DE102022001474A1

DE102022001474A1 - Ionenstromgenerator eine Kombination aus einem Kanal, Ionenantrieb und einer Turbine mit Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie

Info

Publication number: DE102022001474A1
Application number: DE102022001474.2A
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-04-27
Filing date: 2022-04-27
Publication date: 2023-11-02

Abstract

Der Ionenstromgenerator stellt eine Kombination aus einem Ionenantrieb einem Kanal und mind. einer Turbine dar. Der Ionenantrieb und die Turbine(n) sind hierbei hintereinander in Einlassrichtung im Kanal verbaut. Strömt Materie in den Kanal ein so wird diese durch den Kanal von der Umwelt abgeschirmt und in Richtung des Ionenantriebs geleitet. Die Materie wird durch den Ionenantrieb in Richtung der Turbine(n) beschleunigt. Die Geschwindigkeit am Ausgang des Ionenantriebs wird hierbei an die Nenngeschwindigkeit der Turbine(n) angepasst, um eine effiziente Nutzung zu erreichen. Die Anpassung erfolgt durch die Messung der Materiengeschwindigkeit mit mind. zwei Sensoren, welche vor und nach dem Ionenantrieb angeordnet sind. Hierdurch kann bspw. bei einer Erhöhung der Einrittsgeschwindigkeit durch die Verminderung der Leistung des Ionenantriebs die konstante Nenngeschwindigkeit der Turbine(n) erreicht werden.

Description

I. Beschreibung nach § 10 PatV
(Beschreibung des technischen Gebiets)
Die Erfindung betrifft eine Anlage bestehend aus einem Kanal (Rohr), in welchem ein Ionenantrieb, mind. eine Turbine und mind. zwei Sensoren verbaut sind. Die Turbine wird durch ein Medium angetrieben, welches durch den Ionenantrieb ionisiert und beschleunigt wird. Die Geschwindigkeit der Materie wird mit mind. zwei Sensoren vor und nach dem Ionisator gemessen und abgeglichen, umso eine optimale Stromerzeugung durch die Turbine und dem mit ihr gekoppelten Generator zu bewirken.
1. Aktueller Stand der Technik
(Angaben zum bekannten Stand der Technik ggf. mit Quellen)
Das Prinzip der Windkraftturbine und des Ionengenerators wird für das Patent herangezogen.
Windkraftturbinen haben als regenerative Energiequelle über die Jahre einen immer höheren Stellenwert erlangt. Sie werden in Kombination mit Generatoren zur elektrischen Energiegewinnung eingesetzt. Dem Wind wird dabei durch den Einsatz eines Rotors in vertikaler oder horizontaler Achse kinetische Energie entzogen, indem der Wind diesen in eine Drehbewegung versetzt. Die Drehbewegung der Rotoren treibt über eine Welle, einen elektrischen Generator an und erzeugt Strom. Windkraftturbinen sind bspw. aus (F0303/005 (US); F03D3/061 (EP,US); F03D3/062 (EP,US); F05B2220/30 (US); F05B2240/218 (EP,US); F05B2250/13 (EP,US); Y02E10/74 (EP,US); Y02P80/10 (EP,US); EP1635056A1 ) bekannt. Der Einbau einer Turbine in einen Windkanal ist auch aus bspw. DE102009006842A1 bekannt.
Ein Ionenantrieb ist in der Raumfahrt als Antrieb bekannt, bspw. EP 2 346 737 B1 oder DE 199 48 229 C1 . Bei dieser Antriebsart wird das Medium mit Hilfe eines elektromagnetischen Wechselfeldes ionisiert und dann zur Schuberzeugung in einem elektrostatischen Feld beschleunigt. Nach der Passage eines Neutralisators, der dem Ionenstrahl wieder Elektronen zuführt und die erzeugte, positive Raumladung kompensiert, werden die Teilchen in Form eines Strahls ausgestoßen. Zum Betrieb dieses Ionenantriebs sind eine Gasversorgung, ein HF-Generator, zur Erzeugung des elektromagnetischen Wechselfelds, sowie Hochspannungsquellen zur Erzeugung eines die Ladungsträger beschleunigenden Feldes erforderlich. Bei üblichen Gittersystemen zur Erzeugung des elektrostatischen Feldes zur Ionenbeschleunigung sind die Spannungen des Hochspannungsgenerators und des Gittersystems untereinander zur Schuberzeugung zu koordinieren. Für den Neutralisator zur Neutralisation des positiven lonenstrahls durch Elektronen aus einer Elektronenquelle wird ebenfalls mindestens eine Spannungsquelle benötigt. Der Ionenantrieb zeichnet sich durch einen simplen Aufbau und hohe Zuverlässigkeit aus.
Ein Kanal (Rohr) dient als luftleitendes Element, welches die Materie von der Umgebungsmaterie während des Durchströmens abschirmt.
Zur Messung der Geschwindigkeit der Materie werden zwei Sensoren vor und nach dem Ionenantrieb verwendet. Hierbei gibt es verschiedene Möglichkeiten die Geschwindigkeit der Materie zu messen, bspw. ist dies optisch möglich aus ( EP2705376 ).
2. Darstellung der Mängel der bisher bekannten Ausführung
(Welches technisches Problem zeigt sich bei dem Stand der Technik?)
Der für die Windkraftturbinen essenzielle Wind entsteht durch Luftausgleichsströmungen, die durch unterschiedliche Temperaturen und damit Dichten hervorgerufen werden. Damit sich jedoch Windkraftanlagen, welche natürlichen Windstrom benötigen, wirtschaftlich rentieren, ist genügend Windenergie notwendig. Da diese Ausgleichsströmungen nicht auf der ganzen Welt gleichverteilt sind, kann dies oft dazu führen, dass die Installation einer Windkraftanlage, besonders in Regionen, welche nicht Küstennahe gelegen sind, nicht rentabel ist. Der aktuelle Stand der Technik bietet im Moment keine Möglichkeit die Windgeschwindigkeit in windarmen Regionen zu erhöhen.
In seiner derzeitigen Ausführung wird der Ionenantrieb in der Raumfahrt häufig als Bahnregelungstriebwerk für Satelliten verwendet. Unter atmosphärischen Bedingungen fand der Ionenantrieb bisher keine nennenswerte kommerzielle Anwendung, bis auf Tests des MIT (Massachusetts Institute of Technology) (https://wvw.scinexx.de/news/technik/erstes-fiugzeug-mit-ionenwind-antrieb-2/) als Antriebstechnik. Der aktuelle Stand der Technik des Ionenantriebs bietet im Moment keine kommerzielle Anwendungsmöglichkeit im atmosphärischen Raum.
3. Lösung des technischen Problems
(Wie kann das dargestellte Problem technisch gelöst werden)
Gelöst werden die beiden Probleme des aktuellen Stands der Technik durch die Kombination der Windturbine und des Ionenantriebs, indem beide innerhalb eines Kanals verbaut werden. Durch den Verbau kann die Materie über den Eingang in den Kanal eindringen und gelangt in den Ionenantrieb. Der Ionenantrieb wird hierbei zur Ionisation und Beschleunigung verwendet und dient der Erhöhung der effektiven Windgeschwindigkeit.
Durch die Abschirmung der Materie wird ein Austritt verhindert und die Ionen in Richtung der Turbine geleitet. Zur Erhöhung der Ionisationsrate wird hierbei der Effekt (der Kettenreaktion) der Stoßionisation der Materie ausgenutzt. Hierdurch wird der Ionenantrieb effizienter genutzt.
Die Leistung des Ionenantriebs wird durch Daten von (mindestens zwei) Sensoren reguliert. Diese Sensoren sind vor und nach dem Ionenantrieb angeordnet und messen die Geschwindigkeit des Windes vor und nach der Ionisierung. Dies dient der konstanten Beibehaltung der Nennwindgeschwindigkeit, bei welcher die Turbine in Kombination mit dem Generator die höchste Leistung erwirtschaftet.
4. Darstellung eines Ausführungsbeispiels
(Anhand des Ausfiihrungsbeispiels soll Ihre Erfindung erläutert werden, gerne auch mit Einzelheiten zu den Ausführungsarten ggf. Zeichnungen und Literaturverweise)
Die Erfindung wird in 1 dargestellt und zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes System mit einem Kanal (1), einem Ionenantrieb (3), (mind.) einer Turbine (6), einem Generator (7), einem Einlass (2) - und einem Auslass für die Materie (8) und (mind.) zwei Sensoren (9), welche vor und nach dem Ionenantrieb angeordnet sind.
Aus 1 ist ersichtlich, dass das Medium zunächst durch den Einlass (2) in den Kanal (1) einströmt und in den Ionenantrieb (2) gelangt. In diesem Bereich wird das Medium unter Ausnutzung (der Kettenreaktion) der Stoßionisation ionisiert und beschleunigt. Das beschleunigte Medium trifft sodann auf die (mind. Eine) Turbine (6) und bringt diese in eine Rotationsbewegung. Diese Rotationsbewegung bringt den Generator (7) in Bewegung und erzeugt somit Strom. Der Austritt des Mediums findet am Auslass (8) statt. Um eine konstante Nenngeschwindigkeit durch den Ionenantrieb zu garantieren wird die Geschwindigkeit der Materie vor und nach diesem von mind. zwei Sensoren (9) gemessen und aus deren Ergebnissen abgeglichen.
5. Vorteil der Methodik
(Zusammenfassung der Vorteile der Erfindung)
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
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

EP 1635056 A1 [0003]
DE 102009006842 A1 [0003]
EP 2346737 B1 [0004]
DE 19948229 C1 [0004]
EP 2705376 [0006]

Claims

Ionenstromgenerator zur Erzeugung elektrischer Energie aus Rotationsenergie mit einem in einem Kanal (1) verbauten Ionenantrieb (3) und mind. einer Turbine (6), welche einen elektrischen Generator (7) antreibt. Ionenstromantrieb dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines durchgängigen Kanals (1) ein Medium zuerst durch den Ionenantrieb (3) und danach durch die Turbine (6) geleitet wird. im Kanal der Ionenantrieb vor der Turbine in Richtung der Strömung des Mediums angeordnet ist die Materie in den Kanaleingang (2) eintritt und durch den Ionenantrieb (3) unter Ausnutzung der Stoßionisation ionisiert, und beschleunigt wird. die ionisierte Materie durch den Kanal am Austritt gehindert wird und in Richtung der Turbine(n) beschleunigt wird (5) und die Turbine (6) antreibt.
Ionengenerator zur Erzeugung elektrischer Energie nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der an der Turbine (6) angekommen Materie durch den Ionenantrieb (3) reguliert wird. für die Regulierung die Materiengeschwindigkeit vor und nach dem Ionenantrieb (9) durch (mindestens zwei) Sensoren (9) gemessen wird. die Materiengeschwindigkeit an die Nenngeschwindigkeit der Turbine angepasst wird.