EP1930558B1 - Energieumwandler - Google Patents

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EP1930558B1
EP1930558B1 EP07450015A EP07450015A EP1930558B1 EP 1930558 B1 EP1930558 B1 EP 1930558B1 EP 07450015 A EP07450015 A EP 07450015A EP 07450015 A EP07450015 A EP 07450015A EP 1930558 B1 EP1930558 B1 EP 1930558B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
container
arrangement according
fluid
pipe
disposed
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP07450015A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1930558A1 (de
Inventor
Siegfried Prugner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PSW SYSTEMS AG
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to PL07450015T priority Critical patent/PL1930558T3/pl
Priority to SI200730503T priority patent/SI1930558T1/sl
Publication of EP1930558A1 publication Critical patent/EP1930558A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1930558B1 publication Critical patent/EP1930558B1/de
Priority to CY20111100149T priority patent/CY1111360T1/el
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • 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
    • F01K27/00—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for

Definitions

  • the invention relates to an arrangement with the features of the introductory part of claim 1.
  • JP 57148011 A For example, there is shown a plant comprising an upper vessel with built-in condenser, a downwardly directed water conduit, a lower vessel and an evaporator tube.
  • a turbine In the upper container, a turbine is provided, which is driven by the exiting via the nozzle from the evaporator tube steam and generates electricity via a generator.
  • the plant without using a pump or similar. can be operated, using low-temperature or natural energy.
  • the EP 1 217 293 A describes a system with a high-pressure steam storage, which is operated with an oil or gas burner or an electric heater. Furthermore, the system has a capacitor storage, which is equipped with a heat exchanger. The high-pressure steam storage is connected via a line to the capacitor storage. In the connecting line a machine (motor) is provided, which is operated with the steam.
  • the object of the invention is to provide an arrangement of the type mentioned, avoids the disadvantages of known arrangements of this type and which works even at low temperature differences and at temperatures in the range of ambient temperature with low losses.
  • the apparatus cost should be low, so that the arrangement according to the invention can be produced inexpensively.
  • thermal energy is converted into the flow of a medium and the energy of the flowing medium is converted into mechanical movement and / or electrical energy by means of a motor which is driven by the flowing medium.
  • a first, partially filled with fluid container and a second, also partially filled with fluid container is provided.
  • the containers are connected to each other by a pipe.
  • This tube is conical in a preferred embodiment, i. Tapered, so with itself from one end of the tube to the other end down toward diminishing clear cross-section formed. It is preferred that the further end of the conical tube emanates from the first container.
  • the first container is arranged lower in a preferred embodiment of the invention than the second container.
  • the end of the (conical) tube associated with the second container which is for example arranged higher than the first container, projects up to about two-thirds from below into the second container.
  • a pipeline leading from the lower side of, for example, the higher, second container to the lower side of the, for example, lower, first container is provided.
  • This pipeline is provided in one embodiment with a valve which is controlled by a, preferably the first container associated control for the level of the liquid medium in the first and / or in the second container.
  • This level control which is preferably associated with the first container, is also operatively connected to a pump for the medium.
  • This pump is provided in one embodiment in the pipeline between the second container and the first container.
  • the liquid fluid is heated in the first container, so that fluid-steam is formed.
  • the heat exchanger provided in the second container removes heat from the fluid vapor in order to condense it into liquid fluid.
  • the arrangement according to the invention makes it possible to advantageously convert thermal energy into flow force (movement of a gaseous medium, in particular) and to further convert this into mechanical movement or electrical energy.
  • thermal energy which is supplied to the system according to the invention and converted into this, especially renewable forms of energy, especially solar energy, geothermal, ambient heat (air or water), are considered.
  • the (conical) tube provided in the arrangement according to the invention starting from the top of the first container, can be guided directly into the latter through the underside of the second container and project into it. It is preferred that the end of the (conical) tube in the second container higher is arranged as the level of the fluid (medium) in the second container.
  • the (conical) tube starting from the top of the first container, project from above into the second container.
  • the motor which converts the flow force inherent in the fluid vapor (gaseous medium) flowing through the (conical) tube from the first container into the second container into mechanical motion or electrical energy may be within the second container or outside the second container be provided. In both cases, the motor is driven by the flowing fluid vapor.
  • the (conical) tube is conically tapered to the engine, and the connection between the engine and the second container by means of a non-conical tube, So a tube that does not change in its width across its length, takes place.
  • ribs are provided on the first and / or on the second container on the outside, the ribs on the first container are ribs which absorb heat, and the ribs on the second container are those which heat to the Give environment.
  • the ribs on the first container are ribs which absorb heat
  • the ribs on the second container are those which heat to the Give environment.
  • An advantage of the arrangement according to the invention is that it can be operated even at low temperature differences and at temperatures in the range of ambient temperatures in order to effectively convert energy. With the arrangement according to the invention, it is possible to recover and use energy from low temperatures, such as those found in the environment, especially from daytime heating and night cooling, geothermal energy, summer and winter temperatures.
  • the erfinduniliae arrangement is in embodiments in a position to win from low temperatures in the range of 7 ° C to 12 ° C temperature differences and at a pressure of 0.7 to 1.2 bar usable energy in the fluid.
  • energy is converted as described, wherein force is generated from a closed circular system by heat energy supplied from the outside (first container) and heat energy is discharged to the outside (second container).
  • the level of the liquid fluid is kept constant by the level control.
  • steam is generated in the first container by supplying heat from the medium and this steam is pre-stored.
  • the level of the liquid fluid is kept constant by the level control, which also regulates the level of the liquid fluid in the first container.
  • Heat is also exchanged in the second container by condensing vapor, collecting liquid and maintaining the liquid fluid in the second container at a certain level.
  • the heat exchangers are not completely absorbed within the liquid fluid. With portions of the heat exchangers overlying the liquid fluid, fluid vapor generated in the first container is kept warm in the vapor storage space to prevent the vapor from condensing again. This shows that the level control in the first container is advantageous because it can be achieved so that the evaporation can be effective, since the heat exchanger is constantly surrounded at least in its partial area by liquid.
  • the heat exchanger in the second vessel is fed with a lower temperature heat transfer medium to liquefy (condense) the vaporous fluid after it has exited the engine.
  • the part of the heat exchanger in the second container which is provided within the liquid fluid, the task of this fluid cool, i. at a temperature which prevents the liquid fluid from evaporating again.
  • An optionally provided in the conical tube barrier has the purpose of shortening the startup times when starting up the inventive arrangement and maintain a constant operational readiness to keep. For this purpose, for example, provided that at shutdown of the arrangement, the barrier is closed in the conical tube, so that the vapor pressure in the first container remains upright and the condensation chamber in the second container remains pressureless.
  • An advantage of the arrangement according to the invention is the use of media with a proper boiling point.
  • gases in particular low hydrocarbons, such as butane and propane, and gas mixtures.
  • the engine may be a piston engine, a rotary engine, a rotary chamber engine, a jet engine and / or a free-jet turbine.
  • the end of the conical tube assigned to the motor can be equipped with an adjustable nozzle which can be increased or decreased in a pressure-dependent manner (independently).
  • a first container 1 and an upper, second container 2 are provided, which are connected to each other by a, conical in the embodiment, tube 3.
  • This tube 3 projects with its end with a smaller diameter from below about two-thirds up in the interior 2a of the container 2 into it.
  • a pipeline 4 which lies from the bottom of the upstream, second container 2, leading to the underlying, first container 1 and opens at the bottom of a.
  • a pump 5 In the pipe 4 is a pump 5 and an electric solenoid valve. 6
  • Container 1 and container 2 are filled with a fluid (liquid medium) up to the level 12 and 13 respectively.
  • the fluid 10 in the first container 1 is heated by the heat exchanger 8 and begins to evaporate.
  • the vapor 11 rises in the container 1, enters the end of the conical tube 3 of larger diameter, flows through the conical tube 3 and enters the second container 2 from the narrower end of the tube 3.
  • the end 2 a in the second container 2 of the conical tube 3 is associated with a motor 14 which is driven by the fluid vapor 11 flowing through the tube 3.
  • the drive shaft 15 of the motor 14 is in the in Fig. 1 shown embodiment led out of the second container 2.
  • fluid vapor 11 After it has exited the motor 14, is cooled by the heat exchanger 9, so that the (fluid) vapor 11 in the container 2 condenses and collects in the container 2 at the bottom.
  • a pipe 4 which extends from the bottom of the above, the second container 2 and connected to the underside of the container 1, Fluid 10 pumped from the second container 2 with the pump 5 in the first container 1.
  • An electric solenoid valve 6 provided in the line 4 is controlled by a level control 7 arranged on the first container 1.
  • the level control 7 has the task to return the differently occurring fluid 10 defined in the first container 1, so that the level 12 in the first container 1 and the level 13 in the second container 2 remain unchanged in order to prevent short-term pressure fluctuations.
  • the electric solenoid valve 6 prevents at standstill of the arrangement, the outflow of fluid 10 from the upper lying second container 2 in the first container. 1
  • a shut-off device 16 is provided in the conical tube 3. This obturator 16 is closed at standstill of the arrangement (eg breaks), so that the pressure of the vapor 11 formed by evaporation of fluid 11 remains upright and in the container 2, the condensation space is kept depressurized.
  • startup times of the arrangement according to the invention can be kept short.
  • the conical tube 3 is guided from above into the second container 2 above. Also, the motor 14 is disposed outside of the container 2. Via a pipe 3a after the motor 14, fluid vapor 11 is returned to the upper, second container 2 via the upper side thereof.
  • FIG. 3 shows schematically an embodiment of an arrangement according to the invention, in which the containers 1 and 2 are provided with heat fins 17 (container 1) and cooling fins 17 (container 2).
  • first container 1 and the second container 2 may be arranged side by side.
  • the fluid 10 in the first container 1 is heated with the heat exchanger 8, and the fluid 10 begins to evaporate.
  • the fluid vapor 11 compresses and the pressure rises in the container 1.
  • the located in the upper second container 2 fluid 10 is with a heat exchanger 9 cooled. Then, the fluid vapor 11 contained in the container 2 condenses and accumulates in the container 2. Due to the condensation of the fluid vapor 11, the pressure in the container 2 drops.
  • fluid vapor 11 flows from the container 1 via the conically shaped tube 3, drives a motor 14 provided, for example, at the end of the (conically shaped) tube, and flows in (relaxed) the container 2 from.
  • fluid 10 is not completely evaporated in the upper second container 2, with a pump 5 via the pipe 4, which goes off from the bottom of the upstream container 2 and at the bottom of the container 1, fluid 10 is pumped from the container 2 into the container 1, so that in the first container 1 vaporized fluid 10 is replaced.
  • the level control 7 has the task to return the different accumulating fluid 10 exactly in the container 1, so that the level 12 in the container 1 and the level 13 in the container 2 remain unchanged in order to prevent short-term pressure fluctuations.
  • An arrangement for converting heat into motion and optionally further into electrical current has two closed containers 1, 2.
  • the containers 1, 2 are partially filled with a fluid 10.
  • a heat exchanger 8 is provided, via which heat is supplied to evaporate the fluid 10.
  • a heat exchanger 9 is provided to which a cooling medium is supplied to condense in the container 2 located fluid vapor 11 to 10 fluid.
  • the container 1 is with its upper end over a conically tapered tube 3 is connected to the second container 2, so that from the container 1 fluid vapor 11 can flow into the container 2 and drive a motor 14 arranged there.
  • the containers 1, 2 are further connected to each other via a pipe 4.
  • the pipeline 4 starts from the lower, filled with fluid 10 region of the second container 2 and flows into the container 1 also below, in the area filled with liquid fluid 10.
  • a level switch 7 is provided which controls a provided in the pipe 4 pump 5 and a shut-off 6 such that the level 12 of fluid 10 in the first container 1 and the level 13 of fluid 10 in the second container 2 are constant so that the heat exchangers 8 and 9 provided in the containers 1, 2 are only partially immersed in the liquid fluid 10. It is provided that the heat exchanger 8 is arranged in the container 1 predominantly in liquid fluid 10 and the heat exchanger 9 is arranged in the container 2 predominantly in the vapor space 11 of the container 2.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit den Merkmalen des einleitenden Teils von Anspruch 1.
  • Eine derartige Anordnung ist aus der JP 57148011 A und aus der EP 0370587 bekannt.
  • Bekannte Anordnungen dieser Art arbeiten mit einem Medium, das während des Betriebes einem Phasenwechsel unterworfen wird. Nachteilig bei diesen bekannten Anordnungen ist es, dass sie einen großen apparativen Aufwand erfordern. Die bekannten Anordnungen, wie Verbrennungsmotore, Dampfmaschinen oder Dampf- bzw. Gasturbinen, arbeiten ausschließlich mit hohen Wärmepotenzialen, sodass sie mit den in der Umwelt vorhandenen Wärmepotenzialen nicht das Auslangen finden.
  • In der JP 57148011 A ist eine Anlage gezeigt, die einen oberen Behälter mit eingebautem Kondensator, eine nach unten führende Leitung für Wasser, einen unteren Behälter und ein Verdampferrohr aufweist. In dem oberen Behälter ist eine Turbine vorgesehen, die von dem über die Düse aus dem Verdampferrohr austretenden Dampf angetrieben wird und über einen Generator Strom erzeugt. In der JP 57148011 A ist erwähnt, dass die Anlage ohne Benützen einer Pumpe o.ä. betrieben werden können soll, wobei Wärme mit niedriger Temperatur oder natürliche Energie eingesetzt wird.
  • Die EP 1 217 293 A beschreibt eine Anlage mit einem Hochdruckdampfspeicher, der mit einem Öl- oder Gasbrenner oder einer elektrischen Heizeinrichtung betrieben wird. Des Weiteren besitzt die Anlage einen Kondensatorspeicher, der mit einem Wärmetauscher ausgestattet ist. Der Hochdruckdampfspeicher ist über eine Leitung mit dem Kondensatorspeicher verbunden. In der Verbindungsleitung ist eine Maschine (Motor) vorgesehen, die mit dem Dampf betrieben wird.
  • In der DE 29 43 686 A wird ein Verfahren und eine Anlage zum Nutzen von Industrieabwärme zum Gewinnen elektrischer Energie beschrieben, wobei eine Abwärmequelle mit einer Temperatur zwischen 90° und 150°C zum Verdampfen eines Arbeitsmediums benützt wird. Der so erzeugte Dampf soll über eine Leitung geführt, um einen mit einem Stromerzeuger gekoppelten Motor anzutreiben, und schließlich wieder verflüssigt werden. Die hiefür vorgeschlagene Anordnung besitzt einen unteren Behälter, in dem erhitzt wird, und einen oberen Behälter, in dem gekühlt wird. Dampf wird aus dem Behälter über eine Leitung in den Behälter gefüllt und als Kondensat über eine weitere Leitung zu einem Stromerzeuger und von dort in den Behälter zurückgeführt.
  • In der WO 99/24766 A wird eine Anlage und ein Verfahren zum Gewinnen mechanischer oder elektrischer Energie, die aus einer Hochtemperatur-hitzequelle strömt, vorgeschlagen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Gattung anzugeben, die Nachteile bekannter Anordnungen dieser Gattung vermeidet und die auch bei geringen Temperaturunterschieden und bei Temperaturen im Bereich der Umgebungstemperatur mit geringen Verlusten arbeitet. Dabei soll der apparative Aufwand gering sein, sodass die erfindungsgemäße Anordnung kostengünstig herstellbar ist.
  • Erfindungsgemäß wird dies mit einer Anordnung erreicht, welche die Merkmale von Anspruch 1 aufweist.
  • Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird thermische Energie in Strömung eines Mediums umgewandelt und die Energie des strömenden Mediums mit Hilfe eines Motors, der vom strömenden Medium angetrieben wird, in mechanische Bewegung und/oder elektrische Energie umgewandelt.
  • Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist ein erster, teilweise mit Fluid gefüllter Behälter und ein zweiter, ebenso teilweise mit Fluid gefüllter Behälter vorgesehen. Die Behälter sind miteinander durch ein Rohr verbunden.
  • Dieses Rohr ist in einer bevorzugten Ausführungsform konisch, d.h. sich verjüngend, also mit sich von einem Ende des Rohres zum anderen Ende hin verkleinerndem lichten Querschnitt, ausgebildet. Dabei ist es bevorzugt so, dass das weitere Ende des konischen Rohres vom ersten Behälter ausgeht.
  • Der erste Behälter ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung tiefer angeordnet als der zweite Behälter.
  • In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das dem zweiten Behälter, der beispielsweise höher angeordnet ist als der erste Behälter, zugeordnete Ende des (konischen) Rohres bis zu etwa zwei Drittel von unten her in den zweiten Behälter ragt.
  • Zusätzlich ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung in einer Ausführungsform vorgesehen, dass eine von der Unterseite des beispielsweise höher liegenden, zweiten Behälters zur Unterseite des beispielsweise tiefer angeordneten, ersten Behälters führende Rohrleitung vorgesehen ist.
  • Diese Rohrleitung ist in einer Ausführungsform mit einem Ventil versehen, das von einer, bevorzugt dem ersten Behälter zugeordneten Steuerung für das Niveau des flüssigen Mediums im ersten und/oder im zweiten Behälter angesteuert wird. Diese Niveausteuerung, die bevorzugt dem ersten Behälter zugeordnet ist, ist wirkmäßig auch mit einer Pumpe für das Medium verbunden. Diese Pumpe ist in einer Ausführungsform in der Rohrleitung zwischen dem zweiten Behälter und dem ersten Behälter vorgesehen.
  • Über den im ersten Behälter vorgesehenen Wärmetauscher wird das flüssige Fluid im ersten Behälter erwärmt, damit Fluid-Dampf entsteht. Über den im zweiten Behälter vorgesehenen Wärmetauscher wird dem Fluid-Dampf Wärme entzogen, um ihn zu flüssigem Fluid zu kondensieren.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt es in vorteilhafter Weise thermische Energie in Strömungskraft (Bewegung eines insbesondere gasförmigen Mediums) umzuwandeln und diese weiter in mechanische Bewegung oder elektrische Energie überzuführen. Als thermische Energie, die der erfindungsgemäßen Anlage zugeführt und in dieser umgewandelt wird, sind vor allem erneuerbare Energieformen, insbesondere Sonnenenergie, Erdwärme, Umgebungswärme (Luft oder Gewässer), in Betracht gezogen.
  • In einer Ausführungsform kann das in der erfindungsgemäßen Anordnung vorgesehene (konische) Rohr, von der Oberseite des ersten Behälters ausgehend, unmittelbar durch die Unterseite des zweiten Behälters in diesen geführt sein und in diesen hineinragen. Dabei ist bevorzugt, dass das Ende des (konischen) Rohres im zweiten Behälter höher angeordnet ist als das Niveau des Fluid (Mediums) im zweiten Behälter.
  • In einer anderen Ausführungsform kann das (konische) Rohr, von der Oberseite des ersten Behälters ausgehend, von oben her in den zweiten Behälter hineinragen.
  • Der Motor, der die dem Fluid-Dampf (gasförmiges Medium), der durch das (konische) Rohr vom ersten Behälter in den zweiten Behälter strömt, innewohnende Strömungskraft in mechanische Bewegung oder elektrische Energie umwandelt, kann innerhalb des zweiten Behälters oder außerhalb des zweiten Behälters vorgesehen sein. In beiden Fällen wird der Motor vom strömenden Fluid-Dampf angetrieben.
  • Wenn der Motor außerhalb des zweiten Behälters angeordnet ist, ist in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung vorgesehen, dass das (konische) Rohr sich bis zu dem Motor hin konisch verjüngend ausgebildet ist, und die Verbindung zwischen Motor und zweitem Behälter mittels eines nicht konischen Rohres, also ein Rohr, das sich in seiner lichten Weite über seine Länge nicht ändert, erfolgt.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem ersten und/oder an dem zweiten Behälter außen Rippen vorgesehen sind, wobei die Rippen am ersten Behälter Rippen sind, welche Wärme aufnehmen, und die Rippen am zweiten Behälter solche sind, die Wärme an die Umgebung abgeben. So besteht die Möglichkeit, durch die Anordnung von Wärmerippen bzw. Kühlrippen Energie aus die Behälter umstreichenden Luftströmungen zu gewinnen bzw. an diese abzugeben.
  • Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist es, dass sie auch bei geringen Temperaturdifferenzen und bei Temperaturen im Bereich der Umgebungstemperaturen betrieben werden kann, um wirksam Energie umzuwandeln. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung besteht die Möglichkeit, aus niedrigen Temperaturen, wie sie in der Umgebung vorkommen, vor allem aus der Tageserwärmung und der Nachtabkühlung, Erdwärme, Sommer- und Wintertemperaturen, Energie zu gewinnen und zu nützen. Die erfindungemäße Anordnung ist in Ausführungsformen in der Lage, aus niedrigen Temperaturen im Bereich von 7°C bis 12°C Temperaturdifferenzen und bei einem Druck von 0,7 bis 1,2 bar im Fluid nutzbare Energie zu gewinnen.
  • Bei der erfindungsgemäßen Anlage wird Energie wie beschrieben umgewandelt, wobei aus einem geschlossenen Kreissystem Kraft erzeugt wird, indem Wärmeenergie von außen zugeführt (erster Behälter) und Wärmeenergie nach außen abgegeben wird (zweiter Behälter).
  • Bei der erfindungsgemäßen Anlage wird das Niveau des flüssigen Fluid durch die Niveauregelung konstant gehalten. Dabei wird im ersten Behälter durch Wärmezufuhr aus dem Medium Dampf erzeugt und dieser Dampf vorgespeichert.
  • Auch im zweiten Behälter, in dem ein Kondensationsraum und ein Flüssigraum vorgesehen ist, wird der Pegelstand des flüssigen Fluid durch die Niveauregelung, die auch das Niveau des flüssigen Fluid im ersten Behälter regelt, konstant gehalten. Auch im zweiten Behälter wird Wärme getauscht, indem Dampf kondensiert, Flüssigkeit gesammelt und das flüssige Fluid im zweiten Behälter auf einem bestimmten Niveau gehalten wird.
  • Vorteilhaft ist es, dass die Wärmetauscher nicht vollständig innerhalb des flüssigen Fluid aufgenommen sind. Dadurch, dass Bereiche der Wärmetauscher über dem flüssigen Fluid liegen, wird im ersten Behälter erzeugter Fluid-Dampf im Dampfspeicherraum warm gehalten, um zu verhindern, dass der Dampf wieder kondensiert. Hier zeigt sich, dass die Niveauregelung im ersten Behälter vorteilhaft ist, da so erreicht werden kann, dass das Verdampfen wirksam erfolgen kann, da der Wärmetauscher wenigstens in seinem Teilbereich ständig von Flüssigkeit umgeben ist.
  • Der Wärmetauscher im zweiten Behälter wird mit einem Wärmeträger-Medium mit niedrigerer Temperatur angespeist, um das dampfförmige Fluid, nachdem es aus dem Motor ausgetreten ist, zu verflüssigen (kondensieren). Dabei hat der Teil des Wärmetauschers im zweiten Behälter, der innerhalb des flüssigen Fluid vorgesehen ist, die Aufgabe, dieses Fluid kühl, d.h. auf einer Temperatur zu halten, bei der verhindert ist, dass das flüssige Fluid wieder verdampft.
  • Eine gegebenenfalls im konischen Rohr vorgesehene Absperrung hat den Zweck, die Anlaufzeiten beim Hochfahren der erfindungsgemäßen Anordnung zu verkürzen und eine ständige Betriebsbereitschaft aufrecht zu halten. Hiezu ist beispielsweise vorgesehen, dass bei Stillstand der Anordnung die Absperrung im konischen Rohr geschlossen ist, sodass der Dampfdruck im ersten Behälter aufrecht bleibt und der Kondensationsraum im zweiten Behälter drucklos bleibt.
  • Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Einsatz von Medien mit einem richtigen Siedepunkt.
  • Hiefür werden als Beispiele genannt: Gase, insbesondere niedrige Kohlenwasserstoffe, wie Butan und Propan und Gasgemische.
  • In einer Ausführungsform der erfindungemäßen Anordnung kann der Motor, ein Kolbenmotor, Drehkolbenmotor, Drehkammermotor, Düsenmotor und/oder eine Freistrahlturbine sein.
  • Das dem Motor zugeordnete Ende des konischen Rohres kann mit einer verstellbaren Düse ausgestattet sein, die sich druckabhängig (selbständig) vergrößern oder verkleinern lässt.
  • Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1
    schematisch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung,
    Fig. 2
    schematische eine zweite Ausführungsform und
    Fig. 3
    schematisch eine Ausführungsform mit Außen-Rippen an den Behältern.
  • Bei der ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung (Fig. 1) sind ein erster Behälter 1 und ein oberhalb liegender, zweiter Behälter 2 vorgesehen, die miteinander durch ein, im Ausführungsbeispiel konisches, Rohr 3 verbunden sind. Dieses Rohr 3 ragt mit seinem Ende mit kleinerem Durchmesser von unten her zirka zwei Drittel nach oben in den Innenraum 2a des Behälters 2 hinein.
  • Eine Rohrleitung 4, die von der Unterseite des oberhalb liegenden, zweiten Behälters 2 ausgeht, führt zu dem unterhalb liegenden, ersten Behälter 1 und mündet an dessen Unterseite ein. In der Rohrleitung 4 befinden sich eine Pumpe 5 und ein Elektro-Magnetventil 6.
  • Im ersten Behälter 1 befinden sich eine Niveausteuerung 7 und ein Wärmetauscher 8. Im zweiten, oberhalb liegenden Behälter 2 befindet sich ein Wärmetauscher 9. Behälter 1 und Behälter 2 sind mit einem Fluid (flüssiges Medium) bis zu dem Niveau 12 bzw. 13 befüllt.
  • Das im ersten Behälter 1 befindliche Fluid 10 wird mit dem Wärmetauscher 8 erwärmt und beginnt zu verdampfen. Der Dampf 11 steigt im Behälter 1 an, tritt in das Ende des konischen Rohres 3 mit größerem Durchmesser ein, strömt durch das konische Rohr 3 und tritt aus dem engeren Ende des Rohres 3 in den zweiten Behälter 2 ein.
  • Dem im zweiten Behälter 2 liegenden Ende 2a des konischen Rohres 3 ist ein Motor 14 zugeordnet, der von dem Fluid-Dampf 11, der durch das Rohr 3 strömt, angetrieben wird. Die Antriebswelle 15 des Motors 14 ist bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform aus dem zweiten Behälter 2 herausgeführt.
  • Im oberhalb liegenden, zweiten Behälter 2 wird Fluid-Dampf 11, nachdem er aus dem Motor 14 ausgetreten ist, vom Wärmetauscher 9 abgekühlt, sodass das (der) im Behälter 2 befindliche (Fluid) Dampf 11 kondensiert und sich im Behälter 2 unten ansammelt.
  • Durch das Entspannen des Fluid-Dampfes 11 sinkt der Druck im Behälter 2. Durch den Druckunterschied zwischen dem ersten Behälter 1 und dem zweiten Behälter 2 strömt Fluid-Dampf 11 vom Behälter 1 über das konische Rohr 3 in den Behälter 2.
  • Um das im ersten Behälter 1 befindliche Fluid 10 nicht in dem oberhalb liegenden, zweiten Behälter 2 verdampfen zu lassen, wird über eine Rohrleitung 4, die von der Unterseite des oberhalb liegenden, zweiten Behälters 2 ausgeht und an der Unterseite des Behälters 1 angeschlossen ist, Fluid 10 aus dem zweiten Behälter 2 mit der Pumpe 5 in den ersten Behälter 1 gepumpt. Ein in der Leitung 4 vorgesehenes Elektro-Magnetventil 6 wird von einer am ersten Behälter 1 angeordneten Niveausteuerung 7 gesteuert.
  • Die Niveausteuerung 7 hat die Aufgabe, das unterschiedlich anfallende Fluid 10 definiert in den ersten Behälter 1 zurückzuführen, sodass das Niveau 12 im ersten Behälter 1 und das Niveau 13 im zweiten Behälter 2 unverändert bleiben, um kurzzeitige Druckschwankungen zu verhindern.
  • Das Elektro-Magnetventil 6 verhindert bei Stillstand der Anordnung das Abfließen von Fluid 10 vom oberhalb liegenden zweiten Behälter 2 in den ersten Behälter 1.
  • Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist im konischen Rohr 3 ein Absperrorgan 16 vorgesehen. Dieses Absperrorgan 16 ist bei Stillstand der Anordnung (z.B. Betriebspausen) geschlossen, sodass der Druck des durch Verdampfen von Fluid 10 gebildeten Dampfes 11 aufrecht bleibt und im Behälter 2 der Kondensationsraum drucklos gehalten wird. So können Anlaufzeiten der erfindungsgemäßen Anordnung kurz gehalten werden.
  • Bei der in Fig. 2 schematisch gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist das konische Rohr 3 von oben her in den oberhalb liegenden zweiten Behälter 2 geführt. Auch der Motor 14 ist außerhalb des Behälters 2 angeordnet. Über ein Rohr 3a nach dem Motor 14 wird Fluid-Dampf 11 in den oben liegenden, zweiten Behälter 2 über dessen Oberseite zurückgeführt.
  • Fig. 3 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei der die Behälter 1 und 2 mit Wärmerippen 17 (Behälter 1) und Kühlrippen 17 (Behälter 2) ausgestattet sind.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können der erste Behälter 1 und der zweite Behälter 2 nebeneinander gestellt angeordnet sein.
  • Beispielsweise kann die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnung wie folgt beschrieben werden:
  • Das im ersten Behälter 1 befindliche Fluid 10 wird mit dem Wärmetauscher 8 erwärmt, und das Fluid 10 beginnt zu verdampfen. Der Fluid-Dampf 11 verdichtet sich und der Druck steigt im Behälter 1. Das im oberhalb liegenden zweiten Behälter 2 befindliche Fluid 10 wird mit einem Wärmetauscher 9 gekühlt. Dann kondensiert der im Behälter 2 befindliche Fluid-Dampf 11 und sammelt sich im Behälter 2 an. Durch die Kondensation des Fluid-Dampfes 11 sinkt der Druck im Behälter 2.
  • Durch den so entstehenden Druckunterschied zwischen dem ersten Behälter und dem zweiten Behälter 2 strömt Fluid-Dampf 11 vom Behälter 1 über das konisch geformte Rohr 3, treibt einen beispielsweise am Ende des (konisch geformten) Rohres vorgesehenen Motor 14 an und strömt (entspannt) in den Behälter 2 ab.
  • Um zu verhindern, dass das im ersten Behälter lagernde Fluid 10 nicht zur Gänze in den oberhalb liegenden zweiten Behälter 2 verdampft, wird mit einer Pumpe 5 über die Rohrleitung 4, die von der Unterseite des oberhalb liegenden Behälters 2 abgeht und an der Unterseite des Behälters 1 mündet, Fluid 10 aus dem Behälter 2 in den Behälter 1 gepumpt, sodass im ersten Behälter 1 verdampftes Fluid 10 ersetzt wird.
  • Ein in der Leitung 4 vorgesehenes Elektro-Magnetventil 6 wird über die Niveausteuerung 7 angesteuert. Die Niveausteuerung 7 hat die Aufgabe, unterschiedlich anfallendes Fluid 10 exakt in den Behälter 1 zurückzuführen, sodass der Niveaustand 12 im Behälter 1 und der Niveaustand 13 im Behälter 2 unverändert bleiben, um kurzzeitige Druckschwankungen zu verhindern.
  • Eine Aufgabe des Elektro-Magnetventils 6 ist es auch, bei Stillstand der Anordnung das Abfließen von Fluid 10 aus dem oberhalb liegenden, zweiten Behälter 2 in den ersten Behälter 1 zu verhindern.
  • Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung wie folgt beschrieben werden:
  • Eine Anordnung zum Umwandeln von Wärme in Bewegung und gegebenenfalls weiter in elektrischen Strom besitzt zwei geschlossene Behälter 1, 2. Die Behälter 1, 2 sind teilweise mit einem Fluid 10 gefüllt. In dem Behälter 1 ist ein Wärmetauscher 8 vorgesehen, über den zum Verdampfen des Fluid 10 Wärme zugeführt wird. In dem Behälter 2 ist ein Wärmetauscher 9 vorgesehen, dem ein Kühlmedium zugeführt wird, um im Behälter 2 befindlichen Fluid-Dampf 11 zu Fluid 10 zu kondensieren. Der Behälter 1 ist mit seinem oberen Ende über ein sich konisch verjüngendes Rohr 3 mit dem zweiten Behälter 2 verbunden, sodass aus dem Behälter 1 Fluid-Dampf 11 in den Behälter 2 strömen und einen dort angeordneten Motor 14 antreiben kann. Die Behälter 1, 2 sind weiters über eine Rohrleitung 4 miteinander verbunden. Die Rohrleitung 4 geht von dem unteren, mit Fluid 10 gefüllten Bereich des zweiten Behälters 2 aus und mündet im Behälter 1 ebenfalls unten, in dem mit flüssigen Fluid 10 gefüllten Bereich. In dem Behälter 2 ist ein Niveauschalter 7 vorgesehen, der eine in der Rohrleitung 4 vorgesehene Pumpe 5 und ein Absperrorgan 6 derart steuert, dass das Niveau 12 an Fluid 10 im ersten Behälter 1 und das Niveau 13 an Fluid 10 im zweiten Behälter 2 konstant sind, sodass die in den Behältern 1, 2 vorgesehenen Wärmetauscher 8 bzw. 9 nur teilweise in das flüssige Fluid 10 eintauchen. Dabei ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher 8 im Behälter 1 überwiegend in flüssigem Fluid 10 angeordnet ist und der Wärmetauscher 9 im Behälter 2 überwiegend im Dampfraum 11 des Behälters 2 angeordnet ist.

Claims (18)

  1. Anordnung zum Umwandeln thermischer Energie in Strömungskraft und weiter in Bewegung oder elektrische Energie mit einem ersten Behälter (1) und mit einem zweiten Behälter (2), wobei beide Behälter (1, 2) teilweise mit Fluid (10) gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Behälter (1) mit dem zweiten Behälter (2) über ein Rohr (3) verbunden ist, dass ein weiteres Ende des Rohres (3) an den ersten Behälter (1) angeschlossen ist, dass das Rohr (3) im zweiten Behälter (2) über dem Niveau (13) des Fluid (10) im zweiten Behälter (2) endet, dass das untere Ende des zweiten Behälters (2) mit dem unteren Ende des ersten Behälters (1) über eine Rohrleitung (4) verbunden ist, dass im ersten Behälter (1) und im zweiten Behälter (2) jeweils ein Wärmetauscher (8, 9) vorgesehen ist, der sich jeweils unterhalb und oberhalb des Niveaus (12, 13) des Fluid (10) in den Behältern (1, 2) erstreckt, dass der im ersten Behälter (1) angeordnete Wärmetauscher (8) zum Erwärmen des Fluid (10) und zum Warmhalten von Fluid-Dampf (11) mit erwärmtem Medium und der im zweiten Behälter (2) angeordnete Wärmetauscher (9) zum Kondensieren von Fluid-Dampf (11) und zum Kühlen des Fluid (10) mit gekühltem Wärmeträger-Medium beaufschlagt wird, dass dem Rohr (3) ein Motor (14) zugeordnet ist, der von aus dem ersten Behälter (1) stammendem und durch das Rohr (3) zum zweiten Behälter (2) strömendem Fluid-Dampf (11) angetrieben ist, und dass dem ersten Behälter (1) ein Niveauregler (7) zugeordnet ist, der mit einer in der Rohrleitung (4) angeordneten Pumpe (5) und einen Ventil (6) wirkmäßig derart verbunden ist, dass das Niveau (12, 13) des Fluid (10) im ersten und im zweiten Behälter (1, 2) konstant gehalten ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Rohrleitung (4) angeordnete Ventil (6) ein elektromagnetisches Ventil ist, das im stromlosen Zustand geschlossen ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Rohrleitung (4) angeordnete Ventil (6) geöffnet ist, wenn die Pumpe (5) in Betrieb ist.
  4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (14) im Inneren des zweiten Behälters (2) angeordnet ist.
  5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (15) des Motors (14) aus dem zweiten Behälter (2) herausgeführt ist.
  6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (14) im Bereich des Endes des konischen Rohres (3), das den ersten Behälter (1) mit dem zweiten Behälter (2) verbindet, angeordnet ist.
  7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (14) im Verlauf des Rohres (3) und außerhalb des zweiten Behälters (2) vorgesehen ist.
  8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (3) von unten her in den zweiten Behälter (2) ragt.
  9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (3) bis etwa zwei Drittel der Höhe des zweiten Behälters (2) in diesen ragt.
  10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Rohr (3) ein Absperrorgan (16) vorgesehen ist.
  11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Behälter (1) außen mit Rippen (17) versehen ist.
  12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Behälter (2) außen mit Rippen (17) versehen ist.
  13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Behälter (2) höher angeordnet ist als der erste Behälter (1).
  14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Behälter (1) und der zweite Behälter (2) nebeneinander angeordnet sind.
  15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Gas oder ein Gasgemisch, insbesondere ein niedriger Kohlenwasserstoff, wie Propan oder Butan, ist.
  16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (3), welches die Behälter (1, 2) miteinander verbindet, konisch ist.
  17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet dass das weitere Ende des Rohres (3) dem ersten Behälter (1) und das engere Ende des Rohres (3) dem zweiten Behälter (2) zugeordnet ist.
  18. Anordnung nach einem der Ansprüche 7, 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (3a), das vom Motor (14) zum zweiten Behälter (2) führt, mit konstanter lichter Weite ausgebildet ist.
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