DE10029274A1 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Luftzugs, z.B. zwecks Gewinnung von Elektrostrom - Google Patents

Description

Es sind allgemein Vorrichtungen zur Erzeugung eines Luftzugs bekannt, die horizontale und vertikale Luftleitungen enthalten. In horizontalen wird die Luft angewärmt, in vertikalen - der Luftzug erzeugt. Solche Vorrichtungen werden zum Abzug von Rauch oder entstehenden Gasen verwendet.

Zur Gewinnung von Elektrostrom sind Projekte der Aufwindkraftwerke bekannt, die Vorrichtungen mit horizontalen und vertikalen Luftleitungen zur Erzeugung eines Luftzugs enthalten. Die horizontale Luftleitungen sind in Form eines Treibhauses (mit durchsichtigem Dach), die vertikale Luftleitungen - in Form eines Kamins gebaut. In horizontalen Luftleitungen wird die Luft von der Sonne angewärmt, in den vertikalen Luftleitungen wird mit Hilfe der angewärmten Luft Luftzug (Aufwind) erzeugt. Der Luftzug wird zum Antrieb von Elektrogeneratoren benutzt. (Beschrieben in Beilage zu "Donau Kurier" Nr. 172, 28/29 Juli 1990 oder Bauingenieur 66 (1991), S. 419-428, Springer-Verlag 1991).

Damit das Aufwindkraftwerk rund um die Uhr funktionieren kann, sind Wärmeaustauscher in Form von wassergefüllten Schläuchen, in welchen am Tag Wärme gespeichert und nachts wieder abgegeben wird, vorgesehen. (Solar Chirnneys. Encyklopedia of Physical Science and Technology. Third Edition 2000. P. 0-10, p. 1, Fig. 2, Fa. Schlaich Bergermann und Partner, Consulting Engineers, Stuttgart).

Einer der Nachteile dieser Projekte liegt in der Notwendigkeit eines hohen Kamins. Je höher der Kamin, desto besser kann die Energie der angewärmten Luft genutzt werden. Andererseits, ein hoher und teuerer Kamin, um sich bezahlt zu machen, verlangt eine große Fläche der horizontalen Luftleitungen, in welchen die Luft angewärmt wird. Die große Fläche der horizontalen Luftleitungen erfordert auch einen großen Innendurchmesser der vertikalen Luftleitungen (des Kamins). Die Anlage, um wirtschaftlich zu sein, muß unbedingt sehr große Ausmaßen haben. Der Kamin kann ein drittel und mehr der Kosten der Anlage ausmachen.

Ein hoher Kamin ist außerdem die Schwachstelle der Anlage. Er ist eine Gefahr im Falle eines Erdbebens, bei zu starkem Wind, oder im Falle der Beschädigung des Kamins.

Ein Nachteil des Prototyps liegt auch in dem, daß die Energie hauptsächlich in entwickelten Ländern gebraucht wird, die vom Äquator weit weg sind, die Aufwindkraftanlage ist aber am effektivsten am Äquator, weil dort der Einfallwinkel der Sonnenstrahlen den ganzen Tag über größer, als in höheren Breiten, ist.

Die große Fläche der horizontalen Luftleitungen und der hohe Kamin verlängern die Länge der Luftleitungen und vergrößern damit den Widerstand der Luftströmungen.

Die beschriebene Nachteile der Anlage kann man durch das im Anspruch 1 aufgeführtes Merkmal mindern oder auch ganz beseitigen.

In den steigenden Luftleitungen wird aus gleichen Gründen, genau wie in vertikalen, Luftzug (Aufwind) entstehen, darum kann der Kamin in diesem Fall bei gleich starkem Luftzug niedriger sein. Wenn die Gesamtsteigung der Luftleitungen ausreichend groß ist, kann die Notwendigkeit in vertikalen Luftleitungen (in einem Kamin) ganz entfallen. Damit entfallen auch die Kosten des Kamins und die Einsturzgefahr.

Das Merkmal nach Anspruch 1 erlaubt nicht nur die Folgen des Einsturzes des Kamins der Anlage harmloser zu machen oder die Notwendigkeit in einem Kamin zu beseitigen, sondern erlaubt auch alle andere erwähnte Nachteile zu mindern.

• 1. Wenn in den steigenden Luftleitungen die Luft (von der Sonne) angewärmt wird, und die Gesamtsteigung in den angewärmten Luftleitungen genau so hoch ist, wie im Kamin des Prototyps, dann ist der Widerstand der Luftströmung kleiner, weil man hier den Strömungswiderstand des Kamins nicht berücksichtigen muß, also wird der Luftzug sogar stärker und der Energiegewinn kann höher sein.
• 2. Wenn es keinen Kamin gibt, ist die Wirtschaftlichkeit praktisch nur von der Höhe der Gesamtsteigung der angewärmten Luft innerhalb der Anlage abhängig. Das bedeutet, daß man in diesem Fall auch kleinere Anlagen (mit kleineren Fläche der Luftleitungen, in welchen die Luft von der Sonne angewärmt wird) bei gleich hoher Wirtschaftlichkeit bauen kann. Das ist besonders im Falle der Verwirklichung eines Pilotprojekts wichtig, wann die Investoren in der Wirtschaftlichkeit noch nicht ganz überzeugt sind.
• 3. Die Wirtschaftlichkeit der Anlage ohne Kamin wird nur von der Höhe des Berges abhängig sein. Wenn man einen passenden Berg findet, kann die Steigung der Luftleitungen 2 und 3 km oder auch noch mehr betragen. Die Wirtschaftlichkeit der Anlage ist bei gleicher Größe anderer Parameter der Anlage proportionell der Höhe der Gesamtsteigung der Luft. Also kann sie bei gleicher Fläche der angewärmten Luftleitungen 2-3 und mehr mal höher sein, als bei einer Anlage mit einem Kamin. (In den Prototyp-Anlagen wird eine Höhe des Kamins von 1000 m angestrebt).
• 4. Die Prototyp-Aufwindkraftanlage ist am besten für das Gebiet in der Nähe des Äquators geeignet, weil dort mittags die Sonne im Zenit steht und die angewärmten horizontalen durchsichtigen Luftleitungen die meist mögliche Energie bekommen. In der vorgeschlagenen Anlage bekommen die angewärmte durchsichtige Luftleitungen die meist mögliche Energie dann, wann der Breitegrad dem Steigungswinkel der Luftleitungen (dem Steigungswinkel des Berges) entspricht. Bei nördlichen Breiten muß die Anlage auf der südlichen Seite des Bergabhangs und umgekehrt, bei südlichen Breite auf dem nördlichen Abhang sein. Das bedeutet, daß wenn man ein geeigneten Abhang findet, kann die Anlage weit weg vom Äquator wirtschaftlicher sein, als das Prototyp am Äquator (weil man keinen Kamin braucht und kürzere Stromleitungen benötigt werden). Das kann ein großer Vorteil für entwickelte Länder bedeuten, weil sie alle weit weg vom Äquator sind.
• 5. Weil Bergabhänge sehr oft wirtschaftlich nicht genutzt werden, kann die Anlage auch in geeigneten wirtschaftlich entwickelten Ländern errichtet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 Schnitt der Anlage entlang der Bergsteigung.

Fig. 2 Frontale Sicht auf die Anlage.

Die Vorrichtung zur Erzeugung eines (Gas-)Luftzugs, z. B., zwecks Gewinnung von Elektrostrom, enthält mindestens teilweise steigende (entlang einer Bergsteige) Luftleitungen 1 mit durchsichtigem Dach 2 (Fig. 1). Unten ist der Lufteingang 3, oben der Luftausgang 4. Der Luftausgang kann in ein Kamin (ist nicht gezeigt) münden. Wenn die Anlage zur Stromgewinnung dient, dann enthält sie mindestens eine Windturbine mit einem Elektrogenerator (ist nicht gezeigt). Die Windturbine befindet sich am besten dort, wo die Luftleitungen sich verengen, z. B. am Luftausgang oder im Kamin.

Wenn die Anlage zur Stromgewinnung dient, dann muß die Fläche, die von der Sonne angewärmt wird, ausreichend groß sein. In diesem Fall ist der Lufteingang sehr Breit, die Luftanlage kann die Form eines Sektors haben (Fig. 2)

Die Aufwindkraftanlage funktioniert genau so, wie auch die Prototypanlage. Die steigenden Luftleitungen haben ein durchsichtiges Dach. Die Sonne (Sonnenstrahlen sind in Fig. 1 mit Pfeilen gezeigt) wärmt die Luft unter dem Dach an, die Luft kommt in Bewegung und strömt nach oben. Die Energie der Luftströmung (des Luftzugs) wird teilweise mit Hilfe von einer Turbine in Elektrostrom verwandelt. Am Tag werden gleichzeitig die Wärmeaustauscher (nicht gezeigt) angewärmt, nachts aber geben sie ihre Wärme ab und darum kann die Anlage rund um die Uhr funktionieren.

Claims (1)

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines (Gas-)Luftzugs, z. B., zwecks Gewinnung von Elektrostrom, die (Gas)Luftleitungen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitungen entlang des Luftstroms bevorzugend so plaziert sind, daß der Luftstrom immer steigend fließen kann, z. B. indem, daß die Luftleitungen mindestens teilweise auf einer natürlichen Steigung (auf einem natürlichen Abhang eines Berges) plaziert sind, dabei sind die Luftleitungen im nördlichen Teil der Erdkugel bevorzugend auf der südlicher Seite der Steigung, im südlichen Teil der Erdkugel bevorzugend auf der nördlichen Seite der Steigung bevorzugend entlang der Steige eines Berges plaziert.