DE19921066A1 - Verfahren und Einrichtung zur Umwandlung der Energie - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur Umwandlung der EnergieInfo
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Description
Es ist bekannt ein Verfahren zur Umwandlung der Energie, genannt Photovoltaik, bei dem
die Sonnenstrahlungs- oder Lichtenergie in elektrische Energie durch die Absorption von
Photonen in einem Halbleiter umgewandelt werden kann. Das angegebene Verfahren
ermöglicht Erzeugung von elektrischer Energie in Einrichtungen, die keine mechanisch
bewegliche Bauteile enthalten, keine Verbrennung der Treibstoffe sowie kein Verbrauch von
Arbeitsmaterial aufweisen. (A. Goetzberger, B. Voß, J. Knobloch "Sonnenenergie:
Photovoltaik", B.G. Teubner Stuttgart, 1997; H.M. Hubbard, P. Notari, S. Deb, S. Awerbach
"Progress in Soiar Energy Technologies and Applications", American Solar
Energy Society, January 1994.
Die Nachteile des o. g. Verfahrens sind ein relativ niedriger Wirkungsgrad und die hohen
Kosten, sowie große Ausmaßen der Einrichtung im Vergleich zu der erbringenden Leistung.
Außerdem gibt es eine physikalische Grenze des Wirkungsgrades, die auf keinen Fall
überschritten werden kann, da Einrichtungen, die dieses Verfahren ermöglichen, nur die
Energie der in dem Halbleitermaterial absorbierten Photonen in die elektrische Energie
umwandeln, d. h. einen schmalen Teil des Spektrums vom ganzen Bereich der
Sonnenstrahlung. Es gibt auch eine physikalische Grenze der Intensität der einfallenden
Strahlung, die gebraucht werden kann, da die elektrische Ausgangsleistung trotz der
Überschreitung eines bestimmten Intensitätsniveaus nicht mehr steigen wird. Außerdem
besteht eine Reihe von Unbequemlichkeiten, die mit der Notwendigkeit verbunden sind,
große, wertvolle Arbeitsflächen, auf die das Sonnenlicht direkt und widerstandslos einfallen
soll, vor Schmutz und mechanischen Schäden ständig zu bewahren.
Es ist bekannt ein Verfahren zur Umwandlung der Energie, bei dem die
Sonnenstrahlungsenergie in thermischen Solarkraftwerken in die elektrische Energie
umgewandelt wird. Dabei wird die Sonnenstrahlungsenergie in die Wärmeenergie eines
Arbeitskörpers, und diese Wärmeenergie anhand einer Wärmemaschine in die mechanische
Energie umgewandelt. Die auf diese Weise gewonnene Energie wird dann durch einen
mechanoelektrischen Umwandler in die elektrische Energie umgewandelt. Die Umwandlung
der Wärmeenergie in die mechanische Energie erfolgt in der Regel in einem Stirling Motor.
(Zeitschrift "Spektrum der Wissenschaft", Dossier 5 "Klima und Energie", 1999, S. 100-103).
Der Nachteil dieses Verfahrens ist die Notwendigkeit die Sonnenstrahlungsenergie oder die
Wärmeenergie zunächst in die mechanische Energie umzuwandeln, was den Wirkungsgrad
erniedrigt und das Vorhandensein der mechanisch bewegten Bauteile in den Einrichtungen
voraussetzt, durch die dieses Verfahren realisiert wird.
Der in den Patentansprüchen 1 bis 10 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde,
den Wirkungsgrad des Verfahrens und das Verhältnis der Ausgangsleistung des das Verfahren
realisierenden Konverters bezüglich seiner Größen wie durch die maximale Ausnutzung der
Sonnenstrahlungsenergie (nach Frequenzspektrum und Intensität), so auch durch die
Ausschließung der Notwendigkeit der Umwandlung der Sonnenstrahlungsenergie in die
mechanische Energie in der Zwischenphase, zu erhöhen. Dieses Problem wird durch die in
den Patentansprüchen 1 bis 10 aufgeführten Merkmale gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Möglichkeit der
Erzeugung der elektrischen Energie bei einer hohen Ausgangsleistung und einem hohen
Wirkungsgrad im Verhältnis zu den Größen des Konverters erreicht wird. Dies wird dadurch
erreicht, daß mit dem vorgeschlagenen Bauprinzip eines Energieumwandlungssystems,
welches auf der Grundlage des bereits bekannten Systems des Wärmerohres (Heat Pipe)
basiert, die Energie der Gasströmung des Arbeitskörpers des Wärmerohres unmittelbar in eine
andere Energieart, letztlich in die elektrische Energie, umgewandelt wird. Einrichtungen, die
das vorgeschlagene Verfahren realisieren, sind nicht gezwungen die mechanisch beweglichen
Bauteile zu enthalten.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in den Patentansprüchen 11 bis 18
angegeben. Die Weiterbildung nach den Patentansprüchen 11 bis 18 ermöglicht die
Umwandlung der Wärmeenergie in die elektrische Energie in den Einrichtungen, in denen die
mechanisch bewegten Teile fehlen. Dabei wird die Gasbewegungsenergie des Wärmerohres
erst in die Energie der akustischen Schwingungen umgewandelt, die anschließend in die
elektrische Energie umgewandelt wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in den Patentansprüchen 19 bis 27
angegeben. Die Weiterbildung nach den Patentansprüchen 19 bis 27 ermöglicht Erzeugung
elektrischer Energie mit der Hilfe eines Wärmerohres durch die gemeinsame Einwirkung der
akustischen Schwingungen und der Energie der Sonnenstrahlung auf den Energieumwandler.
Eine andere mögliche Variante der Ausgestaltung der Erfindung ist in den Patentansprüchen
28 und 29 angegeben. Die Weiterbildung nach den Patentansprüchen 28 und 29 ermöglicht
die Umwandlung der Energie der Gasbewegung des Wärmerohres in die elektrische Energie
bei niedrigen Geschwindigkeiten der Gasströmung.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in den Patentansprüchen 30 bis 36
angegeben. Die Weiterbildung nach den Patentansprüchen 30 bis 36 ermöglicht eine direkte
Umwandlung der Wärmeenergie des Gases des Wärmerohres in die elektrische Energie nach
dem MHD-Generationsprinzip.
Eine andere Variante der Ausgestaltung der Erfindung ist in den Patentansprüchen 37 bis 42
angegeben. Die Weiterbildung nach den Patentansprüchen 37 bis 42 ermöglicht Erzeugung
hoher elektrischer Spannung durch eine direkte Umwandlung der Gasenergie des
Wärmerohres in die elektrische Energie nach dem elektrostatischen Generationsprinzip.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 43 angegeben.
Die Weiterbildung nach dem Anspruch 43 ermöglicht die Energie des Gases des
Wärmerohres in die elektrische Energie durch die Kombination des
MHD-Generationsprinzips und des elektrostatischen Generationsprinzips umzuwandeln.
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung sind schematisch in den Zeichnungen dargestellt und
werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 thermoakustoelektrischer Konverter mit piezoelektrischer Umwandlung;
Fig. 2 thermoakustoelektrischer Konverter mit magnetostriktischer Umwandlung;
Fig. 3 thermofotoelektrischer Konverter mit Umwandlung durch die fotoleitenden
Piezohalbleiter;
Fig. 4 ein mögliches J-B-U Vektordiagramm für einen thermoelektrischen (gasströmungs
elektrischen) Tropfenkonverter mit der Umwandlung nach dem MHD-Generations
prinzip;
Fig. 5 ein mögliches J-U Vektordiagramm für einen thermoelektrischen (gasströmungs
elektrischen) Tropfenkonverter mit der Umwandlung nach dem elektrostatischen
Generationsprinzip.
Der Generator der elektrischen Energie 1 ist in das Wärmerohr 2 so eingebaut, daß der
Energieumwandler 3 der Gasströmung des Wärmerohres in andere Energiearten im Inneren
des Wärmerohres, etwa am Ort maximaler Strömungsgeschwindigkeit, angeordnet ist.
Das Wärmerohr 2 enthält den Verdampfer 4, den Kondensator 5, den Arbeitskörper in der
flüssigen Phase 6, in der gasförmigen Phase 7 und den Kreis der Rückgewinnung von
Flüssigkeit 8. Nach der Definition des Wärmerohres, kann die Rückgewinnung der Flüssigkeit
im Kreis 8 durch Kapillar-, Gravitations-, Zentrifugal- oder andere Arten von Kräften bzw.
Ihre Kombinationen erfolgen. Auf den o. g. Figuren wird eine Variante der Rückgewinnung
von Flüssigkeit anhand der Kapillarkräfte dargestellt. Falls Gravitationskräfte benutzt werden,
muß der Kondensator höher als der Verdampfer angeordnet sein; falls Zentrifugalkräfte
benutzt werden, muß das Wärmerohr rotieren, und der Verdampfer mit dem Kondensator
müssen auf unterschiedlicher Entfernung von seiner Rotationsachse plaziert werden. Die
Flüssigkeit 6 verdampft im Verdampfer 4 und bewegt sich in Form einer
Hochgeschwindigkeitsgasströmung in den Kondensator 5, wo sie dann kondensiert. Auf
seinem Weg verrichtet das Gas eine Arbeit, die in andere Energiearten mit Hilfe des
Umwandlers 3 umgewandelt wird.
Es wird damit hier gemeint, daß das Wärmerohr nicht unbedingt eine zylindrische Form
haben muß, und außerdem kann das Wärmerohr nicht nur eine, sondern mehrere Verdampf-,
Transport- und Kühlzonen (Kammern) besitzen. Der Phasenübergang Flüssigkeit-Gas wird im
Verdampfer entweder durch oder ohne Sieden verwirklicht. Im ersten Fall läuft das Prozeß
intensiver ab, dafür kann im zweiten Fall die Arbeitstemperatur der Einrichtung viel niedriger
als die Siedetemperatur der Arbeitsflüssigkeit sein. Das Verdampfen erfolgt auf der
Kapillarstruktur des Dochts 9.
Die Zufuhr 10 der Sonnen- oder Wärmeenergie wird direkt oder durch zusätzliche
Einrichtungen für die Konzentration und die Übergabe der Sonnen- oder Wärmeenergie (z. B.
Spiegel, Sonnenkollektoren, Wärmetransporteinrichtungen etc.) zum Verdampfer des
Wärmerohres zugeleitet. Die Ableitung der Energie von dem Kondensator erfolgt entweder
direkt durch die Abstrahlung, was im Weltraum effektiv sein kann, oder durch ein Kühlmittel.
In dem Kühlmittel (z. B. Wasser, äußere Luft etc.) kann der Kondensator entweder direkt
eingetaucht oder mit jenem durch Wärmetransporteinrichtungen verbunden werden.
Für die Intensivierung des Verdampfungsprozesses kann die Sonnenstrahlung auch direkt zu
dem im Verdampfer liegenden Kapillarstruktur (dem Docht) des Wärmerohres durch den
transparenten Mantel des Wärmerohres oder durch ein Lichtleitungs- oder ein anderes
optisches System zugeleitet werden. Und überhaupt, wenn die äußere Energie in Form von
Strahlung zum Verdampfer des Wärmerohres zugeleitet wird, so kann der Mantel des
Verdampfers oder der Docht, oder sie beide aus einem für diese Strahlung transparenten
Material gefertigt sein, und die Strahlungsenergie wird in diesem Fall zum Docht oder zu der
Arbeitsflüssigkeit direkt oder auch durch ein optisches bzw. strahlungsleitendes System
zugeleitet.
Fig. 1 zeigt eine Variante der Energie Umwandlung der Strömung des Arbeitsgases 7 in die
Energie der akustischen Schwingungen mit der darauffolgenden Umwandlung in die
elektrische Energie mit Hilfe eines piezoelektrischen Wandlers.
Fig. 2 zeigt eine Variante der Energieumwandlung der Strömung des Arbeitsgases 7 in die
Energie der akustischen Schwingungen mit der darauffolgenden Umwandlung in die
elektrische Energie mit Hilfe eines magnetostriktischen Wandlers.
Die Energie der Gasströmung 7 des Wärmerohres wird in die Energie der akustischen
Schwingungen mit Hilfe des Hartmann-Generators 12, oder mit einer seiner Modifikationen,
umgewandelt. In der Zone der auf diese Weise erzeugten akustischen Schwingungen plaziert
man den akustoelektrischen Wandler, z. B. den piezoelektrischen Wandler 13 oder den
magnetostriktischen Wandler 14. Die elektrische Energie der erwähnten Wandler wird an die
äußere Beanspruchung der Verbraucher gebracht. Zur Erzeugung akustischer Schwingungen,
unter anderem Ultraschall- und Schallschwingungen, kann man statt des Hartmann-
Generators einen beliebigen anderen Generator der akustischen Schwingungen anwenden, z. B.
eine Pfeife, eine Sirene, einen Membran- oder Saitengenerator, oder einen Generator, der
die Schwingungen des festen Körpers in der Gasströmung ausnutzt etc.
Fig. 3 zeigt eine Variante der Energieumwandlung der Strömung des Arbeitsgases 7 in die
Energie der akustischen Schwingungen mit der darauffolgenden Umwandlung in die
elektrische Energie mit Hilfe des Piezohalbleiterwandlers 15, welcher fotoleitende
Eigenschaften besitzt, z. B. CdS. Der Wandler 15 wird im inneren Raum des Wärmerohres in
der Zone der akustischen Schwingungen des Generators 12, analog mit der Beschreibung für
den Wandler 13, aufgestellt. Die Oberfläche des Wandlers 15 wird jedoch unter dem
transparenten Fenster 17 in der Wand des Wärmerohres angeordnet. Das Sonnenlicht 19 fällt
direkt durch dieses Fenster oder über ein optisches System auf die Oberfläche des Kristalls
16. Unter der Einwirkung der akustischen Schwingungen des Generators 12 in dem
Piezohalbleiter 16 erfolgt eine AkustoEMK, die in fotoleitenden Kristallen stark von der
Belichtung abhängt.
Auf den Verdampfer 4 des Wärmerohres und auf den Wandler 15 können zwei unabhängige
Ströme der Sonnenstrahlung gelenkt werden. Man kann aber auch auf eine gewöhnliche
Weise die Spektralkomponente aus diesem Strom hervorheben, die den
Absorptionsfrequenzen des fotoleitenden Kristalls 16 des Wandlers 15 entsprechen.
Anschließend lenkt man jenen Teil der Strömung, der vom Kristall absorbiert wird, auf seine
Oberfläche, und den restlichen Teil auf den Verdampfer.
In allen oben genannten Varianten der Konstruktion kann die Energie der akustischen
Schwingungen zu dem akustoelektrischen Wandler entweder unmittelbar im Gasstromkanal
des Wärmerohres oder durch den Schalleiter 18 zugeleitet werden. Im letzteren Fall plaziert
man den akustoelektrischen Wandler (oder den fotoakustoelektrischen Wandler) außerhalb
des Wärmerohres.
Die oben genannten Varianten der Verfahrensrealisation sind in der Regel zweckmäßig für
die Bildung der Einrichtungen mit relativ kleiner Ausgangsspannung und Leistung, die
naturgegebene geringe Temperaturdifferenzen auszunutzen vermögen.
Selbstverständlich ist auch die Nutzung des thermomechanoelektrischen Konverters in
Rahmen der Realisation des angemeldeten Verfahrens nicht ausgeschlossen. Die
Bewegungsenergie des Arbeitsgases des Wärmerohres kann in mechanische Rotationsenergie
oder in mechanische Schwingungen eines Arbeitskörpers umgewandelt werden, welche
anschließend mit Hilfe eines mechano-elektrischen Wandlers in die elektrische Energie
umgewandelt wird. Dabei ist dieser Arbeitskörper (z. B. eine Turbine) des
mechanoelektrischen Wandlers in der Gasströmung des Wärmerohres angeordnet. Die
gezeigte Variante der Verfahrensrealisation besitzt jedoch bezüglich aller anderen Varianten
jenen Nachteil, daß Einrichtungen, die dieses Verfahren ermöglichen, mechanisch bewegliche
Teile enthalten müssen.
Im weiteren werden Varianten der Verfahrensrealisation beschrieben, die grundsätzlich für
die Schaffung der mittleren und der höheren Ausgangsleistungen zweckmäßig sind. Dies wird
anhand der Energieumwandlung der Gasströmung in die elektrische Energie nach dem
MHD-Generationsprinzip oder nach dem elektrostatischen Generationsprinzip ermöglicht.
In der Regel fließt das in den MHD-Generatoren elektroleitende Gas (Plasma) oder die
elektroleitende Flüssigkeit in einem Magnetfeld und kreuzt seine Kraftlinien. Dies führt zu
der Ablenkung der Ladungen mit verschiedenen Vorzeichen in verschiedene Richtungen, und
damit zur Trennung der in der Flüssigkeit (oder im Gas) enthaltenen elektrischen Ladungen.
Dies wiederum führt zur Generation elektrischer Energie. Die Effektivität der magnetohydro
dynamischer Generation ist dadurch begrenzt, daß das Erreichen der hohen elektrischen
Gasleitfähigkeit in den Gas-MHD-Generatoren problematisch ist; In den flüssigen
MHD-Generatoren besitzen Flüssigkeiten eine hohe elektrische Leitfähigkeit, aber es ist
problemstellend sie auf hohe Fließgeschwindigkeiten zu bringen.
In dem angebotenen Verfahren erweist sich der Arbeitskörper als die Mischung der Gas- und
der Flüssigphase, und die elektrischen Ladungen werden in dem Magnetfeld zusammen
mit den Tropfen der zerstäubten Flüssigkeit, die jene enthält, abgelenkt. Dabei führt man die
Flüssigkeit in den Gasstrom ein, zerstäubt sie, lädt elektrisch die Tropfen auf und läßt sie
zusammen mit der o. g. Gasströmung in einem Magnetfeld (oder in gekreuzten elektrischen
und magnetischen Feldern) fliegen, wie in einem normalen MHD-Generator. Die weitere
Arbeit und Energieabnahme wird auf die für die MHD-Generatoren gewöhnliche Art und
Weise durchgeführt, also entweder mit Hilfe von Elektroden
(MHD-Konduktionsgeneratoren), oder durch die Abnahme der induzierenden Strömen
(MHD-Induktionsgeneratoren).
Als Beispiel zeigt Fig. 4 ein mögliches Vektordiagramm für einen Tropfenkonverter mit der
Umwandlung nach dem MHD-Generationsprinzip. Hier J - Fluß der Gasströmung,
B - magnetische Flußdichte, U - elektrische Spannung.
Die Zufuhr der Flüssigkeit in die Gasströmung und ihr Zerstäuben in dieser Strömung erfolgt
durch einen Zerstäuber.
Darauf folgt die Beschreibung einer der möglichen bekannten Konstruktionen des
Zerstäubers, der das Zerstäuben einer Flüssigkeit im Gasstrom ausschließlich durch die
Energie dieses Stromes erlaubt. Diese Vorrichtung enthält zumindest ein schmales Röhrchen,
dessen ein Ende sich im Gasstrom und das andere Ende in der Flüssigkeit befindet, die eine
freie Fläche besitzt. Dabei grenzt diese freie Fläche der Flüssigkeit mit dem Gas, das sich
entweder bezüglich dieser Flüssigkeit ruht, oder bewegt sich ihr gegenüber mit einer
niedrigeren Geschwindigkeit als die Geschwindigkeit der Gasströmung bezüglich des
zweiten Rohrendes des Zerstäubers. Der dadurch entstehende Druckunterschied nach
Bernoulli-Prinzip zwingt die Flüssigkeit in dem Röhrchen hochzusteigen und in die
Gasströmung zu fließen.
Die Rückgewinnung der Flüssigkeit in dem Wärmerohr erfolgt anhand einer Transportzone,
die durch einen hintereinander liegenden schmalen und einen breiten Abschnitt zustande
kommt. Dabei wird das Röhrchen des Zerstäubers in den schmalen Abschnitt, und der Körper
für den Abfang geladener Tropfen in den breiten Abschnitt eingesetzt. Dabei tritt die freie
Oberfläche der Flüssigkeit, die sich aus der diskreten Tropfenform in die kontinuierliche
flüssige Form sammelt, mit dem Gas in dem breiten Teil des Stromes in Verbindung ein.
Theoretisch kann statt der Tropfen der Flüssigkeit auch das Pulver in allen erwähnten
Varianten der Durchführung des Verfahrens verwendet werden. Dies ist jedoch weniger
bequem wegen der Probleme mit der Organisation des Rückgewinnungskreises.
Fig. 5 zeigt ein mögliches Vektordiagramm für einen Tropfenkonverter mit der Umwandlung
nach dem elektrostatischen Generationsprinzip. Hier J - Fluß der Gasströmung,
U - elektrische Spannung.
Die Durchführung des Verfahrens nach dem elektrostatischen Generationsprinzip erfolgt
durch die Verwendung der Flüssigkeitspartikeln (zerstäubte Flüssigkeit) als eines der
Arbeitskörper. Dabei werden Ladungen von den Arbeitskörpern wie in einem gewöhnlichen
elektrostatischen Generator durch das Aneinanderreiben oder -stößen dieser Arbeitskörper
getrennt, oder auch in dem man die Ladungen in den Arbeitskörpern durch die
elektrostatische Induktion auflädt, wonach die auf diese Weise geladene Körper sich im Raum
voneinander entfernen. Die in den gewöhnlichen elektrostatischen Generatoren erzeugte
elektrische Spannung (z. B. in dem Van-de-Graaff-Generator) erreicht einige Mio. Volt.
Jedoch die Ausgangsleistung der bekannten Geräte ist deshalb so gering, weil die
Geschwindigkeit der Ladungsübertragung durch die Geschwindigkeit der Bewegung der
mechanischen Systemteile, und durch die Fläche der Oberfläche des festen Arbeitskörpers - des
Ladungstransporters - begrenzt wird. Bei Verwirklichung des Verfahrens nach den
angemeldeten Ansprüchen werden die Flüssigkeitspartikeln z. B. anhand eines Zerstäubers in
die Gasströmung eingeführt. Der o. g. flüssige Arbeitskörper wird elektrisch durch die
Reibung oder Zusammenstöße mit einem anderen festen oder flüssigen Arbeitskörper
aufgeladen. Im ersten Fall (Reibung) wird der andere Arbeitskörper an dem Düsenausgang
des Zerstäubers plaziert. Im zweiten Fall (Zusammenstöße) wird der andere Arbeitskörper, z. B.
in Form einer Stabreihe oder eines Netzes, in der Gasströmung in den Weg der
Flüssigkeitspartikeln plaziert. Das Voneinandertrennen der Ladungen der Arbeitskörper, und
die Entfernung der geladenen Flüssigkeitspartikeln von dem anderen Arbeitskörper, erfolgt
anhand der Energie der Gasströmung. Dabei: a) Die Summenfläche der Oberflächen der
Flüssigkeitspartikeln ist erheblich größer als die Fläche der Oberfläche des festen
Ladungstransporters (z. B. Bändern in gewöhnlichen elektrostatischen Generatoren; b) In der
Einrichtung fehlen mechanisch bewegliche Bauteile, die die Geschwindigkeit der
Ladungsübertragung begrenzen würden. Damit werden die beiden Ursachen der
Leistungsbegrenzung, die in den existierenden elektrostatischen Generatoren vorhanden sind,
durch das angebotene Verfahren und Einrichtung aufgehoben. Es existiert ebenfalls eine
Variante der Verfahrensverwirklichung, bei der die Energie der Gasströmung in die
elektrische Energie durch eine Kombination des MHD-Generationsprinzips und des
elektrostatischen Generationsprinzips erfolgt. Dabei erfolgen alle Schritte der
Verfahrensverwirklichung in Analogie zu dem, wie dies bereits für den Tropfenkonverter mit
der Umwandlung nach dem elektrostatischen Generationsprinzips beschrieben wurde. Die
Bewegung der geladenen Flüssigkeitspartikeln erfolgt jedoch in einem Magnetfeld, wobei die
Kraftlinien dieses Magnetfeldes B (magnetische Flußdichte) kreuzen den Vektor des Flusses
der Gasströmung J unter einem Winkel ungleich 0. Es ist offensichtlich, daß in den
Rahmen der präsentierten Ansprüche die Umwandlung der Energie nach dem MHD-
Generationsprinzip und dem elektrostatischen Generationsprinzip mit einem
verallgemeinernden mathematischen Modell mit Grenzfällen, gezeigt z. B. in Fig. 4 und 5,
umschrieben wird. D. h. im Falle eines "reinen" elektrostatischen Generators könnte man
meinen, daß die Vektoren B und J kollinear sind, d. h. die Vektorrichtung der magnetischen
Flußdichte ist der Vektorrichtung der Gasströmung parallel.
Claims (43)
1. Verfahren zur Umwandlung der Energie, bei dem die Sonnenenergie oder die
Wärmeenergie oder die Strahlungsenergie in eine andere Energieart umgewandelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Energie zu einem Verdampfer des Wärmerohres (Heat Pipe) zugeleitet wird, und
die Energie der Bewegung des Gases des Wärmerohres wird in andere nicht thermische
Energiearten umgewandelt.
2. Verfahren nach dem Oberbegriff im Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Energieumwandlung in andere, nicht thermische Energiearten, innerhalb des
Wärmerohres erfolgt, wonach diese Energie in ihrer nicht thermischen Form aus dem
inneren Teil des Wärmerohres hinausgeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonnenstrahlung
oder eine Strahlung aus anderen Quellen direkt zu der Kapillarstruktur (dem Docht) des
Wärmerohres oder zu der Arbeitsflüssigkeit des Wärmerohrs durch ein für diese
Strahlung transparentes Material zugeleitet wird, und die Arbeitsflüssigkeit wird entweder
durch oder ohne Sieden verdampft.
4. Einrichtung für die Umwandlung der Energie, insbesondere zur Durchführung des
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welche eine Zone für die Interaktion mit
der Sonnen- oder anderen Art der Strahlung, oder eine Zone für die Zufuhr der
Wärmeenergie besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung das Wärmerohr
(Heat Pipe) enthält, das seinerseits einen Umwandler der Energie des Arbeitsgases des
Wärmerohres in eine andere nicht thermische Energieart besitzt.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone der Interaktion mit
der Sonnenstrahlung oder die Zone der Zufuhr der externen Wärmeenergie insbesondere
der Verdampfer des Wärmerohres ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, insbesondere für die Durchführung des Verfahrens
nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umwandler der
Energie des Arbeitsgases des Wärmerohres in andere nicht thermische Energiearten
innerhalb dieses Wärmerohrs ganz oder teilweise plaziert ist.
7. Einrichtung für die Umwandlung der Energie, insbesondere für die Durchführung des
Verfahrens nach Anspruch 3, die das Wärmerohr (Heat Pipe) enthält, dadurch
gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Wärmerohrs oder der Docht des Wärmerohrs
oder sie beide aus einem Material gefertigt sind, welches für die Strahlung, deren Energie
die Arbeitsflüssigkeit des Wärmerohres verdampfen läßt, transparent ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Material nach Anspruch 7
optisch transparent ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasenergie
des Wärmerohres in die elektrische Energie umgewandelt wird.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, insbesondere für die Durchführung des
Verfahrens nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen
Generator der elektrischen Energie enthält.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie
der Bewegung des Arbeitsgases des Wärmerohres in die Energie der akustischen
Schwingungen umgewandelt wird.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Umwandler der Energie des Arbeitsgases des Wärmerohres in eine andere, nicht
thermische Energieart, einen Generator der akustischen Schwingungen, u. a. auch der
Ultraschall- und Schallschwingungen enthält.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator der
akustischen Schwingungen der Hartmann-Generator oder eine von seinen Modifikationen
ist.
14. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator der
akustischen Schwingungen eine Pfeife ist.
15. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator der
akustischen Schwingungen eine Membran, eine Saite oder irgendeinen anderen festen
Körper enthält, der mechanische Schwingungen oder Kreisbewegungen anhand der
Energie des Stroms des Arbeitsgases verrichtet.
16. Verfahren nach Anspruch 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der
akustischen Schwingungen in die elektrische Energie umgewandelt wird.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, insbesondere für die Durchführung des
Verfahrens nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen
Wandler der Energie der akustischen Schwingungen in die elektrische Energie enthält.
18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen
piezoelektrischen oder einen magnetostriktischen Wandler enthält.
19. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung der elektrischen
Energie anhand der gemeinsamen Einwirkung auf den Wandler der Energie der
akustischen Schwingungen sowie der Sonnen- oder einer anderen hochfrequenten
elektromagnetischen Strahlung erfolgt.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der
Sonnenstrahlung in zwei Teile getrennt wird, wovon der eine auf den Verdampfer des
Wärmerohres, und der andere auf einen fotoleitenden Kristall des Wandlers der Energie
gelenkt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Teile der Strömung
der Sonnenstrahlung nach Anspruch 20 in ihrer Frequenz unterscheiden, wobei auf den
Kristall des Energiewandlers nur ein schmaler Teil des Frequenzbereichs der
elektromagnetischen Sonnenstrahlung gelenkt wird, der auf die Leitfähigkeit des
fotoleitenden Kristalls des Umwandlers wirkt; und der restliche Teil des Frequenzbereichs
der Strahlung wird auf den Verdampfer des Wärmerohres.
22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, insbesondere für die Durchführung des
Verfahrens nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß diese
Einrichtung einen fotoleitenden Kristall enthält, u. a. einen Piezohalbleiter.
23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen CdS-
Piezohalbleiter enthält.
24. Einrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung
einen Generator für die Anregung von mechanischen Schwingungen im o. g. Kristall
besitzt, sowie ein transparentes Fenster oder ein anderes optisches System für die
Zuleitung von Sonnenlicht oder von elektromagnetischer Strahlung einer anderen Quelle
zum o.g. Kristall.
25. Einrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der
fotoleitende Kristall im Bereich des Schallfeldes des akustischen Generators und seine
Oberfläche unter dem transparenten Fenster in der Wand des Wärmerohres im Bereich der
optischen Strahlung aufgestellt wird.
26. Einrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die
Energiequelle der mechanischen Schwingungen des fotoleitenden Kristalls die Strömung
des Arbeitsgases des Wärmerohres aus dem Verdampfer in den Kondensator ist.
27. Einrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 18 oder 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet,
daß der akustoelektrische Wandler nach einem der Ansprüche 17 bis 18 oder der
fotoakustoelektrische Wandler nach einem der Ansprüche 22 bis 26 außerhalb des
Wärmerohrs plaziert, und mit der Quelle der akustischen Schwingungen anhand eines
Schalleiters verbunden ist.
28. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der Bewegung des
Arbeitsgases des Wärmerohres anhand des mechano-elektrischen Wandlers in die
elektrische Energie umgewandelt wird.
29. Einrichtung nach Anspruch 10 für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 28,
dadurch gekennzeichnet, daß der Generator der elektrischen Energie ein mechano-elek
trischer Wandler ist, der in den Strom des Arbeitsgases des Wärmerohrs aus dem
Verdampfer in den Kondensator angeordnet ist.
30. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der Bewegung des
Arbeitsgases des Wärmerohrs in die elektrische Energie anhand des
magnetohydrodynamischen MHD-Generators umgewandelt wird.
31. Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie, bei dem die Gasströmung in einem
Magnetfeld oder in gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern fließt, dadurch
gekennzeichnet, daß geladene Partikeln der Flüssigkeit oder des Pulvers in die
Gasströmung gegeben werden, und der räumliche Transport der Ladungen in dem
Magnetfeld zusammen mit den Partikeln der Flüssigkeit oder des Pulvers stattfindet, die
diese Ladungen mit sich tragen.
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikeln nach Anspruch
30 entweder durch Reibung oder Zusammenstößen aneinander oder an einen oder an
einige andere Körper aufgeladen werden.
33. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikeln nach Anspruch
31 durch elektrostatische Induktion aufgeladen werden.
34. Einrichtung nach Anspruch 10, insbesondere für die Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator der
elektrischen Energie ein magnetohydrodynamischer Generator (MHD-Generator) ist.
35. Magnetohydrodynamischer Generator, insbesondere für die Durchführung des Verfahrens
nach einem der Ansprüche 30 bis 33, der einen Arbeitskörper, einen Kanal für den
Durchfloß des Arbeitskörpers, eine Quelle des Magnetfeldes und ein System für die
konduktive oder induktive Abnahme der elektrischen Energie zum Belastungsstromkreis
enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskörper die Partikeln der Flüssigkeit oder
des Pulvers sind, wobei die Partikeln der Flüssigkeit oder des Pulvers elektrisch geladen
sind.
36. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8 oder 35, insbesondere für die
Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 30 bis 33, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen Zerstäuber der Flüssigkeit enthält.
37. Verfahren zur Umwandlung der Energie, bei dem die Arbeit der äußeren Kräfte in die
elektrische Energie umgewandelt wird, mit denen Ladungen zwischen zwei oder mehreren
Arbeitskörpern durch Reibung oder Zusammenstößen aneinander getrennt werden, oder
auch in dem man Ladungen in den Arbeitskörpern durch die elektrostatische Induktion
auflädt, wonach die auf diese Weise geladene Körper sich voneinander entfernen, dadurch
gekennzeichnet, daß zumindest einer dieser Körper die zerstäubte Flüssigkeit oder das
Pulver ist, wobei die Schritte nach dem Oberbegriff im Anspruch 37 anhand der Energie
der Gasströmung erfolgen.
38. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung der Energie
nach dem Anspruch 37 erfolgt.
39. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der Bewegung des
Arbeitsgases des Wärmerohres anhand eines elektrostatischen Generators in die
elektrische Energie umgewandelt wird.
40. Elektrostatischer Generator, insbesondere für die Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 37 bis 39, der einen Arbeitskörper für die mechanische Übertragung
der elektrischen Ladungen im Raum, eine Einrichtung für das Auftragen der Ladungen auf
diesen Arbeitskörper und für die Abnahme der Ladungen von diesem Arbeitskörper auf
eine äußere Elektrode enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskörper entweder
Flüssigkeits- oder Pulverpartikeln ist.
41. Elektrostatischer Generator nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß dieser
zumindest einen Zerstäuber der Flüssigkeit enthält, wobei die Düse des Zerstäubers in der
Gasströmung plaziert ist.
42. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen elektrostatischen
Generator nach Anspruch 40 oder 41 enthält.
43. Verfahren nach einem der Ansprüche 37 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß die
Übertragung der Ladungen im Raum in einem Magnetfeld oder in gekreuzten elektrischen
und magnetischen Feldern erfolgt.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19921066A DE19921066A1 (de) | 1999-05-08 | 1999-05-08 | Verfahren und Einrichtung zur Umwandlung der Energie |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE19921066A DE19921066A1 (de) | 1999-05-08 | 1999-05-08 | Verfahren und Einrichtung zur Umwandlung der Energie |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19921066A1 true DE19921066A1 (de) | 1999-11-25 |
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|---|---|---|---|
| DE19921066A Withdrawn DE19921066A1 (de) | 1999-05-08 | 1999-05-08 | Verfahren und Einrichtung zur Umwandlung der Energie |
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| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19921066A1 (de) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE20118977U1 (de) * | 2001-11-21 | 2003-03-27 | Burletti Michael | Element einer Gebäudewand oder eines Gebäudedaches |
| WO2003026109A3 (de) * | 2001-09-14 | 2004-08-12 | Alexander Luchinskiy | Verfahren und einrichtung zur umwandlung der energie |
| EP3002457A1 (de) * | 2014-09-30 | 2016-04-06 | Alcatel Lucent | Energiegewinnungstechnik |
| US9651032B2 (en) | 2014-12-09 | 2017-05-16 | General Electric Company | Submersible power generators and method of operating thereof |
| US20210215439A1 (en) * | 2020-01-15 | 2021-07-15 | Sanjay K Roy | Rotor cooling system |
-
1999
- 1999-05-08 DE DE19921066A patent/DE19921066A1/de not_active Withdrawn
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| US11598589B2 (en) * | 2020-01-15 | 2023-03-07 | Sanjay K Roy | Rotor cooling system |
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