DE102010046951A1 - Aggregat zur Erzeugung eines Arbeitsdruckers eines Arbeitsmediums, welches keine feste Gitterstruktur aufweist, ohne mechanische Verdichtung - Google Patents

Abstract

Aggregat zur Erzeugung eines Arbeitsdruckes eines Arbeitsmediums, welches keine feste Gitterstruktur aufweist, ohne mechanische Verdichtung. Dieses Aggregat ist gekennzeichnet durch: Das Aggregat ist ein geschlossenes oder offenes System, welches über einen gegenüber dem atmosphärischen Druck erhöhten, variablen Systemgrunddruck verfügt. Als Energiequelle dient jeder natürliche Energiefluss aus der Umgebung des Aggregates mit einem hinreichend hohem Niveau. Ein Wärmeausgleichsmodul ist so ausgeführt, dass es wechselseitig das Arbeitsmedium erhitzen und abkühlen kann. Ausgehend vom Systemgrunddruck erhöht sich in dessen Folge auf der Grundlage des Druck-Volumen-Temperatur-Gesetz ( p×VT = const.) der Druck des Arbeitsmediums bei Erwärmung und verringert sich bei Abkühlung. Der hohe Druck gleicht sich in einen Speicherbehälter 1 aus, der verringerte Druck gleicht sich in einen Speicherbehälter 2 aus. Daraus ergibt sich eine arbeitsfähige Druckdifferenz zwischen Speicherbehälter 1 und 2. Durch eine Steuerung wird gewährleistet, dass alle Komponenten zeitlich frei variierbar angesteuert, beliebig miteinander verbunden oder getrennt werden...

Description

• Der Titel/Name des Aggregates wird auf „Alpha-Quattro-Solaris” (AQS) festgelegt.
• Der Großteil der bislang wirtschaftlich eingesetzten Wärmekraftmaschinen basiert auf dem Zusammenhang des Druck-Volumen-Temperatur-Gesetz ( p×V / T = const.).
• Bei den bislang bekannten Maschinen treten folgende Zusammenhänge auf:
• – Die einzelnen Takte des Arbeitsprozesses sind aneinander gekoppelt und/oder
• – der Systemarbeitsdruck fährt nach Durchlauf eines Zyklus gegen den atmosphärische Druck und/oder
• – mechanisch bewegte Systeme unterliegen einem hohem Verschleiß und/oder
• – bei Systemen mit erhöhtem Grunddruck gegenüber dem atmosphärischen Druck treten Dichtungsprobleme auf und/oder
• – leistungsfähige Systeme unterliegen einem hohen konstruktiven Aufwand.
• Aus diesen Zusammenhängen heraus ergibt sich vordergründig das Problem dieser Systeme, dass das Arbeitsvermögen des jeweiligen Arbeitsmediums nur teilweise genutzt wird, obwohl ein zum Teil beträchtlicher konstruktiver Aufwand betrieben wird. Des Weiteren sinkt größten Teils mit zunehmender Prozessgeschwindigkeit der Wirkungsgrad. Dies resultiert vordergründig daraus, dass das Arbeitsmedium nicht genügend Zeit hat seine Energie zu übertragen. Nach bestem Wissen und Gewissen wurden Recherchen in eigener Regie durchgeführt, welche in Summe nach dem derzeitigen Stand der Technik keine Möglichkeit erkennen lässt, geringe Temperaturdifferenzen direkt und kostengünstig zur Umwandlung thermischer Energie in mechanische Energie zu nutzen.
• Der im Patentanspruch (Anlage 5) angegebenen Erfindung liegt die Lösung dieser Probleme zugrunde. Alle Stufen des Prozesses zur Umwandlung von thermischer in mechanische Energie werden voneinander getrennt und einzeln angesteuert. Die damit erreichten Vorteile sind:
• – Dem Arbeitsmedium wird durch zeitliche Steuerung ermöglicht, ein Maximum seines natürlichen Energieübertragungsvermögens umzusetzen.
• – Es tritt minimaler Verschleiß auf, da nur wenige bewegte Teile das System bestimmen.
• – Die Herstellungskosten sind niedrig, da der konstruktive Aufwand sehr gering ist.
• – Da alle bewegten Teile innerhalb des Systems liegen, sind die Dichtungsprobleme auch bei hohem Systemgrunddruck nur geringfügig. Damit sind auch geringe Temperaturdifferenzen nachhaltig nutzbar, da geringere Temperaturdifferenzen durch erhöhte Teilchenmenge ausgeglichen werden können!
• – Durch die Gleichrichtung der Wirkungsrichtung der Volumenarbeit und die Synchronisation der gegenläufigen Prozesse sind hohe Wirkungsgrade zu erwarten.
• Ausführungsbeispiel
• Umsetzung in ein reales System: Alpha Quattro Solaris (AQS)
• Dieses System konzentriert sich auf den natürlichen Energiefluss, welcher durch den natürlichen Ausgleich thermischer Energie in Gasen erfolgt. Die Mechanismen der Ausgleichsvorgänge sind hinreichend bekannt: (bspw.: Taschenbuch Maschinenbau, Band 1, Grundlagen; VEB Verlag Technik Berlin 1964)
• Das Speichervermögen des Systems wird dadurch hergestellt, dass eine der Zustandsgrößen (im vorliegenden Fall das Volumen) konstant gehalten wird. Unter dieser Voraussetzung ist es möglich, eine Temperaturveränderung in Form eines veränderten Druckes des Arbeitsmediums in einem Behälter festzuhalten und durch verschließen (Volumen = konstant) und isolieren (Temperatur = konstant) zu speichern.
• Dieser Speichervorgang erfolgt als Differenzspeicher sowohl bei Temperaturzunahme, als auch bei Temperaturabnahme. Zusammengeführt über eine Arbeitskraftmaschine und einer kontinuierlich wechselseitigen Erwärmung und Abkühlung des Arbeitsmediums und anschließender Zwischenspeicherung des resultierenden Über- bzw. Unterdruckes im gegebenen Niveau kann stetig mechanische Energie abgeführt werden.
• Anmerkung:
• Zur Umsetzung/Nutzung geringer Temperaturdifferenzen wird ein genügend hoher Systemgrunddruck verwendet (z. B. 100 bar für Differenzen von 60 Grad). Dieser ist ohne großen technischen Aufwand realisierbar, da es sich in diesem Fall um ein geschlossenes System handelt.
• Schematische Darstellung: Figur siehe Anlage 6
• Berechnung der speicherbaren Druck- und Temperaturdifferenzen
• Zusammenstellung der Druck- und Temperaturentwicklung in den Speicherbehältern 1 und 2 nach n Takten des Erwärmens und Abkühlens des (gasförmgen) Arbeitsmediums durch Bewegen des Verdrängerkolbens und damit Überströmen des Arbeitsmediums vom kalten in den Warmen Bereich des Wärmeausgleichsmoduls und wieder zurück.
• Die Ventile 3 und 4 bleiben geschlossen, es erfolgt demzufolge kein Druckausgleich über die Turbine. Die Berechnung erfolgt auf der Grundlage der Beziehung Druck·Volumen/Temperatur = konstant und berücksichtigt keine Verluste.

  Ausgangssituation:
  Speicherbehälter 1			Wärmeausgleichsmodul		Speicherbehälter 2
  			warm	kalt
  Volumen Druck		20 ltr. 100 bar	1 ltr. 80°C	1 ltr. 20°C	20 ltr. 100 bar
  Takt	Druck in bar	T in °C	Differenzen		Druck in bar	T in °C
  			bar	°C
  0	100	80	0	60	100	20
  1	102	87	3	71	99	16
  2	103	92	6	80	97	12
  3	105	97	8	87	96	10
  4	106	101	10	93	96	7
  5	107	104	12	98	95	5
  6	107	106	13	102	94	4
  7	108	108	14	106	94	2
  8	108	110	15	109	94	1
  9	109	111	16	111	93	0
  10	109	113	16	113	93	0
  11	109	113	17	114	93	–1
  12	110	114	17	116	93	–1
  13	110	115	17	117	93	–2
  14	110	115	18	118	92	–2
  15	110	116	18	118	92	–2
  16	110	116	18	119	92	–3
  17	110	117	18	119	92	–3
  18	110	117	18	120	92	–3
  19	110	117	18	120	92	–3
  20	111	117	18	120	92	–3

• Anmerkung:
• Je Größer das Volumen der Speicherbehälter im Verhältnis zum Wärmeausgleichsmodul ist, um so mehr Takte sind notwendig, bis sich (fast) keine Veränderungen in den Differenzen ergeben und umgekehrt. Berechnungstabelle

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• Taschenbuch Maschinenbau, Band 1, Grundlagen; VEB Verlag Technik Berlin 1964 [0006]

Claims (1)

1. Aggregat zur Erzeugung eines Arbeitsdruckes eines Arbeitsmediums, welches keine feste Gitterstruktur aufweist, ohne mechanische Verdichtung. Dieses Aggregat ist gekennzeichnet durch: Das Aggregat ist ein geschlossenes oder offenes System, welches über einen gegenüber dem atmosphärischen Druck erhöhten, variablen Systemgrunddruck verfügt. Als Energiequelle dient jeder natürliche Energiefluss aus der Umgebung des Aggregates mit einem hinreichend hohem Niveau. Ein Wärmeausgleichsmodul ist so ausgeführt, dass es wechselseitig das Arbeitsmedium erhitzen und abkühlen kann. Ausgehend vom Systemgrunddruck erhöht sich in dessen Folge auf der Grundlage des Druck-Volumen-Temperatur-Gesetz ( p×V / T = const.) der Druck des Arbeitsmediums bei Erwärmung und verringert sich bei Abkühlung. Der hohe Druck gleicht sich in einen Speicherbehälter 1 aus, der verringerte Druck gleicht sich in einen Speicherbehälter 2 aus. Daraus ergibt sich eine arbeitsfähige Druckdifferenz zwischen Speicherbehälter 1 und 2. Durch eine Steuerung wird gewährleistet, dass alle Komponenten zeitlich frei variierbar angesteuert, beliebig miteinander verbunden oder getrennt werden können. Sie stellt insbesondere sicher, dass die gegenläufigen Prozesse beim Erwärmen und beim Abkühlen des Arbeitsmediums voneinander getrennt und in ihrer Wirkungsrichtung der Volumenarbeit gleichgerichtet werden. Ausgehend von dieser beliebigen Steuerbarkeit ergibt sich ein breites Band von unterschiedlichen Anwendungen. Für nachfolgende Anwendungen wird zusätzlicher Patentanspruch erhoben: 2. a) Arbeitskraftmaschine, wenn die vom Aggregat hergestellte Druckdifferenz im geschlossenen System mittels einer Turbine oder einer anderen Arbeitskraftmaschine in mechanische Arbeit umgewandelt wird. 3. b) Druck(differenz)speicher, wenn durch verschließen der Behälter der vom System erzeugte Druck des Arbeitsmediums gespeichert und vorgehalten wird. 4. c) Temperatur(differenz)speicher, wenn durch isolieren der Behälter die vom System erzeugte Temperatur des Arbeitsmediums gespeichert und vorgehalten wird. 5. d) gesteuerter thermischer Schwingkreis, da aufgrund des beschriebenen Systems sich neben der Druckdifferenz eine Temperaturdifferenz aufbaut, welche größer ist als die Ausgangstemperaturdifferenz. 6. e) Kopplung gegenläufiger Systeme nach dem Druck-Volumen-Temperatur-Gesetz, mit dem Ziel die Wirkungsrichtung der Volumenarbeit der gegenläufigen Einzelsysteme gleich zu richten. 7. f) Jede Maschine, die sich aus der Kombination von zwei oder mehr unter a) bis e) genannten Anwendungen ergibt

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