DE4305933A1

DE4305933A1 - Vakuumluftdruckwasserkraftwerk

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Publication number: DE4305933A1
Application number: DE4305933A
Authority: DE
Original assignee: BULLER EUGEN
Current assignee: BULLER EUGEN
Priority date: 1993-02-26
Filing date: 1993-02-26
Publication date: 1994-09-01

Description

Vakuumluftdruckwasserkraftwerk

Verfahren und Vorrichtung zur Energieerzeugung mit Hilfe einer Vakuumpumpe, Wasserturbine und Wasserkraftgenerator ohne Zwi schenstadium Energieerzeugung in Form von Wärme.

Stand der Technik

Die Menschheit benötigt große Menge an Energie.
Die Energieträger: Kohle, Mineralöl und Erdgas sind nicht un erschöpflich, dabei schadet die Verbrennung fossiler Energieträger unserer Umwelt mehr und mehr. Die Kernenergie, die der zeit bietet im vollen Umfang verfügbare Alternative, stößt die Menschheit in einen neuen folgenschweren Fehler. Den steigenden Energiebedarf können auch die erneuerbaren Energien nicht decken.

Problem

Der im Anspruch 1. angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein VLDWKW (Abk.) zu schaffen, das den Schlüssel zum Lösen einer- ausreichenden Energieversorgung ohne schäd liche Veränderung unserer Umwelt gibt.

Erfindung

Dieses Problem wird mit den Maßnahmen Anspruch 1. gelöst.

Darstellung der Erfindung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert. Es zeigt

Fig. 1 Produktionsweise des VLDWKW.

Fig. 2 Aufbau eines VLDWKW in Höhe der barometrischen WS mit Arbeitsdruck Pa= PL mit Luftauslaß ins Freie, oder mit abgeschlossenem Luft/Gaskreislauf bei Pa<PL.

Fig. 3 Aufbau eines VLDWKW an Erdoberfläche, oder untererdisches Aufbau mit Arbeitsdruck Pa<PL und abgeschlossenen Gas/Flüssigkeitskreislauf.

Die innere Energie zusammengedrückten Luft/Gas läßt sich mit Hilfe einer Vakuumpumpe, Wasserturbine und Wasserkraftgenerator in elektrische Energie umformen.

a) Verwendung der Lufthülle, als unerschöpflichen "Gasdruckbehälter" mit einem vorausgepumpten Vakuumbehälter der in Höhe der WS in Verbindung durch eines Rohr mit Stausee steht. Fig. 1. Herrscht in Behälter (1) Unterdruck, so wird beim Öffnen des Ventils (16) durch höheren Druck der Atmosphäre das Wasser durch Saugleitung (4) in Behälter (1) gedrückt.

Der äußere Luftdruck der Atmosphäre hat eine Arbeit verübt die der potentielle Energie dem 1 m³ Hochbehälter in Höhe der WS gleich ist und ergibt: E(potentielle) = GH.

Beim Öffnen des Ventils (11) und (17) strömt das Wasser durch das Auslaßleitung (7) auf die Schaufeln der Wasserturbine. Das strömende Wasser wird hier in mechanische Energie umgeformt und durch Wasserkraftgenerator in elektrische.

Die wirkliche oder die technische Leistung und Energie hat eine wenigste Bedeutung als die potentielle Energie wegen des Verlust Der Verlust in WKW stellt sich zusammen bis 15-20% von der potentielle Energie und ergibt: W = 8GH.

Nimmt man den Behälter, z. B. 1 m³, so wird die ABGEBENE Leis tung in kW. ausgedrückt 8(1000) 10 m = 80 kW: Um dieses System zu seinem Anfangszustand zurückführen muß man die Luft aus dem Behälter in die Atmosphäre zurückbringen. Zur Erzeugung von Vakua werden Vakuumpumpe verwendet. Der Energieverbrauch der Vakuumpumpe wird im diesen Energieerzeugungssystem, als ZUGE- FÜHRTE Energie bezeichnet. Die Formel der Energieverbrauch der Vakuumpumpe ist wissentschaftlich und praktisch begründet:

a) bei Vakuum = 0,1 kp/cm², der Restdruck im Behälter = 0,9 kp/cm².
W = 5 · 8,83 · 10⁴ (1,11^0,2 - 1 = 9720 J/m³.
b) bei Vakuum = 0,7 kp/cm², der Restdruck im Behälter = 0,3 kp/cm².
W = 5 · 2,94 · 10⁴ (3,33^0,2 - 1) = 40000 J/m³.
c) bei Vakuum = 0,9 kp/cm², der Restdruck im Behälter 0,1 kp/cm²
W = 5 · 0,981 · 10⁴ (10^0,2 - 1) = 28600 J/cm³.

Der Prozeß des Verdichtungs geht polytropisch mit Polytropen exponent = 1,25, der P_s (Anfangsaugzustand) = 1 kp/cm² → 0, und V₁ = V₂. Da der Energieverbrauch der Vakuumpumpe geht durch Maximum bei 0,7 kp/cm² so muß man auch auf diesen Maximum der Energieverbrauch der Vakuumpumpe rechnen. Mit Verlust der Vakuum pumpe = 0,30% ergibt sich die zugeführte Energie in kW. ausgedrückt:

Also, (abgegebene Energie) 80 kW minus (zugeführte Energie) 57 kW gibt heraus 23 kW.

Gewinn = 23 kW gibt dieses Energieerzeugungssystem vom 1 m³ Volumen und Druck = 1 kp/cm² in Höhe der WS.

b) Verwendung des Luftdrucks der Atmosphäre zusammen mit einem voraufgepumpten Hochdruckbehälter und einem vorausgepumpten Vakuumbehälter, die in Höhe der WS. In Verbindung durch Röhre mit Stausee stehen. Fig. 1,b).

Herrscht im Behälter (2) Unterdruck, so wird beim Öffnen des Ventils (12) durch höheren Druck der Atmosphäre Wasser ins Behälter (2) gedrückt. Der äußere Luftdruck der Atmosphäre hat eine Arbeit verübt, die der potentielle Energie dem 1 m³ Hoch behälter in Höhe der WS. gleich ist und ergibt: E_p=GH. Herrscht im Behälter (1) Überdruck, so z. B. P_ü =5 kp/cm², dann beim Antrieb der Vakuumpumpe (21) und geöffneten Ventil (3) drückt die Vakuumpumpe durch Ventil (7) auf die Oberfläche des Wassers im Behälter (2) mit gleichem Druck = 5 kp/cm². Das Wa sser strömt durch Ventil (11) und Rohrleitung (14) auf die Schaufeln der Wasserturbine mit Druck = 5 kp/cm². Saugt die Vakuumpumpe aus dem Behälter (1) die Luft/Gas bis Unterdruck z. B. Pu = 0,01 kp/cm², so drückt der äußere Luftdruck das Wasser ins Behälter (1) hinein. Bei gefülltem Behälter schließt sich das Ventil (9) und Ventil (3), jetzt saugt die Vakuumpumpe beim öffnetem Ventil (8) aus dem Behälter (2) und drückt mit Druck P_ü = 5 kp/cm² durch Ventil (5) auf die Oberfläche des Wassers im Behälter (1). Das Wasser strömt durch Ventil (10) und Rohr leitung (14) auf die Schäufeln der Wasserturbine.

Der Kreislauf ist geschlossen und beginnt von Anfang an. Dieses Energieerzeugugsystem mit abgeschlossenem Luft/Gas kreislauf und Druck P<1 kp/cm² gibt vom 1 m³ Volumen eine Leistung, die proportionell dem ausgewählten Druck ist. Beim Druck = 5 kp/cm² ergibt sich die potentielle Energie:

E_p = 1 m³ (1000 kp) 5 (10 m) = 50000 kpm.

Mit Verlust = 0,15-0,20% in kW ausgedrückt ergibt sich:

W = 8 50000kpm : 1000 = 400 kW.

ABGEGEBENE Leistung = 400 kW.

Da der Energieverbrauch der Vakuumpumpe geht durch Maximum, in diesem Fall beim Druck = 2 kp/cm², gibt sich heraus: theoretischer Energieverbrauch für 1 m³eingesaugten Luft/Gas = 196200 J/m³. Mit Verlust = 0,30% ergibt sich:

W = 196200J/m³ : (1000 0,7) = 280 kW.

Dieses Energieerzeugungssystem gibt ein Gewinn von etwa 120 kW. vom 1 m³ Volumen und Druck = 5 kp/cm².

Es ist kein Wunder, da das VLDWKW ist ein Kraftwerk, daß die Energie vorher zusammengedrückte Luft/Gas als Druck verwendet, ohne direkte Ausdehnung des Energieträgers, sofern die Vakuum pumpe, die das Vakua erzeugt, "überträgt" den Energieträger von PA (Anfangssaugzustand) bis PE (Endverdichtung), wo PA = PE und V_SV (Saugvolumen) = V_VV (Verdichtungsvolumen). Dabei ist es unwichtig, welche Kraft hat den Energieträger früher zusammengedrückt: sei es die Graitation (Schwerkraft) der Erde, bei Verwendung des Luftdrucks der Atmosphäre, oder ein Kompressor, bei Verwendung des Druckbehälters und wie groß der Energieverbrauch war.

Der Energieverbrauch ist bei Verdichtung mit der Vakuumpumpe bedeutend weniger, als der Energieverbrauch bei Verdichtung mit dem Kompressor gleicher Verdichtungsstufe z. B. Vakuumpumpe, von 0,1 kp/cm² bis 1 kp/cm² =28600 J/m³, Kompressor, von 1 kp/cm² bis 10 kp/cm² = 309000 J/m³, dabei bei der Vakuumpumpe V₁ = V₂ und P₁ = P₂, beim Kompressor V₁<V₂ und P₁<P₂. Das VLDWKW benutzt auch, so genannte "reine" Energie, sowie die wunderbare Eigenschaftlichkeiten Gases und Flüssigkeites, und ihre mechanische Ähnlichkeit, und Unterschied.

Aufbau eines VLDWKW Fig. 2 mit einem ununterrochenen Wasserstrom mit Arbeitsdruck Pa = PL oder Pa<PL in Höhe der WS.

Das VLDWKW besteht aus drei Behältern (1.2.3.) miteinander ver bundenen; an der Oberfläche mit der Vakuumpumpe durch Druck leitung (8) und Saugleitung (9), an der Unterfläche durch der Wasserauslaßleitung (7), die senkrecht niedergebracht ist und mit der verengene Rohröffnung auf die Schaufeln der Wasserturbi ne gerichtet. Von der Unterfläche jedes Behälters ist eine Wassersaugleitung senkrecht niedergebracht und mit dem unteren Rohröffnung ins Wasser getaucht.

Um die Energie zu erzeugen wird zunächst das VLDWKW in den Arbeit zustand vorbereitet. Deshalb wird der Behälter (1) mit Wasser gefüllt, Behälter (2) nur bei Arbeitsdruck Pa<PL, mit Luft/ Gas aufgepumpt und aus dem Behälter (3) wird die Luft bis P_u = 0,01 kp/cm² ausgesaugt.

Die Vakuumpumpe wird von einem Anlaßmotor, in Fig. 2 nicht gezeigt, angetrieben.

Saugt die Vakuumpumpe aus dem Behälter (2) beim offenen Saug ventil (12) die Luft aus, so drückt sie sogleich aus dem Behäl ter (1) durch Auslaßventil (17) und Wasserauslaßleitung (7) das Wasser zum Antrieb der Wasserturbine.

Eine gebrauchliche Teil der erzeugte Energie wird zur Vakuum pumpe geleitet. Der Anlaßmotor schalt sich ab. Ist das Wasser aus dem Behälter (1) ausgedrückt, so schließt sich das Wasser auslaßventil (17) und Lufteinlaßventil (11). Sogleich durch höheren Druck der Atmosphäre wird durch Saugleitung (6) und Saugventil (21) Wasser ins Behälter (3) gedrückt.

Jetzt durch offenen Saugventil (10) saugt die Vakuumpumpe aus dem Behälter (1) die Luft aus und drückt durch Druckventil (15) und Wasserauslaßventil (20) das Wasser auf die Schäufeln der Wasserturbine. Sogleich wird der Behälter (2) durch äußeren Luftdruck durch Saugleitung (5) und Saugventil (19) mit Wasser gefüllt. Jetzt saugt die Vakuumpumpe durch offenen Saugventil (14) aus dem Behälter (3) die Luft aus und drückt Druckluftventil (13) und Wasserauslaßventil (18) das Wasser auf die Schäufeln der Wasserturbine. Gleichzeitig wird Behäl ter (1) durch äußeren Luftdruck mit Wasser gefüllt.

Der Kreislauf ist geschlossen und beginnt von Anfang an.

Mit Aufbau des VLDWKW Fig. 3 wird die Leistung und Wirkungs grad vergrößert und ein besseres wirtschaftliches Ergebnis erreicht.

Aufbau dieses VLDWKW besteht aus drei Arbeitsbehälter (1.2.3.) und aus einem luftleeren Verteilungsbehälter (23) in dem auf einer gesamte Welle sind Wasserturbine, Wasserkraftgenerator und Vakuumpumpe eingebaut (in Fig. 3 nicht gezeigt).

An Oberfläche Behältern (1.2.3.) sind miteinander mit der Vakuumpumpe (21) verbunden durch Saugleitung (9) und Druck leitung (8). An der Unterfläche Behältern (1.2.3.23.) sind durch Wasserleitung (24) und Wasserdruckleitung (7) miteinander verbunden. Das verengene Rohröffnung der Druckleitung (7) ist innen im Behälter (23) auf die Schäufeln der Wasserturbine gerichtet. Arbeitsweise dieses Kraftwerks ist gleich des VLDWKW wie in Fig. 2 dargestellt, nur anstatt des äußeren Luftdrucks ist ein luftleerer Behälter eingebaut, der nachdem Prinzip verbundene Gefäße funktioniert: herrscht in einem Behälter Unterdruck, so öffnet sich das entsprechendes Wassereinlaß ventil und das Wasser fließt aus dem Verteilungsbehälter in den Vakuumbehälter herein.

Dieses Kraftwerk kann man auf der Oberfläche der Erde oder unter der Erde und aufeinander bauen.

So wie Produktivität des VLDWKW hängt von Produktivität der Vakuumpumpe ab, wurde es grundsätzlich für das VLDWKW mit Arbeitsdruck Pa<PL eine besondere Vakuumpumpe konstruiert, da die Vakuumpumpe aller Arten sind auf den Luftdruck konstruiert. Je größer ist der Arbeitsdruck und der Wasserdurchfluß je Zeit einheit, desto größer die erzielbare Leistung des VLDWKW ist. Die Behälter dürfen nicht hoch gebaut werden, aber in der Länge und der Breite hängt es vom Wasserdurchfluß je Zeiteinheit ab.

Claims

1. Verfahren und Vorrichtung zur Energieerzeugung mit Hilfe einer Vakuumpumpe, Wasserturbine und Wasserkraftgenerator ohne Zwischenstadium Energieerzeugung in Form von die Wärme.

a. Verwendung des Luftdrucks der Atmosphäre, als unerschöpfli che Energiequelle durch Umformung ihre innere Energie mit Hilfe einer Vakuumpumpe in potentielle Energie eines Wa sserhochbehälters, mit nachfolgende Umformung durch Wasserturbine in mechanische und durch Wasserkraftgenerator in elektrische Energie.

- Verwendung des Luftdrucks der Atmosphäre mit einem Behäl ter der in Höhe der WS. ( Wassersäule) in Verbindung durch eines Rohr mit Stausee steht. Fig. 1,a.
Saugt man aus dem Behälter (1) die Luft aus, so preßt der äußere Luftdruck das Wasser ins Behälter (1) hinein.
- Der äußere Luftdruck hat eine Arbeit verübt, die der poten tielle Energie dem Hochbehälter gleich ist.
Öffnet man das Ventil (11) an Oberfläche des Behälters, so strömt das Wasser durch Ventil (17) und Rohr (7) zur Antrieb der Wasserturbine und wird in mechanische und durch Wasserkraftgenerator in elektrische Energie umgeformt. Nimmt man den Behälter = 1 m³, WS = 10 m und den Verlust = 0,15-0,20% üblich für des Wasserkraft werk in kW. ausgedrückt, so ergibt sich die ABGEGEBENE Energie: W = 8GH = 80 kW.
Diese Energie wird, als abgegebene Energie bezeichnet. Der Energieverbrauch der Vakuumpumpe ist wissentschaftlich und praktisch begründet: Da der Energieverbrauch der Vakuumpumpe geht durch Maximum bei Vakuum = 0,7 kp/cm²und mit Verlust = 0,30% in kW. ausgedrückt, ergibt sich: 57 kW.
Der Energieverbrauch der Vakuumpumpe wird als ZUGEFÜHRTE Energie bezeichnet.
Also, W(abgegebene) - W(zugeführte)<1.

b. Verwendung des Luftdrucks der Atmosphäre zusammen mit einem ehedem aufgepumpten P<PL Behälter und einem Luft leeren Behälter, die in Höhe der WS. in Verbindung durch Röhre mit Stausee sind, als unerschöpfliche Energiequelle.

- Fig. 1,b. Mit Öffnen des Ventils (12) preßt der äußere Luftdruck das Wasser in Behälter (2) hinein. Der Luftdruck hat eine Arbeit verübt, die der potentielle Energie dem m³ Behälter in Höhe der WS. gleich ist.
Mit einem Anlaßmotor wird die Vakuumpumpe angetrieben, so saugt sie aus dem Druckbehälter (1) die Luft/Gas aus und drückt sogleich aus dem Behälter (2) das Wasser durch Ventil (7) und Ventil (11), mit gleichem Druck des Druck behälters (1), zur Antrieb der Wasserturbine. Herrscht im Behälter (1) Unterdruck, so preßt der äußere Luftdruck das Wasser ins Behälter hinein. Jetzt saugt die Vakuumpumpe die Luft/Gas aus dem Behälter (2) durch Ventil (8) aus und drückt durch Ventil (5) auf der Ober fläche des Wassers Behälters (1) und das Wasser strömt durch Ventil (10) zur Antrieb der Wasserturbine.
Dieses Energieerzeugungssystem mit abgeschlossenen Luft/Gaskreis lauf und Druck P<1 kp/cm² gibt vom 1 m³Volumen eine Leistung, die proportionell dem ausgewählten Druck ist.

c. Verwendung dreier Arbeitsbehältern mit einem luftleeren Vertei lungsbehälter, der anstatt des Luftdrucks der Atmosphäre nach dem Prinzip verbundene Gefäße funktioniert, mit einem abgeschlo ssenen Gas/Flüssigkeitskreislauf und ununterbrochenem Flüssig keitstrom.

- Arbeitsbehältern an der Oberfläche sind mit der Vakuumpumpe verbunden durch Saugleitung (9) Fig. 3 und Druckleitung (8) an Unterfläche mit dem Verteilungsbehälter (23) durch Druckflüssig keitleitung (7) und Abflußleitung (24). Arbeitsbehältern sind in Arbeitszustand vorbereitet: Behälter (1) ist mit Flüssigkeit gefüllt, Behälter (2 )mit Gas aufgepumpt P<1 kp/cm², Behälter (3) ausgepumpt P=0,01 kp/cm², Behälter (23) ist mit Flüssigkeit ge füllt. Die Vakuumpumpe wird von einem Anlaßmotor angetrieben. Saugt sie aus dem Behälter (2), so drückt sie aus dem Behälter (1) Flüssigkeit zum Antrieb der Wasserturbine. Behälter (3) wird von Behälter (23) mit Flüssigkeit gefüllt. Saugt die Vakuumpumpe aus dem Behälter (1), so drückt sie aus dem Behälter (3) Flüssigkeit zum Antrieb der Wasserturbine. Behälter (2) wird von Behälter (23) mit Flüssigkeit gefüllt. Saugt die Vakuumpumpe aus dem Behälter (3), so drückt sie aus dem Behälter (2) Flüssigkeit zum Antrieb der Was serturbine Behälter (1) wird von Behälter (23) gefüllt. Der Kreis lauf ist geschlossen und fängt von Anfang an.

2. Vakuumluftdruckwasserkraftwerk nach Anspruch 1, a, b.

- Aufbau eines VLDWKW in Höhe der barometrischen WS. mit Arbeits druck Pa=PL mit Luftauslaß ins Freie und ununterbrochenem Wa sserstrom, oder mit Pa<PL und mit abgeschlossenem Luft/Gaskreis lauf und ununterbrochenem Wasserstrom. Aufbau dieses Kraftwerk Fig. 2 besteht aus drei Behältern (1. 2. 3.) miteinander verbundenen: an der Oberfläche des Behälters mit der Vakuumpumpe durch Luft druckleitung (8) und Luftdruckventilen (11. 13. 15.), durch Luftsaug leitung (9) und Luftsaugventil (10. 12. 14). An der Unterfläche durch Wasserauslaßleitung (7) mit Wasserauslaßventilen (17. 18. 20.). Die Auslaßleitung (7) ist senkrecht niedergebracht und mit dem verengenen Rohröffnung auf die Schäufeln der Wasserturbine ge richtet. An Unterfläche jeder einzelne Behälter ist mit eine Saug leitung (4. 5. 6.) und Saugventil (16. 19. 21.) mit Stausee verbunden.

3. Vakuumluftdruckwasserkraftwerk nach Anspruch 1,c.

- Aufbau an der Erdoberfläche oder unter der Erde, oder aufein ander Fig. 3 besteht Arbeitsbehältern (1. 2. 3.) und einem luft leeren Wasserausgleichbehälter (23) in dem auf einer gesamte Welle Wasserturbine, Wasserkraftgenerator und Vakuumpunpe ein gebaut sind. An Oberfläche Behältern (1. 2. 3.) sind mit der Vakuumpumpe miteinander verbunden durch Saugleitung (9) und Saug ventilen (10. 12. 14.) und durch Druckleitung (8) und Druckventilen (11. 13. 15.) An Unterfläche Behältern (1. 2. 3. 23.) sind durch Abflußleitung (24) und Ventil (17. 19. 21), durch Wasserdruck leitung (7) und Ventil (17. 19. 21.) miteinander verbunden. Das ver engenen Rohröffnung der Druckleitung (7) ist innen im Behälter (23) auf die Schäufeln der Wasserturbine gerichtet.
Die Abkühlung des Wasserkraftgenerators und der Vakuumpumpe kann durch die Arbeitsflüssigkeit im Behälter realisiert sein.