Patent EP-2312131-A3 (EP)
Inventor: SCHLAGREGEN BERND
IPC: F01K25/02
Filed: 2009-10-12
Abstract: 1.1 Technische Voraussetzungen 
     
     
       1.1.1 Aufbau der Reaktoren 
     
     Zum Einsatz kommen ein oder mehrere Reaktionsbehälter für einen Betriebsdruck von min.  1bar  bis ca.  330bar  abs., die physikalisch in ihren Eigenschaften als Blasen,- oder Kolbenspeichers ausgebildet sind und handelsüblich auch z.B. bei Windkraftanlagen eingesetzt werden. Die Speicher werden durch deren physikalischen Aufbau mit deren großen gesamten zylindrischen Raum mit entweder einer sogenannten "Blase" (Blasenspeicher) oder auch eines metallenen Kolbens (Kolbenspeicher) in 2 Teile geteilt, um dadurch 2 unterschiedlichen Arbeitsmedien jeweils einen eigenen Arbeitsraum zu gewähren (Kammer " P1 " & " P2 "). Bei den sogenannten Blasenspeichern werden elastomeren Blasen als trennende Wandung zwischen den beiden Medien benutzt, während bei den Kolbenspeichern ein metallener zylindrischer frei beweglicher und mehrfach abgedichteter Kolben die beiden Medien voneinander trennt. Durch den frei laufenden Kolben bleibt jederzeit das Arbeitsmedium in den beiden Kammern getrennt. Die 1. Kammer " P1 " nimmt in allen Varianten des Reaktionsbehälters das hydraulische Medium auf, während das Arbeitsmedium in allen Varianten der Reaktionsbehälter in der 2. Kammer " P2 " aufgenommen wird. Diese Regel gilt für Kolben- sowie Blasenspeicher gleichermaßen. 
     
       2.1 Kurzbeschreibung 
     
     Bei diesem Patent findet eine "Wandlung von thermischer Energie in mechanische Arbeit" statt, die anschließend in elektrische Energie gewandelt wird. Dabei wird das Verdrängerprinzip ähnlich wie im Zylinderraum beim Motorenbau angewendet. 
     Alle Reaktionsbehälter stehen senkrecht geführt bis zur Arbeitsposition der Kolben im Thermalbad, z.B. Wasser oder Thermalöl. Durch eine ersatzweise Doppelbemantelung der Reaktionsbehälter kann die Einbaulage (senkrecht/horizontal) variieren. Dadurch wird die 2. Kammer " P2 " bis zum Kolben im angeheizten Thermalbad ständig mit frischer Wärmeenergie versorgt. Das Thermalbad wird auf eine möglichst konstante Temperatur zwischen -12°C und +478°C gehalten. In Ergänzung zum gemeinsamen Thermalbad werden die Reaktionsbehälter können die Reaktoren auch vorzugshalber in Einzelwärmebehälter gestellt oder gelegt werden, die mit entsprechender thermischer Leistung durchströmt werden. 
     Bei diesem Patent wird Kältemittel bzw. Triebmittel jeglicher Art (weiterhin als Arbeitsmedium bezeichnet) in den geschlossenen Raum der 2. Kammer " P2 " gegeben, und durch externe Zufuhr von thermischer Leistung (Wärmekapazität in bestimmtem Volumen unter anstehender Temperatur) erhitzt. Um die Position des trennenden Kolbens in jedem der Reaktionsbehälter mit Hilfe der Anlagensteuerung den Füllstand überwachen zu können, wird ein Sensor zur Positionsmeldung des Kolbens von  AUSSEN  am Reaktionsbehälter angebracht. Um eine langwierige Rüstzeit der 2. Kammer " P2 " zu verkürzen, wird eine sogenannte  "Selbsteinspritzung"  angewendet. Dazu wird vorzugshalber ein Reaktionsbehälter mit einem frei beweglichen Kolben so eingesetzt, daß in dessen 2. Kammer ständig  N 2    (Stickstoff) 1 bis zu 120 bar abs., je nach Leistungsgröße und Arbeitsmedium, das Arbeitsmedium in die 2. Kammer " P2 " einbringt. 
     Durch die Einwirkung der thermischen Leistung erreicht das Arbeitsmedium die Sublimation (von lat.  sublimis  = ,hoch in der Luft befindlich', 'erhaben' und bezeichnet in der Thermodynamik den Prozeß des unmittelbaren Übergangs eines Stoffes vom festen in den gasförmigen Aggregatzustand), und verdampft ab einem spezifischem Temperaturniveau des Arbeitsmittels. Nach Überschreitung der Sublimation wird bei weiterer thermischer Leistungszufuhr ein fortschreitender Arbeitsdruck in der 2. Kammer " P2 " aufgebaut, da sich das Arbeitsmedium weiter ausdehnt, das Volumen der 2. Kammer " P2 " aber konstant bleibt. Dieser Arbeitsdruck in der 2. Kammer " P2 " überträgt sich direkt über einen Kolben, der zur Trennung von zwei unterschiedlichen Medien eingesetzt wird, auf das hydraulische Medium auf der anderen Seite des Kolbens auf die 1. Kammer " P1 ". Nach Entspannung der hydraulischen Seite wird mit Hilfe der hydraulischen Verdrängung unter hohem Arbeitsdruck ein für die Anwendung ausgelegter hydraulischer Antrieb betrieben, an den ein Generator direkt angedockt ist um Strom zu erzeugen. Die Steuerung ist in der Lage, an Hand der festgestellten thermischen Eingangsleistung die Anzahl der Reaktionsbehälter selbst zu bestimmen, die in die Arbeitszyklen auf Basis der tatsächlichen thermischen Eingangsleistung einbezogen werden können. 
     
       3.1 Arbeitsmedium 
     
     Als Arbeitsmedium kann wahlweise  R410A, CO 2    oder ein nach eigenen Erkenntnissen gewonnenes Arbeitsmedium eingesetzt werden (Beschreibung des Arbeitsmediums siehe weiter unten). Das Arbeitsmediums  R410A  zeichnet sich durch seine Untrennbarkeit seiner beiden Komponenten aus. Das Gemisch besteht aus 50%  R32  (Difluormethan) und 50%  R125  (Pentafluorethan), und bildet dadurch ein nahezu azeotropes Kältemittelgemisch. Mit azeotrop bezeichnet man ein Stoffgemisch, das sich nicht durch gewöhnliche Destillation trennen läßt und identische Stoffeigenschaften im flüssigen wie auch im gasförmigen Zustand aufweist. 
     
       1.1.2 Arbeitsmedium nach eigenen Erkenntnissen 
     
     Das nach eigenen Erkenntnissen gewonnene Arbeitsmedium setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen: 
• ∼ 5 Vol-% Methanol 
• ∼12 Vol-% Video 90 
• ∼75 Vol-% R410A 
• ∼ 8 Vol-% NH 3   
     Die Clusterbildung spielt bei dieser Mischung eine entscheidende Rolle, sodaß sich diese Flüssigkeit, wenn sie verdampft, nicht mehr wie ein ideales Gas verhält. Ähnlich wie beim Wasser mit seinen beiden  +104,5°C  angeordneten Wasserstoffatomen am Sauerstoffatom, müßte Wasser theoretisch nicht flüssig, sondern gasförmig sein. Clusterbildung von Molekülen verhindert das Verdichten erheblich. Aus diesem Grund ist Wasser auch fast nicht komprimierbar und besitzt einen gewissen Schubstangeneffekt. Ebenfalls wie auch bei Wasserdampf. Begrenzt man dann noch das Domvolumen auf ein Minimum, verliert der theoretische Wert der Enthalpie dieser Mischung seine Gültigkeit, und es sind Anomalien feststellbar, die empirisch und stabilisiert in der Praxis eingebracht werden können.