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Die
Erfindung betrifft einen Energiekonverter mit einer Spannungserzeugungseinheit,
die einen inneren Leiter, einen äußeren Leiter
und dazwischen einen elektrischen Isolator aufweist, wobei der innere Leiter
zumindest einen Teil einer Begrenzungsfläche eines Innenraums bildet,
die Spannungserzeugungseinheit in einem Außenraum mit begrenztem Volumen
angeordnet ist, der mit einem Ladungstransportmedium gefüllt ist
und mit dem Innenraum in einer für das
Ladungstransportmedium durchlässigen
Weise verbunden ist, und der äußere Leiter
eine elektrische Ladung trägt.
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Ein
derartiger Konverter wird verwendet, um elektrische Energie zu erzeugen,
wobei die Energieerzeugung im Grunde eine Umwandlung einer anderen
Energie, beispielsweise einer mechanischen oder thermischen Energie,
in elektrische Energie ist.
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In
den meisten Fällen
wird elektrische Energie durch elektromagnetisch arbeitende Generatoren erzeugt,
bei denen sich ein Rotor im Magnetfeld eines Stators dreht. Hier
wird die elektrische Energie zwar mit einem hohen Wirkungsgrad erzeugt.
Es sind aber mechanisch bewegte Teile erforderlich, die dementsprechend
einem gewissen Verschleiß unterliegen.
Darüber
hinaus arbeiten derartige Generatoren mit einem relativ hohen Geräuschpegel.
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Weiterhin
sind photovoltaisch arbeitende Energiekonverter bekannt, die Sonnenlicht
mit Hilfe von Photozellen in elektrische Energie umwandeln. Diese Konverter
arbeiten zwar ohne mechanisch bewegte Teile. Sie sind aber relativ
kostenaufwendig in der Herstellung.
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Weiterhin
gibt es Energiekonverter, bei denen elektrische Energie durch chemische
Prozesse gewonnen wird, beispielsweise in Batterien. Batterien haben
aber bekanntermaßen
nur eine begrenzte Lebensdauer.
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Weiterhin
sind elektrogas- oder hydrodynamische Generatoren bekannt. Diese
kommen weitgehend ohne mechanisch bewegte Teile aus und dienen zum
Erzeugen hoher Spannungen bei geringen Stromstärken. Ein solcher Generator
ist in
DE 27 32 869
A1 offenbart, der ausgehend von einer vorhandenen Raumladung
eine hohe Spannung an der Kollektorelektrode erzeugt.
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Die
Gegenladungen der Raumladungen befinden sich auf einer Elektrode,
die den Raum, durch den sich die Raumladung auf die Kathode zu bewegt, umgibt.
Die Raumladung ist von der Elektrode elektrisch isoliert und wird
mit Hilfe einer von außen
eingebrachten Energie gegen der Kraftwirkung des gegen die Strömungsrichtung
entstehenden elektrischen Feldes bewegt. Die kinetische Energie
der Ladungsträger
der Raumladung wird damit in elektrische Energie umgewandelt. Die
Kathode ist in Form eines ringförmigen
Leiters ausgebildet und ist durch eine Isolierschicht von der Elektrode,
die einen Außenleiter
darstellt, getrennt.
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Aus
US 36 54 501 ist ein elektrostatischer Generator
bekannt, der mit Hilfe einer Pumpe eine Flüssigkeit, die als Ladungsträger dient,
von einer Emitter-Elektrode
zu einer Kollektor-Elektrode bewegt. Dabei besteht dieses System
aus einem geschlossenen Kreislauf. Mit Hilfe einer Heizvorrichtung
wird die Flüssigkeit
konstant auf der Temperatur gehalten, bei der das System mit dem
besten Wirkungsgrad arbeitet.
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Aus
DE 666 127 C ist
eine Einrichtung zur Erzeugung hoher Spannungen mit Hilfe von mit
hoher Geschwindigkeit strömenden
und mit Ladung versehenen nicht leitenden Gasen oder Dämpfen bekannt.
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Diese
Gase oder Dämpfe
strömen
mit hoher Geschwindigkeit aus einer Lavaldüse durch ein isoliertes Rohr
zu einer Kugelelektrode, in der der Strömungsquerschnitt vergrößert wird
und durch Führungsbleche
eine größere Fläche zum
Ladungsübergang
zur Verfügung
steht. Die Ladungen werden z.B. mit Hilfe einer Glühkathode
am Ausgang der Lavaldüse
freigesetzt und werden dort vom Gasstrom mitgenommen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Energiekonverter anzugeben,
der ohne mechanisch bewegte Teile auskommt und einen höheren Wirkungsgrad
aufweist, wobei ein effizienter Wirkungsgrad auch bei geringen Temperatur-
bzw. Druckgradienten erreicht werden soll.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
Mittel zur Erzeugung einer Zwangsströmung des Ladungstransportmediums
zwischen dem Außenraum
und dem Innenraum, die eine Beheizungs- und/oder eine Kühleinrichtung
aufweisen und einen Temperaturgradienten zwischen dem Innenraum
und dem Außenraum
erzeugen, wobei der innere und/oder der äußeren Leiter eine Gitterstruktur
aufweisen, wobei die Gitterstruktur des inneren Leiters und die
Gitterstruktur des äußeren Leiters
im wesentlichen deckungsgleich sind und die durch die Gitterstruktur
gebildeten Öffnungen
zu den Leitern hin elektrisch isoliert sind.
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Bei
diesem Energiekonverter läßt sich
eine Spannung zwischen dem inneren Leiter und dem äußeren Leiter abnehmen, wenn man mit Hilfe des Ladungstransportmediums
dafür gesorgt
hat, daß die elektrische
Ladung vom äußeren Leiter
in den Innenraum transportiert worden ist. Dort wird die elektrische
Ladung an den inneren Leiter abgegeben und wandert in dem inneren
Leiter sofort nach außen,
d.h. in Richtung auf den äußeren Leiter
zu. Aufgrund des elektrisch isolierenden Materials zwischen dem
inneren und dem äußeren Leiter
kann die Ladung nicht weiter nach außen abfließen. Es ergibt sich vielmehr eine
Influenzladungs-Anordnung. Wenn man davon ausgeht, daß die elektrische
Ladung auf dem inneren Leiter elektrisch negativ ist, dann bildet
sich auf der Innenseite des äußeren Leiters
eine elektrisch positive Ladung aus, so daß ein elektrisches Feld über dem
Iso lator entsteht. Auf der Außenseite
des äußeren Leiters
ergibt sich wiederum eine negative Ladung, weil die Gesamtladung
auf dem äußeren Leiter durch
die Zufuhr einer Ladung auf dem inneren Leiter nicht verändert wird.
Sobald der Ladungstransport mit Hilfe des Ladungstransportmediums
erfolgt ist, kann man also zwischen dem inneren Leiter und dem äußeren Leiter
eine elektrische Spannung abnehmen. Die Höhe dieser Spannung hängt davon
ab, wie viele Ladungen von außen
nach innen transportiert worden sind. Wenn dann ein Stromfluß zustande kommt,
weil beispielsweise ein elektrischer Verbraucher zwischen dem inneren
Leiter und dem äußeren Leiter
angeschlossen worden ist, dann werden die Ladungen vom inneren Leiter
wieder auf den äußeren Leiter
transportiert. Selbstverständlich
ist zur Erzeugung der elektrischen Spannung zwischen dem inneren
Leiter und dem äußeren Leiter
eine Energie erforderlich. Diese Energie ist die Energie, die das Ladungstransportmedium
benötigt,
um Ladungsträger,
beispielsweise Elektronen, vom Außenraum in den Innenraum zu
transportieren. Zur Erzeugung einer Zwangsströmung des Ladungstransportmediums sind
Mittel zwischen dem Außenraum
und dem Innenraum vorgesehen. Damit wird der Ladungstransport zwischen
dem Außenraum
und dem Innenraum beträchtlich
gesteigert. Je mehr Ladungen von außen nach innen transportiert
werden, desto größer wird
die abgreifbare Spannung und desto "ergiebiger" ist der Energiekonverter als Stromquelle.
Die Mittel zur Erzeugung der Zwangsströmung weisen eine Beheizungs-
und/oder eine Kühleinrichtung
auf und erzeugen einen Temperaturgradienten zwischen dem Innenraum
und dem Außenraum.
Insbesondere bei einem Gas ist es relativ einfach, mit Hilfe eines Temperaturgradienten
eine Zwangsströmung zwischen
dem Außenraum
und dem Innenraum zu erzeugen. Bewirkt wird dies dadurch, daß in einem
Gas eine direkte Beziehung besteht zwischen der Temperatur und dem
Druck des Gases. Dementsprechend kann man mit Hilfe des Temperaturgradienten
einen Druckunterschied erzeugen, der zu einer entsprechenden Gasströmung führt. Bei
dieser Ausgestaltung wird mit anderen Worten thermische Energie
in elektrische Energie umgewandelt. Der Temperaturgradient kann
sowohl dadurch erzeugt werden, daß man an einer Stelle Wärme zuführt, als
auch dadurch, daß man
an einer gegebenenfalls anderen Stelle kühlt. Selbstverständlich sind
auch beide Maßnahmen
miteinander kombinierbar. Der innere und/oder der äußere Leiter
weisen eine Gitterstruktur auf. Mit der Gitterstruktur lassen sich
die Öffnungen, die
den Außenraum
mit dem Innenraum verbinden, auf relativ einfache Weise realisieren.
Gleichzeitig kann man bei einem Gitter dafür sorgen, daß die Leiterfläche relativ
groß bleibt,
so daß die
Ladungen eine ausreichende Aufnahmefläche haben. Die Gitterstruktur
des inneren Leiters und die Gitterstruktur des äußeren Leiters sind im wesentlichen
deckungsgleich. Dadurch werden die Ladungsträger, beispielsweise die Moleküle, beim
Weg vom Außenraum
in den Innenraum nicht oder nicht wesentlich abgebremst, so daß man die
kinetische Energie des Gases mit einem hohen Wirkungsgrad für den Ladungstransport
und damit für
die Umwandlung in elektrische Energie ausnutzen kann. Die durch
die Gitterstruktur gebildeten Öffnungen
sind zu den Leitern hin elektrisch isoliert und ein Hilfsleiter
ist im Innenraum angeordnet, der mit dem inneren Leiter elektrisch verbunden
ist. Durch die elektrische Isolierung verhindert man, daß die Ladung
an einer "falschen" Stelle abgegeben
wird. Die Isolierung sorgt vielmehr dafür, daß die Ladung mit Hilfe der
beweglichen Moleküle
bis zum Hilfsleiter transportiert wird. Dabei muß die kinetische Energie des
einzelnen Moleküls
allerdings so groß sein,
daß es
das Feld, das sich zwischen dem inneren und dem äußeren Leiter ausbildet und
das sicherlich auch eine gewisse Streukomponente in den Öffnungen
hat, überwinden
kann. Dies ist aber insbesondere bei der Verwendung einer Zwangsströmung problemlos
möglich.
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Vorzugsweise
ist der Außenraum
durch eine elektrisch nicht leitende Gehäusewand begrenzt. Damit schafft
man auf einfache Weise ein abgeschlossenes Volumen für das Ladungstransportmedium, bei
dem vermieden wird, daß elektrische
Ladungen an einer Stelle abgeladen werden, wo man sie nicht haben
möchte
und wo sie zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades des Energiekonverters
beitragen würden.
Die elektrischen Ladungen können
sich nur am äußeren Leiter
oder am inneren Leiter absetzen, nicht jedoch an der Gehäusewand.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, daß das
Ladungstransportmedium bewegliche Moleküle aufweist, die elektrische
Ladungen aufnehmen und abgeben können.
Ein Molekül, das
sich im Außenraum
befindet, nimmt bei einer Berührung
des äußeren Leiters
eine Ladung auf. Dies resultiert daraus, daß sich dann, wenn sich zwei
Körper
mit unterschiedlicher Ladungsdichte berühren, ein Ladungsausgleich
stattfindet, bis beide Körper die
gleiche Ladungsdichte aufweisen. Wenn also ein Molekül ohne Ladung
den äußeren Leiter
berührt, nimmt
es zwangsläufig
eine Ladung auf. Wenn dann das Molekül in den Innenraum gelangt
und der innere Leiter eine geringere Ladungsdichte als das Molekül aufweist,
kann das Molekül
seine Ladung wieder an den inneren Leiter abgeben. Durch diesen
mechanischen Ladungstransport wird eine Spannung zwischen dem inneren
Leiter und dem äußeren Leiter
erzeugt. Für
die Zwecke der vorliegenden Anmeldung wird davon ausgegangen, daß bewegliche
Moleküle nicht
als mechanisch bewegte Teile anzusehen sind. Bei einer Molekülbewegung
ergeben sich keine Abnutzungs- oder Verschleißerscheinungen.
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Vorzugsweise
ist das Ladungstransportmedium als Gas ausgebildet. In einem Gas
haben die Moleküle
eine größere Beweglichkeit
als in einer Flüssigkeit.
Dies verbessert den Ladungstransport von außen nach innen.
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Vorzugsweise
sind mehrere Spannungserzeugungseinheiten elektrisch in Reihe geschaltet. Eine
einzelne Spannungserzeugungseinheit kann in der Regel nur eine relativ
kleine Spannung erzeugen. Dies ist aber unkritisch, weil man durch
das Hintereinanderschalten von mehreren Spannungserzeugungseinheiten
eine entsprechend größere Spannung
erzielen kann. Die einzelnen Spannungserzeugungseinheiten können dabei
im gleichen Außenraum
angeordnet sein, so daß man
nur kleine elektrische Widerstände
beim Verbinden der einzelnen Spannungserzeugungseinheiten überwinden
muß.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht eines einfachen Energiekonverters zur Erläuterung
des Funktionsprinzips,
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2 einen
komplexeren Konverter,
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3 einen
Schnitt 0 nach 2,
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4 einen
vergrößerten Ausschnitt
von 3 und
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5 einen
Schnitt 1 nach 4.
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Zur
Erläuterung
des Funktionsprinzips des Konverters sollen zunächst folgende Überlegungen angestellt
werden:
Wenn man bei einem sogenannten Faradaybecher eine Ladungsquelle
mit einer Styroporkugel berührt, die
mit Graphit besprüht
ist, dann kommt es zu einem Ladungsübergang auf die Kugel, bis
die Ladungsdichte auf der Kugel und an der Ladungsquelle gleich sind.
Wenn man nun die Kugel in einen Metallbecher einführt und
den Becher am Boden berührt,
werden sämtliche überschüssigen Ladungen
auf den Metallbecher übergehen.
Danach kann man die Kugel wieder aus dem Becher entfernen und den
Prozeß von neuem
beginnen. Dabei wird bei jedem Schritt mehr Energie benötigt, um
die Kugel in den Becher einzuführen,
weil man die Elektronen, d.h. die Ladungsträger auf der Styroporkugel gegen
das von den im Becher befindlichen Ladungsträgern erzeugte elektrische Feld
bewegen muß.
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Wenn
man nun bei einem mit Ladungsträger versehenen
Becher die Ladungsquelle abschaltet und mit Hilfe der mit Graphit
besprühten
Styroporkugel die Elektronen, d.h. die Ladungsträger einfach außen am Becher
abnimmt und innen wieder in den Becher einführt, hat man energetisch ein
Nullsummenspiel, da die beim Abnehmen der Elektronen außen gewonnene
kinetische Energie wieder aufgewendet werden muß, um die Kugel mit den Ladungsträgern in
der Becher hineinzubringen. Die Summe der Ladung im bzw. auf dem
Becher bleibt insgesamt konstant.
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In
einem zweiten Schritt ordnet man nun einen zweiten Becher aus Metall
oder einem anderen leitenden Material im ersten Becher an, wobei
sich beide nicht berühren,
also elektrisch voneinander isoliert sind. Dann kann man den äußeren Becher wieder
mit der Kugel berühren,
dort Ladung abnehmen und die Kugel in den inneren Becher einführen. Dort
wird die Kugel entladen und man entfernt sie aus dem Becher. Der
ganze Zyklus kann wieder von vorne beginnen.
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Prinzipiell
ist dieser Ablauf identisch mit der Vorgehensweise bei nur einem
Becher. Es besteht jetzt aber der Unterschied, daß sich aufgrund
der Influenz ein elektrisches Feld zwischen den beiden Bechern ausbildet.
Man muß auch
jetzt bei jedem weiteren Zyklus mehr Energie aufbringen, um die
Ladungsträger
in den inneren Becher einzubringen, da jetzt auch das elektrische
Feld zwischen den beiden Bechern überwunden werden muß. Damit
wird kinetische Energie in elektrostatische Energie gewandelt. Allerdings
wird dabei die Gesamtladung nicht verändert.
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Dieses
Funktionsprinzip kann man sich nun bei der in 1 dargestellten
einfachen Ausführungsform
eines Konverters zu nutzen machen.
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Der
in 1 dargestellte Konverter ist gebildet durch ein
Gehäuse 1,
das mit seiner nicht-leitenden Gehäusewand 2 einen Raum 3 begrenzt,
der im folgenden als "Außenraum" bezeichnet wird.
Im Außenraum 3 ist
eine Spannungserzeugungseinheit 4 angeordnet, die gebildet
ist durch einen äußeren Leiter 5 und
einen inneren Leiter 6, wobei zwischen dem äußeren Leiter 5 und
dem in neren Leiter 6 ein elektrischer Isolator 20 angeordnet
ist. Der innere Leiter 6 umgibt einen Innenraum 7,
d.h. der innere Leiter 6 bildet zumindest einen Teil der
Begrenzungsfläche
des Innenraums 7. Es werden Öffnungen 8 zwischen dem
Innenraum 7 und dem Außenraum 3 freigelassen,
durch die der Außenraum 3 mit
dem Innenraum 7 in Verbindung steht.
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Der
Außenraum 3 und
der Innenraum 7 sind mit einem Gas gefüllt, von dem zur Verdeutlichung Moleküle 9 dargestellt
sind. Die Öffnungen 8 sind
so ausgebildet, daß die
Gasmoleküle 9 hindurchtreten können.
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Der äußere Leiter 5 ist
mit einer Ladung versehen, beispielsweise einer negativen Ladung,
die in der Darstellung der 1 durch
Kreise 10 symbolisiert ist. Man kann sich diese Ladungen 10 als
Elektronen vorstellen.
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Der
innere Leiter 6 ist mit einem Anschluß 11 und der äußere Leiter 5 ist
mit einem Anschluß 12 versehen,
die aus dem Gehäuse 1 herausgeführt sind.
Ferner sind Mittel zum Erzeugen einer Zwangsströmung des Gases vom Außenraum 3 in
den Innenraum 7 vorgesehen, die hier symbolisch durch eine
Heizeinrichtung 13 im Außenraum und eine Kühleinrichtung 14 im
Innenraum gebildet sind.
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Das
Gasmolekül 9 ist
nun in verschiedenen Stadien des Energietransports, also der Energieumwandlung,
dargestellt, wobei diese verschiedenen Stadien durch in Kreisen
befindliche Ziffern 1 bis 6 näher dargestellt sind.
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Im
Abschnitt 1 fliegt das Gasmolekül 9 durch das Gehäuse 1 und
ist dabei ungeladen. Geladen ist lediglich der äußere Leiter 5, wobei
sich die Ladungen an der Außenseite
befinden, wie dies von geschlossenen metallischen Gehäusen (Faradaykäfig) bekannt
ist.
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Irgendwann
wird das Gasmolekül 9 den äußeren Leiter 5 berühren und
dabei Ladung aufnehmen. Die Ladungsaufnahme ist bedingt durch einen Ladungsausgleich
zwischen dem äußeren Leiter 5 und
dem Gasmolekül 9,
der solange anhält,
bis die Ladungsdichte auf dem äußeren Leiter 5 und
dem Gasmolekül 9 gleich
ist. Wenn das Gasmolekül 9 danach
erneut den äußeren Leiter 5 berührt, ist
dies unkritisch, weil keine Ladung vom Leiter 5 auf das
Gasmolekül 9 oder
umgekehrt fließen
wird.
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Das
mit einer Ladung 10 versehene Gasmolekül 9 ist in der Position 2 dargestellt.
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Aufgrund
der Molekularbewegung, gegebenenfalls verstärkt durch die Zwangsströmung, kommt das
Gasmolekül 9 mit
Ladung 10 irgendwann einmal in den Innenraum 7.
Dies ist an der Position 3 dargestellt. Voraussetzung dafür ist, daß die kinetische
Energie des Gasmoleküls 9 den
Potentialwall zwischen den beiden Leitern 5, 6 überwinden
kann.
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Sobald
das Gasmolekül 9 im
Innern des inneren Leiters 6 angekommen ist, ist davon
auszugehen, daß es
irgendwann einmal den inneren Leiter 6 berühren und
dort seine Ladung abgeben wird. Die Ladung wird im inneren Leiter 6 nach
außen
wandern und im äußeren Leiter 5 durch
Influenz (A) ein Ladungspaar 15 aus einer positiven Ladung 15a und
einer negativen Ladung 15b erzeugen. Zwischen der Ladung 10 auf
dem inneren Leiter 6 und der positiven Ladung 15a auf
dem äußeren Leiter 5 baut
sich dann ein Feld auf. Die zum Aufbau des elektrischen Feldes notwendige
Energie wurde der kinetischen Energie des Gasmoleküls 9 entzogen,
die um diesen Beitrag gesunken ist.
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Das
Gasmolekül 9 ist
jetzt ungeladen und wird auch bei Berührung mit dem inneren Leiter 6 keine
Ladung aufnehmen, weil die Ladung im inneren Leiter 6 nach
außen
wandert (Position 5). Das Gasmolekül 9 kann dann wieder
in den Außenraum 3 gelangen
(Position 6) und der ganze Vorgang beginnt von neuem.
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Der
Prozeß kommt
zum Erliegen, wenn die kinetische Energie des Gasmoleküls 9 nicht
mehr das Potential zwischen den beiden Leitern 5, 6 überwinden
kann. Wenn jetzt der "Kondensator", der durch die beiden
Leiter gebildet wird, entladen wird, kann der Zyklus wieder beginnen.
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Für eine kontinuierliche
Arbeitsweise erfolgt eine angepaßte kontinuierliche Leistungsentnahme.
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Die
kinetische Energie der Gasmoleküle 9 kann
durch den Druckgradienten zwischen dem Außenraum 3 und dem
Innenraum 7 gesteigert werden, d.h. je mehr Energie man
dem Gas im Gehäuse 1 zuführt, desto
schneller bewegen sich die Gasmoleküle und desto mehr Ladungen
werden von außen
nach innen transportiert.
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Günstig für den Ladungstransport,
bei sehr geringen Druckgradienten, ist, daß eine Tiefe D der Öffnungen 8 im
Bereich der mittleren freien Weglänge λ der Gasmoleküle liegt,
da die Eindringwahrscheinlichkeit von dem Außenbereich 3 in den
Innenbereich 7 immer kleiner wird, je kleiner λ gegenüber der
Tiefe D wird.
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Solange
also die mittlere freie Weglänge λ im Bereich
der Größe der Tiefe
D der Öffnungen
liegt, ist ein Ladungstransport möglich. Wenn man eine Zwangsströmung erzeugt,
ist diese Abhängigkeit nicht
mehr gegeben.
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Die 2 bis 5 zeigen
eine Ausführungsform
eines elektrohydrodynamischen Generators, der von dem im Zusammenhang
mit 1 dargestellten Prinzip Gebrauch macht, um eine
kinetische Energie in elektrostatische Energie umzuwandeln. Gleiche
Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 versehen.
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Bei
dieser Ausführungsform
sind der äußere Leiter 5 und
der innere Leiter 6 in Form einer Gitterstruktur aufgebaut,
wobei beide Gitterstrukturen im wesentlichen dekkungsgleich sind
und deckungsgleich angeordnet sind.
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In
dem Gehäuse 1 ist
im Außenraum 3 eine Flüssigkeit 21 angeordnet,
die durch die Heizeinrichtung 13 beheizt werden kann und
mit der äußeren Leiterfläche 5 elektrisch
verbunden ist, so daß sie verdampft
und als Gas aufsteigt, wie dies durch einen Pfeil 22 dargestellt
ist. Dieses Gas gelangt dann durch Öffnungen 8, die zwischen
den Leitern 5, 6 ausgebildet sind, in den Innenraum 7.
Dort ist die Kühleinrichtung 14 angeordnet.
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Das
Gas kann hier kondensieren, d.h. es bildet sich ein Flüssigkeitssumpf 23,
aus dem die Flüssigkeit
in Form von Tropfen 24 durch einen Auslaßkanal 25 wieder
zu der im Außenraum 3 befindlichen Flüssigkeit 21 gelangen
kann.
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Die
Kühleinrichtung 14 im
Innenraum 7 ist mit einer Hilfselektrode 26 oder
einem Hilfsleiter umgeben, der mit dem inneren Leiter 6 verbunden
ist.
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Hierbei
muß man
allerdings darauf achten, daß der
Abstand zwischen dem inneren Leiter 6 und der Hilfselektrode 26 einen
vorbestimmten Mindestabstand nicht unterschreitet. Ansonsten könnte sich eine
Störzone
durch Randeffekte umgeben, die eine Ladungsdichte auf dem Hilfsleiter 26 verursacht.
Diese Ladung könnte
die Geschwindigkeit eines Gasmoleküls, das durch die Öffnungen 8 vom
Außenraum 3 zum
Innenraum 7 fliegt, verringern und so die kinetische Energie
verringern.
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Wie
aus einem Vergleich der 2 bis 5 zu erkennen
ist, erreicht man durch die dargestellte Anordnung, daß man eine
relativ große
Fläche
von äußeren und
inneren Leitern 5, 6 erhält, so daß die einander gegenüberstehenden
Leiter auch entsprechend große
Ladungsmengen aufnehmen können. Diese
Ladungsmengen führen
dann zu einer entsprechenden Leistungsfähigkeit des Konverters.
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In 4 sind
beispielhaft Maßangaben
eingetragen, die sich jeweils auf Strecken zwischen den Pfeilen
beziehen. Diese Maßangaben
sind in μm.
Es ist also zu erkennen, daß die
Dicke der Leiter 5, 6 und die Dicke der Isolatoren
oder Isolierschichten 20 relativ klein sind.
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Sie
liegen in der Größenordnung
von 20 μm. Auch
die Weite der Öffnung 8 ist
relativ gering. Sie liegt etwa bei 30 μm.
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In 4 wurden
die Buchstaben A–E
und R eingetragen, um die Übereinstimmung
mit der Darstellung nach 2 zeigen zu können.
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Man
kann nun so viele "Blöcke" nebeneinander anordnen,
daß man
einen Konverter erhält,
dessen Außenabmessungen
im dm-Bereich, also im Bereich von mehreren 10 Zentimetern liegt.
Mit einem derartigen Konverter lassen sich dann durchaus Spannungen
im Bereich von mehreren Volt erzielen. Dies gilt insbesondere dann,
wenn man mehrere Konverter-Einheiten elektrisch in Reihe schaltet,
um eine höhere
Spannung zu erzielen.