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DE10234568A1 - Convective energy recovery in closed flow system involves thermodynamically describable or defined closed circulation process occurring in heat transport medium for each circulation in circuit system - Google Patents

Convective energy recovery in closed flow system involves thermodynamically describable or defined closed circulation process occurring in heat transport medium for each circulation in circuit system Download PDF

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DE10234568A1
DE10234568A1 DE10234568A DE10234568A DE10234568A1 DE 10234568 A1 DE10234568 A1 DE 10234568A1 DE 10234568 A DE10234568 A DE 10234568A DE 10234568 A DE10234568 A DE 10234568A DE 10234568 A1 DE10234568 A1 DE 10234568A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heat
transfer medium
heat transfer
flow
energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10234568A
Other languages
German (de)
Inventor
Claus Becker
Bernhard Schwark-Werwach
Peter F Haberkorn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Haberkorn Peter F Dipl-Ing
Original Assignee
Haberkorn Peter F Dipl-Ing
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Haberkorn Peter F Dipl-Ing filed Critical Haberkorn Peter F Dipl-Ing
Priority to DE10234568A priority Critical patent/DE10234568A1/en
Publication of DE10234568A1 publication Critical patent/DE10234568A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

The method involves locating a heat source underneath a heat sink, resulting in pressure differences in local sections of the flow circuit or within a heat transport medium and a thermally initiated gravimetric-convective heat transport medium flow. A thermodynamically describable or defined closed circulation process takes place in the heat transport medium circulating in the circuit system for each circulation. The method involves subjecting a heat transport medium to a convective hydromechanical flow as a result of heat exchange processes by locating a heat source (3) underneath a heat sink (7), resulting in pressure differences in local sections of the flow circuit or within the heat transport medium and a thermally initiated gravimetric-convective heat transport medium flow. A thermodynamically describable or defined closed circulation process takes place in the heat transport medium circulating in the circuit system (1) for each circulation. AN Independent claim is also included for the following: (a) a device for implementing the inventive method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur konvektiven Energiegewinnung in einem strömungstechnisch geschlossenen Kreislaufsystem, in dem ein Wärmeträgermedium, welches zugleich Arbeitsmedium ist, zirkuliert, dass hydro- und thermodynamisch mindestens eine Wärmequelle und eine Wärmesenke unterschiedlicher Temperatur miteinander verbindet und in den Bereichen der Wärmequelle und -senke ein Wärmeaustausch zwischen dem zirkulierenden Wärmeträgermedium und Wärmereservoir insbesondere über installierte Wärmetauscher vollzogen wird, wobei die Wärmequelle insbesondere örtlich unterhalb der Wärmesenke lokalisiert ist, so dass infolge stattfindender Wärmeaustauschprozesse das Wärmeträgermedium einer konvektiven hydromechanischen Strömung unterworfen wird, so dass sich über lokale Abschnitte des Kreislaufsystems oder innerhalb des strömenden Wärmeträgermediums im Gravitationsfeld Druckunterschiede aufbauen, die zusammenfassend einen thermisch initiierten gravimetrisch-konvektiv strömenden Wärmeträger-Medienkreislauffluss ergeben sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for convective energy generation in a fluidically closed Circulatory system in which a heat transfer medium, which is also working medium, circulates that hydro and thermodynamically at least one heat source and one heat sink different temperature connects and in the areas the heat source and sink heat exchange between the circulating heat transfer medium and heat reservoir especially about installed heat exchanger is carried out, the heat source especially locally below the heat sink is localized so that as a result of heat exchange processes taking place the heat transfer medium is subjected to a convective hydromechanical flow, so that yourself about local sections of the circulatory system or within the flowing heat transfer medium build up pressure differences in the gravitational field, the summarizing a thermally initiated gravimetric-convective flowing heat transfer medium circuit flow result and an apparatus for performing this method.

Bekannt ist, dass bei Konvektion im Schwerefeld der die Wärme tragende Stoff, zumeist Fluide (flüssige und gasförmige Stoffe), selbst von einem Ort zum anderen fließt. Es ist auch bekannt, dass sich Stoffe bei ihrer Erwärmung ausdehnen und somit ihre Dichte verringern, so dass die in die konvektive Wärmeübertragung eingebundene erwärmte Stoffmenge in einem künstlich geschaffenen oder natürlichen Schwerefeld von selbst vom Ort niederen zum Ort höheren gravimetrischen Potentials fließt. Auf diese Weise kann der Stoffstrom ohne Zuhilfenahme von Zusatzenergien aufrechterhalten werden.It is known that with convection in the gravitational field of the heat load-bearing material, mostly fluids (liquid and gaseous substances), even flows from one place to another. It is also known that substances when they heat up expand and thus reduce their density, so that in the convective heat transfer incorporated heated Amount of substance in an artificial created or natural Gravitational gravity field automatically from the lower place to the higher place Potential flows. In this way, the material flow can be done without the use of additional energy be maintained.

Die bekanntesten Beispiele dafür sind in Gewässern aufsteigende warme oder absinkende kalte Wassermassen oder in der Atmosphäre das Auftreten von Thermiken. Diese Vorgänge laufen als stofflich offener Prozess ab.The best known examples of this are in waters rising warm or sinking cold water masses or in the the atmosphere the appearance of thermals. These processes run as an open process from.

Dieses Prinzip des konvektiven Energietransports wird in Flüssigkeitskreisläufen seit langem effizient zu Heizungszwecken, z.B. mittels der umwälzpumpenfreien Warmwasser-Schwerkraftheizung genutzt. Dabei durchströmt ein in einem Rohrleitungs-Kreislaufsystem eingeschlossenes flüssiges Wärmeträgermedium einen örtlich im unteren Teil des Rohrleitungssystems befindlichen Wärmetauscher, zugleich die Wärmequelle, zumeist ist das der Heizkessel und nimmt Wärmeenergie auf. Dabei erfährt das Medium eine Temperaturerhöhung, dehnt sich unter Dichteverringerung aus und beginnt konvektiv in der Steigleitung des Rohrleitungssystems nach oben zu steigen, wo es im oberen Gebiet Wärmetauscher als Wärmesenken durchströmt und dabei unter Temperaturerniedrigung und Dichteerhöhung Wärmeenergie an die Umgebung abgibt, um danach im Fallrohrleitungsstrang nach unten in Richtung Wärmequelle zu sinken. Dieser Prozess läuft solange als Kreisprozess, wie unten Wärme zugeführt und oben Wärme abgeführt wird.This principle of convective energy transport has been in fluid circuits since efficient for heating purposes, e.g. by means of the circulation pump-free Hot water gravity heating used. It flows through an a liquid heat transfer medium enclosed in a pipeline circulation system one locally heat exchanger located in the lower part of the piping system, at the same time the heat source, mostly is the boiler and absorbs heat energy. This is what it learns Medium a temperature increase, expands under density reduction and starts convectively in the riser of the piping system to go up where it in the upper area heat exchanger as heat sinks flows through and thermal energy while lowering the temperature and increasing the density releases to the environment, then in the down pipe line after down towards the heat source to sink. This process is ongoing as long as a cycle, as heat is added below and heat is removed above.

Aus der US 6 225 705 B1 ist beispielsweise ein solarenergiegespeister, im geschlossenen Prozess arbeitender konvektiver Energiegenerator bekannt, bei dem in einem Gaskreislauf per Kamineffekt und darin installiertem Flügelrad Elektroenergie gewonnen wird. Ferner wird in der US 6 225 705 B1 auch ein konvektiver Fluidzirkulationsprozess erklärt, bei dem zum Beispiel ein magnetisches Fluid durch eine definiert um das Rohrleitungssystem gelegte Spule fließt und in dieser Strom induziert.From the US 6 225 705 B1 For example, a solar energy-fed, convective energy generator working in a closed process is known, in which electrical energy is obtained in a gas circuit by means of the chimney effect and the impeller installed therein. Furthermore, in the US 6 225 705 B1 a convective fluid circulation process is also explained, in which, for example, a magnetic fluid flows through a coil defined around the pipe system and induces current in it.

Aus der DE 29 44 722 A1 ist eine Energiegewinnungsanlage bekannt, bei der in einem Steigrohr eines geschlossenen Flüssigkeitskreislaufs per Konvektion Wärmeenergie aus einer im unteren Teil der Anlage befindlichen Wärmequelle nach oben in eine Wärmesenke transportiert wird, dort abkühlt und im Fallrohr abgekühlt mit höherer Dichte wieder nach unten in die Wärmequelle fließt um erneut Energie aufzunehmen. Das warme aufsteigende Medium sollte entsprechend der DE 29 44 722 A1 zweckmäßigerweise auf 70°C erwärmt sein. Zusätzlich wird vorgeschlagen, die oben in der Wärmesenke an den Wärmetauscher abgegebene Wärmeenergie zum Beispiel per Umwälzkreislauf oder per Wärmerohr teilweise in die Wärmequelle zu überführen, damit sie dort wieder zum Antrieb des Zirkulationsprozesses zur Verfügung steht. Im unteren Gebiet des Fallrohrbereichs ist eine ventilgesteuerte Kolbenmaschine zwecks Energieauskopplung installiert, die durch das gravimetrisch und thermisch konvektiv getriebene Fluid angetrieben wird.From the DE 29 44 722 A1 an energy production system is known in which in a riser pipe of a closed liquid circuit by convection, thermal energy is transported upwards from a heat source located in the lower part of the system into a heat sink, where it cools down and cooled down in the downpipe with higher density flows back into the heat source to absorb energy again. The warm rising medium should correspond to the DE 29 44 722 A1 expediently be heated to 70.degree. In addition, it is proposed to partially transfer the heat energy given off to the heat exchanger in the heat sink, for example by means of a circulation circuit or by means of a heat pipe, into the heat source so that it is available there again to drive the circulation process. In the lower area of the downpipe area, a valve-controlled piston machine for the purpose of energy extraction is installed, which is driven by the gravimetrically and thermally convectively driven fluid.

Nachteilig bei diesen Verfahren ist, dass nur sehr geringe Energiemengen als Exergie geliefert werden können, was an der geringen exergetischen Energiestromdichte des zirkulierenden Fluids liegt. Das in der DE 29 44 722 A1 zitierte Prinzip der Wärmeenergierückführung lässt hinsichtlich der besseren Funktion der Energiegewinnungsanlage thermodynamische Zweifel aufkommen.A disadvantage of these methods is that only very small amounts of energy can be supplied as exergy, which is due to the low exergetic energy flow density of the circulating fluid. That in the DE 29 44 722 A1 The principle of heat energy recovery cited raises thermodynamic doubts about the better functioning of the energy recovery system.

Es gibt aber auch zahlreiche Erfindungsbeschreibungen, wonach durch gravimetrisch thermisch getriebene konvektive Fluidzirkulationsprozesse direkt oder indirekt mit und ohne Gasaustausch Schwimmkörper und oder Auftriebs-Arbeitsmaschinen für die Exergieauskopplung sorgen sollen. Beispielsweise stellt die DE-OS 31 51 258 A1 eine solche Auftriebsmotoranordnung mit thermischem Differenzdruck-Antrieb vor.However, there are also numerous descriptions of the invention, according to which floating bodies and or buoyancy machines are intended to provide for the decoupling of exergy by means of gravimetrically thermally driven convective fluid circulation processes with or without gas exchange. For example, the DE-OS 31 51 258 A1 such a lift motor arrangement with thermal differential pressure drive.

Sehr bekannt ist die Gruppe der Konvektionskraftanlagen, die thermische Auf- oder Abwinde nutzen. Am bekanntesten sind Aufwindkraftwerks-Projekte, wonach z.B. in Sonnenscheinregionen der Erde unter definiert angelegten transparenten Dachflächen mit einem Kamin in der Mitte ein Treibhauseffekt erzeugt wird. Scheint die Sonne auf die Dachanlage, dann strömt die darunter erwärmte Luft durch den Kamin nach oben ab und treibt über darin befindliche Flügelräder einen Generator zur Stromerzeugung an.The group of convection power plants is very well known, the thermal up or Use winds. The most well-known are updraft projects, after which e.g. in sunshine regions of the world under defined transparent roof surfaces with a chimney in the middle creates a greenhouse effect. Seems the sun on the roof system, then the heated air flows down through the chimney and drives one via the impellers inside Generator to generate electricity.

Nachteilig ist bei den Aufwindkraftwerken, dass sie vergleichsweise große Installationsareale benötigen, hinsichtlich des voluminösen Installationsaufwandes einen spezifisch geringen Leistungsausstoß aufweisen, einen offenen Stoffkreislauf haben und wetterabhängig arbeiten; s. z.B. das 50 kW-Aufwindkraftwerk bei Manzanares in Südspanien, was 1998 nach starker Sturmschädigung wieder demontiert wurde.The disadvantage of the solar thermal power plants that they're comparatively large Need installation areas, regarding the voluminous Installation expenditure have a specifically low power output, have an open material cycle and work depending on the weather; s. e.g. the 50 kW upwind power plant near Manzanares in southern Spain, which was stronger after 1998 storm damage was dismantled again.

In der Patentschrift US 5,477,684 werden beispielsweise Convection Towers vorgestellt, die nach dem thermischen Aufwindprinzip aus in den Kaminen aufsteigenden oder absinkenden Gasströmen die Exergie per Turbinen auskoppeln sollen. Bei Abwindanlagen wird die Kamin-Luftströmung witterungsunabhängig bzw. bei fehlender thermischer Aufheizung von der Sonne durch Einsprühen von kühlenden Flüssigkeiten (z.B. Wasser) in den Kamin-Abwärtsstrom initiiert. Am unteren Ausgang und unter dem Kamin sind Kondensations- und Rückgewinnungsvorrichtungen für die eingesprühte und teilweise verdampfte Flüssigkeit vorhanden. Nach diesem Prinzip können Aufwind- oder Abwindanlagen zwar auch bei fehlendem Sonnenschein arbeiten, aber die zuvor bei den Aufwindkraftwerken bezeichneten Nachteile sind nicht beseitigt.In the patent US 5,477,684 For example, convection towers are presented, which are designed to use turbines to couple the exergy from gas flows rising or falling in the chimneys according to the thermal upwind principle. In downwind systems, the chimney air flow is initiated by the sun regardless of the weather or in the absence of thermal heating by spraying cooling liquids (eg water) into the chimney downflow. At the bottom exit and under the chimney there are condensation and recovery devices for the sprayed and partially evaporated liquid. According to this principle, upwind or downwind systems can work even in the absence of sunshine, but the disadvantages previously described for the upwind power plants have not been eliminated.

Ein weiteres Prinzip eines Aufwindkraftwerks wird in dem DE-GM 298 24 124 U1 als Aufwindkraftwerk zur Nutzung von gewerblicher und industrieller Abwärme mittels Wärmetauscher beschrieben. Das Grundprinzip ist hier wiederum eine Art Kamin, der durch eine Vielzahl vorrichtungstechnischer Einbauten, besonders die Wärmetauscher Abwärme-Luft betreffend, funktionstechnisch gegenüber den obigen Vorschlägen verbessert wurde. Als Wärmequelle dienen hier gewerbliche und industrielle Abwärmen, die per Führung und Wärmetauschprozess der Initiierung des Kamineffektes zugeführt werden. Diese Anlage kann auch an ein geothermales Bohrloch angeschlossen werden, um so eine permanente und zumindest in der kühleren Jahreszeit witterungsunabhängige Wärmequelle zur Erzeugung des Aufwindstromes zur Verfügung zu haben.Another principle of an updraft plant is in the DE-GM 298 24 124 U1 described as an updraft power station for the use of commercial and industrial waste heat using a heat exchanger. The basic principle here is again a type of chimney, which has been functionally improved compared to the above proposals by a large number of technical fixtures, particularly the heat exchanger waste heat air. Commercial and industrial waste heat is used as the heat source, which is fed to the initiation of the chimney effect via guidance and a heat exchange process. This system can also be connected to a geothermal borehole in order to have a permanent heat source that is independent of the weather, at least in the cooler season, for generating the upwind current.

In der DE 42 29 185 C2 wird eine Energiegewinnung mittels eines aus Erdwärme erzeugten Aufwindsystems beschrieben, bei der eine Aufwindkraftwerksvorrichtung direkt an ein Geothermal-Bohrloch-Ensemble angepasst ist. Zu diesem Zweck strömt ein strömungsfähiges Wärmeträgermedium durch mehrere in die Erde gebohrte Schächte oder Kanäle in die Tiefe, wird über Sammelkanäle zusammengefasst, um nach Wärmeaufnahme im Wärmereservoir in einem Abfürhrschacht nach oben zur stromerzeugenden Kraftmaschine zu gelangen. Kennzeichen dieses Verfahren ist, dass das Wärmeträgermedium aus der Atmosphäre stammende Luft ist, dass das Kanal- oder Schachtsystem in der Erde geschlossen und zusammenhängend ist und das Wärmeträgermedium kontinuierlich leiten kann, dass zwischen dem Wärmeträgermedien-Zu- und Abführbereich ein durch das Wärmereservoir führender Aufheizbereich ist und dass der Zuführ- und Abführbereich wärmeisoliert ausgeführt ist. Ferner sind die Schächte und Kanäle geometrisch zweckmäßig so angelegt, dass durch die Wirkung der thermischen Isolation des Zu- und Abführbereichs die atmosphärischen Luftmassen von sich aus konvektiv gerichtet strömen, um dann oben in den Aufwindgenerator einzutreten.In the DE 42 29 185 C2 describes the generation of energy by means of a wind-up system generated from geothermal heat, in which a wind-up power plant device is directly adapted to a geothermal borehole ensemble. For this purpose, a flowable heat transfer medium flows through several shafts or channels drilled into the ground. It is combined via collecting channels so that after the heat has been absorbed in the heat reservoir in a discharge shaft, it reaches the electricity-generating engine. This method is characterized by the fact that the heat transfer medium is air originating from the atmosphere, that the duct or shaft system in the earth is closed and connected and that the heat transfer medium can conduct continuously, that between the heat transfer medium supply and discharge area there is a heating area that leads through the heat reservoir and that the feed and discharge area is heat-insulated. Furthermore, the shafts and ducts are geometrically expediently designed such that the atmospheric air masses flow through the effect of the thermal insulation of the feed and discharge area in a convective manner in order to then enter the wind generator at the top.

Nachteilig bei diesen Lösungen zur Energiegewinnung über witterungsunabhängige Wärmereservoirs ist, dass das Prinzip der Aufwindkraftanlagen nur relativ geringe Leistungen aus den zirkulierenden Stoffströmen geringer exergetischer Energiestromdichte extrahieren kann und dass einphasig zirkulierende Wärmeträgermedien als Wärmeenergietransporteur nur dann für eine effiziente Nutzung hinreichend hohe Exergien übertragen können, wenn die Temperaturunterschiede zwischen Wärmesenke und -quelle hinreichend groß sind. Bei geringen Temperaturunterschieden, beispielsweise unter 70°C, ist deren exergetischer Wirkungsgrad im Vergleich zum anlagentechnischen Aufwand unverhältnismäßig klein.A disadvantage of these solutions for Energy generation via weather-independent Is heat reservoirs, that the principle of the wind turbines only relatively low power from the circulating material flows can extract low exergetic energy current density and that single-phase circulating heat transfer media as a heat energy transporter only for efficient use of sufficiently high exergies can, if the temperature differences between heat sink and source are sufficient are great. In the case of small temperature differences, for example below 70 ° C, is Exergetic efficiency in comparison to the plant engineering effort disproportionately small.

Thermisch initiierte und durch die Schwerkraft getriebene Konvektionsprozesse in geschlossenen Kreisläufen, bei denen das zirkulierende Medium Aggregatzustandsänderungen beziehungsweise im thermodynamischen Sinne Phasenumwandlungen erster Art durchläuft, zum Beispiel von flüssig zu gasförmig und zurück, beinhalten im Vergleich zu den reinen thermisch initiierten Schwerkraft-Flüssigkeitszirkulationsprozessen eine viel höhere exergetische Energiestromdichte im Zirkulationsstrom. Bei Auftreten oder gezielter Nutzung solcher Phasenumwandlungen kommt der Wirkungsgrad näher an den thermodynamisch bestmöglichen Wirkungsgrad, gekennzeichnet durch den Carnot-Prozess, heran. Die terrestrische Natur vollführt solche Prozesse im Wettergeschehen als offene Prozesse und im oberflächennahen Vulkanismus bisweilen als quasi-geschlossene Prozesse.Thermally initiated and by the Gravity-driven convection processes in closed circuits, at which the circulating medium changes in physical state or in thermodynamic sense undergoes phase transformations of the first kind to Example of liquid too gaseous and back, include in comparison to the pure thermally initiated gravity liquid circulation processes a much higher one exergetic energy flow density in the circulation flow. When it occurs or targeted use of such phase transformations comes the efficiency closer to the best possible thermodynamic efficiency, characterized by the Carnot process. The terrestrial Nature accomplished such processes in the weather as open processes and near the surface Volcanism sometimes as quasi-closed processes.

Das Auftreten vulkanisch gespeister Geysire ist eine spezielle Art ablaufender natürlicher Konvektionseffekte, oftmals verbunden mit Stofftransporten, bei dem das in tektonisch tiefere und heiße Zonen eindringende flüssige Wasser nach Wärmeenergieaufnahme in der Tiefe auch eine Phasenumwandlung von flüssig zu gasförmig durchläuft, um dann expandierend an die Erdoberfläche zu steigen, wo es seine Energie an die kühlere Umwelt abgibt, kondensiert und erneut in die Tiefe fließt – bisweilen können solche Prozessläufe als quasigeschlossen angesehen werden. Bei diesem natürlichen, stoffgebundenen Wärmeaustausch mit Phasenumwandlung wird eine wesentlich höhere exergetische Energiedichte erreicht als ohne Phasenumwandlung. Zusätzlich lassen sich die Geysir-Effekte in verschiedene Prozessgruppen einteilen. Allen gemeinsam ist, dass vornehmlich Wasser im heißen Gestein eine Aggregatszustandsänderung von flüssig zu gasförmig durchläuft. Aber der Weg, wie das flüssige Wasser in den Wärmetausch- und Phasenwandlungsprozess ein- und austritt, also entweder auf dem gleichen Weg, dann wirkt der Geysir diskontinuierlich pulsierend oder aber auf getrennten Wegen, wobei der Einlauf nicht identisch ist mit dem Austrittskanal, dann wirkt er nahezu kontinuierlich, offenbart einerseits Unterscheidungsmerkmale und andererseits gibt es Unterscheidungsmerkmale dadurch, wodurch das Wasser als Stoffstrom verdampft und bewegt wird, nämlich infolge eines Mitnahmeeffekts von vulkanisch entweichenden heißen Gasen oder nur durch reine wärmeleitende Erhitzungsprozesse. Das Arbeitsvermögen solcher Gas- und Flüssigkeitsströme ist so gewaltig, dass in geologisch geringen Zeiten gewaltige Mineralmassen über große Höhenunterschiede transportiert und separiert werden.The occurrence of volcanically fed geysers is a special type of natural convection effect, often associated with mass transport, in which the liquid water penetrating into tectonically deeper and hot zones also undergoes a phase change from liquid to gaseous in the depth after thermal energy absorption, and then expands to the earth's surface to rise where it releases its energy to the cooler environment, condenses and flows down again - sometimes such process runs can be considered quasi-closed. With this natural, substance-bound heat exchange with phase change, a significantly higher exergetic energy density is achieved than without phase change. In addition, the geyser effects can be divided into different process groups. What they all have in common is that primarily water in hot rock undergoes a change in the state of matter from liquid to gaseous. But the way in which the liquid water enters and exits the heat exchange and phase change process, i.e. either in the same way, then the geyser acts discontinuously pulsating or on separate paths, whereby the inlet is not identical to the outlet channel, then acts he almost con Continuous, reveals distinguishing features on the one hand and on the other hand there are distinguishing features in that the water is evaporated and moved as a material flow, namely as a result of the entrainment effect of volcanically escaping hot gases or only through pure heat-conducting heating processes. The working capacity of such gas and liquid flows is so enormous that enormous mineral masses can be transported and separated over great height differences in geologically short times.

Dieses natürliche Wirken wurde durch die menschliche Tätigkeit versucht wertschöpfend auszunutzen und technisch umzusetzen.This natural work was made possible by the human activity tries to add value exploit and implement technically.

So wird beispielsweise in der DE 40 00 240 A1 eine Vorrichtung beschrieben, die unter Ausnutzung von Phasenumwandlungen eines niedrig siedenden Wärmeträgermediums einen der oben beschriebenen vier Geysir-Prozesse zur konvektiven Energiegewinnung im geschlossenen Kreislauf nutzt. Dabei wird das Temperaturgefälle, dass zwischen winterlich kalter Luft oberhalb einer Wasser- oder Wassereis-Fläche, das Gebiet fungiert als Wärmesenke und dem darunter befindlichen ungefrorenen Wasser als Wärmequelle dienend, besteht, genutzt. Die bei niedriger Temperatur siedende Flüssigkeit verdampft im Wärmetauscher, der unterhalb der Wasseroberfläche in Wärmekontakt zum Wasser positioniert ist und steigt nach oben, wo sie im kalten Gebiet in einem speziellen Wärmetauscher unter Wärmeabgabe an die Umwelt kondensiert und über ein extra Fallrohr in den Wärmequellen-Tauscher zurückfließt, um erneut zu zirkulieren. Auf dem Gas-Aufstiegsweg ist eine Kraftmaschine zur Energieauskopplung installiert, beispielsweise eine Flügelradturbine, die durch den Gasstrom angetrieben wird.For example, in the DE 40 00 240 A1 described a device which uses one of the four geyser processes described above for convective energy generation in a closed circuit by utilizing phase conversions of a low-boiling heat transfer medium. The temperature gradient that exists between winterly cold air above a surface of water or water ice, the area functions as a heat sink and the unfrozen water underneath serves as a heat source. The liquid boiling at low temperature evaporates in the heat exchanger, which is positioned below the surface of the water in thermal contact with the water, and rises to the top, where it condenses in the cold area in a special heat exchanger, releasing heat to the environment and via an extra downpipe in the heat source exchanger flows back to circulate again. An engine for energy extraction is installed on the gas ascent path, for example a vane wheel turbine which is driven by the gas stream.

Ein gleiches Prinzip ist in DE 38 07 747 A1 als Energievorrichtung beschrieben. Nur das hier die zirkulierenden Gas- und Flüssigkeitsphasen eine Art Auftriebs-Schwimmkörpermaschinerie, bei der in einem flüssigkeitsgefüllten Rohr befindliche Schwimmkörper oder Auftriebskörper, befestigt an einem Zugseil wechselseitig und definiert ventilgesteuert von den gasförmigen, kondensierenden und flüssigen Fluiden durchsetzt werden, zwecks Energiegewinnung antreiben.The same principle is in DE 38 07 747 A1 described as an energy device. Only that the circulating gas and liquid phases drive a kind of buoyancy float machinery, in which floating bodies or buoyancy bodies located in a liquid-filled tube, attached to a traction cable, are mutually and definedly interspersed with the gaseous, condensing and liquid fluids in order to generate energy.

Nachteilig bezüglich einer effizient praktischen Verwertung ist bei diesen Vorrichtungen, dass sie einerseits nur sehr witterungsabhängig arbeiten können, beispielsweise beim Ausnutzen von winterlichen Temperaturniveauunterschieden zwischen flüssigem kalten Wasser und frostiger Atmosphäre oder den maritimen Temperaturunterschieden größerer Wassertiefen und Küstenflächenbereichen oder eben nur in Dauerfrostregionen einsetzbar sind und andererseits keinerlei verfahrenstechnische Merkmale einer thermodynamischen Kreisprozessoptimierung aufweisen, um eben dem Carnot'schen Wirkungsgrad möglichst nahe zu kommen.Disadvantageous in terms of efficient practical Recovery with these devices is that on the one hand they only very weather dependent can work, for example when taking advantage of winter temperature level differences between liquid cold water and frosty atmosphere or the maritime temperature differences deeper water and coastal areas or can only be used in permafrost regions and on the other hand no procedural features of a thermodynamic cycle optimization to have the Carnot efficiency as possible to get close.

Bei der energetischen Nutzung von thermischen Potentialen mit geringen Temperaturunterschieden, wie sie auch bei der Flachgeothermie vorliegen, wurden bisher konventionelle Wärmetauscher und Wärmepumpenanlagen eingesetzt.With the energetic use of thermal potentials with small temperature differences, such as they also exist in flat geothermal energy have been conventional so far heat exchangers and heat pump systems used.

Nachteilig bei diesen Verfahren ist, dass sie zur Sicherung der geothermalen Energieausbeutung permanent Hilfsenergie in Form der hochwertigsten Energieform, z.B. elektrischen Strom, benötigen.The disadvantage of these methods is that that they are permanent to ensure geothermal energy exploitation Auxiliary energy in the form of the highest quality form of energy, e.g. electrical Electricity, need.

In jüngster Zeit wurden zur energetischen Ausbeutung von thermischen Potentialen relativ geringer Temperaturunterschiede, die unterhalb des Siedepunktes von Wasser liegen, spezielle ORC-Prozesse (Organic-Rankine-Circle, bzw. frei übersetzt "Organischer Kreisprozess nach Rankine") entwickelt; s. z.B. Fachvortrag zu ORC-Technik; F. Eckert von Gesellschaft für Energietechnik mbH, 25. Juli 2000. Dies sind Kreisprozesse, die mit Verdichtern, Gasturbinen oder Gasmotoren (auch Stirlingmotore), Verdampfern, Kondensatoren und Regeneratoren arbeiten und neben der Nutzwärmelieferung auch einen Teil des auszubeutenden thermischen Potentials verstromen können. Dabei kommen als Arbeitsmedium bzw. Übertragermedium verfahrenstechnisch zweckmäßig gewählte Fluide definierter Siedepunkte und Dampfdrücke zum Einsatz. Die bekanntesten sind beispielsweise Wasser, Ammoniak, FCKW's oder organische Flüssiggase und Leichtbenzine wie Isopentan.Recently, have become energetic Exploitation of thermal potentials of relatively small temperature differences, which are below the boiling point of water, special ORC processes (Organic Rankine Circle, or freely translated "Organic cycle according to Rankine") developed; s. e.g. lecture to ORC technology; F. Eckert from Gesellschaft für Energietechnik mbH, July 25th 2000. These are cycle processes using compressors, gas turbines or gas engines (also Stirling engines), evaporators, condensers and Regenerators work and in addition to the supply of useful heat also a part of the thermal potential to be exploited. there come as working medium or transmission medium Fluids which are expediently chosen in terms of process technology defined boiling points and vapor pressures. The most popular are, for example, water, ammonia, CFCs or organic liquid gases and mineral spirits such as isopentane.

Die Nachteile der klassischen ORC-Verfahren z.B. zur Nutzung bei Geothermalkraftwerken bestehen darin, dass zur thermodynamischen Realisierung des energetischen Ausbeutungsprozesses ein beträchtlicher Maschinenpark bei gleichzeitigem Verbrauch eines Teils des erzeugten Stroms oder gleichwertiger Energieformen arbeiten muss und dass dieser Aufwand bei abnehmenden Temperaturunterschieden, z.B. unterhalb von 70°C, immer weiter zunimmt.The disadvantages of classic ORC processes e.g. for use in geothermal power plants are that for the thermodynamic realization of the energetic exploitation process a considerable machine park with simultaneous consumption of part of the electricity generated or equivalent forms of energy must work and that this effort with decreasing temperature differences, e.g. below 70 ° C, always continues to increase.

Bei klassischen ORC-Verfahren zur Nutzung bei Geothermalkraftwerken wird der Mechanismus des Wärmetransports aus dem Bohrloch und der Energiegewinnung getrennt realisiert (was bedeutet, dass es primäre und sekundäre Kreisläufe gibt) meist auch mit unterschiedlichen Arbeitsmedien, die insbesondere bei niedriger Temperatur des Wärmeträgers riesige Volumenströme und Wärmetauscher benötigen.In classic ORC processes for The mechanism of heat transport is used in geothermal power plants realized separately from the borehole and the energy production (what means it's primary and secondary cycles there) mostly with different working media, in particular huge at low temperature of the heat transfer medium flow rates and heat exchangers need.

Die natürliche Konvektion wird dabei zur direkten Energieauskopplung nicht genutzt, gelegentlich zum Wärmetransport, aber ohne thermodynamische Optimierung.The natural convection is thereby not used for direct energy extraction, occasionally for heat transport, but without thermodynamic optimization.

Gegenwärtig trifft noch zu, dass die klassischen ORC-Techniken unabhängig von der Bohrlochgeometrie ausgelegt sind und den Bauraum untertags nicht voll nutzen.It is currently still true that the classical ORC techniques independently of the borehole geometry and the installation space during the day do not use fully.

Beim ORC-Verfahren wird die Energie ausschließlich vom Gas ausgekoppelt, bei Einsatz von Turbinen sollte dieses Gas auch keine Tröpfchen oder Partikel enthalten, um die Lebensdauer der Turbine nicht stark zu begrenzen. Um Auskondensation zu vermeiden, wird das Gas deshalb überhitzt, was wiederum eine Verringerung des thermodynamischen Wirkungsgrades bedeutet.In the ORC process, the energy is extracted exclusively from the gas; when using turbines, this gas should not contain any droplets or particles, in order not to limit the life of the turbine to a great extent. In order to avoid condensation, the gas is therefore overheated, which in turn is a Reduction in thermodynamic efficiency means.

Gase besitzen natürlicher Weise eine geringere Dichte als Flüssigkeiten und dies bedingt bei gleichem spezifischen Energiegehalt entsprechend größere Baugrößen.Gases are naturally lower Density than liquids and this requires accordingly with the same specific energy content larger sizes.

Ein Energieübertragungsprinzip, welches ein zweikomponentiges Stoffgemisch, vorzugsweise bestehend aus Ammoniak und Wasser in einem geschlossenen Wärmetausch- und Übertragerprozess verwendet, wird von EXERGY-Gesellschaft publiziert, dass unter anderem unter dem Namen Kalina-Prozess bekannt ist.An energy transfer principle, which a two-component mixture, preferably consisting of ammonia and water in a closed heat exchange and transfer process used by EXERGY company publishes that among other things known under the name Kalina process is.

Bei dieser Prozessführung wird im Gegensatz zum ORC-Verfahren, wo im Zirkulationssystem einkomponentige Fluide umlaufend gepumpt werden, ein Zweikomponentengemisch als Wärmeträgermedium eingesetzt. Die leichtflüchtigere Komponente, hierbei Ammoniak, geht im Vergleich zu Wasser bei niedrigeren Temperaturen in die Gasphase über. Im Vergleich zum ORC-Verfahren ist es bei Verwendung dieses Zweistoffgemisches als Arbeitsmedium möglich, günstigere Wärmeübertragungsverhältnisse bei Verdampfung und Kondensation und damit einen höheren Wirkungsgrad bei der Energiegewinnung zu erzielen. Inzwischen existieren in den USA und auf Island erste Anlagen, die nach dem Kalina-Verfahren arbeiten und an die Belange der Geothermie angepasst worden sind. Diese erbringen, indem sie "aus weniger Wärme mehr Strom produzieren" höhere Wirkungsgrade, als die in der Geothermie arbeitenden ORC-Anlagen.With this litigation in contrast to the ORC process, where one-component in the circulation system Pumping fluids around, a two-component mixture as Heat transfer medium used. The more volatile Component, in this case ammonia, is lower in comparison to water Temperatures in the gas phase above. Compared to the ORC process it is when using this two-substance mixture as the working medium possible, favorable Heat transfer conditions with evaporation and condensation and thus a higher efficiency to achieve in energy production. Meanwhile exist in the USA and Iceland's first plants using the Kalina process work and have been adapted to the needs of geothermal energy. This is achieved by "producing more electricity from less heat" higher Efficiency than the ORC plants working in geothermal energy.

Nachteilig bei diesen Verfahren ist, dass das zweikomponentige Arbeitsmedium durch fremdenergiegespeiste Maschinen, analog dem ORC-Verfahren, als Wärmeträger- und -Tauschermedium bewegt wird. Ferner wird nicht die natürliche Konvektion des strömenden Fluids zur direkten Energieauskopplung genutzt. Eine Arbeitsmaschine zur Energieauskopplung ist bei diesem Verfahren nicht an beliebigen Orten des zirkulierenden Wärmetransportmediums einsetzbar.The disadvantage of these methods is that that the two-component working medium is powered by external energy Machines, analogous to the ORC process, are used as heat transfer and exchange media becomes. Furthermore, not the natural Convection of the pouring Fluids used for direct energy extraction. A work machine to extract energy in this process is not arbitrary Locating the circulating heat transfer medium used.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die eingangs genannten Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung dadurch zu verbessern, dass eine total autarke Energiegewinnung auch bei geringen Temperaturunterschieden möglich ist und das Verfahren effizient mit einer Vorrichtung durchführbar ist, die mit einem geringen Kostenaufwand herstellbar und betreibbar ist.Object of the present invention is therefore the method mentioned at the beginning and the associated device by improving that totally self-sufficient energy generation even with small temperature differences is possible and the process can be carried out efficiently with a device with a low Costs can be produced and operated.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1; 2 und 3 sowie dem Vorrichtungsanspruch 36 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved by the characterizing features of claim 1; 2 and 3 and the device claim 36 solved. Advantageous embodiments of the method and the device are specified in the subclaims.

Mit diesem Verfahren und dem vorgeschlagenen Konvektionsgenerator als Vorrichtung werden beispielsweise bei der Erdwärmeausbeutung die Potentialdifferenzen von Fluiden unterschiedlicher Temperatur und Dichte im Schwerefeld der Erde beziehungsweise die dadurch verursachten Druckunterschiede zur Realisierung von thermodynamischen Kreisprozessen genutzt.With this procedure and the proposed one Convection generator as a device, for example, in the geothermal exploitation the potential differences of fluids of different temperatures and Density in the gravitational field of the earth or the pressure differences caused thereby used to implement thermodynamic cycle processes.

Durch den strömungstechnisch geschlossenen Fluidkreislauf im Konvektions-Generator und unter der Nutzung definierter thermodynamischer Prozessabläufe während des Transports von Wärmeenergie von einem Ort höheren zu einem Ort niederen Temperaturniveaus wird Exergie in Form von mechanischer oder vorzugsweise elektrischer Energie freigesetzt, wobei eine energetische Ausbeute beliebiger Temperaturniveau-Unterschiede möglich ist – auch relativ geringe, die unterhalb des Siedepunkts von Wasser unter Normalbedingungen liegen.Due to the fluidically closed Fluid circuit in the convection generator and using defined thermodynamic processes during the Transport of thermal energy from a higher place Exergy becomes a place of low temperature levels in the form of mechanical or preferably electrical energy is released, with an energetic yield of any temperature level differences possible is - too relatively low that below the boiling point of water below Normal conditions.

Auf diese Weise entsteht zwischen zwei kommunizierenden hydromechanischen Leitungssträngen, im einfachsten Fall eine senkrecht orientierte, ringförmig geschlossene Rohranordnung, die mit Fluiden wie Flüssigkeiten, Gasen, Mehrphasengemischen unterschiedlicher Temperatur gefüllt sind und deren Rohrleitungssegmente in definiertem thermischen beziehungsweise wärmeenergetischen Kontakt zur Umgebung stehen, so dass durch die thermisch verursachte unterschiedliche Dichte ein Druckgefälle hervorrufen wird, eine Konvektionsbewegung, die zur Energieauskopplung genutzt wird.This creates between two communicating hydromechanical lines, in the simplest In the case of a vertically oriented, annularly closed tube arrangement, with fluids like liquids, Gases, multi-phase mixtures of different temperatures are filled and their pipe segments in defined thermal respectively heat energy Contact with the environment, so that caused by the thermal different density will cause a pressure drop, a Convection movement that is used to extract energy.

Die Energieauskopplung kann sowohl im aufsteigenden Bereich wie im abwärts strömenden Bereich der Konvektionsströmung erfolgen, das heißt sowohl im Gasbereich als auch im Flüssigkeitsbereich eines Konvektionsgenerators mit Phasenwechsel. Die Auskopplung im Flüssigkeitsbereich bedeutet hohe Leistungsdichten, die auch bei geringem Temperaturunterschied zwischen Wärmereservoir und Wärmesenke beziehungsweise geringem Exergiegehalt kleine Baugrößen für die Arbeitsmaschine zur Energieauskopplung (beispielsweise eine Flüssigkeitsturbine) ermöglicht. So ist die Exergiegewinnung durch Umwandlung in potentielle Energie bis zu geringsten Temperaturunterschieden möglich.The extraction of energy can both in the ascending area as in the downward flowing area of the convection flow, this means both in the gas area and in the liquid area of a convection generator with phase change. The decoupling in the liquid area means high Power densities, even at low temperature differences between heat reservoir and heat sink or low exergy content small sizes for the machine for energy extraction (for example a liquid turbine). This is how exergy is obtained by converting it into potential energy down to the slightest temperature difference possible.

Die Konvektion kann thermodynamisch optimal genutzt werden, dies besonders beim Konvektionsgenerator mit Phasenwechsel. Es besteht keine Trennung von Wärmetransportvorgang und Energieauskopplung, das heißt, die Leitungen z.B. innerhalb einer Geothermalbohrung können unmittelbar zur Exergieauskopplung genutzt werden.Convection can be thermodynamic can be used optimally, especially with the convection generator with phase change. There is no separation of the heat transfer process and energy extraction, that is, the lines e.g. within a geothermal well can immediately can be used to extract energy.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung des Konvektionsgenerators und das Verfahren zur Durchführung der konvektiven Energiegewinnung bezeichnet eine Wärmekraftmaschine zur Exergiegewinnung (zum Beispiel elektrischer Strom) aus Wärmereservoirs, die eine geringe Temperaturdifferenz untereinander aufweisen, wie sie typischerweise bei der Nutzung von Geothermalenergie oder der Verwertung von Restwärme vorliegen. Beim Konvektionsgenerator werden die Potenzialdifferenzen im Schwerefeld beziehungsweise die dadurch verursachten Druckunterschiede zur Realisierung von thermodynamischen Kreisprozessen genutzt.The device of the convection generator according to the invention and the procedure for performing the convective energy production refers to a heat engine for exergy production (for example, electrical current) from heat reservoirs that are low Have temperature difference between them, as they typically when using geothermal energy or utilizing residual heat. With the convection generator, the potential differences in the gravitational field or the resulting pressure differences for implementation used by thermodynamic cycle processes.

So entsteht beispielsweise zwischen zwei kommunizierenden Röhren, die mit Fluiden unterschiedlicher Temperatur gefüllt sind durch die unterschiedliche Dichte ein Druckgefälle, dass zu einer Konvektionsbewegung führt und zur Leistungsauskopplung genutzt wird.For example, between two communicating tubes, which are filled with fluids of different temperatures due to the different Density a pressure drop, that leads to a convection movement and to the decoupling of power is being used.

Damit der Prozess der konvektiven Fluidzirkulation verlustarm abläuft, ist das hydromechanische Leitungsstrangsystem überwiegend in senkrechter Ausdehnung angelegt und im kalten Gebiet, der Wärmesenke und im warmen Bereich, der Wärmequelle, in der Funktionalität eines Wärmetauschers ausgelegt.So that the process of convective Fluid circulation is low loss, the hydromechanical wiring harness system is predominantly vertical laid out and in the cold area, the heat sink and in the warm area, the heat source, in functionality a heat exchanger designed.

Die Realisierung des Kreisprozesses beim Konvektionsgenerator lässt sich in zwei grundsätzliche Fälle unterscheiden, den Kreisprozess ohne Phasen beziehungsweise Aggregatzustandswechsel und den Kreisprozess mit Phasenwechsel.The realization of the cycle with the convection generator itself in two basic Distinguish cases the cyclic process without phases or physical state change and the cycle with phase change.

Damit der konvektive Strömungsprozess thermisch effizient erfolgt, steht das durch die Leitungsstränge strömende Wärmeträgermedium mit der Umgebung durch örtlich definiert stattfindende Wärmetausch- oder -Übertragungsprozesse oder durch Einschränkung dieser in thermischer Verbindung. Dem Wärmeträgermedienstrom wird dadurch eine Vorzugs-Strömungsrichtung aufgeprägt. Eine vollständige thermische Isolierung der aufwärtsführenden Leitungsstränge, wie sie beispielsweise in DE 42 29 185 C2 vorgeschlagen wird, ist nicht notwendig.In order for the convective flow process to be thermally efficient, the heat transfer medium flowing through the line strands is thermally connected to the environment through locally defined heat exchange or transfer processes or by restricting them. A preferred flow direction is thereby impressed on the heat transfer medium flow. Complete thermal insulation of the upward wiring harnesses, as described for example in DE 42 29 185 C2 is proposed is not necessary.

Betreffs Einschränkung oder Unterbindung der Wärmeübertragung an das Wärmeträgermedium heißt das für den geothermalen Anwendungsfall im Bohrloch, dass das aus der Wärmesenke kommende und abwärtsführende Leitungssystemsegment erst ab der Tiefe thermisch gegen einfließende Umgebungswärmeenergie isoliert werden muss, wo die Umgebungstemperatur die des abwärtsströmenden und in Phasenumwandlung oder statisch in Kompression befindlichen Wärmeträgermediums übertrifft. Und dann auch nur dann, wenn das abwärtsströmende Medium ohne Wärmeisolation im Abwärtsstrang zum strömungsbehindernden Sieden übergehen würde. Das aufwärtsführende Leitungssystemsegment kann eine thermische Isolation besitzen, dessen örtliche Ausdehnung entlang der Leitung sich nach der thermodynamischen Prozessführung des im Aufwärtsstrang nach oben strömenden Arbeits- beziehungsweise Wärmeträgermediums richtet. Im einfachsten Fall beginnt die thermische Isolation dort, wo die Temperatur des konvektiv-gravimetrisch aufsteigenden Arbeitsmediums die der Umgebung überschreitet und verläuft soweit nach oben, wie es für die Sicherung des Aufstiegsprozesses und der thermodynamischen Aufstiegs- oder Hubprozedur zweckmäßig ist.Regarding restriction or prohibition of the heat transfer to the heat transfer medium does that mean for the geothermal use case in the borehole that that from the heat sink coming and going down pipe system segment only thermally against deep ambient heat energy from the depth must be isolated where the ambient temperature is that of the downward flowing and in phase change or static heat transfer medium in compression. And then only if the downward flowing medium without thermal insulation in the downward strand switch to flow-restricting boiling would. The upward line system segment can have thermal insulation along its local extent after the thermodynamic process control of the in the upward line flowing upwards Working or heat transfer medium directed. In the simplest case, thermal insulation begins there where the temperature of the convective-gravimetric working medium that exceeds the environment and runs as far up as it is for securing the ascent process and the thermodynamic ascent or lifting procedure is appropriate.

Um zu erklären, wie die Länge und der Verlauf der thermischen Isolation im Aufwärtsstrang mit der thermodynamischen Prozessführung korreliert ist, sei folgendes Beispiel aufgeführt: Ist zum Beispiel der Konvektionsgenerator so ausgelegt, dass im Bereich der Wärmequelle das strömende Arbeitsmedium einer isothermen Aggregatszustandsänderung unterliegt, die sich ab der Strömungs-Position einer im Wärmequellengebiet installierten Arbeitsmaschine zur Energieauskopplung in Richtung Aufstieg nach oben ereignet, so wird aus Gründen der thermodynamischen Prozessoptimierung der weitere expansive Aufstieg des verdampfenden oder bereits vollständig verdampften Arbeitsmediums isotherm geführt und zwar solange, nötigenfalls mit Nachreichung von beispielsweise konvektiv herangeführter Wärmeenergie aus dem Gebiet der Wärmequelle, bis eine adiabatische Expansion während des restlichen Aufstiegs das Arbeitsmediums mit Erreichen des Aufstiegsendbereiches das Medium sicher auf ein solches Temperaturniveau überführt, bei dem dann in der Wärmesenke ohne Temperaturabsenkung nur noch die Kondensation und deren Wärmeabfuhr durchzuführen ist. In diesem Falle ist am Aufstiegsstrang keine thermische Isolation erforderlich. Je nach Tiefe der Konvektionsgeneratoranlage und der geometrischen sowie thermodynamischen Auslegung kann es beispielsweise notwendig sein, dass zwischen den Bereichen der im letzten Beispiel beschriebenen isothermen Phasenumwandlung beziehungsweise des isothermen expansiven Aufstiegs des Arbeitsmediums und der einzuleitenden adiabatischen (isentropen) Restentspannung eine thermische Leitungssystemisolation erforderlich ist.To explain how the length and the course of the thermal insulation in the upstream with the thermodynamic Litigation The following example is correlated: For example, is the convection generator designed so that the flowing working medium in the area of the heat source undergoes an isothermal change in state of matter, which changes from the flow position one in the heat source area installed work machine for energy extraction in the direction Ascent to the top occurs for reasons of thermodynamic Process optimization of the further expansive rise of the evaporating or already complete evaporated working medium isothermally and as long as necessary with subsequent supply of, for example, convective heat energy from the area of the heat source, until an adiabatic expansion during of the remaining ascent, the working medium when reaching the ascent end area the medium is safely transferred to such a temperature level then in the heat sink only the condensation and its heat dissipation without lowering the temperature perform is. In this case there is no thermal insulation on the ascent string required. Depending on the depth of the convection generator system and the Geometrical and thermodynamic design, for example be necessary between the areas of the last example described isothermal phase transformation or isothermal expansive rise of the working medium and the adiabatic to be initiated (isentropic) residual relaxation a thermal pipe system insulation is required.

Zusammenfassend gesagt, ob, wie und in welcher Ausdehnung an den abwärts- und aufwärtsführenden Leitungssystemen thermische Isolationen zweckmäßig vorhanden sein sollen, das richtet sich nach der Art der thermodynamischen Prozessführung und nach den geometrischen und thermischen Auslegungsgrößen sowie nach den geothermal anzutreffenden Situationen.In summary, whether, how and in what extent to the downward and upward leading Pipe systems thermal insulation should be available, that depends on the type of thermodynamic process control and according to the geometric and thermal design sizes as well according to the geothermally encountered situations.

Der Konvektionsgenerator kann als Wärmekraftmaschine auch in einem entsprechendem Gebäude untergebracht werden und die Wärmequelle sowie – senke werden durch entsprechende Fluidkreisläufe realisiert.The convection generator can be used as Heat engine also housed in a corresponding building be and the heat source as well - sink are realized through appropriate fluid circuits.

Beim Kreisprozess ohne Phasenwechsel strömt beispielsweise ein Fluid nach oder während der Wärmeabgabe am kalten Wärmereservoir kalt durch ein Rohrsystem nach unten, wird dann erwärmt und steigt nach oder während der Wärmeaufnahme warm nach oben. Das wärmere Fluid besitzt in der Regel eine geringere Dichte, daraus ergibt sich im Schwerefeld über den Höhenunterschied ein Druckunterschied, der die Konvektionsbewegung aufrechterhält, der aber auch zur Energieauskopplung zum Beispiel durch Turbinen genutzt werden kann.In the cycle without phase change flows for example, a fluid after or during the heat emission at the cold heat reservoir cold down through a pipe system, is then heated and rises after or during the heat absorption warm up. The warmer Fluid usually has a lower density over in the gravity field the height difference a pressure differential that maintains the convection movement that but can also be used to extract energy from turbines, for example can.

Es gibt Fluide, die in bestimmten Temperaturbereichen bei Erwärmung ihre Dichte erhöhen; bekanntestes Beispiel ist Wasser bei Normaldruck zwischen 0°C und 4°C. Wenn bei Verwendung eines solchen Fluids dieses seine Dichte bei Erwärmen erhöht, ist zur Energiegewinnung sinngemäß die Wärmequelle und die Wärmesenke in ihrer Position am aufsteigenden und absteigenden Fluidstrom zu vertauschen.There are fluids in certain Temperature ranges when heated increase their density; The best-known example is water at normal pressure between 0 ° C and 4 ° C. If at Using such a fluid this increases its density when heated the heat source for energy generation and the heat sink in their position on the ascending and descending fluid flow exchange.

Beim Kreisprozess ohne Phasenumwandlung kann die Energieauskopplung, die einen Druckabfall bewirkt, an einem beliebigen Ort im Kreislauf erfolgen.In the cyclic process without phase change the extraction of energy, which causes a pressure drop, on one anywhere in the cycle.

Jedoch lassen sich in der Praxis aus derartigen einphasig konvektiv zirkulierenden Kreisprozessen nicht alle thermodynamisch möglichen, mechanischen Energieinhalte des strömenden Wärmeträger- und – Transportmediums auskoppeln, wie es frühere und teilweise oben zitierte Erfindungsbeschreibungen vermuten lassen könnten. Eine solche Anlagenkonzeption würde den zirkulierenden Kreisprozess zum Erliegen bringen oder ineffizient arbeiten lassen.However, in practice not from such single-phase convective circulating cycles all thermodynamically possible decouple mechanical energy content of the flowing heat transfer and transport medium, like earlier and some of the descriptions of the invention cited above suggest could. Such a system design would bring the circulating cycle to a standstill or inefficiently let work.

Einem strömenden Arbeitsmedium eines Konvektionsgenerators, der ohne Phasenumwandlungsprozesse arbeitet, kann nur soviel kinetische Energie beziehungsweise Exergie pro Zeit entnommen werden, so dass der verbleibende Zirkulationsstrom noch stabil wirken kann. Es existiert diesbezüglich ein Optimum. Eine diese Verhältnisse charakterisierende Relation lässt sich für einen einheitlichen Rohrdurchmesser aufschreiben, indem summarisch die einzelnen Druckabfallwirkprozesse, die während eines vollen Zirkulationsumlaufs auf das strömende Wärmeträgermedium durch das Rohrleitungssystem wirken, erfasst werden. Dabei ist natürlich der Druckabfall über die installierte Turbine oder Arbeitsmaschine ebenfalls zu berücksichtigen. ΔPgravimetr – ΔPdissipativ – ΔPnutz = 0 (1) Only a sufficient amount of kinetic energy or exergy per time can be drawn from a flowing working medium of a convection generator that works without phase change processes, so that the remaining circulation current can still have a stable effect. There is an optimum in this regard. A relationship characterizing these relationships can be written down for a uniform pipe diameter by summing up the individual pressure drop processes that act on the flowing heat transfer medium through the pipe system during a full circulation. Of course, the pressure drop across the installed turbine or machine must also be taken into account. .DELTA.P gravimetr - ΔP dissipative - ΔP nutz = 0 (1)

Hierbei bezeichnet der erste Term die durch die thermisch verursachten Dichteunterschiede wirkende schwerkraftverursachte Druckdifferenz über die senkrechte Anlagenausdehnung, der zweite Term beinhaltet den dissipativen Druckabfall, der aus den Reibungs- und damit Verlustprozessen der durch die Rohre strömenden Flüssigkeit resultiert und der dritte Term stellt den über die Arbeitsmaschine zur Energieauskopplung wirkenden Druckabfall dar.The first term here caused the gravity caused by the thermally caused density differences Pressure difference over the vertical extension of the system, the second term includes the dissipative pressure drop resulting from the friction and thus loss processes the flowing through the pipes liquid results and the third term provides the over the machine Decoupling of energy acting pressure drop.

Unter Berücksichtigung, dass die Volumenströme multipliziert mit den jeweiligen Druckabfallthermen die Leistungsgrößen des Kreisprozesses liefern, kann für die maximal aus dem Strömungsprozess extrahierbare exergetische Leistung die Relation

Figure 00170001
aufgeschrieben werden.Taking into account that the volume flows multiplied by the respective pressure drop heaters deliver the performance quantities of the cycle, the relation can be made for the maximum exergetic performance extractable from the flow process
Figure 00170001
to be written down.

vmax stellt die maximal im System (ohne ausgekoppelte mechanische Nutzleistung) erreichbare, mittlere Strömungsgeschwindigkeit dar.

Figure 00180001
gibt den Massestrom im Kreislaufsystem an. Der Massenstrom ist gleich dem Produkt aus Volumenstrom und Dichte des Fluids. Unabhängig von den thermodynamischen Zustandsbedingungen und der geometrischen Auslegung der Konvektionskreislaufanlage besteht zwischen der Geschwindigkeit der fließenden Massepartikel, die entsprechend des Energiesatzes exergetisch erfassbar genutzt werden kann und der maximal im System erreichbaren mittleren Strömungsgeschwindigkeit der Zusammenhang
Figure 00180002
v max represents the maximum achievable average flow velocity in the system (without decoupled mechanical useful power).
Figure 00180001
indicates the mass flow in the circulatory system. The mass flow is equal to the product of the volume flow and the density of the fluid. Regardless of the thermodynamic conditions and the geometric design of the convection circulation system, there is a connection between the speed of the flowing mass particles, which can be used in accordance with the energy set, and the maximum average flow speed that can be achieved in the system
Figure 00180002

Diese Relationen sind gültig, solange die Anlage nicht in den physikalisch nichtlinearen Bereich hinein betrieben wird und solange keine Aggregatszustandsänderungen im zirkulierenden Wärmeträgermedium des Konvektionsgenerators stattfinden.These relations are valid as long as the system is not operated in the physically non-linear range as long as there are no changes in the aggregate state in the circulating Heat transfer medium of the convection generator take place.

Für jeden thermodynamischen Kreisprozess lässt sich der Wirkungsgrad der Exergiegewinnung steigern, wenn es gelingt, die Wärmeabgabe und Wärmeaufnahme in den Gebieten der Wärmesenke und Wärmequelle mit möglichst gegen Null gehender Temperaturdifferenz zu gewährleisten. Der beste Fall tritt ein, wenn diese Temperaturdifferenz Null ist. Praktisch ist dies machbar, indem das Medium, beispielsweise bei Kompression oder Dekompression den Temperaturwechsel vollziehen kann. Diese Bedingung lässt sich beim Kreisprozess ohne Phasenwechsel nur schwer erreichen. Beim Kreisprozess mit Phasenwechsel (zum Beispiel flüssig-gasförmig) lässt sich dieser Idealzustand besser erreichen. Deshalb lässt sich beim Konvektionsgenerator mit Phasenwechsel ein besserer thermodynamischer Wirkungsgrad erreichen.For the efficiency of each thermodynamic cycle Exergy generation, if it succeeds, increase the heat output and heat absorption in the areas of the heat sink and heat source with if possible to ensure zero temperature difference. The best case occurs on when this temperature difference is zero. This is practical feasible by using the medium, for example in compression or decompression can carry out the temperature change. This condition can be difficult to achieve in the cycle without a phase change. At the Cyclic process with phase change (for example liquid-gaseous) can be this ideal state achieve better. Therefore leaves the convection generator with phase change has a better thermodynamic Achieve efficiency.

Beim Kreisprozess des Konvektionsgenerators mit Phasenwechsel wird beispielsweise im aufsteigenden Fluidstrom, in dem der Druck mit der Höhe sinkt, während des Aufstiegs entsprechend der thermodynamischen Eigenschaften des Fluids (wie Siedepunkt und Dampfdruck) der Phasenwechsel vollzogen. Das Medium wechselt seine Dichte und übt im Vergleich zum Abstiegsleitungsstrang eine wesentlich geringere statische Druckkraft auf den anlagentiefsten Bereich aus.In the cycle of the convection generator with phase change, for example, the phase change takes place in the ascending fluid flow, in which the pressure decreases with the height, during the ascent in accordance with the thermodynamic properties of the fluid (such as boiling point and vapor pressure). The me dium changes its density and, compared to the descent pipeline, exerts a significantly lower static pressure on the area deepest in the system.

Während der Phasenumwandlung kann zusätzlich isotherm Wärme von der Wärmequelle an das verdampfende Fluid abgegeben werden bis das Medium ganz oder teilweise den Phasenwechsel vollzogen hat.While the phase change can additionally isothermal heat from the heat source are released to the evaporating fluid until the medium is completely or partially completed the phase change.

Der Kreisprozess mit Phasenwechsel lässt an jeder Stelle der Zirkulationsprozessführung die Installation einer Arbeitsmaschine zur Energieauskopplung beziehungsweise eine Exergieauskopplung zu. Zum Beispiel im Bereich der Aufstiegs-Gasphase über eine Turbine, die das Gas bis auf den Dampfdruck, der der Temperatur der Wärmesenke entspricht, entspannt.The cycle with phase change starts the installation of a Working machine for energy extraction or an exergy extraction to. For example in the area of the ascent gas phase over a Turbine that takes the gas down to the vapor pressure, the temperature the heat sink corresponds, relaxed.

Viele Arbeitsmaschinen oder Gasturbinenarten sind anfällig gegen auskondensierende Tröpfchen, deshalb kann das Gas, anstatt überhitzt zu werden, vor der Turbine isotherm weiter im Schwerefeld entspannt werden, indem es über eine entsprechende Höhendifferenz aufsteigt. Dann wird Hubarbeit verrichtet, die auf der absteigenden Seite der Fluidströmung mit Arbeitsmaschinen zur Energieauskopplung, wie beispielsweise Flüssigkeitsturbinen, als Exergie auskoppelbar ist.Many machines or types of gas turbines are vulnerable against condensing droplets, therefore can the gas instead of overheating to be relaxed isothermally in front of the turbine in the gravitational field, by going over it a corresponding height difference rises. Then work is done on the descending Side of fluid flow with machines for extracting energy, such as liquid turbines, can be coupled out as an exergy.

Weiterhin kann das Gas, anstelle eine Turbine zu durchlaufen, beim Aufstieg adiabatisch im Schwerefeld so entspannt werden, dass es bei Erreichen des Aufstiegsendpunktes den Dampfdruck, der der Temperatur der Wärmesenke entspricht, erreicht. Die gesamte Exergieauskopplung erfolgt in der flüssigen Phase entweder im absteigenden oder im aufsteigenden Teil der Strömung oder aber an einer Position des Leitungsstranges, die innerhalb des Wärmequellgebietes liegt. Letzteres heißt beispielsweise, die flüssige Phase beginnt mit Eintritt in den Wärmetauscher der Wärmequellregion, zumeist nach Beendigung des Abstiegs, aber noch vor Erreichen der Arbeitsmaschine, Wärme aufzunehmen. Aber infolge des hohen statischen Druckes im unteren Leitungsbereich setzt kein Siedeprozess ein. Hat der Wärmeträgermedienstrom auf seinem Weg durch die Wärmequellregion genügend Wärme aufgenommen, trifft er auf eine im unteren Anlagenbereich installierte Vorrichtung, die den statischen Druck reduziert. Der Ort der Druckreduzierung ist zweckmäßigerweise identisch mit einer dort im Kreisprozess installierten Arbeitsmaschine zur Energieauskopplung. Die Druckreduzierung des gegen die Arbeitsmaschine anstehenden flüssigen, unter statischem Druck stehenden Wärmeträgermediums wird im Wärmeträgermedienstrom durch den Prozess der Energieauskopplung vollzogen. In Flussrichtung hinter der Arbeitsmaschine ist der statische Druck verringert. Das aus der Maschine austretende Fluid beginnt sofort mit dem Wechsel in den gasförmigen Aggregatzustand. Dieser Wechsel von flüssig zu gasförmig findet im Wärmequellgebiet statt, so dass das aus der Arbeitsmaschine abströmende und in Phasenumwandlung befindliche Medium insgesamt über den restlichen Weg durch die Wärmetauscher der Wärmequelle isotherm geführt vollständig in die Dampfphase übergeht und auf dem ebenfalls noch im Wärmequellgebiet beginnenden Aufstiegsweg isotherm aufsteigend entspannt wird. (Es sei bemerkt, dass bei diesem Beschreibungsfall des Verfahrensprozesses der Wärmetauscher überwiegend in waagerechtem Verlauf in der Wärmequellregion angeordnet ist. Daher ist es zweckmäßig, dass das Wärmeträgermedium bereits mit der Durchquerung der Arbeitsmaschine seine Temperatur im Wärmetauscher auf möglichst anlagenmaximale Temperatur erhöht hat, so dass es nach Verlassen der Arbeitsmaschine rückstaufrei weiter isotherm verdampfend durch den restlichen Wärmetauscher strömen kann. Im senkrechten Anlagenfall, wie zum Beispiel in 2 dargestellt, muss die Phasenumwandlung, Erwärmung und expansive Aufstiegserwärmung nicht mehr vorwiegend isotherm erfolgen. Die Wärmeenergiezufuhr kann bis auf den barometrischen Druckeinfluss isobar stattfinden.) Erst auf dem letzten Abschnitt des Aufstiegsweges wird das gasförmige Wärmeträgermedium adiabatischisentrop so entspannt, dass es mit Beendigung des Aufstiegsweges die thermodynamischen Kondensationsbedingungen erreicht hat. Diese adiabatischisentrope Entspannung kann durch Aufstiegsexpansion über den Weg des letzten Aufstiegsabschnittes erreicht werden oder aber, wenn die thermische Dimensionierung des Konvektionsgenerators dies zulässt, erfolgt die adiabatische Restentspannung über eine zusätzlich oben installierte Arbeitsmaschine.Furthermore, instead of passing through a turbine, the gas can be adiabatically expanded in the gravitational field during the ascent so that when the ascent end point is reached, the vapor pressure corresponds to the temperature of the heat sink. The entire exergy coupling takes place in the liquid phase either in the descending or ascending part of the flow or at a position of the pipeline that lies within the heat source area. The latter means, for example, that the liquid phase begins to absorb heat as it enters the heat exchanger in the heat source region, usually after the end of the descent, but before reaching the machine. But due to the high static pressure in the lower line area, no boiling process starts. If the flow of heat transfer medium has absorbed enough heat on its way through the heat source region, it meets a device installed in the lower area of the system that reduces the static pressure. The location of the pressure reduction is expediently identical to a work machine installed there in the cycle for energy extraction. The pressure reduction of the liquid heat transfer medium which is against the machine and is under static pressure is carried out in the heat transfer medium flow by the process of energy extraction. The static pressure is reduced downstream of the machine. The fluid emerging from the machine immediately begins to change to the gaseous state. This change from liquid to gaseous takes place in the heat source area, so that the medium flowing out of the machine and undergoing phase change passes completely isothermally through the rest of the way through the heat exchanger of the heat source and isothermal on the ascent path that also begins in the heat source area is relaxed ascending. (It should be noted that in this description of the process, the heat exchanger is predominantly arranged horizontally in the heat source region. It is therefore expedient that the heat transfer medium has already increased its temperature in the heat exchanger to the maximum possible system temperature when the work machine has been crossed, so that after leaving the work machine, it can flow further evaporating isothermally through the rest of the heat exchanger without backflow, in the case of a vertical installation, such as in 2 shown, the phase change, warming and expansive ascent warming no longer has to be predominantly isothermal. The supply of thermal energy can be isobaric except for the barometric pressure influence.) Only on the last section of the ascent path is the gaseous heat transfer medium adiabatically relaxed so that it has reached the thermodynamic condensation conditions on completion of the ascent path. This adiabatic entropic relaxation can be achieved by expanding the ascent via the path of the last ascent section or, if the thermal dimensioning of the convection generator permits this, the adiabatic residual relaxation takes place via an additionally installed work machine.

Durch Abgriff dieser statischen Druckdifferenzen über eine zweckmäßig im Konvektionskreislauf installierte Arbeitsmaschine ist es möglich, ohne explizite Kompressions- und Strömungsantriebsarbeit aufwenden zu müssen, den höchstmöglich erzielbaren thermischen Wirkungsgrad einer Wärmekraftanlage zu erzielen. Im Vergleich zu allen bisher existierenden Verfahren und Vorrichtungen zur exergetischen Ausbeutung von Geothermalenergien kommt dieser Konvektionsgenerator dem Carnot'schen Wirkungsgrad am nächsten.By tapping these static pressure differences over a expedient in the convection circuit installed work machine, it is possible without explicit compression and flow drive work to have to spend the highest achievable thermal efficiency of a thermal power plant to achieve. Compared to all existing processes and devices for the exergetic exploitation of geothermal energy this convection generator comes to Carnot's efficiency the next.

Es ist aber auch möglich, ein mehrphasiges Gemisch zu entspannen, und zwar gerade in einem solchen Mengenverhältnis, dass sich beim Entspannen auf den Dampfdruck, der der Temperatur der Wärmesenke entspricht, sich die passende Temperatur, nämlich die der Wärmesenke, ergibt. Sinnvoll ist dabei die Entspannung adiabatisch über die Höhendifferenz und das Auskoppeln der Exergie im Strömungsbereich mit hoher Dichte, vorzugsweise im flüssigen Bereich, zu realisieren. Durch die Anwesenheit der zweiten, dichteren Phase beim Aufstieg, sind geringere Höhendifferenzen, über die die Entspannung erfolgt, realisierbar.But it is also possible to relax multiphase mixture, especially in one Ratio, that when relaxing the vapor pressure, the temperature the heat sink corresponds to the appropriate temperature, namely that of the heat sink, results. It makes sense to relax adiabatically via the height difference and decoupling the exergy in the high density flow area, preferably in the liquid area, to realize. Because of the presence of the second, denser phase when climbing, there are smaller height differences over which the relaxation takes place, realizable.

Als mehrphasige Gemische können dazu entweder eine nur zum Teil verdampfte Flüssigkeit, ein Gemisch einer Flüssigkeit mit einer anderen oder eine Flüssigkeit mit Feststoffpartikeln genutzt werden. Das heisst, das mehrphasige Gemisch kann auch Mehrstoffkomponenten enthalten.As multi-phase mixtures can do this either a partially evaporated liquid, a mixture of one liquid with another or a liquid be used with solid particles. That is, the multi-phase Mixture can also contain multi-component components.

Bei Nutzung von Mehrstoffgemischen im Zirkulationskreislauf macht es exergetisch nur Sinn, wenn diejenigen Stoffarten, die im geschlossenen thermodynamischen Kreisprozess keiner Phasen- oder Aggregatzustandsänderung unterliegen ebenfalls strömungstechnisch die Zirkulationswegstrecken durchlaufen. Auf jeden Fall aber müssen sie im Leitungsstrangsystem die Hub- und Absenkprozesse zusammen mit dem Arbeits- beziehungsweise Treibmedium durchlaufen. Die beispielsweise nicht- oder schwersiedenden Zusatzstoffe können beispielsweise vor der Kondensation der Arbeits- oder Treibmedien von diesen strömungstechnisch getrennt werden, um dann bei der Abwärtsbewegung diesen wieder beigemischt zu werden.When using multi-substance mixtures in the circulation cycle, it only makes sense exergetically if those types of material that do not undergo any change in phase or physical state in the closed thermodynamic cycle are also subject to the flow paths in terms of flow. In any case, they have to go through the lifting and lowering processes together with the working or propellant in the wiring harness system. The non-boiling or high-boiling additives, for example, can be separated from them in terms of flow technology before the condensation of the working or propellant media, in order to then be admixed again with the downward movement.

Wenn die mehrphasigen Wärmeträger-Stoffgemische im Kreisprozess, von denen mindestens eine Komponente als Arbeits- oder Treibmedium fungiert, die Phasenumwandlungen flüssig – gasförmig – flüssig durchläuft, in die Aufstiegsbewegung eintreten um die Aufstiegshubarbeit zu verrichten, darf die beigegebene, nichtverdampfte Wärmeträgerkomponente nicht aus dem Strömungsprozess ausfallen. Ein Mitnahmeeffekt kann durch verschiedene Maßnahmen erreicht werden. Beispielsweise ist eine Art Schaumbildung definierter Konsistenz möglich, so dass das gesamte Stoffgemisch die Aufwärtsphase durchläuft. Oder aber der Aufstiegsstrang ist in der Art eines parallelen Rohrbündelstranges ausgelegt, in den das teilweise verdampfende oder verdampfte Medium die zugegebenen Stoffe mit sich strömend hineinführt und der Hubarbeitsprozedur unterzieht. Die lichten Weiten der einzelnen Elemente des Rohrbündelstranges sind so dimensioniert, dass entsprechend der thermodynamischen, hydrodynamischen und stoffspezifischen Parameter und Auslegungsdaten der Anlage möglichst keine Entmischung oder partieller Rückfluss beim Aufstieg des Stoffgemisches stattfindet.If the multi-phase heat transfer substance mixtures in the cycle, at least one component of which or propellant acts that undergoes liquid - gaseous - liquid phase changes, in start the ascent movement to do the ascent lifting work, The added, non-evaporated heat transfer component must not come from the flow process fail. A deadweight can be achieved through various measures can be achieved. For example, a kind of foam formation is a defined consistency possible, so that the entire mixture goes through the upward phase. Or but the ascent strand is in the manner of a parallel tube bundle strand designed, in which the partially evaporating or evaporated medium the added substances flow in with it and undergoes the lifting procedure. The clear expanse of the individual Elements of the tube bundle strand are dimensioned so that according to the thermodynamic, hydrodynamic and substance-specific parameters and design data the plant as possible there is no segregation or partial reflux when the mixture of substances rises.

Im oberen Bereich der Anlage, wo die Wärmesenke lokalisiert ist, gibt das umlaufende Wärmeträgermedium per Wärmetauschprozess Wärmeenergie an die Umgebung ab. Stoffe, die im Wärmequellgebiet oder während des Aufstiegs den Gas- oder Dampfzustand eingenommen haben, werden durch definiert geführte thermodynamische Zustandsänderungen, beispielsweise beginnender isothermer Aufstieg verbunden mit isothermer Druckreduzierung und anschließender adiabatischer Aufstiegs- und Druckreduzierungsprozedur so temperiert am Endpunkt des Aufstiegs im Wärmesenkengebiet ankommen, dass die Gasphase eine flüssigkeitsge- oder übersättigte Dampfphase darstellt, die in die Kondensation eintritt. Es ist oben die Kondensations- beziehungsweise Phasenumwandlungswärme abzuführen. Der Kondensationsprozess kann durch verschiedene Maßnahmen begünstigt beziehungsweise effektiver gestaltet werden. Beispielsweise können beigegebene und im Kreisprozess mitgeführte oder stationär angeordnete sorptionsaktive Stoffkomponenten bei Unterschreiten des Dampfdruckes eine Kondensationsbeschleunigung ausüben. Oder aber es wird der Effekt der Kapillarkondensation in einem speziellen gravitationsgetriebenen Zweiphasenkondensator genutzt. Ein Teil der Kondensatoranlage ist dann zum Beispiel als paralleles Röhrenstrangbündel, mit definiertem Gefälle oder in senkrechter Orientierung so ausgelegt, dass durch dieses Bündel das zu kondensierende oder in Kondensation befindliche Medium oder Stoffgemisch hindurchströmt. Die lichten Weiten der Kondensationskapillaren sind in Abhängigkeit von den thermodynamischen Auslegungsdaten der Anlage und den Stoffparametern des oder der Wärmeträgermedien (beispielsweise Oberflächenspannung und Viskosität) so gewählt, dass das hineinströmende flüssige und gasförmige und in Kondensation befindliche Wärmeträger- und Arbeits-Medium als Flüssigkeit unter der Wirkung der Schwerkraft am unteren Ende des gravitationsgetriebenen Zweiphasenkondensators selbständig wieder hinausfließen kann. Dabei wird die Wärmeabgabe an der Wärmesenke bei der Kondensation durch den entstehenden hydrostatischen beziehungsweise geodätischen Druck des Fluids (isotherme Kompression) begünstigt. Vom gravitationsgetriebenen Zweiphasenkondensatorsegment wird die Kondensationswärme permanent abgeführt.In the upper area of the facility, where the heat sink is localized, gives the circulating heat transfer medium by heat exchange process Thermal energy to the environment. Substances in the heat source area or during the Ascent have reached the gas or vapor state, through defines guided thermodynamic State changes, for example beginning isothermal ascent combined with isothermal Pressure reduction and subsequent adiabatic ascent and pressure reduction procedure so tempered at the end point of the ascent in the heat sink area arrive that the gas phase is a liquid-saturated or supersaturated vapor phase represents that enters the condensation. It's the condensation above or dissipate phase change heat. The condensation process can by various measures favored or be made more effective. For example, added and carried along in the cycle or stationary arranged sorption-active material components when falling below accelerate the condensation of the vapor pressure. Or but it becomes the effect of capillary condensation in a special gravity-driven two-phase capacitor used. A part the condenser system is then, for example, as a parallel bundle of tubes defined slope or designed in a vertical orientation so that this bundle medium or mixture of substances to be condensed or in condensation flowing. The clear width of the condensation capillaries is dependent from the thermodynamic design data of the plant and the material parameters of the or the heat transfer media (e.g. surface tension and viscosity) chosen so that the flowing in liquid and gaseous and condensing heat transfer and working medium as liquid under the action of gravity at the bottom of the gravitational Two-phase capacitor independently flow out again can. Thereby the heat emission at the heat sink in the condensation caused by the hydrostatic or geodetic Fluid pressure (isothermal compression) favors. From the gravitational Two-phase capacitor segment, the heat of condensation becomes permanent dissipated.

Auf die einzelnen thermodynamischen Prozessabläufe beziehungsweise auf den gesamten thermodynamisch geschlossenen Kreisprozess wird durch Variation des Einschlussdruckwertes des Wärmeträgermediums im Zirkulationskreislaufsystem ein regelnder Einfluss realisiert. Über die definierte Einschlussdruckbeeinflussung ist eine gezielte Einflussnahme auf die lokale Lage und die Intensität von thermodynamischen Zustandswandlungen vollziehbar, womit das Leistungsvermögen des Konvektionsgenerators entsprechend der Leistungsvermögen der Wärmetauschprozesse im Wärmequellen- und -Senken-Gebiet und der benötigten Lastentnahme regelbar ist.On the individual thermodynamic processes or on the entire thermodynamically closed cycle is determined by varying the inclusion pressure value of the heat transfer medium a regulating influence is realized in the circulation circuit system. About the Defined inclusion pressure influence is a targeted influence on the local position and the intensity of thermodynamic changes of state executable, with which the performance of the convection generator according to the capabilities the heat exchange processes in the heat source and sink area and the required load removal is adjustable.

Eine weitere Einflussnahme auf spezifische Leistungsdaten der einzelnen thermodynamischen Prozessabläufe im Konvektionsgenerator ist gegeben, wenn über beziehungsweise parallel zu bestimmten Zirkulationsphasen zu- oder abschaltbare Bypässe angelegt werden oder unabhängige Stoffströme Wärme transportieren. Dadurch ist es möglich, durch gezielten Transport von Wärme eine gerichtete Einflussnahme auf lokal ablaufende thermodynamische Zustandswandlungen auszuüben. Dies beispielsweise im Verdampfungsbereich des Aufwärtsstranges oder des Kondensationstraktes im Wärmesenkengebiet oder unmittelbar im Bereich, wo das Wärmeträgermedium den Abwärtsfluss beginnt oder durchführt.Another influence on specific Performance data of the individual thermodynamic processes in the convection generator is given when over or parallel to certain circulation phases switchable bypasses be created or independent material flows Transport heat. This makes it possible through targeted transport of heat a directed influence on locally running thermodynamic Exercise changes of state. This, for example, in the evaporation area of the upstream or the condensation tract in the heat sink area or directly in the area where the heat transfer medium the downward flow starts or performs.

Ein charakteristisches Merkmal dieses Konvektionsgeneratorverfahrens mit Phasen- beziehungsweise Aggregatzustandswechsel ist der Fakt, dass sich beispielsweise bei der geothermalen Anwendung im Abwärtsstrang des Zirkulationskreislaufsystems, wo sich das flüssige Wärmeträgerbeziehungsweise Arbeitsmedium mit hoher Dichte nach unten bewegt, ein hoher statischer Druck aufbaut. Dieses unter hohem Druck stehende kühle und flüssige Medium durchströmt die oder den Wärmetauscher des Wärmequellengebietes, drückt das überhitzte aber wegen des hohen statischen Druckes noch flüssige Medium in den beginnenden Aufwärtsstrang, wo es ab einer bestimmten Aufstiegshöhe frei oder nach Druckreduzierung durch eine Arbeitsmaschine isotherm in die gasförmige Phase zu wechseln beginnt. Das dann anfangs isotherm expandierend und zum Endpunkt des Aufstiegs adiabatisch expandierend aufsteigende gasförmige Arbeitsmedium hat beim Aufstieg eine Dichte, die wesentlich geringer ist, als die der Flüssigphase. Für den Konvektionsgenerator ist aber auch ein Verfahren charakteristisch, wonach das kalte flüssige Arbeitsmedium aus dem Wärmesenken-Wärmetauscher kommend über die Abstiegsleitung unter Anstieg seines hydrostatischen Druckes in die Tiefe fließt und dort über eine Strahldüsenanordnung, die in einer Arbeitsmaschine zur Energiegewinnung und -Auskopplung (beispielsweise eine Flüssigkeitsstrahlturbine) befindlich ist, seinen exergetischen Energieinhalt an die Maschine überträgt. Hierbei wird entsprechend des über die senkrechte Tiefe des Abstiegsleitungsstrangs aufgebauten hydrostatischen Drucks die in der Flüssigkeit gespeicherte potentielle Energie mittels der Strahldüsenanordnung in kinetische Energie gewandelt und als mechanische Arbeit von der Arbeitsmaschine gewonnen und ausgekoppelt. Die Wandlung des Flüssigkeitsdruckes oder Masse-Potentialäquivalents in mechanische Energie lässt sich durch die allgemeinen Formeln

Figure 00260001
mit √fl = π⋅r2 düse⋅√fl–düse = π⋅r2 Abstiegsletg⋅√2 fl–abstiegsleitg.A characteristic feature of this convection generator method with phase or aggregate state change is the fact that, for example in geothermal applications, a high static pressure builds up in the downward branch of the circulation circuit system, where the liquid heat transfer medium or working medium moves down with high density. This cool and liquid medium under high pressure flows through the heat exchanger or heat exchangers in the heat source area, presses the superheated but still liquid medium due to the high static pressure into the beginning upward line, where it begins to change isothermally into the gaseous phase freely from a certain ascent height or after a pressure reduction by a working machine. The gaseous working medium, which is initially isothermally expanding and adiabatically expanding towards the end point of the ascent, has a density during the ascent that is significantly lower than that of the liquid phase. For the convection generator, however, a method is also characteristic, according to which the cold liquid working medium coming from the heat sink heat exchanger flows downward via the descent line while increasing its hydrostatic pressure and there via a jet nozzle arrangement which is used in a working machine for energy generation and decoupling (for example a liquid jet turbine) is located, transfers its exergetic energy content to the machine. In this case, the potential energy stored in the liquid is converted into kinetic energy by means of the jet nozzle arrangement in accordance with the hydrostatic pressure built up over the vertical depth of the descent line string, and is extracted and extracted as mechanical work by the working machine. The conversion of the liquid pressure or mass potential equivalent into mechanical energy can be done with the general formulas
Figure 00260001
with √ fl = π⋅r 2 nozzle ⋅√ fl – nozzle = π⋅r 2 descent gate ⋅√ 2 fl – descent guide

Es sind

Figure 00260002
= Massenstrom, √2 fl–düse = mittlere Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch die Düse, rdüse = Düsenradius, Vfl-Abstiegsletg = mittlere Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Abstiegsleitungsstrang, rAbstiegsleitg Radius des Abstiegsleitungsstranges,
Figure 00260003
Volumenstrom der Flüssigkeit (ist wegen Kontinuitätsgleichung durch Düse gleich dem durch Abstiegsleitung) und pfl = Dichte der Flüssigkeit.There are
Figure 00260002
= Mass flow, √ 2 fl – nozzle = average flow velocity of the liquid through the nozzle, r nozzle = nozzle radius, V fl descent line = average flow velocity of the liquid in the descent line, r descent line radius of the descent line,
Figure 00260003
Volume flow of the liquid (due to the equation of continuity through the nozzle is equal to that through the descent line) and p fl = density of the liquid.

PS ist der in der Anlage an der Düse beziehungsweise über die Düsenanordnung abgreifbare Druck. Der Querschnitt des Abstiegsleitungsstranges muss überall größer sein als der der Düse; oder wenn es mehrere Düsen sind, dann auch größer als die summarische Düsenquerschnittsfläche.P S is the pressure that can be tapped in the system at the nozzle or via the nozzle arrangement. The cross-section of the descent pipeline must be larger than that of the nozzle everywhere; or if there are several nozzles, then also larger than the total nozzle cross-sectional area.

Das Abstiegsrohr mit der Arbeitsmaschine am unteren Ende befindet sich innerhalb des Dampf- oder Gasaufstiegsleitungsstranges. Dieser Leitungsstrang setzt sich unterhalb der Position der Arbeitsmaschine weiter in die Tiefe fort, so dass das flüssige Arbeitsmedium nach Verlassen der Arbeitsmaschine teilweise die Wandung benetzend in die Tiefe des vorwiegend mit Gas/Dampf angefüllten Leitungsstranges stürzt, auf seinem Weg nach unten Wärme aufnimmt, verdampft und nach hinreichender weiterer Wärmeenergieaufnahme nach oben aufzusteigen beginnt. Unterhalb der Position der Arbeitsmaschine erfolgt die Aggregatszustands- oder Phasenänderung vom flüssigen zum gasförmigen Zustand. Und gleichzeitig nutzen beide Wärmeträgermedienphasen gemeinsam, aber im Gegenstromprinzip, das untere Leitungsstrangsegment, welches als Wärmetauscher im Wärmequellgebiet fungiert, als Abstiegs- und Aufstiegsleitung. In diesem Leitungssegment findet bis auf den barometrischen Druckanteil der aufsteigenden Gas- oder Dampfsäule die Phasenumwandlung von flüssig zu gasförmig und die Erwärmung des Dampfes isobar statt.The descent pipe with the working machine at the bottom is within the steam or gas riser pipeline. This wiring harness continues below the position of the work machine in depth so that the liquid working medium after leaving of the working machine partially wetting the wall in depth of the pipeline mainly filled with gas / steam falls its way down heat absorbs, evaporates and after sufficient further heat energy absorption begins to rise above. Below the position of the work machine the state of matter or phase changes from liquid to gaseous Status. And at the same time, both heat transfer medium phases use together, but in the countercurrent principle, the lower line segment, which as a heat exchanger in the heat source area acts as a descent and ascent line. In this line segment takes place up to the barometric pressure component of the ascending Gas or steam column the phase change from liquid too gaseous and warming of steam is isobar instead.

Die Hubarbeit des expansiv aufsteigenden Arbeitsmediums kann energetisch vollständig aus der aufgenommenen Wärmemenge getilgt werden. Auf der Druckseite der Anlage, also im Gebiet des flüssigen Arbeitsmediums lässt sich durch erfindungsgerecht gezielte Kombination von thermischen, konvektiven und gravimetrischen Effekten ohne explizite Kompressionsarbeit aufbringen zu müssen, ein hoher exergetischer Anteil aus der Hochdruckströmung auskoppeln. Diese thermodynamisch geschlossene Prozessführung mittels des erfindungsgemäßen Konvektionsgenerators kommt für geothermale Exergieausbeutungsanwendungen der Carnot'schen Prozessführung am nächsten.The lifting work of the expansively rising Working medium can be energetically completely absorbed heat be repaid. On the pressure side of the system, i.e. in the area of the liquid Working medium leaves through a targeted combination of thermal, convective and gravimetric effects without explicit compression work to have to muster Decouple a high exergetic part from the high pressure flow. This thermodynamically closed process control by means of the convection generator according to the invention comes for geothermal exergy exploitation applications of Carnot's process control on next.

Als Wärmeträgermedium sind auch chemisch und oder physikalisch reaktive Stoffe einsetzbar. Das sind beispielsweise solche Stoffe oder mehrphasige Gemische von Stoffen, die auf dem Zirkulationsweg durch das Leitungsstrangsystem reversible innere Strukturumwandlungen oder und chemische oder physikalische Verbindungs- beziehungsweise Vernetzungsstrukturumwandlungen durchlaufen. Dabei sind auch Sorptions- und Desorptionsprozesse an oder in Stoffkomponenten eines Mehrphasengemisches einbeziehbar.As a heat transfer medium are also chemical and or physically reactive substances can be used. These are, for example such substances or multiphase mixtures of substances based on the Circulation path through the reversible inner wiring system Structural transformations and and chemical or physical connection or undergo network structure transformations. there are also sorption and Desorption processes on or in material components of a multi-phase mixture incorporable.

Zur Verstärkung des Einflusses des Gravitationsfeldes bzw. gänzlich als Ersatz kann die Fliehkraft in rotierenden Anordnungen zur Prozessaufrechterhaltung genutzt werden.To increase the influence of the gravitational field or entirely centrifugal force can be used as a replacement in rotating arrangements for process maintenance be used.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des erfinderischen Verfahrens schematisch dargestellt sind.Further details of the invention result from the following description and the attached drawings, in which a preferred embodiment the device for carrying out of the inventive method are shown schematically.

In den Figuren zeigen:The figures show:

1: eine schematische Darstellung eines Konvektionsgenerators Aa mit waagerecht verlaufendem Wärmequellgebiet-Wärmetauscher, 1 : a schematic representation of a convection generator Aa with a horizontally running heat source area heat exchanger,

2: eine schematische Darstellung eines Konvektionsgenerators A mit senkrecht verlaufendem Wärmequellgebiet-Wärmetauscher. 2 : a schematic representation of a convection generator A with a vertical heat source area heat exchanger.

Um die konvektive Strömung des Fluids im Schwerefeld ohne Aufwendung von Hilfsenergien bei gleichzeitiger Exergieextraktion aus dem strömenden Fluid zu ermöglichen sind beispielsweise folgende vorrichtungs- und verfahrenstechnische Bedingungen zu erfüllen:
Ein Kreislaufsystem 1 ohne Phasenumwandlung im zirkulierenden Arbeitsbeziehungsweise Wärmeträgermedium ist in Anlehnung an das bekannte Schwerkraft-Warmwasser-Heizprinzip vorstellbar. Der Warmwasseraufstiegsstrang und die Wasserrückflussleitung stellen über die Heizkörper und den Heizkessel, die als Wärmetauscher fungieren, das kommunizierende Röhrensystem dar.
In order to enable the convective flow of the fluid in the gravitational field without the use of auxiliary energies and simultaneous exergy extraction from the flowing fluid, the following device and process engineering conditions must be met, for example:
A circulatory system 1 without phase change in the circulating working or heat transfer medium is conceivable based on the well-known gravity hot water heating principle. The hot water riser and the water return line represent the communicating pipe system via the radiators and the boiler, which act as heat exchangers.

Der Heizkessel stellt die unten befindliche Wärmequelle 3 und die Heizkörper und die oben befindliche Wärmesenke 7 dar. Zwischen diesen beiden örtlich getrennten Wärmereservoirs unterschiedlicher Temperaturniveaus, die strömungstechnisch miteinander verbunden sind, baut sich ein konvektivgravimetrisch getriebener Volumenfluss definierter Richtung auf.The boiler provides the heat source below 3 and the radiators and the top heat sink 7 Between these two locally separated heat reservoirs of different temperature levels, which are fluidically connected to each other, a convective-gravimetrically driven volume flow of a defined direction is built up.

Für geothermale Anwendungen liegt die Wärmequelle 3 in der Tiefe der Erde oder es wird als Wärmequelle warmes Geothermalwasser verwendet. Die Wärmesenke 7 muss nicht auf der Erdoberfläche liegen. Denkbar sind Anwendungen, wo der obere Wärmetauschprozess beispielsweise in 10 m Tiefe oder tiefer in einer grundwasserführenden und tiefenklimatisch konstant niedrig temperierten Schicht erfolgt.The heat source lies for geothermal applications 3 in the depths of the earth or warm geothermal water is used as a heat source. The heat sink 7 doesn't have to be on the surface of the earth. Applications are conceivable where the upper heat exchange process takes place, for example, at a depth of 10 m or deeper in a groundwater-bearing layer with a constant low temperature.

Zur Wahrung einer gerichteten Konvektionsströmung ist der Leitungsstrang 2, durch den das kalte Fluid in die Tiefe strömt, vom Ende des kalten Bereich an abwärts, das heißt von demjenigen Tiefenbereich an, wo die Umgebungstemperatur die des in die Tiefe strömenden Fluids zu überschreiten beginnt, bis in den Bereich des tiefsten Punktes des Abwärtsstrangs 2 zumeist der tiefste Punkt der Anlage, vorzugsweise befindlich in der Wärmequelle 3, thermisch durch Wärmedämmung isoliert. Dadurch ist gewährleistet, dass das abwärtsfließende Fluid keine beziehungsweise nur eine vernachlässigbar geringe thermisch verursachte Dichteverringerung erfährt.The cable harness is used to maintain a directed convection flow 2 , through which the cold fluid flows downwards, from the end of the cold region downwards, that is to say from the depth region where the ambient temperature begins to exceed that of the fluid flowing downwards, to the region of the lowest point of the downward branch 2 mostly the lowest point of the system, preferably located in the heat source 3 , thermally insulated by thermal insulation. This ensures that the downward flowing fluid experiences no or only a negligible, thermally caused reduction in density.

Unten im Wärmequellgebiet 3, wo die thermische Isolierung 14 am Abwärtsstrang 2 endet, wird ab diesem Punkt Wärme aus der Umgebung aufgenommen. Das Fluid dehnt sich aus, verringert seine Dichte und beginnt 5 nach oben aufzusteigen.Down in the heat source area 3 where the thermal insulation 14 on the downward strand 2 ends, heat is absorbed from the environment at this point. The fluid expands, decreases its density and begins 5 to ascend to the top.

Zur Vermeidung von Wärmeverlusten aus dem aufsteigenden Fluid ist am Aufwärtsstrang 5 ab einer bestimmten Tiefen-Position eine thermische Isolation 13 vorgesehen. Diese Position ist verfahrenstechnisch so festgelegt, dass die thermische Isolation 13 dort beginnt, wo die Temperatur des aufsteigenden Fluids in etwa der der Umgebung entspricht.To avoid heat loss from the rising fluid is on the upward line 5 Thermal insulation from a certain depth position 13 intended. In terms of process engineering, this position is defined in such a way that the thermal insulation 13 starts where the temperature of the rising fluid approximately corresponds to that of the environment.

Dieses konvektiv gerichtete Kreislaufsystem 1 hält solange an, wie im unteren Gebiet der Anlage dem Fluid Wärmeenergie per Wärmetausch zugeführt und oben Wärme entnommen wird.This convective circulatory system 1 lasts as long as heat energy is supplied to the fluid in the lower area of the system by heat exchange and heat is removed from the top.

Ein auf diese Weise geometrisch und strömungstechnisch sowie hinsichtlich der Wärmeübertragung und -isolierung zweckmäßig ausgelegtes kommunizierendes Kreislaufsystem 1 bietet auf der Strömungswegstrecke des Fluids vielfältige Möglichkeiten thermodynamische und verfahrenstechnische Prozesse zur Gewinnung mechanischer oder elektrischer Energie zu nutzen.A communicating circulatory system which is expediently designed in this way geometrically and fluidically and with regard to heat transfer and insulation 1 offers a wide range of possibilities on the flow path of the fluid to use thermodynamic and process engineering processes to generate mechanical or electrical energy.

Dazu sind an geeigneter Stelle, aber verfahrenstechnisch an beliebiger Position im Fluidkreislauf Arbeitsmaschinen 10, 11, 12, die Flügelräder oder Turbinen sein können, installierbar, an die das strömende Fluid durch Drehung der Laufräder einen Teil seiner kinetischen Energie abgibt.For this purpose, machines are in a suitable place, but in terms of process technology at any position in the fluid circuit 10 . 11 . 12 , which can be impellers or turbines, to which the flowing fluid releases part of its kinetic energy by rotating the impellers.

Ein Kreislaufsystem ohne vonstattengehenden Phasenumwandlungen hat im Vergleich zum Carnot'schen Prozess nur einen äußerst geringen Wirkungsgrad.A circulatory system without going on Has phase transformations only in comparison to the Carnot process an extremely small one Efficiency.

Eine signifikante Steigerung des Leistungs-Wirkungsgrades ist möglich, wenn die zirkulierenden Fluide thermodynamische Phasenumwandlungen beziehungsweise Aggregatzustandsänderungen über die Strömungswegstrecke vollführen.A significant increase in Power efficiency is possible when the circulating fluids undergo thermodynamic phase transformations or changes in physical state via the flow path perform.

Wie in 1 gezeigt, strömen die im Leitungssystem 1 eingeschlossenen Stoffe beispielsweise im kälteren Abwärtsstrang 2 flüssig nach unten, nehmen ab dem anlagentiefsten Gebiet Wärme aus der Wärmequelle 3 auf, um dann auf dem Weg durch den Wärmetauscher 4 der Wärmequelle 3 oder dem Weg nach oben im Aufwärtsstrang 5 entsprechend ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften und der thermodynamischen Umgebungs- und Anlagenbedingungen, die verfahrenstechnisch definiert festgelegt sind, sukzessiv vorwiegend und isotherm in den gasförmigen Zustand 6 zu wechseln. Im oberen Bereich, dort ist die Wärmesenke 7, wird dem Gasstrom zwecks Kondensation in einer Wärmetauscheranlage 8, die in speziellen Kondensations-Kapillaröhren 9 das Prinzip der kapillaren und sorptionsaktiven gravitationsgetriebenen Zweiphasenkondensation ausnutzen kann, Wärme entzogen, so dass das Medium kondensiert oder in Kondensation befindlich als Flüssigkeit oder sich verflüssigend wieder in den Abwärtsstrang 2 des Kreislaufsystems 1 eintreten kann.As in 1 shown, they flow in the pipe system 1 trapped substances, for example in the colder downward strand 2 liquid downwards, take heat from the heat source from the deepest area of the plant le 3 then on the way through the heat exchanger 4 the heat source 3 or the way up in the upward line 5 according to their physico-chemical properties and the thermodynamic environmental and plant conditions, which are defined in terms of process technology, successively predominantly and isothermally into the gaseous state 6 switch. In the upper area, there is the heat sink 7 , the gas stream for condensation in a heat exchanger system 8th in special condensation capillary tubes 9 can take advantage of the principle of capillary and sorption-active gravity-driven two-phase condensation, withdraw heat, so that the medium condenses or is in condensation as a liquid or liquefies back into the downward strand 2 of the circulatory system 1 can occur.

Beim Prinzip des kapillaren und sorptionsaktiven gravitations-getriebenen Zweiphasenkondensators ist zusätzlich der Dampf mit versprühter Flüssigkeit mischbar. Das Gemisch tritt in Kapillaren ein, in denen eine Phasentrennung weitgehend verhindert wird. Es verbleibt ein Zweiphasengemisch, dass durch den nun relevanten geodätischen beziehungsweise hydrostatischen Druckanstieg beim Durchströmen des Abwärtsstrangs 2 nahezu isotherm in die Gasphase auskondensiert.With the principle of the capillary and sorption-active gravitationally driven two-phase condenser, the steam can also be mixed with sprayed liquid. The mixture enters capillaries in which phase separation is largely prevented. There remains a two-phase mixture, which is due to the now relevant geodetic or hydrostatic pressure increase when flowing through the downtrend 2 condensed almost isothermally into the gas phase.

Durch das Auftreten zweier verschiedener Aggregatzustände, kühl und flüssig und somit stofflich dicht im Abwärtsstrang 2 des Leitungssystems 1 und teilweise flüssig erwärmt und teilweise gasförmig mit wesentlich geringerer Dichte als die der Flüssigkeit, verursachen die gravimetrischen Potentialdifferenzen zwischen den beiden Fluidsäulen eine größere Druckdifferenz, als es bei einphasigen Fluiden der Fall ist. Durch das Auftreten dieser großen Druckunterschiede realisieren sich über Arbeitsmaschinen 10; 11; 12 zur Energieauskopplung, beispielsweise Turbinen, die z.B. in der Gasstromphase des Aufwärtsstrangs 5 installiert sind, wesentlich größere Leistungsübertragungen. Denn bekannterweise entspricht die aus einem strömenden Medium per Arbeitsmaschine 10; 11; 12 auskoppelbare exergetische Leistung dem Produkt aus dem Druckabfall über die Arbeitsmaschinen 10; 11; 12 und dem pro Zeit durch diese Arbeitsmaschine 10;11;12 strömenden Volumen. Physikalisch erklärt sich der bessere Wirkungsgrad bei Phasenwechsel durch die Nutzung der Wärmeenergie des Phasenwechsels und die starke Abhängigkeit der Temperatur von Gasen bei Druckwechsel.Due to the appearance of two different states of matter, cool and liquid and therefore materially tight in the downward strand 2 of the pipe system 1 and partially heated in liquid and partially in gaseous form with a much lower density than that of the liquid, the gravimetric potential differences between the two fluid columns cause a greater pressure difference than is the case with single-phase fluids. Due to the occurrence of these large pressure differences, they are realized over machines 10 ; 11 ; 12 for decoupling energy, for example turbines, for example in the gas flow phase of the upstream 5 installed, much larger power transfers. Because it is known that this corresponds to a flowing medium using a machine 10 ; 11 ; 12 decouplable exergetic performance of the product from the pressure drop across the working machines 10 ; 11 ; 12 and per time through this work machine 10 ; 11 ; 12 flowing volume. Physically, the better efficiency in phase changes can be explained by the use of the thermal energy of the phase change and the strong dependence of the temperature on gases during pressure changes.

Das Leistungsvermögen einer derartigen Anlage wird durch das Vermögen des Wärmeaustauschs in der Wärmesenke 8, den Kondensations-Kapillarröhren 9 und 4 in der Wärmequelle 3 bestimmt. Auch hier gilt, dass für geothermale Anwendungen der obere Wärmetauschprozess in der Wärmesenke 8 an der Erdoberfläche erfolgen kann, er muss es aber nicht. Es kann beispielsweise ein fließendes Gewässer, ein stehendes Gewässer oder eine kühle grundwasserführende Schicht unter der Erdoberfläche als Wärmesenke mit darin installierten Wärmetauschern genutzt werden.The performance of such a system is determined by the ability of the heat exchange in the heat sink 8th , the condensation capillary tubes 9 and 4 in the heat source 3 certainly. The same applies here for geothermal applications as the upper heat exchange process in the heat sink 8th on the surface of the earth, but it does not have to. For example, a flowing body of water, a standing body of water or a cool, groundwater-bearing layer beneath the earth's surface can be used as a heat sink with heat exchangers installed in it.

Das zitierte Leistungsprodukt aus Volumenstrom und Druckdifferenz über die Arbeitsmaschine 10; 11; 12 zur Energieauskopplung, beispielsweise einer Turbine, erlaubt, so wie in der Erfindungsbeschreibung dargelegt, eine Exergiegewinnung im a) flüssigen, b) gasförmigen oder c) gemischten Fluidbereich. Ist beispielsweise eine Turbinenanordnung im Flüssigkeitsbereich (z.B. Abwärtsstrang 5) des Kreislaufsystems positioniert, z.B. an der Stelle 11 wie in 1 gezeigt, so ergibt sich der auskoppelbare Leistungsanteil als Produkt aus einem entsprechend der statischen Differenzdruckkräfte der Fluidsäulen wirkenden, sehr groß abgreifbaren Druckwert und einem kleineren Volumenstrom. Der Volumenstrom durch die Turbinenanordnung kann zur optimalen Trimmung des maximalen thermodynamischen Leistungsvermögens der Anlage geregelt werden. Dazu befindet sich ein Volumenstromregler am Turbineneinlaufbereich. Erfolgt entsprechend b) die Leistungsauskopplung im Aufwärtsstrang 5 der Gasströmung, zum Beispiel an der gezeigten Position der Arbeitsmaschine 10, dann wird der nutzbare und auskoppelbare Leistungsbetrag aus dem Produkt eines sehr großen Volumenstroms und einer gegenüber der a)-Positionierung (Arbeitsmaschine 11) geringeren Druckdifferenz gebildet. Die gemischte Phase c), bestehend aus Gas- und Flüssigkeitsanteilen im Fluidstrom, erfordert den Einsatz spezieller Arbeitsmaschinen 11. Wie oben in der Erfindungsbeschreibung allgemein dargestellt, würde hier entsprechend eines speziellen thermodynamischen Wandlungsregimes ein Fluidgemisch, bestehend aus Phasen unterschiedlicher Aggregatzustände zum Beispiel auf eine Schaufelradanordnung treffen. Eine Arbeitsmaschine 12, die den Fall der gemischten Phasen entsprechend der Variante c) bedient, ist beispielsweise an der Stelle 12 in 1 positioniert. Die Arbeitsmaschine 11 kann aber strömungstechnisch auch ein Stück vor oder nach der in 1 gezeigten Arbeits-Maschine 12 angeordnet sein. Charakteristisch für die Position der Arbeitsmaschine 12 ist aber, dass die Arbeitsmaschine 12 im Wärmequellgebiet 3 des Kreislaufsystems 1 so positioniert ist, dass das unter statischem Druck stehende flüssige, aber bereits teilweise erwärmte Medium in die Arbeitsmaschine 12 eintritt, dort eine Druckreduzierung durchläuft und teilweise flüssig aber bereits verdampfend aus dieser austritt. Die sofort anschließende Weiter- oder Restverdampfung wird isotherm vollführt.The cited performance product of volume flow and pressure difference across the work machine 10 ; 11 ; 12 for extracting energy, for example a turbine, allows, as explained in the description of the invention, exergy to be obtained in the a) liquid, b) gaseous or c) mixed fluid range. Is, for example, a turbine arrangement in the liquid area (for example a downward run 5 ) of the circulatory system, for example at the site 11 as in 1 shown, the output component which can be decoupled results as a product of a pressure value which can be tapped very large and which corresponds to the static differential pressure forces of the fluid columns and a smaller volume flow. The volume flow through the turbine arrangement can be regulated for optimal trimming of the maximum thermodynamic performance of the system. For this purpose, a volume flow controller is located at the turbine inlet area. According to b), the output is decoupled in the uplink 5 the gas flow, for example at the position shown on the working machine 10 , then the usable and decouplable output amount is the product of a very large volume flow and one compared to the a) positioning (machine 11 ) lower pressure difference. The mixed phase c), consisting of gas and liquid components in the fluid flow, requires the use of special machines 11 , As generally described above in the description of the invention, a fluid mixture consisting of phases of different physical states would meet, for example, a paddle wheel arrangement in accordance with a special thermodynamic conversion regime. A work machine 12 , which serves the case of the mixed phases according to variant c), is at the point, for example 12 in 1 positioned. The work machine 11 can also flow a bit before or after the in 1 shown working machine 12 be arranged. Characteristic of the position of the work machine 12 is that the work machine 12 in the heat source area 3 of the circulatory system 1 is positioned in such a way that the liquid, which is under static pressure but is already partially heated, enters the machine 12 occurs, there undergoes a pressure reduction and exits from it partly in a liquid but already evaporating manner. The subsequent subsequent evaporation or residual evaporation is carried out isothermally.

Ein letzter Spezialfall zur Variante c) soll noch erwähnt werden. Es ist beispielsweise möglich, das Fluid überhitzt aber völlig flüssig und unter statischem Druck stehend über eine Düsenanordnung auf eine Schaufelrad- oder Flügelradanordnung einer Arbeitsmaschine 12 volumenstromgeregelt strahlen zu lassen. Eine solche Arbeitsmaschine ist am Ort 12, zweckmäßigerweise im anlagentiefsten Gebiet der Wärmequelle 3 so positioniert, dass das der Arbeitsmaschine 12 zuströmende Fluid per Wärmetausch die anlagenmögliche maximale Temperaturerhöhung erfährt. Der durch die Arbeitsmaschine 12 hindurchtretende Hochgeschwindigkeits-Fluidstrahl durchläuft auf dem Weg durch die Arbeitsmaschine 12 eine Druckreduzierung, in dessen Folge die Flüssigkeit in eine adiabatische Phasenumwandlung von flüssig zu gasförmig, verbunden mit einer Volumenexpansion eintritt. Verfahrenstechnisch ist es aber von Vorteil, wenn der durch die Arbeitsmaschine 12 hindurchgetretene Flüssigkeitsstrahl sukzessive vollständig in die Gasphase übertritt. Anderenfalls würde die Energieauskopplungsstufe in nichtverdampfter Flüssigkeit "ertrinken". Damit es nicht dazu kommt, wird i) der Volumenstrom der Strahlanordnung geregelt, ii) die Strahlanordnung und die Arbeitsmaschine 12 zur Energieauskopplung befinden sich örtlich noch im Bereich der Wärmequelle 3, so dass iii) der per lokaler adiabatischer Phasenumwandlung und Expansion eingeleitete Verdampfungsprozess insgesamt beziehungsweise bis zum Austritt aus der Wärmequelle 3 integral als isothermer Prozess durchlaufen wird. Zusätzlich kann der Arbeitsmedienausgang der Arbeitsmaschine 12 auf ein etwas tiefergelegenes Auffang- oder Verdampferbassin, welches als Volumenstrompuffer fungiert, gelegt werden. Das bedeutet, dass das ganze restliche Strömungsweg-Gebiet der Anlage, das sich auf dem Flussweg zwischen Ausgang aus der Arbeitsmaschine 12 und der beginnenden thermischen Isolation 13 im Aufwärtsstrang 5 befindet, die adiabatisch verbrauchte Wärmeenergie sofort aus der Umgebung aufnehmen kann. Dazu ist dieses Gebiet der Anlage ebenfalls als Wärmetauscher ausgebildet. Über Bypass-Wärmetauscher kann dem Fluidstrom im Austrittsbereich der Arbeitsmaschine 12 zusätzlich Phasenumwandlungsenergie zugeführt werden.A last special case for variant c) should be mentioned. It is possible, for example, but the fluid overheats completely liquid and under static pressure via a nozzle arrangement on a paddle wheel or impeller arrangement of a work machine 12 to allow volume flow to shine. Such a machine is on site 12 , conveniently in the deepest area of the heat source 3 positioned so that the work machine 12 inflowing fluid experiences the maximum possible temperature increase possible by heat exchange. The one through the work machine 12 passing through at high speed The fluid jet passes through the machine on its way 12 a pressure reduction, as a result of which the liquid enters into an adiabatic phase transition from liquid to gaseous, combined with a volume expansion. In terms of process technology, however, it is an advantage if the through machine 12 liquid jet which has penetrated successively completely passes into the gas phase. Otherwise the energy decoupling stage would "drown" in non-evaporated liquid. To prevent this from happening, i) the volume flow of the jet arrangement is regulated, ii) the jet arrangement and the working machine 12 for energy extraction are still located locally in the area of the heat source 3 , so that iii) the evaporation process initiated by local adiabatic phase transition and expansion as a whole or until it emerges from the heat source 3 is carried out integrally as an isothermal process. In addition, the working media outlet of the working machine 12 be placed on a slightly lower collecting or evaporator basin, which functions as a volume flow buffer. This means that the entire remaining flow path area of the plant is located on the flow path between the exit from the work machine 12 and the beginning thermal insulation 13 in the upward line 5 located, which can immediately absorb adiabatically consumed thermal energy from the environment. For this purpose, this area of the system is also designed as a heat exchanger. The fluid flow in the outlet area of the working machine can be bypassed by means of a heat exchanger 12 additional phase change energy can be supplied.

Die thermische Isolation 13 zwischen Umgebung und Fluidstrom, beispielsweise im Aufwärtsstrang 5, wie in 1 gezeigt, ist nicht zwingend notwendig. Ob eine lokal begrenzte thermische Isolation 13 im Aufwärtsstrang notwendig ist, hängt von der thermodynamischen Auslegung und der geometrischen Ausdehnung der Anlage, wie beispielsweise der Tiefenausdehnung, ab. In diesem Zusammenhang ist eine charakteristische Auslegung so determiniert, dass der aufsteigende Gas- oder Dampfstrom oder im Mehrphasengemisch die Mischkomponente inklusive des gas- oder dampfförmigen Anteils erst bei Verlassen des Aufstiegs- oder Hubweges mit Eintritt in den Wärmesenken-Wärmetauscher 8 zum Beispiel durch adiabatische Dampfdruckunterschreitung in die Kondensation eintritt.The thermal insulation 13 between environment and fluid flow, for example in the upstream 5 , as in 1 shown is not absolutely necessary. Whether local thermal insulation 13 in the upward line depends on the thermodynamic design and the geometric expansion of the system, such as the depth expansion. In this context, a characteristic design is determined in such a way that the ascending gas or steam flow or in the multi-phase mixture the mixing component including the gaseous or vaporous part only on leaving the ascent or stroke path with entry into the heat sink heat exchanger 8th For example, condensation occurs when the pressure falls below the adiabatic pressure.

Am Abwärtsstrang 2 ist eine thermische Isolation 14 ebenfalls nicht zwingend für die gesamte Abstiegswegstrecke am Leitungssystem 1 notwendig. Die Isolation 14 setzt erst dort ein, wo das abwärtsströmende Fluid auf Gebiete trifft, deren Temperatur höher ist als die Temperatur des hinunterfließenden Wärmeträgermediums. Dadurch wird vermieden, dass es zu vorzeitigen Siedereaktionen im Abwärtsflussgebiet oberhalb des Eintritts in den Wärmequellen-Wärmetauscher 8 kommt. Die thermische Isolation 14 muss am Abwärtsstrang 5 nicht bis in das Gebiet des anlagentiefsten Punktes verlaufen. Erreicht beispielsweise der statische Druck im abwärtsfließenden Wärmeträgermedienstrom einen solchen Wert, dass infolge möglicher zufließender Wärmeenergie, verbunden mit Temperaturerhöhung im Fluidstrom keine Verdampfungen auftreten, besonders keine Verdampfungen bis zur Position der Arbeitsmaschine 12, dann wird ab diesem Tiefenbereich, der wie in 1 beispielsweise als nicht siedender Bereich 15 bezeichnet und lokalisiert ist, auf eine Wärmeisolation verzichtet.On the downward strand 2 is thermal insulation 14 also not mandatory for the entire descent route on the pipe system 1 necessary. The isolation 14 only starts where the downward flowing fluid meets areas whose temperature is higher than the temperature of the flowing heat transfer medium. This prevents premature boiling reactions in the downflow area above the entry into the heat source heat exchanger 8th comes. The thermal insulation 14 must be on the downward strand 5 do not run into the area of the lowest point of the plant. If, for example, the static pressure in the downward flowing heat transfer medium stream reaches such a value that no evaporation occurs, especially no evaporation up to the position of the working machine due to possible inflowing thermal energy combined with an increase in temperature in the fluid stream 12 , then from this depth range, as in 1 for example as a non-boiling area 15 is labeled and localized, without thermal insulation.

Bei Verwendung von Mehrphasen- oder/und Mehrstoffgemischen als Wärmeträgermedium sind im Aufwärtsstrang 5 passive Medienhub- und Leithilfseinrichtungen, beispielsweise als paralleler Rohrbündelstrang, in 1 mit Position 16 nur lokal angedeutet, installiert. Diese Hilfseinrichtungen verhindern eine Entmischung, Sedimentation oder Rückfluss von zu hebenden nicht verdampften Wärmeträgermedienkomponenten.When using multi-phase or / and multi-component mixtures as the heat transfer medium are in the upstream 5 passive media lifting and guidance aids, for example as a parallel tube bundle, in 1 with position 16 only indicated locally, installed. These auxiliary devices prevent segregation, sedimentation or backflow of non-evaporated heat transfer medium components to be lifted.

Der Abwärtsstrang 2 und Aufwärtsstrang 5 des Leitungssystems 1 muss nicht so, wie in 1 übersichtlicherweise dargestellt, in einem eigenen Bohrloch verlaufen. Es ist möglich, beispielsweise ein Bohrloch nach dem Sondenprinzip und definiert isolierte konzentrische Leitungsstränge für die Auf- und Abwärtsströmung zu verwenden.The downward strand 2 and upward strand 5 of the pipe system 1 doesn't have to be like in 1 Clearly presented, run in its own borehole. It is possible, for example, to use a borehole based on the probe principle and defined insulated concentric lines for the upward and downward flow.

Erfindungsgemäße Konvektionsgeneratoren Aa und A zur Nutzung von Geothermalenergie sind auch in Schächte, Tunnel, Kavernen und Kanalanlagen, beispielsweise auch in Schächten und Stollen von Bergwerken installierbar.Convection generators Aa according to the invention and A for the use of geothermal energy are also in shafts, tunnels, Caverns and sewer systems, for example in shafts and Mine tunnels can be installed.

Der Konvektionsgenerator kann bei entsprechender Bauhöhe auch in einer Maschinenhalle untergebracht werden, wobei als Wärmequelle und -senke z.B. entsprechende Fluidkreisläufe realisiert werden.The convection generator can appropriate height can also be accommodated in a machine hall, using as a heat source and sink e.g. appropriate fluid circuits can be realized.

An 2 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Konvektionsgenerator A dargestellt.On 2 Another embodiment of a convection generator A according to the invention is shown.

Diese Ausführungsform des Konvektionsgenerators A ist als geothermale Sonde aufgebaut. Das Kreislaufsystem 1 ist bezüglich der Transportwegstrecken für das Wärmeträgermedium ineinandergesetzt; was beispielsweise auch konzentrisch möglich ist. Das heißt, im Gasaufstiegsleitungsstrang verläuft der im Querschnitt kleinere Flüssigkeitsabstiegsstrang nach unten. Die Beiden Leitungsstränge sind thermisch gegeneinander isoliert. Die beiden Endbereiche des Sondenrohrstrangs münden unten im Wärmequellgebiet 3 und oben in der Wärmesenke 7. In einem Sondenrohr größeren Durchmessers, welches als Dampfaufwärtsstrang 5 für das verdampfte Wärmeträgermedium auf dem Weg nach oben dient, befindet sich ein nach unten führender Abwärtsstrang 2 für das flüssige Wärmeträger- oder Arbeitsmedium. Der Wärmetauscher 4 im Wärmequellgebiet 3 ist das in der Erdbohrung befindliche Sondenrohr größeren Durchmessers, was ab dem Ende des Abwärtsleitungsstranges alleine weiter in die Tiefe verläuft und als Wärmetauscher im Wärmequellgebiet die Tiefenausdehnung 4 aufweist. Der Dampfaufwärtsstrang 5 oder das großkalibrige Sondenrohr mündet oben in den Wärmetauscher 8 der Wärmesenke 7. Im großkalibrigen Sondenrohr beziehungsweise dem Dampfaufwärtsstrang 5 verläuft ausgehend vom Wärmesenken-7/Wärmetauscher 8 der Flüssigkeitsabwärtsstrang 2 bis zur Position der Arbeitsmaschine 11 zur Energiegewinnung und -auskopplung über den Stromgenerator 11a. Diese Arbeitsmaschine 11 zur Energiegewinnung und Auskopplung ist beispielsweise eine Flüssigkeitsstrahlturbine, die direkt auf einen Elektrogenerator arbeitet. Der gesamte Block 11; 11a, ist als Untertageaggregat ausgelegt und kann beispielsweise im Wartungsfall im Inneren des großkalibrigen Sondenrohres nach oben gefördert werden. Gegen die Arbeitsmaschine 11 zur Energiegewinnung steht der statische Druck der Flüssigkeitssäule des Wärmeträger- oder Arbeitsmediums im Abwärtsstrang 2 an. Die Abwärtsleitung 2 endet beispielsweise innerhalb der Turbine in Flüssigkeitsstrahldüsen, so dass der statische Druck über diese Düsen in der Turbine gegen den dahinter befindlichen Raum, in dem nur der Druck der nach oben strebenden Dampf- oder Gasmassen, der barometrische Druck, zuzüglich des Einschluss- oder Anlagendruckes, wirkt, in Geschwindigkeit umgesetzt wird. Das heißt, der gegen die Turbine anstehende statische Druck beziehungsweise die potentielle Energie der darüber lastenden Flüssigkeit wird über die Düsen in Flüssigkeitsmassenstrahlen hoher Geschwindigkeit umgesetzt, die ihre kinetische Energie an die Turbinenschaufeln durch Aufprallen auf diese übertragen, wodurch der Turbinenrotor in Rotation versetzt wird und der dann den Generator zur Elektrizitätsgewinnung antreibt.This embodiment of the convection generator A is constructed as a geothermal probe. The circulatory system 1 is nested with respect to the transport routes for the heat transfer medium; which is also possible, for example, concentrically. This means that in the gas riser line, the liquid descent line, which is smaller in cross section, runs downward. The two cable strands are thermally insulated from each other. The two end regions of the probe tube string open at the bottom in the heat source area 3 and up in the heat sink 7 , In a probe tube of larger diameter, which as a steam upstream 5 serves for the evaporated heat transfer medium on the way up, there is a downward branch leading downwards 2 for the liquid heat transfer medium or working medium. The heat exchanger 4 in the heat source area 3 is the larger diameter probe tube in the borehole, what from the end of the downward line runs further into the depths and as a heat exchanger in the heat source area the depth expansion 4 having. The steam upstream 5 or the large-caliber probe tube opens into the heat exchanger at the top 8th the heat sink 7 , In the large-caliber probe tube or the steam upstream 5 runs from the heat sink-7 / heat exchanger 8th the liquid downflow 2 to the position of the machine 11 for energy generation and extraction via the power generator 11a , This work machine 11 For example, a liquid jet turbine that works directly on an electric generator is for energy generation and extraction. The entire block 11 ; 11a , is designed as an underground unit and can be transported upwards, for example, in the case of maintenance inside the large-caliber probe tube. Against the work machine 11 the static pressure of the liquid column of the heat transfer medium or working medium is in the downward line for energy generation 2 on. The down line 2 ends, for example, inside the turbine in liquid jet nozzles, so that the static pressure via these nozzles in the turbine against the space behind, in which only the pressure of the steam or gas masses striving upwards, the barometric pressure, plus the inclusion or system pressure, acts, is converted into speed. This means that the static pressure against the turbine or the potential energy of the liquid above it is converted via the nozzles into high-speed liquid mass jets, which transfer their kinetic energy to the turbine blades by impacting them, causing the turbine rotor to rotate and the like then drives the generator to generate electricity.

In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich die Position der Arbeitsmaschine 11 nicht, wie im Beispiel der 1 dargestellt, im Bereich des anlagentiefsten Punktes. Unterhalb der Position der Maschine 11 verläuft bei diesem Beispiel der 2 der großkalibrige Aufwärtsstrang 5, ausgebildet in seiner Funktion als Wärmetauscher 4, noch weiter nach unten in die wärmeren Erdtiefenschichten hinein. Wie weit dieses Rohrsegment noch allein in die Tiefe verläuft, hängt von der energetischen und thermodynamischen Dimensionierung oder Auslegung der Konvektionsgenerator-Anlage A und der thermischen Ergiebigkeit der Erdmassen ab. Bei dieser Ausführungsform kann der abwärtsführende Fluidstrom im, bei oder vor Eintritt in das Wärmequellgebiet 3 seinen Exergieinhalt an eine Arbeitsmaschine 11 zur Energiegewinnung abgeben, ohne dass dieser Fluidstrom bis zur Arbeitsmaschine 11 überhaupt oder nennenswert Wärmeenergie aufgenommen hat. Dann tritt er flüssig aus der Arbeitsmaschine 11 aus und muss, zur Vermeidung eines Fluidrückstaues gegen den Arbeitsmaschinenausgang potentiell nach unten abfließen können. Das flüssige Arbeits- oder Wärmeträgermedium spritzt nach Verlassen des Stromgenerators 11a gegen die weiter nach unten führende Rohrwandung oder fällt herunter und nimmt auf dem Weg in Richtung anlagentiefstem Punkt soviel Wärmeenergie auf, dass es vollständig in die Dampfphase übertritt und auf dem weitem Weg nach oben aus seinem aufgenommenen thermischen Energieinhalt die erforderliche Hubarbeit bezüglich seiner Eigenmasse verrichten kann, ohne vor Erreichen des Wärmesenkenwärmetauschers zu kondensieren. Die Verdampfung auf dem Weg nach unten verläuft im Beispiel der 2 nicht mehr nur oder vorwiegend isotherm, wie im vornämlich waagerecht angeordneten Verlauf des Wärmequellen-Wärmetauschers der 1 dargestellt. Die Verdampfung und weitere Erwärmung erfolgt im Beispiel der 2 auf dem Weg im senkrechten Wärmetauscher nach unten bis auf die barometrischen Druckeinflüsse der Gassäule überwiegend isobar. Hier werden nur folgende Forderungen gestellt: a) die thermodynamischen Zustandsbedingungen müssen bezüglich der Konvektionsgeneratoranlage über die Anlagendimensionierung so festgelegt sein, dass das verdampfende oder vollständig verdampfte Wärmeträger- oder Arbeitsmedium bis zum anlagentiefsten Punkt nicht die kritischen Zustandsbedingungen erreicht, b) dass das aufsteigende dampfförmige Medium soviel Wärmeenergie aufgenommen hat, dass es seine mechanische Hubarbeit aus dem thermischen Potential speisen kann, ohne vor Erreichen des Wärmetauschers 4 der Wärmesenke 3 zu kondensieren und c) dass sich im anlagentiefsten Bereich des Wärmequellengebiets-Wärmetauschers kein flüssiges Wärmeträgerbeziehungsweise Arbeitsmedium sammelt. Dies bedeutet auch, dass das Gas beim Aufstieg auf dem letzten Aufstiegsabschnitt adiabatisch entspannend aufsteigen kann, ohne dabei vorzeitig in Kondensation zu gelangen.In this embodiment, the position of the work machine is 11 not, as in the example of the 1 shown, in the area of the lowest point of the plant. Below the position of the machine 11 runs in this example 2 the large-caliber upward strand 5 , trained as a heat exchanger 4 , further down into the warmer layers of the earth. The depth of this pipe segment depends on the energetic and thermodynamic dimensioning or design of the convection generator system A and the thermal yield of the earth's masses. In this embodiment, the downward fluid flow can be in, at, or before entering the heat source area 3 its exergy content to a work machine 11 to deliver energy without this fluid flow to the machine 11 has absorbed thermal energy at all or significantly. Then it emerges smoothly from the machine 11 and must be able to flow downwards to avoid fluid backflow against the machine outlet. The liquid working or heat transfer medium splashes after leaving the power generator 11a against the pipe wall leading downwards or falls down and absorbs so much heat energy on the way towards the lowest point of the plant that it completely passes into the vapor phase and on the long way up can do the necessary lifting work with regard to its own weight from its absorbed thermal energy content without condensing before reaching the heat sink heat exchanger. The evaporation on the way down runs in the example of the 2 no longer only or predominantly isothermal, as in the horizontally arranged course of the heat source heat exchanger 1 shown. The evaporation and further heating takes place in the example of 2 on the way down in the vertical heat exchanger up to the barometric pressure effects of the gas column predominantly isobaric. Only the following requirements are made here: a) the thermodynamic conditions of the convection generator system must be determined via the system dimensions so that the evaporating or completely evaporated heat transfer medium or working medium does not reach the critical state conditions down to the lowest point of the system, b) that the ascending vaporous medium has absorbed so much thermal energy that it can feed its mechanical lifting work from the thermal potential without reaching the heat exchanger 4 the heat sink 3 to condense and c) that no liquid heat transfer medium or working medium collects in the deepest area of the heat source region heat exchanger. This also means that the gas can rise in an adiabatic, relaxing manner as it ascends on the last ascent section without prematurely condensing.

Am Ausführungsbeispiel der 2 ist am Kreislaufsystem 1 im oberen Bereich ein Bypass 17 gelegt. Aus dem aufsteigenden Dampf- oder Gasvolumenstrom wird ein Bruchteil über die Leitung 17 abgezweigt, mittels eines Verdichters 18 vornämlich adiabatisch komprimiert, wobei es seine innere Energie und damit Temperatur erhöht und durch einen Wärmetauscher 19 zur Gewinnung von Heizenergie, beispielsweise zu erwärmender Wasserfluss 21; 22, für Heizung und Hausgebrauch, geleitet. Der abgekühlte, aber noch unter dem Kompressionsdruck des Verdichters 18 stehende Gasvolumenstrom strömt über eine adiabatische Entspannung, verbunden mit dabei einsetzender Kondensation 20 in den Wärmesenken-Wärmetauscher 8, wo dadurch eine Unterstützung des allgemeinen Kondensationsprozesses stattfindet. Denn die Temperatur des adiabatisch expansiv eintretenden Volumenstromes ist nach der adiabatischen Entspannung auf den Anlageneinschlussdruck etwas niedriger als die Wärmesenkentemperatur. Die Energie zum Betrieb des Verdichters 18 beziehungsweise dieser über den Bypass 17 gelegten Wärmepumpe wird aus der durch die Arbeitsmaschinenanordnung 11; 11a gewonnenen Energiemenge entnommen. Beispielsweise können 50 % der über die Arbeitsmaschine 11 und dem Stromgenerator 11a gewonnenen Elektroenergiemenge zum Betrieb der Wärmepumpe verwendet werden, um Heiz- und Brauch-Wärmeenergie bereitzustellen. Die anderen 50% stünden dann als Elektroenergie zur Verfügung. Ein solches Anlagenbeispiel sichert den energieautarken Betrieb von Gebäuden und anderen Einrichtungen hinsichtlich Heiz- und Elektroenergiebereitstellung auf der Grundlage von Erdwärme.Using the embodiment of 2 is on the circulatory system 1 a bypass in the upper area 17 placed. The rising steam or gas volume flow becomes a fraction via the line 17 branched off by means of a compressor 18 primarily adiabatically compressed, increasing its internal energy and thus temperature and through a heat exchanger 19 for the generation of heating energy, for example water flow to be heated 21 ; 22 , for heating and home use. The cooled, but still under the compression pressure of the compressor 18 standing gas volume flow flows through an adiabatic expansion, combined with the onset of condensation 20 in the heat sink heat exchanger 8th , where it supports the general condensation process. The temperature of the adiabatically expansive volume flow is slightly lower than the heat sink temperature after the adiabatic expansion to the system inlet pressure. The energy to operate the compressor 18 or this via the bypass 17 heat pump is laid out by the working machine arrangement 11 ; 11a extracted amount of energy. For example, 50% of the work machine 11 and the power generator 11a Amount of electrical energy obtained to operate the heat pump can be used to provide heating and domestic heat energy. The other 50% would then be available as electrical energy. Such an example of a system ensures the self-sufficient operation of buildings and other facilities with regard to heating and electrical energy supply based on geothermal energy.

Wenn der Konvektionsgenerator Aa; A über längere Zeit strömungstechnisch stillgelegt ist, was bedeutet, es findet im Kreislaufstrangsystem keine konvektive Vorzugsströmung statt und das Wärmeträgermedium steht thermisch mit seiner Umgebung im Gleichgewichtszustand, wird der Kreisprozess über eine extra zuschaltbare Bypass-Leitung 17 per externer Arbeitsmaschine (beispielsweise eine Pumpe) oder über eine im Kreisprozess installierte Arbeitsmaschine 10; 11; 12 zur Energieauskopplung, die durch zugeschaltete Fremdenergie vorübergehend die Funktion einer aktiven Fördermaschine ausübt, angefahren.If the convection generator Aa; A is shut down for a long time in terms of flow technology, which means that there is no convective preferential flow in the circuit system and the heat transfer medium is thermally in equilibrium with its surroundings, the cycle process is via an extra switchable bypass line 17 using an external machine (e.g. a pump) or a machine installed in a cycle 10 ; 11 ; 12 to decouple the energy, which temporarily acts as an active carrier due to external energy being switched on.

Zum generellen An- und Ausschalten sowie zum regelungstechnischen Eingreifen in den Strömungsprozess ist in der Leitungsstranganordnung mindestens ein hydromechanischer Strömungs-Ein- und Aus-Schalter installiert.For general switching on and off as well as for control engineering intervention in the flow process is at least one hydromechanical in the wiring harness arrangement Flow input and off switch installed.

Zweckmäßigerweise lässt sich mittels mehrerer Ventile der gesamte flüssigkeitsführende Strang vom gasführenden Bereich strömungstechnisch abtrennen.Conveniently, by means of several valves, the entire liquid-carrying line from the gas-carrying Fluidic area split off.

Eine weitere Regelung des Konvektionsgenerators ergibt sich durch Veränderung des Einschlussdruckes des Wärmeträger- beziehungsweise Arbeitsmediums im Leitungsstrangsystem. Dadurch kann unter Berücksichtigung der Temperaturen im Wärmesenken- aber auch im Wärmequellgebiet auf das Dampfdruck- beziehungsweise Kondensationsverhalten des Wärmeträgermediums Einfluss genommen werden. Beispielsweise kann der Wärmesenken-Wärmetauscher in einem Wasserfluss installiert sein. Der Fluss unterliegt witterungs- und jahreszeitlich bedingten Temperaturunterschieden. Wird es kälter im Wärmesenkengebiet, dann kann der Einschlussdruck gesenkt werden und die Kondensation findet genauso statt wie unter etwas höheren Temperatureinflüssen bei höherem Einschlussdruck. Allerdings steigt mit klimatisch bedingter Temperaturabnahme der Wärmesenke das energetische Ausbeutevermögen der Wärmequelle.Another regulation of the convection generator results from change the inclusion pressure of the heat transfer or Working medium in the wiring harness system. This can take into account the temperatures in the heat sink but also in the heat source area on the vapor pressure or condensation behavior of the heat transfer medium Be influenced. For example, the heat sink heat exchanger be installed in a water flow. The river is subject to weather and seasonal temperature differences. Is it getting colder in the Heat sink area, then the confinement pressure can be reduced and the condensation takes place in exactly the same way as under somewhat higher temperature influences higher Containment pressure. However, the climatic decrease in temperature increases the heat sink the energetic yield the heat source.

Zur Durchführung des Verfahrens können beispielsweise folgende Stoffe Verwendung finden, auch als Komponente in einer Mehrstoffmischung:

  • – Ammoniak (NH3) und Ammoniak-Wassergemische
  • – Gruppe der Halogen-Kohlenwasserstoffe; zum Beispiel R 22
  • – Bohrchlorid
  • - Iodwasserstoff-Wassergemisch
  • – Kohlendioxid (CO2); (unter speziellen thermischen Anlagen-Bedingungen)
  • – Schwefeldioxid
  • – Silizium-Disilan
  • – 2-Methylpropan (Isobutan; i-Butan)
  • – 2,2-Dimethylpropan (Neopentan)
  • – 2-Butene (es existieren drei Sorten mit unterschiedlichen Siedetemperaturen zwischen – 6,3°C und 3,7°C unter Normalbedingungen)
  • – 1,3-Butadien (es kann polymerisieren, daher nur in dies verhindernden Stoffmischungen verwendbar)
  • – Gruppe der Ether, Oxirane (aber hochbrennbar)
  • – Wasser / Wasserdampf
For example, the following substances can be used to carry out the method, also as a component in a multi-substance mixture:
  • - Ammonia (NH 3 ) and ammonia-water mixtures
  • - group of halogenated hydrocarbons; for example R 22
  • - drilling chloride
  • - Hydrogen iodide / water mixture
  • - carbon dioxide (CO 2 ); (under special thermal system conditions)
  • - sulfur dioxide
  • - silicon disilane
  • - 2-methylpropane (isobutane; i-butane)
  • - 2,2-dimethylpropane (neopentane)
  • - 2-butenes (there are three types with different boiling temperatures between - 6.3 ° C and 3.7 ° C under normal conditions)
  • - 1,3-butadiene (it can polymerize, so it can only be used in mixtures that prevent this)
  • - group of ethers, oxiranes (but highly flammable)
  • - water / water vapor

Aaaa
KonvektionsgeneratorKonvektionsgenerator
AA
KonvektionsgeneratorKonvektionsgenerator
11
Wärmeträgermedien- beziehungsweise ArbeitsmittelkreislaufsystemWärmeträgermedien- or working fluid circulation system
22
Leitungsstrang/AbwärtsstrangWiring harness / down train
33
Wärmequellgebiet/WärmequelleHeat source area / heat source
44
Wärmetauscherheat exchangers
55
Leitungsstrang/AufwärtsstrangWiring harness / upward run
66
optional gasförmiger Zustandoptional gaseous Status
77
Wärmesenke/WärmesenkengebietHeat sink / heat sink area
88th
Wärmetauscher/WärmesenkeHeat exchanger / heat sink
99
Kondensations-KapillarröhrenCondensing capillary tubes
1010
Arbeitsmaschine zur Energieauskopplungworking machine for energy extraction
1111
Arbeitsmaschine zur Energieauskopplungworking machine for energy extraction
11a11a
Stromgeneratorpower generator
1212
Arbeitsmaschine zur Energieauskopplungworking machine for energy extraction
1313
thermische Isolierung/Aufwärtsstrangthermal Isolation / boost strand
1414
thermische Isolierung/Abwärtsstrangthermal Isolation / down strand
1515
nichtsiedender Bereich (Positionsbereich)nichtsiedender Area (position area)
1616
Position (Bereich)position (Area)
1717
Bypass-LeitungBypass line
1818
Verdichtercompressor
1919
Wärmetauscherheat exchangers
2020
adiabatische Entspannungadiabatic Relaxation
2121
KaltwasserzuflussCold water supply
2222
WarmwasserabflussWarm water outflow

Claims (44)

Verfahren zur konvektiven Energiegewinnung in einem strömungstechnisch geschlossenen Kreislaufsystem, in dem ein Wärmeträgermedium, welches zugleich Arbeitsmedium ist, zirkuliert, dass hydro- und thermodynamisch mindestens eine Wärmequelle und eine Wärmesenke unterschiedlicher Temperatur miteinander verbindet und in den Bereichen der Wärmequelle und -senke ein Wärmeaustausch zwischen dem zirkulierenden Wärmeträgermedium und Wärmereservoir insbesondere über installierte Wärmetauscher vollzogen wird, wobei die Wärmequelle insbesondere örtlich unterhalb der Wärmesenke lokalisiert ist, so dass infolge stattfindender Wärmeaustauschprozesse das Wärmeträgermedium einer konvektiven hydromechanischen Strömung unterworfen wird, so dass sich über lokale Abschnitte des Kreislaufsystems oder innerhalb des strömenden Wärmeträgermediums Druckunterschiede aufbauen, die zusammenfassend ein thermisch initiierten gravimetrisch-konvektiv strömenden Wärmeträgermedienkreislauffluss ergeben, dadurch gekennzeichnet, dass das im Kreislaufsystem (1) zirkulierende Wärmeträgermedium je Umlauf einen thermodynamisch beschreibbaren oder definierten geschlossenen Kreisprozess durchläuft.Process for convective energy generation in a closed fluidic circulation system, in which a heat transfer medium, which is also a working medium, circulates, that hydrodynamically and thermodynamically connects at least one heat source and one heat sink of different temperatures and in the areas of the heat source and heat sink an exchange of heat between them circulating heat transfer medium and heat reservoir is carried out in particular via installed heat exchangers, the heat source being located, in particular, locally below the heat sink, so that, as a result of heat exchange processes taking place, the heat transfer medium is subjected to a convective hydromechanical flow, so that pressure differences occur over local sections of the circulatory system or within the flowing heat transfer medium that summarize a thermally initiated gravimetric-convective flowing heat transfer medium circuit flow result, characterized in that the circulatory system ( 1 ) circulating heat transfer medium passes through a thermodynamically describable or defined closed cycle process per cycle. Verfahren zur konvektiven Energiegewinnung in einem strömungstechnisch geschlossenen Kreislaufsystem, in dem ein Wärmeträgermedium, welches zugleich Arbeitsmedium ist, zirkuliert, dass hydro- und thermodynamisch mindestens eine Wärmequelle und eine Wärmesenke unterschiedlicher Temperatur miteinander verbindet und in den Bereichen der Wärmequelle und -senke ein Wärmeaustausch zwischen dem zirkulierenden Wärmeträgermedium und Wärmereservoir insbesondere über installierte Wärmetauscher vollzogen wird, wobei die Wärmequelle insbesondere örtlich unterhalb der Wärmesenke lokalisiert ist, so dass infolge stattfindender Wärmeaustauschprozesse das Wärmeträgermedium einer konvektiven hydromechanischen Strömung unterworfen wird, so dass sich über lokale Abschnitte des Kreislaufsystems oder innerhalb des strömenden Wärmeträgermediums Druckunterschiede aufbauen, die zusammenfassend ein thermisch initiierten gravimetrisch-konvektiv strömenden Wärmeträgermedienkreislauffluss ergeben, dadurch gekennzeichnet, dass dem strömenden Wärmeträgermedium durch örtlich definiert am Kreislaufsystem (1) stattfindende Wärmetausch- oder -übertragungsprozesse oder durch eine Einschränkung derselben eine Vorzugsströmungsrichtung aufgeprägt wird.Process for convective energy generation in a closed fluidic circulation system, in which a heat transfer medium, which is also a working medium, circulates, that hydrodynamically and thermodynamically connects at least one heat source and one heat sink of different temperatures and in the areas of the heat source and heat sink an exchange of heat between them circulating heat transfer medium and heat reservoir is carried out in particular via installed heat exchangers, the heat source being located, in particular, locally below the heat sink, so that, as a result of heat exchange processes taking place, the heat transfer medium is subjected to a convective hydromechanical flow, so that pressure differences occur over local sections of the circulatory system or within the flowing heat transfer medium that summarize a thermally initiated gravimetric-convective flowing heat transfer medium circuit flow result, characterized in that the flowing heat transfer medium by locally defined on the circulatory system ( 1 ) heat exchange or transfer processes taking place or by a restriction thereof a preferred flow direction is impressed. Verfahren zur konvektiven Energiegewinnung in einem strömungstechnisch geschlossenen Kreislaufsystem, in dem ein Wärmeträgermedium, welches zugleich Arbeitsmedium ist, zirkuliert, dass hydro- und thermodynamisch mindestens eine Wärmequelle und eine Wärmesenke unterschiedlicher Temperatur miteinander verbindet und in den Bereichen der Wärmequelle und -senke ein Wärmeaustausch zwischen dem zirkulierenden Wärmeträgermedium und Wärmereservoir insbesondere über installierte Wärmetauscher vollzogen wird, wobei die Wärmequelle insbesondere örtlich unterhalb der Wärmesenke lokalisiert ist, so dass infolge stattfindender Wärmeaustauschprozesse das Wärmeträgermedium einer konvektiven hydromechanischen Strömung unterworfen wird, so dass sich über lokale Abschnitte des Kreislaufsystems oder innerhalb des strömenden Wärmeträgermediums Druckunterschiede aufbauen, die zusammenfassend ein thermisch initiierten gravimetrisch-konvektiv strömenden Wärmeträgermedienkreislauffluss ergeben, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Wärmeträger- oder Arbeitsmedium vom oben gelegenen Wärmesenken-Wärmetauscher kommend durch einen Abwärtsleitungsstrang nach unten in Richtung einer am Leitungsende befindlichen Strahldüsenanordnung fließt, dabei mit zunehmender Tiefe einen steigenden statischen Druck innerhalb seiner Flüssigkeitssäule aufbaut und diesen statischen Druck beziehungsweise äquivalent dazu die potentielle Energie der gegen die Düsenanordnung anstehenden Flüssigkeitssäule über diese Düsenanordnung in einen Flüssigkeitsmassenstrom entsprechender kinetischer Energie umwandelt, der dann nach Austritt aus der Düsenanordnung wärmeenergieaufnehmend und verdampfend durch den Wärmequellen-Wärmetauscher fließt um nach vollständiger Verdampfung nach oben in Richtung Wärmesenken-Wärmetauscher zur Kondensation aufzusteigen.Process for convective energy generation in a closed fluidic circuit System in which a heat transfer medium, which is also the working medium, circulates, which connects at least one heat source and a heat sink of different temperatures with each other in a hydrodynamic and thermodynamic manner, and in the areas of the heat source and heat sink, heat exchange between the circulating heat transfer medium and the heat reservoir, in particular via installed heat exchangers is carried out, the heat source being located, in particular, locally below the heat sink, so that, as a result of heat exchange processes taking place, the heat transfer medium is subjected to a convective hydromechanical flow, so that pressure differences build up over local sections of the circulatory system or within the flowing heat transfer medium, which in summary form a thermally initiated gravimetric -convectively flowing heat transfer medium circuit flow, characterized in that the liquid heat transfer medium or working medium from above located heat sink heat exchanger coming down through a downward line in the direction of a jet nozzle arrangement located at the end of the line, thereby building up an increasing static pressure within its liquid column with increasing depth and this static pressure or, equivalently, the potential energy of the liquid column against the nozzle arrangement via this nozzle arrangement is converted into a liquid mass flow of corresponding kinetic energy, which then flows through the heat source heat exchanger after exiting the nozzle arrangement in a heat-absorbing and evaporating manner, and after complete evaporation rises upward in the direction of the heat sink heat exchanger for condensation. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem im Kreislaufsystem (1) strömenden Wärmeträgermedium im gesamten Gebiet der Wärmequelle (3) Wärmeenergie zugeführt wird.Method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the in the circulatory system ( 1 ) flowing heat transfer medium in the entire area of the heat source ( 3 ) Thermal energy is supplied. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem zirkulierenden Wärmeträgermediumstrom an einer beliebigen örtlichen Stelle des Kreislaufsystems (1) mechanische Energie gewonnen oder ausgekoppelt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that from the circulating heat transfer medium stream at any local point in the circulation system ( 1 ) mechanical energy is extracted or extracted. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem zirkulierenden Wärmeträgermediumstrom an verschiedenen und beliebigen Stellen des Kreislaufsystems (1) gleichzeitig mechanische Energie gewonnen oder auskoppelt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that from the circulating heat transfer medium stream at various and arbitrary points in the circulation system ( 1 ) mechanical energy is extracted or extracted at the same time. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zirkulierende Wärmeträgermedium auf dem Strömungsweg zwischen der Wärmequelle (3) und der Wärmesenke (7) thermodynamisch definiert geführte Phasenumwandlungen oder Aggregatzustandsänderungen durchläuft.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the circulating heat transfer medium on the flow path between the heat source ( 3 ) and the heat sink ( 7 ) undergoes thermodynamically defined phase transformations or physical state changes. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aggregatzustandsänderung von flüssig zu dampf- oder gasförmig durchgeführt wird.A method according to claim 7, characterized in that the Change of state from fluid to vapor or gaseous carried out becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenumwandlung an beliebiger Stelle im Wärmequellgebiet (3) durchgeführt wird und danach integral über die restliche Wegstrecke durch das Wärmequellgebiet (3) als im wesentlichen isothermer Prozess weiter geführt wird.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the phase change at any point in the heat source area ( 3 ) is carried out and then integrally over the remaining distance through the heat source area ( 3 ) is continued as an essentially isothermal process. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenumwandlung an beliebiger Stelle im Wärmequellgebiet (3) durchgeführt wird und danach integral über die restliche Wegstrecke durch das Wärmequellgebiet (3) als im wesentlichen isobarer Prozess weiter geführt wird.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the phase change at any point in the heat source area ( 3 ) is carried out and then integrally over the remaining distance through the heat source area ( 3 ) as an essentially isobaric process. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenumwandlung des Wärmeträgermediumflusses im Wärmequellgebiet (3) örtlich in Strömungsrichtung durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the phase change of the heat transfer medium flow in the heat source area ( 3 ) is carried out locally in the direction of flow. Verfahren nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenumwandlung an der Stelle beginnt, wo vornämlich eine statische Druckreduzierung des von oben aus Richtung Wärmesenkengebiet (7) in die Tiefe strömenden flüssigen Wärmeträgermediums erfolgt.A method according to claims 10 and 11, characterized in that the phase change begins at the point where, above all, a static pressure reduction of the heat sink area from above ( 7 ) liquid heat transfer medium flowing into the depth. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Wärmeträgermedienstrom bis zum Eintritt in den Bereich der Druckreduzierung maximal soviel Wärmeenergie aufgenommen wird, dass das Wärmeträgermedium unter der Einwirkung des Drucks nicht in den Zustand des Siedens oder Verdampfens überführt wird.Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that that from the heat transfer medium flow up to the maximum in the area of pressure reduction Thermal energy is recorded that the heat transfer medium under the influence of pressure not in the state of boiling or Evaporation is transferred. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckreduzierung oder der Druckabfall in einem Bereich des Kreislaufsystems (1) durchgeführt wird, der identisch mit dem Bereich ist, in dem über eine installierte Arbeitsmaschine (10;11;12) eine Energieauskopplung durchgeführt wird und die Druckreduzierung oder der Druckabfall durch den Prozess der Energieauskopplung über die Arbeitsmaschine (10;11;12) vollzogen wird.Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that the pressure reduction or the pressure drop in a region of the circulatory system ( 1 ) which is identical to the area in which an installed work machine ( 10 ; 11 ; 12 ) energy is extracted and the pressure reduction or the pressure drop through the process of energy extraction via the working machine ( 10 ; 11 ; 12 ) is carried out. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 bei überwiegend horizontalem Verlauf des Wärmequellen-Wärmetauschers ((4) 1), dadurch gekennzeichnet, dass das im Wärmequellgebiet (3) in Phasenumwandlung von flüssig zu dampf- oder gasförmig befindliche oder bereits vollständig in die Dampf- oder Gasphase übergetretene Wärmeträgermedium mit Eintritt in den Aufstiegsprozess nach oben in Richtung der Wärmesenke (7) und während des Aufstiegs so lange isotherm entspannt wird, wie aus der Umgebung der Prozessführung eine Wärmeenergie an den expansiv aufsteigenden Wärmeträgermedienstrom übertragen wird, aber dies auf dem Weg nach oben nur solange erfolgt, dass bis zur Aufstiegsbeendigung noch eine genügend expansive Aufstiegs- oder Hubwegstrecke verbleibt, damit das aufsteigende Wärmeträgermedium sich gegen Ende des Aufstiegswegs thermisch der Temperatur der Wärmesenke (7) annähern kann.Method according to one of claims 1 to 13 with a predominantly horizontal course of the heat source heat exchanger (( 4 ) 1 ), characterized in that in the heat source area ( 3 ) in phase change from liquid to vapor or gaseous heat transfer medium or already completely in the vapor or gas phase with entry into the ascent process upwards in the direction of the heat sink ( 7 ) and is relaxed during the ascent as long as thermal energy is transferred from the process control environment to the expansively rising heat transfer medium stream, but this only takes place on the way up until there is still a sufficiently expansive ascent or stroke distance before the ascent is ended remains so that the rising heat transfer medium thermally approaches the temperature of the heat sink towards the end of the ascent path ( 7 ) can approach. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass das expansiv aufsteigende dampf- oder gasförmige Wärmeträgermedium auf dem letzten Aufstiegswegabschnitt in Richtung der Wärmesenke (7) adiabatisch definiert so entspannt wird, dass durch den Wärmeträgermedienstrom die Temperatur der Wärmesenke (7) erreicht wird oder bei Beendigung des Aufstiegs- oder Hubweges noch nicht die Kondensation eintritt oder aber gerade die thermischen Kondensationsbedingungen erreicht werden.Method according to one of claims 1 to 13 and 15, characterized in that the expansively rising vapor or gaseous heat transfer medium on the last ascent path section in the direction of the heat sink ( 7 ) is defined adiabatically in such a way that the temperature of the heat sink ( 7 ) is reached or at the end of the ascent or lift path the condensation does not yet occur or the thermal condensation conditions have just been reached. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das expansiv aufsteigende dampf- oder gasförmige Wärmeträgermedium auf dem letzten Aufstiegswegabschnitt in Richtung Wärmesenke (7) adiabatisch definiert so entspannt wird, dass eine Kondensation von Dampf- oder Gasanteilen im Wärmeträgermedienstrom vor Erreichen des Endes des Aufstiegs- oder Hubweges in der Stärke oder Intensität stattfindet, dass die Kondensationsprodukte vom Aufstiegs-Volumenstrom noch vollständig über die restliche Aufstiegswegstrecke in den Wärmesenken (7), transportiert werden.Method according to one of claims 1 to 13, 15 or 16, characterized in that the expansively rising vapor or gaseous heat transfer medium on the last ascent section towards the heat sink ( 7 ) is defined adiabatically so relaxed that a condensation of steam or gas components in the heat transfer medium flow takes place before the end of the ascent or stroke path in strength or intensity, that the condensation products from the ascent volume flow still completely over the remaining ascent distance in the heat sinks ( 7 ), be transported. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die adiabatische Entspannung durch eine Reduzierung des Druckes im aufsteigenden Gasstrom erreicht wird.Method according to one of claims 1 to 13 and 15 to 17, characterized in that the adiabatic relaxation through a reduction in the pressure in the rising gas stream is achieved becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Ort der adiabatischen Druckreduzierung identisch ist mit einer im Kreisprozess installierten Arbeitsmaschine (10; 11; 12) zur Energieauskopplung und die Druckreduzierung im Strömungsprozess als Druckabfall über die Arbeitsmaschine (10;11;12) durch den Prozess der Energieauskopplung erreicht wird.Method according to one of claims 1 to 13 and 15 to 18, characterized in that the location of the adiabatic pressure reduction is identical to a work machine installed in the cycle ( 10 ; 11 ; 12 ) for decoupling energy and reducing pressure in the flow process as a pressure drop across the working machine ( 10 ; 11 ; 12 ) is achieved through the process of energy extraction. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zirkulierende Wärmeträgermedium auf dem Strömungsweg oder zwischen der Wärmequelle (3) und der Wärmesenke (7) eine innere Strukturumwandlung oder chemische oder physikalische Verbindungs- oder Vernetzungsstrukturumwandlung durchläuft.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the circulating heat transfer medium on the flow path or between the heat source ( 3 ) and the heat sink ( 7 ) undergoes an internal structural transformation or chemical or physical connection or networking structural transformation. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenumwandlungen oder Strukturumwandlungen mit exothermem Charakter integral über die vorgesehene Wegstrecke für die Phasen- oder Strukturumwandlung des Wärmeträgermedienstroms insbesondere als isothermer Prozess durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 20, characterized in that that the phase transformations or structural transformations with exothermic Character integral over the intended distance for the phase or structural transformation of the heat transfer medium flow in particular carried out as an isothermal process becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenumwandlungen oder Strukturumwandlungen mit exothermem Charakter integral über die vorgesehene Wegstrecke für die Phasen- oder Strukturumwandlung des Wärmeträgermedienstromsinsbesondere als isobarer Prozess durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 20, characterized in that that the phase transformations or structural transformations with exothermic Character integral over the intended distance for the phase or structural transformation of the heat transfer medium flow in particular carried out as an isobaric process becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwechsel von dampf- oder gasförmig zu flüssig teilweise oder vollständig durch kapillare Kondensations- und/oder Sorptions-Wärmetauschprozesse (9) in speziellen gravitationsbetriebenen Zweiphasenkondensatoren durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 22, characterized in that the phase change from vapor or gaseous to liquid partially or completely by capillary condensation and / or sorption heat exchange processes ( 9 ) is carried out in special gravity-operated two-phase capacitors. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das strömende Wärmeträgermedium in einem Wärmequellenbereich (3), der keine thermodynamisch prozessrelevanten Druckreduzierer und ab- oder aufsteigende Strömungswegstrecken aufweist, isobar Wärmeenergie aufnimmt.Method according to one of claims 1 to 23, characterized in that the flowing heat transfer medium in a heat source area ( 3 ), which has no thermodynamically process-relevant pressure reducers and descending or ascending flow paths, absorbs isobaric heat energy. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium während des Abstiegs aus dem Gebiet der Wärmesenke (7) in Richtung Wärmequelle (3), insbesondere im Abstiegsbereich, wo die Umgebungstemperatur unterhalb gleich oder nur sehr geringfügig oberhalb der Temperatur des kalten Wärmeträgermediums aber tiefer als die Wärmequellentemperatur liegt, nahezu isotherm, gravimetrisch getrieben wird und mit zunehmender Tiefe statisch druckerhöhend in die Tiefe strömt.Method according to one of claims 1 to 24, characterized in that the heat transfer medium during the descent from the area of the heat sink ( 7 ) towards the heat source ( 3 ), in particular in the descent area, where the ambient temperature is below or just slightly above the temperature of the cold heat transfer medium but lower than the heat source temperature, is isothermally, gravimetrically driven and, as the depth increases, flows statically to increase the depth. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeträgermedium im Kreislaufprozess (1) Mehrphasengemische verwendet werden.Method according to one of claims 1 to 25, characterized in that the heat transfer medium in the cycle process ( 1 ) Multi-phase mixtures can be used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeträgermedium als Mehrphasengemisch eingesetzt wird, das sich mindestens aus zwei verschiedenen Stoffphasen oder Stoffsorten zusammengesetzt.Method according to one of claims 1 to 26, characterized in that that a heat transfer medium is used as a multi-phase mixture consisting of at least two different fabric phases or fabric types. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeträgermedium-Mehrphasengemisch Feststoffkomponenten, insbesondere Granulate oder Pulver, eingesetzt werden.Method according to one of claims 1 to 27, characterized in that that as a heat transfer medium multi-phase mixture Solid components, especially granules or powders, are used become. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeträgermedium-Mehrphasengemisch chemisch und/oder physikalisch reaktive Stoffe eingesetzt werden, die auch sorptionsaktive Komponenten enthalten können, deren Reaktionsmechanismus im thermodynamischen Kreisprozess reversibel ist.Method according to one of claims 1 to 28, characterized in that that as a heat transfer medium multi-phase mixture chemically and / or physically reactive substances are used, which can also contain sorption-active components, their reaction mechanism is reversible in the thermodynamic cycle. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium-Mehrphasengemisch mindestens eine Komponente enthält, die während des hydromechanischen Kreisprozesses die thermodynamischen prozessrelevanten Aggregatzustände flüssig – gasförmig einnimmt oder deren Phasenumwandlungen vollführtMethod according to one of claims 1 to 29, characterized in that that the heat transfer medium multi-phase mixture contains at least one component the while of the hydromechanical cycle the thermodynamic process relevant Physical states liquid - gaseous or performs their phase transformations Verfahren zum Erreichen eines separations- und sedimentationsfreien Transports der Wärmeträger- und Ballastmedienkomponenten durch die zur Aggregatzustandsänderung befähigten Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträgermedien-Mehrphasengemischkomponente, die während des Durchlaufens des Kreisprozesses (1) die Phasen flüssig und gasförmig durchlaufen, in einer Mindestkonzentration im Gemisch vorhanden sein müssen, die durch die Stoffeigenschaften des Wärmeträgermediengemisches, den thermodynamischen Auslegungsdaten und der geometrischen Ausdehnung des Konvektionsgenerators bestimmt werden.Method for achieving a separation and sedimentation-free transport of the heat transfer and ballast media components by the component capable of changing the state of matter according to one of claims 1 to 30, characterized in that the heat transfer media multi-phase mixture component, which during the cycle ( 1 ) pass through the phases in liquid and gaseous form, must be present in the mixture in a minimum concentration, which are determined by the material properties of the heat transfer medium mixture, the thermodynamic design data and the geometric expansion of the convection generator. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass zur Begünstigung der Transportfähigkeit des Mehrphasengemisches ein Schaumbildner dem Wärmeträgermedien-Mehrphasengemisch zugegeben wird.Method according to one of claims 1 to 31, characterized in that that favoritism the portability of the multi-phase mixture a foaming agent the heat transfer medium-multi-phase mixture is added. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufstiegs- und Abstiegsstrang des Kreislaufsystems (1) als paralleles Leitungsstrangbündel für hydromechanische Stoffströme, insbesondere bei Mehrphasen- und/oder Mehrstoffgemischströmen ausgebildet wird.Method according to one of claims 1 to 32, characterized in that the ascending and descending strand of the circulatory system ( 1 ) is designed as a parallel line bundle for hydromechanical material flows, in particular in the case of multi-phase and / or multi-material mixture flows. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufrechterhaltung des thermodynamischen Kreisprozesses (1) in einer rotierenden Anordnung die Fliehkraft des Wärmeübertragermediums genutzt wird.Method according to one of claims 1 to 33, characterized in that to maintain the thermodynamic cycle ( 1 ) the centrifugal force of the heat transfer medium is used in a rotating arrangement. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeträgermedium eingesetzt wird, das einen negativen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist.Method according to one of claims 1 to 34, characterized in that that a heat transfer medium is used, which has a negative coefficient of thermal expansion having. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 35 gekennzeichnet durch einen Konvektionsgenerator (Aa; A), der mit einem Wärmeträgermedienkreislaufsystem (1), das Wärmeträgermedium ist zugleich Arbeitsmedium, ausgebildet ist, der als ein strömungstechnisch kommunizierendes Leitungsstrangsystem ausgelegt ist, und bei dem mindestens ein Leitungsstrang (5) als konvektiver Aufstiegs- oder expansiver Gas/Dampfhubstrang und ein Leitungsstrang (2) als Flüssigkeits-Fall- oder Abstiegsleitungsstrang angeordnet ist.Device for carrying out the method according to claims 1 to 35, characterized by a convection generator (Aa; A) which is equipped with a heat transfer medium circulation system ( 1 ), the heat transfer medium is at the same time working medium, which is designed as a fluidically communicating wiring harness system, and in which at least one wiring harness ( 5 ) as a convective ascent or expansion gas / steam lifting line and a line line ( 2 ) is arranged as a liquid drop or descent pipeline. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 36 wobei das flüssige Wärmeträger- oder Arbeitsmedium in einer Abstiegsleitung oder einem Abstiegsleitungsstrang nach unten fließt und am Leitungsende auf eine energiewandelnde Düsenanordnung trifft, dadurch gekennzeichnet, dass deren summarische Düsenquerschnittsflächen oder -Fläche kleiner ist als die Querschnittsfläche des Flüssigkeitsabstiegsleitungsstranges.Implementation device of the method according to claim 36, wherein the liquid heat transfer or working medium in a descent line or a descent line line down flows and meets an energy-converting nozzle arrangement at the end of the line, thereby characterized in that their total nozzle cross-sectional areas or -Area is smaller than the cross-sectional area of the liquid descent pipeline. Vorrichtung nach Anspruch 36 und 37, dadurch gekennzeichnet. dass in dem Leitungsstrang, der waagerecht zur Wärmesenke (7) verläuft, ein Wärmeaustauscher mit Kondensations-Kapillarröhren (9) für einen isotherm geführten Phasenwechsel vom gasförmigen zum flüssigen Aggregatzustand angeordnet ist und die Kondensations-Kapillarröhren (9) des Wärmeaustauschers in der Länge und Durchmesser so dimensioniert sind, dass das einströmende und kondensierende Wärmeträgermedium entsprechend seiner Stoffparameter wie Viskosität und Oberflächenspannung nach erfolgter Kondensation gravimetrisch getrieben selbständig aus dem Kapillarenröhrensystem austritt.Device according to claims 36 and 37, characterized. that in the wiring harness that is horizontal to the heat sink ( 7 ), a heat exchanger with condensation capillary tubes ( 9 ) is arranged for an isothermal phase change from the gaseous to the liquid state and the condensation capillary tubes ( 9 ) of the heat exchanger in length and diameter are dimensioned such that the inflowing and condensing heat transfer medium automatically exits the capillary tube system in a gravimetrically driven manner according to its material parameters such as viscosity and surface tension after condensation has taken place. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Absolutdruck im Wärmeträgermedienkreislaufsystem (1) und/oder der Einschlussdruck des Arbeits- und Wärmeträgermediums definiert veränderbar ist.Device according to one of claims 36 to 38, characterized in that the absolute pressure in the heat transfer medium circulation system ( 1 ) and / or the inclusion pressure of the working and heat transfer medium can be changed in a defined manner. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bypass- oder ein unabhängiger lokaler Parallel-Leitungsstrang (17) vorgesehen ist, über die an Stoffströme gebundene Wärmemengen parallel zum Wärmeträgermedienkreislauf (1) transportierbar und wärmeübertragend an den Wärmeträgermedienkreislauf (1) ankoppelbar sind.Device according to one of claims 36 to 39, characterized in that a bypass or an independent local parallel wiring harness ( 17 ) is provided, via which heat quantities bound to material flows parallel to the heat transfer medium circuit ( 1 ) transportable and heat transferring to the heat transfer medium circuit ( 1 ) can be connected. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass im Wärmeträgermediumkreislaufsystem (1) ein hydromechanisch explizit zuschaltbarer Strömungs-Initiierungs-Bypass oder Injektorstrang integriert ist.Device according to one of claims 36 to 40, characterized in that in the heat transfer medium circulation system ( 1 ) a hydromechanically explicitly switchable flow initiation bypass or injector line is integrated. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass im Wärmeträgermediumkreislaufsystem (1) mindestens ein hydromechanischer Strömungs-Ein- und Aus-Schalter installiert ist.Device according to one of claims 36 to 41, characterized in that in the heat transfer medium circulation system ( 1 ) at least one hydromechanical flow on and off switch is installed. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium im KonvektionsGenerator (Aa; A) Ammoniak und/oder CO2 ist.Device according to one of claims 36 to 42, characterized in that the heat transfer medium in the convection generator (Aa; A) is ammonia and / or CO 2 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass der dampf- oder gasphasenführende Bereich des Leitungsstrangsystems (1) durch Ventile strömungstechnisch vollständig vom Flüssigkeitsstrangbereich abtrennbar ist.Device according to one of claims 36 to 43, characterized in that the vapor or gas phase-carrying area of the line system ( 1 ) can be completely separated from the fluid line area by means of flow technology.
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