PRUGNER, Siegfried (Altenberg 64, St. Johann in der Haide, A-8295, AT)
| Patentansprüche: 1. Anordnung zum Umwandeln thermischer Energie in Strömungskraft und weiter in Bewegung oder elektrische Energie mit einem ersten Wärmetauscher (18), in dem ein durch ein Wärmetauscherrohr (19) strömendes, flüssiges Fluid erhitzt wird, mit einer dem Wärmetauscher (18) nachgeschalteten Kammer (32), in der das Fluid in die Gasphase übertritt, worauf das gasförmige, unter Druck stehende Fluid einen Motor (33) durchströmt, und mit einem Kondensator (36, 37), in dem gasförmiges Fluid abgekühlt und verflüssigt wird, wobei eine Leitung (39, 43) und in dieser eine Pumpe (30) vorgesehen ist, die den Kondensator (36, 37) mit dem Wärmetauscher ( 8) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Motor (33) nachgeschaltete Kondensator ein zweistufiger Kondensator (36, 37) ist, dass der Wärmetauscher der ersten Stufe (36) des Kondensators über eine Leitung (39) mit in dem Wärmetauscher der zweiten Stufe (37) des Kondensators verflüssigtem Fluid beaufschlagt ist, und dass der Wärmetauscher der zweiten Stufe (37) des Kondensators mit gekühltem Medium aus einem Speicher (29) beaufschlagt ist. 2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an den Motor (33) ein Stromgenerator (34) angeschlossen ist. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erwärmen von Medium in einem Speicher (2,3), das dem ersten Wärmetauscher (18) zugeführt wird, wenigstens ein Sonnenkollektor (1 ) vorgesehen ist. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (29) für gekühltes Medium, der mit dem Wärmetauscher der zweiten Stufe (37) des Kondensators verbunden ist, mit einem Kühlkonvektor (1) verbunden ist. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sonnenkollektor (1), derart ausgebildet ist, dass er tagsüber aus Sonnenlicht Wärme aufnimmt, um im Speicher (2,3) enthaltenes Medium zu erwärmen, und in Zeiten ohne Sonneneinstrahlung, z.B. in Nachtstunden von kühler Nachtluft durchströmt ist, um das Medium in Speicher (29) für gekühltes Medium abzukühlen. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an den zweistufigen Kondensator (36, 37) eine Pumpe (30) vorgesehen ist, um flüssiges Fluid unter erhöhtem Druck dem ersten Wärmetauscher (18) zuzuführen. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung (17), durch die erwärmtes Medium zum ersten Wärmetauscher (18) strömt, ein Ventil (44) vorgesehen ist, das abhängig vom Druck in der Kammer (32), in der Fluid verdampft, gesteuert ist. 8. Anordnung zum Umwandeln thermischer Energie in Strömungskraft und weiter in Bewegung oder elektrische Energie mit einem ersten Wärmetauscher (101 ), in dem ein durch einen Wärmetauscher (101 ) strömendes, flüssiges Fluid erwärmt wird, mit einer dem Wärmetauscher (101 ) nachgeschalteten Kammer (107), in der das Fluid in die Gasphase übertritt, worauf das gasförmige, unter Druck stehende Fluid einen Motor (112) durchströmt, und mit einem Kondensator (114, 115), in dem gasförmiges Fluid abgekühlt und verflüssigt wird, wobei eine Leitung (117, 118) vorgesehen ist, die den Kondensator (114, 115) mit dem Wärmetauscher (101) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (101) wenigstens ein Sonnenkollektor (101) ist, dass der Kondensator (114, 115) als zweistufiger Kondensator ausgebildet ist, dass die erste Stufe ( 14) des zweistufigen Kondensators ein Wärmetauscher ist, dass in der zweiten Stufe (115) des Kondensators wenigstens eine Düse (119) für das Eintragen von gekühltem, flüssigem Fluid vorgesehen ist, um Fluid zu verflüssigen, dass ein Speicher (102) vorgesehen ist, der mit einem weiteren Wärmetauscher ( 38) in Verbindung steht, und dass durch den weiteren Wärmetauscher (138) eine mit Absperrorganen (110, 111 ) versehene Leitung geführt ist, die von der Leitung (118) zum Sonnenkollektor (101) und von der Leitung (104) vom Sonnenkollektor (101 ) abzweigt. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das den Düsen (119) zugeführte Fluid durch eine Leitung (122, 123) zu einem Behälter (146) strömt, indem es eine gekühlte Leitung (121 ) durchströmt. 10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpe (120) vorgesehen ist, die in der Leitung (122), die von Leitung (121), die im Behälter (146) mit gekühlter Flüssigkeit angeordnet ist, ausgeht. 11. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung (1 6), die von der zweiten Stufe (1 5) des Kondensators ausgeht, eine Pumpe (105) vorgesehen ist, von dereine Leitung (116) ausgeht, die durch die erste als Wärmetauscher ausgebildete Stufe (114) des Kondensators führt, und dass von der ersten Stufe des Kondensators (114) eine Leitung (117 und 118) zu dem wenigstens einen Sonnenkollektor (101 ) führt. 12. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem weiteren Wärmetauscher (138) verbundene Speicher mit zwei Räumen (102 und 103) ausgebildet ist, wobei im inneren Raum (102) Medium mit höherer Temperatur vorrätig gehalten ist, als im Raum (103). 13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Speicher mit den zwei Räume (2 und 3) Leitungen ausgehen, die zu dem wenigstens einen Sonnen-kollektor (1 ) führen und von diesem wieder zurück in den Speicher geführt sind. 14. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit in den Behälter (146) für gekühlte Flüssigkeit mit einem Kühlkonvektor der Leitungen (147, 148) in Verbindung steht. 15. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sonnekollektor (101 ) alternativ als Sonnenkollektor zum Aufnehmen von Wärmeenergie und als Kühlkonvektor für das Abgeben von Wärme an die Umgebung ausgebildet ist. 16. Vorrichtung zum Erwärmen und Kühlen eines Medium zum Übertragen von Wärme, gekennzeichnet durch einen Raum (203), der in einem Gehäuse (201) vorgesehen und wenigstens auf einer Seite von einer für Sonnenlicht durchlässigen Wand (205) begrenzt ist, durch in dem Raum (203) vorgesehene Leitungen (215) für das Medium zum Übertragen von Wärme und durch Öffnungen (221 ) in der den Raum (203) umgebenden Wand (209), welchen Öffnungen (221) Verschlussorgane (223) zugeordnet sind. 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (221 ) in der der für Sonnenstrahlen durchlässigen Wand (205) gegenüberliegenden Wand (209) des Gehäuses (201) mit dem Raum (203) vorgesehen sind. 18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Verschlussorgane den Öffnungen (221 ) schwenkbare Verschlussklappen (223) zugeordnet sind. 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (215) in Wellentälern einer wellenförmigen Zwischenwand (213) angeordnet sind. 20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die im Raum (203) vorgesehenen Leitungen (215) an Verteilerrohre (217) angeschlossen sind, von denen durch die den Raum (203) umgebende Wand nach außen geführte Zuführ- und Abzugsleitungen (219) für Medium zum Übertragen von Wärme ausgehen. 21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Raum (203) wenigstens zwei voneinander unabhängig mit Medium zum Übertragen von Wärme beaufschlagbare Gruppen von Leitungen (215) vorgesehen sind, und dass den Leitungen (215) jeder Gruppe zwei Verteilerrohre (217) zugeordnet sind, von denen Zuführ- und Abzugsleitungen (219) ausgehen. 22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die lichtdurchlässige Wand (205) des Raumes (203) zwei zueinander parallele lichtdurchlässige Platten (207) aufweist. 23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite der den Raum (203) umgebenden Wand (209), die der für Licht durchlässigen Wand (205) gegenüberliegt, mit einer reflektierenden Auflage (211 ) versehen ist. 24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (215) mit dem Werkstoff der wellenförmigen Zwischenwand (213) unmittelbar in Berührung stehen. 25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (221 ) schlitzförmige Öffnungen (221 ) sind, die quer zur Längserstreckung der durch den Raum (203) führenden Leitungen (215) ausgerichtet sind. 26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die den Raum (203) umgebenden Wände (209) mit Ausnahme der für Licht durchlässigen Wand (205) mit einer Wärmeisolierung versehen sind. |
Die Erfindung betrifft zunächst eine Anordnung (Anlage) zum Umwandeln thermischer Energie (Wärme) in Strömungskraft und weiter in Bewegung oder elektrische Energie mit den Merkmalen des einleitenden Teils von Anspruch 1.
Eine derartige Anordnung (Anlage) ist aus der EP 1 930 558 A1 bekannt.
Die bekannte Anordnung zum Umwandeln von Wärmein Bewegung und gegebenenfalls weiter in elektrischen Strom besitzt zwei geschlossene Behälter. Die Behälter sind teilweise mit einem Fluid gefüllt. In dem ersten Behälter ist ein Wärmetauscher vorgesehen, über den zum Verdampfen des Fluid Wärme zugeführt wird. In dem zweiten Behälter ist ein Wärmetauscher vorgesehen, dem ein Kühlmedium zugeführt wird, um im zweiten Behälter befindlichen Fluid- Dampf zu Fluid zu kondensieren. Der erste, untere Behälter ist mit seinem oberen Ende über ein sich konisch verjüngendes Rohr mit dem zweiten Behälter verbunden, sodass aus dem Behälter Fluid-Dampf in den Behälter strömen und einen dort angeordneten Motor antreiben kann. Die Behälter sind weiters über eine Rohrleitung miteinander verbunden. Die Rohrleitung geht von dem unteren, mit Fluid gefüllten Bereich des zweiten Behälters aus und mündet im Behälter ebenfalls unten, in dem mit flüssigen Fluidgefüllten Bereich. In dem Behälter ist ein Niveauschalter vorgesehen, der eine in der Rohrleitung vorgesehene Pumpe und ein Absperrorgan derart steuert, dass das Niveau an Fluid im ersten Behälter und das Niveau an Fluid im zweiten Behälter konstant sind, sodass die in den Behältern vorgesehenen Wärmetauscher nur teilweise in das flüssige Fluid eintauchen. Dabei ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher im Behälter überwiegend in flüssigem Fluid angeordnet ist und der Wärmetauscher im Behälter überwiegend im Dampfraum des Behälters angeordnet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Anordnung hinsichtlich Wirksamkeit zu verbessern und insbesondere Maßnahmen vorzuschlagen, wie die Energiebilanz verbessert werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einer Anordnung, welche die Merkmale von Anspruch 1 aufweist.
Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 7.
Durch das bei der erfindungsgemäßen Anordnung für das Kondensieren des nach dem Verlassen des Motors gasförmiges Fluid in ein flüssiges Fluid ein zweistufiger Kondensator vorgesehen ist, wobei in der ersten Stufe des Kondensierens Fluid durch bereits in die flüssige Phase übergeführtes Fluid abgekühlt wird, ergibt sich eine besonders günstige Energiebilanz. Gemäß der Erfindung ist in einer Ausführungsform auch eine besonders günstige Art und Weise der Gewinnung von Wärme mit Hilfe von Sonnenkollektoren möglich. In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sonnenkollektoren bei kalten Umgebungstemperaturen (beispielsweise in der Nacht) dazu herangezogen werden, das gekühlte Medium in einem in einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehene Speicher für gekühltes Medium, mit welchen die zweite Stufe des zweistufigen Kondensators gespeist wird abzukühlen.
Die Erfindung betrifft weiters eine alternative Anordnung mit den Merkmalen des einleitenden Teils von Anspruch 8. Die günstige Energiebilanz wird bei der alternativen Anordnung weiter verbessert, weil zum Erwärmen von flüssigem, unter Druck stehendem Fluid ein Sonnenkollektor verwendet wird. Vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegen- stand der Unteransprüche 9 bis 15.
Die Erfindung betrifft überdies eine Vorrichtung mit den Merkmalen des einleitenden Teiles von Anspruch 16. Vorrichtungen dieser Art, die auch als Sonnenkollektoren bezeichnet werden, sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Die bekannten Vorrichtungen (Sonnenkollektoren) sind in der Lage, ein flüssiges oder gasförmiges Medium zum Übertragen von Wärme, das in ihnen zirkuliert, zu erwärmen, sodass die Wärme, ggf. nach Speicherung, einer weiteren Verwendung, z.B. zum Heizen eines Raumes, zugeführt werden kann.
Problematisch bei den bekannten Sonnenkollektoren ist es, dass diese ausschließlich dazu ausgelegt sind, ein Medium zum Übertragen von Wärme zu erwärmen, so dass Wärme vom Kollektor zu einer diesem zugeordneten Einrichtung, z.B. einem Speicher, bewegt wird. Häufig stellt sich aber auch die Aufgabe, eine Kühlung zu erreichen, was bislang mit den üblichen Sonnenkollektoren nicht möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung vorzustellen, die, obwohl sie grundsätzlich nach Art eines Sonnenkollektors ausgebildet ist, nicht nur zum Erwärmen des Mediums zum Übertragen von Wärme, sondern auch zum Kühlen des Mediums zum Übertragen von Wärme geeignet ist.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung, welche die Merkmale von Anspruch 16 aufweist. Vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 17 bis 26.
Da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht nur, wie für Sonnenkollektoren an sich üblich, Sonnenlicht und damit auch der Wärmestrahlenanteil des Sonnenlichts auf die in dem Raum der Vorrichtung vorgesehenen Leitungen trifft und das dort strömende Medium zum Übertragen von Wärme erwärmt, sondern auch Öffnungen vorgesehen sind, durch die bei geringeren Außentemperaturen, z.B. in der Nacht, Luft zirkulieren kann, kann ein Kühlen des Mediums zum Übertragen von Wärme, das durch die erfindungsgemäße Vorrichtung strömt, erreicht werden.
So ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise möglich, Wärme vom Kollektor zu einem Speicher für erwärmtes Speichermedium oder von einem Speicher für gekühltes Speichermedium zum Kollektor zu übertragen.
Dabei ist beispielsweise vorgesehen, dass erwärmtes Medium zum Übertragen von Wärme an einen Speicher, in dem ein Speichermedium mit erhöhter Temperatur enthalten ist, Wärme abgibt und dass gekühltes Medium zum Übertragen von Wärme aus einem Speicher, in dem ein gekühltes Medium enthalten ist, Wärme entzieht.
Dies ist besonders einfach möglich, wenn gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen ist, dass im Raum wenigstens zwei voneinander unabhängig mit Medium zum Übertragen von Wärme beaufschlagbare Gruppen von Leitungen vorgesehen sind, und dass den Leitungen jeder Gruppe zwei Verteilerrohre zugeordnet sind, von denen Zuführ- und Abzugsleitungen ausgehen. Mit dieser Ausführungsform ist es möglich, durch eine Gruppe von Leitungen, die durch den Raum der erfindungsgemäßen Vorrichtung geführt sind, bei Sonneneinstrahlung Medium zum Übertragen von Wärme strömen zu lassen, das erwärmt werden soll, und durch die andere Gruppe von Leitungen (bei fehlender Sonneneinstrahlung, z.B. in der Nacht) und geöffneten Öffnungen Medium zum Übertragen von Wärme strömen zu lassen, das abgekühlt werden soll, also dem Medium zum Übertragen von Wärme Wärme zu entziehen ist. Diese Ausführungsform erlaubt es, die eine Gruppe von Leitungen einem "Wärmespeicher" und die andere Gruppe einem "Kältespeicher" zuzuordnen.
Die Erfindung stellt also eine Vorrichtung zur Verfügung, die gleichsam als Sonnen- und Kühlkollektor wirken kann und die es einerseits erlaubt, tagsüber Sonnenenergie zu absorbieren und einem Speicher zuzuführen und die es andererseits erlaubt, nachts Wärme an die Umgebung abzugeben, die einem Speicher entzogen wird.
Die Art des in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zirkulierenden Mediums zum Übertragen von Wärme ist im Wesentlichen gleichgültig, sodass flüssige oder gasförmige Medien zum Übertragen von Wärme eingesetzt werden können.
Wenn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist, dass die Leitungen in Wellentälern einer wellenförmigen Zwischenwand angeordnet sind, ergibt sich eine besonders hohe Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, da durch die wellenartige Form der Zwischenwand (Absorber) Wärme und Infrarotstrahlen quasi in einer Falle gefangen werden, sodass das Medium zum Übertragen von Wärme, das durch die Leitungen strömt, besonders gut und wirksam erwärmt wird. Bei der Ausführungsform der Erfindung, in der vorgesehen ist, dass die lichtdurchlässige Wand des Raumes zwei zueinander parallele lichtdurchlässige Platten aufweist, ist die Möglichkeit eröffnet, durch die innere Platte (z.B. eine Glasscheibe) zu erreichen, dass die Infrarotstrahlen, die von der gewellten Zwischenwand reflektiert werden, eine Erwärmung der innen liegenden Platte bewirken, sodass diese Wärme nicht verloren geht, sondern zum weiteren Erwärmen des Mediums zum Übertragen von Wärme beiträgt.
Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung in den Nachtstunden benützt wird, um zu erreichen, dass vom Medium zum Übertragen von Wärme, das durch die Leitungen strömt, Wärme an die Umgebung abgegeben wird, ergibt sich in einer Ausführungsform der Erfindung der vorteilhafte Effekt, dass durch den Temperaturunterschied zwischen Medium zum Übertragen von Wärme (wärmer) und Nachtluft (kälter) in dem jetzt geöffneten Raum eine Kaminwirkung entsteht, sodass die Leitungen durch die vorbei streichende kühle Nachtluft verstärkt (Konvektion) gekühlt werden. Dies wird noch dadurch verstärkt, dass auch die Zwischenwand, die als gewellter Absorber oder Kollektor ausgebildet ist, durch Konvektion gekühlt wird. Bei dieser Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass der Luftstrom durch den Raum, in dem die Leitungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sind, durch zusätzliche Ventilatoren (Gebläse) zwangsweise erzeugt oder verstärkt wird.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Es zeigt:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung,
Fig. 2 eine weitere alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung, Fig. 3 in Vorderansicht eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit teilweise weggebrochener Vorderwand,
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie II/II in Fig. 3,
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform in einer Darstellung analog zu Fig. 3,
Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie IV/IV in Fig. 5 und
Fig. 7 eine Draufsicht auf die Ausführungsform von Fig. 5 und 6. Kernstück der erfindungsgemäßen Anordnung (Anlage) zum Umwandeln von Wärme (thermischer Energie) in Bewegung und gegebenenfalls weiter in elektrische Energie gemäß Fig. 1 ist ein Behälter 32, in dem durch eine Düse 31 eingesprühtes, flüssiges Fluid verdampft, und ein dem Verdampfungsbehälter 32 nachgeordneter Motor 33, der als Turbine oder Kolbenmotor ausgebildet ist und vom jetzt gasförmigen Fluid angetrieben wird. Mit dem Motor 33 ist im Ausführungsbeispiel ein Generator 34 zum Erzeugen von Strom gekuppelt.
Von dem Behälter 32 bzw. dem nachgeschalteten Motor 33 strömt jetzt gasförmiges Fluid durch eine Leitung 35 in einen zwei Stufen 36, 37 umfassenden, also zweistufigen Kondensa- tor, in dem das Fluid wieder in den flüssigen Aggregatzustand übergeführt wird. Flüssiges Fluid sammelt sich nach der zweiten Stufe 37 des Kondensators in einem Sammelbehälter 38 und wird von diesem mit Hilfe einer Pumpe 30 unter Druck gesetzt, durch eine Leitung 39 , durch die erste Stufe 36 des zweistufigen Kondensators und von dieser durch eine Leitung 43 in einen Wärmetauscher 18 geleitet. In dem Wäremtauscher 18 wird das noch flüssige Fluid während es durch eine Leitung 19 in den Wärmetauscher 18 strömt, durch ein Wärmeübertragungsmedium erwärmt und gelangt dann wieder zur Düse 31 und von dieser wie weiter oben beschrieben in den Behälter 32, in dem es in seinen gasförmigen Aggregatzustand übertritt.
Die erste Stufe 36 des zweistufigen Kondensators wird, wie bereits angedeutet, so betrieben, dass ein Wärmetausch zwischen dem gasförmigen, über die Leitung 35 zuströmenden Fluid und flüssigem Fluid, das aus dem Sammelbehälter 38 über die Pumpe 30 und die Leitung 39 zur ersten Stufe 36 des Kondensators strömt, stattfindet. So wird flüssiges Fluid, das der ersten Stufe 36 über die Leitung 39 zugeführt und durch die Leitung 43 abströmt, erwärmt und gleichzeitig gasförmiges Fluid in der ersten Stufe 36 des Kondensators abgekühlt.
Die zweite Stufe 37 des Kondensators wird mit gekühltem Medium aus einem Speicher 29 für gekühltes Medium gekühlt, wobei das gekühlte Medium aus dem Speicher 29 durch eine Pumpe 40 über eine Leitung 41 zur zweiten Stufe 37 und über eine Leitung 42 von der zweiten Stufe 37 wieder zurückgeführt wird.
Zum Kühlen des Mediums im Speicher 29 ist dieses mit einem Kollektor 1 verbunden, der wahlweise als Sonnenkollektor zum Gewinnen von Wärme und als Kollektor zum Abgeben von Wärme an die Umgebung betrieben wird. Insbesondere in den Nachtstunden oder in Stunden ohne Sonneneinstrahlung kann der Kollektor 1 dazu herangezogen werden, das Medium im Vorratsspeicher 29 abzukühlen, Hiezu wird aus dem Speicher 29 Medium durch eine Leitung 27 abgezogen und strömt durch ein geöffnetes Ventil 11 über eine Pumpe 8 und eine Leitung 5 zu dem Kollektor 1 , wird dort abgekühlt, indem es Wärme beispielsweise durch Konvektion abgibt, und weiter über eine Leitung 6 bei geöffnetem Ventil 12 über eine Leitung 28 in den Speicher 29 zurück. Dabei sind die Ventile 9, 10 und 13, 14 geschlossen. Das erwärmte Medium, das über eine Leitung 17 von einer Pumpe 15 gefördert, dem Wärmetauscher 18 zugeführt und über die Leitung 20 wieder zurückgeführt wird, wird einem Speicher 2, 3 entnommen. Dieser Speicher ist als Speicher mit zwei Räumen 2 und 3 , einem inneren Raum 2 und einem äußeren Raum 3 ausgebildet. Durch entsprechende Stellung der Ventile 22, 23, 24, 25 kann dem Wärmetauscher 18 Medium entweder aus dem inneren Raum 2 oder dem äußeren Raum 3 des Speichers zugeführt und wieder in diesen Raum 2 oder in den anderen Behälter 3 der beiden Behälter 2 und 3 rückgeführt werden. Beispielsweise wird bei geöffnetem Ventil 24 und geschlossenem Ventil 25 erwärmtes Medium aus dem Raum 2 über die Leitung 16 entnommen und bei geöffnetem Ventil 22 und geschlossenem Ventil 23 über die Leitung 21 wieder in den Raum 2 des Speichers zurückgeführt. Durch entsprechendes Umschalten der Ventile 24, 25 und 22,23 kann Medium ausschließlich aus dem äußeren Raum 3 des Speichers entnommen und wieder in diesen rückgeführt werden. Dabei ist in Betracht gezogen, dass im inneren Raum 2 des Speichers das Medium bevorzugt eine höhere Temperatur hat als das Medium im äußeren Raum 3 des Speichers.
Um das Medium in den Räumen 2 und 3 des Speichers zu erwärmen, kann der Sonnenkollektor 1 benützt werden. Hiezu wird Medium über die Leitung 4 bei geöffnetem Ventil 9, durch die Pumpe 8 und die Leitung 5 durch den Sonnenkollektor 1 geleitet und nach Aufnahme von Wärme, also mit höherer Temperatur bei geöffnetem Ventil 13 über die Leitung 6 und über die Leitung 7 in den Raum 2 rückgeführt. Sinngemäßes gilt für den äußeren Raum 3 des Speichers, aus dem über eine Leitung mit geöffnetem Ventil 10 Medium entnommen und über eine weitere Leitung bei geöffnetem Ventil 14 und entsprechend geschlossenen anderen Ventilen, nach dem Durchtritt durch den Kollektor 1 und Aufnahme von Wärme, rückgeführt wird. In der Leitung 17 ist ein Ventil 44 vorgesehen, das abhängig vom Druck in dem Behälter 32, in dem flüssiges Fluid verdampft, gesteuert wird. Durch einen Drucksensor 46 wird über eine Steuerleitung 45 das Ventil 44 geregelt, sodass das flüssige Fluid im Wärmetauscher 18 auf die richtige Temperatur erwärmt wird. Kern der erfindungsgemäßen Anordnung (Anlage) zum Umwandeln thermischer Energie in Strömungskraft und weiter in Bewegung oder elektrische Energie gemäß Fig. 2 ist ein Verdampfungsbehälter 107, in den über eine Düse 106 unter Druck zugeführtes flüssiges Fluid einpritzt wird und dabei in den gasförmigen Zustand übergeht. Aus dem Verdampfungsbehälter 107 strömt das jetzt gasförmige Fluid in eine Turbine oder Motor 112, an die/den ein Generator 113 angeschlossen ist. Aus dem Motor oder Turbine 112 strömt gasförmiges Fluid durch eine Leitung 113 in einen zweistufigen Kondensator und tritt aus diesem verflüssigt und durch eine Pumpe 105 unter Druck gesetzt über eine Leitung 116 durch die als Wärmetauscher ausgebildete erste Stufe 114 des Kondensators und wird dabei durch das aus der Leitung 113 in die erste Stufe 114 des Kondensators eintretende, gasförmige Fluid erwärmt. Aus der als Wärmetauscher ausgebildeten ersten Stufe 114 des Kondensators tritt Fluid - jetzt in flüssiger Form - durch eine Leitung 117, ein geöffnetes Ventil 109 und eine Leitung 118 in einen Sonnenkollektor 101 , wo es durch Einwirken von Sonnenlicht erwärmt wird. Aus dem Sonnenkollektor 101 - es ist wenigstens ein Sonnenkollektor 101 vorgesehen - tritt erwärmtes, flüssiges Fluid durch eine Leitung 104 und ein geöffnetes Ventil 108 in die zur Düse 6 führende Leitung, um in den Verdampfungsbehälter 107 wieder in den gasförmigen Zustand überzutreten.
Der zweistufige Kondensator, zu dem das gasförmige Fluid über die Leitung 113 vom Motor 112 kommend zugeführt wird, ist, wie erwähnt, eine erste als Wärmetauscher ausgebildete Stufe 114 und eine zweite Stufe 115 vorgesehen, in der die noch gasförmigen Anteile des Fluids verflüssigt werden. Hiezu wird das Fluid von durch Düsen 119 in die zweite Stufe 115 des Kondensators eingespritztes flüssiges Fluid abgekühlt. Das so insgesamt wieder verflüssigte Fluid sammelt sich im unteren Bereich der zweiten Stufe 115 des Kondensators an und wird, wie beschrieben, durch die Pumpe 105 unter Druck gesetzt und über die Leitung 116, der als Wärmetauscher ausgebildeten Stufe 114 und die Leitung 117, das Ventil 109, die Leitung 118 wieder dem wenigstens einen Sonnenkollektor 101 zugeführt.
Ein Teil des flüssigen Fluids, das sich im unteren Bereich der zweiten Stufe 115 des Kondensa- tors sammelt, wird über eine Leitung 123 abgezogen und gelangt in einen Behälter 146, der mit gekühlter Flüssigkeit gefüllt ist. Aus dem Behälter 146, in dem eine schlangenförmige Leitung 121 vorgesehen ist, tritt flüssiges Fluid gekühlt durch eine Leitung 122 durch eine Pumpe 120 gefördert zu den Düsen 119. Wenngleich im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Düsen 119 dargestellt sind, ist im Prinzip mit einer einzigen Düse 119, aus der gekühltes, flüssiges Fluid austritt, das Auslangen zu finden.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist als Alternative zum Erwärmen des flüssigen Fluids in dem wenigstens einen Sonnenkollektor 101 , insbesondere für Nachtstunden oder Zeiten, in denen nicht genügend Sonnenenergie zur Verfügung steht, ein Speicherbetrieb vorgesehen. Hierzu ist ein Speicher vorgesehen, der einen inneren Raum 102 und einen äußeren Raum 103 aufweist. In dem inneren Raum 102 ist ein Medium mit höherer Temperatur und im Raum 103 ein Medium mit einer Temperatur gespeichert, die niedriger ist als die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums im Raum 102. Um das Medium im Speicher mit den Räumen 102 und 103 zu erwärmen, wird das Medium über eine Leitung 125 bei geöffnetem Ventil 129 durch eine Pumpe 124 und eine Leitung 126 durch den Sonnenkollektor 101 geleitet, wobei im Sonnenkollektor 101 hierfür ein gesondertes (vom Leitungssystem für flüssiges Fluid getrennt!) Leitungssystem vorgesehen ist. Über eine Leitung 127 strömt bei geöffnetem Ventil 130 erwärmtes Medium wieder in den Raum 102 des Speichers. Bei dieser Arbeitsweise sind die Ventile 131 , 132, 133 und 134 geschlossen, wogegen die Ventile 129 und 130, wie erwähnt, geöffnet sind. So wird im Raum 102 Medium mit hoher Temperatur angesammelt. Wenn das Erwärmen des flüssigen Fluids in dem Sonnenkollektor 101 , das über die Leitung 118 zu- und über die Leitung 104 abströmt nicht möglich ist, wird auf Speicherbetrieb umgeschaltet. Hiezu wird die Pumpe 124 stillgesetzt und die Ventile 130, 132, 131 , 133, 129 und 134 geschlossen. Des Weiteren wird die Pumpe 135 in Betrieb genommen und pumpt heißes Medium aus dem Raum 102 des Speichers über die Leitungen 136 und 137 in den Wärmetau- scher 138. Dabei wird bei geöffneten Ventilen 110 und 111 und geschlossenen Ventilen 108 und 109, das von der zweiten Stufe 115 des Kondensators kommende flüssige, unter erhöhtem Druck (Pumpe 105) stehende Fluid erwärmt, wenn es durch die Leitung 139 des Wärmetauschers 138 strömt. Durch das Ventil 110 tritt das flüssige, jetzt erwärmte Fluid über die Düse 106 in den Verdampferbehälter 107 ein.
Bei dieser Betriebsweise sind die Ventile 144, 145,110 und 111 offen, hingegen sind die Ventile 143, 142, 108 und 109 geschlossen.
Wenngleich der Speicherbetrieb, wie soeben beschrieben, einerseits und der Betrieb über den Sonnenkollektor 101 , wie weiter oben beschrieben, alternierend ausgeführt werden, ist grundsätzlich auch in Betracht gezogen, dass beide Betriebsarten gleichzeitig ausgeführt werden.
Um Flüssigkeit in dem Behälter 146 zu kühlen, kann in Nachtstunden, also bei Nachtbetrieb, die Pumpe 124 in Betrieb genommen werden, um Flüssigkeit aus dem Behälter 146 über die Leitung 147 durch das geöffnete Ventil 133 und über die Leitung 126 durch den wenigstens einen Kollektor 101 zu pumpen, aus dem Flüssigkeit durch die Leitung 127 bei geschlossenen Ventilen 130 und 131 sowie geöffnetem Ventilen 132 über die Leitung 148 wieder zurück in den Behälter 146 für gekühlte Flüssigkeit strömt. Bei dieser Betriebsart sind die Ventile 129 und 134 geschlossen. So kann in den Nachtstunden unter Verwendung des Sonnenkollektors 101 ein Kühlen der Flüssigkeit im Behälter 146 für gekühlte Flüssigkeit erreicht werden.
Eine in den Fig. 3 bis 7 schematisiert dargestellte, erfindungsgemäße, als "Sonnen- und Kühlkollektor" ausgebildete Vorrichtung besitzt ein Gehäuse 201 , das einen (Innen-)Raum 203 umgrenzt. Eine Wand 205 des Gehäuses 201 ist als durchsichtige, für Sonnenstrahlen, ins- besondere Infrarotstrahlen, durchlässige Wand ausgebildet und beispielsweise aus zwei Glasscheiben 207 gebildet.
Die übrigen Wände 209 des Gehäuses 201 , das den Raum 203 umgrenzt, sind als isolierende Wände 209 ausgebildet und können innenseitig mit einer reflektierenden Auflage 211 versehen sein. Beispielsweise sind die Innenseiten der isolierenden Wände 209 mit Edelstahlblech verkleidet.
Parallel zu der die Rückseite des Gehäuses 201 bildenden Wand 209 ist eine gewellte Zwischenwand 213 vorgesehen, die sich im Wesentlichen über die gesamte Breite und Höhe des Raumes 203 in der erfindungsgemäßen Vorrichtung erstreckt.
In dem Raum 203, der von den Wänden 205, 209 begrenzt wird, sind mehrere zueinander parallel ausgerichtete Leitungen 215 vorgesehen, die sich in Längsrichtung der im gezeigten Ausführungsbeispiel rechteckig ausgebildeten Vorrichtung erstrecken. Die Leitungen 215 sind an Verteilerrohre 217 angeschlossen, wobei von jedem Verteilerrohr 217 eine Leitung 219 nach außen geführt ist, um die erfindungsgemäße Vorrichtung in den Kreislauf eines flüssigen oder gasförmigen Mediums zum Übertragen von Wärme einbinden zu können.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass die Leitungen 215 in dem Raum 203 in den Wellentälern der gewellt ausgebildeten Zwischenwand 213, die als Absorber wirkt und aus reflektierendem Metallblech (Stahlblech) ausgeführt sein kann, angeordnet sind.
In der Wand 209, die der für Sonnenstrahlen durchlässigen Wand 205 gegenüberliegt, sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung (zwei) Öffnungen 221 vorgesehen, deren Ausbildung und Zweck weiter unten mit Bezug auf die in den Fig. 3 bis 5 dargestellte Ausführungsform erläutert werden wird.
Bei der in den Fig. 3 bis 5 gezeigten Ausführungsform, die den gleichen grundsätzlichen Aufbau aufweist, wie die Vorrichtung gemäß Fig. 1 und 2, sind in dem Raum 203 der Vorrichtung zwei voneinander unabhängige Gruppen von Leitungen 215 vorgesehen. Jeder Gruppe von Leitungen 215 sind an den Schmalseiten des Gehäuses 201 Verteilerrohre 217 zugeordnet und von jedem Verteilerrohr 217 geht eine Leitung 219 aus, die aus dem Raum 203 heraus führt. Diese Ausführungsform erlaubt es, dass in jeder der beiden Gruppen von Leitungen 215 ein eigenes Medium zum Übertragen von Wärme strömt, z.B. ein Medium zum Übertragen von Wärme, mit dem tagsüber bei einfallendem Sonnenlicht Wärme aufgenommen wird, und ein Medium zum Übertragen von Wärme, dem bei Betrieb der Vorrichtung, wenn keine Sonneneinstrahlung herrscht, insbesondere in der Nacht, Wärme entzogen wird.
Um letzteres zu ermöglichen, sind in der der lichtdurchlässig ausgebildeten Wand 205 gegen- überliegenden Wand 209 des Gehäuses 201 wenigstens zwei (schlitzförmige) Öffnungen 221 vorgesehen, die sich im Beispiel quer zur Längserstreckung des Raumes 203 und quer zur Längserstreckung der Leitungen 215 in diesem erstrecken. Jeder der Öffnungen 221 sind zum wahlweisen Öffnen und Verschließen Verschlussklappen 23 zugeordnet, die je nach Bedarf durch Verschwenken geöffnet oder geschlossen werden können. Die Klappen 223 werden in die in Fig. 5 gezeigte Stellung verschwenkt, also die Öffnungen 221 geöffnet, wenn vorgesehen ist, dass das durch die Leitungen 215 bzw. eine der Gruppen von Leitungen 215 strömende Medium zum Übertragen von Wärme Wärme abgeben soll, um zu erreichen, dass die Temperatur des Mediums zum Übertragen von Wärme absinkt. Da das Medium zum Übertragen von Wärme in der Regel wärmer ist als die Umgebungsluft, wenn es an diese Wärme abgeben soll, wird bei geöffneten Klappen 223 eine Kaminwirkung erzeugt, die bewirkt, dass Luft durch den Raum 203 im Gehäuse 201 der erfindungsgemäßen Vorrichtung strömt. Diese Strömung von Luft (kalte Nachtluft) kann durch wenigstens einer der beiden Öffnungen 221 zugeordnete Gebläse oder Ventilatoren unterstützt bzw. zwangweise herbei- geführt werden.
Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wie folgt beschrieben werden:
Eine Anordnung zum Umwandeln thermischer Energie in Strömungskraft und weiter in Bewegung oder elektrische Energie umfasst einen Verdampferbehälter 32, in den über eine Düse 3 unter Druck stehendes flüssiges Fluid eingeleitet wird. Verdampftes Fluid treibt einen Motor 33 an. Fluid wird in einem zweistufigem Kondensator 36, 37 in den flüssigen Zustand übergeführt, über eine Pumpe 30 unter Druck gesetzt und über die erste Stufe 36 des Kondensators, der ein Wärmetauscher 36 ist, über einen Wärmetauscher 18 geleitet, in diesen erwärmt und dem Verdampferbehälter 32 zugeführt. Die zweite Stufe 37 des Kondensators wird mit gekühltem Medium, das einem Speicher 29 entnommen wird, beaufschlagt.
Eine Vorrichtung zum Erwärmen und Kühlen eines Mediums zum Übertragen von Wärme besitzt zwei Gruppen von Leitungen 215, die durch den Innenraum 203 der Vorrichtung geführt sind. Die Leitungen 215 sind an unterschiedliche Kreisläufe für Medium zum Übertragen von Wärme angeschlossen, wobei eine Gruppe von Leitungen 215 dazu bestimmt ist, Medium zum Übertragen von Wärme, das durch die Leitungen 215 strömt, unter der Wirkung einfallenden Sonnenlichts zu erwärmen. Die andere Gruppe von Leitungen 215 ist dazu bestimmt, dass Medium zum Übertragen von Wärme, das durch diese Leitungen strömt, Wärme abgibt, wozu in der Wand des Gehäuses Öffnungen 221 vorgesehen sind, die mit wahlweise offen- und schließbaren Verschlussklappen 223 versehen sind.
Eine Anordnung zum Umwandeln thermischer Energie in Strömungskraft umfasst einen Verdampferbehälter 107, in dem unter Druck eingeleitetes, flüssiges Fluid verdampft. Das Fluid treibt einen Motor 112 an und wird in einem zweistufigem Kondensator verflüssigt und durch eine Pumpe 105 über die erste Stufe 114 des Kondensators in einen Sonnekollektor 101 und dann zum Verdampferbehälter 107 geleitet. In die zweite Stufe 115 des Kondensators wird über Düsen 1 9 gekühltes, flüssiges Fluid zum vollständigen Verflüssigen das Fluid eingespritzt. Alternativ zu dem Sonnenkollektor 101 kann flüssiges Fluid auch durch ein erwärmtes Medium, das einem Speicher 102 entnommen wird, in einem weiteren Wärmetauscher 138 erwärmt werden.