 | 70 | 162 | 246 | 200 | 84 | 46 | 43.723 | 6.407 | 32 |
| 8 | B | 10 | 700 | 373 | 303 | 70 | 862 | 569 | 700 | 293 | 162 | 153.030 | 6.407 | 110 |
| 9 | 10 | 700 | 303 | 373 | 70 | 569 | 862 | 700 | 293 | 162 | 153.030 | 110 |
Claims (9)
1. Vorrichtung zum Umwandlung von Wärme in elektrische Energie, wie z.B. eine Gasturbine mit geschlossenem Arbeitskreis, in der Wärmeenergie
durch einen Wärmeüberträger an ein Gas übertragen wird und das Gas in einem geschlossenen System läuft, mechanische Arbeit leistet,
die in Kopplung mit einem elektrischen Generator in elektrische Energie umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß in mindestens zwei Gasdruckbehältern (1,2)und vor Beginn des Arbeitsprozesses
auf einem hohen absoluten Druck komprimiertes Gas eingeschlossen ist, dessen kritische Temperatur T^ über der Temperatur des Kühlungsmediums
liegt und daß beide Druckbehälter(l, 2 ) mit Hochdruckrohrleitungen
(18, 19) verbunden sind und daß im Innern des ersten Druckbehälters (l) ein Wärmetauscher ( 7) zur Erwärmung des Gases befestigt
ist und im Innern des zweiten Druckbehälters (2) ein Wärmetauscher (9) für die Kühlung des Gases befestigt ist und alle Arbeitsaggregate ( 11, 12,
13 ) im Innern des Druckbehälters (2) befestigt sind und in der Wand des zweiten Druckbehälters (2 ) ein elektrischer Isolator( 14) mit elektrischen
Leitungen (15, 16, 17 )verbunden ist, die für den elektrischen Starkstrom sowie für das elektronische Regel- und Überwachungssystem
druckfest befestigt sind (Fig. 1).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daf3 an der Rohrleitung, welche von Behälter (1) mit Behälter (2) verbunden
ist, eine mit Gas betriebene Arbeitsmaschine( 11) , wie eine Kolbenkraftmaschine oder Gasturbine, angeschlossen ist, deren Austritt (20)
zum Innern des Druckbehälters ( 2 )geöffnet ist (Fig. 1).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß elektrischer Generator ( 12 ) an der Innenwand von Behälter (2)
befestigt und mit Arbeitsmaschine (11 ) gekoppelt ist (Fig. 1).
4. Vorrichtung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß im unteren Bereich des Druckbehälters (2 ) Pumpe (13) befestigt
und mittels Rohrleitung (18 ) mit dem ersten Druckbehälter (1) verbunden
ist (Fig. 1).
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß gemäß Fig. 1 mindestens zwei Druckbehälter (21, 22) durch Wärmerohrleitungen
(25, 26, 27) in Serie, wie eine thermale Kaskade, verbunden sind und Druckbehälter (23) durch Gasleitungen (28, 29)
mit Druckbehälter (21) verbunden ist und daß Behälter ( 24) durch Gasleitungen( 30, 31 )mit Druckbehälter (22) verbunden ist und daß
die Druckbehälter (23, 24) mittels Rohrleitungen (32, 33) am Kühlungsreservoir angeschlossen sind (Fig. 2).
6. Vorrichtung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeic h.n e t ,
dadurch gekennzeic h.n e t ,
daß die Vorrichtung aus mindestens drei Druckbehältern (A, B, C) besteht, in denen hochverdichtetes Gas eingeschlossen ist, dessen
kritische Temperatur T^ unter der Temperatur des Kühlungsmediums
liegt und die drei Behälter( A, B, C ^miteinander mit Gasleitungen (41)
-27 "
und Druckausgleichsleitung( 4A) so verbunden sind, daß bei dem ersten
Arbeitsvorgang Behälter (A) am Wärmereservoir und Behälter (B) gleichzeitig am Kühlungsreservoir angeschlossen sind, wogegen es beim zweiten
Arbeitsvorgang umgekehrt ist, d.h., Behälter( B )ist 'am Wärmereservoir
und Behälter (A) ist am Kühlungsreservoir angeschlossen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 6
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Arbeitsaggregate ( 36, 37) im Innern des dritten Druckbehälters(C )
befestigt sind und daß die Arbeitsmaschine (36) mittels Gasleitung (Al )
an beiden Druckbehältern ( A, B )angeschlossen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, 6 und 7
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß Gasventile (39, AO, 42, 43, 45) im Innern des Druckbehälters (C )
angebracht sind und diese mit einem außen stehenden Regel- und Steuerungssystem elektrisch verbunden sind (Fig. 3).
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, 6, 7 und 8
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens zwei Arbeitseinheiten gemäß Fig. 3 zusmamengekoppelt
sind und zwar so, indem zwei zusätzliche Druckbehälter (A1, B1) mittels
Gasleitungen (41) am Behälter( C )angeschlossen sind und daß die
Wärmetauscher im Behälter (A, B )und im Behälter (A1, B1) durch Doppelrohrleitung
( 46 und 47) wechselweise am Wärmereservoir durch Leitung( 46) oder nach dem Wechseln am Kühlungsreservoir durch Leitung ( 47) angeschlossen
sind (Fig. 4).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29804891U DE29804891U1 (de) | 1998-03-18 | 1998-03-18 | Vorrichtung zur Umwandlung von Niedertemperaturwärme in elektrische Energie |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29804891U DE29804891U1 (de) | 1998-03-18 | 1998-03-18 | Vorrichtung zur Umwandlung von Niedertemperaturwärme in elektrische Energie |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29804891U1 true DE29804891U1 (de) | 1998-05-28 |
Family
ID=8054374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29804891U Expired - Lifetime DE29804891U1 (de) | 1998-03-18 | 1998-03-18 | Vorrichtung zur Umwandlung von Niedertemperaturwärme in elektrische Energie |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29804891U1 (de) |
-
1998
- 1998-03-18 DE DE29804891U patent/DE29804891U1/de not_active Expired - Lifetime
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3532710B1 (de) | Energiespeichervorrichtung sowie verfahren zur speicherung von energie | |
| DE102006035272B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Nutzung von Niedertemperaturwärme zur Stromerzeugung | |
| EP2084372B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum effektiven und emissionsarmen betrieb von kraftwerken sowie zur energiespeicherung und energiewandlung | |
| EP2900943B1 (de) | Kraft-wärme-kraftwerk und verfahren zum betrieb eines kraft-wärme-kraftwerks | |
| DE2511842A1 (de) | Kraftwerk | |
| DE10343544B4 (de) | Kraftwerksanlage zur Nutzung der Wärme eines geothermischen Reservoirs | |
| WO2018184612A4 (de) | Verfahren und anlagensystem zur energieumwandlung mittels kohlendioxid | |
| EP3186506A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zum speichern von energie | |
| DE2520101A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur erzeugung, lagerung, modulierung und verteilung von energie | |
| DE2757306A1 (de) | Energiespeicher | |
| EP2362935A2 (de) | Verfahren und vorrichtung zum nutzen von wärmeenergie, insbesondere zum erzeugen von elektrischem strom | |
| DE3841640A1 (de) | Verfahren zur gewinnung von waermeenergie aus umweltfluida | |
| DE4304688A1 (de) | Niedertemperatur-Wärmekraftmaschine Niedertemperaturmotor (NTM), Fahrzeuge und Arbeitsmaschinen mit NTM | |
| EP2415976A1 (de) | Wärmekraftmaschine zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie, die zur Erzeugung von Strom benutzt wird, sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Wärmekraftmaschine | |
| DE19811800A1 (de) | Vorrichtung zur Umwandlung von Niedertemperaturwärme in elektrische Energie | |
| DE102020002897A1 (de) | Energiegewinnungsmaschine mit einem großen Arbeitstemperaturbereich (Wärmepumpe"XXX-Strom" - Modifizierung Stirlingmotor) | |
| DE29804891U1 (de) | Vorrichtung zur Umwandlung von Niedertemperaturwärme in elektrische Energie | |
| DE102008048633B4 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Umwandlung von Abwärme | |
| DE3723289A1 (de) | Vorrichtung zum umwandeln von waermeenergie | |
| DE102020000131B4 (de) | Verfahren zur CO2-Verflüssigung und -Speicherung in einem CO2-Kraftwerk | |
| DE3943161A1 (de) | Fluessiggasdampfmotoren/-turbinen mit luftwaerme, erdwaerme, wasserwaerme als energietraeger zur krafterzeugung | |
| DE102013017527A1 (de) | Anordnung eines pneumatischen Energiespeichers für Solarkraftwerke und Verfahren zur adiabatischen Energiespeicherung | |
| DE102011054400B4 (de) | Stickstoff-basierter Kreisprozess zur Energiegewinnung während einer lunaren Nacht | |
| DE2917648A1 (de) | Einrichtungen zur optimalen nutzung von solarenergie in form von heizwaerme und technischer arbeit | |
| DE202010008126U1 (de) | Wärmekraftmaschine zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie, die zur Erzeugung von Strom benutzt wird |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19980709 |
|
| R156 | Lapse of ip right after 3 years |
Effective date: 20020101 |