DE3807747A1 - Energievorrichtung - Google Patents

Description

Insbesondere zur Erzeugung von mechanischer und elektrischer Energie verwendbar ist.

Bei den bisher bekannten Vorrichtungen zur Energieerzeugung wird beispiels­ weise Wassergefälle mittels Wasserturbinen in mechanische bzw. elektrische Energie umgewandelt. Die Wasserkraft reicht jedoch bei weitem nicht aus, um den Strombedarf der Menschen zu decken. Daher müssen umweltproble­ matische Methoden zur Energieerzeugung verwendet werden.

Hierzu gehören einerseits Kraftwerke, die mit fossilen Brennstoffen (Öl und Kohle) beheizt werden und große Mengen an CO2 an die Luft abgeben. Nach Meinung von 95% der Wissenschaftler führt diese Verbrennung zu einer zu großen Anreicherung von CO2 in der Lufthülle der Erde und schließlich zu einem Treibhauseffekt und einer Klimaveränderung. In Deutschland wird ein Klima - wie in Süditalien - vorhergesagt und das Eis am Nord- und Süd­ pol wird teilweise schmelzen.

Andererseits wären allein in der Bundesrepublik 300 Atomkraftwerke er­ forderlich, um den Energiebedarf zu decken. Derzeit sind bei uns aber nur 22 Atomkraftwerke in Betrieb und bereits jetzt ist das Problem der Entsorgung von Atomkraftwerken keineswegs als gelöst anzusehen. Die Kosten für diese neuen Atomkraftwerke würden ca. 1500 Milliarden DM betragen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher vzw. die Aufgabe zugrunde, beispielsweise dem Meerwasser in kalten Klimazonen ständig Energie zu entziehen, kann aber z. B. auch zur Nutzung der Erdwärme und Sonnenenergie eingesetzt werden. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung setzt jedoch voraus, daß die Wärme einem höhenniveaumäßig tiefen Wärmebehälter entnommen werden kann, und daß in einem niveaumäßig höheren Behälter Wärme entzogen wird.

Beispiele hierfür gibt es in der Natur genug. Nicht nur bezüglich der Erdwärme, sondern auch im Hinblick auf das Meer, Flüsse und Seen, von denen nachfolgend 2 Beispiele aufgezeigt sind.

• Beispiel 1: Wird der erste Wärmeaustauscher der erfindungsgemäßen Vorrichtung in 4° kaltem Wasser angeordnet, und der zweite Wärmeaustauscher in der höher befindlichen 30° kalten Luft angeordnet, so wird dem Meer ständig Energie entzogen.
• Beispiel 2: Wird der erste Wärmeaustauscher in dem niveaumäßig tiefer ge­ legenen 4° warmen Wasser angeordnet, und der zweite Wärme­ austauscher in dem niveaumäßig höher angeordneten 0° kaltem Wasser angeordnet, so wird dem Meerwasser ebenfalls - bedingt durch die Anomalie des Wassers - Energie entzogen. Dies ist eine Einschränkung des 2. Hauptsatzes der Wärmelehre bezüglich seiner allgemeinen Formulierung durch MAX PLANK, nach der eine periodisch wirkende arbeitsleistende Kälte­ maschine (Perpetuum mobile zweite Art) unmöglich ist.

Das Beispiel 1 zeigt, daß es möglich ist, dem Meerwasser ständig Energie zu entnehmen, wenn ein zweiter Wärmebehälter (in diesem Fall die kalte Luft) angeordnet ist.

Mit der vorliegenden Erfindung soll eine umweltfreundliche Energieerzeugungs­ vorrichtung angegeben werden.

Im nachfolgenden soll die Erfindung näher anhand von in der Zeichnung dar­ gestellten vorzugsweisen Ausführungsformen erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Energievorrichtung.

Fig. 1 und 2 sind Wärmeaustauscher 1 und 2 mit verschiedenen Niveauhöhen schematisch dargestellt. In dem Wärmetauscher 1 wird das zu einem Kreisprozeß gehörende Medium durch Zuführung von Wärme verdampft. In dem Wärmeaustauscher 2 wird das dampfförmige Medium durch Entzug von Wärme verflüssigt. Der untere Wärmeaustauscher 1 ist mit dem niveau­ mäßig höher angeordneten Wärmeaustauscher 2 einerseits durch ein Ver­ bindungsrohr 7 verbunden, durch welches das dampfförmige Medium aus dem Wärmeaustauscher 1 in den Wärmeaustauscher 2 gelangen kann. Selbstver­ ständlich können auch mehrere Wärmeaustauscher entlang der Rohrleitung 7 angeordnet sein, in welchen dem Medium des Kreisprozesses Energie zuge­ führt wird, was jedoch nicht weiter dargestellt ist.

Bei der Verflüssigung des Mediums in dem niveaumäßig höher angeordneten Wärmeaustauscher 2 verkleinert sich sein Volumen, und das dampfförmige Medium, das durch die Röhre 7 nach oben steigt, kann als Platzhalter kurz­ zeitig diesen Raum ausfüllen, bis es selbst verflüssigt wird.

Andererseits sind die Wärmeaustauscher 1 und 2 durch einen Schwimmer 3 miteinander verbunden, welcher in einem vertikalen Rohrstück 4 angeordnet ist. Das Rohrstück 4 ist mit Flüssigkeit 8 gefüllt, in welchem der Schwim­ mer 3 aufwärts oder abwärts selbst beweglich ist, abhängig davon, ob der Schwimmer 3 schwerer oder leichter ist als die Flüssigkeit 8 in dem Rohrstück 4.

Der Schwimmer 3 ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet und weist an seinen Enden jeweils kegelförmige Ansätze 5 auf, damit der Schwimmer sich strom­ linienförmig durch die Flüssigkeit 8 der Rohrsäule 4 bewegen kann. Weiter­ hin weist der Schwimmer 3 eine Behälterwand 6 auf und wird vorzugsweise abwechselnd mit dem flüssigen oder dem dampfförmigen Medium über Ein­ laßventile gefüllt bzw. entleert, wie nachfolgend genauer beschrieben ist.

Befindet sich der Schwimmer 3 in der oberen Position im Rohrstück 4 - wie durch das Bezugszeichen 11 nochmals besonders ausgedrückt werden soll - so wird der Schwimmer über ein Einlaßventil und einem Verbindungs­ stück 12 mit dem unteren Teil des Wärmeaustauschers 2 verbunden, so daß Flüssigkeit aus dem Wärmeaustauscher 2 in den als Behälter ausgebildeten Schwimmer 3 einfließen kann.

Vorzugsweise wird gleichzeitig ein Entlüftungsrohrstück 9 zwischen einer nicht dargestellten Schwimmerarmatur und dem oberen Teil des Wärmeaustauschers 2 angeordnet. Die Schwimmerarmatur wird beim Betanken des Schwimmers mit flüssigen Medium geöffnet, damit das im Schwimmer befindliche dampfförmige Medium in den Wärmeaustauscher 2 entweichen kann.

Ist der Schwimmer 3 in der Position 11 mit flüssigem Medium aufgefüllt, so ist der Schwimmerbehälter mit dem darin befindlichen flüssigen Medium spezifisch schwerer als die den Schwimmer umgebende Flüssigkeit 7, und der Schwimmer, der beim Auffüllen in seiner Position 11 fest verriegelt war, wird nun entriegelt. Der Schwimmer sinkt dann, bis er die Position 15 er­ reicht. Zweckmäßigerweise sind in dem Rohrstück 1 zwei Flüssigkeiten mit verschieden großem spezifischem Gewicht angeordnet, wodurch der Schwimmer beim Erreichen der spezifisch schweren Flüssigkeit in seiner Sinkbewegung selbsttätig abgebremst wird. Wenn der Schwimmer 3 in die spezifisch schwerere Flüssigkeit 10 am Boden des Rohrstückes 4 eintaucht, reicht die schwerere Flüssigkeit 10 bis zur Niveauhöhe 14. Darüber befindet sich die spezifisch leichtere Schwimmerflüssigkeit.

Beim Absinken des Schwimmers 3 wird demnach Arbeit geleistet. Es kann da­ her sinnvoll sein, den Schwimmer 3 mit einer oberen Rolle 16 und einer unteren Rolle 17 mittels eines Seiles 18 zu verbinden, das als endloses Band den Schwim­ mer 3 einschließt und mit diesem am oberen und am unteren Ende, d. h. mit dem kegelförmigen Ansätzen 5 fest verbunden ist, was nicht weiter dargestellt ist. Beim Heben und Senken des Schwimmers 3 wird dann die Rolle 16 in Drehbe­ wegung versetzt und diese kann, wenn sie mit einer Dynamo-Maschine verbunden ist, ihre Bewegungsenergie zur Erzeugung von elektrischer Energie abgeben. Ebensogut kann aber auch die Auf- und Abwärtsbewegung des Schwimmers 3 auf andere konstruktive Weise zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet werden. Es ist beispielsweise auch denkbar, daß der Schwimmer 3 nach dem Prinzip eines Linearantriebes direkt elektrische Energie abgibt, wenn Schwimmer und Rohrstück 1 entsprechend ausgebildet werden.

In der unteren Position des Schwimmers 3, die nochmals besonders mit dem Bezugszeichen 15 gekennzeichnet ist, wird dann das flüssige Medium mittels eines Verbindungsrohres 20 aus dem Behälter 3 in den Wärmeaustauscher 1 entleert. Gleichzeitig wird über ein Belüftungsrohr 21 dampfförmiges Medium über ein nicht dargestelltes geöffnetes Schwimmerventil in den Schwimmerbe­ hälter eingeführt. Dabei muß der Schwimmer 3 in der Position 15 mittels Verriegelung gehalten werden, da ja der Schwimmer 3 beim Entleeren des flüssigen Mediums nach dem "Archimedischen Prinzip" eine größere Auftriebs­ kraft erhält.

Nach der Entriegelung des Schwimmers steigt dieser wieder nach oben, bis er in die Position 11 gelangt, und die Auftriebskraft leistet dabei Arbeit, welche - wie beschrieben - mittels Seilzug oder auf andere geeignete Weise in elektrische Energie umwandelbar ist.

Die Schwimmerarmaturen werden dabei bei diesem Vorgang gesteuert, ge­ öffnet und geschlossen.

Zwischen dem unteren Wärmeaustauscher 1 und dem oberen Wärmeaustauscher 2 besteht also einerseits eine Rohrverbindung 7 und andererseits eine Verbindung über den Schwimmer 3, der als Transportbehälter für das zum Kreisprozeß ge­ hörende Medium benützt wird. Auf diese Weise entsteht eine kreisprozeßförmige Bewegung der Masseteilchen des Mediums. Das dampfförmige Medium gelangt vom Wärmeaustauscher 1 zu dem Wärmeaustauscher 2 über das Verbindungs­ rohr 7. Das im Wärmeaustauscher 2 verflüssigte Medium wird mittels Schwim­ mer 3 von Wärmeaustauscher 2 nach Wärmeaustauscher 1 gebracht und leistet beim Absinken des Schwimmerbehälters 3 Arbeit.

Selbstverständlich wird auch Arbeit geleistet, wenn der entleerte Schwimmer 3 aus der Position 15 in die Position 11 zurückkehrt, und eine Steigbewegung in der Flüssigkeit 7 der Rohrsäule 4 ausführt - wie bereits beschrieben wurde.

Für das Umfüllen von Medium in den Positionen 11 und 15 müssen steuerbare Arretiervorrichtungen und steuerbare Armaturen am Schwimmer vorgesehen werden, damit eine Betankung bzw. ein Füllen und Entleeren des Schwimmer­ behälters möglich ist. Außerdem müssen die Rohrverbindungen zwischen Schwim­ mer und den Wärmetauschern 1 und 2 automatisch ankoppelbar und abkoppelbar sein, was nicht weiter dargestellt ist. Der Weg, den der Schwimmer während des Hubvorganges zurücklegt, ist mit H bezeichnet.

Die Wärmetauscher 1 und 2 sind vereinfacht dargestellt, wobei unter der strich­ linierten Linie - bedingt durch die Gravitation - das flüssige Medium angeordnet ist, während oberhalb der strichlinierten Linie das Medium dampfförmig ist. Der Übergang von flüssigen in dampfförmigen Aggregat­ zustand und von dampfförmigen in flüssigen Aggregatzustand ist durch Pfeile in den Wärmeaustauschern 1 und 2 gekennzeichnet.

In der Kältetechnik wird als Medium Frigen verwendet. Es kann aber ebenso­ gut ein anderes Medium, z. B. Wasser, CO2 usw. verwendet werden, wenn günstige Bedingungen für den Anwendungsfall gegeben sind.

Es kann auch sinnvoll sein, daß das Kreisprozeßmedium Unterdruck bzw. Über­ druck aufweist, wodurch Verdampfungstemperatur und Verflüssigungstemperatur des Mediums geändert werden können. Es können auch Drosselventile vorge­ sehen werden.

Der Ausgleichsbehälter 22 dient dazu, daß während des Mediumumlaufes annähernd gleichbleibende Verhältnisse geschaffen werden können.

Das Medium wird aus dem Schwimmerbehälter in Position 15 mittels einer Leitung 20 in den Wärmeaustauscher 1 entleert. Die Auslaßarmatur die zwischen Leitung 20 und dem Schwimmerbehälter angeordnet ist, ist nicht weiter dargestellt.

Die Ausführung der Fig. 1 ist insbesondere für Erdwärmenutzung in größerer Tiefe wegen des geringen Platzbedarfs von Interesse, da lediglich eine Röhre zur Energieerzeugung erforderlich ist, und der Generator zur Stromerzeugung beispielsweise an der Erdoberfläche bzw. niveaumäßig höher als der untere Teil des Rohres 4 angeordnet ist. Zweckmäßigerweise wird dann das gesamte Seil, das mit dem Schwimmer verbunden ist ummantelt bzw. in die Röhre hinein verlegt.

Diese Anordnung kann auch als Energiesonde bezeichnet werden.

Claims (7)

1. Energieerzeugungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmetauscher (1) mit niederer Niveauhöhe und ein zweiter Wärmeaustauscher mit höherer Niveauhöhe angeordnet sind und daß das im Wärmeaustauscher (1) verdampfte Medium in einer Rohrleitung (7) zu dem höher gelegenen Wärmeaustauscher (2) gelangt und daß das im Wärmetauscher (2) verflüssigte Medium über einen Schwimmerbehälter (3) in einem Rohrstück (4) zu dem Wärmetauscher (1) - bedingt durch hohes spezifisches Gewicht - selbsttätig abwärts bewegt wird und nach dem Entleeren wieder durch höhere Auftriebskraft in dem Rohrstück nach oben steigt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Wärmeaustauscher (1) zur Erwärmung des Kreisprozeß-Mediums Sonnenergie, oder Erdwärme benutzt wird, oder beispielsweise Wärme aus der Verfahrenstechnik oder Abwärme von Kraftwerken.

3. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abkühlen des Mediums beispielsweise Meerwasser, oder beispielsweise natürliche Kälte wie Schnee und Eis benützt wird.

4. Gerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (1) in einer Vertiefung unter dem Niveau der Meereshöhe landseitig angeordnet ist und daß landseitig in der Vertiefung Sonnenkollektoren plantagenförmig anordenbar sind, wodurch zwischen Wärmetauscher (1) und den Kollektoren eine natürliche Strömung in einem zur Erwärmung des Mediums erforderlichen zweiten Mediums ermöglicht wird.

5. Gerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Druckausgleichsbehälter in dem System anordenbar sind.

6. Gerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem zwischen Wärmeaustauscher (1) und (2) Überdruck, oder Unterdruck aufweisen kann.

7. Gerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (4) tief in der Erde angeordnet wird und bis nahe an die Erdoberfläche geführt wird und daß der Wärmeaustauscher ebenfalls in einem Rohr (zweites Rohr), oder in dem Rohr (4) integriert wird, wobei als Erdoberfläche auch der Meeresgrund gewählt werden kann.