DE102021113376A1

DE102021113376A1 - Dampfbetriebenes Turbinenaggregat

Info

Publication number: DE102021113376A1
Application number: DE102021113376.9A
Authority: DE
Inventors: Ronny Grunert; Lukas Basan; Max Thomas Michael
Original assignee: Individual
Current assignee: Nexth2o2 Zwickau De GmbH
Priority date: 2020-05-25
Filing date: 2021-05-24
Publication date: 2021-11-25
Also published as: WO2021239186A4; WO2021239186A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dampfbetriebenes Turbinenaggregat mit katalytischer Treibstoffzerlegung mit einem Antrieb (A) mit mindestens einer Turbinenstufe (1), wobei erfindungsgemäß die Turbinenstufe (1) dampfbetrieben ist und der Turbinenstufe (1) mit katalytischer Treibstoffzerlegung eine Verdampferkammer (6) vorgeschaltet ist, der ein katalytisch zerlegbarer Energieträger als Treibstoff zuführbar ist und dass in der Verdampferkammer (6) mindestens ein mit dem Treibstoff reagierender Katalysator angeordnet ist.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein dampfbetriebenes Turbinenaggregat nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs, welches insbesondere als Antriebsaggregat für Fahrzeuge und stationäre Maschinen und Geräte dient.
Elektrische Antriebe und Verbrennungsmotoren haben den Nachteil der hohen Schadstoffemission im Betrieb oder bei der Herstellung.
Bekannte Antriebsmaschinen mit Benzin- oder Dieselkraftstoffantrieb sind vielfältig verbreitet, auch Gasturbinen sind hinlänglich bekannte Antriebe. Zwar sind diverse Möglichkeiten zur Senkung der schädlichen Emissionen bekannt, jedoch ist die völlige Beseitigung konstruktiv bedingt unmöglich. Auch bei der Herstellung von elektrischen Antrieben ist die hohe Schadstoffemission bekannt.
Zum hier benannten Antriebsverfahren sind bereits Ansätze bekannt, beispielsweise der Walther-Antrieb. Gemäß Wikipedia war das Ziel die Entwicklung eines Systems, das auch unter Wasser, wo Dieselmotoren nicht einzusetzen waren, genügend Strom für die Elektromotoren erzeugt. Die üblicherweise verwendeten Akkumulatoren hatten eine zu geringe Kapazität. So versuchte man mit Hilfe eines Katalysators Wasserstoffperoxid in Heißdampf zu verwandeln und anschließend über eine Turbine Strom zu erzeugen.,
Im so genannten kalten Verfahren wurde Wasserstoffperoxid zur Erzeugung von Kraft in einer Turbine genutzt. Dieser Ansatz setzt jedoch ein immenses Tankvolumen voraus, da H₂O₂ lediglich 1/55 der Energiedichte von Ottokraftstoff besitzt. Das heiße Verfahren ist als Ladung und Sauerstoffzufuhr für einen Dieselmotor zu betiteln, der wiederum toxische Emissionen erzeugt.
Die neueste bekannte Entwicklung bezüglich des Walther-Verfahrens entstand durch Anwendung des kalten Verfahrens mit dem Einsatz eines Reaktorkatalysators zur Rückgewinnung überschüssiger Energie. Eine derartige Antriebsmaschine wurde bereits in einem KFZ verbaut, siehe DD160071A1 .
Aus der Druckschrift DD 160071 A1 ist somit bereits ein Verfahren bekannt, welches durch katalytische Zerlegung eines Energieträgers Energie durch exotherme Reaktion freisetzt, wobei als Restprodukt ein absolut schadstofffreies Gasgemisch entsteht. Dieses Wasserdampf-Sauerstoffgemisch soll durch ein energiehebendes Verfahren in einem geschlossenen Kreislauf wieder in das Ausgangsprodukt umgewandelt und dem Bevorratungsbehälter zugeführt werden. Die Energiezuführung erfolgt in einem Reaktorkatalysator und beim Hindurchleiten des Wasserstoffes und des Sauerstoffes durch einen Temperaturschock bei -115 Grad C. Dieses Verfahren weist einen sehr hohen Energieverbrauch auf.
Im Gegensatz zu DD160071 A1 wird beim Walther-Antrieb der zum einen, einen funktionsfähigen und ökonomischen Reaktorkatalysator präsentiert, zum anderen einen höchsteffizienten Regelungsmechanismus, eine oder mehrere Turbinenstufen möglichst wirtschaftlich angesteuert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein dampfbetriebenes Turbinenaggregat zu entwickeln, das durch Flüssigkraftstoff betrieben werden kann und gleichzeitig wirtschaftlich ist und schadstofffrei bzw. nahezu schadstofffrei arbeitet. Unter Anwendung des bereits gewonnenen Wissens über derartige Antriebe bzw. das Walther-Verfahren soll eine, in der Herstellung günstige und wirtschaftliche, Lösung entwickelt werden, die zusätzlich auch auf Probleme verschiedenster moderner Antriebskonzepte eingeht und ein ökonomisches und funktionelles sowie energiesparendes, dampfbetriebenes Turbinenaggregat bereitstellt.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das dampfbetriebene Turbinenaggregat mit katalytischer Treibstoffzerlegung weist einen Antrieb mit mindestens einer Turbinenstufe auf, wobei die Turbinenstufe dampfbetrieben ist und dass der Turbinenstufe erfindungsgemäß mit katalytischer Treibstoffzerlegung eine Verdampferkammer vorgeschaltet ist, der ein katalytisch zerlegbarer Energieträger als Treibstoff zuführbar ist und dass in der Verdampferkammer mindestens ein mit dem Treibstoff reagierender Katalysator angeordnet ist.
Der Treibstoff als Energieträger ist dabei bevorzugt ein schadstofffreier, nicht brennbar, flüssiger Stoff, der in einem Vorratsbehälter bereitgestellt wird, der mit der Verdampferkammer über eine Leitung in Verbindung steht, so dass der Treibstoff aus dem Vorratsbehälter (Tank) in die Verdampferkammer geleitet wird.
Als Katalysator finden dabei bevorzugt Metalle bzw. Metalloxide oder Metalllegierungen oder andere Stoff in der Verdampferkammer Anwendung, die mit dem Treibstoff reagieren.
Das Energieübertragungsmedium für den Antrieb der Turbinenstufen ist bei der katalytischen Treibstoffzerlegung entstandener und unter Druck stehender Wasserdampf.
Die mindestens eine Turbinenstufe weist dabei bevorzugt eine Ausgangsleitung auf, über die das, aus der Turbinenstufe austretende Medium/Fluid einem Reaktorkatalysator und einem sich anschließenden Kälteschock, in welchen das Ausgangsprodukt in Form des Treibstoffes zurückgewonnen wird, zuführbar ist.
Der Kälteschock ist über eine Leitung mit dem Vorratsbehälter verbunden, so dass der rückgewonnene Treibstoff aus dem Kälteschock in den Vorratsbehälter gefördert wird und im Prozess somit einer weiteren Verwendung als Treibstoff zur Verfügung steht.
Bevorzugt weist der Antrieb eine oder mehrere, ein- oder mehrstufige, Turbinenstufen aufweist, wobei die Umwandlung der thermischen Energie in einer oder mehreren, ein- oder mehrstufigen, Turbinenstufen erfolgt.
Dem Turbinenaggregat kann ausgangsseitig ein Getriebe nachgeschaltet sein, über welches mehrere Verbraucher antreibbar sind.
Bevorzugt ist der ersten Turbinenstufe des Antriebs die Verdampferkammer vorgeschaltet. Mit der Verdampferkammer steht eine Zuführung bzw. Zuführleitung für Treibstoff in Form von Wasserstoffperoxid (H₂O₂) aus dem Vorratsbehälter (Tank) in Verbindung. In der Verdampferkammer ist der mit dem Treibstoff reagierende Katalysator, bevorzugt in Form einer Folie, angeordnet, mit welcher das eingeblasene H₂O₂ reagiert, wobei die Folie insbesondere eine platinbedampfte / platinbeschichtete mit dem im Wasserstoffperoxid befindlichen Phosphoranteilen reagierende Folie ist. Die Verdampferkammer ist wiederum über eine Leitung mit mindestens einer Düse verbunden, welche bei der Reaktion in der Verdampferkammer entstandenen heißen Wasserdampf mit einem Sauerstoffanteil (von ca. 13%) in die erste Turbinenstufe mit Druck einbringt. Dabei bleibt der Sauerstoffanteil konstant, da 2H₂O₂ →2H₂O + O₂, woraus sich nach Standardwerten zur Masse der Reaktionsprodukte (in jeder Formelsammlung ablesbar) ein Verhältnis von 13% Sauerstoff zu 87% Wasserdampf ergibt.
Der der Antrieb ist direkt oder über ein Getriebe mit einem oder mehreren Verbrauchern verbunden.
Weiterhin ist die Verdampferkammer über eine Leitung mit einem Sekundärverdampfer verbunden, wobei ein zwischen Verdampferkammer und Sekundärverdampfer angeordnetes Einwegeventil den Durchfluss von der Verdampferkammer zum Sekundärverdampfer ab einer eingestellten Kühlmitteltemperatur (bevorzugt ab 150°C) freigibt.
Der Sekundärverdampfer wird über eine zweite Leitung und eine zweite Lavaldüse mit einer zweiten Turbinenstufe und über eine dritte Leitung und eine dritte Lavaldüse mit einer dritten Turbinenstufe verbunden, so dass die zweite Turbinenstufe sowie die dritte Turbinenstufe durch das Erhitzen und Zerlegen von H₂O2 im Sekundärverdampfer antreibbar sind.
Es besteht die Möglichkeit, dass der Sekundärverdampfer auch nur mit einer Turbinenstufe verbunden ist oder auch dass dieser mit mehr als zwei Turbinenstufen verbunden ist.
Verfahrensgemäß werden Abwärme bzw. Restwärme im Schmiermittel (z.B. Öl der Turbine) erneut zur katalytischen Zerlegung bzw. Verdampfung verwendet, beispielsweise durch den Einsatz von Wärmetauschern, durch welche das erwärmte Schmiermittel, welches beim Austritt aus der Turbinenstufe eine Temperatur von insbesondere 100 bis 200 °C aufweist, strömt.
Es ist möglich, die Effizienz des Gesamtsystems durch ein energiehebendes Verfahren (bspw. Destillation) zu steigern. Dabei wird die im Dampf nach Austritt aus der Turbine enthaltene thermische Energie verwendet, um das Dampf-Sauerstoff-Gemisch zurück zu H2O2 zu wandeln oder um die Konzentration des im Vorratsbehälter befindlichen H2O2 zu steigern.
Alle Prozessschritte werden bevorzugt elektronisch überwacht und zur Steigerung der Effizienz und Sicherheit geregelt.
Vorteilhafter Weise werden mit der erfindungsgemäßen Lösung im Betrieb keine Schadstoffe freigesetzt, so dass das dampfbetriebene Turbinenaggregat umweltfreundlich arbeitet.
Weiterhin benötigt das dampfbetriebene Turbinenaggregat Aggregat keine Luftzufuhr, sodass es auch unter Wasser oder im luftleeren Raum betrieben werden kann.
Es ist möglich, dass dampfbetriebene Turbinenaggregat stationär oder mobileinzusetzen. Bevorzugt soll das erfindungsgemäße dampfbetriebene Turbinenaggregat als Fahrzeugantrieb Anwendung finden.
Dabei kann kinetische Energie, die während eines Bremsvorgangs in einem Kinetic Energy Recovery System = KERS (engl. f. elektrisches System zur Bremsenergierückgewinnung) gespeichert werden und beim erneuten Anfahren oder Beschleunigen verwendet werden kann.
Weiterhin ist es möglich, ein Energy Recovery System (ERS);
deutsch Energierückgewinnungssystem) zu integrieren, welches ebenfalls der Energierückgewinnung dient. Im Gegensatz zum KERS System, das nur auf der Energierückgewinnung von kinetischer Energie basiert, besteht das ERS aus zwei Systemen: Ein ERS-K genanntes System zur Rückgewinnung kinetischer Energie mithilfe des Motor-Generator-Unit-Kinetic (MGU-K) genannten Generators und ein ERS-H genanntes System für die Rückgewinnung von Energie aus dem Abgasstrom, siehe Heat Energy Recovery System, mithilfe eines Motor-Generator-Unit-Heat (MGU-H) genannten Generators. Die Leistung des ERS kann zur Erhöhung der Leistung bei der Beschleunigung und/oder beim Anfahren genutzt werden.
Alternativ kann auch ein anderes Rekuperationssystem verwendet werden.
Mit den erfindungsgemäßen dampfbetriebenen Turbinenaggregat können neben der Realisierung des Fahrzeugantriebs auch Zusatzaggregate, wie Generator, Kältekompressor über ein Verteilergetriebe oder Riemen- bzw. Kettentrieb mit dem Antrieb gekoppelt werden und von diesem antreibbar sein.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein dampfbetriebenes Turbinenaggregat zur Verfügung gestellt, das mit einem geeigneten Getriebe verbunden ist und die Energie auf die notwendige Antriebsform überträgt. Da im Betrieb keine toxischen Abgase entstehen dürfen, wurde eine Lösung konzipiert, die durch katalytische Zerlegung des Energieträgers Energie durch eine exotherme Reaktion freisetzt und als Produkt ein schadstofffreies Gasgemisch entsteht. Zur Erzielung einer guten Wirtschaftlichkeit muss das entstehende Gasgemisch durch ein energiehebendes Verfahren in einem geschlossenen Kreislauf wieder in das Ausgangsprodukt umgewandelt und dem Vorratsbehälter zugeführt werden.
Die Zuführung von Energie findet in einem Reaktorkatalysator statt, sowie beim Hindurchleiten des Dampfgemischs durch einen gekühlten Dampf-Kondensator.
Die Anwendung der Erfindung soll insbesondere als Antriebsaggregat für Fahrzeuge sowie stationäre Maschinen und Geräte dienen oder als kinetische Energie- und Wärmequelle, erfolgen.
Die Zweckmäßigkeit ist durch die einhergehende Schadstofffreiheit gegeben. Es sollen vorwiegend Personen- und Lastkraftwagen bzw. Nutzfahrzeuge und landwirtschaftliche Fahrzeuge mit dem Aggregat ausgerüstet werden.
Ausgehend davon, dass im Betrieb des Aggregates keine Schadstoffe entstehen dürfen, wurde mit der erfindungsgemäßen Lösung ein Antriebsaggregat für Fahrzeuge sowie stationäre Maschinen und Geräte entwickelt mit dem ein Verfahren der katalytischen Zerlegung realisierbar ist, das durch Spalten des Energieträgers Energie über eine exotherme Reaktion freigibt und als Restprodukt ein nicht-toxisches Gasgemisch erreicht. Ausgangspunkt bildet dabei der Stoff Wasserstoffperoxid (H₂O₂) als Sauerstoff- und Energieträger. Vor dem Einsatz als Treibstoff diente es hauptsächlich als Bleichmittel in der chemischen Industrie. Erst durch die Forschungen H. Walthers gelang es, Konzentrationen von > 35% herzustellen, was Wasserstoffperoxid erst als Treibstoff interessant macht. Obwohl H₂O₂ von hoher Konzentration leicht zur Explosion neigt, schwer zu lagern und zu handhaben ist, ist es möglich dieses durch Stabilisatoren, beispielsweise Phosphorsäure, zu kompensieren.
Für die Lagerung sind Behälter aus Reinaluminium und kupferfreien Aluminiumlegierungen eine bekannte Lösung. Ebenso sind Kunststoffe (bspw. PVC für Schläuche) bewährt.
Als Schmiermittel des Aggregats sollte z.B. Silikonfett verwendet werden, da dies nicht zu Reaktionen mit Wasserstoffperoxid neigt.
Da H₂O₂ stoß- und schlagfest ist, ist der Transport von stabilisierten Lösungen auch in hohen Konzentrationen unbedenklich.
Eine Gefährdung des Anwenders ist kaum gegeben; nach der Benetzung der Haut mit H₂O₂ können Hautschäden oder -reizungen durch Abspülen mit Wasser verhindert werden.
H₂O₂ kann außerdem durch Elektrolyse hergestellt werden, was es als dezentralen Stromspeicher tauglich macht und eine schadstofffreie Herstellung (vorausgesetzt die benötigte elektrische Energie entstammt umweltneutralen Anlagen) ermöglicht, womit eine 100%ige Schadstofffreiheit erreicht werden kann.
H₂O₂ zeichnet eine hohe Zerfallswärme aus, die durch Einwirkung eines Katalysators freigesetzt werden kann. Das geschieht nach folgender Formel: 2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂ + 46 kcal
Damit kann ohne großen Aufwand ein genau definiertes Dampf-Sauerstoff-Gemisch erzeugt werden, wodurch der Antrieb einer oder mehrerer Turbinen mit selbigem ermöglicht wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer zugehörigen Zeichnung (1) näher beschrieben.
Das dampfbetriebene Turbinenaggregat weist einen Antrieb A, hier beispielsweise aus drei Turbinenstufen 1, 2, 3 bestehend, auf. Dabei sind eine erste Turbinenstufe 1 und eine zweite Turbinenstufe 2 als Pelton-Turbine ausgelegt. Die Turbinenstufe 3 ist insbesondere als Gleichstrom-Axialturbine ausgelegt. Die Turbinenstufen 1 bis 3 sind auf einer gemeinsamen Welle W angeordnet und jeweils mit einem nicht dargestellten und nicht bezeichneten Freilauf versehen, mit dem die einzelnen Turbinenstufen von der Welle W entkoppelbar sind.
Die Turbinenstufe 1 weist ein Turbinengehäuse 1.1, Turbinenschaufeln 1.2 und eine Ausgangsleitung 1.3 für das Ausströmen des Dampfes auf.
Analog weist die Turbinenstufe 2 ein Turbinengehäuse 2.1, Turbinenschaufeln 2.2 und eine Ausgangsleitung 2.3 für das Ausströmen des Dampfes und die Turbinenstufe 3 ein Turbinengehäuse 3.1, Turbinenschaufeln 3.2 und eine Ausgangsleitung 3.3 für das Ausströmen des Dampfes auf.
Das Starten des Antriebs A wird durch Inbetriebnahme einer elektrischen Treibstoffpumpe 4, die Wasserstoffperoxid (85-67,5%) mit 30bar bis 50bar, bevorzugt mit 40bar aus dem Vorratsbehälter 5 durch hier zwei Einspritzdüsen 6.1, 6.2 in eine Verdampferkammer 6 einbläst, erreicht. Es können auch nur eine oder mehr als zwei Einspritzdüsen versendet werden.
Aus dem Vorratsbehälter 5 führt dabei eine nicht bezeichnete Leitung über die Treibstoffpumpe 4 zu den Einspritzdüsen 6.1, 6.2
In der Verdampferkammer 6 befindet sich, auf zwei geschützten Rollen 6.3, 6.4 gelagert, eine Platinbedampfte Folie F, die durch einen elektrischen Getriebemotor (nicht dargestellt) von einer Rolle 6.3 auf die andere Rolle 6.4 gewickelt wird (und umgekehrt). Das eingeblasene H₂O₂ reagiert mit der Platinschicht auf der (PVC-) Folie F, wodurch, zum einen, spontan heißer Wasserdampf mit einem 11 bis 15%igen, bevorzugt einem ca. 13%igen Sauerstoffanteil entsteht, zum anderen aber die im Wasserstoffperoxid befindlichen Phosphoranteile mit dem Platin reagieren, wodurch sie auf der Folie F verbleiben. Dadurch werden Turbinenschäden verhindert.
Im Verdampfer (Verdampferkammer 6) sind nicht dargestellte Druck- und Temperatursensoren angebracht, die an einen Regelkreis angeschlossen sind.
Die Treibstoffmenge wird je nach vorhandenem Verdampferdruck in der Verdampferkammer 6 - ca. 20bar bis 30bar - geregelt, sodass der entstandene H₂O-O₂-Dampf über eine erste Leitung L1 und durch eine Lavaldüse D1, an der Oberseite des Turbinengehäuses 1.1 angebracht, zuerst in die Turbinenschaufeln 1.2 der ersten Turbinenstufe 1 geleitet wird.
Somit fängt die Antriebswelle W innerhalb von Sekundenbruchteilen zu drehen an. Turbinengehäuse 1.1 und Verdampferkammer 6 werden durch eine Glycerin-Lösung, die von ca. -30°C bis 450°C, flüssig bleibt, gekühlt (dieser Kühlkreislauf ist nicht dargestellt).
Ein elektrisches Regelventil V1 ermöglicht das Durchfließen eines Sekundärverdampfers 7, der ab ca. 150° C Kühlmitteltemperatur zur Entlastung der als Hauptverdampfer dienenden Verdampferkammer 6 eingesetzt werden kann, sowie das Durchströmen eines, an der Fahrzeugunterseite angebrachten, Kühlers (in Zeichnung nicht dargestellt). Durch die erste Turbinenstufe 1 werden bereits alle Zusatzaggregate - Generator 8, Treibstoff-, Kühlflüssigkeits- und Rückförderpumpe 9, sowie Kältekompressor 10, angetrieben. Mit dem Generator 8 kann ein Getriebe G für das Betreiben weiterer Zusatzaggregate gekoppelt sein.
Die zweite Turbinenstufe 2 bzw. die dritte Turbinenstufe 3 wird durch das Erhitzen und Zerlegen von H₂O₂ im Sekundärverdampfer 7 angetrieben, wobei das Reaktionsgas ebenfalls über eine zweite Leitung L2 und eine zweite Lavaldüse D2 der zweiten Turbinenstufe 2, und über eine dritte Leitung L3 und eine dritte Leitung L3 und eine dritte Lavaldüse D3 der dritten Turbinenstufe 2, 3 zugeführt wird. Der Sekundärverdampfer 7 wird ab einer eingestellten Kühlmitteltemperatur von insbesondere 150°C bis 500°C, bevorzugt ab 150°C elektrisch zugeschaltet, sodass möglichst wenig Treibstoff verwendet werden muss, um größtmögliche Leistung zu erzielen.
Das H₂O-O₂-Dampf-Gemisch wird, bei einem Kaltstart, durch ein herkömmliches nicht dargestelltes Abgasrohr am Heck des Fahrzeugs aus allen arbeitenden Turbinenstufen 1, 2, 3 nach außen geleitet.
Dieses offene System wird nach Erreichen der notwendigen Temperatur im Reaktorkatalysator 12 von insbesondere -50°C bis -120°C geschlossen.
Im geschlossenen Kreislauf wird der Dampf nach den Turbinenstufen 1, 2, 3 über die Leitungen 1.3, 2.3, 3.3 einem Behälter 11 zugeführt, unter konstanter Überwachung des Drucks, um notfalls das Dampfgemisch teilweise entweichen zu lassen, gesammelt und kontinuierlich dem Reaktorkatalysator 12 zugeführt.
Der Reaktorkatalysator 12 besteht aus einer Anordnung mehrerer Kondensatoren mit Kondensatorplatten 12.1, die mit Hochspannung (im kV-Bereich) geladen werden. Im Mittel wird eine Energie von 34 eV (= 5,45 * 10^-18 J) zur Ionisation benötigt, wobei 21 eV ausreichend sind. Um genügend Durchsatz zu erhalten, sind bevorzugt mehrere parallelgeschaltete Kondensatoren, die in den Reaktorkatalysator 12 integriert sind, notwendig.
Das Gasgemisch wird während des Prozesses aus dem Reaktorkatalysator 12 in einen Kälteschock 13 von bevorzugt -115°C bis -120°C geleitet, wobei das Gasgemisch wieder verflüssigt und über eine nicht bezeichnete Leitung durch eine Rückförderpumpe 9 dem Vorratsbehälter 5 (Tank) wieder zugeführt wird. Es werden ca. 80% des Treibstoffes zurückgewandelt.
Die als Strich-Punkt-Linien dargestellten Leitungen zwischen Vorratsbehälter 5 und Verdampferkammer 6, Verdampferkammer 6 und Sekundärverdampfer 7 sowie Kälteschock 13 und Vorratsbehälter 5 sind bevorzugt als PVC-Schläuche, die nicht mit H₂O₂ reagieren, ausgeführt.
Bei Rotation wenigstens der ersten Turbinenstufe 1 wird mit dieser die Welle W angetrieben, die wiederum einen Verbraucher antreiben kann, direkt oder über ein Getriebe G.
Der elektrische Energiebedarf für das erfindungsgemäße dampfbetriebene Turbinenaggregat beläuft sich auf ein Minimum, da die entstehenden Elektronen allein zur Spaltung der H₂O und O₂ - Moleküle nötig sind.
Die nachfolgende Gleichung $34 eV = 5,45 * 10^{- 18} J$
beschreibt die Umrechnung von Elektronenvolt (eV) in Joule (J). Die Ionisationsenergie wird mit eV angeben, während in einem Kondensator gespeicherte elektrische Energie in J angegeben wird. Dies ist wichtig, da der Reaktorkatalysator im Prinzip wie ein Kondensator aufgebaut ist.
Basierend auf den Forschungen Dr. Glaubrechts können folgende Erkenntnisse gewonnen werden:

Die 21 - 34 eV führen in Form von Energiequanten zu folgenden Erscheinungen:
- 1) Erzeugung angeregter Moleküle (Hebung der Elektronen auf ein höheres Energieniveau)
- 2) Entstehung freier Radikale (Atomgruppen/Moleküle mit freier Valenz)

Diese Moleküle und Radikale sind kurzlebig und Entstehen aus stabilen Molekülen durch Einwirkung von elektrischer Entladung, energiereicher Strahlung oder hoher Temperaturen.
Die so entstandenen Teilchen vereinigen sich zu abgesättigten Molekülen oder bilden Glieder einer Kettenreaktion mit anderen Molekülen, wobei wiederum neue Radikale freigesetzt werden.
Im Wasserdampf wirkt sich das wie folgt aus:

Durch Bestrahlung wird H₂O ionisiert:
- Hochspannung → H₂O → H₂O⁺ + e^-

Die dadurch frei gewordenen Elektronen reagieren mit noch unangeregten H₂O-Molekülen zu Wasserionen: e^- + H₂O → H₂O^-
Die Wasserionen H₂O^- zerfallen in Wasserstoffradikale und Hydroxylionen: H₂O^- → H⁰ + HO^-
Während Wasserkationen in Wasserstoffionen und Hydroxilradikale zerfallen: H₂O⁺ → H⁺ + OH⁰
Die Lebensdauer dieser Reaktionsprodukte beträgt, ca. 9-10 Sekunden. Danach rekombinieren sie wieder: OH^- + H⁺ → H₂O OH⁺ + H⁰ → H₂O
Dies ließe das System nach außen hin inaktiv erscheinen, da alle beteiligten Partner sofort rekombinieren.
Wenn die primären Ionisationen auf der Spur der Strahlenquanten relativ dicht hintereinander liegen, verlaufen weitere Reaktionen. (Bei weicher Strahlung mit niedriger Energie und dicht aufeinander folgenden lonisationsprozessen).
Strahlung kann z.B. Elektromagnetisch entstehen (siehe oben), wie hier angedacht, radioaktiver Zerfall sowie Licht gelten auch (teilweise) als ionisierende Strahlung. Die Strahlung wird im Reaktorkatalysator 12 freigesetzt und nach außen hin isoliert. Es handelt sich um sehr geringe, unschädliche Strahlungsmengen.
Dabei entstehen dann aus zwei OH⁰- Radikalen OH⁰ + OH⁰ →H₂O + O⁰ → H₂O₂
Auch aus zwei H-Radikalen sich H₂ bilden. H⁰ + H⁰ → H₂
Es bilden sich also bei der Bestrahlung von H₂O: H⁺ und OH^- H⁰ und OH⁰ O⁰
Bei diesem Prozess, der kontinuierlich abläuft, findet im Reaktorkatalysator 12 eine Diffusion des Strahlenproduktes um das zu bestrahlende Moleküle (Diffusion der Radikale) statt.
Dabei ergibt sich ein Verhältnis zwischen direkter und indirekter Strahlung.
Die direkte Strahlung trifft das Molekül direkt und es erfolgt eine kontinuierliche Inaktivierung des Materials.
Bei der direkten Strahlung wird das H₂O getroffen und das Sekundärprodukt reagiert mit den in der Lösung enthaltenen Molekülen.
Das heißt also, dass mit der Zunahme der vorhandenen Moleküle auch die Zahl der direkt inaktivierten Moleküle steigt.
Wenn eine derartige Reaktion unter Beteiligung von O₂ abläuft, können bestimmte oxidierende Produkte gebildet werden, die sonst nicht entstehen würden.
Dabei tritt der Umstand ein, dass die entstehenden Wasserstoffradikale mit dem Sauerstoff wie folgt agieren: H⁰ + O₂ → HO₂ ⁰ H⁰ + HO₂ ⁰ → H₂O₂
Außerdem reagieren die Hydroxilradikale: H0₂ ⁰ + HO₂ ⁰ → H₂O2 + O₂ 2H₂O + HO₂ ⁰ → 3H₂O₂
Ohne den Sauerstoff würde der Effekt nicht voll wirksam werden.
Diesem Umstand geschuldet, kann bei leichter Energiezuführung das bei der katalytischen Zerlegung von Wasserstoffperoxid entstehende Wasserdampf-Sauerstoff-Gemisch wieder in H₂O₂ zurückgeführt werden. 2 H₂O₂ →Kat. → 2 H₂O + O₂ → RK → 2 H₂O₂
Das Gasgemisch wird während des Prozesses aus dem Reaktorkatalysator 12 in einen Kälteschock 13 von insbesondere -115°C bis -120°C geleitet, wobei das Gemisch wieder verflüssigt und durch eine Rückförderpumpe 9 dem Vorratsbehälter 5 wieder zugeführt wird. Es werden ca. 80% des Treibstoffes zurückgewandelt.
Weiterhin zwischen dem Kältekompressor 10 und dem Kälteschock 13 über entsprechende Leitungen ein Austausch von phasenwechselnden Kältemittel, was durch die beiden eng gepunkteten Linien dargestellt ist.
Aus der im Antrieb 1 endseitig integrierten Turbinenstufe, hier Turbinenstufe 3, wird Kühlflüssigkeit zum Sekundärverdampfer 7 und vom Sekundärverdampfer 7 zurück zur Turbinenstufe 3 über Leitungen zugeführt und damit die Katalyse durch Wärme stattfinden kann (möglich ab ca. 150 *C) und der Hauptverdampfer entlastet bzw. die Leistung generell gesteigert wird, dies ist schematisch durch die gestrichelten Linien dargestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DD 160071 A1 [0006, 0007, 0008]

Claims

Dampfbetriebenes Turbinenaggregat mit katalytischer Treibstoffzerlegung mit einem Antrieb (A) mit mindestens einer Turbinenstufe (1), dadurch gekennzeichnet, die Turbinenstufe (1) dampfbetrieben ist und dass der Turbinenstufe (1) mit katalytischer Treibstoffzerlegung eine Verdampferkammer (6) vorgeschaltet ist, der ein katalytisch zerlegbarer Energieträger als Treibstoff zuführbar ist und dass in der Verdampferkammer (6) mindestens ein mit dem Treibstoff reagierender Katalysator angeordnet ist.
Dampfbetriebenes Turbinenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibstoff als Energieträger ein schadstofffreier, nicht brennbar, flüssige Stoff ist, der in einem Vorratsbehälter (5) bereitgestellt wird, der mit der Verdampferkammer (6) über eine Leitung in Verbindung steht.
Aggregat nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator Metalle bzw. Metalloxide oder -legierungen oder andere Stoff in der Verdampferkammer (6) angeordnet sind, die mit dem Treibstoff reagieren.
Aggregat nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieübertragungsmedium bei der katalytischen Treibstoffzerlegung entstandener unter Druck stehender Wasserdampf ist.
Aggregat nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Turbinenstufe (1) eine Ausgangsleitung 1.3 aufweist über die das aus der Turbinenstufe austretende Medium/Fluid einem Reaktorkatalysator (12) und einem sich anschließenden das Kälteschock (13), in welchen das Ausgangsprodukt in Form des Treibstoffes zurückgewonnen wird, zuführbar ist.
Aggregat nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aggregat eine oder mehrere, ein- oder mehrstufige, Turbinenstufen aufweist, wobei die Umwandlung der thermischen Energie in einer oder mehreren, ein- oder mehrstufigen, Turbinenstufen (1, 2, 3) erfolgt.
Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diesem ein Getriebe nachgeschaltet ist.
Aggregat nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der ersten Turbinenstufe (1) des Antriebs (A) eine Verdampferkammer (6) vorgeschaltet ist, dass der Verdampferkammer (6) eine Zuführung für Treibstoff in Form von Wasserstoffperoxid (H₂O₂) aus dem Vorratsbehälter (5) (Tank) vorgeschaltet ist, - dass in der Verdampferkammer (6) der mit dem Treibstoff reagierende Katalysator in Form einer Folie (F) angeordnet ist, mit welcher das eingeblasene H₂O₂ reagiert, wobei die Folie (F) eine platinbedampfte / platinbeschichtete mit dem im Wasserstoffperoxid befindlichen Phosphoranteilen reagierende Folie (F) ist, - dass die Verdampferkammer (6) über eine Leitung und mindestens eine Düse/Einspritzdüse (6.1, 6.2), welche bei der Reaktion in der Verdampferkammer (6) entstandenen heißen Wasserdampf mit einem Sauerstoffanteil in die die Turbinenstufe (1) mit Druck einbringt, verbunden ist, - dass der Antrieb (A) direkt oder über ein Getriebe G mit einem Verbraucher verbunden ist.
Aggregat nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferkammer (6) über eine erste Leitung (L1) und eine erste Lavaldüse (D2) mit der erstenTurbinenstufe (2) verbunden ist.
Aggregat nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferkammer (6) über eine Leitung mit einem Sekundärverdampfer (7) verbunden ist, wobei ein zwischen Verdampferkammer (6) und Sekundärverdampfer (7) angeordnetes Einwegeventil (V1) den Durchfluss von der Verdampferkammer (6) zum Sekundärverdampfer (7) ab einer eingestellten Kühlmitteltemperatur freigibt.
Aggregat nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärverdampfer (7) über eine zweite Leitung (L2) und eine zweite Lavaldüse (D2) mit einer zweiten Turbinenstufe (2) und über eine dritte Leitung (L3) eine dritte Lavaldüse (D3) mit einer dritten Turbinenstufe (3) verbunden ist und die zweite Turbinenstufe (2) sowie die dritte Turbinenstufe (3) durch das Erhitzen und Zerlegen von H₂O₂ im Sekundärverdampfer 7 antreibbar sind.
Aggregat nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite und dritte Turbinenstufe (2, 3) eine Ausgangsleitung (2.3, 3.3) aufweisen über die das aus der Turbinenstufe (2, 3) austretende Medium/Fluid dem Reaktorkatalysator (12) und dem sich anschließenden das Kälteschock (13), in welchen das Ausgangsprodukt in Form des Treibstoffes zurückgewonnen wird, zuführbar ist.
Aggregat nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kälteschock (13) über eine Leitung und eine in die Leitung integrierte Rückförderpumpe (9) mit dem Vorratsbehälter (5) verbunden ist.