Wärmepumpensystem mit thermoelektrischen Generator


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Grafik: Stefan Bayer, pixelio.de
Zum besseren Verständnis folgenden vereinfachten - physikalischen - Zusammenhang der beiden unterschiedlichen, aber thermodynamisch inversen, Grundsysteme Wärmepumpe (WP) und thermoelektrischer Generator (TEG):

Die Wärmepumpe und der TEG arbeiten in einem umgekehrten physikalischen Funktionsprinzip. Die Wärmepumpe transportiert Energie zu einem höheren thermischen Potential. Der TEG reduziert bei Stromabgabe dieses thermisch erhöhte Energiepotential wieder. Wenn nun beide Systeme in einem idealisierten Schwingkreis zusammenschaltet werden, entsteht ein ständig arbeitender Prozesskreislauf: Theoretisch ohne Energieaufnahme (wie ein Perpetuum Mobile).

Da dies aber in der Praxis immer mit Verlusten verbunden ist, müssen nur die Verluste ausgeglichen werden, damit das schwingende System dauerhaft aufrecht erhalten bleibt. Siehe hierzu auch das angefügte Diagramm (WP-TEG-Wirkungsweise - und als analoges Anschauungsbeispiel auch das Bild der armschwingenden chinesischen Katze, s. von früher, wobei nur die Reibungsverluste ausgeglichen werden).
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Zur einfachen, physikalisch gesicherten Funktionsweise und zum besseren Verständnis des TEG-WP Systems,  folgender technischer Sachverhalt:

Es handelt sich hier um ein neuartiges, umweltfreundliches Verfahren einer Stromerzeugung, direkt aus der unerschöpflichen Sonnenenergiequelle, gespeichert in unserer Umgebungsluft, realisiert mit einer neuartigen Wärmepumpe in einem thermodynamischen, rückgekoppelten Schwingkreissystem. Durch die Integration der Kältemittelkühlung in den Prozesskreislauf wird es möglich sein, diese Kühlenergie aus der Umweltluft wieder in eine auskoppelbare “kostenlose” elektrische Nutzenergie umzuwandeln.

--- Siehe Hierzu auch das folgende Funktionsprinzip, gültig für alle Atomkraftwerke:
Das Grundfunktionsprinzip des TEG-WP Systems geschieht ähnlich, wie in einem Atomkraftwerk, indem die Kühltürme Ihre Kühlenergie in den Wasserdampfkreislauf abgeben, um damit aus dem Dampf wieder Wasser zu kondensieren. Ohne diese, aus der Umwelt (Luft oder Flusswasser) aufgenommene, Kühlenergie (Entropiegewinn) würde kein Atomkraftwerk arbeiten können. ---

Gleiches Funktionsprinzip geschieht auch in dem hier geschlossenen TEG-WP Prozesskreislauf, um elektrischen Überschussstrom über einem thermoelektrischen Generator (TEG) extern nutzbar zu machen. Siehe hierzu auch das angefügten Funktionsschaltbild.
Als Anschauung, und in Analogie eines effektiv schwingenden mechanischen Systems, indem nur die Reibungsverluste mit Hilfe einer kleinen Batterie ausgeglichen werden, hier die einarmig schwingende chinesische Katze (s. Bild).
Das Problem ist folgendes: Für die Herstellung eines kleinen 100Watt Prototypen benötige ich eine Fachwerkstatt welche Erfahrungen mit der Herstellung von effizienten Wärmepumpen oder Klimaanlagen hat. Nach meinen Erfahrungen sind die Entwicklungsingenieure, von in Frage kommenden renommierten Firmen, leider nicht bereit neue technische Entwicklungsvorhaben  - insbesondere von fremden Firmen - zu realisieren, sie forcieren nur ihre eigenen Entwicklungsvorhaben.

Aus diesem Grund sende ich Ihnen ein Kältemitteldiagramm (R134a) aus dem der Energiegewinn aus der Umweltluft genau hervorgeht. Sollten Sie jemanden finden, für den ein solches Diagramm normaler “Alltag” ist, - d.h. er kann mit den Daten etwas anfangen - dann können Sie mich benachrichtigen, für weitere Diskussionen.
Aus dem Diagramm können die spezifischen Leistungsdaten, in proportionalen Größenmaßstab, abgelesen werden. Es gelten für eine Nutz-Stromerzeugung (grüner Pfeil nach links) die Werte entgegen dem Uhrzeigersinn. Somit wird im Kältemittel Prozesskreis ein auskoppelbarer Stromüberschuss von ca. 20% generiert.



Bis spätestens 2030 wird es möglich sein in großtechnischen Wärmepumpenanlagen aus unserer unerschöpflichen Umweltluft Wärmeenergie direkt elektrischen Strom zu gewinnen. Das Grundprinzip liegt dabei in einem neuartigen Wärmepumpensystem, indem ein frei schwingendes E n e r g i e p o t e n t i a l realisiert wird, wobei nur die relativ geringen Prozesskreis Verluste ausgeglichen werden müssen. Die Wärmepumpe und der TEG arbeiten nach einem umgekehrten physikalischen, Grund-Funktionsprinzip. Die Wärmepumpe transportiert Energie zu einem höheren Wärmepotential. Der TEG reduziert durch die Stromabgabe dieses Energiepotential wieder, wodurch sich ein schwingendes System ergibt. Der erzeugte Strom wird zu 80% für den WP-Kreislauf selbst verwendet, und 20% davon beträgt der Nutzstrom. Wenn nun beide Systeme in einem "idealisierten" Schwingkreis mit gleichen abwechselnden hohen, bzw. niedrigen Energiepotentialen zusammengeschaltet werden (ähnlich eines mechanischen Pendels), entsteht ein ständig arbeitender thermodynamischer Prozesskreislauf (theoretisch wie ein Perpetuum Mobile ohne weitere Energieaufnahme). Da dies aber in der Praxis nicht möglich ist, müssen nur die Kreis-Verluste ausgeglichen werden, damit das schwingende System dauerhaft aufrecht erhalten wird, und die überschüssig aufgenommene Wärmeenergie aus der Umweltluft wieder abgegeben werden kann.
Für weitere technische Details, incl. Diagramme stehe ich Ihnen gerne zur Verfügung.