DE3723289A1

DE3723289A1 - Vorrichtung zum umwandeln von waermeenergie

Info

Publication number: DE3723289A1
Application number: DE19873723289
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Hoevecke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-01-13
Filing date: 1987-07-15
Publication date: 1988-07-21

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umwandeln von Wärme bzw. Abwärme in mechanische Arbeit, in elektrische und/oder speicherbare Energie.

Unter Vorrichtungen zum Umwandeln von Wärme sind im Sinne der Erfindung Vorrichtungen zu verstehen, die bereits vorhandene Wärme, wie zum Beispiel die Sonnenenergie oder die in Kraftwerken, Hüttenbetrieben usw. anfallende Wärme nutzen.

Es ist bekannt, von Sonnenkollektoren aufgenommene Sonnenenergie voltaisch zu nutzen, d.h. in elektrische Energie umzuwandeln.

Es ist auch bekannt, mit der elektrischen Ausgangsspannung von Sonnenkollektoren Wasser elektrolytisch zu zersetzen und den anfallenden Wasserstoff zu speichern, der zum Betreiben von Verbrennungsmotoren dient.

Es ist auch bekannt, mit der Abwärme eines Hochofens eine Wasserverdampfunganlage zu betreiben und das Abwasser aus dem Hochofenbetrieb zu reinigen, das anschließend der Produktion als Brauchwasser wieder zugeführt wird.

Diese bekannten Vorrichtungen sind im allgemeinen großtechnische Anlagen und jeweils für den speziellen Einsatzzweck konzipiert.

Für den privaten Bereich (Haushaltsbereich) ist es bekannt, mit Kollektoren gesammelte Sonnenenergie über einen Wärmetauscher an im Kreislauf geführtes Wasser einer Warmwasserbeheizung abzugeben bzw. mit dieser Wärme für Haushaltszwecke genutztes Wasser zu erwärmen (Badewasser, Waschwasser). Dies setzt jedoch voraus, daß eine entsprechende Sonneneinstrahlung zur Verfügung steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eine Vorrich tung zum Umwandeln von Wärme in mechanische Arbeit und/oder elektrische und/oder speicherbare Energie, d.h. eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Umwandlung von Wärmeenergie, in mecha nische Energie, in elektrische oder in speicherbare Energie möglich ist.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich tung dieser Art zu schaffen bzw. eine Vorrichtung zu schaffen, die ohne weiteres eine Umstellung von der Umwandlung von Wärme in mechanische Arbeit auf die Umwandlung in elektrische Energie bzw. Wasserstoff gestattet, und die weiterhin sowohl im privaten Bereich als auch im gewerblichen Bereich universell einsetzbar ist und nach dem Baukastenprinzip für den bzw. die beabsichtigten Zwecke ohne weiteres umgebaut bzw. entsprechend ergänzt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nach einem ersten Lösungsprin zip dadurch gelöst, daß die Vorrichtung mindestens zwei Wärme speicher unterschiedlicher Temperatur mit jeweils einem flüssigen Medium und mindestens einem Wärmetauscher aufweist, jedem Wärme speicher eine Einrichtung mit einem Wärmetauscher und mit einem unter dem Druck einer eingesperrten Gasmenge verschiebbaren Kolben nachgeordnet ist, beide Kolben weiterhin in einem ge schlossenen Hydraulikkreis mit einem Hydraulikmotor angeordnet sind, und der Wärmespeicher mit der höheren Temperatur abwech selnd den Einrichtungen Wärme zuführt und der Wärmespeicher mit der niedrigeren Temperatur abwechselnd den Einrichtungen Wärme entzieht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nach einem zweiten Lösungsprin zip dadurch gelöst, daß die Vorrichtung mindestens zwei Wärme speicher unterschiedlicher Temperatur mit jeweils einem flüssigen Medium und mindestens einem Wärmetauscher aufweist, jedem Wärme speicher eine Einrichtung mit einem Wärmetauscher und mit einem unter dem Druck einer eingesperrten Gasmenge verschiebbaren Kolben nachgeordnet ist, beide Kolben weiterhin in einem ge schlossenen Hydraulikkreis angeordnet sind, der Kolben jeder Kolbenstange nach außen geführt ist und einen Kolben aus ferro magnetischem Material aufweist, der mit einer Spule nach dem Tauchspulenprinzip zusammenarbeitet und der Wärmespeicher mit der höheren Temperatur abwechselnd den Einrichtungen Wärme zuführt und der Wärmespeicher mit der niedrigeren Temperatur abwechselnd den Einrichtungen Wärme entzieht.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß die Temperaturdifferenz zwischen zwei Wärmespeichern in eine Druckdifferenz zwischen zwei Druckspeichern umgesetzt wird und die Druckdifferenz auf eine Hydraulikpumpe arbeitet.

Der Hydraulikmotor kann mechanische Arbeit leisten, indem sie zum Beispiel eine Säge usw. antreibt.

Der Hydraulikmotor kann statt dessen oder auch zusätzlich einen elektrischen Generator antreiben, so daß gegebenenfalls zusätz lich elektrische Energie erzeugt wird, die dann zum Antrieb von Elektromotoren dient bzw. über ein Ladegerät in elektrischen Akkumulatoren gespeichert wird oder zur elektrolytischen Zerle gung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff dient.

Der Wasserstoff wird anschließend gespeichert und im Bedarfsfall zu Wasser beispielsweise in einem Verbrennungsmotor zum Beispiel als Antrieb für einen elektrischen Generator wieder zu Wasser oxidiert, wobei gleichzeitig die als Abwärme anfallende Reakti onswärme zum Beispiel für Haushaltszwecke aufzuheizendem Wasser zugeführt wird. von Warmwasserheizungen dient.

Der Wärmespeicher höherer Temperatur kann erfindungsgemäß ein Sonnenkollektor sein, der die aufgenommene Wärme an im geschlos senen Kreislauf geführtes Wasser abgibt.

Er kann auch ein Wärmetauscher sein, dem beispielsweise in einem Hüttenwerk die Abwärme eines Erwärmungsofens für Brammen, Knüppeln und dergleichen zugeführt wird.

Dem als Wärmetauscher ausgebildeten Wärmespeicher der höheren Temperatur kann auch die Abwärme des Kühlsystems eines Hochofens zugeführt werden. Er ist dann in das Kühlsystem des Hochofens integriert.

Genrell ist es möglich, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die niederwertige Wärme von Dampf zu nutzen, indem sie einer Dampfturbine nachgeschaltet ist und dem aus der Dampfturbine austretenden Dampf weitere Wärme entzieht, die bisher ungenutzt über Kühltürme an die umgebende Atmosphäre abgeführt wurde.

Es ist auch möglich die Abwärme von Coils durch Strahlung und/oder Konvektion auf den Wärmespeicher höherer Temperatur zu übertragen, indem der Wärmespeicher höherer Temperatur zum Beispiel als hohlzylindrischer Wärmetauscher ausgebildet ist, in dessen Innenraum die abzukühlenden Coils angeordnet werden.

Schließlich ist es auch möglich, die Abwärme abgebrannter Reaktorstäbe in Abklingbecken mittels der Vorrichtung in der erfindungsgemäßen Weise in eine andere Energieform umzuwandeln und gleichzeitig eine einfache und sichere Zwangskühlung abge brannter Reaktorstäbe zu schaffen.

Es ist weiterhin möglich, die Restwärme der Abgase von Kraftwer ken, Heizkraftwerken, Flammkesseln und so weiter in der erfin dungsgemäßen Weise in eine andere Energieform umzuwandeln bzw. zu zu nutzen, statt sie wie bisher und zum Teil mit erheblichem Aufwand mitKühltürmen und so weiter an die Umgebung ungenutzt abzuführen.

Der zweite Wärmespeicher mit der niedrigeren Temperatur ist ebenfalls ein Wärmetauscher, der in vielen Fällen der Umgebungs temperatur ausgesetzt ist, bzw. der Einstrahlung von Energie entzogen ist, indem er beispielsweise eine thermische Abschirmung aufweist oder der Sonneneinstrahlung entzogen ist oder im Erdreich vergraben ist usw. und somit zwangsläufig auf einer niedrigeren Temperatur als der Wärmespeicher höherer Temperatur gehalten wird.

Um unter allen Betriebsbedingungen sicher zu stellen, daß eine vorgegebene Temperaturdifferenz zwischen den beiden Wärmespeichern eingehalten wird, ist zwischen den beiden Wärmespeichern eine Wärmepumpe angeordnet, die bei Unterschreiten einer vorgegebenen Temperaturdifferenz zwischen den beiden Wärmespeichern Wärme von dem Wärmespeicher niedrigerer Temperatur zu dem Wärmespeicher höherer Temperatur pumpt.

Gemäß einem ersten Ausführungsprinzip steht der Wärmespeicher mit der höheren Temperatur in Strahlungskontakt mit der Sonne und ist als von Wasser oder einer anderen Flüssigkeit durchströmter Sonnenkollektor ausgebildet.

Gemäß einem zweiten Ausführungsprinzip steht der Wärmespeicher mit der höheren Temperatur in wärmeleitenden Kontakt mit Abwärme führendem Abwasser bzw. Brauchwasser.

Entsprechendes gilt für den Dampf der bereits Dampfturbinen und so weiter durchströmt hat und für den Abwärme führenden Dampf in Hüttenwerken.

Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel steht der Wärmespeicher mit der höheren Temperatur in wärmeleitenden und/oder in Strah lungskontakt mit einer Abwärme abgebenden Einrichtung, die beispielsweise ein Erwärmungsofen für Brammen oder ein abzu kühlendes Coil oder das Abklingbecken für abgebrannte Reaktorstäbe ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist dem Hydraulik motor ein elektrischer Generator nachgeschaltet. An den elektri schen Generator können elektrische Verbraucher wie zum Beispiel Bohrmaschinen, Fräsen, Boiler, Heizgeräte, elektrische Küchen geräte usw. angeschlossen sein.

In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist dem elektrischen Generator eine Vorrichtung zur Elektrolyse von Wasser und ein Speicher für Wasserstoff nachgeschaltet, so daß Energie gespeichert wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wandelt in diesem Falle Wärmeenergie in speicherbare Energie um.

Erfindungsgemäß sind die Wärmetauscher zusätzlich in einem geschlossenen Kreislauf einer Heizungsanlage bzw. Kühlanlage angeordnet, so daß eine Klimatisierung von Räumen sichergestellt ist und gleichzeitig hierfür nicht benötigte, jedoch zur Verfügung stehende Wärmeenergie zusätzlich in Arbeit, in mecha nische bzw. elektrische oder speicherbare Energie umgewandelt wird.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispie len erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 das Ausführungsbeispiel eines Blockschaltbildes der Vor richtung,

Fig. 2-7 die Schaltstellungen der Ventile der Fig. 1,

Fig. 8 ein zweites Ausführungsbeispiel,

Fig. 9 ein drittes Ausführungsbeispiel im Ausschnitt,

Fig. 10-13 ein zweites Ausführungbeispiel des Blockschaltbildes Fig. 14 ein Ausführungsbeispiel für ein Familienhaus,

Fig. 15 ein erstes Ausführungsbeispiel für den gewerblichen Bereich und

Fig. 16 ein zweites Ausführungsbeispiel für den gewerblichen Bereich.

Fig. 17 das Ausführungsbeispiel einer Einrichtung.

Die Fig. 1 zeigt das Ausführungsbeispiel eines Blockschaltbildes der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Mit 1 ist der Wärmespeicher der höheren Temperatur bezeichnet, mit 2 der Wärmespeicher mit der niedrigeren Temperatur, mit 3 die dem Wärmespeicher der höheren Temperatur nachgeordnete Einrichtung, die einen Wärmetauscher und einen unter dem Druck einer eingesperrten Gasmenge verschiebbaren Kolben aufweist, mit 4 die dem Wärmespeicher mit der niedrigeren Temperatur nachgeord nete Einrichtung, die einen Wärmetauscher und einen unter dem Druck einer eingesperrten Gasmenge verschiebbaren Kolben auf weist, und mit 5 die zwischen Wärmespeicher 1 und dem Wärmespei cher 2 angeordnete Wärmepumpe, die eine vorgegebene Temperatur differenz zwischen den beiden Wärmespeichern aufrecht erhält.

Der Wärmetauscher 1 der höheren Temperatur weist einen isolierten Tank 6 auf, der mit einer Wasseremulsion gefüllt ist und der die drei Wärmetauscher 8, 9 und 10 aufweist.

Der Wärmetauscher 8 bildet zum Beispiel mit einem nicht darge stellten Sonnenkollektor einen geschlossenen Kreislauf, der von dem Sonnenkollektor gesammelte Sonnenenergie auf die Wasseremul sion überträgt.

Der Wärmetauscher 9 führt in geschlossenem Kreislauf wechselweise kühlere Wasseremulsion der Einrichtung 3 oder der Einrichtung 4 zu, so daß sich wechselweise ein entsprechender Druck p ₁bzw. p ₂ entsprechend den Temperaturen t ₁ bzw. t ₂ in den beiden Wärme speichern 1 bzw. 2 aufbaut.

Der Wärmetauscher 10 ist in einem geschlossenen Kreislauf mit der Wärmepumpe angeordnet und überträgt die von der Wärmepumpe zugeführte Wärmeenergie auf die Wasseremulsion des Wärmetauschers 1.

Der Wärmespeicher 2 weist einen isolierten Tank 7 auf, der mit einer Wasseremulsion gefüllt ist und der die zwei Wärmetauscher 11 und 12 aufweist.

Der Wärmetauscher 11 ist in einem geschlossenen Kreislauf mit der Wärmepumpe angeordnet, die über den Wärmetauscher 11 der Wasser emulsion des Wärmespeichers 2 Wärme entzieht.

Der Wärmetauscher 12 ist ebenfalls in einem geschlossenen Kreislauf angeordnet und führt wechselweise der Einrichtung 2 oder der Einrichtung 1 Wasseremulsion der niedrigeren Temperatur t ₂ zu, so daß sich wechselweise ein Druck p ₁ bzw. p ₂ in der Einrichtung 3 oder Einrichtung 4 aufbaut bzw. abbaut, wobei entsprechend den thermodynamischen Gesetzmäßigkeiten p ₁<P ₂ ist, da voraussetzungsgemäß t ₁<t ₂ ist.

Wenn der Wärmetauscher 9 der Einrichtung 3 Wasseremulsion der Temperatur t ₁ zuführt, führt der Wärmetauscher 12 der Einrichtung 4 Wasseremulsion der Temperatur t ₂ zu und wenn der Wärmetauscher 9 der Einrichtung 4 Wasseremulsion der Temperatur t ₁ zuführt, führt der Wärmetauscher 12 der Einrichtung 4 Wasseremulsion der Tempe ratur t ₂ zu.

Dies hat zur Folge, daß sich wechselweise mit entsprechendem Vorzeichen eine Druckdifferenz zwischen der Einrichtung 3 und der Einrichtung 4 aufbaut, die dann zum Verrichten von Arbeit genutzt wird.

Da es nur auf die Druckdifferenz |p ₁-p ₂ | ankommt, ist es gleichgültig ob die beiden Wärmespeicher auf relativ hohem oder niedrigem Temperaturniveau arbeiten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit nicht daran gebunden, daß höherwertige Energie zum Beispiel Heißdampf über 150°C zur Verfügung steht, wie dies zum Beispiel bei Turbinen der Fall ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise einer derartigen Turbine nachgeschaltet sein und die restliche Energie des aus der Turbine austretenden bis unter 100°C abgekühlten Dampfes nutzen.

Von dem Wärmetauscher 9 führt eine Leitung 13 zu einem 3/3-Wege ventil 14 und ist mit dessen einem Zufluß 15 verbunden. Der zweite Zufluß ist mit 16 bezeichnet.

In dem zur Einrichtung 3 führenden Abfluß 17 des 3/3-Wege ventils 14 ist die Förderpumpe 18 angeordnet.

Von dem Wärmetauscher 9 führt eine zweite Leitung 19 zu einem 3/3-Wegeventil 20 und ist mit dessen einem Abfluß 21 verbunden. Der zweite Abfluß ist mit 22 bezeichnet.

Der Zufluß 23 des 3/3-Wegeventils 20 führt zu der Einrichtung 3.

In diesem Zufluß 23 ist der Temperaturfühler 24 angeordnet.

Die Einrichtung 3 weist einen innen wärmeisolierten gasdichten Behälter 25 auf, der mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllt ist, im einfachsten Falle mit Luft.

In dem Gasraum 26 des Behälters ist ein Wärmetauscher 27 ange ordnet, der mit dem Abfluß 17 und dem Zufluß 22 verbunden ist.

Der Behälter 25 weist einen als verjüngten Ansatz ausgebildeten Zylinder 28 auf, der den Kolben 29 führt. Seine eine Stirnfläche 30 steht unter dem Druck des Gasraumes 26, während seine andere Stirnfläche 31 gegen Hydraulikflüssigkeit im Zylinderraum 32 ansteht.

Der Zylinderraum 32 weist zwei Anschlüsse 33 und 34 auf, die mit den beiden Leitungen 35 und 36 des 4/3-Wegeventils 37 verbunden sind.

Der Abfluß 38 und der Zufluß 39 des 4/3-Wegeventils 37 führen zu den Anschlüssen 40 bzw. 41 des Hydraulikmotors 42.

Von dem Wärmetauscher 12 führt eine Leitung 43 zu einem 3/3-Wege ventil 44 und ist mit dessen einem Zufluß 45 verbunden. Der andere Zufluß ist mit 46 bezeichnet.

In dem zur Einrichtung 4 führenden Abfluß 47 ist die Förderpumpe 48 angeordnet.

Von dem Wärmetauscher 12 führt eine zweite Leitung 49 zu einem 3/3-Wegeventil 50 und ist mit dessen einem Abfluß 51 verbunden. Der zweite Abfluß ist mit 52 bezeichnet.

Der Zufluß 53 des 3/3-Wegeventils 50 führt zu der Einrichtung 3. In diesem Zufluß 53 ist der Temperaturfühler 54 angeordnet.

Die Einrichtung 4 weist einen innen isolierten gasdichten Behälter 55 auf, der ebenfalls mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllt ist, wobei bei gleichen Temperaturen die Gasdrücke gleich sind, d.h. bei längerem Ruhezustand der Vorrichtung (Wärmeausgleich).

In dem Gasraum 56 des Behälters ist ein Wärmetauscher 57 angeord net, der mit dem Abfluß 47 und dem Abfluß 53 verbunden ist.

Der Behälter 55 weist einen als verjüngten Ansatz ausgebildeten Zylinder 58 auf, der den Kolben 59 führt.

Seine eine Stirnfläche 60 steht unter dem Druck des Gasraumes 56, während seine andere Stirnfläche 61 gegen Hydraulikflüssikeit im Zylinderraum 62 ansteht.

Der Zylinderraum 62 weist zwei Anschlüsse 63 und 64 auf, die mit den beidenLeitungen 65 und 66 des 4/3-Wegeventils 67 verbunden sind.

Der Abfluß 68 und der Zufluß 69 des 4/3-Wegeventils 67 führen zu dem Anschluß 40 bzw. 41 des Hydraulikmotors 42.

Die Leitung 13 weist zwischen dem Wärmetauscher 9 und dem 3/3-Wegeventil 14 einen Abzweig 70 auf, von dem die Leitung 71 zu dem einen Zufluß 72 des 4/2-Wegeventils 73 führt. Der eine Abfluß ist mit 74, der andere mit 76 bezeichnet.

Vom Abfluß 74 des 3/3-Wegeventils 73 führt die Leitung 77 zu dem Abzweig 78, der mit der Zuflußleitung 16 des 3/3-Wegeventils 14 verbunden ist.

In der Leitung 19 ist zwischen dem Wärmetauscher 9 und dem 3/3-Wegevetnil 20 ist ein Abzweig 79, von dem die Leitung 80 zu dem einen Abfluß 81 des 3/3-Wegeventils 82 führt, dessen zweiter Abfluß 83 mit dem Abzweig 78 verbunden ist. Der Zufluß des 3/3-Wegeventils 82 ist mit 84 bezeichnet.

Vom Abfluß 22 des 3/3-Wegeventils 20 führt die Leitung 85 zum Zufluß 86 des 3/3-Wegeventils 87, dessen beide Abflüsse mit 88 bzw. 89 bezeichnet sind.

Die Leitung 43 weist zwischen dem Wärmetauscher 12 und Zufluß 45 des 3/3-Wegeventils 44 einen Abzweig 90 auf, von dem die Leitung 91 zu dem Zufluß 75 des 4/2-Wegeventils 73 führt.

Vom zweiten Zufluß 46 des 3/3-Wegeventils 44 führt die Leitung 92 über einen Abzweig 93 zu dem Abfluß 89 des 3/3-Wegeventils 87. Vom Abzweig 93 führt die Leitung 94 zu dem zweiten Abfluß 76 des 4/2- Wegeventils 73.

In der Leitung 49 befindet sich zwischen dem Wärmetauscher 12 und dem 3/3-Wegeventil 50 ein Abzweig 95, von dem die Leitung 96 zu dem zweiten Abfluß 88 des 3/3-Wegeventils 83 führt.

Der Hydromotor in Fig. 1 ist mit einem elektrischen Generator 97 gekoppelt, dessen elektrische Ausgangsspannung gleichgerichtet sein kann.

Die Fig. 2 bis 7 erläutern die Funktionsweise der Vorrichtung nach Fig. 1. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

In der Fig. 8 weisen der Kolben 28 der Einrichtung 3 und der Kolben 59 der Einrichtung 4 jeweils eine aus dem zugeordneten Zylinderraum 32 bzw. 62 hinausgeführte Kolbenstange 98 bzw. 99 mit einem Kolben 100 bzw. 101 aus ferromagnetischem Material auf. Die Kolben arbeiten jeweils mit einer Feldspule 102 bzw. 103 nach dem Tauchspulenprinzip zusammen, so daß an den Abgriffen 104 und 105 bzw. 106 und 107 eine elektrische Spannung abgegriffen werden kann.

Zwischen den beiden Zylinderräumen 32 und 62 ist ein 4/2-Wege ventil 108 angeordnet, dessen Anschlüsse 109 und 110 mit dem Zylinderraum 32 verbunden sind, während die Anschlüsse 103 und 104 mit dem Zylinderraum 62 verbunden sind.

Die Fig. 2 zeigt die Ventilstellung der Ventile 14 und 20 während der Zufuhr von Wasseremulsion vom Wärmespeicher 9 zum Wärmetauscher 27, so daß das im Gasraum 26 eingesperrte und bereits unter Druck stehende Gas erwärmt wird und seinen Druck weiter erhöht.

In dieser Phase ist das Ventil 37 gemäß Fig. 5 in Ruhestellung.

Gleichzeitig strömt entsprechend der Stellung der Ventile 44 und 50 Wasseremulsion aus dem Wärmespeicher 12 zum Wärmetauscher 57, so daß das im Gasraum 56 eingesperrte und unter Druck stehende Gas abgekühlt wird und seinen Druck erniedrigt.

In dieser Phase ist das Ventil 67 gemäß Fig. 3 in Ruhestellung.

Sobald der Druck des Gases im Gasraum 26 bzw. 57 seinen Maximal wert bzw. Minimalwert erreicht hat, werden die Ventile 32 und 67 in die Arbeitsstellung geschaltet, daß der Kolben 29 hydrauli sches Medium über die Leitung 38 dem Hydromotor zuführt und über die Leitung 69 abführt 64 verdrängt und den Kolben 59 aus seiner aus Fig. 1 ersichtlichen unteren Stellung in die obere Stellung verdrängt, wobei gleichzeitig der hydraulische Motor 42 angetrieben wird und der Kolben 29 aus seiner aus Fig. 1 ersichtlichen oberen Stellung in die untere Stellung gelangt.

Die Ventile 37 und 67 werden in Ruhestellung geschaltet (Fig. 5), während die Ventile 14, 20, 82, 73, 87, 44 und 50 in die aus der Fig. 4 ersichtliche Stellung geschaltet werden.

Die Schaltstellung nach Fig. 5 dieser Ventile hat zur Folge, daß aus der Einrichtung 3 Wasseremulison zur Einrichtung 4 fließt und von dieser Wasseremulsion zur Einrichtung 3, d.h., daß restliche Wärme der Einrichtung 4 vorab zugeführt wird, während die Temperatur in der Einrichtung 3 abgesenkt wird.

Anschließend werden die Ventile 14, 20, 82, 73, 87, 44 und 50 in die aus der Fig. 6 ersichtliche Arbeitstellung geschaltet, so daß über den Wärmetauscher 8 zusätzlich Wärme dem Wärmetauscher 57 zugeführt und somit das Gas im Gasraum 56 auf die Temperatur t ₁ gebracht wird und die Temperatur im Gasraum 26 durch die Zufuhr von kälterer Wasseremulsion durch den Wärmetauscher 12 zum Wärmetauscher 27 auf die Temperatur t ₂ abgesenkt wird.

Die Einrichtungen 3 und 4 haben in Fig. 6 hierdurch gewisser maßen im Vergleich zur Fig. 1 ihre Temperaturen, d.h. damit auch ihre Drücke gewissermaßen ausgetauscht.

Dies ist aus Fig. 7 ersichtlich, die einen Ausschnitt aus Fig. 1 zeigt und nur insoweit von ihr abweicht, daß der Kolben 51 sich in seiner oberen Stellung und der Kolben 29 in seiner unteren Stellung befindet.

Falls sich nach längerer Betriebspause sich die beiden Wärmespeicher auf der gleichen Temperatur befinden sollten, bzw. die vorgege bene Temperaturdifferenz unterschritten sein sollte, wird bei Betriebsbeginn zunächst mit der Wärmepumpe die vorgegebene Temperaturdifferenz zwischen den beiden Wärmespeichern erzeugt.

Die Ventile 37 und 67 werden dann in die aus der Fig. 7 ersichtliche Stellung geschaltet, so daß der Kolben 59 sich in seine untere Stellung und der Kolben 29 sich in seine obere Stellung wieder bewegt, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist.

Die Fig. 9 zeigt im Ausschnitt eine Abwandlung des Ausführungs beipiels in den Fig. 1 bis 7, indem dem Generator 97 eine an sich bekannte Einrichtung 113 zur elektrolytischen Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff nachgeschaltet ist. Der Wasserstoff wird in einem Speicher 114 und der Sauerstoff in einem Speicher 115 gespeichert.

Durch die im Bedarfsfall erfolgende Verbrennung des Wasserstoffs zu Wasser wird die freiwerdende Reaktionswärme als Wärmeenergie verfügbar. Insoweit wird durch diese Maßnahme gewissermaßen Sonnenenergie oder eine andere Wärmeenergie speicherbar gemacht.

Die Fig. 10 bis 13 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel für das Blockschaltbild, das insoweit gegenüber dem Blockschaltbild der Fig. 1 bis 8 eine Vereinfachung ist, da die Ventile 73, 82 und 87 entfallen. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet insoweit sie dargestellt sind. Die weiteren identi schen Teile sind zur Vereinfachung weggelassen.

Die Fig. 11 bis 13 zeigen jeweils nur einen Ausschnitt aus der Fig. 10.

Gemäß Fig. 11 wird mit der Pumpe 18 warme Wasseremulsion aus dem Wärmetauscher 9 in den Wärmetauscher 27 gefördert, entsprechend wird Wasseremulsion aus dem Wärmetauscher 12 in den Wärmetauscher 57 gefördert.

In der Ventilstellung der Fig. 12 wird aus dem Wärmetauscher 9 warme Wasseremulsion in den Wärmetauscher 57 gefördert und kalte Wasseremulsion aus dem Wärmetauscher 57 in den Wärmetauscher 12 transportiert, wobei gleichzeitig aus dem Wärmetauscher 12 kalte Wasseremulsion dem Wärmetauscher 27 zugeführt wird und warme Wasseremulsion aus dem Wärmetauscher 27 in den Wärmetauscher 9 verdrängt wird bis der Wärmetauscher 27 die Temperatur t ₂ erreicht und der Wärmetauscher 57 die Temperatur t ₁ erreicht hat.

Durch Umschalten der Ventile gemäß Fig. 13 fließt warme Wasser emulsion vom Wärmetauscher 9 zum Wärmetauscher 57 und kalte Wasseremulsion von Wärmetauscher 12 zum Wärmetauscher 27.

Dies hat zur Folge, daß die Einrichtung 3 den Gasdruck p ₂ annimmt und die Einrichtung 4 den Gasdruck p ₁. Der Kolben 29 befindet sich hierbei in der unteren, der Kolben 59 in der oberen Stellung (nicht dargestellt in Fig. 13, vgl. jedoch Fig. 1 bis 7).

Sobald durch die entsprechende Ventilstellung der Kolben 59 Arbeit geleistet und den Kolben 29 gleichzeitig in die obere Stellung verdrängt hat, werden die Ventile in die aus der Fig. 10 ersichtliche Stellung umgeschaltet, so daß die Einrichtung 3 auf die Temperatur t ₁ und die Einrichtung 4 auf die Temperatur wieder t ₂ gebracht wird und anschließend der Kolben 29 Arbeit leistet und den Kolben 59 in seine obere Stellung verdrängt.

Die Fig. 14 zeigt das erweiterte Blockdiagramm der Fig. 1 für ein Familienhaus wobei Sonnenenergie dem Wärmespeicher 1 zugeführt wird, weiterhin die Abwärme von anfallendem Brauchwasser, zum Beispiel Badewasser zurückgewonnen wird und weiterhin ein Brenner vorgesehen ist, um in der sonnenarmen Zeit den gespeicherten Wasserstoff zu verbrennen.

Mit der Fig. 1 identische Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Der Wärmespeicher 1 weist einen zusätzlichen Wärmetauscher 116 auf, der der im Kreislauf geführten Wasseremulsion des Dachkollek tors 117 oberhalb einer vorgegebenen Temperatur die Wärme entzieht.

Unterhalb der vorgegebenen Temperatur wird die Wasseremulsion des Dachkollektors dem Wärmespeicher 2 über das 3/3-Wegeventil 122 und dem Wärmetauscher 123 zugeführt.

Der Wärmespeicher 1 weist zusätzlich einen Brennerraum 118 mit einem Brenner 119 auf, dem über einen Gasmischer 120 aus dem Speicher 114 (Fig. 9) Wasserstoff zugeführt wird.

Der Brennerraum gibt Wärme an den Wärmespeicher 1 ab. Die sich hierbei abkühlenden und über den Wärmetauscher 121 noch weiter abkühlenden Verbrennungsgase gelangen dann in den Wärmetauscher 124, wo sie die Restwärme abgeben.

Die dem Wärmespeicher 2 zusätzlich zugeführte Wärme wird generell von der Wärmepumpe auf den Wärmespeicher 1 übertragen.

Der Wärmespeicher 2 weist den zusätzlichen Wärmetauscher 125 auf, der über den Wärmetauscher 126 warmem Abwasser Wärme entzieht.

Die Fig. 15 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Nutzung industrieller Abwärme. Strichpunktiert umrandet ist vereinfacht das Blockschaltbild der Fig. 1 dargestellt und mit 127 bezeich net. Mit 128 ist eine wärmeisolierte Kammer bezeichnet, die einen als Wärmetauscher ausgebildeten Wassermantel 129 aufweist.

In die Kammer werden Walzprodukte usw. zum Abkühlen gebracht und der in dem Wassermantel erzeugte Dampf der Dampfturbine 130 zugeführt, der der elektrische Generator 131 nachgschaltet ist.

Der aus der Dampfturbine austretende Dampf wird dem Wärmetauscher 8 zugeführt, der dem Dampf weitgehend die Wärme entzieht.

Zusätzlich ist das 3/3-Wegeventil 132 vorgesehen, das entspre chend seiner Arbeitsstellung entweder Dampf hoher Temperatur der Turbine oder unterhalb der Arbeitstemperatur der Turbine rest liche Abwärme der Walzprodukte usw. direkt dem Wärmetauscher 8 zuführt.

Die Fig. 16 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die industrielle Nutzung der Abwärme.

Innerhalb des strichpunktierten Feldes 127 ist das Blockschalt bild der Fig. 1 vereinfacht eingezeichnet. Mit 128 ist das Kühlsystem zum Beispiel eines Hochofens, ein Wärmetauscher zum Entzug der Restwärme aus Wasserdampf und Abgasen sowie jeder Form von Abwärme aus Hochofenanlagen, Hüttenwerken, Gießereien, Chemieanlagen, Kraftwerken und sonstigen Industrieanlagen bezeichnet.

Die Fig. 17 zeigt die Einrichtungen aus Fig. 1. Mit 134 ist die Wärmeisolierung bezeichnet. Mit den vorherigen Figuren gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der Kolben und die Wärmeisolierung bestehen vorzugsweise aus einem Werkstoff mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizenten und kleiner Wärmeleitzahl. Vorzugsweise eignen sich hierfür Keramikwerkstoffe wie zum Beispiel Zirkonoxid und dergleichen.

Die Steuerung der Anlage erfolgt entweder in Abhängig der Drücke die mit den Druckfühlern 136 und 137 aufgenommen werden bezie hungsweise den Temperaturfühlern 24 und 54, sowie gegebenfalls weiteren Temperaturfühlern oder einer Kombination aus Druckfüh lern und Temperaturfühlern.

Claims

1. Vorrichtung zum Umwandeln von Wärmeenergie in mechanische Arbeit bzw. in elektrische oder speicherbare Energie, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mindestens zwei Wärmespeicher (1 bzw. 2) unter schiedlicher Temperatur mit jeweils einem flüssigen Medium und mindestens einem Wärmetauscher (9 bzw. 12) aufweist, jedem Wärmespeicher eine Einrichtung (3 bzw. 4) mit einem Wärmetauscher (27 bzw. 57) und mit einem unter dem Druck einer eingesperrten Gasmenge verschiebbaren Kolben (29 bzw. 59) nachgeordnet ist, beide Kolben weiterhin in einem geschlossenen Hydraulikkreis mit einem Hydraulikmotor (42) angeordnet sind, und der Wärmespeicher mit der höheren Temperatur abwechselnd den Einrichtungen Wärme zuführt und der Wärmespeicher mit der niedrigeren Temperatur abwechselnd den Einrichtungen Wärme entzieht.

2. Vorrichtung zum Umwandeln von Wärmeenergie in mechanische Arbeit bzw. in elektrische oder speicherbare Energie, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mindestens zwei Wärmespeicher (1 bzw. 2) unter schiedlicher Temperatur mit jeweils einem flüssigen Medium und mindestens einem Wärmetauscher (9 bzw. 12) aufweist, jedem Wärmespeicher eine Einrichtung (3 bzw. 4) mit einem Wärmetauscher und mit einem unter dem Druck einer eingesperrten Gasmenge verschiebbaren Kolben (27 bzw. 57) nachgeordnet ist, beide Kolben weiterhin in einem geschlossenen Hydraulikkreis angeordnet sind, die Kolbenstangen (98 bzw. 99) der Kolben (29 bzw. 59) nach außen geführt sind und einen Kolben (100 bzw. 1001) aus ferromag netischem Material aufweisen, die jeweils mit einer Spule (102 bzw. 103) nach dem Tauchspulenprinzip zusammenarbeiten, und der Wärmespeicher mit der höheren Temperatur den Einrichtungen abwechselnd Wärme zuführt und der Wärmespeicher mit der niedri geren Temperatur den Einrichtungen Wärme abwechselnd entzieht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Wärmespeichern eine Wärmepumpe (5) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher mit der höheren Temperatur in Strahlungskontakt mit der Sonne steht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher mit der höheren Temperatur in wärmeleitenden Kontakt mit Abwärme abgebenden Abwasser bzw. Brauchwasser steht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher mit der höheren Temperatur in wärmeleitenden und/oder in Strahlungskontakt mit einer Abwärme abgebenden Einrichtung steht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hydraulikmotor ein elektrischer Generator (97) nachgeschaltet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem elektrischen Generator eine Vorrichtung zur Elektrolyse von Wasser und ein Speicher für Wasserstoff nachgeschaltet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein bzw. mindestens der eine der Wärmetauscher zusätzlich in einem geschlossenen Kreislauf in einer Heizungsan lage bzw. Kühlanlage angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung mit dem Wärmetauscher und mit dem unter dem Druck einer eingesperrten Gasmenge stehenden verschiebbaren Kolben aus einem Gehäuse mit einer inneren Wärmeisolierung (134) besteht, daß der Kolben den Innenraum des Gehäuses in einen Gasraum für die eingesperrte Gasmenge und in einen Raum mit hydraulischer Flüssigkeit unterteilt, der der Zylinderrraum für den Kolben ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben aus einem wärmeisolierenden Werkstoff zum Beispiel Keramikmaterial besteht.