DE3024016A1 - Waermekraftmaschinen-anordnung - Google Patents

Waermekraftmaschinen-anordnung

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DE3024016A1
DE3024016A1 DE19803024016 DE3024016A DE3024016A1 DE 3024016 A1 DE3024016 A1 DE 3024016A1 DE 19803024016 DE19803024016 DE 19803024016 DE 3024016 A DE3024016 A DE 3024016A DE 3024016 A1 DE3024016 A1 DE 3024016A1
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Alexander 2067 Reinfeld Kückens
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/003Devices for producing mechanical power from solar energy having a Rankine cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/04Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using pressure differences or thermal differences occurring in nature
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Description

  • "Wärmekraftmaschinen-Anordnung'i
  • Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftmschinen-Anordnung mit einem in einem geschlossenen Kreislauf geführten, verdampfbareri Kältemittel als Wärmeträgerfluid, einem Fluid-Verdampfer, einer von diesem gespeisten Wärmekraftmaschine und einem Fluidkondensator, der mit dem Fluidverdampfer über eine Kondensat pumpe verbunden ist.
  • Es ist bekannt, in Wärmekraftmaschinen-Anordnungen, denen zum Aufheizen und Verdampfen des Wärmeträgerfluids eine Wärme pumpe zugeordnet ist, als Wärmeträgerfluid ein Kältemittel, z.B.
  • Frigen, zuzuordnen. Es können aber auch andere Kältemittel herangezogen werden (vergl. OE-PS 318 979). Bei dieser bekannten Anordnung wird dem Wärmeträgerfluid die erforderliche Wärme über eine Wärmepumpe zugeführt, welche die zum Aufheizen und Verdampfen des Wärmeträgers erforderliche Wärme einer natürlichen Wärmequelle, wie Flußwasser oder Luft bzw. Erdreich, entzieht, wobei das über die Wärmepumpe abgekühlte Fluß-L wasser dem Kondensator der Anordnung zugeführt wird, um den Turbinenabdampf wieder zu kondensieren. Als Wärmekraftmaschine dient hier eine Turbine. Ausgehend von einer Flußwassertempera tur von 20 0C wird das Flußwasser durch die Wärmepumpe auf 100C gekühlt. Das mit der gleichen Temperatur aus dem Kondensator austretende flüssige Frigen wird in einem Vorwärmer durch das Flußwasser auf 20°C vorgewärmt und gelangt dann in den Verdampfer, in dem das Frigen durch die wärmeabgebende Seite der Wärmepumpe auf 400C erhitzt wird. Diese bekannte Anordnung ist relativ aufwendig und bedarf eines erheblichen Energieaufwandes, um mit Hilfe der Wärmepumpe Wärme aus einer natürlichen Wärmequelle auf die für die Verdampfung des Kältemittels erforderliche Temperatur zu erhitzen.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung eine Wärmekraftmaschinen-Anordnung der genannten Art so weiterzubilden, daß ein Betrieb der Anordnung mit wesentlich geringerem Energieeinsatz und bei wesentlich einfacherem Aufbau ermöglicht wird.
  • kl'es Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Fluidverdampfer einen durch die Luftwärme und/oder die Sonneneinstrahlung aufheizbaren Verdampferabschnitt und der Kondensator einen mit dem Erdboden in Wärmetausch angeordneten Kondensatorabschnitt aufweisen. Hierbei wird eines der für den in Frage kommenden Temperaturbereich geeignetes Kältemittel, z.B. das unter dem Namen I?R 11" bekannte Kältemittel eingesetzt, das bereits im Bereich wenig oberhalb von 200C verdampft. Die zum Verdampfen erforderliche Wärme wird der Luft bzw. der natürlichen Wärmeeinstrahlung, der die Luft ausgesetzt ist, entnommen. Es bedarf auch keiner besonderen Maßnahmen und Hilfsmittel, insb. keines Energieeinsatzes, um eine ausreichende Kühlung des Abdampfes im Kondensator zu ermöglichen. Vielmehr wird hierzu die Restwärme im Kondensat in das Erdreich abgeleitet. Dies hat den wesentlichen Vorteil, daß die Erde in wenigen Metern Tiefe eine von den Außenverhältnissen weitgehend unabhängige relativ niedrige Temperatur aufweist, die deutlich unterhalb der Kondensierungstemperatur der betreffenden Kältemittel liegt. Es bedarf daher bei entsprechend geeigneten Außenverhältnissen praktisch keines nennenswerten Energieeinsatzes zum Betrieb der Anlage, abgesehen etwa von den Förderpumpen z.B. für das Kondensat. Mit der neuen Kraftmaschinen-.Anordnung kann somit das natürliche Temperaturgefälle zwischen Lufttemperatur bzw.
  • Sonneneinstrahlungstemperatur und der Temperatur des Erdbodens zur direkten Energie- oder Kraftgewinnung ausgenutzt werden.
  • Die Anordnung eignet sich daher besonders für den Einsatz in Fällen, in denen praktisch keine oder nur eine geringe Fremdenergie zur Verfügung steht, die Luftwärme oder Einstrahlungswärme jedoch eine zuverlässige Wärmequelle darstellt. Die Anordnung läßt sich sehr einfach und rasch installieren. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der der Luftwärme und/oder Sonneneinstrahlung ausgesetzte Verdampferabschnitt in einer durch eine Haube oder dergleichen nach außen abgedeckten Aufheizkammer angeordnet ist. Hierbei kann der bekannte Glashauseffekt ausgenutzt werden, um die Luft- oder Einstahlungswärme bei optimalen Temperaturen einzusetzen. Gleichzeitig wird dadurch der Einsatz der Wärmekraftmaschinen-Anordnung auch unter weniger günstigen Außenverhältnissen und/oder mit noch besserem Wirkungsgrad möglich.
  • Es ist zweckmäßig, das Kondensat zunächst in einen Vorwärmer zu pumpen, der ebenfalls in der Aufheizkammer unter der Haube oder dergleichen angeordnet ist und der mit der Wärmekraftmaschine, die bevorzugt eine Turbine ist, aber auch eine Kolbenmaschine sein kann, über eine Verdampferschlange oder einen anderen, das Wärmeträgerfluid in dünner Schicht auseinanderziehenden Verdampferabschnitt verbunden ist.
  • Die an den Erdboden abgegebene Wärme des Abdampf'es der Wärmekraftmaschine kann in dem umliegenden Erdreich für begrenzte Zeit gespeichert werden, da bekanntlich die meisten Erdbodenformationen dann, wenn sie nicht direkt im Grundwasser liegen, ein relativ hohes Wärmeisolationsvermögen zeigen. Dieser Umstand kann vorteilhafterweise ausgenutzt werden, um in Zeitperioden geringer Luftwärme und/oder Sonneneinstrahlung die in den Erdboden eingespeicherte Wärme über den im Erdboden angeordneten Kondensatorabschnitt dem Erdboden wieder zu entziehen und über eine wahlweise an den Kondensatorabschnitt anschließbare Wärmepumpe auf ein höheres, wieder verwendbares Temperaturniveau anzuheben.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
  • In der einzigen Figur ist schematisch eine Wärmekraftmaschinen-Anordnung nach der Erfindung dargestellt.
  • Mit 1 ist in der Darstellung die Erdbodenoberfläche bezeichnet.
  • Oberirdisch ist der Verdampfer 3 der Anordnung vorgesehen, während der Kondensator 4 unter der Erdoberfläche in ausreichender Bodentiefe von bis 6 Meter vorgesehen ist.
  • Zwischen Verdampfer und Kondensator ist die Wärmekraftmaschine 2 angedeutet, die eine Kolbenmaschine, bevorzugt aber eine Dampfturbine ist. über Leitungen 8 bzw. 12 steht die Wärmekraftmaschine mit dem Verdampfer 3 bzw. dem Kondensator 4 in Verbindung.
  • Der Verdampfer 3 kann einen langgestreckten Behälter 6 als Vorwärmer für das Wärmeträgerfluid aufweisen. Als Wärmeträgerfluid ist ein Kältemittel, z.B. das unter der Bezeichnung "R 11" bekannte Kältemittel, vorgesehen. Das Kältemittel ist in der Anordnung in einem in sich geschlossenen Kreislauf geführt. An den Vorwärmebehälter 6 ist ein Verdampferabschnitt 5, z.B. in Form einer Rohrschlange oder eines Flächenverdampfers vorgesehen.
  • Der Verdampferabschnitt 5, vorzugsweise aber auch der Vorwärmer 6 sind in einer Aufheizkammer 20 angeordnet. Diese wird durch eine Haube oder dgl. wärme-, insb. sonnenstrahlendurchlässigen domförmigen Gehäuse 9 begrenzt. Durch diese Haube wird der bekannte Glashauseffekt ausgenutzt, wie er in Gewächshäusern oder dgl. zu beobachten ist und der es gestattet, die in der Aufheizkammer 20 eingeschlossene Luft auf einer gegenüber der Temperatur der Außenluft wesentlich höheren Temperatur zu halten.
  • Diese Temperatur wird zum Verdampfen des Kältemittels in dem Verdampferabschnitt 5 ausgenutzt. Gleichzeitig wird diese er- Gleichzeitig wird diese erhöhte Temperatur innerhalb der Aufheizkammer 20 dazu verwendet, um das Kondensat in dem Vorwärmbehälter 6 auf höhere Temperatur aufzuwärmen.
  • Der Treibmitteldampf wird von dem Verdampferabschnitt 5 der Wärmekraftmaschine 2 zugeleitet. Der Abdampf der Wärmekraftmaschine wird über einen Kondensatorabschnitt 11, der im ausreichenden Abstand von der Erdoberfläche 1 in der Erde angeordnet ist, zugeführt, so daß der Abdampf unter der Einwirkung der Erdtemperatur in dem Kondensatorabschnitt 11 zum Kondensieren gebracht wird. Das Kondensat kann über eine Kondensatpumpe 14 direkt dem Vorwärmbehälter 6 zugeleitet werden. Es kann in einigen Fällen auch zweckmäßig sein das Kondensat einem Sammelbehälter 13 zuzuführen aus dem die Kondensatpumpe 14 über Leitung 15 das Kondensat absaugt und über Leitung 16 dem Vorwärmbehälter 6 zuführt. Die Kondensatoranordnung im Erdreich kann auch so betroffen werden, daß der als Schlange 11 ausgebildete Kondensatorabschnitt, der in direktem Wärmekontakt mit dem Erdboden steht, den als langgestreckten Behälter ausgebildeten Kondensatorbehälter 13 schraubenförmig oder flächenmäßig umgibt, so daß der Behälter 13 in einem Erdbodenbereich zu liegen kommt, der insgesamt aufgrund der durch den Kondensatorabschnitt 11 an das Erdreich abgegebenen Wärme sich auf einer etwas höheren Temperatur als der Durchschnittstemperatur des Erdbodens in der betreffenden Tiefe entspricht. Da bekanntlich der Erdboden ein nicht sehr guter Wärmeleiter ist, nimmt der Erdboden durch die aus dem Kondensatorabschnitt 11 aufenommene Wärme ohnehin eine höhere Temperatur ein, die er über längere Zeit zu halten vermag, auch wenn die Wärmezufuhr nachläßt oder unterbrochen wird. Dies hat den Vorteil, daß man die so in das Erdreich eingespeicherte Wärme über einen begrenzten Zeitraum der Erde wieder entziehen kann. Dies wird auf einfache Weise dadurch möglich, daß man den Kondensatorabschnitt 11 bedarfsweise als wärmeaufnehmenden Teil einer Wärmepumpe (nicht dargestellt) schaltet, welche dem Wärmeträgerfluid die in das Erdreich eingespeicherte Wärme wieder über einen begrenzten Zeitraum entzieht und diese Wärme bei entsprechend höherer Temperatur wieder nutzbar macht. Diese dem Erdreich wieder entzogene Wärme kann beispielsweise für eine Zusatzheizung (nicht dargestellt) nutzbar gemacht werden, die dem Verdampferabschnitt 5 zugeordnet ist und für eine Einhaltung der gewünschten Verdampfertemperatur Sorge trägt, auch wenn über die Luft und/oder die Einstrahlung Wärme von nicht ausreichender Temperatur zur Verfügung steht.
  • Leerseite

Claims (7)

  1. Ansprüche Wärmekraftmschinen-Anordnung mit einem in einem geschlosserltln Kreislauf geführten, verdampfbaren Kältemittel als Wärmetragerfluid, einem Fluidverdampfer, einer von diesem gespeisten Wärmekraftmaschine und einem Fluidkondensator, der mit dem Fluidverdampfer über eine Kondensatpumpe verbunden ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Fluidverdampfer(3) einen durch die Luftwärme und/oder Sonnenstrahlung aufheizbaren Verdampferabschnitt (5) und der Kondensator (4) einen mit dem Erdboden in direktem Wärmetausch angeordneten Kondensatorabschnitt (11) aufweisen.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Kondensator (4) eine im Erdboden (1) verlegte Rohrschlange (11) oder dgl. von gutem Wärmeleitvermögen aufweist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Verdampferabschnitt (5) in eier Aufheizkammer (20) angeordnet ist, die durch eine der Luftwärme und/oder der Sonneneinstrahlung ausgesetzte Haube (9) oder dgl. begrenzt ist.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, - daß in der Aufheizkammer (20) ein Kondensatz-Vorwärmbehälter(6) und eine mit der Wärmekraftmaschine (2) verbundene Verdampf'erschlange (5) angeordnet sind.
  5. 5. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die im Erdboden verlegte Rohrschlange (11) an einen Kondensat-Sammelbehälter (13) angeschlossen ist.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß die im Erdboden verlegte Rohrschlange (11) wahlweise an die wärmeaufnehmende Seite einer Wärmepumpe anschließbar ist.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß eine wahlweise zuschaltbare Zusatzheizung zur Erhitzung des Wärmeträgerfluids vorgesehen ist.
DE3024016A 1980-06-26 1980-06-26 Wärmekraftmaschinenanordnung mit einem in einem geschlossenen Kreislauf geführten verdampfbaren Kältemittel als Wärmeträgerfluid Expired DE3024016C2 (de)

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE498700C (de) * 1930-05-24 Hans Schulz Kraftanlage zur Ausnutzung der Erdwaerme
US3152442A (en) * 1962-05-04 1964-10-13 Richard J Rowekamp System for converting solar energy into useful energy
DE2842236A1 (de) * 1978-09-28 1980-04-17 Uwe Hansen Verfahren zum erzeugen von elektrischer energie durch sonnenwaerme
DE2846323A1 (de) * 1978-10-24 1980-05-08 Rolf Grab Verfahren zur ausnutzung von sonnenenergie mittels sonnenkollektoren, die mit niedrigsiedender fluessigkeit gefuellt sind

Patent Citations (4)

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