DE4028375A1 - Verfahren und vorrichtung zur energiegewinnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Umwand­ lung von Wärme in elektrische Energie gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 2.

Aus dem Stand der Technik ist eine Einrichtung bekannt, die eine Natriumkonzentrationszelle aufweist, welche im Brennpunkt eines Parabolspiegels angeordnet ist, und zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie ge­ nutzt wird. Anordnungen, die anstelle der Natriumkonzen­ trationszelle einen Stirling-Motor mit nachgeschaltetem Generator verwenden, sind ebenfalls bekannt. Ferner ist die Anordnung eines Wärmespeichers im Brennpunkt eines Parabolspiegels bekannt. Die Energiewandler stehen hier­ bei mit dem Wärmespeicher direkt in Verbindung. In der deutschen Patentanmeldung P 39 20 012.4 ist ein thermo­ elektrischer Generator beschrieben, der nicht nur durch Sonnenenergie sondern auch durch einen oder mehrere Brenner, die mittels fosiler Brennstoffe betrieben wer­ den, auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt werden kann. Bei der Verwendung solcher Wärmequellen treten bei der Ausbildung des thermoelektrischen Generators Schwie­ rigkeiten auf. Insbesondere muß sichergestellt werden, daß der Generator thermomechanisch stabil, korrosions­ fest, hoch absorptiv und gut wärmeleitend ist. Insbeson­ dere bereitet die Kopplung der hohen Absorptivität mit den übrigen Forderungen große Schwierigkeiten bei der Ausbildung des thermoelektrischen Generators. Außerdem werden durch die Verbrennung mit offener Flamme oft un­ zulässige oder unerwünscht hohe Temperaturen erreicht.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem auf einfacherem und di­ rekterem Weg die Erwärmung eines thermoelektrischen Ge­ nerators möglich ist, sowie eine Vorrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens zu schaffen.

Ein solches Verfahren ist im Patentanspruch 1 offenbart. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im Patentanspruch 2 offenbart.

Mit Hilfe einer katalytischen Verbrennung ist eine Auf­ heizen des thermoelektrischen Generators auf die ge­ wünschte Temperatur unter Vermeidung der eingangs ge­ nannten Nachteile problemlos möglich. Erfindungsgemäß wird ein katalytischer Brenner über einen Wärmetauscher an den Hochtemperaturraum des thermoelektrischen Genera­ tors angeschlossen. Hierdurch kann auf eine besonders große thermomechanische Stabilität und eine ebensolche Korrosionsfestigkeit des thermoelektrischen Generators verzichtet werden. Die bei der katalytischen Verbrennung freigesetzte Wärmemenge, die unabhängig von der Tempera­ tur ist, bei der sie freigesetzt wird, kann ohne zusätz­ liche Hindernisse durch den Wärmetauscher auf den ther­ moelektrischen Generator übertragen werden. Die Bildung von Schadstoffen in Form von Stickoxiden, wie sie bei einer Beheizung des thermoelektrischen Generators mit einem durch fosile Brennstoffe betriebenen Brenner ent­ stehen, sind hier ausgeschlossen.

Weiter erfindungswesentliche Merkmale sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet. Die Erfindung wird anhand einer schematischen Zeichnung erläutert.

Die einzige zur Beschreibung gehörende Zeichnung zeigt den schematischen Aufbau eines thermoelektrischen Gene­ rators 1. Die selbst bei dem hier dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel als Natriumkonzentrationszelle aufgebaut. Diese weist als wesentliche Bestandteile einen Hochtem­ peraturraum 2 und einen Niedertemperaturraum 3 auf. Die beiden Räume sind durch eine alkalionenleitende Wand 4 hermetisch voneinander getrennt. Wie anhand der Figur zu sehen ist, wird eine Begrenzungswand des Hochtemperatur­ raums 2 durch einen Wärmetauscher 5 gebildet. An diesen ist ein katalytischer Brenner 6 angeschlossen. Erfin­ dungsgemäß ist die Außengläche 5F des Wärmetauschers 5 mit einer Katalysatorschicht 7 überzogen. Diese kann beispielsweise durch das Auftragen von schwarzem Selte­ nerd-Perowskitpulvern gebildet werden. Die katalytische Schicht 7 ist gleichzeitig Bestandteil des Brenners 6, in den ein für die Verbrennung erforderlicher gasförmi­ ger oder flüssiger Brennstoff in Form von Erdgas, Alko­ hol oder Dieselöl mit der für die Verbrennung erforder­ lichen Luft oder Sauerstoff über die Leitung 6L in den Brenner 6 eingeleitet und an der katalytischen Schicht 7 vorbeigeführt wird. Die bei der katalytische Verbrennung entstehenden gasförmigen Reaktionsprodukte werden über die Leitung 6R nach außen abgeleitet. Die bei der kata­ lytischen Verbrennung freigesetzte Wärmemenge wird mit Hilfe des Wärmetauschers 5 unmittelbar zur Aufheizung des Raumes 2 der Natriumkonzentrationszelle genutzt. Die Natriumkonzentrationszelle 1 enthält als Wärmetransport­ mittel Natrium. Dieses wird durch das Aufheizen des Rau­ mes 2 verdampft und wandert durch die alkalionenleitende Wand 4 in den Raum 3. Aufgrund der dort herrschenden niedrigeren Temperatur wird das Natrium in die flüssige Phase zurückgeführt. Es kann dann aus dem Raum 3 über eine Leitung und eine Pumpe (hier nicht dargestellt) in den Raum 2 zurückgeführt werden. Aufgrund der durch die alkalionenleitende Festelektrolytwand hindurchtretenden Natiumionen kommt es zwischen den beiden Räumen 2 und 3 zur Ausbildung eines Spannungspotentials. Diese Spannung kann zwischen den beiden Stromabnehmern 2E und 3E der beiden Räume 2 und 3 abgegriffen werden.

Erfindungsgemäß besteht die Möglichkeit, anstelle eines thermoelektrischen Generators dieser Art auch einen See­ beck-Generator oder einen Stirling-Motor mit nachge­ schaltetem Generator zu verwenden.

Claims (7)

1. Verfahrung zur Umwandlung von Wärme in elektri­ sche Energie mit wenigstens einer Wärmequelle (6) und einem damit verbundenen Energiewandler (1), dadurch ge­ kennzeichnet, daß die dem Energiewandler (1) zuzu­ führende Wärme durch katalytische Verbrennung gewonnen wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Wärmequelle (6) und einem Energie­ wandler (1) dadurch gekennzeichnet, daß der Enegiewand­ ler (1) als thermoelektrischer Generator ausgebildet ist, dessen Hochtemperaturraum (2) mit einem Bauteil (6) in wärmeleitender Verbindung steht, das für die kataly­ tische Verbrennung ausgelegt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hochtemperaturraum (2) des thermoelek­ trischen Generators (1) durch ein Wärmetauscher (5) be­ grenzt ist, an den ein katalytischer Brenner (6) ange­ schlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf eine Außenfläche (5F) des Wärmetausch­ ers (5) eine katalytische Schicht (7) aufgetragen ist, und daß die Außenfläche (5F) eine Innenfläche des kata­ lytischen Brenners (6) ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem katalytischen Brenner (6) über eine Leitung (6L) gasförmiger oder flüssiger Brennstoff sowie Luft und Sauerstoff zuführbar und über die katalytische Schicht (7) leitbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytische Schicht (7) aus schwarzen Seltenerd-Perowskitpulvern hergestellt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoelektrische Gene­ rator (1) als Natriumkonzentrationszelle, als Seebeck- Generator oder als Stirling-Motor mit nachgeschaltenem Generator ausgebildet ist.