Wärmepumpensystem mit thermoelektrischen Generator


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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 zusammengeschaltet 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"
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).
katze
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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 nochmals das oben gezeigte Funktionsschaltbild.

"So schaffen wir die Energiewende"

Zuerst Informationen zur heutigen Situation unserer Stromversorgung:
Der thermische Wirkungsgrad eines Atomkraftwerkes (AKW) beträgt ca. 30%. Das heißt es müssen ca. 70% an Abwärme bzw. an Kühlenergie erzeugt werden, um 30% elektrische Energie zu erzeugen. Das bedeutet auch ein Wärmeverlust von 70%, welcher meistens als Abwärme, in Form von Wasserdampf in die Atmosphäre                (Kühltürme) oder als Erwärmung der Flüsse, wieder an die Umwelt schädlich zurückgegeben wird.

Durch den immer höher werdenden CO2 Anteil In der Atmosphäre (s. Klimawandel) kann diese Wärme immer schlechter wieder an den Weltraum abgeführt werden. Dies bedeutet, dass die Atomkraftwerke - neben der radioaktiven Atommüll Entsorgung - auch noch einen großen Anteil, (s. 70% Abwärme) an unserer Klima- erwärmung haben. Der erzeugte Atomstrom ist somit nicht umweltfreundlich, wie allgemein immer behauptet wird.

Nun zur Stromerzeugung mit dem neuen, dezentralen TEG-WP Generator System:

Der thermische Wirkungsgrad des TEG-WP Systems liegt bei 50%. Das bedeutet für 50% elektrische Energie wird auch nur 50% Wärme abgegeben. Das heißt, das die Umweltluft insgesamt nur zu 50% erwärmt wird. Da aber die Warmluftabgabe auch als Heizungs- oder Warmwasserenergie genutzt werden kann, ergibt sich so eine positive Umweltbilanz (50% Warmluftabgabe - 50% Nutzwärme = 0% Abwärme), insbesondere auch dadurch, dass die Kaltluft für Klimaanlagen genutzt, oder direkt schonend wieder an die Umwelt zurückgegeben, werden kann. Siehe hierzu auch die beiden nachfolgenden, vereinfachten TEG-WP Funktionsprinzipen:
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Das Problem:

Für die Herstellung eines kleinen 100Watt Prototypen wird eine Fachwerkstatt, welche Erfahrungen mit der Herstellung von effizienten Wärmepumpen oder Klimaanlagen hat, benötigt.

Wer dazu Hilfestellung geben kann meldet sich bitte über unser Kontaktformular.

Sie werden dann zum Entwickler weitergeleitet.

Danke.



Text, Diagramme, Foto: Entwickler
Ein Kältemitteldiagramm (R134a) aus dem der Energiegewinn aus der Umweltluft genau hervorgeht:

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.
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Nur durch den Wärmeenergieaustausch über Kältemittelsättigungsgrade in einem WP-System (s. Zeichnung rechts) und über eine Parallelschaltung der TEG-Module wird eine effektive und nutzbringende
Rückkopplungsarbeitsweise des gesamten Prozesskreislaufes ermöglicht.
Physikalisch betrachtet ist der spezifische Wärmeenergiegehalt bei gesättigten Gasen ca. 5 bis 6 mal so hoch wie bei Flüssigkeiten. Das bedeutet auch, dass der Energietransfer eine ebenso große Erhöhung der Gasvolumendichte (W/cm²) gegenüber sich Temperatur verändernden Flüssigkeitsmassen-strömen hat.

Dies alles geschieht noch bei konstanten Gastemperaturdifferenzen (s. Delta T = 80°C), wie es bei einer effektiven TEG Überschussstromerzeugung unbedingt erforderlich ist, ganz im Gegensatz zu den üblichen Anwendungen bei Flüssigkeitsmassenströmen (z.B.: bei Systemen über eine Öl-, oder Wasserkühlung).
Auch hat durch die Temperaturkonstanz im WP System (s. u. waagerechte Linien im Diagramm R134a) der geringe thermische Wirkungsgrad von den hier eingesetzten Standard TEG Modulen (von nur 5%) keine Bedeutung mehr, da die elektrische Gesamtleistung des TEG-Generators immer über die Anzahl der TEG Module ausgleichen werden kann.
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