DE102015003629A1

DE102015003629A1 - Verfahren zur dezentralen Erzeugung von Elektroenergie und Anordnung zur Durchführung

Info

Publication number: DE102015003629A1
Application number: DE102015003629.7A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-10-04
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2016-06-09

Abstract

Verfahren zur dezentralen Erzeugung von Elektroenergie und Anordnung zur Durchführung. Vorzugsweise flüssiges Kohlendioxid wird erwärmt und wieder abgekühlt. Dazu wird vorrangig der Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht mittels Solarpanele sowie Abwärme genutzt. Die dabei auftretende Volumenvergrößerung bzw. Verkleinerung wird mittels Permanentmagneten zur Erzeugung von Elektroenergie genutzt. Diese wird in Batterien gespeichert und mittels Wechselrichter in 220 V Wechselstrom umgewandelt und bei Bedarf an den Verbraucher weitergeleitet.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung:
Die Erfindung ist insbesondere anwendbar in Wüsten-, Steppen-, Tundra- und Savannengebieten, wo der Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht sehr groß ist. Hier speziell in Klein- und Kleinstbetrieben und privaten Haushalten. Aber auch in Mitteleuropa bzw. Europa ist der Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht ausreichend.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:
Bekannt sind zentrale, konventionelle Wärmekraftwerke, Richard Laufen, Christoper S. Mellisch: Grundlagen, Wärmekraftwerke, Wasserkraftwerke; AT00000A162374A und AT000000327229B , auf Basis fossiler Brennstoffe (Kohle, Erdöl, Erdgas). Nachteilig ist dabei, dass solche Kraftwerke mit Wasserdampf arbeiten und daher Temperaturen, die weit über 100 Grad Celsius liegen, notwendig sind. Dies erfordert große Mengen an Wärmeenergie. Hierbei entstehen hohe Anteile an Abwärme.
Alle fossilen Brennstoffe enthalten mehr oder minder viel Schwefel. Dieser wird beim Verbrennungsprozess in Schwefeloxid umgewandelt. Dieses reagiert mit Luftsauerstoff und atmosphärischem Wasser zu Schwefelsäure bzw. schwefliger Säure. Sie sind ein starkes Umweltgift und u. a. für das Waldsterben verantwortlich.
Nachteilig ist ferner, dass solche Kraftwerke zentral betrieben werden. Dies bedingt hohe Leitungsverluste vom Kraftwerk zum Verbraucher. Beim Verbrennen fossiler Brennstoffe entstehen große Mengen des Treibhausgases Kohlendioxid, welches ebenfalls ein Umweltgift ist.
Bekannt sind weiterhin Photovoltaikanlagen, meist dezentral. (K. Mertens, Photovoltaik – Lehrbuch zu Grundlagen, Technologie und Praxis; AT000000512996A1 und AT 510 938a12012-07-15 ). Diese wandeln Sonnenenergie direkt in Elektroenergie um. Nachteilig an dieser Lösung sind die hohen Anlagekosten, insbesondere für die Solarzellen und der niedrige erreichbare Wirkungsgrad von etwa 12%. Ein weiterer Nachteil ist, dass Solaranlagen nur Elektroenergie produzieren, wenn die Sonne scheint. Nachts und in den Wintermonaten ist die Stromausbeute Null bzw. gering.
Schließlich sind Wasserkraftwerke ( DE 202012006352U1 ) bekannt. Diese sind nicht überall zu errichten und bedeuten einen signifikanten Eingriff in die Umwelt.
Letztlich gibt es Windräder. (Erich Hau; Windkraftanlagen, Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit und DE 2020120005704U1 ). Diese sind stark vom Wind abhängig und verursachen hohe Anschaffungskosten. Sie sind nur ab einer hohen Größe wirtschaftlich und damit für Klein- und Kleinstbetiebe und private Haushalte ungeeignet.
Ziel der Erfindung: Ziel der Erfindung ist es kostengünstig Elektroenergie zu erzeugen, den Wartungsaufwand so gering wie möglich zu halten und die Anlage ohne schädigende Umwelteinflüsse zu betreiben.
Darlegung des Wesens der Erfindung:
Aufgabe der Erfindung ist es aus billiger Wärmeenergie, die als Sonnenwärme bzw. als Abwärme ausreichend zur Verfügung steht, teure Elektroenergie bei niedriger Temperatur (kleiner 100 Grad Celsius) und hohem Wirkungsgrad zu erzeugen. Unter Druck stehende flüssige Gase, vorzugsweise Kohlendioxid, dehnen sich bei Wärmezufuhr (Temperaturerhöhung) stark aus und verringern ihr Volumen bei Wärmeentzug (Temperaturerniedrigung) unter hoher Kraftwirkung. Dieser Effekt ist seit langem bekannt. (Flüssiggas-Handbuch von Klaus Kurth und Autorenkollektiv). Völlig neu ist die Idee diese Energie zur Energieerzeugung zu nutzen. Die Umwandlung der genannten Energie in Elektroenergie erfolgt mit der Anordnung. Anordnung bestehend aus einem Hohlzylinder aus VA Stahl, mit passgenauem Kolben aus Eisen und einem Simmerring vorzugsweise aus Kupfer, wobei der Hohlzylinder von einer Umwicklung aus Kupferrohr, in welchem sich die Wärmetauscherflüssigkeit (vorzugsweise ein Gemisch aus Wasser und Diethylenglykol) befindet, ummantelt ist und darüber Permanentmagnete, vorrangig aus einem metallüberzogenen, schalenförmigen, gesinterten Neodym-Eisen-Bor-Gemisch. Hierüber ist eine Schicht aus Mineralwolle angeordnet. Im Hohlzylinder, der beidseitig verflanscht und mittels Dichtung abgedichtet ist, befindet sich das unter Druck stehende Arbeitsmittel, vorzugsweise flüssiges Kohlendioxid. Ein Druckpolster, vorrangig aus gasförmigem Stickstoff, sorgt für die Rückbewegung des Kolbens bei Temperaturerniedrigung (Volumenverringerung). Das Magnetfeld der Permanentmagneten durchdringt die Kupferschlange und den Mantel des Hohlzylinders aus VA-Stahl. Bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens im Hohlzylinder werden magnetische Feldlinien geschnitten. Im Kolben wird eine Spannung induziert, welche über die Führungsstange und den Hohlzylinder abgeleitet und den Batterien zugeführt wird. Mittels zweier Wechselrichter erfolgt die Umwandlung dieses Gleichstromes in 220 V Wechselstrom. Dieser gelangt bei Bedarf von hieraus direkt zum Verbraucher.
Ausführungsbeispiel:
Die Erfindung soll anhand einer Zeichnung näher erläutert werden: In einem bis zur Hälfte mit flüssigem Kohlendioxid (8) gefüllten Hohlzylinder (3), aus VA Material, wobei das Kohlendioxid durch das Ventil (2) eingefüllt wurde, befindet sich ein passgenauer Kolben (7) aus Eisen mit Simmerring (13) vorzugsweise aus Kupfer. Der Hohlzylinder (3) ist beidseitig verflanscht (10) und bis 200 bar ausgelegt und geprüft. Gleiches gilt für die Ventile (1); (2) Über dem Zylindermantel ist eine Umwicklung aus Kupferrohr (4) angeordnet, in welchem sich die Wärme-tauscherflüssigkeit (vorzugsweise ein Gemisch aus Wasser und Diethylenglykol) befindet und darüber Permanent-magnete (5), vorzugsweise aus einem schalenförmigen gesinterten, metallüberzogenen Neodym-Eisen-Bor Gemisch. Hierüber befindet sich eine Schicht aus Mineralwolle (6). Diese dient der Wärmedämmung. Mittels gasförmigem Stickstoff wird der Druck im Hohlzylinder durch Öffnen des Ventils (1), beispielsweise mit Hilfe einer Stickstoffflasche auf 60 bar gebracht. Danach wird das Ventil (1) wieder fest verschlossen. Das magnetische Feld durchdringt die Umwickelung aus Kupferrohr (4) und den Hohlzylinder (3) aus VA Material. Bei einer Temperaturerhöhung beispielsweise auf 35 Grad Celsius am Tage dehnt sich das flüssige Kohlendioxid (8) aus. Der Kolben (7) wird nach links bewegt, magnetische Feldlinien geschnitten und dadurch im Kolben (7) eine Spannung induziert, welche an die Führungsstange (9) und den Hohlzylinder weitergegeben wird. Der elektrische Strom wird von hieraus zur Batterie weitergeleitet. Nachts, wenn die Temperatur z. B. auf 15 Grad Celsius sinkt (Volumenverringerung), wird der Kolben (7) durch das Druckpolster (11) zurückbewegt und wiederum eine Spannung induziert, welche an die zweite Batterie weitergeleitet wird. Mittels zweier Wechselrichter erfolgt die Umwandlung der Gleichspannung der Batterien in 220 V Wechselstrom und gelangt von hieraus, bei Bedarf zum Verbraucher. Bei der nächsten Temperaturerhöhung dehnt sich das Kohlendioxid (8) wiederum aus und verringert dessen Volumen bei Temperaturerniedrigung. Der Zyklus von Vor- und Rückbewegung des Kolbens (7) im Hohlzylinder (3) beginnt erneut. Jeweils bei einer Temperaturdifferenz von +/–10 Grad Celsius zwischen dem angewendeten Solarmodul bzw. der Abwärme und dem flüssigen Kohlendioxid (8) wird die Umwälzpumpe (kleiner 0,5 Watt) in Betrieb genommen und bei einem ungefähren Ausgleich der Temperaturen wieder abgeschaltet. Der mit dieser Anordnung erzielbare energetische Wirkungsgrad beträgt 25 Prozent. Die Anordnung kann auch bei Minustemperaturen fehlerfrei betrieben werden, solange die Temperaturdifferenz zwischen Solarmodul bzw. der Abwärme +/–10 Grad Celsius beträgt. Die Anordnung arbeitet ohne schädigende Umwelteinflüsse und ist weitgehend wartungsfrei.
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 Patentliteratur

AT 00000162374 A [0002]
AT 000000327229 B [0002]
AT 000000512996 A1 [0005]
AT 510938120120715 [0005]
DE 202012006352 U1 [0006]
DE 2020120005704 U1 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Richard Laufen, Christoper S. Mellisch: Grundlagen, Wärmekraftwerke, Wasserkraftwerke [0002]
K. Mertens, Photovoltaik – Lehrbuch zu Grundlagen, Technologie und Praxis [0005]
Erich Hau; Windkraftanlagen, Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit [0007]
Flüssiggas-Handbuch von Klaus Kurth und Autorenkollektiv [0009]

Claims

Verfahren zur dezentralen Erzeugung von Elektroenergie, und Anordnung zur Durchführung, nach dem Induktionsgesetz aus Sonnenwärme mittels Sonnenkollektoren, bzw. aus Abwärme, gekennzeichnet dadurch, dass die Volumenvergrößerung bei Temperaturerhöhung bzw. Volumenverringerung bei Temperaturerniedrigung von unter Druck stehenden flüssigen Gasen, insbesondere von Kohlendioxid (8) zur Energiegewinnung genutzt wird. Dabei werden Temperaturen, die kleiner als 100 Grad Celsius sind angewendet. Anordnung bestehend aus einem Hohlzylinder (3) aus VA-Stahl mit passgenauem Kolben aus Eisen (7) mit einem Simmerring (13), vorrangig aus Kupfer. Der Hohlzylinder (3) ist beidseitig verflanscht (10), mit Dichtungen (12) versehen und ummantelt mit einer Umwicklung aus Kupferrohr (4), in welcher sich die Wärmetauscherflüssigkeit (vorzugsweise ein Gemisch aus Wasser und Diethylenglykol) befindet und darüber Permagnete (5), vorrangig aus einem metallüberzogenen, schalenförmigen, gesinterten Neodym-Eisen-Bor Gemisch. Hierüber ist eine Schicht aus Mineralwolle (6) angeordnet, wobei sich im Hohlzylinder (3) das unter Druck stehende Arbeitsmittel, vorzugsweise flüssiges Kohlendioxid (8), befindet. Im Hohlzylinder (3) ist außerdem ein Druckpolster (11), vorrangig aus gasförmigem Stickstoff, gekennzeichnet dadurch, dass diese Elemente so angeordnet bzw. gestaltet werden, dass bei der Vor- und Rückbewegung des Kolbens (7) im Hohlzylinder (3) Elektroenergie generiert wird, wobei der erzielbare energetische Wirkungsgrad 25% beträgt.
Verfahren zur dezentralen Erzeugung von Elektroenergie und Anordnung zur Durchführung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass die Anordnung auch bei Minustemperaturen fehlerfrei arbeitet, solange die Temperaturdifferenz zwischen dem Solarmodul bzw. der Abwärme und dem flüssigen Kohlendioxid +/–10 Grad Celsius beträgt.
Verfahren zur dezentralen Erzeugung von Elektroenergie und Anordnung zur Durchführung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass neben Kohlendioxid (8) auch andere unter Druck stehende Gase bzw. Flüssigkeiten mit hohem Ausdehnungskoeffizienten zur Anwendung kommen.