DE4301872A1 - Demonstrationsanlage für eine Hochtechnologie-Elektroenergie-Erzeugung aus Verbrennungswärme - Google Patents
Demonstrationsanlage für eine Hochtechnologie-Elektroenergie-Erzeugung aus VerbrennungswärmeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Demonstrationsanlage für eine
Hochtechnologie-Elektroenergie-Erzeugung aus Verbrennungs
wärme.
Die Erzeugung von elektrischer Energie erfolgt heute in
modernen kohle-, gas- oder ölgefeuerten Kraftwerken sowie
Kernkraftwerken anschließend nach dem Prinzip der
Wärmeerzeugung - Wärmeumwandlung (Wasser/Dampf - Dampf/
Rotationsarbeit - Mechanische Arbeit/elektrische Arbeit) in
einem gekoppelten System Turbine/Generator bei
Wirkungsgraden von 30-40% (modernste Anlagen bis 50%).
Eine direkte Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische
Energie ist großtechnisch noch im Versuchsstadium und wird
vorzugsweise mittels Sonnenkollektoren/Solarzellen für die
Nutzung der Sonnenenergie mit hohem finanziellen und
technischen Aufwand, aber viel größeren Wirkungsgraden,
realisiert.
Eine weitere Möglichkeit der direkten Umwandlung von
Wärmeenergie in Elektroenergie zur Nutzung von
Verbrennungswärme ist durch Peltierelemente möglich. Eine
großtechnische Anwendung ist noch nicht realisiert, obwohl
eine Vielzahl von speziellen Anwendungsfällen für
Kleinverbraucher möglich sind (DE-OS 15 39 270,
DE-OS 15 13 040, 37 35 410, 38 32 861).
Eine Demonstrationsanlage für den Aufbau und die Wirkungen
einer Hochtechnologie-Elektroenergie-Erzeugung aus
Verbrennungswärme unter Verwendung von Peltierelementen ist
noch nicht bekannt, obwohl gerade die Technik schon mehr
als ein Jahrhundert im Modell nachgebildet und als
Anschauungs- und Lehrobjekte mit großen Erfolgen
interessierten Personenkreisen nahegebracht werden konnte.
Klassische Beispiele dafür sind Modelle für Dampfmaschinen
und Wasserturbinen, aber auch für Modelleisenbahnen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Demonstrationsanlage für den Aufbau und die Wirkungen einer
Hochtechnologie-Elektroenergie-Erzeugung aus Verbrennungs
wärme unter Verwendung von Peltierelementen zu entwickeln,
um das Zeitalter der Hochtechnologie auf dem Gebiet der
Elektroenergieerzeugung vorzubereiten.
Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß eine
kompakte einen Stromabnehmer aufweisende Peltierelementen-
Anordnung vorgesehen ist, an deren Unterseite ein mit einem
Abgasrohr versehener kompakter Brenner-Brennstoff-Behälter
und an deren Oberseite ein mit Zu- und Abfluß versehener
kompakter Kühlwasser-Behälter angeordnet ist, wobei die
Peltierelementen-Anordnung als einfache oder mehrfache
Stufe entsprechend dem Einsatzfall erfolgt.
Demonstrationsanlagen sind erfindungsgemäß für eine
Modelleisenbahnanlage und für eine Alternativ-Elektroener
gie-Erzeugungsanlage ausgelegt.
An Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher
erläutert. Die Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 - Das Prinzipbild der Elektroenergie-Erzeugung aus
Verbrennungswärme.
Fig. 2 - Das erweiterte Prinzipbild der Elektroenergie-
Erzeugung als offenes System.
Fig. 3 - Das Prinzipbild für ein geschlossenes System.
Fig. 4 - Die Anwendung für eine Modelleisenbahnanlage.
Fig. 5 - Die Anwendung für eine Alternativ-Elektroenergie-
Erzeugungsanlage.
Die kompakte Peltierelementen-Anordnung 1 weist auf der
Unterseite 9 den Brennstoffbehälter 2 mit den Brennern 2.1
. . . 2.n auf (Fig. 1).
Auf der Oberseite 10 ist der Wasser-Durchfluß-Behälter 3
mit Zufluß 11 und Abfluß 12 fixiert.
Der Abfluß 12. ist über die Wasserumlaufpumpe 5 mit dem
Kühlrippen 4.1 aufweisenden Kühler 4 und dieser mit dem
Zufluß 11 verbunden.
Der Brennstoffbehälter 2 weist das Abgasrohr 7.1 auf und
ist in den Schornstein 7 eingebunden.
Die Peltierelementen-Anordnung 13 weist den Stromabnehmer 6
für den Anschluß von Verbrauchern und des Spannungsmessers
8 auf.
Ein Teil der erzeugten Energie 6.1 wird zum Antrieb der
Pumpe 5 verwendet.
Die Wirkungsweise ist folgende:
Durch die Zuführung der Frischluft 13 und der
Verbrennungswärme 13.1 mittels der Brenner 2.1 . . . 2.n an
die Unterseite 9 und die Kühlung der Oberseite 10 mit
Umlaufwasser 14 wird im Peltierelement 1 eine Spannung
erzeugt, die am Stromabnehmer 6 zur Verfügung steht. Die
Höhe der Spannung bzw. deren Stromstärke wird durch die
Anzahl und/oder die Schaltung (Parallel- und/oder
Reihenschaltung) der Einzel-Peltierelemente innerhalb der
Anordnung 1 bestimmt.
Die Brenner 2.1 . . . 2.n werden mit Öl, Gas oder Feststoffen
betrieben.
Die Abgase 15 werden über das Abgasrohr 7.1 in den
Schornstein 7 geleitet, wobei der Schornstein 7 als
Miniatur-Schornstein ausgebildet ist.
Der Kühler 4 ist als Hochbehälter oder als offenes System,
z. B. in Form eines Springbrunnens oder eines Kühlturms,
ausgebildet.
Die Demonstrationsanlage (Fig. 1) ist für eine Vielzahl von
Anwendungsfällen z. B. im Haushalt (elektrische Geräte
aller Art), für das Hobby (Modellfahrzeuge), für den
Betrieb (Meß-, Steuer- und Regelaufgaben), für Labors
(Versuchsdurchführungen, Applikationen) oder für die Lehre
(Demonstrationsanlagen, Versuchsdurchführungen, Applikatio
nen) geeignet.
Die Demonstrationsanlage (Fig. 2) weist die Anordnung nach
Fig. 1 auf und ist wie folgt ergänzt:
In den Brennstoffbehälter 2 ist die Kaltluftleitung 15 mit
Gebläse 16 eingebunden. Die Kaltluftleitung 15 ist mit der
Unterseite 17 der den Stromabnehmer 25 aufweisenden kompak
ten Peltierelementen-Anordnung 18 verbunden, während die
Oberseite 19 mit dem Kühlwasser-Behälter 24 verbunden ist.
Der Kühlwasser-Behälter 24 ist mit dem Abfluß 12 einerseits
und der Umlaufwasserpumpe 5 andererseits verbunden.
Das Abgasrohr 7.1 ist mit der Oberseite 21 der den
Stromabnehmer 26 aufweisenden Peltierelementen-Anordnung 22
verbunden, während die Unterseite 23 mit der Umgebungsluft
kontaktiert. Danach ist das Abgasrohr 7.1 wiederum in den
Schornstein 7 eingebunden.
Während der Stromabnehmer 6 zur Energieversorgung eines
Verbrauchers vorgesehen ist, ist der Stromabnehmer 25 für
die Energieversorgung der Wasserumlaufpumpe 5 und der
Stromabnehmer 26 für die Energieversorgung des Gebläses 16
vorgesehen.
Die Wirkungsweise ist folgende:
Die Peltierelementen-Anordnung arbeitet nach der bereits
beschriebenen Wirkungsweise (Fig. 1) als aktiver Elektro
energieerzeuger, wobei an der Unterseite 9 durch die
Verbrennungswärme 13.1 eine Temperatur von 300 °C entbunden
und an der Oberseite 10 das eintretende Kühlwasser 14 von
20°C auf 80°C erwärmt wird. Die Peltierelementen-Anord
nung 18 wirkt als Regelstufe für die Intensivierung der
Wasserkühlung, indem bei höherer Austrittstemperatur des
Kühlwassers 14 die Wasserumlaufpumpe 5 eine größere
Umlaufmenge transportiert. Die Unterseite 17 wird dabei von
der mit einer Temperatur von 20°C eintretenden Kaltluft 27
beaufschlagt, die gleichzeitig als vorgewärmte
Verbrennungsluft 13.2 mit einer Temperatur von 40 °C für
die Brenner 2.1 . . . 2.n wirkt. Die Oberseite 19 wird vom
mit 80 °C eintretenden Kühlwasser 14 beaufschlagt, während
danach das Kühlwasser mit einer Temperatur von 50 °C zum
Kühler 4 geführt wird.
Die Peltierelementen-Anordnung 22 wirkt als
Sekundär-Regelstufe für die Regelung des Gebläses 16, indem
bei höherem Energiebedarf eines Verbrauchers die
Verbrennungsluftmenge erhöht wird.
Die Oberseite 21 wird dabei von dem mit einer Temperatur
von 200 °C eintretenden Abgas 15 und die Unterseite 23 von
der 20 °C aufweisenden Umgebungsluft beaufschlagt.
Diese Demonstrationsanlage ist ohne weiteres auf ein
modernes Kraftwerk zu übertragen, indem die
Peltierelementen-Anordnung 1 als Kesselhaus mit moderner
Feuerung, die Peltierelementen-Anordnung 18 als
Wärmetauscher-Anordnung und die Peltierelementen-Anordnung
22 als imitierter Transformator sowie der Kühler 4 als
Kühlanlage fungiert.
Die Demonstrationsanlage (Fig. 3) stellt eine Kompaktlösung
in geschlossener Ausführung für die Teile 1; 2; 3 nach Fig.
1 dar und weist das Gehäuse 28 auf, das den als Feuerkiste
29 mit Brennstofftrog 30 und Verbrennungsluftöffnung 31
ausgebildeten Brennstoffbehälter 2 aufnimmt.
Im Gehäuse 28 ist die Peltierelementen-Anordnung 1 fixiert
und über die auf der Unterseite 9 angeordnete Wärmeleit-
und Schutzplatte 32 gegenüber der Feuerkiste 29 geschützt.
Unmittelbar auf die Oberseite 10 ist der als geschlossenes
System ausgebildete Wasserdurchflußbehälter 3 angeordnet,
der den Zufluß 11 und den Abfluß 12 aufweist und mit
destilliertem Wasser betrieben wird.
Die Peltierelementen-Anordnung 1 stellt eine über
Stromverbraucher 33 verbundene Reihenschaltung von
Einzelelementen 34 dar und weist den Stromabnehmer 6 auf.
Auf der Oberfläche 35 des Wasserdurchflußbehälters 3 ist
mit der Unterseite 17 die Peltierelementen-Anordnung 18
angeordnet. Die Oberseite 20 ist mit den Kühlrippen 36
versehen und mit der Umgebungsluft kontaktiert.
Die Stromabnehmer 37 aus der Peltierelementen-Anordnung 18
dienen einer Sekundärstromversorgung oder sie kann in
Kombination mit den Einzelelementen 34 wirken.
Die Wirkungsweise entspricht der nach Fig. 1 und 2
beschriebenen Wirkungsweise.
Die Anwendung dieser Demonstrationsanlage entspricht den
vorher beschriebenen Möglichkeiten.
Die Verknüpfung von unterschiedlichen Demonstrationsanlagen
(Fig. 4), nämlich der einer Modelleisenbahnanlage und der
eines Kraftwerkes, stellt eine besonders wirkungsvolle
Anwendung dar.
Im Betriebswerk 37.1 der Modellbahnanlage sind ein oder
mehrere Peltierelementen-Anordnungen 1; 18; 22 zur
Erzeugung von Energie für den Betrieb der Modellbahnanlage
und der Umwälzpumpe 5 angeordnet.
Das Betriebswerk 37.1 weist den Stromabnehmer 6 auf, der
mit der Freileitung 38 verbunden ist. Die Freileitung 38
wird vom Mast 39 aufgenommen, der die Energieabführung
imitiert.
Die nutzbare Energieabführung 6.1 ist mit den Fahrstromreglern
der Modellbahnanlage verbunden.
Die Wirkungsweise entspricht der nach Fig. 1 bis 3
beschriebenen Wirkungsweise.
Die Demonstrationsanlage für eine unabhängige Stromerzeugung
in der freien Natur (Fig. 5) weist die kompakte
Peltierelementen-Anordnung 1 nach Fig. 1 auf.
Als Brennstoff dient Gas aus dem Propangasbehälter 40 oder der
Biogasquelle 41. Über den Stromabnehmer 6 ist z. B. ein
Fernsehgerät 42 betreibbar.
Die Wirkungsweise entspricht der nach Fig. 1 bis 3
beschriebenen Wirkungsweise.
Durch die Erfindung werden im Vergleich zur konventionellen
Energieversorgung folgende Vorteile erreicht:
- 1. Neue Technologie durch dampflose Stromerzeugung bezogen auf die verwendeten Brennstoffe.
- 2. Einsparung eines Kreisprozesses (Wasser-Dampfentwicklung und Dampfentspannung).
- 3. Wegfall hoher Wirkungsgradverluste am Kreisprozeßende (Kondensationswärmeverluste), z. B. in der Dampfmaschine bei Entspannung auf atmosphärischen Druck.
- 4. Wegfall der Reibungsverluste durch erforderliche Stofftransporte des Arbeitsmediums (Wasser-Dampf).
- 5. Entfall der wesentlichen Baugruppen des Kreisprozesses Dampferzeuger, Turbine, Generator.
- 6. Konzentration der Verbrennung und Stromerzeugung auf klein stem Raum.
- 7. Umweltfreundlicher Betrieb.
- 8. Einsatz beliebiger fester, flüssiger und gasförmiger Brennstoffe, wie z. B. Biogas.
- 9. Flexible Größe und Standortwahl der Aggregate möglich.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1 Peltierelementen-Anordnung
2 Behälter
2.1 . . . 2.n Brenner
3 Behälter
4 Kühler
4.1 Kühlrippe
5 Wasserumlaufpumpe
6 Stromabnehmer
6.1 Energiemenge
7 Schornstein
7.1 Abgasrohr
8 Spannungsmesser
9 Unterseite
10 Oberseite
11 Zufluß
12 Abfluß
13 Frischluft
13.1 Verbrennungswärme
13.2 Verbrennungsluft
14 Umlaufwasser (Kühlwasser)
15 Kaltluftleitung
16 Gebläse
17 Unterseite
18 Peltierelementen-Anordnung
19 Oberseite
20 Oberseite
21 Oberseite
22 Peltierelementen-Anordnung
23 Unterseite
24 Kühlwasser-Behälter
25 Stromabnehmer
26 Stromabnehmer
27 Kaltluft
28 Gehäuse
29 Feuerkiste
30 Brennstofftrog
31 Verbrennungsluftöffnung
32 Wärmeleit- und Schutzplatte
33 Stromverbraucher
34 Einzelelemente
35 Oberfläche
36 Kühlrippe
37 Stromabnehmer
37.1 Betriebswerk
38 Freileitung
39 Mast
40 Propangasbehälter
41 Biogasquelle
42 Fernsehgerät
2 Behälter
2.1 . . . 2.n Brenner
3 Behälter
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4.1 Kühlrippe
5 Wasserumlaufpumpe
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7.1 Abgasrohr
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13.1 Verbrennungswärme
13.2 Verbrennungsluft
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37.1 Betriebswerk
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39 Mast
40 Propangasbehälter
41 Biogasquelle
42 Fernsehgerät
Claims (12)
1. Demonstrationsanlage für eine Hochtechnologie-Elektro
energie-Erzeugung aus Verbrennungswärme,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine kompakte einen Stromabnehmer aufweisende
Peltierelementen-Anordnung vorgesehen ist, an deren Unter
seite ein mit einem Abgasrohr versehener kompakter
Brenner-Brennstoff-Behälter und an deren Oberseite ein mit
Zu- und Abfluß versehener kompakter Kühlwasser-Behälter
angeordnet ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Brenner-Brennstoff-Behälter als Feuerkiste mit
Brennstofftrog und Luftöffnung ausgebildet ist.
3. Anlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Brenner-Brennstoff-Behälter als Brennstofftank mit
Brenneranordnung ausgebildet ist.
4. Anlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Abgasrohr in einen Schornstein eingebunden ist.
5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zu-
und Abfluß des Kühlwasser-Behälters in einen von einer
Umlaufpumpe beaufschlagten Kühler eingebunden ist.
6. Anlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Brenner-Brennstoff-Behälter mit einem ein Gebläse
aufweisendes Kaltluftrohr verbunden ist und an der
Unterseite einer zweiten kompakten Peltierelementen-Anord
nung geführt ist.
7. Anlage nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abfluß mit der Oberseite der zweiten
Peltierelementen-Anordnung verbunden ist.
8. Anlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Abgasrohr an der Oberseite einer dritten kompakten
Peltierelementen-Anordnung geführt ist, deren Unterseite
mit der Umgebungsluft kontaktiert.
9. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Oberfläche einer vierten kompakten Peltierelementen-Anord
nung verbunden ist, deren Oberseite mit der Umgebungsluft
kontaktiert.
10. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kühler mit Kühlrippen versehen ist.
11. Anlage nach Anspruch 1 bis 10 zur Verwendung für eine
Modelleisenbahnanlage, dadurch gekennzeichnet, daß der
kompakte Brenner-Brennstoff-Behälter und der
Kühlwasserbehälter in einem Betriebswerk mit Schornstein
angeordnet, der Zu- und Abfluß über die Umlaufpumpe in
einem Wasserturm eingebunden und die Stromabnahme über eine
Freileitung und einen mit Energieabführung versehenen
Freileitungsmast mit einem Fahrstromregler der Bahnanlage
verbunden ist.
12. Anlage nach Anspruch 1 bis 10 zur Verwendung für eine
Alternativ-Elektroenergieerzeugungsanlage, dadurch gekenn
zeichnet, daß der kompakte Brenner-Brennstoff-Behälter mit
einer Gasquelle, z. B. ein Propangasbehälter oder eine
Biogasquelle, verbunden ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4301872A DE4301872A1 (de) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | Demonstrationsanlage für eine Hochtechnologie-Elektroenergie-Erzeugung aus Verbrennungswärme |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4301872A DE4301872A1 (de) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | Demonstrationsanlage für eine Hochtechnologie-Elektroenergie-Erzeugung aus Verbrennungswärme |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4301872A1 true DE4301872A1 (de) | 1994-07-14 |
Family
ID=6478841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE4301872A Withdrawn DE4301872A1 (de) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | Demonstrationsanlage für eine Hochtechnologie-Elektroenergie-Erzeugung aus Verbrennungswärme |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4301872A1 (de) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4409685A1 (de) * | 1993-03-16 | 1994-10-13 | Vaillant Joh Gmbh & Co | Heizapparat, insbesondere Fluidheizer |
| EP1011152A2 (de) * | 1998-12-16 | 2000-06-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Apparat zum Wärmetransport |
| DE10107662A1 (de) * | 2001-02-19 | 2002-09-05 | Franz Josef Schulte | Heizkraftanlage |
-
1993
- 1993-01-13 DE DE4301872A patent/DE4301872A1/de not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4409685A1 (de) * | 1993-03-16 | 1994-10-13 | Vaillant Joh Gmbh & Co | Heizapparat, insbesondere Fluidheizer |
| EP1011152A2 (de) * | 1998-12-16 | 2000-06-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Apparat zum Wärmetransport |
| EP1011152A3 (de) * | 1998-12-16 | 2000-11-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Apparat zum Wärmetransport |
| US6335572B1 (en) | 1998-12-16 | 2002-01-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Heat transfer apparatus |
| DE10107662A1 (de) * | 2001-02-19 | 2002-09-05 | Franz Josef Schulte | Heizkraftanlage |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |