Wärmetechnisches Kraftwerk
Die Erfindung betrifft ein wärmetechnisches Kraftwerk, bei dem eine Temperaturdifferenz zwischen einer Wärmequelle und einer Wärmesenke ausgenutzt wird.
Es sind verschiedenste Ausgestaltungen derartiger Kraftwerke bekannt, die jedoch alle den Nachteil aufweisen, dass sie einerseits Pumpen für den Mediumkreislauf benötigen und andererseits nur bei Sonneneinstrahlung Energie liefern.
Wärmetechnische Kraftwerk die die Solarthermische Energie nutzen sind beispielsweise bekannt als Solarturmkraftwerke oder Parabolrinnenkraftwerke . Über einen Receiver wird Sonnenlicht gesammelt und als Wärme zur Dampferzeugung weitergeleitet.
Diese Kraftwerke sind technisch aufwändig, arbeiten mit hohen Temperaturen (größer 200 Grad Celsius) und sind deshalb nicht für Kleinkraftwerke in unseren Breiten geeignet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein wärme- technisches Kraftwerk vorzuschlagen, welches ohne Pumpen für den Mediumkreislauf auskommt und auch in den Nachtstunden Energie zu liefern vermag.
Die Aufgabe wird durch ein wärmetechnisches Kraftwerk nach Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein innerer geschlossener Kreislauf vorgesehen ist, welcher Kreislauf wenigstens aus zwei zu einem Kreislauf verbundene Wärmetauscher auf- weist, durch welche ein Medium zirkulieren kann, das insbesondere thermische Energie aufnehmen zu vermag, wobei die
BESTATIGUNGSKOPIE
Wärmetauscher jeweils von außen im Inneren gekühlt oder beheizt werden können, wodurch diese wahlweise für das darin zirkulierende Medium als Verdampfer oder als Kondensator arbeiten können, wobei die Wärmequelle und die Wärmesenke jeweils entweder einem ersten Wärmetauscher oder einem zweiten Wärmetauscher zugeordnet werden können, wobei durch den durch die Wärmequelle und die Wärmesenke hervorgerufenen Temperaturunterschied der Wärmetauscher ein Transport vom Medium von einem Wärmetauscher zum anderen erfolgt.
Die Erfindung schlägt vor, ein wärmetechnisches Kraftwerk so auszubilden, dass durch den Transport vom wärmeren Wärmetauscher das aufgeheizte Medium mit seiner mitgeführten Energie zum kälteren Wärmetauscher transportiert wird.
Durch das Massenungleichgewicht des Mediums wird ein verbesserter Wirkungsgrad erreicht; d.h. Abgekühlt wird eine geringere Menge an Medium als die Menge an Medium die erhitzt wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieh vor, dass das Medium bei den durch die Wärmesenke und die Wärmequelle an den Wärmetauschern vorhandenen Temperaturen leicht verdampft und kondensiert werden kann, wobei das Medium insbe- sondre ein Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoff, oder eine Ammoniak und/oder Methylenchlorid enthaltende Mischung ist. Dem folgend ist das Medium ein Stoff oder ein Stoffgemisch, welches bei ca. 30 - 100 °C verdampft.
Vorteilhafterweise ist ein Sperrventil zur Unterbrechung der Verbindung der Wärmetauscher vorgesehen. Hierdurch kann die Abkühlung und Erwärmung unter Verhinderung der Zirkulation des Mediums erfolgen.
Bevorzugterweise ist in die Verbindung zwischen den Wärmetauschern wenigstens einen Energiewandler, insbesondere eine
Turbine oder ein Hubzylinder, zwischengeschaltet, die durch den zirkulierenden Massentransport des Mediums im Kreislauf angetrieben ist. Hierdurch kann mittels des vorgeschlagenen Kraftwerks beispielsweise an der Wärmequelle gesammelte Sonnenenergie nicht nur in Form von Wärme, sondern auch parallel dazu als Arbeit genutzt werden.
Von Vorteil wird das gasförmige Medium in der Turbine wenigstens annähernd isentrop expandiert.
Die Turbine ist von Vorteil mit einer mechanische Arbeit umsetzenden Einrichtung, insbesondere einem Stromgenerator, einer Klimaanlage oder einer Wärmepumpe, verbunden.
Die Turbine setzt die in Form von Wärmeenergie dem Medium zugeführte Energie von Vorteil teilweise in mechanisch nutzbare Arbeit um. Mittels dieser Turbine können verschiedenartigste Kraftmaschinen angetrieben werden.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mit dem Kreislauf wenigstens ein Gasballon oder Hubzylinder, insbesondere an den Wärmetauschern, verbunden ist. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Hubkolben mit Hydraulikkolben mechanisch verbunden sein können, welche einen Hydrau- likmotor oder ähnliches antreiben.
Bevorzugterweise ist als Wärmequelle ein Sonnenkollektor, insbesondere mit Vakuum-Röhrenkollektoren („Heat Pipe") oder als dehnbarer Ballon vorgesehen.
Weiterhin von Vorteil ist als Wärmequelle ein Öl- oder Gasbrenner, ein Erdwärmespeicher oder eine Brennstoffzelle vorgesehen.
Die Wärmesenke ist bevorzugterweise durch einen Wärmespeicher, insbesondere durch einen Wassertank ausgebildet.
Vorteilhafterweise ist eine Kreislaufsteuerung vorgesehen, die mittels Ventile die Aufschaltung der Wärmesenke oder der Wärmequelle auf den jeweiligen abkühlenden oder aufwärmenden Wärmetauscher sowie die zyklische Zirkulation des Mediums im Kreislauf steuert.
Bevorzugt ist die Kreislaufsteuerung so eingerichtet, dass das Medium bis zum Erreichen eines Druckgleichgewichtes oder eines definierten Druckverhältnisses zwischen erstem Wärmetauscher und zweitem Wärmetauscher dem als Kondensator, also dem abkühlenden Wärmetauscher zugeführt wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Kreislaufsteuerung so eingerichtet ist, dass die Restenergie im Wärmetauscher mit der geringeren Menge an Medium zu einem Energiespeicher transportiert wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Kreislaufsteuerung so eingerichtet ist, dass immer derjenige Wärmetauscher als Verdampfer verschaltet wird (beheizt wird), der aktuell eine größere Menge des Mediums enthält, als diejenige Menge des Mediums im anderen Wärmetauscher.
Von Vorteil ist die Kreislaufsteuerung so eingerichtet, dass die Abkühlung desjenigen Wärmetauschers mit der kleineren aktuell enthaltenen Menge an Medium dann erfolgt, wenn kein Medium vom einen zum anderen Wärmetauscher transportiert wird.
Zur Übertragung der Wärmeenergie in den Wärmetauschern sind nach einer bevorzugten Weiterbildung mit einem Übertragungsmittel gefüllte Leitungen vorgesehen, die durch diese Leitungen und durch die Wärmequelle und/oder die Wärmesenke zum weiteren Wärmeaustausch zirkulieren.
Von Vorteil erfolgt die Abkühlung im Wärmetauscher polytrop. Ebenso von Vorteil erfolgt die Wärmezufuhr im Wärmetauscher polytrop.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mehrere Wärmequellen wie Sonnenkollektoren, geothermische Wärmequellen, Brennstoffzellen und Gas- und/oder Öl-Brenner vorgesehen sind.
Von Vorteil sind mehrere parallel arbeitende Kreisläufe mit Wärmetauschern und Turbine/n und/oder Hubzylindern zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke vorgesehen.
Vorteilhafterweise sind mehrere Kreisläufe mit Wärmetauschern und Turbine/n und/oder Hubzylindern vorgesehen, welche unterschiedliche Medien für unterschiedliche Temperaturniveaus beinhalten.
Von Vorteil sind in den Wärmtauschern mit zu verdampfender Flüssigkeit gefüllte Gasballone eingebracht. Hierdurch werden Bauteile eingespart. Bei der Erwärmung dehnt sich der Ballon durch den ansteigenden Innendruck aus und vergrößert dadurch seine Oberfläche.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Wärmetauscher zu einem Kreis verschaltet sind.
Eine vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein leicht Verdampf- und kondensierbares Medium zwischen dem jeweiligen Verdampfer und dem jeweiligen Verflüssiger, vorzugsweise zyklisch, zirkuliert. Damit kann das Kraftwerk in zwei Richtungen betrieben werden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass im Kreislauf eine definierte Menge eines zum Wärmetransport dienenden Mediums vorgesehen ist, welches zwischen dem jewei-
ligen Verdampfer und dem jeweiligen Kondensator, vorzugsweise zyklisch, zirkuliert. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Anlage optimiert. Es muss kein nicht genutztes Medium miterhitzt werden. Dadurch können auch geringe Temperaturunter- schiede ausgenutzt werden.
Durch das „logische" Vertauschen der beiden Wärmetauscher steht nun dem Verdampfer wieder ein Medium zur Verfugung, das im Verflussiger kondensiert werden kann.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Verdampfer als Sonnenkollektor ausgebildet ist.
Eine vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Sonnenkollektor als dehnbarer Ballon ausgebildet ist .
Hierdurch werden Bauteile eingespart. Bei Erwärmung dehnt sich der Ballon durch den ansteigenden Innendruck aus und vergrößert dadurch seine aktive Oberflache.
Eine vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass dem Verflussiger ein Warmespeicher zugeordnet ist.
Die nicht genutzte Energie wird in dem Warmespeicher zwischengespeichert .
Damit wird die beim Verflüssigen gewonnene Energie gespeichert und kann bei Bedarf verwendet werden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass dem Verdampfer die Wärmequelle, z. B. ein Sonnenkollektor oder eine sonstige Wärmequelle wie ein 01- oder Gasbrenner oder die Abwarme einer Brennstoffzelle, als Energiequelle zugeordnet ist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zwischen Verdampfer und Kondensator wenigstens eine Turbine vorgesehen ist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Medium in der Turbine wenigstens annähernd isentrop expandiert wird, wodurch von Turbine Arbeit abgegeben werden kann .
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Medium mit seiner Restenergie nach dem Durchlauf der Turbine dem Kondensator zugeführt wird.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Medium bis zum Erreichen eines Druckgleichgewichtes bzw. eines definierten Druckverhältnisses zwischen Verdampfer und Kondensator dem Kondensator zugeführt wird.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verbindung beim Erreichen eines Druckgleichgewichtes bzw. eines definierten Druckverhältnisses zwischen Verdampfer und Kondensator unterbrochen wird.
Hierdurch wird ein Großteil der erhitzten Stoffmenge unter Angabe von Arbeit dem Kondensator zugeführt.
Dabei hat es sich als äußerst vorteilhaft erwiesen, wenn die Restenergie im Wärmetauscher mit der geringeren Stoffmenge des Mediums zu einen Energiespeicher transportiert wird.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Restenergie im Wärmetauscher mit der geringeren Stoffmenge des Mediums zu einem Energiespeicher transportiert wird.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass sich das Medium während des Betriebes des Kraftwerkes vom Verdampfer zum Kondensator verlagert.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Kondensator mit der Wärmequelle verbunden wird, sobald ein bestimmter Teil des Mediums vom Verdampfer zum Kondensator transportiert worden ist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass immer derjenige Wärmetauscher als Verdampfer verschaltet wird, der eine bestimmte Menge des Mediums enthält, die größer ist als diejenige im anderen Wärmetauscher.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Medium im Kondensator abgekühlt wird und dass das Medium im Verdampfer erhitzt wird.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Abkühlung im Kondensator polytrop erfolgt.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Wärmezufuhr im Verdampfer polytrop, erfolgt.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mehrere Wärmequellen wie Sonnenkollektoren, geothermische Wärmequellen, Brennstoffzellen und Gas- und/oder Öl-Brenner vorgesehen sind.
Dadurch ist der Betrieb des Kraftwerkes unabhängig von einer Wärmequelle. Die Betriebsdauer erhöht sich.
Durch die Verwendung mehrer Energiequellen wird eine tageszeitliche und saisonale Unabhängigkeit erreicht.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Arbeitstaktung vorgesehen ist.
Dabei ist es äußert vorteilhaft, wenn die Abkühlung desjeni- gen Wärmetauschers mit der kleineren Stoffmenge dann erfolgt, wenn kein Medium vom einen zum anderen Wärmetauscher transportiert wird.
Hierdurch wird nach dem Druckausgleich ein Ausgleich der Wär- me zwischen den beiden Wärmetauchern vermieden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Abkühlung desjenigen Wärmetauschers mit der kleineren Stoffmenge dann erfolgt, wenn kein Medium vom einen zum ande- ren Wärmetauscher transportiert wird.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zwischen den Wärmetauschern für den Prozess nutzbare Energie durch die Stoffmenge transportiert wird.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mehrere parallel arbeitende Wärmetauscher und Wärmetauscherkombinationen vorgesehen sind.
Damit kann eine kontinuierliche Gewinnung mechanischer Arbeit sichergestellt werden, auch wen das Kraftwerk getaktet arbeitet.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Kraftwerk zur autarken Energieversorgung von Gebäuden vorgesehen ist.
Eine vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass im Kreislauf zwischen Verdampfer und Verflüssiger eine definierte Menge eines Mediums eingebracht ist.
Eine vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der erste Wärmetauscher solange als Verdampfer arbeitet, solange noch verdampfbares Medium vorhanden ist.
Eine vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass steht dem ersten Wärmetauscher kein weiteres Medium mehr zur Verfügung der zweite Wärmetauscher der Wärmequelle, z. B. dem Sonnenkollektor zugeordnet wird und der erste Wärmetauscher dem Energiespeicher zugeordnet wird.
Eine vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass, sobald der Sonnenkollektor keine ausreichende Wärmeenergie mehr zu liefern vermag, der Prozess umgedreht wird und dem Energiespeicher Warme entzogen wird und entweder über den Sonnenkollektor an die Umwelt abgegeben oder einem weiteren Warmespeicher zugeführt wird.
Hierdurch kann das Kraftwerk auch dann noch Energie liefern, wenn keine Sonnenenergie mehr zur Verfugung steht. Dies ist insbesondere nachts der Fall. Es wird dabei die tagsüber eingestrahlte Wärmeenergie besonders gut ausgenutzt.
Eine vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Prozessumkehrung, insbesondere bei Verwendung eines weiteren Warmespeichers solange vollzogen wird, solange das Temperaturniveau zur Verdampfung des Mediums ausreicht.
Eine vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zwischen Verdampfer und Kondensator wenigstens eine Tur- bine vorgesehen ist.
Eine vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Turbine ein Generator für elektrische Energie zugeordnet ist.
Eine vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mehrere Wärmetauscher-Turbine-Wärmetauscher-Anordnung vorgesehen sind, welche unterschiedliche Medien für unterschiedliche Temperaturniveaus beinhalten.
Hierdurch kann die in das System eingespeiste Energie nochmals besser ausgenutzt werden, wobei das Kraftwerk immer mit einem besseren Wirkungsgrad arbeitet.
Eine vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, die dem Kraftwerk, insbesondere dem Wärmespeicher Wärmeenergie zu entnehmen vermag. Hiermit kann z.B. Brauchwasser erwärmt werden.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass durch Nutzung dynamischer Expansionsräume mit Hilfe von Hubzylindern oder Gasballonen in einem wärmetechnischen Kraftwerk eine kombinierte Wärme- und Stromversorgung mit ausschließlich warmem (heißem) Wasser als Energielieferant möglich ist.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass, durch Nutzung dynamischer Expansionsräume mit Hilfe von Gasballone in einem wärmetechnischen Kraftwerk eine kombinierte Wärme- und Stromversorgung mit ausschließlich warmem (heißem) Wasser als Ener- gielieferant möglich ist.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass, durch Nutzung dynamischer Expansionsräume mit Hilfe von wechselnden Massenungleichgewichten des Mediums zwischen Verdampfer und Kon- densator in einem wärmetechnischen Kraftwerk eine kombinierte Wärme- und Stromversorgung mit ausschließlich war- mem(heißem) Wasser als Energielieferant möglich ist.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Wärme nach der Nutzung im wärmetechnischen Kraftwerk in Langzeitwärmespeichern zwischengespeichert wird.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass am Wärmetauscher (als Verdampfer oder Kondensator arbeitend) jeweils ein oder mehrere Hubzylinder oder Gasballone angebracht sind. Die Hubzy- linder sind am „oberen" Bereich der Verdampfer angeflanscht um hauptsächlich „Naß-, Satt-, oder Überhitzten Dampf" vom Wärmetauscher in den Hubkolben einzuleiten.
Die Hubzylinder oder Gasballone nehmen Dampf aus dem Wärme- tauscher auf und führen eine mechanische Bewegung aus.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass der mechanischen Bewegung der Hubkolbens eine Kraft entgegenwirkt. Diese (Feder) Kraft ist der Drucksituation angepasst.
Dabei ist es sehr vorteilhaft, wenn das zum Wärme- und Stofftransport vorgesehene Arbeitsmedium im Verdampfer beim Erwärmen zyklisch in größerer Menge vorhanden ist; wobei im gleichen Moment im Kondensator eine kleinere Menge Arbeitsmedium vorhanden ist.
Beim Erwärmen arbeiten Hubzylinder gegen eine der beim Pro- zess entstehende Druckkraft entsprechende (Feder) Kraft , die gegen die Ausbreitung des Hubzylinders gerichtet ist.
Dies führt zur Zurückführung des Hubzylinders beim Druckausgleich.
An die Hubzylindern können mechanische Einheiten oder Hydrau- likzylinder gekoppelt sein, welche einen Hydraulikmotor antreiben.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das expandierte Medium vom Verdampfer kommend, einen oder mehrere am Kondensator angeflanschte Hubzylinder ausfährt.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass in den Wärmtauschern und mit zu verdampfender Flüssigkeit gefüllte Gasballone eingebracht sind.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Hubkolben und mit Hydraulikkolben mechanisch verbunden sein können, welche einen Hydraulikmotor oder ähnliches antreiben.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Wärme beim Zu- rücktransport vom Erdwärmespeicher zum Haus nochmals zur Stromerzeugung genutzt wird.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteran- Sprüchen oder deren Unterkombinationen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der einzigen Zeichnung weiter erläutert, wobei das Ausführungsbeispiel in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehen ist. Im Einzelnen zeigt die schematische Darstellung in:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen wärmetechnischen Kraftwerkes.
Dabei zeigt die einzige Figur 1 einen schematischen Plan eines erfindungsgemäßen wärmetechnischen Kraftwerkes, in Form eines solarthermischen Kraftwerks.
Gerade bei Nutzung eines Solarkollektors als Wärmequelle, wie im gezeigten Beispiel, erfolgt Nutzung der Sonnenenergie in Form von Wärme mit Temperaturen von ca. 20 bis 200 Grad Celsius in einem Tag/Nacht-Zyklus und in mehreren inneren Zyklen, also von einem Wärmetauscher zum anderen unter Abgabe von Energie in den Turbinen.
Außerdem können alle Arten von Wärmeenergie im oben genannten Temperaturbereich für dieses Kraftwerk eingesetzt werden. Z.B. Öl- und Gasbrenner, Brennstoffzellenabwärme, Geothermie, Biogasprozesswärme, Abwärme aus Kraftwerken aller Art.
Das wärmetechnisches Kraftwerk 100, bei dem eine Temperaturdifferenz zwischen einer Wärmequelle 1 und einer Wärmesenke (6) ausgenutzt wird, weist einen inneren geschlossenen Kreislauf (Gebildet durch die Elemente 2, 21, 5, 22 und 13) auf.
Der Kreislauf weist zwei zu einem Kreislauf verbundene Wärmetauscher 2 und 5 auf, durch welche ein Medium 3 zirkulieren kann, das thermische Energie aufnehmen zu vermag.
Die Wärmetauscher 2 und 5 jeweils von außen im Inneren gekühlt oder beheizt werden können, zur Übertragung der Wärmeenergie in den Wärmetauschern mit einem Übertragungsmittel sind gefüllte Leitungen 31 vorgesehen.
Dadurch können die Wärmetauscher 2 und 5 wahlweise für das darin zirkulierende Medium 3 als Verdampfer oder als Kondensator arbeiten, wobei die Wärmequelle 1 und die Wärmesenke 6 jeweils entweder einem ersten Wärmetauscher 2 oder einem zweiten Wärmetauscher 5 zugeordnet werden können, wobei durch den durch die Wärmequelle 1 und die Wärmesenke 6 hervorgerufenen Temperaturunterschied der jeweilige Wärmetauscher 2, 5 ein Transport vom Medium 3 vom wärmeren Wärmetauscher zum kälteren erfolgt.
Die Sperrventile 50, 51 dienen zur Unterbrechung der Verbindung der Wärmetauscher. Damit werden auch die in die Verbindung 21, 22 zwischen den Wärmetauschern 2, 5 als Energiewandler eingebauten, mit einem Stromgenerator 14 über die mechanische Kopplung 141 gekoppelten Turbinen 4 und 13 deakti- viert.
In den Turbinen wird das gasförmige Medium 3 annähernd isen- trop expandiert.
Des weiteren sind jedem Wärmespeicher ein Hubzylinder 15, 17 zugeordnet.
Die Hubkolben können mit nicht in der Figur dargestellten Hydraulikkolben mechanisch verbunden sein, welche einen Hydraulikmotor oder ähnliches u.a. zur Energiegewinnung antrei- ben.
Anstelle der Hubzylinder sind auch Gasballone möglich, die das zur Verfügung stehende Expansionsvolumen für das Medium noch vergrößern.
Die Wärmesenke 6 ist durch einen Wärmespeicher 6a in Form eines großen Wassertanks ausgebildet.
Eine vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, die dem Kraftwerk, insbesondere dem Wärmespeicher Wärmeenergie zu entnehmen vermag. Dies kann durch Entnahme von angewärmten Brauchwasser aus dem Wassertank erfolgen.
Die Abfolge der Öffnungen der Ventile 50, 51, 60, 61, 70, 71, 80, 90, 91 steuert eine Kreislaufsteuerung 101, die mittels die Aufschaltung der Wärmesenke 6 oder der Wärmequelle 1 auf den jeweiligen abkühlenden oder aufwärmenden Wärmetauscher 2 oder 5 sowie die Zirkulation des Mediums 3 im Kreislauf 2, 21, 5, 22, 13 steuert. Zur Ermittlung der jeweiligen Temperaturen ist die Kreislaufsteuerung 101 mit Temperatur- und Druckfühlern 102 verbunden, die die aktuelle Temperatur des Mediums 3 und den Druck in den jeweiligen Wärmetauschern 2, 5 messen.
Die Kreislaufsteuerung 101 ist dabei so eingerichtet, dass das Medium 3 bis zum Erreichen eines Druckgleichgewichtes oder eines definierten Druckverhältnisses zwischen erstem Wärmetauscher 2 und zweitem Wärmetauscher 5 dem als Kondensa- tor, also dem abkühlenden Wärmetauscher zugeführt wird.
Die Restenergie im Wärmetauscher mit der geringeren Menge an Medium 3 - im Beispiel Wärmetauscher 2 - wird zu einem Energiespeicher 6 (Wärmesenke) transportiert.
Eine Konfiguration der Kreislaufsteuerung 101 sieht vor, dass immer derjenige Wärmetauscher 2 oder 5 als Verdampfer verschaltet (beheizt) wird, der aktuell eine größere Menge des Mediums 3 enthält, als diejenige Menge des Mediums 3 im ande- ren Wärmetauscher.
Dem entsprechend erfolgt die Abkühlung desjenigen Wärmetauschers 2 oder 5 mit der kleineren aktuell enthaltenen Menge an Medium 3 durch Verschaltung mit der Wärmesenke dann, wenn kein Medium 3 vom einen zum anderen Wärmetauscher 2, 5 transportiert wird. Die Abkühlung im Wärmetauscher erfolgt polytrop. Die Wärmezufuhr im Wärmetauscher erfolgt polytrop.
Es können mehrere Kreisläufe mit Wärmetauschern und Turbine/n und/oder Hubzylindern vorgesehen sind, welche unterschiedliche Medien für unterschiedliche Temperaturniveaus beinhalten.
Das ermöglicht feste optimal abgestimmte Kreisläufe für bestimmte Temperaturdifferenzen, unabhängig von der Temperatur- differenz der Wärmequelle und Wärmesenke.
In den Wärmtauschern 2, 5 sind mit leicht verdampfender Flüssigkeit (früher oder gleichzeitig siedend wie das Medium 3) gefüllte Gasballone 16 eingebracht. Diese unterstützen die Verbringung des Mediums 3 von einem Wärmetauscher zum anderen.
Im Folgenden wird die Figur nochmals mit mehr Einzelheiten zur Zusammenwirkung der Elemente beschrieben:
Die Wärmequelle 1 ist als Sonnenkollektor ausgebildet, der während den Tagstunden solare Wärme aufzunehmen vermag und diese im abgebildeten Zustand gerade noch - da schon bald zu leer - einem Wärmetauscher 2 zuführt, der ein Medium 3 zu erhitzen (verdampfen) vermag. Wärmequellen können auch Lang- zeitwärmespeicher sein.
Als Medium 3 können verschiedenartigste Stoffe oder Stoffgemische, die vorzugsweise bei ca. 30 - 100 °C verdampfen, vorgesehen sein, die den Umgebungsbedingungen genügen. Oftmals wird ein Gemisch aus H20 und NH3 verwandt.
Hier sind auch Alkohole, auch höherwertige, Butan, Fluor- Chlor-Kohlenwasserstoffe (FCKW), oder Mischungen aus Methylenchlorid möglich.
Das durch die zugeführte thermische Energie vorzugsweise annähernd isochor erhitzte, insbesondere dabei verdampfte Medium 3 wird über eine Turbine 4 einem als Verflüssiger arbeitenden Wärmetauscher 5 zugeführt.
Die Turbine 4 vermag die ihr durch die annähernd isentrope Entspannung des Mediums 3 zugeführte Energie in Form von Arbeit abzugeben.
Das durch die zugeführte thermische Energie erhitzte Medium 3 im Wärmetauscher 2 wird unter der Erhöhung des Druckes im Wärmetauscher 2 zudem in einen Hubzylinder 15 expandiert.
Des weiteren können, wie dargestellt, in den Wärmetauschern 2 und 5 Gasballone 16 vorgesehen sein, die mit einer Flüssig-
keit bzw. einem Gas gefüllt sind, das einen niedrigeren Siedepunkt als das Medium 3 hat.
Die Ausdehnung der Gasballone 16 mit dem leicht verdampfendem Medium kann die Expansion in den Hubzylinder 15 unterstützen.
Der Hubzylinder 15 vermag Arbeit zu verrichten. An den Hubzylindern 15 und 17 wirkt auch eine Gegenkraft (Feder) die der Hubbewegung entgegenwirkt und diese beim Druckausgleich zu- rückfährt. Diese Gegenkraft bewirkt bei nachfolgender Zuführung des Mediums 3 in den Wärmetauscher 5 eine Rückbewegung des Hubzylinders 15.
Nach der Erhitzung wird die Verbindung zwischen Wärmtauscher 2 und 5 geöffnet.
Bei der Zuführung von Medium 3 in Wärmetauscher 5 wird ein Teil von Medium 3 in den Hubzylinder 17 expandiert. Dies geschieht bis zum Druckausgleich zwischen den Wärmetauschern und zum Gewinn von mechanischer Energie. Der Druckausgleich bewirkt auch ein zurückfahren von Hubzylinder 15.
Das Medium in den Gasballonen 16 kann kondensieren.
Nun wird die Verbindung zwischen Wärmtauscher 2 und 5 geschlossen .
Dem Wärmetauscher 5 ist ein Wärmespeicher 6 zugeordnet, der als Warmwasserboiler ausgebildet sein kann.
Im Wärmetauscher 2 ist eine endliche Menge des Mediums 3 vorhanden.
Der Wärmetauscher 5, der nunmehr die größere Menge des Medi- ums 3 enthält wird erhitzt, arbeitet also im Folgenden als
Verdampfer, wohingegen der Wärmetauscher 2 mit der geringeren
Menge des Mediums 3 abgekühlt wird, und somit zum Kondensator wird.
Spätestens sobald das gesamte Medium 3 im als Verdampfer ar- beitenden Wärmetauscher 2 verdampft ist, werden die Verbindungsleitungen 7 und 8 zwischen dem Sonnenkollektor 1 und dem Wärmetauscher 2 durch Ventile 70 und 71 unterbrochen. Stattdessen werden Verbindungsleitungen 9 und 10 zwischen dem Sonnenkollektor 1 und dem Wärmetauscher 5 durch Ventile 80 und 81 freigegeben.
Die Verbindung zwischen dem Wärmetauscher 5 und dem Wärmespeicher 6, (Leitungen 11 und 12) wird dabei durch Ventile 90 und 91 unterbrochen. Stattdessen wird eine Verbindung zwi- sehen dem Wärmespeicher 6 und dem Wärmetauscher 2 mittels Ventilen 60 und 61 freigegeben.
Der Wärmetauscher 2 arbeitet nun als Verflüssiger, wohingegen der Wärmetauscher 5 und als Verdampfer arbeitet, der dem Son- nenkollektor 1 zugeordnet ist. Das Medium 3 wird nun vom Wärmetauscher 6 zum Wärmetauscher 2 transportiert.
Die Erwärmung von Wärmetauscher 5 bewirkt nun eine Erhöhung des Druckes im Wärmetauscher 5 und eine Expansion des optio- nal vorhandenen Hubzylinders 17. Dies wird unterstützt durch die Verdampfung und Expansion des Mediums in den Gasballonen 16. Der Hubzylinder 17 vermag wiederum bei der Auslenkung Arbeit zu verrichten.
Die dem Wärmetauscher 2 entnommene Energie wird einem Wärmespeicher 6 zugeführt, der als Warmwasserboiler ausgeführt werden kann.
Die Verbindung zwischen den Wärmetauschern 2 und 5 wird wie- der über eine Turbine hergestellt, wodurch erhitztes Medium 3
vom Wärmetauscher 5 zum Wärmetauscher 2 strömt und dabei Arbeit in der Turbine verrichtet.
Der Prozess wiederholt sich immer wieder. Es wird immer der jeweilige abzukühlende Wärmetauscher mit dem Wärmespeicher 6 und der zu erhitzende Wärmetauscher mit dem Sonnenkollektor 1 verbunden. Hierzu dienen die Verbindungsleitungen 7, 8, 9, 10, 11 und 12 sowie die Ventile 60, 61, 70, 71, 80, 81, 90 und 91. Es ist möglich, dass die Turbine 4 auch bei diesem Prozess Verwendung findet. Das Medium 3 kann aber auch durch eine Turbine 13 geleitet werden. Leitungen zwischen den Wärmetauschern und den Turbinen 4 und 13 lassen sich für den jeweils ablaufenden Prozess durch Ventile 50 und 51 sperren bzw. freigeben.
Des weiteren ist es denkbar, dass die beschriebene Prozessumkehr schon erfolgt, wenn eine definierte bzw. die gesamte Menge des Mediums 3 vom Wärmetauscher 2 zum Wärmetauscher 5 transportiert worden ist.
Sinkt das Temperaturniveau des Sonnenkollektors 1 unter das des Wärmespeichers 6, was vor allem nachts, also bei stark verringerter Energieeinstrahlung auf den als Energiequelle Anwendung findenden Sonnenkollektor, der Fall ist, so wird nunmehr dem Wärmespeicher 6 Energie entzogen und dem Sonnenkollektor 1 als Wärmesenke zugeführt. Dabei ist es aber auch denkbar, dass ein weiterer, nicht dargestellter Wärmespeicher vorgesehen ist, der anstatt des Sonnenkollektors 1 nunmehr als Wärmesenke Verwendung findet. Die bei der Abkühlung (Verflüssigung) frei werdende Energie wird dadurch auch noch ausgenutzt. Bei Verwendung des angesprochenen zweiten Wärmespeichers kann der Prozess mehrfach hintereinander ausgeführt werden, bis des Temperaturniveau nicht mehr zur Verdampfung ausreicht.
Den Turbinen 4 und 13 kann ein Generator 14 zugeordnet sein, der elektrische Energie liefert. Es ist aber auch denkbar, dass die Turbinen zum Antrieb beliebiger, mechanische Energie benötigender Gerate verwendet werden. Hierzu gehören auch Klimaanlagen und Wärmepumpen.
Es ist des weiteren denkbar, dass mehrere Warmetauscher- Turbine-Warmetauscher-Anordnungen vorgesehen sind, die wechselweise mit dem Sonnenkollektor bzw. dem/den Warmespeicher/- n verbunden werden können. Diese verschiedenen Anordnungen können unterschiedliche Medien enthalten, die auf unterschiedlichen Temperaturniveaus arbeiten.
Denkbar ist aber auch, dass die Wärmekraftmaschine andere Wärmequellen wie z.B. Heizkessel, Geothermie (Erdwarme) oder die Abwarme von Brennstoffzellen nutzt.
Durch eine Anordnung mehrere parallel arbeitender Wärmetauscher 2 und 5 kann eine kontinuierliche Versorgung mit mecha- nischer Energie sichergestellt werden. Dabei wird dann jeweils einer Warmetauscherkombination Energie in Form von Arbeit entzogen, wahrend eine weitere Kombination für den nächsten Prozesstakt vorbereitet wird.
Das warmetechnische Kraftwerk kann zur kombinierten Warme und Stromversorgung von Hausern über den Warmespeicher 6 und die Turbinen 4 und 13 ausgelegt werden, es kann beispielsweise mit Solar-, Erd-, oder Brennstoffzellenwarme, oder gar einer Kombination dieser als Wärmequellen arbeiten.
Hierbei steht z.B. im Sommer über thermische Solarzellen sehr viel an Solarwarme zur Verfugung, die normalerweise in einem Haus zur warmen Sommerzeit nicht abgerufen wird.
Der nicht nutzbare Warmeanteil wird in Warmespeichern in den unterschiedlichsten Ausfuhrungen über längere Zeit (Stunden, Tage, Wochen, Monate,...) zwischengespeichert.
Beim Rucktransport vom Warmespeicher zur Hausversorgung kann diese Warme nochmals zur Stromerzeugung genutzt werden.
Durch diese mehrfache Nutzung und durch die große Menge an Solarenergie im Sommer kann eine Stromerzeugung mit Solar- oder Erdwarme sowie Brennstoffzellenabwarme effektiv betrieben werden.
Im Folgenden ist der Arbeitsprozess nochmals anhand der Figur genau erklart:
Tagsüber wird die Wärmemenge Ql mit Hilfe eines Sonnenkollektors bzw. einer Wärmequelle 1 aufgenommen und über Dampfturbinen 4, 14 zum Teil in elektrische Energie Q3 umgewandelt.
Über die Wärmetauscher 2 und 5 wird die restliche Wärmemenge Q2 einem Warmespeicher 6 zugeführt und gespeichert.
Kondensiert wird mit kaltem Wasser (ca. 1 bis 100 Grad Celsius) aus einer Warmesenke bzw. dem Warmespeicher 6.
Bei Nacht verdampft die Restwarmemenge Q2 aus dem Warmespeicher 6 das leicht verdampfende Stoffgemisch in dem Wärmetauschern 2 und 5. Über die Dampfturbinen 4 und 13 erzeugt das Stoffgemisch elektrische Energie Q5.
Die Restwarmemenge Q4 wird über den dann kalten Sonnenkollektor bei Nacht an die Umgebung abgegeben oder in einem Warmespeicher abgeführt bzw. abgekühlt.
Eine Wärmemenge Q6 verbleibt bei Bedarf im Wärmespeicher 1 (Solarkollektor) oder 6 zur Warmwassernutzung des Gebäudes bzw. zu Heizzwecken.
Man kann also zwischen einem inneren, sich zwischen den Wärmetauschern und direkt durch die Zirkulation des Mediums 3 definierten Zyklus und einem „Oberzyklus" unterscheiden, der die Verbringung von Energie zwischen der Wärmesenke und der Wärmequelle (ggf. mit gegenläufiger Funktion) unter zu Hilfe- nähme des inneren Zyklus bewirkt.
Die Wärmetauscher 2 und 5 sind im Folgenden nach Ihrer Funktion (Kondensator/Verdampfer bezeichnet) .
Oberzyklus 1 (beispielsweise Tagbetrieb) :
Innerer Zyklus 1:
Anfangs befinden sich in beiden Wärmetauscher (2 und 5) die gleiche Menge an verdampfbarem Stoff oder Stoffgemisch.
Im inneren Zyklus 1 wird ein leicht verdampfbarer Stoff oder Stoffgemisch z.B. H20/NH3 das sich in einem Wärmetauscher bzw. Kondensator 2 befindet über eine Wärmequelle 1 erhitzt, verdampft und überhitzt. Dieser Dampf expandiert zum Teil in einen Hubzylinder 15 (oder auch einen Gasballon) und lässt diesen eine mechanische Bewegung ausführen. Danach wird der Dampf aus dem Hubzylinder 15 und aus dem Wärmetauscher 2 durch die Turbine 4 geleitet, indem Ventil 50 geöffnet wird. Diese Expansion, die große Mengen Dampf transportiert, wird durch Gasballone 16, gefüllt mit einem leicht verdampfbaren Medium (Verdampfungstemperatur ca. 20 - 100 Grad Celsius) unterstützt. D.h. beim Druckabfall und hoher Temperatur dehnen sich die Gasballone 16 aus und treiben das Stoffgemisch H20/NH3 durch die Turbine 4. Durch eine Gegenkraft am Hubzy-
linder 15 wird dieser evakuiert und die mechanische Bewegung zurückgeführt .
Der entspannte Dampf aus bzw. nach der Turbine 4 wird in ei- nem abgekühlten Wärmetauscher bzw. Kondensator 5 kondensiert und zwischengespeichert wobei ein Teil des Stoffgemisches wiederum in den Hubkolben 17 (oder auch einen Gasballon) geleitet wird und eine Hubbewegung ausführt.
Jetzt befindet sich eine wesentlich größere Stoffmenge in Wärmetauscher 5 als in Wärmetauscher 2.
Die Wärmetauscher bzw. Kondensatoren 5 und 2 sind nach Skizze mit der Wärmequelle 1 und dem Wärmespeicher 6 verbunden. Die Schaltventile 50 bis 91 gewährleisten die gewünschte Verbindung.
Wärmezuführung über Rohrleitung 8 und Wärmerückführung über Rohrleitung 7.
Die Ventile 60, 61, 80, 81 sind geschlossen und Ventil 70 und 71 geöffnet.
Kältezuführung über Rohrleitung 12 und Kälterückführung über Rohrleitung 11. Ventil 90 und 91 geöffnet.
Druckleitung zur Turbine: Ventil 51 geschlossen und Ventil 50 geöffnet .
Der innere Zyklus 1 arbeitet so lange, bis der Stoff oder
Stoffgemisch im Wärmetauscher bzw. Kondensator 2 zum Großteil verdampft ist und nach öffnen von Ventil 50 ein Druckausgleich und eine Massenverschiebung zwischen den Wärmetauschern stattgefunden hat. Nach dem Druckausgleich wird Ventil 50 geschlossen damit die Stoffmasse nicht zurückströmt.
Innerer Zyklus 2:
Nun befindet sich der Großteil des Stoff oder Stoffgemisches im Wärmetauscher bzw. Kondensator 5 in gasförmigen sowie flüssigem und abgekühltem Zustand.
Danach werden durch Ventile die Rohrleitungen so miteinander verbunden, dass die Wärmequelle 1 mit dem Wärmetauscher bzw. Kondensator 5 verbunden wird.
Wärmezuführung über Rohrleitung 10 und Wärmerückführung über Rohrleitung 9.
Ventil 70 und 71 geschlossen und Ventil 80 und 81 geöffnet.
Kältezuführung über Rohrleitung 12 und Kälterückführung über
Rohrleitung 11.
Ventil 90 und 91 geschlossen und Ventil 60 und 61 geöffnet.
Druckleitung zur Turbine: Ventil 50 geschlossen und Ventil 51 nach Aufheizphase geöffnet.
Das leicht verdampfbare Stoff (Medium 3) oder Stoffgemisch z.B. H20/NH3 das sich im Wärmetauscher bzw. Kondensator 5 befindet, wird über eine Wärmequelle 1 im inneren Zyklus 2 erhitzt, verdampft und überhitzt. Dieser Dampf expandiert zum Teil in einen Hubzylinder 17. Danach wird der Dampf aus dem Hubzylinder 17 und aus dem Wärmetauscher 5 durch die Turbine 13 geleitet, indem Ventil 51 geöffnet wird.
Diese Expansion, die große Mengen Dampf transportiert, wird durch Gasballone 16, gefüllt mit einem leicht verdampfbaren Medium (Verdampfungstemperatur ca. 20 - 100 Grad Celsius) unterstützt. D.h. beim Druckabfall und hoher Temperatur dehnen sich die Gasballone 16 aus und treiben das Stoffgemisch
H20/NH3 durch die Turbine 13. Durch eine Gegenkraft am Hubzy-
linder 17 wird dieser evakuiert und die mechanische Bewegung zurückgeführt .
Der entspannte Dampf aus bzw. nach der Turbine 13 wird in einem abgekühlten Wärmetauscher bzw. Kondensator 2 kondensiert und zwischengespeichert wobei ein Teil des Stoffgemisches wiederum in den Hubkolben 15 geleitet wird und eine Hubbewegung ausführt.
Der innere Zyklus 2 arbeitet so lange, bis der Stoff oder
Stoffgemisch im Wärmetauscher bzw. Kondensator 5 zum Großteil verdampft ist und nach öffnen von Ventil 51 ein Druckausgleich und eine Massenverschiebung zwischen den Wärmetauschern stattgefunden hat. Nach dem Druckausgleich wird Ventil 51 geschlossen damit die Stoffmasse nicht zurückströmt.
Die beiden Dampfturbinen 4 und 13 sind mechanisch miteinander gekoppelt um einen kontinuierlichen Antrieb des Generators 14 zu gewährleisten. Weiterhin können beliebig viele Ver- dampfungs- bzw. Kondensationseinheiten zur Laufruhe bzw. zur Leistungssteigerung zugeschaltet werden. Zusätzlich kann auch mit Hilfe eines Schwungrades oder ähnlichem die Laufruhe verbessert werden.
Nach innerem Zyklus 2 kommt wieder innerer Zyklus 1 usw.
Erst nach Beendigung der Wärmezufuhr über Wärmequelle 1 wird auf Oberzyklus 2 umgeschaltet.
Oberzyklus 2 (beispielsweise Nachtbetrieb) :
Wärmequelle 1 wird im Folgenden zu Wärmesenke 1.
Wärmespeicher 6 wird im Folgenden zu Wärmequelle 6.
Ist der Wärmespeicher 6 gefüllt, wird die Anlage mithilfe von Ventilen (Figur) so umgeschaltet, dass der Wärmespeicher 6 als Wärmequelle und die Bisherige Wärmequelle 1 als Wärmesenke genutzt wird.
Wärmezuführung über Rohrleitung 12 und Wärmerückführung über Rohrleitung 11. Ventil 70, 71, 90 und 91 geschlossen und Ventil 60, 61 geöffnet.
Kältezuführung über Rohrleitung 30 und Kälterückführung über Rohrleitung 31.
Ventil 80 und 81 geöffnet.
Innerer Zyklus 1 :
Der innere Zyklus 1 arbeitet so lange, bis der Stoff oder Stoffgemisch im Wärmetauscher bzw. Kondensator 5 zum Großteil verdampft ist und nach öffnen von Ventil 51 ein Druckausgleich und eine Massenverschiebung zwischen den Wärmetauschern stattgefunden hat. Nach dem Druckausgleich wird Ventil 51 geschlossen damit die Stoffmasse nicht zurückströmt.
Innerer Zyklus 2:
Nun befindet sich das Stoff oder Stoffgemisch im Wärmetauscher bzw. Kondensator 5 in flüssigem und abgekühltem Zustand.
Danach werden durch Ventile die Rohrleitungen so miteinander verbunden, dass die neue Wärmequelle 6 mit dem Wärmetauscher bzw. Kondensator 5 verbunden wird.
Wärmezuführung über Rohreitung 12 und Wärmerückführung über Rohrleitung 11. Ventil 60, 61, 80, und 81 geschlossen und Ventil 90 und 91 geöffnet.
Kältezuführung über Rohrleitung 8 und Kälterückführung über Rohrleitung 7. Ventil 60, 61, 80 und 81 geschlossen und Ventil 70 und 71 geöffnet.
Das leicht verdampfbare Stoff oder Stoffgemisch z.B. H20/NH3 das sich im Wärmetauscher bzw. Kondensator 5 befindet, wird über eine Wärmequelle 1 im inneren Zyklus 2 erhitzt, verdampft und überhitzt. Dieser Dampf expandiert zum Teil in einen Hubzylinder 17 (oder auch einen Gasballon) . Danach wird der Dampf aus dem Hubzylinder 17 und aus dem Wärmetauscher 5 durch die Turbine 13 geleitet, indem Ventil 51 geöffnet wird.
Diese Expansion, die große Mengen Dampf transportiert, wird durch Gasballone 16, gefüllt mit einem leicht verdampfbaren Medium (Verdampfungstemperatur ca. 20 - 100 Grad Celsius) un- terstützt. D.h. beim Druckabfall und hoher Temperatur dehnen sich die Gasballone 16 aus und treiben das Stoffgemisch H20/NH3 durch die Turbine 13. Durch eine Gegenkraft am Hubzylinder 17 wird dieser evakuiert und die mechanische Bewegung zurückgeführt .
Der entspannte Dampf aus bzw. nach der Turbine 13 wird in einem abgekühlten Wärmetauscher bzw. Kondensator 2 kondensiert und zwischengespeichert wobei ein Teil des Stoffgemisches wiederum in den Hubkolben 15 geleitet wird und eine Hubbewegung ausführt.
Der innere Zyklus 2 arbeitet so lange, bis der Stoff oder Stoffgemisch im Wärmetauscher bzw. Kondensator 5 zum Großteil verdampft ist und nach öffnen von Ventil 51 ein Druckaus- gleich und eine Massenverschiebung zwischen den Wärmetau-
schern stattgefunden hat. Nach dem Druckausgleich wird Ventil 51 geschlossen damit die Stoffmasse nicht zurückströmt.
Nach innerem Zyklus 2 kommt wieder innerer Zyklus 1 usw.
Dies geschieht so lange bis Wärmequelle 6 „leer" ist d.h. Das Temperaturniveau liegt unterhalb ca. 30 Celsius.
Danach tritt automatisch Oberzyklus 1 wieder in Aktion.
Warmesenke 1 wird im Folgenden wieder zu Wärmequelle 1.
Wärmequelle 6 wird im Folgenden wieder zu Warmespeicher 6.
Als Sonnenlichtempfanger (Solarkollektor) 1 oder Wärmequelle 1 können handelsübliche thermische Solarzellen verwendet werden.
Möglich ist auch, dass der Sonnenlichtempfanger 1 wird iso- liert vom Erdboden zur Sonneneinstrahlung bereitgestellt.
Der Sonnenlichtempfanger 1 kann als fester Behalter oder auch als dehnbarer Ballon oder ahnliches Behältnis ausgeführt sein. Der dehnbare Ballon mit dunkler, nichtreflektierender und stark wärmeleitender Außenoberflache (bei Bedarf mit Metallplatten bestuckt), kann bei Sonneneinstrahlung (Druck, Temperatur und Oberflache im Ballon erhohen sich) , mit zunehmender Oberflache eine größere Wärmemenge Ql aufnehmen. Eine Vergrößerung der Oberflache bewirkt eine erhöhte Energieauf- nähme, was wiederum zur Vergrößerung der Oberflache fuhrt, usw. Am Sonnenlichtempfanger befinden sich die Anschlussmog- lichkeiten für den integrierten Wärmetauscher 2 um Flüssigkeiten bzw. Dampfe ein und abzuleiten.
Der Sonnenlichtempfanger 1 ist gegen Überdruck und gegen äußere Einflüsse geschützt aufzubauen. Außerdem sind alle ent-
sprechenden Umweltschutzbestimmungen einzuhalten. Auch kann er von einer Art Wintergarten mit Spiegelflächen umgeben sein.
Die Wärmequelle 1 kann in den relativ kühlen Nachtstunden als Wärmesenke 1 benutzt werden, da diese stakt auskühlt an der Luft.
Der Wärme- oder Wasserspeicher 6 ist so dimensioniert, dass mindestens eine Tageswärmeleistung, abzüglich der erzeugten elektrischen Leistung, der Wärmequelle gespeichert werden kann. Da die Solarwärmeleistung übers Jahr sehr stark schwankt, kann der Wärme-, oder Wasserspeicher 6 auch aus mehreren kleinen Speichern bestehen.
Bezugszeichenliste
100 wärmetechnisches Kraftwerk
1 Wärmequelle
2 Wärmetauscher
3 Medium
4 Turbine
5 Wärmetauscher
6 Wärmesenke
6a Energiespeicher
7 Rohrleitung
8 Rohrleitung
9 Rohrleitung
10 Rohrleitung
11 Rohrleitung
13 Turbine
15 Hubzylinder
16 Ballone
17 Hubzylinder
21. 22 Verbindung zwischen den Wärmetauschern
31 Leitungen
14 Stromgenerator
141 mechanische Kopplung
101 KreislaufSteuerung
102 Temperaturfühler
50, 51 Ventile, Sperrventil
60, 61 Ventile
70, 71 Ventile
80 Ventile
90, 91 Ventile