DE202022002811U1

DE202022002811U1 - System zur Stromerzeugung unter Verwendung von Zellen mit Seebeck-Effekt

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Publication number: DE202022002811U1
Application number: DE202022002811.3U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-11-23
Filing date: 2022-11-21
Publication date: 2023-07-12
Anticipated expiration: 2032-11-22
Also published as: EP4185091A1

Abstract

Vorrichtung zur Stromerzeugung, die zur Durchführung eines Verfahrens zur Erzeugung von Elektrizität geeignet ist, das folgende Schritte umfasst:
(a) Umwandlung von Energie in Wärme aus einem Fluss von mindestens einer elektromagnetischen Welle, wobei der Fluss durch ein optisches Element, wie eine Fresnellinse oder dergleichen, konzentriert wird;
b) Speichern der Energie in Form von Wärme gemäß Schritt (a) auf einem Wärmeträgerprodukt;
(c) Erzeugen von Elektrizität unter Verwendung der gespeicherten Wärme aus Schritt (b), die für die heiße Seite in einer thermoelektrischen Zelle (17) mit Seebeck-Effekt benötigt wird; und
(d) Rückgewinnung der in Produktionsschritt (c) erzeugten Elektrizität, aufweisend
- ein optisches Element, z.B. eine Linse oder ein Spiegel;
- ein Wärmeübertragungsprodukt, das so angeordnet ist, dass es die Energie aus einem Fluss mindestens einer elektromagnetischen Welle aufnimmt, die von dem optischen Element konzentriert wird;
- mindestens eine thermoelektrische Zelle (17) mit Seebeck-Effekt, die einen Kaltkörper umfasst, der so konfiguriert ist, dass er eine Temperaturdifferenz mit dem Wärmeträgerprodukt erzeugt; und
- mindestens ein Mittel zur Rückgewinnung des erzeugten Stroms.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein erneuerbares oder auch als „grün“ bezeichnetes Stromerzeugungssystem mit einer sehr niedrigen Kohlenstoffbilanz, das thermoelektrische Zellen mit Seebeck-Effekt verwendet, wobei die benötigte Wärme durch die Konzentration elektromagnetischer Wellen, wie z.B. Sonnenstrahlen, über ein oder mehrere optische Elemente, wie z.B. eine Fresnel-Linse, erzeugt wird.
Thermoelektrische Zellen mit Seebeck-Effekt werden normalerweise in Bereichen eingesetzt, in denen es viel Abwärme gibt und diese Wärme für die zusätzliche Stromerzeugung genutzt wird. Die Zelle(n) kann (können) daher an einen Ofen angebaut sein oder sich in der Nähe oder in Kontakt mit einer Flamme oder heißen Abgasen befinden. Seebeck-Thermoelektrische Zellen wurden auch in der Raumfahrt bei einigen Sonden eingesetzt, wenn die Sonden zu weit reisen, als dass Sonnenkollektoren eine brauchbare Quelle wären, wobei die Wärme einer Radiobatterie als Wärmequelle genutzt wird.
Darüber hinaus kann bei der sogenannten „grünen“ Wärmeerzeugung die Wärme durch riesige Spiegelparks gesammelt werden, die diese Wärme auf einen Turm konzentrieren, in dem Wärmeflüssigkeiten erhitzt werden. Obwohl diese Methode grün ist, erfordert sie eine große Infrastruktur wie einen sehr großen und teuren Turm. Außerdem muss die erhitzte Flüssigkeit durch Leitungen und Pumpen transportiert werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden, indem eine Vorrichtung zur Stromerzeugung vorgeschlagen wird.
Die Vorrichtung ist zur Durchführung eines Verfahrens zur Erzeugung von Elektrizität geeignet, das die folgenden Schritte umfasst:

(a) Umwandlung von Energie in Wärme aus einem Fluss von mindestens einer elektromagnetischen Welle, wobei der Fluss durch ein optisches Element wie eine Linse oder einen Spiegel konzentriert wird;
(b) Speichern der Energie in Form von Wärme gemäß Schritt (a) auf einem Wärmeträgerprodukt;
(c) Erzeugen von Elektrizität unter Verwendung der gespeicherten Wärme aus Schritt (b), die für die heiße Seite in einer thermoelektrischen Zelle mit Seebeck-Effekt benötigt wird; und
(d) Rückgewinnung der in Produktionsschritt (c) erzeugten Elektrizität.

Schritt (c) der Stromerzeugung ist insbesondere notwendig, um einen Temperaturunterschied zur kalten Seite der Zelle zu erzeugen.
Bevorzugt kann das Verfahren zur Stromerzeugung dadurch gekennzeichnet sein, dass es eine 24-stündige Stromerzeugung ermöglicht, die durch einen Fluss von mindestens einer elektromagnetischen Welle während mindestens 2 Stunden, mindestens 3 Stunden, mindestens 4 Stunden, mindestens 5 Stunden, mindestens 6 Stunden, mindestens 7 Stunden, mindestens 8 Stunden, mindestens 9 Stunden, mindestens 10 Stunden, mindestens 11 Stunden oder mindestens 12 Stunden erzeugt wird.
In einer besonderen Ausführungsform kann das Verfahren zur Stromerzeugung gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet sein, dass die Menge und/oder die Qualität des Wärmeträgers aus Schritt (a) und (b) für eine Tag-und-Nacht-Stromerzeugung geeignet ist, wenn der Fluss mindestens einer elektromagnetischen Welle von der Sonne kommt.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren zur Stromerzeugung dadurch gekennzeichnet sein, dass die Menge und/oder die Qualität des Wärmeträgers in Schritt (b) für einen Betrieb von mindestens einem Tag, vorzugsweise mindestens zwei Tagen oder sogar mindestens drei Tagen ohne einen Schritt (a) zur Umwandlung von Energie in Wärme aus einem Fluss mindestens einer elektromagnetischen Welle geeignet sind.
Darüber hinaus kann das Verfahren zur Stromerzeugung dadurch gekennzeichnet sein, dass das optische Element eine Fresnel-Linse ist. Fresnel-Linsen sind nämlich seit langem bekannt und aus diesem Grund leicht zu formende Elemente, um eine optimale Energiegewinnung zu ermöglichen.
Außerdem kann das Verfahren zur Stromerzeugung dadurch gekennzeichnet sein, dass das optische Element ein Spiegel ist, der so geformt ist, dass er den Fluss der elektromagnetischen Welle(n) konzentriert, beispielsweise durch einen konkaven Spiegel.
In einer besonderen Ausführungsform kann das Verfahren zur Stromerzeugung gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet sein, dass das Wärmeträgerprodukt in Schritt (b) ein geschmolzenes Salz ist oder schmelzen kann, wenn es dem konzentrierten Fluss durch ein optisches Element ausgesetzt wird.
In einer besonderen Ausführungsform kann das Verfahren zur Stromerzeugung dadurch gekennzeichnet sein, dass das geschmolzene Salz aus der Liste ausgewählt wird, die aus Lithiumnitrat, Kalziumnitrat, Natriumnitrat und Kaliumnitrat besteht.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren zur Stromerzeugung dadurch gekennzeichnet sein, dass das Wärmeträgerprodukt aus Schritt (b) durch eine zusätzliche Energiequelle erhitzt wird, d.h. zusätzlich zur Umwandlung von Energie in Wärme aus einem Strom mindestens einer elektromagnetischen Welle.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren zur Stromerzeugung dadurch gekennzeichnet sein, dass die zusätzliche Energiequelle aus einer künstlichen Quelle stammt.
Bevorzugt kann das Verfahren zur Stromerzeugung dadurch gekennzeichnet sein, dass die zusätzliche Energiequelle über einen Wärmetauscher oder eine externe Wärmezelle konzentriert wird.
In einer besonderen Ausführungsform kann das Verfahren zur Stromerzeugung gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet sein, dass das Wärmeträgerprodukt aus Schritt (b) durch eine zusätzliche Energiequelle erwärmt wird, die beispielsweise aus einer künstlichen Quelle stammt, wie z.B. konzentriert über einen Wärmetauscher oder eine externe Wärmezelle.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens geeignet ist.
Insbesondere betrifft der Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung, die für die Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens geeignet ist, die dadurch gekennzeichnet sein kann, dass sie umfasst:

- ein optisches Element, wie eine Linse oder einen Spiegel, wie oben beschrieben;
- ein Wärmeübertragungsprodukt, das so angeordnet ist, dass es die Energie aus einem Fluss mindestens einer elektromagnetischen Welle aufnimmt, die von dem optischen Element konzentriert wird;
- mindestens eine thermoelektrische Zelle mit Seebeck-Effekt, die einen Kaltkörper umfasst, der so konfiguriert ist, dass er eine Temperaturdifferenz mit dem Wärmeträgerprodukt erzeugt; und
- mindestens ein Mittel zur Rückgewinnung des erzeugten Stroms.

In einer besonderen Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet sein, dass das Wärmeträgerprodukt von der Außenwelt isoliert ist.
Bevorzugt wird das Wärmeträgerprodukt in einem vorzugsweise luftdichten Fach untergebracht.
Bevorzugt kann die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet sein, dass sich das Wärmeträgerprodukt in einem Abteil befindet, dessen Feuchtigkeit z.B. durch ein Druckventil kontrolliert wird, das die Einführung eines Inertgases wie Stickstoff ermöglicht.
In einer besonderen Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet sein, dass die Wände der Vorrichtung aus einem korrosionsbeständigen Material hergestellt sind.
Bevorzugt kann die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet sein, dass das korrosionshemmende Material Glas umfasst.
Bevorzugt kann die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet sein, dass sie einen Glaskäfig umfasst.
Unter „Glaskäfig“ wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine verglaste (also aus Glas bestehende) Loge verstanden.
In einer besonderen Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet sein, dass mindestens ein Teil der Wände ein Material umfasst, das eine erleichterte Wärmediffusion ermöglicht, wie z.B. Graphen, wobei vorzugsweise die thermoelektrische Zelle mit Seebeck-Effekt in Kontakt mit dem Material steht, das eine erleichterte Wärmediffusion ermöglicht.
In einer besonderen Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet sein, dass sie ein Metallgehäuse umfasst, in dem ein Fach, vorzugsweise aus Glas, angeordnet ist, das das Wärmeübertragungsprodukt enthält.
Bevorzugt kann die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet sein, dass das Metallgehäuse und das Abteil, vorzugsweise aus Glas, mit dem Wärmeträgerprodukt durch einen Raum getrennt sind, der mit einem Gas, wie z.B. Luft, gefüllt werden kann.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft auch eine Verwendung eines optischen Elements, wie einer Fresnel-Linse oder eines Spiegels, um einen Fluss mindestens einer elektromagnetischen Welle mit einer thermoelektrischen Seebeck-Effekt-Zelle zu konzentrieren, die einen Kaltkörper umfasst, wobei das optische Element so ausgerichtet ist, dass es ein Wärmeträgerprodukt erwärmt.
Wie zuvor beschrieben, kann das optische Element eine Linse (wie eine Fresnel-Linse) oder ein Spiegel sein, wie oben beschrieben.
In einer besonderen Ausführungsform kann die Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet sein, dass der Wärmeträger ein geschmolzenes Salz ist oder geschmolzen werden kann, wenn es dem konzentrierten Fluss durch ein optisches Mittel ausgesetzt wird, um thermische Energie in dem geschmolzenen Salz zu speichern, um als thermische Zelle verwendet zu werden.
Bevorzugt kann die Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet sein, dass das geschmolzene Salz aus der Liste ausgewählt ist, die aus Lithiumnitrat, Kalziumnitrat, Natriumnitrat und Kaliumnitrat besteht.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft auch eine Verwendung einer Stromerzeugungsvorrichtung wie oben beschrieben, um Strom in ein öffentliches Stromnetz einzuspeisen, Haushaltsstrom oder Industriestrom bereitzustellen.
Interessant ist hier die Lösung einer erneuerbaren Wärmequelle, insbesondere mit geringerer Logistik, durch die Nutzung von Sonnenwärme, die durch ein optisches Element wie eine Fresnel-Linse konzentriert wird, für die heiße Seite der Zelle und für die kalte Seite wird eine Kaltwasserquelle genutzt, die beispielsweise aus einem Becken stammt, das entweder natürlich oder künstlich mit fließendem Wasser gefüllt ist.
Alternativ ist die Lösung einer erneuerbaren Wärmequelle durch die Nutzung von konzentrierter Sonnenwärme durch ein optisches Element wie eine Fresnel-Linse und einen Tank, in dem sich der Wärmeträger wie ein Metallsalz oder vorzugsweise Lithiumnitrat befindet und nicht zirkuliert. Dadurch entfallen die Leitungen und Pumpen für seine Beförderung vom Turm zum System, das die Wärmeträgerflüssigkeit verwendet. Das System erzeugt dann sogenannten „grünen“, kohlenstofffreien Strom.
Die Erfindung nutzt insbesondere das thermoelektrische Prinzip mit dem Seebeck-Effekt, um erneuerbaren und kohlenstofffreien grünen Strom zu erzeugen.
Das optische Element wie die Fresnel-Linse konzentriert elektromagnetische Strahlung wie die Sonnenstrahlung und nutzt diese Wärme, um ein Wärmeträgermaterial wie ein (vorzugsweise geschmolzenes) Metallsalz, vorzugsweise Lithiumnitrat, zu erhitzen. Die gespeicherte Wärme kann als Wärmespeicher oder Solarzelle verwendet werden.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass sie auch dann funktioniert und die Wärme abgibt, wenn keine elektromagnetische Strahlung wie Sonnenstrahlung vorhanden ist (d.h. in der Dunkelheit), wie z.B. nachts. Das System nutzt elektromagnetische Strahlung wie Sonnenlicht als Wärmequelle, benötigt aber keine elektromagnetische Strahlung, um diese Energie in Form von Elektrizität abzugeben, da ein Temperaturunterschied (warm vs. kalt) in Kombination mit einer Seebeck-Zelle diesen Effekt ermöglicht.
Beispielsweise muss für einen 24-Stunden-Betrieb die Fläche in Quadratmetern (m²) des/der optischen Elements/e wie Fresnel-Linsen und die Menge des Wärmeträgers wie ein geschmolzenes Metallsalz (vorzugsweise Lithiumnitrat) so angepasst werden, dass die Menge des Wärmeträgers ausreichend erhitzt wird, um eine für den Betrieb ausreichende Wärmespeicherung zu ermöglichen.
Dies kann leicht ermittelt werden, indem zunächst die Menge und die Art des Wärmeträgers an die verwendete(n) thermoelektrische(n) Zelle(n) mit Seebeck-Effekt angepasst wird (künstliche Erwärmung mit Ausgasung im Dunkeln und Messung der so gelieferten Elektrizität). Anschließend wird/werden das/die optische(n) Element(e) wie z.B. Fresnel-Linsen angepasst, um dem Wärmeträgerprodukt die erforderlichen Kalorien zuzuführen.
Die thermoelektrische Zelle mit dem Seebeck-Effekt zeichnet sich dadurch aus, dass sie Strom über einen Temperaturunterschied erzeugt, der auf mehreren (in der Regel zwei) ihrer Seiten herrscht. Mit anderen Worten: Wenn eine heiße und eine kalte Quelle jeweils mit beiden Seiten einer thermoelektrischen Zelle mit Seebeck-Effekt in Kontakt kommen, wird Strom erzeugt (entsprechend der Differenz zwischen heiß und kalt, die mit diesen Seiten in Kontakt kommt).
In einer besonderen Ausführungsform bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung eine sogenannte grüne und kohlenstofffreie Lösung zur Stromerzeugung durch thermoelektrische Zellen mit Seebeck-Effekt. Die Wärme wird durch eine Synergie von Mitteln erzeugt, wie z.B. die Konzentration von Sonnenstrahlen durch Fresnel-Linsen, um ein wärmeübertragendes Medium (z.B. Lithiumnitrat) zu schmelzen, das die notwendige Wärme für mindestens eine thermoelektrische Zelle mit Seebeck-Effekt liefert. Durch Wärmeleitung, wobei die Kälte von einer kalten Flüssigkeit geliefert wird, die in einem anderen Behälter zirkuliert, bei dem es sich um kaltes Wasser handeln kann, kann das System auch nach Sonnenuntergang funktionieren. Wenn man Behälter verwendet, die zuvor tagsüber durch die Linse erwärmt wurden, können diese als Wärmespeicher (Wärmezelle) die Wärme nachts durch Wärmeleitung in der gleichen Weise wie das Tagessystem abgeben.
Darüber hinaus können bestimmte Aspekte der vorliegenden Erfindung in Form von Klauseln beschrieben werden:

Klausel 1: Das Verfahren wird als grün oder erneuerbar bezeichnet, da die für den Betrieb der thermoelektrischen Zellen mit Seebeck-Effekt erforderliche Wärme durch Sonnenstrahlung erzeugt wird, die durch eine Fresnel-Linse (1) hindurchgeht, die zum Schmelzen von Lithiumnitrat oder einer anderen Lösung mit einer Wärmeübertragungsrolle verwendet wird, vorzugsweise Lithiumnitrat wegen dieser Qualitäten der Wärmespeicherung und -wiedergabe.
Klausel 2: Die Isolierung durch die Glasteile (18), (19), (20) des Sandwiches und das System der Schrauben oder Nieten oben und unten sollen die Erwärmung der Platte (16) durch Wärmeleitung von der Platte (15) weitestgehend verhindern.
Klausel 3: Die Wärme des Lithiumnitrats oder eines anderen Wärmeträgermediums, das geschmolzen wird, wird verwendet, um durch Wärmeleitung die Wärme zu übertragen, die die thermoelektrische Seebeck-Zelle für die heiße Seite der Zelle benötigt.
Klausel 4: Der Behälter des Wärmeträgermediums ist bei einer Atmosphäre auf Meereshöhe durch ein Druckventil (9) luftdicht verschlossen, das dazu dient, die Umgebungsluft abzusaugen, um sie durch Stickstoffgas zu ersetzen, um die Aufnahme von Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft durch das Lithiumnitrat zu begrenzen und den Behälter mit Lithiumnitrat zu füllen.
Klausel 5: Das Design des Glaskäfigs ist würfelförmig (6) und ohne Bodenwände, wobei der Boden (7) aus einem Material mit möglichst hoher Wärmeleitfähigkeit besteht und mit dem Glaskäfig (6) versiegelt wird, der eine einzige hermetische Einheit bildet, wobei das Material des Bodens vorzugsweise Graphen ist. Das Glas des Glaskäfigs (6) hat den Vorteil, dass Korrosion und Abrieb an Teilen, die sonst beispielsweise aus Metall oder anfällig für Korrosion oder Oxidation wären, begrenzt werden. Wärmeverluste werden durch das Thermoskannen-Design, die Glaswände (6) und den Luftraum (8) zwischen dem Glas und der lufthaltigen Aluminiumwand (5) minimiert, so dass die maximale Wärme durch Wärmeleitung durch das Graphen (7) gespeichert und genutzt wird.
Klausel 6: Das Sandwich (15)(18)(17)(19)(16)(20), das die thermoelektrischen Zellen in der Mitte des Sandwichs hält, bietet eine Lösung, die sowohl eine gute Wärmeleitungsleistung zu den Zellen (17) sowohl für die heiße als auch die kalte Seite aufgrund der thermischen Eigenschaft von Graphen bietet und auch ein isolierendes Prinzip durch die Teile (18) (19) (20) gewährleistet, das eine Wärmeleitung von Teil (15) zu Teil (16) minimiert.

Im Folgenden werden als nicht einschränkende Beispiele Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen beschrieben, auf denen:

[ ] ist eine Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
[ ] zeigt ein System mit einer Linse (z.B. einer Fresnel-Linse), die einen Rahmen und ein Sonnennachführungssystem umfasst, und dessen Befestigung am Boden.
[ ] zeigt eine Profilansicht von .
[ ] zeigt ein Linsensystem (wie eine Fresnel-Linse), das so angeordnet ist, dass es einen oberen Teil eines Gefäßes gemäß der vorliegenden Erfindung erhitzt.
[ ] zeigt eine Draufsicht auf einen Behälter gemäß der vorliegenden Erfindung.
[ ] ist eine perspektivische Explosionsansicht aller Elemente in .
[ ] zeigt eine Variante eines Gefäßes gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Oberteil aus Glas.
[ ] zeigt eine Profilansicht mit einem oberen und einem unteren Teil der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
[ ] zeigt eine thermoelektrische Zelle mit Seebeck-Effekten, zum Verständnis der beiden verschiedenen Seiten und ihrer Verwendung.
[ ] stellt den unteren Teil und alle Elemente, aus denen er besteht, dar.
[ ] zeigt eine Vorderansicht von .
[ ] zeigt eine perspektivische Ansicht eines unteren Teils der Sandwich-Vorrichtung.
[ ] zeigt eine weitere perspektivische Ansicht des unteren Teils der Sandwichvorrichtung gemäß mit zusätzlichen Elementen.
[ ] zeigt eine perspektivische Explosionsansicht des unteren Teils der Sandwich-Vorrichtung.
[ ] ist eine Darstellung, die das Verständnis einer im folgenden Beispiel beschriebenen Ausführungsform unterstützt.

Mit Bezug auf die , , und kann ein optisches Element, wie z.B. eine Fresnel-Linse 1, identifiziert werden, das von einem Rahmen 2 (auch Tragrahmen oder beweglicher Rahmen genannt) gehalten wird. Dieser Rahmen 2 ist an Armen 3 befestigt, die mit mindestens einem Motor 4 verbunden sind. Die Fresnel-Linse 1 ist so angeordnet, dass sie auf einen oberen Teil A1 der erfindungsgemäßen Vorrichtung fokussiert wird. Dieser obere Teil A1 ist über einem unteren Teil A2 positioniert.
Genauer gesagt ist in der Rahmen 2 der Fresnel-Linse 1 durch den Motor 4 (der ein Elektromotor und/oder ein Schrittmotor sein kann), wobei der Motor beispielsweise vom Typ Schrittmotor sein kann, schwenkbar, um dem Lauf der Sonne zu folgen, um seine Ausrichtung zur Konzentration der Sonnenstrahlen auf einen Brennpunkt des heißen Punktes auf der ersten oberen Platte 11 beizubehalten.
In hat der Rahmen 2 eine quadratische Form und ist so konstruiert, dass er die Motoren 4 in runden Aufnahmen an den Seiten des Rahmens 2 aufnehmen kann. Der Rahmen 2 ist mit Armen 3 (die aus Metall sein können) befestigt, die die Motoren 4 und den Rahmen 2 halten, wobei letzterer die Fresnel-Linse 1 hält. Die Arme 3 sind am Boden versiegelt.
In geht die Sonnenstrahlung außerdem durch eine Fresnel-Linse 1, die in ihrem Rahmen 2 gehalten wird. Die Sonnenstrahlung wird von dieser Fresnel-Linse gebündelt und so ausgerichtet und fokussiert, dass sie auf einen bestimmten Brennpunkt trifft, um die gewünschte Temperatur zu halten, wie es ein Fachmann oder ein auf optische Wissenschaft spezialisierter Ingenieur tun würde.
Der Hotspot der Fresnel-Linse wird und verwendet, um eine erste obere Platte 11 zu erhitzen, die vorzugsweise aus Graphen oder einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, oder die erste obere Platte 11 kann durch Glas ersetzt werden.
In den , und umfasst die Bezeichnung Oberteil A1 den Behälter für das Wärmeträgerprodukt in Form eines schmelzbaren Salzes wie Lithiumnitrat, d.h. alle folgenden Elemente: den ersten Behälter 5, den zweiten Behälter 6, den Behälterboden 7, den dadurch erzeugten Raum 8, das Druckventil 9, die ersten Nieten 10 und die erste Deckplatte 11 in einer einzigen kompakten Einheit.
Mit Bezug auf kann die zweite Wanne 6 eine Glaswanne ohne Boden sein (wie in dargestellt), wobei Strahlung anstelle von Konvektionserwärmung zum Erhitzen des Metallsalzes verwendet wird. Es kann auch eine erste obere Platte 11 aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet werden. In jedem Fall besteht das Ziel darin, Wärmeenergie in einem Wärmeträgerprodukt wie einem schmelzbaren Salz (z.B. Lithiumnitrat) zu speichern, das in das Innere des zweiten Behälters 6 (wobei der zweite Behälter 6 möglicherweise aus Glas besteht) eingespritzt werden soll.
In ist eine Wanne als Ganzes dargestellt, die eine zweite Wanne 6 in Form eines Glaswürfels ohne Boden umfasst, eine erste obere Platte 11 der zweiten Wanne 6, die vorzugsweise aus Graphen oder Glas besteht und mit ersten Nieten 10 versiegelt ist, die es ermöglichen, die gesamte Länge und von oben nach unten durch die erste Wanne 5 hindurch die vier Ecken der zweiten Wanne 6, den Wannenboden 7 und die erste obere Platte 11 zu versiegeln. Der Boden des Behälters 7 besteht aus einem Material mit hohem Wärmeleitkoeffizienten, vorzugsweise aus Graphen wegen seiner Wärmeleiteigenschaften, kann aber auch aus einem anderen Material mit sehr guter Wärmeleitung hergestellt werden.
In ist außerhalb der Seiten der zweiten Wanne 6 eine erste Wanne 5, die diese umgibt, mit einem Raum 8 zwischen der ersten Wanne 5 und den Glaswänden der zweiten Wanne 6, wobei der Raum 8 mit Luft gefüllt werden kann, wodurch im Prinzip eine Wärmeisolierung hinzugefügt wird.
In kann das Innere des zweiten Behälters 6 aus Glas mit einem hermetisch abgedichteten Behälterboden 7 aus Graphen bestehen, der einen Druck von einer Atmosphäre bei 0 M auf Meereshöhe aufweist. Ein solcher Druck kann somit als zufriedenstellend angesehen werden.
In verläuft ein Druckventil 9 (das auch als Druckventil bezeichnet werden kann) durch den ersten Tank 5 und den zweiten Tank 6, der zur Aufnahme des dafür vorgesehenen Druckventils 9 durchbohrt ist.
In befindet sich das Druckventil 9 an mindestens einer der Seiten des ersten Behälters 5 und des zweiten Behälters 6, wobei letzterer aus Glas bestehen kann. Der Zweck dieses Druckventils 9 besteht darin, die Umgebungsluft aus der Baugruppe, die den ersten Behälter 5, den zweiten Behälter 6, die erste obere Platte 11 und den Behälterboden 7 umfasst, abzusaugen. Der Zweck ist somit, den Sauerstoff und die maximale Feuchtigkeit aus der Luft in ihrem Inneren zu entfernen und die Anordnung, die den ersten Behälter 5, den zweiten Behälter 6, die erste obere Platte 11 und den Behälterboden 7 umfasst, mit einem inerten Gas wie Stickstoff bei einem Druck von einer Atmosphäre zu füllen.
In und bei der Verwendung von Lithiumnitrat, das korrosiv und oxidierend ist, wird das Problem der Korrosion und Oxidation durch das Hinzufügen von Glaswänden stark reduziert. Darüber hinaus verringert das Hinzufügen von Glaswänden den häufigen Austausch von Bestandteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere der ersten Wanne 5, der zweiten Wanne 6, der ersten oberen Platte 11 und des Wannenbodens 7.
Weiterhin bringt in die Tatsache, dass ein Raum 8, der ein Luftraum sein kann, zwischen den Glasseitenwänden der zweiten Wanne 6 und der ersten Wanne 5 vorhanden ist, eine Lösung zur Minimierung des Wärmeverlusts (über die Seiten der ersten Wanne 5 und der zweiten Wanne 6) mit sich.
In ermöglicht das Druckventil 9 außerdem, dass die unter der ersten Deckplatte 11, dem zweiten Behälter 6 und dem Behälterboden 7 gefundene Umgebungsluft abgelassen und durch ein Inertgas wie Stickstoff ersetzt wird. Dadurch wird verhindert, dass ein oxidations- oder feuchtigkeitsempfindliches Wärmeträgerprodukt wie Lithiumnitrat Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft aufnehmen kann. Das Wärmeträgerprodukt, wie z.B. Lithiumnitrat, kann anschließend erst dann über das Druckventil 9 eingespritzt werden, wenn die Umgebungsluft abgesaugt und durch ein inertes Gas, wie z.B. Stickstoff bei einer Atmosphäre, ersetzt wurde.
In kann Lithiumnitrat in der zweiten Wanne 6, der ersten oberen Platte 11 und dem Boden der Wanne 7 enthalten sein.
Wenn es sich bei dem Wärmeträger um ein schmelzbares Salz wie Lithiumnitrat handelt, kann dieses dann mithilfe der Fresnel-Linse 1, die so eingestellt ist, dass sie die erforderliche Temperatur durch die erste obere Platte 11 hindurch erreicht, geschmolzen werden. Die Einstellung meiner Fresnel-Linse kann z.B. durch die Einstellung des Brennpunkts des heißen Punkts auf dem Wärmeträgermaterial erfolgen. Es ist daher möglich, das Wärmeträgerprodukt in Form eines schmelzbaren Salzes wie Lithiumnitrat als Wärmequelle durch Wärmeleitung durch den Graphenboden 7 anstelle einer Flamme oder eines Widerstandes zu verwenden.
Mit Bezug auf ist ein erster Behälter 5 (außen) zu sehen, in dem ein zweiter Behälter 6 (innen) positioniert ist. Der erste Behälter weist ein Druckventil 9 auf. Der zweite Behälter 6 weist vier erste Nieten 10 auf. Die Einheit aus erstem Behälter 5 und zweitem Behälter wird von einer ersten oberen Platte 11 abgedeckt.
In ist zu sehen, dass die zweite obere Platte 15 Wärme auf die Oberseite der thermoelektrischen Zelle 17 überträgt.
Mit Bezug auf ist ein Flüssigkeitskühlsystem üblich. So zirkuliert eine kalte Flüssigkeit mithilfe einer Wasserpumpe, die durch einen Einlass 14A in das Innere des Reservoirs 14 gelangt, indem sie es vollständig füllt, und auf der gegenüberliegenden Seite am Auslass 14B wieder austritt. In einer Ausführungsform kann die Flüssigkeit kaltes Wasser aus einem Teich oder Ähnlichem sein, das in den Teich zurückfließt, um dort auf natürliche Weise durch Wärmeverlust gekühlt zu werden. Danach wird die Flüssigkeit wieder aus dem Becken in den Tank 14 gepumpt, der auf die gleiche Weise wie zuvor zirkuliert, indem er den Einlass 14A passiert und durch den Auslass 14B abgelassen wird.
In ist eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, die zwei unterschiedliche Teile umfasst, die als Oberteil A1 und Unterteil A2 bezeichnet werden.
Der obere Teil A1 umfasst einen ersten Behälter 5, einen Behälterboden 7, ein Druckventil 9 und eine erste obere Platte 11.
Der untere Teil A2 umfasst ein Reservoir 14, einen Einlass 14A, einen Auslass 14B, eine zweite obere Platte 15, eine thermoelektrische Zelle 17, eine dritte obere Platte 18, eine zweite mittlere Platte 19, zweite Nieten 20 und dritte Nieten 20A.
Für eine gute Kontaktierung des oberen Teils A1 mit dem unteren Teil A2, der im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ebenfalls als „Sandwich“ bezeichnet wird, hat die zweite obere Platte 15 aus Graphen vorzugsweise einen Durchmesser und/oder eine geometrische Form, die dem Durchmesser und/oder der geometrischen Form der Graphenplatte des Tankbodens 7 nahekommt oder mit diesen identisch ist. Der Zweck besteht nämlich darin, die Graphenplatte des Tankbodens 7 mit der zweiten oberen Graphenplatte 15 in Kontakt bringen zu können, um eine Wärmeleitung zwischen dem Tankboden 7 und der zweiten oberen Platte 15, durch die Graphenplatten hindurch, zu gewährleisten.
Indem also die Wärmeübertragung des Wärmeträgers in Form eines schmelzbaren Salzes, wie Lithiumnitrat, durch den Wannenboden 7 aus Graphen, auf die zweite obere Platte 15, durch Wärmeleitung an die zweite obere Platte 15 ermöglicht wird, wird ein Temperaturunterschied zwischen der oberen und unteren Fläche der thermoelektrischen Zelle 17 erzielt.
In ist eine thermoelektrische Zelle mit Seebeck-Effekt in quadratischer und flacher Form dargestellt, mit einer Oberseite 17A, die als „heiß“ bezeichnet wird, und einer Unterseite 17B, die als „kalt“ bezeichnet wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung nutzt durch Wärmeleitung die Wärmeenergie des Wärmeträgers, wie z.B. eines schmelzbaren Salzes (z.B. Lithiumnitrat), für die heiße Seite der Seebeck-Zelle, vgl. (Oberseite 17A).
In ist es verständlich, dass die Unterseite 17B kalt gehalten werden muss.
In den und umfasst die Bezeichnung (A2) alle folgenden Elemente: das Reservoir 14, den Einlass 14A, den Auslass 14B, die zweite obere Platte 15, die erste mittlere Platte 16, die thermoelektrische Zelle 17, die obere Fläche 17A, die untere Fläche 17B, die dritte obere Platte 18, die zweite mittlere Platte 19 und die zweiten Nieten 20.
Insbesondere in werden die dritte obere Platte 18, die zweite obere Platte 15 und die zweite mittlere Platte 19 durch die zweiten Nieten 20 zusammengehalten.
Insbesondere auch in ist im unteren Teil von ein Behälter 14 zu sehen, der aus Aluminium bestehen kann und einen Einlass 14a und einen Auslass 14b für die Zirkulation einer kalten Flüssigkeit innerhalb des Behälters 14 hat.
Die Unterseite der thermoelektronischen Zelle kann durch eine Kühlflüssigkeit kalt gehalten werden, die in den Behälter 14 von dem Einlass 14A bis dem Auslass 14B fließt, der den Behälter 14 durchquert. Das kalte Wasser soll die Wärme absorbieren, die nach der Seebeck-Umwandlung auf die erste Mittelplatte 16 trifft, die damit als Kühlkörper fungiert.
In ist die zweite obere Platte 15 dritte obere Platte 18 auf die gleiche Weise konstruiert wie die zweite mittlere Platte 19 und die erste mittlere Platte 16, die in gefunden wurden.
In ist ein Sandwichsystem dargestellt, das durch zweite Nieten 20 und dritte Nieten 20A am Behälter 14 gehalten wird. Das Sandwich hat mindestens zwei Rollen. Eine erste Rolle besteht darin, die thermoelektrische(n) Zelle(n) 17 zwischen der zweiten oberen Graphenplatte 15 und der ersten mittleren Platte 16 plattiert zu halten. Eine zweite Rolle (wie in dargestellt, die die gleichen Elemente wie die anderen Abbildungen enthält) ermöglicht eine gute Wärmeübertragung und/oder eine gute Kälteübertragung durch Leitung zu der thermoelektrischen Zelle 17.
Außerdem kann in durch eine dritte obere Platte 18, die aus Glas bestehen kann, und das Vorhandensein der zweiten Nieten 20 insbesondere zwischen der dritten oberen Platte 18 in Kombination mit der zweiten oberen Platte 15 und der zweiten mittleren Platte 19 in Kombination mit der ersten mittleren Platte 16 eine Wärmeisolierung oder eine Begrenzung der Wärmeleitung erzielt werden.
In ist eine zweite obere Platte 15 aus Graphen oder einem anderen Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit dargestellt, die in der Mitte der dritten oberen Platte 18 versiegelt ist, wobei die dritte obere Platte 18 aus Glas oder einem anderen isolierenden Material bestehen kann, aber einer Temperatur von mehr als 300 Grad Celsius standhalten kann (oder sogar muss).
In wird die zweite Mittelplatte 19 durch die dritten Nieten 20A am Behälter 14 gehalten.
In ist ein Sandwich dargestellt, das die thermoelektrischen Zellen 17 zwischen der zweiten oberen Platte 15 (die aus Graphen bestehen kann) und der ersten mittleren Platte 16 in Kontakt hält. Die Flächen einer oder mehrerer thermoelektrischer Zellen 17 ermöglichen eine gute Wärmeleitung des Graphens zu beiden Seiten der thermoelektrischen Zellen.
Da das Wasser mit der ersten Mittelplatte 16 - wie in dargestellt - in Kontakt steht, nimmt diese die überschüssige Wärme auf. Da die erste Mittelplatte 16 mit der Unterseite der thermoelektrischen Zelle in Kontakt steht, sorgt dies dafür, dass die Unterseite der thermoelektrischen Zelle 17 auf einer sogenannten kalten Temperatur bleibt. Die Fläche der ersten Mittelplatte 16 hat also den Zweck, die Kälte auf die Unterseite der thermoelektrischen Zelle 17 zu übertragen.
Da Wasser eine sehr hohe Wärmekapazität hat, ermöglicht diese Eigenschaft eine hohe Wärmeabsorption bei einem Wärmeanstieg von nur wenigen Grad Celsius. So ist in zu sehen, dass durch den Kontakt des (relativ kalten) Wassers mit einer ersten Mittelplatte 16 während eines Seebeck-Zyklus das Wasser die Unterseite der thermoelektrischen Zelle 17 durch Wärmeleitung kühl hält. Beispielsweise ermöglicht eine Wassermenge mit einer Temperatur von zehn Grad Celsius (die idealerweise mit einer bestimmten Geschwindigkeit gepumpt wird, um eine Durchmischung zu gewährleisten) in dem Behälter 14 gemäß eine gute Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung, indem sie die Wärme absorbiert, um beispielsweise dreißig Grad Celsius zu erreichen.
Glas ist ein Material, das relativ hohen Temperaturen standhalten kann, ohne zu schmelzen oder Feuer zu fangen, und dabei seine isolierenden Eigenschaften beibehält (d.h. ein thermisch nicht leitendes Material). Mit Bezug auf die und kann das Glas so gewählt werden, dass es die Graphen enthaltenden Teile (d.h. das Paar „zweite obere Platte 15 - dritte obere Platte 18“ und das Paar „zweite mittlere Platte 19 - erste mittlere Platte 16“) umgibt, wodurch die Wärmeübertragung für jedes Paar und an den zweiten Nieten 20 mit den zweiten mittleren Platten 19 begrenzt wird.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Abbildungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als nicht einschränkende Beispiele beschrieben.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein erneuerbares, sogenanntes grünes Stromerzeugungssystem mit einer sehr niedrigen Kohlenstoffbilanz, das thermoelektrische Seebeck-Zellen verwendet, wobei die benötigte Wärme durch die Konzentration von Sonnenstrahlen über eine oder mehrere Fresnel-Linsen erzeugt wird. Seebeck-Thermoelektrische Zellen werden normalerweise in Bereichen eingesetzt, in denen viel Wärme verloren geht und diese Wärme zur zusätzlichen Stromerzeugung genutzt wird, z.B. bei einem Ofen, einer Flamme oder heißen Abgasen, oder in der Raumfahrt bei bestimmten Sonden, wenn die Sonden zu weit reisen, als dass Solarpaneele eine brauchbare Quelle wären, und in diesem Fall die Wärme einer Radiobatterie als Wärmequelle genutzt wird. Die Neuheit hier ist die Lösung einer erneuerbaren Wärmequelle durch die Nutzung von Sonnenwärme, die durch eine Fresnel-Linse konzentriert wird, für die heiße Seite der Zelle und für die kalte Seite wird eine Kaltwasserquelle verwendet, die z.B. aus einem Teich stammt. Zusätzlich kann die Fresnel-Linse auch ein Medium wie Lithiumnitrat erwärmen, um die gespeicherte Wärme zu nutzen und sie bei Abwesenheit der Sonne oder in der Nacht als Wärmespeicher oder Solarzelle abzugeben. Die Erfindung nutzt das thermoelektrische Prinzip mit dem Seebeck-Effekt, um erneuerbaren und kohlenstofffreien Ökostrom zu erzeugen. Die thermoelektrische Zelle mit Seebeck-Effekt zeichnet sich dadurch aus, dass sie Strom durch eine Temperaturdifferenz oder ein Temperaturdelta erzeugt, die bzw. das diesen Flächen unterliegt. Mit anderen Worten: Wenn eine heiße und eine kalte Quelle mit diesen beiden Flächen in Kontakt kommt, wird Strom erzeugt, der der Differenz zwischen der heißen und der kalten Quelle, die mit diesen Flächen in Kontakt kommt, entspricht. zeigt die Gesamtansicht des Systems, das aus dem hermetisch verschlossenen Behälter besteht, der das Lithiumnitrat enthält. zeigt alle Elemente des Behälters.
zeigt eine thermoelektrische Zelle mit SEEBECK-Effekt, zum Verständnis der beiden verschiedenen Seiten und ihrer Verwendung. zeigt den unteren Teil, A2 genannt, und alle Elemente, aus denen er zusammengesetzt ist. zeigt einen Teil des Sandwichs und insbesondere die Konstruktion der Teile des Sandwichs, die die technische Lösung für die Wärmeleitung und -isolierung des unteren Teils, die Wärmeleitung des Teils 15 und die Isolierung des Teils 18 betreffen und miteinander versiegelt sind. , zeigt eine Vorderansicht der , in der die Ein- und Auslässe 14a und 14b für die kalte Flüssigkeit zu sehen sind. , stellt den sogenannten Sandwich-Teil dar, allein mit all diesen Elementen, die den Aufbau sowie die technische Lösung zeigen, um die thermoelektrische(n) Zelle(n) in der Mitte einzubetten und zu halten sowie die Wärmezufuhr zu diesen beiden jeweiligen Seiten für die warme und kalte Flüssigkeit. zeigt, wie die Teile A1 und A2 miteinander verbunden sind, um die Wärme von dem Teil (7), von A1 zu dem Teil (15) von A2 zu übertragen, die die Wärme durch Wärmeleitung an die thermoelektrische Zelle (17) liefern, insbesondere für ihre heiße Seite (17a). In sind alle Elemente, die für den Bau des unteren Teils, A2 genannt, erforderlich sind, in einer Explosionsansicht dargestellt.
In geht die Sonnenstrahlung durch eine Fresnel-Linse (1), die in ihrem tragenden Rahmen (2) gehalten wird, die Sonnenstrahlung wird durch diese Fresnel-Linse konzentriert und so ausgerichtet und fokussiert, dass sie auf einen bestimmten Brennpunkt trifft, um die gewünschte Temperatur zu erhalten, mit dem Ziel, die gewünschte Temperatur zu halten, wie es ein Fachmann oder ein auf optische Wissenschaft spezialisierter Ingenieur tun würde. Der heiße Punkt der Fresnel-Linse wird verwendet, um eine Platte (11) zu erhitzen, die vorzugsweise aus Graphen oder einem Material mit hoher Wärmeleitung besteht, um vorzugsweise Lithiumnitrat zu schmelzen, das in das Innere des Behälters injiziert wird. Das System nutzt die Wärmeenergie des geschmolzenen Lithiumnitrats durch Wärmeleitung für die heiße Seite der Seebeck-Zelle, siehe (17a). Gemäß ist der Tragrahmen (2) der Fresnel-Linse (1) durch einen Elektromotor (4) vom Typ Schrittmotor schwenkbar, um dem Lauf der Sonne zu folgen, um seine Ausrichtung zur Konzentration der Sonnenstrahlen auf einen Brennpunkt des heißen Punktes auf der Platte (11) beizubehalten. Der bewegliche Rahmen (2) ist so konstruiert, dass er die Schrittmotoren (4) aufnehmen kann. Der Rahmen (2) ist mit Metallarmen (3) befestigt, die die Funktion haben, die Motoren (4) zu halten. Der Rahmen (2) hält die Linse (1). Die Arme (3) sind am Boden versiegelt. Das Lithiumnitrat befindet sich in dem Glaswürfel (11)(6) und (7), der als Wanne bezeichnet wird. Die Wanne, siehe , besteht aus vier Teilen - eine Form des Glaswürfels ohne Boden. Die Oberseite (11) des Würfels ist vorzugswiese aus Graphen. Diese ist vorzugsweise mit Nieten (10) auf der Oberseite des Teils (5) versiegelt. Der Boden des Würfels (7) ist aus einem Material mit hohem Wärmeleitkoeffizienten, vorzugsweise Graphen für diese Wärmeleitqualitäten, hergestellt, kann aber mit einem anderen Material mit sehr guter Wärmeleitfähigkeit hergestellt werden. Der Boden des Graphenwürfels (7) ist mit den vier vertikalen Glaswänden (6) durch Nieten (10), die sich an den vier Ecken der Platte (7) befinden, versiegelt. Außerhalb der Seiten des Glaswürfels (6) umgibt ihn ein Körper (5), der einen Zwischenraum zwischen dem Körper (5) und den Glaswänden (6) aufweist, wobei der Zwischenraum (8) Luft ist, wodurch ein Prinzip der Wärmeisolierung hinzugefügt wird. Das Innere des Glasbehälters (6) mit Graphenboden (7) ist somit hermetisch abgedichtet, wobei ein Druck von einer Atmosphäre bei 0 M auf Meereshöhe als zufriedenstellend angesehen wird. Ein Druckventil (9), das sich auf einer Seite der Wanne (5) und des Glaswürfels (6) befindet, verläuft durch den Körper (5) und (6), der zur Aufnahme des dafür vorgesehenen Druckventils/der Druckklappe (9) durchbohrt ist. Der Zweck dieses Ventils (9) besteht darin, die Umgebungsluft aus dem Behälter (11)(6) und (7) zu saugen, um den Sauerstoff und die maximale Feuchtigkeit aus der Luft im Inneren zu entfernen und durch Stickstoffgas bei einem Druck von einer Atmosphäre zu ersetzen. Da Lithiumnitrat korrosiv und oxidierend ist, können durch das Hinzufügen von Glaswänden das Korrosions- und Oxidationsproblem und der häufige Austausch des Behälters (11)(6)(7) stark reduziert werden. Darüber hinaus bietet die Tatsache, dass der Luftspalt (8) zwischen den Glasseitenwänden (6) und dem Körper (5) einen Thermoskanneneffekt hat, eine Lösung zur Minimierung des Wärmeverlusts über die Seiten des Behälters (6)(5). Das Druckventil (9) bietet auch die Lösung und den Vorteil, die Umgebungsluft im Inneren der Behälter (11)(6) und (7) zu entleeren und sie durch Stickstoffgas zu ersetzen, wodurch die Tatsache, dass Lithiumnitrat Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft aufnehmen kann, beseitigt oder stark minimiert wird. Das Lithiumnitrat wird erst dann durch das Ventil (9) eingespritzt, wenn die Umgebungsluft abgesaugt und durch Stickstoffgas bei einer Atmosphäre ersetzt wurde. Das Lithiumnitrat kann dann durch die Fresnel-Linse (1) geschmolzen werden, deren Brennpunkt so eingestellt ist, dass die erforderliche Temperatur durch die Oberseite des Behälters (11) erreicht wird, um das geschmolzene Lithiumnitrat als Wärmequelle durch Wärmeleitung durch den Graphenboden (7) anstelle einer Flamme oder eines Widerstands in einem herkömmlichen System zu verwenden.
Bezüglich des Oberteils (A1) in : Die Bezeichnung Oberteil (A1) umfasst den Lithiumnitrat-Container, d.h. alle Elemente von (5) bis (11) in einer einzigen kompakten Einheit.
Bezüglich des Unterteils (A2) in und : Die Bezeichnung (A2) umfasst alle Elemente von (14) bis (20). Der untere Teil besteht aus einem Aluminiumtank (14) mit einem Einlass (14a) und einem Auslass (14b) für die Zirkulation einer kalten Flüssigkeit im Inneren des Tanks. Der Tank (14) hat keine obere Platte. Ein Sandwich-System ( ) wird auf den Tank (14) gelegt. Das Sandwich hat zwei Aufgaben: Erstens hält es die thermoelektrische(n) Zelle(n) (17) zwischen den Graphenplatten (15) und (16) fest, um eine gute Wärmeübertragung durch Leitung zur thermoelektrischen Zelle (17) zu ermöglichen. Aber auch, um durch die Glasplatten, die die Graphenplatten halten, in der Mitte der Baugruppe (18)(15) versiegelt zu haben, siehe . Eine Wärmeisolierung ist zwischen der oberen (18)(15) und der unteren Platte (19)(16) vorgesehen, siehe . Hinsichtlich der Beschreibung des Sandwichs siehe , (16), (17), (18), (19), (20). Dieses System umfasst die Platte (15) aus Graphen oder einem anderen Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, die in der Mitte der Glasplatte (18) oder einem anderen isolierenden Material, das jedoch einer Temperatur von mehr als 300 Grad Celsius standhalten muss, versiegelt ist. Die Platten (19) und (16) sind auf die gleiche Weise konstruiert wie die Platten (15) und (18) in . Die Platten (18), (15) und (19), (16) werden durch Nieten (20) zusammengehalten, siehe . Die Platte (19) wird durch die Nieten (20A) am Behälter (14) gehalten, siehe . Die in unserem System verwendeten thermoelektrischen Seebeck-Zellen ( ) haben eine flache, quadratische Form mit einer heißen Seite (17a) und einer kalten Seite (17B). Das Sandwich ( ) hält einen Kontakt zwischen den Graphenplatten (15)(16) und den Flächen einer oder mehrerer thermoelektrischer Zellen (17) aufrecht, wodurch eine gute Wärmeleitung des Graphens zu beiden Seiten der thermoelektrischen Zellen ermöglicht wird, (17a) für die heiße Seite und (17b) für die kalte Seite, siehe , (17a) und (17b).
Das Lithiumnitrat überträgt die Wärme von der Platte (7) A (15) ( ), also der obere Teil (15) überträgt zu (17a) ( ). Die Kälte aus dem Kühlmittel, das in (14) von (14a) nach (14b) durch (14) fließt, wird durch Wärmeleitung an den unteren Teil (16) weitergeleitet, der nach (17b) weiterleitet ( ). Der Grund, warum Glas gewählt wird und das Graphenteil (15)(18) und (19)(16) umgibt ( ), ist nicht nur, um die Wärmeübertragung vom Teil (15) auf (18) und von (18) auf (20), von (20) auf (19) zu begrenzen, sondern auch, da ein Material benötigt wird, das der Temperatur standhalten kann, ohne zu schmelzen oder Feuer zu fangen, und gleichzeitig isolierend wirkt, da (19) das Graphenteil (16) umgibt, das seinerseits die Aufgabe hat, Kälte auf die kalte Seite (17b) der thermoelektrischen Zelle zu übertragen. Wenn zu viel Wärme auf das Teil (16) übertragen würde, wäre die Kühlung der kalten Flüssigkeit auf dem Teil (16) weniger effizient und somit die Stromerzeugung geringer, da der thermoelektrische Seebeck-Effekt aus dem Temperaturdelta zwischen kalt und warm resultiert. Die Tatsache, dass das Teil (16) so gut wie möglich von der Hitze isoliert ist ( ), was die Kälte zu 17B leitet ( ), führt zu einer besseren Stromerzeugung, die ansonsten kälteres Wasser erfordern würde, um die Tatsache zu kompensieren, dass das Teil (16) durch die Wärmeleitung des Teils (15) erwärmt wird. Das Kühlmittelsystem ist ein klassisches Design, bei dem eine kalte Flüssigkeit mithilfe einer Wasserpumpe zirkuliert, durch den Einlass (14a) in den Tank (14) fließt und diesen vollständig füllt, und auf der gegenüberliegenden Seite (14b) wieder austritt, wodurch der Strom der kalten Flüssigkeit durch den Tank (14) geleitet wird. Dadurch, dass die Wärmeleitung die untere Graphenplatte (16) kühlt, überträgt diese Platte (16) die Kälte der Flüssigkeit durch Wärmeleitung auf die kalte Seite der thermoelektrischen Zelle, siehe Seebeck (17b) in und ). Die Flüssigkeit kann einfach kaltes Wasser aus einem Becken oder Ähnlichem sein, das in das Becken zurückfließt, um dort auf natürliche Weise durch Wärmeverlust gekühlt zu werden. Anschließend wird die Flüssigkeit wieder aus dem Becken in den Behälter (14) gepumpt, der in gleicher Weise im gleichen Kreislauf der kalten Flüssigkeit von (14A) und (14b) zirkuliert. In Bezug auf die Kontaktierung des Teils (A1) und des Sandwichs des Teils (A2) ( ) hat die Graphenplatte (15) ( ), vorzugsweise den gleichen Durchmesser oder die gleiche geometrische Form wie die Graphenplatte des Tankbodens (7) ( ), wobei der Zweck darin besteht, dass sie in Kontakt gebracht werden kann, um eine Wärmeleitung zwischen dem Tankboden (7) und der Platte (15) durch die Graphenplatten zu gewährleisten ( ). Dadurch wird die Wärmeübertragung von Lithiumnitrat durch die Graphenplatte (7) auf die obere Platte (15) sichergestellt. Gemäß wird die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung von (15) auf die Fläche der thermoelektrischen Zelle (17a) sichergestellt.
Das vorliegende Beispiel kann durch die folgenden Klauseln zusammengefasst werden:

Klausel 1: Das Verfahren wird als grün oder erneuerbar bezeichnet, da die für den Betrieb der thermoelektrischen Zellen mit Seebeck-Effekt erforderliche Wärme durch Sonnenstrahlung erzeugt wird, die durch eine Fresnel-Linse (1) hindurchgeht, die zum Schmelzen von Lithiumnitrat oder einer anderen Lösung mit einer Wärmeübertragungsfunktion verwendet wird, vorzugsweise Lithiumnitrat wegen seiner thermischen Speicher- und Wiedergabeeigenschaften.
Klausel 2: Die Isolierung durch die Glasteile (18), (19), (20) des Sandwiches und das System der Schrauben oder Nieten oben und unten sollen die Erwärmung der Platte (16) durch Wärmeleitung von der Platte (15) so weit wie möglich verhindern.
Klausel 3: Die Wärme des Lithiumnitrats oder eines anderen Wärmeträgermediums, das geschmolzen wird, wird verwendet, um durch Wärmeleitung die Wärme zu übertragen, die die thermoelektrische Seebeck-Zelle für die heiße Seite der Zelle benötigt.
Klausel 4: Der Behälter des Wärmeträgermediums ist bei einer Atmosphäre auf Meereshöhe durch ein Druckventil (9) luftdicht verschlossen, das dazu dient, die Umgebungsluft abzusaugen, um sie durch Stickstoffgas zu ersetzen, um die Aufnahme von Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft durch das Lithiumnitrat zu begrenzen und den Behälter mit Lithiumnitrat zu füllen.
Klausel 5: Das Design des Glaskäfigs in Würfelform (6) und ohne Bodenwände, wobei der Boden (7) aus einem Material mit möglichst hoher Wärmeleitfähigkeit besteht und mit dem Glaskäfig (6) versiegelt wird, der eine einzige hermetische Einheit bildet, wobei das Material des Bodens vorzugsweise Graphen ist. Der Glasbehälter (6) Glas hat den Vorteil, dass es Korrosion und Abrieb an Teilen begrenzt, die ansonsten aus Metall bestehen oder beispielsweise anfällig für Korrosion oder Oxidation wären. Wärmeverluste werden durch das Thermoskannen-Design, die Glaswände (6) und den Luftraum (8) zwischen dem Glas und der Aluminiumwand (5), die Luft enthält, minimiert, so dass die maximale Wärme durch Wärmeleitung durch das Graphen (7) gespeichert und genutzt werden kann.
Klausel 6: Das Sandwich (15)(18)(17)(19)(16)(20), das die thermoelektrischen Zellen in der Mitte des Sandwichs hält, bietet eine Lösung, die sowohl eine gute Wärmeleitungsleistung für die Zellen (17) sowohl für die heiße als auch für die kalte Seite aufgrund der thermischen Eigenschaft von Graphen bietet, und gewährleistet auch ein isolierendes Prinzip durch die Teile (18) (19) (20), das eine Wärmeleitung von Teil (15) zu Teil (16) minimiert.
Klausel 7: Der obere Teil A1 und der untere Teil A2 sind trennbar, so dass der obere Teil, der zu einer konstanten Wärmezufuhr durch Wärmeleitung beiträgt, durch einen neuen oberen Teil ersetzt werden kann, der als Wärmespeicher, „Wärmezelle“ oder Solarzelle fungiert und die Lösung bietet, auch ohne Sonne und oder während der Nacht zu funktionieren.

Claims

Vorrichtung zur Stromerzeugung, die zur Durchführung eines Verfahrens zur Erzeugung von Elektrizität geeignet ist, das folgende Schritte umfasst: (a) Umwandlung von Energie in Wärme aus einem Fluss von mindestens einer elektromagnetischen Welle, wobei der Fluss durch ein optisches Element, wie eine Fresnellinse oder dergleichen, konzentriert wird; b) Speichern der Energie in Form von Wärme gemäß Schritt (a) auf einem Wärmeträgerprodukt; (c) Erzeugen von Elektrizität unter Verwendung der gespeicherten Wärme aus Schritt (b), die für die heiße Seite in einer thermoelektrischen Zelle (17) mit Seebeck-Effekt benötigt wird; und (d) Rückgewinnung der in Produktionsschritt (c) erzeugten Elektrizität, aufweisend - ein optisches Element, z.B. eine Linse oder ein Spiegel; - ein Wärmeübertragungsprodukt, das so angeordnet ist, dass es die Energie aus einem Fluss mindestens einer elektromagnetischen Welle aufnimmt, die von dem optischen Element konzentriert wird; - mindestens eine thermoelektrische Zelle (17) mit Seebeck-Effekt, die einen Kaltkörper umfasst, der so konfiguriert ist, dass er eine Temperaturdifferenz mit dem Wärmeträgerprodukt erzeugt; und - mindestens ein Mittel zur Rückgewinnung des erzeugten Stroms.
Vorrichtung zur Stromerzeugung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Glaskäfig umfasst.
Vorrichtung zur Stromerzeugung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Wände aus einem Material besteht, das eine erleichterte Wärmediffusion ermöglicht, wie z.B. Graphen, wobei vorzugsweise die heiße Seite der thermoelektrischen Zelle (17a) mit Seebeck-Effekt in Kontakt mit dem Material steht, das eine erleichterte Wärmediffusion ermöglicht.
Vorrichtung zur Stromerzeugung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge und/oder die Qualität des Wärmeträgers aus Schritt (a) und (b) für eine Tag-und-Nacht-Stromerzeugung geeignet ist, wenn der Fluss mindestens einer elektromagnetischen Welle von der Sonne kommt.
Vorrichtung zur Stromerzeugung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgerprodukt von Schritt (b) ein geschmolzenes Salz ist oder schmelzen kann, wenn es dem durch ein optisches Element konzentrierten Fluss ausgesetzt wird.
Vorrichtung zur Stromerzeugung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das geschmolzene Salz Lithiumnitrat, Kalziumnitrat, Natriumnitrat und/oder Kaliumnitrat umfasst oder daraus besteht.
Verwendung eines optischen Elements, wie einer Fresnel-Linse (1), oder zum Konzentrieren eines Flusses mindestens einer elektromagnetischen Welle mit einer thermoelektrischen Zelle (17) mit Seebeck-Effekt, die einen Kaltkörper umfasst, wobei das optische Element so ausgerichtet ist, dass es ein Wärmeträgerprodukt erwärmt.
Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträger ein geschmolzenes Salz ist oder geschmolzen werden kann, wenn es dem konzentrierten Fluss durch ein optisches Mittel ausgesetzt wird, um Wärmeenergie in dem geschmolzenen Salz zu speichern, um als Wärmezelle verwendet zu werden.
Verwendung einer Stromerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Einspeisung von Strom in ein öffentliches Stromnetz, zur Bereitstellung von Haushaltsstrom oder Industriestrom.