DE102008030676A1

DE102008030676A1 - Nutzung von Druckausgleichsströmungen zur Energiegewinnung mittels Reservoir

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Publication number: DE102008030676A1
Application number: DE200810030676
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-07-01
Filing date: 2008-07-01
Publication date: 2010-01-07

Abstract

Energiegewinnung durch Vorhalten eines Druckreservoirs wodurch in Folge natürlicher Druckschwankungen – z. B. Luftdruckschwankungen – Ausgleichsströmungen zur Umgebung in Verbindungskapillaren entstehen, die zur Energieerzeugung genutzt werden können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Energie unter Ausnutzung von Ausgleichströmungen in Folge von Druckschwankungen, im Besonderen von Luftdruckschwankungen in Verbindung mit einem Druckreservoir.
Stand der Technik
Es ist bekannt Luftströmungen zum Antreiben von mechanischen Einrichtungen oder Generatoren zur Stromerzeugung zu verwenden. So sind beispielsweise Windräder bereits seit dem Altertum bekannt, mit denen Schöpfeinrichtungen betrieben wurden. Neuere Windkraftanlagen werden zur Stromerzeugung eingesetzt. Derartige Anlagen sind weder mobil noch für kleine Bauformen geeignet.
Aufgabenstellung
Oftmals besteht der Bedarf nach einer autonomen Energieversorgung. Zur mobilen Energieversorgung werden oftmals Batterien eingesetzt. Allerdings setzt dies Mindestwartungsperioden zur Wiederaufladung/Auswechselung voraus, um eine Mindestspannung zu gewährleisten. Da die dazu nötige Wartungsarbeit einen oftmals nicht unerheblichen Kostenfaktor darstellt, ist eine autonome Energieerzeugereinheit wünschenswert. Beispielhaft wäre hier eine moderne Anwendung aus dem Transportwesen zu nennen: Moderne Transportbehälter haben zunehmend einen eigenen Energieversorgungsbedarf um z. B. aktive RFIDs mit Spannung zu versorgen. Die Spannungsversorgung solcher Behältnisse wäre eine mögliche Anwendung der vorliegenden Erfindung.
Erfindung
Die vorliegende Erfindung greift auf Druckschwankungen – im Besonderen auf Luftdruckschwankungen – als oftmals natürlich und global vorhandene Energiereservoir und die dadurch ausgelösten Ausgleichsvorgänge zwischen einem Reservoir und der mit dem Reservoir verbundenen oder angrenzenden Umgebung zurück. Dadurch werden insbesondere klimatisch, tageszeitlich und durch Höhenänderungen bedingte Druckschwankungen zur elektrischen wie mechanischen Energiegewinnung nutzbar.
Ausführungsbeispiele-Aufbau einer Druckdifferenz mittels Reservoir
1 zeigt ein durch die Wandung W von einer unmittelbaren Umgebung abgegrenztes Reservoir R. Im Reservoir R herrscht der Druck p_R während in einer Umgebung U der Druck p_U vorliegt. Wird nun das Reservoir R mittels einer oder mehrerer Strömungspassagen K mit einer Querschnittsfläche A mit U verbunden, d. h. K durchstößt W, erfolgt bei einer vorliegenden Druckdifferenz ein Druckausgleich der einen Volumenstrom Q zu Folge hat. Der Volumenstrom Q kann nun mittels einer Vorrichtung zur Umwandlung der kinetischen Energie des Fluids in eine andere Energieform z. B. mechanische, elektrische oder auch thermische Energie genutzt werden. Die für den Volumenstrom erforderliche Druckdifferenz entsteht z. B. durch natürliche oder in Folge von Transportvorgängen – insbesondere. in vertikaler Richtung – entstehenden Druckschwankungen, z. B. Luft- oder Tiefendruckschwankungen.
Als Reservoir R kann zum Beispiel ein extra dafür vorgesehenes Behältniss als auch ohnehin vorhandene abgeschlossene Hohlräume eines Gegenstands – z. B. doppelte Wandungen von Transportbehältnissen – benutzt werden.
Ein konkretes Beispiel zur Anwendung dieses Prinzips wäre eine autonome Energieversorgung der RFID-Elektronik eines Transportbehälters, wie sie z. B. in der Luftfracht verwendet werden. Als Reservoir kann z. B. der Hohlraum zwischen doppelten Wänden des Behälters dienen. Der Druckunterschied kann z. B. durch Höhenunterschiede oder atmosphärische Luftdruckschwankungen aufgebaut werden.
Ausführungsbeispiele-Energieerzeugung durch Ausgleichsströmungen
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele aufgeführt, um den durch den Druckunterschied zwischen p_U und p_R entstehenden Fluidstrom in elektrische Energie zu transformieren. Diese Vorrichtungen befinden sich bevorzugt in der Strömungspassage K aus 1. Die erzeugte Spannung kann direkt für den Betrieb verwendet werden. Insbesondere kann diese zur direkten Versorgung von aktiven RFIDs verwendet werden. Neben der direkten Versorgung von elektrischen Verbrauchern ist auch eine akkumulative Speicherung der zur Verfügung gestellten Energie (z. B. mittels Kondensatoren) mit Hilfe einer entsprechenden Folgeelektronik möglich. Auch Möglichkeiten zur mechanischen Energieakkumulation und Speicherung (z. B. in einem eigenem Energiereservoir) sind möglich.
Reservoir-Mikrogenerator
In 2 ist in die Strömungspassage (K) ein Wandler (W) eingebaut, der die kinetische Energie der Strömung (Q) durch (K) in mechanische Bewegung wandelt, wodurch mit Hilfe eines elektrischen Generators die mechanische Bewegung in elektrische Energie gewandelt werden kann. Der Wandler (W) kann z. B. eine Turbine oder auch ein Pneumatikkolbenmotor sein, um die Verbindungswelle (1) rotatorisch anzutreiben. Der Generator (G) wandelt die Drehbewegung in elektrische Energie um.
Reservoir-Einzel- und Rippelkolben
In 3 erkennt man einen in einem Gehäuse G laufenden magnetisierten (M) Arbeitskolben AK, der den Kolben in die beiden Bereiche V1 und V2 unterteilt. V1 ist mit dem Umgebunsdruck p_U und V2 mit dem Reservoirdruck pR verbunden. An beiden Endanschlägen sind ferromagnetische Segmente F eingearbeitet, wordurch ein Mindestdruckunterschied vorliegen muß, um den Kolben in Richtung gegenüberliegenden Endanschlag in Bewegung zu setzen. Dadurch wird der Kolben abrupt gelöst, was zu einer Induktionsspannungsspitze in den um die Arbeitsräume V1 und V2 gewickelten Spulen S1 bzw. S2 führt. Während der freien Bewegung erzeugt der Magnet ebenfalls Induktionsspannung in den Spulen, mit bewegungsrichtungsabhängigem Vorzeichen. Erreicht der Kolben den gegenüber liegenden Anschlag, wird wieder eine Induktionsspitze beim Einrasten des Magneten M erzeugt.
In 4 ist das Prinzip aus 3 erweitert und wird nachfolgend als Rippelkolben bezeichnet. Dabei bewegt sich wiederum ein magnetisierter Arbeitskolben AK in einem Gehäuse G, wodurch das Volumen wieder in zwei Bereiche V1 bzw. V2 unterteilt wird. Nun sind jedoch in die Wandungen ferromagnetische Materialien F in einem Abstand größer dem Polabstand des M integriert wodurch sich magnetische Einrastpunkte für AK ergeben. Dadurch bewegt sich AK abrupt von einem Einrastpunkt zum nächsten, so fern der Druckunterschied ausreicht den Kolben aus einer Rastposition zu lösen. Dadurch werden in den an den Aufenthaltsort des AK angrenzden Spulen Induktionsspannungen mit relativ hohen Spitzen erzeugt, die zur Energiegewinnung herangezogen werden können.
Fluidoszillator mit Hysterese
In 5 ist in der oberen Hälfte eine Ausführungsform einer Druckweiche DW skizziert deren Aufgabe es ist, zwei vorhandene Drücke – hier p_U und p_R – in größeren (p2) und kleineren (p1) Druck in die Kanäle K1 und K2 zu separieren. Dazu besteht DW aus einem Gehäuse mit vier Öffnungen für p_R, p_U, p1 und p2. Im Inneren des Gehäuses befindet sich der Schaltkolben SK, der den Arbeitsraum in zwei Bereiche unterteilt, nämlich in p_R- und p_U-seitig. Je nach Druckdifferenz befindet sich der Kolben auf der pR oder p_U Seite. Der Kolben SK ist geometrisch so beschaffen, dass er die Kanäle K1 bzw. K2 jeweils mit dem entsprechenden Druckpotential verbindet ohne p_R und p_U kurzzuschließen. Damit wird sicher gestellt, dass der Druck in p2 größer dem Druck p1 ist, was für eine nachfolgend beschriebene Einheit zur selbsterregten Schwingungserzeugung in Folge einer Druckdifferenz hilfreich ist.
In der unteren Hälfte von 5 ist eine Vorrichtung zur selbsterregten Schwingungserzeugung skizziert. Dabei gibt es den Steuerschieber SS und den Arbeitskolben AK als bewegte Teile. Der Steuerschieber SS besteht aus zwei mittels eines Abstandhalters miteinander fixierten Permanentmagneten. Dabei sind die Magneten M1 & M2 gegenseitig abstoßend montiert – es kann auch ein einziges magnetisiertes Element sein, das allerdings eine Polungsperiode mit identischen Abschlußpolen aufweist. Auch der unter dem Steuerkolben befindliche Arbeitskolben AK ist magnetisch ausgeführt. Dabei ist das magnetische Feld des Arbeitskolbens anziehend zum mittig befindlichen Steuerungsschieberpol ausgerichtet. Dadurch wird eine Federsteifigkeit – hier auf magnetischem Wege – zwischen AK und SS realisiert, wodurch sich der Steuerkolben zum Arbeitskolben synchron bewegen würde.
Mittels ferromagnetischem Material F an den beiden Endanschlägen von SS wird eine Hysterese für den Steuerschieber geschaffen. Dies bewirkt ein Losbrechen von SS wenn AK weit genug ausgelenkt ist, um die Anziehungskraft zwischen ferromagnetischem Material F und dem jeweils anliegenden Permanentmagneten M1 oder M2 zu überwinden.
Dadurch liegt die Druckdifferenz am Kolben AK an, und bewegt ihn translatorisch. Im Zusammenspiel mit dem Steuerkolben kann so eine periodische Bewegung erzeugt werden. Die periodische Bewegung der Teile SS und AK kann nun zur Spannungserzeugung genutzt werden. Die Spannungserzeugung kann sowohl kapazitiv (siehe 7.), induktiv (nachfolgend erläutert) als auch in Kombination beider Verfahren erfolgen. Zur induktiven Spannungserzeugung ist eine Spulenanordnung dem sich ändernden magnetischen Fluss der Magnete M1, M2, M3 oder auch M4 aussetzen. Dabei können die Spulen am Rand des Gehäuses platziert werden – z. B. S3 und S1 – oder aber auch um die sich bewegenden Magnete angeordnet werden. Im Falle von M1(M2) ist dies mittels der Spule S4A (S4B) skizziert. Der optionale via Hilfsgestänge HG von AK aktuierte M4 bewegt sich innerhalb von S2.
Von besonderem Vorteil ist die abrupte Bewegung des Steuerkolbens SS, wodurch mit Hilfe der Spulen S3 und S4A/B relativ hohe Spannungsspitzen verfügbar sind. Diese können zum Beispiel direkt zur Energiegewinnung herangezogen werden, als auch zur Speisung einer benötigten Hilfsspannungsquelle für evtl. nachgeschaltete Spannungswandlerelektronik für z. B. U2(t) und U1(t) genutzt werden.
Induktionsstössel
In 6 ist die Strömungspassage/Kapillare K dargestellt, die Reservoir und Umgebung verbindet. In dem (evtl. mit Flüssigkeit gefüllten) Kanal läuft ein oder auch mehrere magnetisierte Kolben AK (bis ggf. AKn). In Folge der Kolbenbewegung wird in die um den Kanal angeordneten Spulen eine Induktionsspannung induziert, die an den Klemmen der Spulen zur Energiegewinnung abgegriffen werden kann. Im Falle mehrerer Stößel ist es von Vorteil die räumlich getrennt laufenden Stößel mit wechselnder magnetischer Ausrichtung anzuordnen, um auf Abstandshaltermaterial verzichten zu können.
Drosselklappe
Die einfachste Vorrichtung die Druckdifferenz mittels selbsterregter Schwingungen nutzbar zu machen besteht aus einem bewegten Teil. Dieses bewegte Teil bewirkt eine Nichtlinearität (Schalter) in der Systemdynamik, wodurch selbsterregte Schwingungen entstehen. 7 bis 9 stellen Ausführungsbeispiele dar, wie sich selbsterregte Schwingungen aus Druckdifferenzen erzeugen lassen. Dadurch, dass das bewegte Bauteil magnetisiert ist kann die Bewegung mittels elektromagnetischer Indukion nutzbar gemacht werden. Es ist dabei nicht zwingend erforderlich, dass das bewegte Bauteil magnetisiert ist. Auch der Einsatz eines stationären Permanentmagneten in Verbindung mit einem aus ferromagnetischen Werkstoff gefertigtem bewegten Bauteils ist bei allen Ausführungsbeispielen möglich.
7 zeigt eine magnetisierte Kugel, die in einer Röhre geführt, auf einem Fluid schwimmt. In Folge des Druckunterschieds steigt der Fluidspiegel, wodurch sich die Kugel ebenfalls mitbewegt. Die Röhre und die Fluidmenge sind so aufeinander abgestimmt, dass ab einer gewissen Steighöhe von unten das Fluid mit der geringeren Dichte in die Röhre gelangt und so die Fluidsäule wieder aus der Röhre herausfliesst. Durch ein erneutes Ansteigen des Fluids im Steigrohr wird der nächste Zyklus der selbsterregten Schwingung eingeleitet.
Durch die Bewegung der magnetisierten Kugel wird eine Spannung in einer Spule induziert und somit die Energie der Schwingung nutzbar gemacht.
8 zeigt eine Klappe KL, die mit einem Gelenk G an der Trennwand (TW), die die Bereiche mit Durck p1 und p2 voneinander abtrennt, befestigt ist. Im geschlossenen Zustand verschließt sie eine Durchgangsöffnung und verhindert somit einen Druckausgleich. Optional kann ein Zwischenreservoir (Druck p2*) mit Blende B angebaut werden. Dieses Zwischenreservoir ist mit einer Blende B mit dem Bereich mit Druck p2 verbunden. Dadurch ist es möglich die Frequenz des Öffnens und Schließens der Klappe einzustellen. Alternativ kann dies auch über einen Kanal mit angepasster Länge geschehen.
14 zeigt eine Variante ohne Gelenk, und 15 eine Variante mit Gelenk aber ohne zusätzlichem Zwischenreservoir.
9 zeigt einen magnetisierten Kolben AK, der in einer Röhre zwischen zwei Anschlägen A gleitet. Je nach Druckunterschied bewegt sich der Kolben nach links oder rechts. Dabei baut sich zwischen Kolben und einem ferromagnetischen Anker F eine von der Auslenkung abhängige Rückstellkraft auf. Ist der Kolben weit genug ausgelenkt, so kann über eine Einkerbung E ein abrupter Druckausgleich erfolgen. Durch die magnetische Rückstellkraft wird der Kolben in Richtung Mittelposition beschleunigt. Dabei wird in den umliegend platzierten Spulen Spannung induziert, die zur Energiegewinnung abgegriffen werden kann. Mittels der Blende B werden die Volumina V1 und V2 von der restlichen Strömungspassage/Kapillare K abgetrennt, wodurch die selbsterregte Schwingung beeinflusst werden kann.
Kapazitive Energieerzeugung (verschiebliche Platten)
In 10 ist das Grundprinzip einer kapazitiven Potentialanhebung auf mechanischem Weg skizziert. Dabei wird der Plattenabstand eines mit der Ladung Q geladenen Kondensators erhöht, wodurch mechanische Arbeit in elektrostatische Energie gewandelt wird. Dabei ist eine Platte als Kolben ausgeführt, der in Folge einer Druckdifferenz zwischen Reservoir P1 und P2 bewegt wird.
In 11 wird die in Abschnitt F3 bereits eingeführte Vorrichtung um eine kapazitive Energieerzeugungsmöglichkeit erweitert. Dabei wird der Arbeitskolben AK elektrisch leitfähig beschichtet. Ferner werden in den beiden Endpositionen zwei isolierte elektrisch leitfähige Platten – Platte q1 und Platte q2 angebracht. Mittels der Umschaltbewegung des Steuerschiebers SS wird jeweils das Plattenpaar mit dem geringsten geometrischen Abstand über den entsprechenden Gleichrichter (D1 bzw. D2) aufgeladen. Im nachfolgenden Arbeitschritt des Arbeitskolbens AK wird mechanische Arbeit in elektrostatische Energie (analog zu 10) gewandelt. Zwischen den Klemmen der entsprechenden Plattenpaare stehen die Spannungen U'₁(t) und U'₂(t) für die Energiegewinnung zur Verfügung.
Piezokeramische Wandungen
16 zeigt ein abgeschlossenes Behältniss B, dessen elastische Wände mit Piezokristallen und/oder Piezofolien bestückt sind. Eine Änderung des Umgebungsdrucks p_u bewirkt eine Verformung der Berandung von B wodurch an den Piezoelementen eine elektrische Spannung auftritt. Alternativ kann die Verformung auch durch „aufblasen” durch einen Volumenstrom Q erfolgen.
aktives Mikrophon/Lautsprecher
In 12 ist die Prinzipskizze eines aktiven Mikrophons/Lautsprechers dargestellt. Durch Druckdifferenzen zwischen Reservoir P2 und Umgebung wird die Membran und damit verbundene Magnete in Bewegung gesetzt, wodurch eine Spannung an den Ausgangsklemmen der Spule abgegriffen werden kann. Eine Anwendung diese Prinzips ist insbesondere in der Logistik nützlich.
Schnatterzungen
In 13 wird die Strömungspassage/Kapillare K durch flexible Zungen eingeengt. Durch einen Fluidstrom werden diese zu Schwingungen angeregt. In dem die Zungen z. B. mit Piezoelementen bestückt sind, kann Energie mittels einer entsprechenden Folgeelektronik aus der Vibration gewonnen werden. Denkbar wäre auch eine induktive Abnahme, mittels mitschwingender Magnete oder bereits an sich magnetischen Zungen und statisch fixer Spulen- bzw. auch umgekehrt. Es können lediglich eine Zunge bis beliebig viele Zungen in einer Röhre zum Einsatz kommen.
Mechanische Energiegewinnung und Akkumulation
Im folgenden sind mehrere Möglichkeiten zur mechanischen Energiegewinnung und Akkumulation im Besonderen durch natürliche Druckschwankungen – im Besonderen Luftdruckschwankungen – aufgeführt.
In 17 ist die Vorrichtung aus Abschnitt F3 um eine Kompressoreinheit erweitert. Der Arbeitskolben AK bewegt den im Durchmesser geringeren Druckkolben DK hin und her, solange eine positive Druckdifferenz zwischen p2 und p1 herrscht. Um sicher zu stellen dass p2 > p1 ist, kann die in der oberen Hälfte von 5 skizzierte und bereits in F3 beschriebene Einheit einer Druckweiche analog verwendet werden. Die Funktion von Steuerschieber SS, Magnet M1, M2 und M3 sowie der Ferrite und der gezeichneten – hier jedoch nur optionalen – Spulen mit den Induktionsspannungen U1 und U ist analog zur bereits beschriebenen Funktion. In Folge der Pumpbewegung von DK öffnen die Rückschlagventile RV1 und RV2 – in der Zeichnung exemplarisch als Kugelventile ausgeführt – je nach Bewegungsrichtung von DK. Angesaugt wird über RV1 aus dem Druckreservoir p2. Je nach Kolbendurchmesserverhältniss von AK zu DK kann der Druck p2 im Volumen Vp in das gepumpt wird entsprechend vervielfacht werden. Mittels eines Ventils V1 – im Besonderen wenn dieses als Überdruckventil mit Hysterese ausgeführt wird – kann bei Bedarf oder Erreichen eines bestimmten Drucks die im Volumen Vp gespeicherte mechanische Energie abgerufen werden. Neben der direkten mechanischen Energieumformung – z. B. als pneumatischer Antrieb – lässt sich hier wiederum ein Stromgenerator und daran eine optionale Einheit zur elektrischen Energiespeicherung/akkumulation (z. B. Kondensator oder Spule) anschließen. Im Besonderen ist dies dann von Vorteil, wenn die direkte elektrische Nutzung aufgrund zu geringer Induktionsspannungen nicht möglich ist. Gestaltet man die Wandungen von Vp elastisch aus, z. B. ähnlich einem Luftballon, so kann nicht nur pneumatisch sondern auch hydraulisch Energie gespeichert werden. In diesem Falle würde nicht ein kompressibles Fluid sondern ein inkompressibles Fluid aus einem Vorratstank der ebenfalls mit dem Druck beaufschlagt würde, gepumpt werden.
18 zeigt eine Vorrichtung, die ebenfalls einen durch Druckschwankungen getriebenen Kompressor darstellt, mit dem ebenfalls aus z. B. atmosphärischen Druckschwankungen pneumatisch oder auch hydraulisch Energie gespeichert werden kann. Dabei muss der Arbeitskolben AK nicht als Kolben ausgeführt sein, er kann auch als Membrane ausgeführt sein, die den Arbeitskolben DK – der selbst ebenfalls als Membran ausgeführt sein kann – aktuiert.
19 Der Arbeitskolben AK wird durch die Druckdifferenz zwischen Umgebungsdruck pU und Reservoirdruck pR translatorisch bewegt. Über eine mit dem AK verbundene mechanische Koppelung z. B. einem Hebelwerk, einem Seiltrommelmechanismus oder wie hier im Besonderen gezeichnet einer Zahnstange ZS und einem Zahnrad ZR wird diese Bewegung in eine Rotation umgewandelt. Über einen Freilauf F wird die Drehbewegung in einer Richtung auf einen ”Ratschenmechanismus” R übertragen, der eine Drehfeder D zwischen R und einer äußeren Scheibe AS spannt. Die Feder D verbindet AS und R.
Für den skizzierten Fall würde eine Bewegung von ZS nach oben den Freilauf freischalten; eine Bewegung nach unten würde den Freilauf sperren und ZR und R im Uhrzeigersinn drehen und damit die Drehfeder spannen. Ein Schalter KA verhindert das Losdrehen der Scheibe AS. Erst ab einem gewissen Drehmoment gibt KA die Scheibe AS frei. Im Besonderen ist der Schalter KA als Kugelsperre – wie skizziert – ausgeführt. Um nach einer erfolgten Freischaltung unnötige Energieverluste der drehenden Scheibe AS einzusparen, wäre eine Vorrichtung KA2 statt KA vorteilhafter. Diese besteht aus einem Gelenk mit Drehfeder G, einem in G gelagerten Hebelarm an dessen Enden die Masse m und eine Rolle R montiert sind. In folge der Drehfeder in G wird die Rolle vom Zentrum der Vorrichtung weg gedrückt. Der Hebel ist mit der sich drehenden Scheibe AS verbunden, d. h. er dreht sich mit der Scheibe mit. Im Falle einer Drehbewegung wirken Fliehkräfte auf die Masse m, wodurch die Rolle vom Rand weggehalten wird aufgrund des entsprechend zu wählenden Hebelverhältnisses zwischen R und m. Erst unter einer bestimmten Drehzahl kann so die Rolle R wieder in die Arretierung einrasten, um die Vorrichtung für den nächsten Ladevorgang zu arretieren. Neben der reinen rotatorisch mechanischen Energie kann an die Scheibe AS ein Generator GEN zur elektrischen Erzeugung mechanisch gekoppelt werden. Die Scheibe AS kann durch die Montage von Permanentmagneten und Spulen (z. B. S1) selbst zum elektrischen Generator werden.
Anstelle einer Drehfeder D kann auch analog jede sonstige Feder zur Energiespeicherung und -akkumulation verwendet werden, hier im Besonderen in Folge von Luftdruckschwankungen.

Claims

Energiegewinnung durch Vorhalten eines Druckreservoirs wodurch in Folge natürlicher Druckschwankungen – z. B. Luftdruckschwankungen – Ausgleichsströmungen zur Umgebung in Verbindungskapillaren entstehen, die zur Energieerzeugung genutzt werden können.
Vorige in Abschnitt F genannten generatorischen Funktionsprinzipien und Vorrichtungen um aus Ausgleichsströmungen zwischen Reservoir und Umgebung elektrische Energie zu erzeugen. Aufbau einer Druckdifferenz mittels Reservoir
Reservoir kann extra Behältnis oder abgeschlossene Hohlräume eines Gegenstands sein. (z. B. Hohlräume und doppelte Umwandungen in Behältnissen, wie z. B. (Luftfracht-)Transportkisten)
Druckdifferenz entsteht dadurch, dass sich der Umgebungsdruck außerhalb eines Reservoirs ändert. Diese Umgebungsdruckschwankungen können z. B. Luftdruckschwankungen z. B. klimatisch, tageszeitlich, durch Höhenänderungen oder Transportvorgänge bedingt sein. Nutzbarmachung der Ausgleichsströmungen
Nutzung von Ausgleichsströmungen zwischen Reservoirs mit unterschiedlichem Druck.
Die erfindungsgemäß erzeugte Ausgleichsströmung wird durch Umwandlung in mechanische bzw. elektrische Energie nutzbar gemacht.
Ein Wandler (z. B. Turbine, Pneumatikmotor...) wandelt die Strömungsenergie in mechanische Energie, die dann von einem Generator in elektrische Energie transformiert wird – siehe 2.
Ein durch die Druckdifferenz bewegter magnetisierter Arbeitskolben induziert in Spule(n) Spannungen. Die Beschleunigung und somit die Spannungsspitzen können durch ferromagnetische Segmente, die magnetische Haltekräfte erzeugen, erhöht werden, da diese Haltekräfte zu einem abrupten Losreisen erst bei einer Mindestdruckdifferenz führen. Ausführungsbeispiele dazu sind in Abschnitt F2 beschrieben und in 3 und 4 dargestellt.
Druckweiche nach 5 oben, die zwei Drücke in größeren und kleineren Druck separiert.
Die Druckdifferenz wird zur Erzeugung einer selbsterregten Schwingung benutzt. Durch Einsatz von magnetisierten und ferromagnetischen Bauteilen sowie von Spulen wird aus der Schwingungsbewegung eine Induktionsspannung erzeugt. Auch eine kapazitive Potentialanhebung kann eingesetzt werden.
Vorrichtung nach Abschnitt F3 bzw. 5 unten in der ein Steuerkolben als Schalter der selbsterregten Schwingung dient. Die Kopplung zwischen Arbeitskolben und Steuerkolben erfolgt magnetisch. Eine Hysterese wird durch magnetische Haltekräfte erzeugt.
Verwendung eines bis mehrere magnetisierter Arbeitskolben, die durch die Druckdifferenz bewegt werden und Spannungen in Spule(n) induzieren (vgl. Abschnitt F4/6).
Vorrichtungen aus einem bewegten Teil, die die Druckdifferenz mittels selbsterregter Schwingung(en) nutzbar machen. Das bewegte Teil ist magnetisiert und kann somit mittels elektromagnetischer Induktion die Bewegung zur Energiegewinnung nutzbar gemacht werden.
Genutzt wird die selbsterregte Schwingung einer in einem Steigrohr geführten magnetisierten Kugel, die auf einem Fluid schwimmt (vgl. Abschnitt F5 und 7).
Eine magnetisierten Klappe trennt zwei Druckbereiche voneinander. Ein Druckausgleich führt zu einer Bewegung der Klappe wodurch eine Spannung in einer Spule induziert wird. Optional kann über an der Trennwand befestigtes ferromagnetisches Material, der Mindestdifferenzdruck der zum öfnnen führt beeinflusst werden. (vgl Abschnitt F5 bzw. 8, 14 und 15)
Ein magnetisierter Kolben kann sich in einem Zylinder mit Einkerbung bewegen. Ein konisch ferromagnetischer Anker mit Spule führt zu einer von der Auslenkung abhängigen Rückstellkraft. (vgl. Abschnitt F6 bzw. 9). Optional kann über eine oderer mehrere Blenden am Zylinder die Schwingung beeinflusst werden.
Kapazitive Potentialanhebung auf mechanischem Weg durch Vergrößerung des Plattenabstands eines oder mehren Kondensators in Folge einer Druckdifferenz zwischen Reservoir und Umgebungsdruck (vgl. F6/10).
Kombination von elektromagnetischer Induktion und kapazitive Potentialanhebung.
Ausführungsbeispiel zu obigem Punkt (Abschnitt F6/11): Vorrichtung mit elektrisch leitend beschichteten Platten, magnetisiertem Arbeitskolben und Steuerkolben, sowie einer Vorrichtung aus Spulen und Dioden, die den Einschlagimpuls des Steuerkolbens zur Aufladung der Platten benutzen.
In den bereits genannten Erfindungen zur Nutzbarmachung der Ausgleichsströmungen kann die Rolle von Magnet und ferromagnetischen Material vertauscht.
Verformung eines Reservoirs/Behältnis werden durch Bestückung der Wände mit Piezoelementen und/oder Spulen und Magneten nutzbar gemacht.
Membranbewegung hervorgerufen durch Druckdifferenz erzeugt Induktionsspannung die zur Energiegewinnung genutzt wird – siehe hierzu F8 bzw. 12.
Elastische Struktur/Membran wird durch Fluidstrom zur Schwingung angeregt, die durch Piezoelemente und/oder Spulen und Magnete entstehende Spannung kann zur Energiegewinnung heran gezogen werden – siehe hierzu F9 bzw. 13.
mechanische Energieakkumulation und Speicherung in Federn oder elastischen Behältnissen in Folge von Druckschwankungen z. B. Luftdruckschwankungen (F10/17, 18, 19)
Druckanhebung mittels Druckschwankungen – im Besonderen zur Energieakkumulation und späteren Wandlung in elektrische Energie
Nutzbarmachungen von in geschlossenen Volumina gespeicherter Energie in Folge von Umgebungsdruckschwankungen, im besonderen interessant für stillgelegte Bergwerke oder ähnlichen hermetisch abschließbaren Kavitäten.