DE102021004604A1

DE102021004604A1 - Verfahren zur Umwandlung von potentieller und kinetischer Energie

Info

Publication number: DE102021004604A1
Application number: DE102021004604.8A
Authority: DE
Inventors: Lutz Lindner; Carmen Lindner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-09-06
Filing date: 2021-09-06
Publication date: 2023-03-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wasserkraftanlage mit nur geringem Wasserverbrauch nach dem Vorbild eines Baumes mittels hydrostatischen Paradoxon soll viel Wasser gegen die Schwerkraft nach oben gefördert und Strom erzeugt werden. Zielstellung der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad von Pumpspeicherkraftwerken und Kleinanalgen zu steigern. Mit wenig Wasser einen hohen Druck in der Hochdruckleitung zu erzeugen, um eine große Menge Arbeitswasser periodisch im Kreis durch die Turbine zu fördern. Der Arbeitsraum ist als zusätzlich erfinderische Lösung als Kompressor, Pumpe, Vakuumkammer, Kälteanlage und Wärmepumpe nutzbar. Als Arbeitsmittel zur vorteilhaften Weiterbildung sind Wasserstoff mit Wasserstoffspeicher Holzfüllung, Ammoniakwasser für den Einsatz im Gaswärmemotor und Wasserstoffspeicher vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft Komponenten für ein System für Umwandlung von potentieller Energie, Wasserkraft in kinetische Energie, mechanische Energie, Elektroenergie und Speicherung von Wasserstoff, Kälte und Wärme.
Verfahren und Techniken zur Nutzung des hydrostatischen und hydrodynamischen Paradoxon von Flüssigkeiten sind bekannt jedoch nicht effektiv. Vorbild aus der Natur ist ein Baum, der Wasser ohne Pumpe aus der Wurzel in die Krone fördert.
Bestandteile von Ammoniakwasser sind Wasser und gasförmiges Ammoniak. Je nach Raumtemperatur kann Wasser sehr große Mengen binden.
Pumpspeicherkraftwerke speichern im Oberbecken potentielle Energie und wandeln bei Bedarf diese in mechanische Energie mit geringem Wirkungsgrad um und haben einen hohen Wasserverbrauch.
Aus der AT 14 541 ist ein Verfahren zur Implosion bekannt.
Holz und Kohle bestehen zu 6,4 % aus gebundenem Wasserstoff.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, verbesserte Komponenten für ein System zur Umwandlung von potentieller Energie und Wasserkraft in mechanische Energie, Elektroenergie und Speicherung von Wasserstoff, Kälte und Wärme bereit zu stellen.
Die Erfindungsaufgabe wird mit Merkmalen und Ansprüchen gelöst und offenbart.
Die erfinderische Lösung ist ein Pumpspeicherkraftwerk mit einem Ober- und Unterbecken, Leitungen, Pumpen, Turbinen sowie die dazugehörigen Steuereinrichtungen. Die aus dem Oberbecken als geschlossener oder offener Behälter kommende Hochdruckleitung endet mit dem Hochdruckventil.
Diese wird fortgeführt durch einen Hydraulikschlauch oder analog Faltenschlauch. Das flüssige Hochdruckmedium vorrangig Wasser strömt durch die Anschlussleitung mit Druckentlastungsventil in den Hoch- und Niederdruckbehälter. Dieser ist mit dem Kolben verbunden. Alternativ kann man diesen auch als Zylinder verwenden. Der Hoch- und Niederdruckbehälter ist vorrangig trichterförmig mit der Trichteröffnung zum Kolben oder U-förmig mit innenliegenden Schwimmkörper ausgerüstet.
Der Hoch- und Niederdruckbehälter ist für ein geringes Wasservolumen ausgelegt. Der Zylinderraum mit Hoch- und Niederdruckmedium flüssig oder gasförmig, insbesondere Wasserstoff hat ein großes Volumen und ist mit einer spiralförmigen korkenzieherartigen Leitung zur Nutzung von Implosion mit dem Vor- und Rücklauf des Niederdruckspeichers, Unterbecken, verbunden.
Bei diesem Verfahren soll das hydrostatische Paradoxon praktisch genutzt werden. Der Kolben bewegt sich im Zylinder zwischen dem oberen und unteren Totpunkt hin und her und wird durch Öffnungen und Ventile gesteuert. Das Hochdruckwasser aus dem Zylinder, Arbeitsbehälter, wird in die Turbine oder alternativ Hydraulikmotor geleitet und verrichtet dort Arbeit.
Nach Durchströmen der Turbine wird das Wasser in das Unterbecken oder in den Speicherbehälter weiter geleitet, um erneut über den Vorlauf in den Arbeitsbehälter zu gelangen. Ist der untere Totpunkt des Kolbens erreicht, wird von Hochdruck auf Niederdruck durch Schließen der Hochdruckleitung und Öffnen des Druckentlastungsventils umgestellt. Das Wasser aus dem Unterbecken gelangt zurück in den Arbeitsraum über die Niederdruckleitung während der Kolben sich zum oberen Totpunkt hinbewegt. Mit dem Öffnen des Druckentlastungsventils wird die Hochdruckleitung vom Trichterbehälter getrennt und eine geringe Verlustmenge an Hochdruckwasser gelangt ins Freie oder zurück in den Unterbehälter. Mit einem geringen Volumen kann der hydrostatische Druck mit nur kleinen Volumenänderungen gesteuert werden. Der hydrostatische Druck ist abhängig von der Kolbenbodengrundfläche und der Wasserhöhe, unabhängig vom Gewicht und der Form des Behälters. Bei Hochdruck werden die Dichte des Wassers und das Behältervolumen geringfügig größer. Durch den Hydraulik- und Faltenschlauch ist der entspannte drucklose Trichterbehälter beweglich und kann in seine obere Ausgangsstellung durch vorrangigen Auftrieb zurückgeführt werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht das Wasserkraftwerk in der Zeichnung aus zwei getrennten Anlagen mit zwei Kolben und Zylindern und gemeinsamen Ober- und Unterbecken. Wenn sich der Kolben der Anlage 1 sich nach oben bewegt, ist der Kolben der Anlage 2 in Richtung unterer Totpunkt unterwegs. Der Kolben 1kann zur Unterstützung der Rückführung zum jeweiligen Totpunkt mit den Kolben 2 zusätzlich, siehe 1, mit Seil und Rollen alternativ auch Gestänge oder Wippe oder ähnlichem ausgestattet sein Der Seilzug regelt den Auftrieb des jeweiligen Kolbens und erfährt Auftrieb, je nach Höhe des Wasserstandes des Unterbeckens. Eine Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Oberbecken mit einer Flüssigkeit und einem gasgefülltem Windkessel und alternativen Verdichter verbunden ist. Der Windkessel ist besonders für kleine Kraftwerke und bei geringen Höhenunterschieden und geringem Wasservorrat vorteilhaft. Mit diesem kann der Druck in der Hochdruckleitung beeinflusst werden. Die Erfindung betrifft weiterhin, anstelle vom Wasser, Gase und Dämpfe wie Wasserstoff und Ammoniak und Kühlmittel, bzw. Ammoniak-Wasser als Arbeitsmedium einzusetzen, zu verdichten oder dieses im Vakuum zu verdampfen, Die Arbeitsraumsteuerung kann hydraulisch , pneumatisch, elektrisch oder mechanisch erfolgen Bei komprimiertem Wasserstoff im Zylinder ist weiterhin vorgesehen, diesen mit einem Vorratsbehälter, in dem sich zerkleinertes Holz befindet zu kombinieren. Das Gas soll dort mittels Druck und Temperatur geregelt im Holz gespeichert werden. Wird im Arbeitsraum ein Unterdruck Vakuum erzeugt entzieht dieser dem Holzvorratsbehälter den Wasserstoff zur Nutzung optional. Bei der Nutzung zur Unterdruckerzeugung ist eine weitere erfinderische Lösung der Einsatz von Kühlmitteln vorgesehen. Als Kälteanlagen und Wärmepumpen zum Verdampfen und Kondensieren durch die Aggregatszustandsänderungen werden größere Wärme- und Kältemengen nutzbar. Die Abwärme der Anlagen und aus der Umwelt kann im Hoch- und Niederdruckteil und in den Becken gespeichert werden. Dazu werden erfindungsgemäß Wärmeüberträger, Wärmetauscher in und an den verschiedenen Teilen der Anlage, wie Turbine, Kompressor und Zylinder vorteilhaft. Eine weitere vorteilhafte erfinderische Lösung sieht vor, den Einsatz von Ammoniakwasser flüssig oder in Kombination mit Ammoniak gasförmig als Arbeitsmedium temperaturgesteuert einzusetzen. Durch eine Temperaturerhöhung wird gebundenes Ammoniakgas ausgetrieben und für einen Wärmemotor nach Sterlingprinzip kreislaufartig nutzbar. Denkbar ist auch ein Hydraulik- oder Pneumatikmotor.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen 1 schematische Darstellungen eines Wasserkraftwerkes zur Umwandlung zur potentieller in kinetische Energie mit zwei getrennten Kolben und Arbeitsräumen.
Das Wasser (4) strömt vom Oberbehälter (1) über Hochdruckleitung (5) und dem Hydraulik (6)- und Faltenschlauch (21) über das offene Ventil (9), die Hoch- und Niederdruckleitung (11) zum Hoch- und Niederdruck, Trichterbehälter (16) mit Kolben (12). Der Zylinder mit Arbeitsraum (10) hat mindestens eine Öffnung für den Vor- und Rücklauf zur Vorlaufleitung (14) und Rücklaufleitung (15). Die Vorlaufleitung (14), Anlage A, (7) geht über die Turbine (13) in das untere Becken (2). Der Rücklauf geht vom Unterbecken (2) über die Rücklaufleitung (15) zum Arbeitsraum (10), Anlage B (8)und drückt durch den Auftrieb den Kolben (12) bis zum oberen Totpunkt. Das Entlüftungsventil (9) in der Hoch- und Niederdruckleitung (11) ist geöffnet. Das Hochdruckleitungsventil (9) ist geschlossen. An der Hochdruckleitung (5) ist ein Windkessel (3) mit Verdichter (18) angeschlossen.
Bezugszeichenliste

1: Oberbecken
2: Unterbecken
3: Windkessel
4: Wasser
5: Hochdruckleitung
6: Hydraulikschlauch
7: Anlage A
8: Anlage B
9: Ventile
10: Arbeitsraum
11: Hoch- und Niederdruckleitung
12: Kolben
13: Turbine
14: Vorlaufleitung
15: Rücklaufleitung
16: Trichterbehälter
17: Seilzug
18: Verdichter
19: Schwimmkörper
20: Luft
21: Faltenschlauch

Claims

Verfahren zur Umwandlung von potentieller und kinetischer Energie, betrifft eine Wasserkraftanlage mit einem Oberbecken (1) einer Hochdruckleitung mit Hochdruckflüssigkeit, vorrangig Wasser (4), einem Hydraulikschlauch (6), einem Faltenschlauch (21) mit Hochdruckventil (9) und Anschlussrohr mit Druckentlastungsventil (8), Hoch- und Niederdruckleitung (11), Hoch- und Niederdruckbehälter, Trichterbehälter (16) oder alternativ Behälter mit innenliegenden Schwimmer (19)und Kolben (12),dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (12) im Zylinder, Arbeitstraum (10) zwischen oberen Totpunkt Hochdruck und unteren Niederdruck sich hin und her bewegt. Der Arbeitsraum (10) ein größeres Wasservolumen aufweisst, als der Trichterbehälter (16) mit dem Kolben (12) und mindestens einen Zu- und Ablauf im unteren Bodenbereich oder in der Mantelfläche aufweisst.
Wasserkraftanlage nach Anspruch 1.dadurch gekennzeichnet, dass die Hoch- und Niederruckleitung (11), Vorlaufleitung (14) und Rücklaufleitung (15) und der Einlauf zur Turbine (13) oder Motor mit Steuer- und Regelventilen ausgestattet sind. Das Wasser (4) der Hochdruckleitung (5) ist durch den Kolben (12) vom Arbeitsraum (10) getrennt und endet dort. Durch das Ventil (9) zur Druckentlastung zwischen Trichterbehälter (16) und geschlossenem Ventil (9), Hochdruckleitung (5) kann Hochdruck Wasser (4) entweichen.
Wasserkraftanlage nach Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, durch den Auftrieb und Seilzug (17) mit Umlenkrollen sind die Kolben (12) Anlage A, (7) mit Anlage B, (8) verbunden und bewegen den Kolben (12) Anlage B (8)in Richtung oberen Totpunkt. Der Arbeitsraum (19) mit Wasser (4)erreicht oberen Totpunkt und Ventil (9) steuert auf Hochdruck um.
Windkessel dadurch gekennzeichnet, das Oberbecken (1) ist optional wie Figur (1) zeigt mit dem Windkessel (3) und Verdichter (18)verbunden. Durch den Verdichter wird Luft (20) in den Windkessel und damit in die Hochdruckleitung zur Druckregulierung zugeführt.
Wasserkraftanlage dadurch gekennzeichnet, Anlage A (7) in der unter Hochdruck stehende Arbeitsraum (10) ist mit der Hoch- und Niederdruckleitung (11) Ventil (9) und der Turbine verbunden. Die Turbine verrichtet Arbeit und das Wasser (10) gelangt über die Vorlaufleitung (14) zum unteren Behälter (2). In Anlage B, Nr. 8 fließt das Wasser (4) aus dem Unterbecken (2) über die Rücklaufleitung (15) und die Ventile (9) zur Steuerung zurück in den Arbeitsraum (10) mit Stellung Kolben (12) unterer Totpunkt.
Wasserstoffspeicher: Holz dadurch gekennzeichnet, ein Hoch- und Niederdruckbehälter für Wasserstoff ist mit Leitung und Ventilen (9) mit dem Arbeitsraum (10) ausgebildet. Im Hochdruckbehälter befindet sich zerkleinertes Holz oder alternativ Kohle mit gebundenem Wasserstoff.
Wasserstoffvakuumpumpe dadurch gekennzeichnet, das mit Wasserstoff angereicherte Holz im Behälter ist mit dem Arbeitsraum (10) durch Unterdruck des Kolbens (12) und Zylinders verbunden. Durch den Unterdruck gibt das Holz den Wasserstoff frei und dieser wird zur Nutzung an die Niederdruckleitung frei gegeben.
Wärmepumpen- und Kälteanlage dadurch gekennzeichnet, das Oberbecken (1), Unterbecken (1) Turbine (13), die Teile der Anlagen A und B (7,8) mit Wärmeüberträgern, Wärmetauschern ausgestattet sind, um Kälte und Wärme mittels Leitungen zu transportieren. Der Arbeitsraum (10) ist dabei zum Komprimieren und Verdampfen von Kältemitteln vorgesehen.
Ammoniak-Wassermotor dadurch gekennzeichnet, das Arbeitsmedium anstelle von Wasser (10) Ammoniakwasser bei Raumtemperatur zum Einsatz kommt. Durch den Arbeitsraum (10) und die Temperaturerhöhung oder Kühlung mittels Wärmetauscher wird das Ammoniakwasser entweder gespeichert oder ausgetrieben. Das freigesetzte Ammoniakdruckgas ist mit dem Wärmemotor alternativ Hydraulik- oder Pneumatikmotor verbunden und treibt diesen an. Durch Abkühlung nimmt das Ammoniakwasser das gasförmige Ammoniak wieder auf.