AT509080B1 - Anordnung zum umwandeln thermischer energie in bewegung - Google Patents

Abstract

Eine Anordnung zum Umwandeln thermischer Energie in Strömungskraft und weiter in Bewegung oder elektrische Energie umfasst einen Verdampferbehälter (7), in dem der Druck über eine Düse (6) unter Druck stehendes flüssiges Fluid eingeleitet und verdampft wird. Das verdampfte Fluid (gasförmig) treibt einen Motor (12) an und wird dann in einem zweistufigem Kollektor wieder in den flüssigen Zustand übergeführt und über eine Pumpe (5) unter Druck gesetzt und über die erste Stufe des Kondensators, die als Wärmetauscher (14) ausgebildet ist, in einen Sonnekollektor geleitet, in diesem erwärmt und strömt dann wieder zum Verdampferbehälter (7). Die zweite Stufe des Kondensators, in dem eine vollständige Verflüssigung des gasförmig zugeführten Fluids erreicht wird, wird gekühltes, flüssiges Fluid über Düsen 19 eingespritzt. Alternativ zu dem Betrieb über den Sonnenkollektor (1), kann das flüssige Fluid auch über ein Wärmeübertragungsmedium, das einem Speicher (2) entnommen wird, in einem weiteren Wärmetauscher (38) erwärmt werden.

Description

österreichisches Patentamt AT509 080B1 2011-06-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung (Anlage) zum Umwandeln thermischer Energie (Wärme) in Strömungskraft und weiter in Bewegung oder elektrische Energie mit den Merkmalen des einleitenden Teils von Anspruch 1.

[0002] Eine derartige Anordnung (Anlage) ist aus der EP 1 930 558 A1 bekannt.

[0003] Die bekannte Anordnung zum Umwandeln von Wärme in Bewegung und gegebenenfalls weiter in elektrischen Strom besitzt zwei geschlossene Behälter. Die Behälter sind teilweise mit einem Fluid gefüllt. In dem ersten Behälter ist ein Wärmetauscher vorgesehen, über den zum Verdampfen des Fluid Wärme zugeführt wird. In dem zweiten Behälter ist ein Wärmetauscher vorgesehen, dem ein Kühlmedium zugeführt wird, um im zweiten Behälter befindlichen Fluid-Dampf zu Fluid zu kondensieren. Der erste, untere Behälter ist mit seinem oberen Ende über ein sich konisch verjüngendes Rohr mit dem zweiten Behälter verbunden, sodass aus dem Behälter Fluid-Dampf in den Behälter strömen und einen dort angeordneten Motor antreiben kann. Die Behälter sind weiters über eine Rohrleitung miteinander verbunden. Die Rohrleitung geht von dem unteren, mit Fluid gefüllten Bereich des zweiten Behälters aus und mündet im Behälter ebenfalls unten, in dem mit flüssigen Fluidgefüllten Bereich. In dem Behälter ist ein Niveauschalter vorgesehen, der eine in der Rohrleitung vorgesehene Pumpe und ein Absperrorgan derart steuert, dass das Niveau an Fluid im ersten Behälter und das Niveau an Fluid im zweiten Behälter konstant sind, sodass die in den Behältern vorgesehenen Wärmetauscher nur teilweise in das flüssige Fluid eintauchen. Dabei ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher im Behälter überwiegend in flüssigem Fluid angeordnet ist und der Wärmetauscher im Behälter überwiegend im Dampfraum des Behälters angeordnet ist.

[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Anordnung hinsichtlich Wirksamkeit zu verbessern und insbesondere Maßnahmen vorzuschlagen, wie die Energiebilanz verbessert werden kann.

[0005] Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einer Anordnung, welche die Merkmale von Anspruch 1 aufweist.

[0006] Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0007] Da bei der erfindungsgemäßen Anordnung für das Übergehen (Kondensieren) von gasförmigen Fluid in flüssiges Fluid ein zweistufiger Kondensator vorgesehen ist, in dessen zweiter Stufe gekühltes, flüssiges Fluid eingespritzt wird, um eine "Schockkondensation" zu erreichen, ergibt sich eine vorteilhafte Energiebilanz. Diese günstige Energiebilanz wird noch verbessert, weil zum Erwärmen von flüssigem, unter Druck stehendem Fluid ein Sonnenkollektor verwendet wird.

[0008] Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Anlage ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung.

[0009] Kern der erfindungsgemäßen Anordnung (Anlage) zum Umwandeln thermischer Energie in Strömungskraft und weiter in Bewegung oder elektrische Energie ist ein Verdampfungsbehälter 7, in den über eine Düse 6 unter Druck zugeführtes flüssiges Fluid einpritzt wird und dabei in den gasförmigen Zustand übergeht.

[0010] Aus dem Verdampfungsbehälter 7 strömt das jetzt gasförmige Fluid in eine Turbine oder Motor 12, an die/den ein Generator 13 angeschlossen ist. Aus dem Motor oder Turbine 12 strömt gasförmiges Fluid durch eine Leitung 13 in einen zweistufigen Kondensator und tritt aus diesem verflüssigt und durch eine Pumpe 5 unter Druck gesetzt über eine Leitung 16 durch die als Wärmetauscher ausgebildete erste Stufe 14 des Kondensators und wird dabei durch das aus der Leitung 13 in die erste Stufe 14 des Kondensators eintretende, gasförmige Fluid erwärmt. Aus der als Wärmetauscher ausgebildeten ersten Stufe 14 des Kondensators tritt Fluid -jetzt in flüssiger Form - durch eine Leitung 17, ein geöffnetes Ventil 9 und eine Leitung 13 in 1/5 österreichisches Patentamt AT509 080 B1 2011-06-15 einen Sonnenkollektor 1, wo es durch Einwirken von Sonnenlicht erwärmt wird. Aus dem Sonnenkollektor 1 - es ist wenigstens ein Sonnenkollektor 1 vorgesehen - tritt erwärmtes, flüssiges Fluid durch eine Leitung 4 und ein geöffnetes Ventil 8 in die zur Düse 6 führende Leitung, um in den Verdampfungsbehälter 7 wieder in den gasförmigen Zustand überzutreten.

[0011] Der zweistufige Kondensator, zu dem das gasförmige Fluid über die Leitung 13 vom Motor 12 kommend zugeführt wird, ist, wie erwähnt, eine erste als Wärmetauscher ausgebildete Stufe 14 und eine zweite Stufe 15 vorgesehen, in der die noch gasförmigen Anteile des Fluids verflüssigt werden. Hiezu wird das Fluid von durch Düsen 19 in die zweite Stufe 15 des Kondensators eingespritztes flüssiges Fluid abgekühlt. Das so insgesamt wieder verflüssigte Fluid sammelt sich im unteren Bereich der zweiten Stufe 15 des Kondensators an und wird, wie beschrieben, durch die Pumpe 5 unter Druck gesetzt und über die Leitung 16, der als Wärmetauscher ausgebildeten Stufe 14 und die Leitung 17, das Ventil 9, die Leitung 18 wieder dem wenigstens einen Sonnenkollektor 1 zugeführt.

[0012] Ein Teil des flüssigen Fluids, das sich im unteren Bereich der zweiten Stufe 15 des Kondensators sammelt, wird über eine Leitung 23 abgezogen und gelangt in einen Behälter 46, der mit gekühlter Flüssigkeit gefüllt ist. Aus dem Behälter 46, in dem eine schlangenförmige Leitung 21 vorgesehen ist, tritt flüssiges Fluid gekühlt durch eine Leitung 22 durch eine Pumpe 20 gefördert zu den Düsen 19. Wenngleich im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Düsen 19 dargestellt sind, ist im Prinzip mit einer einzigen Düse 19, aus der gekühltes, flüssiges Fluid austritt, das Auslangen zu finden.

[0013] Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist als Alternative zum Erwärmen des flüssigen Fluids in dem wenigstens einen Sonnenkollektor 1, insbesondere für Nachtstunden oder Zeiten, in denen nicht genügend Sonnenenergie zur Verfügung steht, ein Speicherbetrieb vorgesehen. Hierzu ist ein Speicher vorgesehen, der einen inneren Raum 2 und einen äußeren Raum 3 aufweist. In dem inneren Raum 2 ist ein Medium mit höherer Temperatur und im Raum 3 ein Medium mit einer Temperatur gespeichert, die niedriger ist als die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums im Raum 2.

[0014] Um das Medium im Speicher mit den Räumen 2 und 3 zu erwärmen, wird das Medium über eine Leitung 25 bei geöffnetem Ventil 29 durch eine Pumpe 24 und eine Leitung 26 durch den Sonnenkollektor 1 geleitet, wobei im Sonnenkollektor 1 hierfür ein gesondertes (vom Leitungssystem für flüssiges Fluid getrennt!) Leitungssystem vorgesehen ist. Über eine Leitung 27 strömt bei geöffnetem Ventil 30 erwärmtes Medium wieder in den Raum 2 des Speichers.

[0015] Bei dieser Arbeitsweise sind die Ventile 31, 32, 33 und 34 geschlossen, wogegen die Ventile 29 und 30, wie erwähnt, geöffnet sind. So wird im Raum 2 Medium mit hoher Temperatur angesammelt.

[0016] Wenn das Erwärmen des flüssigen Fluids in dem Sonnenkollektor 1, das über die Leitung 18 zu-und über die Leitung 4 abströmt nicht möglich ist, wird auf Speicherbetrieb umgeschaltet. Hiezu wird die Pumpe 24 stillgesetzt und die Ventile 30, 32, 31, 33, 29 und 34 geschlossen. Des Weiteren wird die Pumpe 35 in Betrieb genommen und pumpt heißes Medium aus dem Raum 2 des Speichers über die Leitungen 36 und 37 in den Wärmetauscher 38. Dabei wird bei geöffneten Ventilen 10 und 11 und geschlossenen Ventilen 8 und 9, das von der zweiten Stufe 15 des Kondensators kommende flüssige, unter erhöhtem Druck (Pumpe 5) stehende Fluid erwärmt, wenn es durch die Leitung 39 des Wärmetauschers 38 strömt. Durch das Ventil 10 tritt das flüssige, jetzt erwärmte Fluid über die Düse 6 in den Verdampferbehälter 7 ein.

[0017] Bei dieser Betriebsweise sind die Ventile 44, 45,10 und 11 offen, hingegen sind die Ventile 43, 42, 8 und 9 geschlossen.

[0018] Wenngleich der Speicherbetrieb, wie soeben beschrieben, einerseits und der Betrieb über den Sonnenkollektor 1, wie weiter oben beschrieben, alternierend ausgeführt werden, ist grundsätzlich auch in Betracht gezogen, dass beide Betriebsarten gleichzeitig ausgeführt werden.

[0019] Um Flüssigkeit in dem Behälter 46 zu kühlen, kann in Nachtstunden, also bei Nachtbe- 2/5

Claims (8)

1. österreichisches Patentamt AT509 080B1 2011-06-15 trieb, die Pumpe 24 in Betrieb genommen werden, um Flüssigkeit aus dem Behälter 46 über die Leitung 47 durch das geöffnete Ventil 33 und über die Leitung 26 durch den wenigstens einen Kollektor 1 zu pumpen, aus dem Flüssigkeit durch die Leitung 27 bei geschlossenen Ventilen 30 und 31 sowie geöffnetem Ventilen 32 über die Leitung 48 wieder zurück in den Behälter 46 für gekühlte Flüssigkeit strömt. Bei dieser Betriebsart sind die Ventile 29 und 34 geschlossen. So kann in den Nachtstunden unter Verwendung des Sonnenkollektors 1 ein Kühlen der Flüssigkeit im Behälter 46 für gekühlte Flüssigkeit erreicht werden. [0020] Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wie folgt beschrieben werden. [0021] Eine Anordnung zum Umwandeln thermischer Energie in Strömungskraft umfasst einen Verdampferbehälter 7, in dem unter Druck eingeleitetes, flüssiges Fluid verdampft. Das Fluid treibt einen Motor 12 an und wird in einem zweistufigem Kollektor verflüssigt und durch eine Pumpe 5 über die erste Stufe 14 des Kondensators in einen Sonnekollektor 1 und dann zum Verdampferbehälter 7 geleitet. In die zweite Stufe 15 des Kondensators wird über Düsen 19 gekühltes, flüssiges Fluid zum vollständigen Verflüssigen das Fluid eingespritzt. Alternativ zu dem Sonnenkollektor 1 kann flüssiges Fluid auch durch ein erwärmtes Medium, das einem Speicher 2 entnommen wird, in einem weiteren Wärmetauscher 38 erwärmt werden. Patentansprüche 1. Anordnung zum Umwandeln thermischer Energie in Strömungskraft und weiter in Bewegung oder elektrische Energie mit einem ersten Wärmetauscher (1), in dem ein durch einen Wärmetauscher (1) strömendes, flüssiges Fluid erwärmt wird, mit einer dem Wärmetauscher (1) nachgeschalteten Kammer (7), in der das Fluid in die Gasphase Übertritt, worauf das gasförmige, unter Druck stehende Fluid einen Motor (12) durchströmt, und mit einem Kondensator (14, 15), in dem gasförmiges Fluid abgekühlt und verflüssigt wird, wobei eine Leitung (17,18) vorgesehen ist, die den Kondensator (14,15) mit dem Wärmetauscher (1) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (1) wenigstens ein Sonnenkollektor (1) ist, dass der Kondensator (14,15) als zweistufiger Kondensator ausgebildet ist, dass die erste Stufe (14) des zweistufigen Kondensators ein Wärmetauscher ist, dass in der zweiten Stufe (15) des Kondensators wenigstens eine Düse (19) für das Einträgen von gekühltem, flüssigem Fluid vorgesehen ist, um Fluid zu verflüssigen, dass ein Speicher (2) vorgesehen ist, der mit einem weiteren Wärmetauscher (38) in Verbindung steht, und dass durch den weiteren Wärmetauscher (38) eine mit Absperrorganen (10, 11) versehene Leitung geführt ist, die von der Leitung (18) zum Sonnenkollektor (1) und von der Leitung (4) vom Sonnenkollektor (1) abzweigt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das den Düsen (19) zugeführte Fluid durch eine Leitung (22, 23) zu einem Behälter (46) strömt, in welchem es eine gekühlte Leitung (21) durchströmt.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpe (20) vorgesehen ist, die in der Leitung (22), die von Leitung (21), die im Behälter (46) mit gekühlter Flüssigkeit angeordnet ist, ausgeht, vorgesehen ist.
4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung (16), die von der zweiten Stufe (15) des Kondensators ausgeht, eine Pumpe (5) vorgesehen ist, von der eine Leitung (16) ausgeht, die durch die erste als Wärmetauscher ausgebildete Stufe (14) des Kondensators führt, und dass von der ersten Stufe des Kondensators (14) eine Leitung (17 und 18) zu dem wenigstens einen Sonnenkollektor (1) führt.
5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem weiteren Wärmetauscher (38) verbundene Speicher mit zwei Räumen (2 und 3) ausgebildet ist, wobei im inneren Raum (2) Medium mit höherer Temperatur vorrätig gehalten ist, als im Raum (3). 3/5 österreichisches Patentamt AT509 080B1 2011-06-15
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Speicher mit den zwei Räume (2 und 3) Leitungen ausgehen, die zu dem wenigstens einen Sonnenkollektor (1) führen und von diesem wieder zurück in den Speicher geführt sind.
7. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit in den Behälter (46) für gekühlte Flüssigkeit mit einem Kühlkonvektor der Leitungen (47, 48) in Verbindung steht.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sonnekollektor (1) alternativ als Sonnenkollektor zum Aufnehmen von Wärmeenergie und als Kühlkonvektor für das Abgeben von Wärme an die Umgebung ausgebildet ist. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 4/5