Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung von Wärmeenergie, insbesondere der Energie aus der Umwelt, in kinetische Energie sowie eine Vorrichtung zum Umwandeln von Wärmeenergie in kinetische Energie, mit der das Verfahren ausgeführt werden kann.

Stand der Technik

Die Versorgung der Bevölkerung mit Energie ist ein zentrales Thema. Insbesondere ist die Erzeugung von „sauberer“ Energie politisch gewollt, um die Umwelt zu schützen und den Klimawandel zu verlangsamen, wenn nicht sogar aufzuhalten. Bekannte umweltfreundliche Energieerzeugungseinrichtungen sind Wasserkraftwerke, Solarkollektoren, die auch in Solarparks industriell genutzt werden, und Windkraftanlagen, die an Land und vermehrt auch in dem Land vorgelagerten Großanlagen, Wind in Energie umwandeln. Diese Technologien werden langfristig nicht reichen, den Klimawandel aufzuhalten. Dazu steigt der Verbrauch von Strom durch die Elektromobilität kontinuierlich an.

In der Schrift DE 10 2019 006 184 Al wird daher eine Vorrichtung zum Umwandeln von Wärmeenergie in kinetische Energie durch kombinierte Nutzung einer Wärmepumpe mit einem Wärmekraftwerk vorgestellt. Die Vorrichtung ist dabei auf zwei thermodynamischen Kreislaufprozessen aufgebaut. Die beiden Kreisprozesse sind in der Maschine zum Zwecke der Wärmeübertragung miteinander durch zwei Wärmetauscher verbunden. Dabei nutzt man die Eigenschaft von Wärmepumpen, thermische Energie mit Gasen an Wärmetauschern aufzunehmen und mittels Verdichtung hohe Temperaturen bei gleichzeitigem Anstieg des Gasdrucks und Verringerung des Volumens zu erreichen. Die Energiemenge zum Betrieb der Pumpe ist dabei deutlich kleiner als die gepumpte Energiemenge. Das erhitzte Fluid wird dann dazu genutzt, ein zweites Fluid zu verdampfen, so dass der Gasdruck in einer Wärmekraftmaschine zu kinetischer Energie umgewandelt werden kann. Da das Fluid wie bei jedem konventionellen Kraftwerk kondensiert werden muss, wird der ungenutzte Restdampf in den Kondensator geleitet, der durch das mittels Expansionsventil entspannte, sehr kalte Fluid aus dem Wärmepumpenkreislauf gekühlt wird. Dort kondensiert das Fluid aus dem Wärmekraftmaschinenkreislauf und wird zurück in den Wärmetauscher zur wiederholten Verdampfung gepumpt. Das Fluid der Wärmepumpe wird dann im Wärmetauscher abermals erwärmt und kann mit der enthaltenen Wärmeenergie aus dem Kondensator und der Umwelt wieder in den Verdichter gezogen werden um ebenfalls wieder in den Wärmetauscher zu gelangen, wo der Wärmeübertrag an das Fluid aus dem Wärmekraftmaschinenkreislauf stattfindet. Dadurch ist eine stete Umwandlung von Wärmeenergie in kinetische Energie realisierbar. Da Wärmepumpen zum kühlen ebenso wie zum Heizen eingesetzt werden können, nutzt die Energieumwandlungsmaschine beide Potenziale, um Fluide mit Siedepunkten unterhalb 273 Grad Kelvin nutzbar zu machen. Da der verwendete Kondensator Temperaturen unterhalb von 250 Grad Kelvin erreichen kann sind Temperaturdifferenzen von 100 Grad Kelvin und mehr möglich. Fluide, wie z.B. Isobutan können dadurch hohen Druck aufbauen, welcher in Kraftwärmemaschinen zur Umwandlung in kinetische Energie genutzt wird bis das Gas mit minimalem Druck und sehr niedriger Temperatur zum Kondensator fließt. Dieser kann bei Nutzung beispielsweise von Ammoniak Temperaturen unter 250 Grad Kelvin erreichen und Gase wie z. B. Isobutan kondensieren lassen. Dadurch ist das Temperaturgefälle und somit die Druckdifferenz an der Wärmekraftmaschine ausreichend um den überwiegenden Teil der Energie, welche im Wärmetauscher aufgenommen wurde in kinetische Energie umzuwandeln. Kondensationsturbinen als spezielle Art der Wärmekraftmaschinen können zudem durch Nutzung der Verdampfungsenthalpie den Wirkungsgrad weiter erhöhen. Bei zu dieser Entwicklung durchgeführten Versuchen wurde vom Entwickler erkannt, dass die Wirkungsgrade so noch nicht ausreichend sind, um sie in industriellen Dimensionen effektiv zu nutzen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein erweitertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Umwandlung von Wärmeenergie in kinetische Energie bereitzustellen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Verfahrensanspruchs 1 und des Vorrichtungsanspruchs 3, wobei die jeweiligen Unteransprüche weitere Ausgestaltungen beschreiben.

Definitionen

Ein Umweltwärmetauscher im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung, in der Energie in Form von Wärme aus der Umwelt abgegriffen wird, z.B. die Abwärme aus industriellen Prozessen, Wärmeenergie aus für die Vorrichtung vorgesehenen Kraftwerken, aus Wasser oder Wasserdampf oder letztlich direkt aus der Umwelt, sofern diese Wärmeenergiequelle ausreichend ist, das erforderliche Niveau innerhalb der Vorrichtung bereitzustellen.

Sofern eine Erwärmung eines Fluids erfolgt kann zeitgleich auch eine Verdampfung eines Teils des Fluids erfolgen, ohne dass dieses näher beschrieben werden muss.

Sofern eine Wärmeabgabe eines Fluids erfolgt, kann zeitgleich auch eine Verflüssigung erfolgen, ohne dass dieses näher beschrieben werden muss.

Darstellung der Erfindung

Es sollen zunächst einige Grundlagen für das Verständnis des Verfahrens und der Vorrichtung gelegt werden. Bei Wärmepumpen wird in der Regel nur von Wirkungsgraden, und nicht von Leistungszahlen ausgegangen. Grundsätzlich wird aus der Leistungsaufnahme einer Pumpe, dem Pumphub und der Menge des gepumpten Wassers die geleistete Arbeit und damit der Wirkungsgrad der Pumpe berechnet. Unbeachtlich bleibt hingegen die Temperatur des Wassers und somit die gepumpte Wärmekapazität. Bei geeigneter Anordnung, also einem starken Unterschied zwischen der Umgebungstemperatur und der Temperatur des gepumpten Mediums, können so enorme Mengen an Wärme, große Mengen an Energieträgern, mit dem gleichbleibenden Pumpaufwand transportiert werden. Diese Wärme gilt es, nutzbar zu machen. Die Leistungszahl einer Wärmepumpe macht - anders als ihr Wirkungsgrad - daher deutlich, welche Menge an Energie in dem gepumpten Fluid enthalten ist.

Bei einer herkömmlichen Kühlanlage liegt die Leistungszahl bei dem 3- bis 4- fachen der aufgewandten Energie in ihrem Kompressor. Bei einem Pumpaufwand von 1 kW könnte daher mit einer Kühlleistung von bis zu 4 kW gerechnet werden. Die erzeugte Kälte wird z.B. in einem Kühlschrank genutzt, um der Wärmeenergiequelle Lebensmittel deren Wärme zu entziehen und die Lebensmittel so haltbarer werden zu lassen.

Da eine Wärmepumpe dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik folgt, ist die Energiemenge, die der Kühlleistung entspricht, als Wärme abzuführen. Die abgegebene Wärme entspricht daher im Betrag der benötigten Kühlleistung, die zur Absenkung der Temperatur innerhalb des Kühlschrankes auf das Niveau der geforderten Kühlung verwendet wird. Diese in den umgebenden Raum abgegebene Wärme verpufft im Falle eines Kühlschranks nach dem Stand der Technik ohne weitere Nutzung. Im Falle einer Kühlleistung von 4kW pro 1kW Pumpaufwand beträgt die abzuführende Wärmemenge an der Kühlschrankaußenseite somit ebenfalls 4 kW aus dem Innenraum, sowie zusätzlich 1 kW Abwärme vom Kompressor.

Eine Wärmekraftmaschine in Form einer ORC-Dampfturbine wandelt Temperaturdifferenzen mittels Entspannung von Gasen in einem hohen Maß - zumeist im Bereich 70% und mehr - in Rotationsenergie um, der Rest wird als Wärme im teilkondensierten Fluid an einen Kondensator abgegeben. Zur Funktion der Vorrichtung wird an der Wärmekraftmaschine eine Heiz- und eine Kühlseite benötigt. Sofern der Kühlkörper einer Wärmepumpe als Kondensator und die Heizseite der Wärmepumpe als Verdampfer ausgebildet sind, können bei geeigneter Wahl des Fluids und der Wärmeaufnahme aus der Umwelt die Bestandteile der Wärmepumpe derart zur Heiz- bzw. Kühlseite der Wärmekraftmaschine ausgestaltet werden, dass zu einem hohen Maß Rotationsenergie in elektrische Energie umgesetzt wird. Die durch die Wärmekraftmaschine abgegebene Wärme ist im Betrag ihrer Energie so hoch, dass sie die benötige Pumpenergie bzw. Energie für den Kompressor deutlich übersteigt.

Für die Erhöhung der Leistungskennzahlen sind die Erweiterungen der Kreisläufe der Wärmepumpe und der Wärmekraftmaschine durch eine geeignete Zahl von weiteren Wärmetauschern sinnvoll, da wie zuvor erklärt die Leistung mit der Höhe der Temperaturdifferenz steigt.

Vor diesem Hintergrund wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Umwandlung von Wärmeenergie in kinetische Energie vorgestellt. Bei diesem Verfahren laufen die immer wiederkehrenden Verfahrensschritte in einem ersten und einem zweiten Kreislauf parallel ab, wobei die Kreisläufe einer gegenseitigen Bedingtheit unterliegen, in der ein Kondensator des einen Kreislaufs ein Verdampfer des anderen Kreislaufs und umgekehrt ist. Das Fluid eines Kreislaufs wird bei seiner Bewegung durch den Kreislauf in Bezug auf seine Temperatur immer wieder durch das Fluid des anderen Kreislaufs beeinflusst.

In einem ersten Kreislauf wird ein zunächst gasförmiges erstes Fluid verdichtet, wobei es zu einer Temperaturerhöhung kommt. Dabei wird durch das Verdichten eine Pumpbewegung des Fluids durch den Kreislauf erzeugt. Es erfolgt eine Abkühlung dieses ersten Fluids in einem ersten Wärmetauscher mit Kondensation, ein weiteres Abkühlen des ersten Fluids in einem dritten Wärmetauscher ebenfalls mit Kondensation und eine Dekompression des ersten Fluids in einem Dekompressionsventil. Danach durchläuft es einen zweiten Wärmetauscher und nimmt Wärme auf, bevor es in einem Umweltwärmetauscher weitere Temperatur aufnimmt, bevor es wieder der oben beschriebenen Verdichtung zugeführt wird.

Ein zweites Fluid wird durch den zweiten Kreislauf gepumpt und in einem dritten Wärmetauscher erwärmt, während das erste Fluid wie zuvor beschrieben abgekühlt wird. Es kommt zu einer Verdampfung in einem zweiten Umweltwärmetauscher und einer weiteren Erwärmung in einem ersten Wärmetauscher. Mit dieser weiteren Erwärmung geht die erste Abkühlung des ersten Fluids einher. Vom ersten Wärmetauscher tritt das zweite Fluid in eine Wärmekraftmaschine ein, wobei es zu einer Druckminderung und einer Temperaturabgabe kommt. An der Wärmekraftmaschine kann dabei die entstandene Rotationsenergie abgenommen werden und z.B. in elektrische Energie umgewandelt werden. Nach dem Entspannen durch die Wärmekraftmaschine erfolgt die Rückführung in den zweiten Wärmetauscher und eine Verflüssigung, bevor der Ablauf wieder mit dem Pumpvorgang in Richtung des dritten Wärmetauschers von neuem beginnt.

Ergebnis dieses Verfahrens mit zwei sich überschneidenden und gegenseitig beeinflussenden Kreisläufen ist die Erreichung eines optimalen Aggregatzustandes des jeweiligen Fluids, insbesondere des zweiten Fluids, da dieses mit einer möglichst hohen Temperatur in die Wärmekraftmaschine eingeführt werden soll und mit möglichst geringer Temperatur wieder in den Kreislauf übergeben werden soll. Ist der Temperaturunterschied zwischen Wärmekraftmaschineneingang und Wärmekraftmaschinenausgang besonders hoch, ist eine hohe kinetische Energie generierbar.

Durch das Verdichten des zunächst gasförmigen ersten Fluids wird ein Temperaturniveau erreicht, bei dem Wärme im ersten Wärmetauscher an das zweite Fluid übertragen wird, so dass dieses die gewünschte Eingangstemperatur an der Wärmekraftmaschine erreicht. Das erste Fluid fließt abgekühlt weiter und wird in einem dritten Wärmetauscher erneut abgekühlt, wobei die Wärme auf das zweite Fluid übertragen wird. Dabei kondensiert es und wird mittels des Dekompressionsventils entspannt.

Dadurch ist es bereit, erneut Wärme aufzunehmen, zunächst in einem zweiten Wärmetauscher und später im Umweltwärmetauscher.

Um ein derartiges Verfahren optimal durchführen zu können, werden vorzugsweise Fluide verwendet, die effektiv unter den vorherrschenden klimatischen Bedingungen und den daraus resultierenden Temperaturunterschieden zu den Wärmequellen funktionieren. Hier können Propan, Kohlendioxid und Ammoniak als Beispiele angeführt werden, andere Fluide sind jedoch nicht ausgeschlossen. Von den genannten eignet sich Propan sehr gut, da es recht einfach beherrschbar ist und somit in der Nutzung eine größere Sicherheit ermöglicht. Zudem wird es nicht in TFA umgewandelt und ist somit nicht persistent, wenn es in die Umwelt gelangt. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Umwandlung von Wärmeenergie in kinetische Energie erfolgt im dritten Wärmetauscher keine weitere Kondensation. Diese sollte für einen optimalen Ablauf des Verfahrens dann schon im ersten Wärmetauscher vollständig abgeschlossen sein. Im Optimalfall weist das erste Fluid am Ausgang aus dem ersten Wärmetauscher Umwelttemperatur auf. Dies erhöht die Effektivität des Verfahrens.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Umwandlung von Wärmeenergie in kinetische Energie wird das zweite Fluid im zweiten Umweltwärmetauscher bereits vollständig verdampft. Auch diese Verfahrensverbesserung führt zur Effektivitätssteigerung.

Weiterhin ist in einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens zur Umwandlung von Wärmeenergie in kinetische Energie vorgesehen, dass an wenigstens einer Stelle in jedem Kreislauf Temperatur- und/oder Fließgeschwindigkeits- und/oder Druckmessungen vorgenommen werden. Dieses dient zum Einen der besseren Überwachbarkeit des Verfahrensprozesses, andererseits können regelmäßig erhobene Daten Aufschlüsse über den Prozess geben und die Nutzer gegebenenfalls warnen. So haben diese Messungen den Zweck der Effizienzsteigerung aber auch Sicherheitsgründe. Zudem ist dadurch eine Steuerung durch Ventile möglich, die den Energiefluss und Wärmeübertrag optimieren lassen und Sicherheitsoptionen ermöglichen. Beispielsweise lassen sich zu hohe oder zu niedrige Wärmeeinträge ändern, bevor das System überhitzt oder unterhitzt bzw. die Wärmekraftmaschine Überlast oder Unterlast bekommt.

Schließlich ist in einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Umwandlung von Wärmeenergie in kinetische Energie enthalten, dass an der Pumpe im zweiten Kreislauf erzeugte Abwärme dem zweiten Kreislauf, zwischen dem zweiten Umwelttauscher und dem ersten Wärmetauscher oder dem ersten Wärmetauscher und der Wärmekraftmaschine, dem Kreislauf wieder zugeführt wird. So kann selbst im Prozess entstehende Abwärme einer weiteren Nutzung zugeführt werden, was zur Effizienzsteigerung dient. Äquivalent kann auch von anderen wärmeabgebenden Bestandteilen des Kreislaufs anfallende Wärme abgenommen und in den Kreislauf an geeigneter Stelle wieder zugeführt werden.

Die verbesserte Vorrichtung zur Umwandlung von Wärmeenergie in kinetische Energie zur Verwendung im beschriebenen Verfahren umfasst zwei Kreisläufe für Fluide, wobei ein erster Kreislauf in der Reihenfolge einen ersten Umweltwärmetauscher, einen Verdichter, einen ersten Wärmetauscher, ein Dekompressionsventil und einen zweiten Wärmetauscher umfasst. Im ersten Kreislauf dient der erste Wärmetauscher als Kondensator, der zweite Wärmetauscher als Verdampfer. Ein zweiter Kreislauf umfasst in der Reihenfolge den ersten Wärmetauscher, eine Wärmekraftmaschine, den zweiten Wärmetauscher und eine Pumpe, wobei im zweiten Kreislauf der erste Wärmetauscher als Verdampfer dient und der zweite Wärmetauscher als Kondensator dient. Beide Kreisläufe sind fluidisch nicht miteinander verbunden, weisen allerdings am ersten und am zweiten Wärmetauscher Wirkzusammenhänge auf.

Erfindungsgemäß sind im ersten Kreislauf nach dem ersten Wärmetauscher ein dritter Wärmetauscher und im zweiten Kreislauf nach der Pumpe der dritte Wärmetauscher und ein zweiter Umweltwärmetauscher angeordnet. Die Kreisläufe im dritten Wärmetauscher weisen ebenfalls einen Wirkzusammenhang wischen erstem und zweitem Kreislauf auf. Durch die zusätzliche Aufnahme eines dritten Wärmetauschers und eines zweiten Umweltwärmetauschers wird die Effektivität der Vorrichtung gegenüber der im Stand der Technik beschriebenen Vorrichtung weiter erhöht. Die Fluide können im Kreislauf noch genauer auf die erforderlichen Temperaturen und Aggregatzustände eingestellt werden, so dass an der Wärmekraftmaschine ein optimales Ergebnis erreichbar ist.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der verbesserten Vorrichtung zur Umwandlung von Wärmeenergie in kinetische Energie weist die Vorrichtung Messsensoren für Temperatur und/oder Fließgeschwindigkeit und/oder Druck und eine Steuereinheit zur Verarbeitung von Messdaten auf. Zur Sicherheit aber insbesondere zur Erreichung optimaler Wirkungszahlen ist es unabdingbar, dass Messdaten wie Druck, Temperatur, Fließgeschwindigkeit oder Ähnliches erfasst und ausgewertet werden, sowie erforderliche Anpassungen wie Erhöhung des Drucks im Fluid, Veränderung der Zufuhr von Wärme aus der Umwelt, usw. vorgenommen werden. Eine stete Kontrolle der Kennzahlen ist auch für eine gleichbleibende Effektivität der Wärmekraftmaschine erforderlich.

Einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen, verbesserten Vorrichtung zur Umwandlung von Wärmeenergie in kinetische Energie folgend sind die Umweltwärmetauscher in Kreisläufe eingebunden. Dabei wird der Umweltwärmetauscher quasi in einen herkömmlichen Wärmetauscher gewandelt, bei dem an anderer Stelle erzeugte Temperatur abgenommen und auf das Fluid übertragen wird. Dies dient zu einer Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten und einer Anpassung der Vorrichtung an Gegebenheiten am Nutzungsort.

Nach einer besonderen Ausgestaltung der verbesserten Vorrichtung zur Umwandlung von Wärmeenergie in kinetische Energie ist die Pumpe im zweiten Kreislauf als Verdichter ausgestaltet. Diese Zusatzfunktion der Pumpe steigert die Einflussnahme auf das Fluid, da es noch genauer an die benötigten Vorgaben für eine hohe Effektivität der Wärmekraftmaschine angepasst werden kann.

Schließlich ist nach einer besonderen Ausgestaltung der verbesserten Vorrichtung zur Umwandlung von Wärmeenergie in kinetische Energie vorgesehen, dass der erste Wärmetauscher und der dritte Wärmetauscher und/oder der zweite Umweltwärmetauscher in einer Wärmetauschanordnung verbunden sind. So kann die Vorrichtung wesentlich kompakter gestaltet werden, ohne an Effektivität zu verlieren. Ein Einsatz in kleineren Umfängen ist damit möglich. Darüber hinaus ist es natürlich möglich, dass auch andere Komponenten separat oder gemeinsam mit den genannten Komponenten in kompakteren Einheiten zusammengeführt werden können, wenn dies z.B. aus Gründen der besseren Energieausnutzung im System möglich ist.

Nach einer letzten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen verbesserten Vorrichtung zur Umwandlung von Wärmeenergie in kinetische Energie sind beiden Kreisläufe im Bereich der Umweltwärmetauscher mit Bypassleitungen versehen. So kann das System beim Umleitung der Fluide durch die Bypassleitungen gezielt von der Aufnahme weiterer Energie an den Umweltwärmetauschern geschützt und somit abgekühlt werden. Diese Bypassleitungen schützen dann auch vor einer Überhitzung des Systems, so dass Beschädigungen oder Unglücke vermieden werden können.

Großer Vorteil der Vorrichtung ist, dass über den ersten und den zweiten Umweltwärmetauscher Abwärme jeder Art, z.B. aus Wäschereien, der Energiegewinnung, der Müllverbrennung, der Deponieentgasung und anderen industriellen Prozessen, sowie natürliche Abwärme wie z.B. aus heißen Quellen in die Vorrichtung überführt werden kann. Dabei muss dies nicht unbedingt direkt erfolgen, sondern kann auch über einen vorgeschalteten Wärmekreislauf erreicht werden. Dies ermöglicht eine sehr flexible Einsetzbarkeit an vielen unterschiedlichen Orten, vorzugsweise dort, wo Abwärme beliebiger Art sonst ungenutzt verloren gehen würde.

Als Fluide können viele Verschiedene in Frage kommen. Wegen der guten Nutzbarkeit bei auf der Erde vorherrschenden Bedingungen werden Kohlendioxid, Ammoniak und insbesondere Propan bevorzugt. Diese Stoffe sind vergleichsweise leicht zu erhalten und zu händeln. Es ist möglich für die Kreisläufe unterschiedliche Fluide zu verwenden, sofern dies die Effektivität der Vorrichtung nicht beeinflusst.

Für sämtliche Mess- und Kontrollgeräte sowie das Steuergerät ist eine Energieversorgung vorzusehen. Auch die Pumpen müssen elektrisch betrieben werden. Weiterhin erfolgt ein Energieeintrag in das System an den Umweltwärmetauschern, an denen z.B. Abwärme z.B. aus der Industrie aufgenommen werden kann.

Die Ausführungen werden im Folgenden in einem anderen logischen Aufbau zusammengefasst, um die erfindungsgemäßen Wirkungszusammenhänge und die daraus resultierenden Ergebnisse bis zur Energieumwandlung in veränderter Art darzustellen.

Das Verfahren zur Umwandlung von Wärmeenergie in kinetische Energie umfasst immer wiederkehrenden Verfahrensschritte in einem ersten Kreislauf. Dazu zählen die Aufnahme von Wärmeenergie aus der Umwelt oder aus externen Prozessen mittels Verdampfung eines ersten Fluids in einem ersten Umweltwärmetauscher und das Verdichten des gasförmigen ersten Fluids mit einhergehender Temperaturerhöhung durch einen Verdichter, wobei durch das Verdichten eine Pumpbewegung des Fluids durch den ersten Kreislauf erzeugt wird. Weiterhin erfolgt in diesem Kreislauf eine Abgabe von Wärmeenergie des ersten Fluids in einem ersten Wärmetauscher mit einhergehender Kondensation und eine weitere Abgabe von Wärmeenergie des ersten Fluids in einem dritten Wärmetauscher mit einhergehender weiterer Kondensation. Danach erfolgt die Dekompression des ersten Fluids durch ein Dekompressionsventil und eine erneute Aufnahme von Wärmeenergie und Verdampfung des ersten Fluids in einem zweiten Wärmetauscher.

Gleichzeitig erfolgen immer wiederkehrende Verfahrensschritte in einem zweiten Kreislauf. Dazu zählen die Abgabe von Wärmeenergie mit einhergehender Kondensation eines zweiten Fluids im zweiten Wärmetauscher, Pumpen des zweiten Fluids mittels einer Pumpe durch den zweiten Kreislauf und Aufnahme von Wärmeenergie mit einhergehender Verdampfung des zweiten Fluid im dritten Wärmetauscher, wobei eine Erhöhung des Dampfdrucks im zweiten Kreislauf erzeugt wird. Im Weiteren erfolgt eine weitere Aufnahme von Wärmeenergie aus der Umwelt oder aus externen Prozessen mit einhergehender weiterer Verdampfung des zweiten Fluids in einem zweiten Umweltwärmetauscher, wobei eine weitere Erhöhung des Dampfdrucks im zweiten Kreislauf erreicht wird, und eine weitere Aufnahme von Wärmeenergie mit einhergehenden weiteren Verdampfung des zweiten Fluids im ersten Wärmetauscher, wobei eine weitere Erhöhung des Dampfdrucks im zweiten Kreislauf erreicht wird. Danach wird das dann gasförmige zweite Fluid in eine Wärmekraftmaschine geleitet, in der eine Umwandlung von Dampfdruck und Wärmeenergie in kinetische Energie erfolgt, verbunden mit einer Abnahme der kinetischen Energie an der Wärmekraftmaschine, wobei Dampfdruck und Wärmeenergie abnehmen.

Die beiden Kreisläufe unterliegen einer gegenseitigen Bedingtheit, in der ein Kondensator des einen Kreislaufs ein Verdampfer des anderen Kreislaufs ist und umgekehrt. Ausführung der Erfindung

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Hierzu zeigt Figur 1 eine schematische Übersicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Es sind zwei Kreisläufe 2, 3 gezeigt, die sich mehrfach berühren. Immer dort, wo eine Berührung der Kreisläufe 2, 3 erfolgt, ist ein Wärmetauscher 6, 8, 11 angeordnet. Hier beeinflussen sich die durch die Kreisläufe 2, 3 bewegenden Fluide gegenseitig. Um eine Fließbewegung im ersten Kreislauf zu erreichen, reicht ein Verdichter 5 aus. Hier wird das Fluid des ersten Kreislaufs 2 verdichtet und dabei in seiner Temperatur erhöht. Es kommt zu einer Temperaturabgabe im ersten Wärmetauscher 6, eine weitere Temperaturabgabe im dritten Wärmetauscher 11 und eine Dekompression im Dekompressionsventil 7. Danach nimmt das Fluid zunächst im zweiten Wärmetauscher 8 und dann im ersten Umweltwärmetauscher 4 Temperatur auf. Die höchste Temperatur des Fluids liegt daher nach dem Verdichten vor, die niedrigste nach der Dekompression.

Im zweiten Kreislauf 3 wird ein Fluid durch eine Pumpe in Richtung des dritten Wärmetauschers 11 gepumpt, wo das Fluid erwärmt wird. Es kommt zu einer weiteren Erwärmung des Fluids im zweiten Umweltwärmetauscher 12, einer erneuten Temperatursteigerung im ersten Wärmetauscher 6 und dann zur Übergabe an die Wärmekraftmaschine 9. Mit der Wärme wird eine kinetische Energie erzeugt, wobei sich das Fluid abkühlt. Im zweiten Wärmetauscher 8 wird das Fluid dann wieder verflüssigt, bevor es erneut in den zweiten Kreislauf 3 gepumpt wird.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung

2 Erster Kreislauf

3 Zweiter Kreislauf

4 Erster Umweltwärmetauscher

5 Verdichter

6 Erster Wärmetauscher

7 Dekompressionsventil

8 Zweiter Wärmetauscher

9 Wärmekraftmaschine

10 Pumpe

11 Dritter Wärmetauscher

12 Zweiter Umweltwärmetauscher