thermischer Energie aus Luft-Wasser-Gemischen sowie zur

Trennung der molekularen Bestandteile

1. Beschreibung Erfindungsgebiet

Das Verfahren dient der Erzeugung von elektrischer, kinetischer und thermischer Energie aus Medien, insbesondere Luft-Wasser-Gemischen, sowie der Trennung der molekularen Bestandteile dieser Medien und ist somit den Bereichen der alternativen Energiegewinnung und der Energietechnik zuzurechnen. Hintergrund der Erfindung

Es sind verschiedene Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie bekannt. Diese sind weitestgehend von nicht regenerierbaren fossilen Brennstoffen wie Rohöl abhängig, auf spezifische Standorte respektive Umweltfaktoren wie bei der Photovoltaik und der Windenergie angewiesen oder mit erheblichen Risiken wie Radioaktivität verbunden. Zudem sind zahlreiche der bekannten Verfahren verknüpft mit aufwändigen Herstellungs- und Arbeitsprozessen, die in der Gesamtbetrachtung zu einer suboptimalen Energiebilanz führen, wie beispielsweise unter Berücksichtigung des Energieaufwandes bei der Herstellung von Photovoltaikanlagen oder der derzeit bekannten Elektrolyse- und vergleichbarer Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff beispielsweise zur Verwendung in Brennstoffzellen.

Desweiteren sind verschiedene Verfahren zur Produktion von Wasserstoff bekannt. Überwiegend erfolgt die Herstellung von Wasserstoff mittels Elektrolyseverfahren. Nachteilig sind dabei vor allem der notwendige hohe Energieaufwand bei der Elektrolyse sowie die Probleme in Bezug auf die Infrastruktur, insbesondere Lagerung und Transport und der damit verbundene Aufwand sowie die impliziten Risiken wie Explosionsgefahren.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung wird in den Hauptansprüchen definiert und charakterisiert, während die abhängigen Ansprüche weitere Merkmale der Erfindung beschreiben.

Zweck der Erfindung ist es, durch möglichst einfach verfügbare Ausgangsmedien möglichst standortunabhängig und auch dezentral direkt Energie, insbesondere nutzbare elektrische Energie, zu erzeugen.

Weiterer Zweck ist es, Wasserstoff als klima- und umweltverträglichen Energieträger mit möglichst geringem Energieaufwand herzustellen. Dabei soll auch eine direkte und dezentrale Herstellung vor Ort grundsätzlich möglich sein, um so Schwierigkeiten und Risiken vor allem in Bezug auf Infrastruktur, Logistik und unter Sicherheitsaspekten zu minimieren.

Technische Aufgabe war es, eine Anlage zu bauen, durch die die immanente Energie der Verbindungen von Medien, insbesondere Wasser- und Luftstrukturen in Medien, nutzbar gemacht werden kann. Weitere Aufgabe war es, molekulare Bindungsstrukturen solcher Medien aufzubrechen und so eine Trennung seiner molekularen Bestandteile zu ermöglichen.

Darüber hinaus wurden Vorrichtungen zu der Anlage konstruiert, durch welche die Medienzufuhr, vorzugsweise Luft-Wasser-Gemische und somit eine Luft- und/oder Wasserzufuhr, geregelt werden kann sowie solche, die eine technisch sichere Abnahme separierter molekularer Bestandteile des Mediums, insbesondere von Wasserstoff, sowie von elektrischer, kinetischer und thermischer Energie gewährleisten. Mittels des Verfahrens werden die Bestandteile von Medien wie beispielsweise Luft-/ Wasser-Gemischen in spezifischen Mischverhältnissen, in einer Vorrichtung durch mechanische Beeinflussung, insbesondere durch Leitung durch spezielle Düsenelemente, sowie optional auch magnetische Beeinflussung des Mediums und/oder Beeinflussung des Mediums durch elektrische Hochspannungsimpulse in der Art beeinflusst und verändert, dass die immanente Energie dieser Bestandteile / der molekularen Bindungskräfte nutzbar gemacht werden und/oder molekulare Bindungen aufgebrochen werden können, und zwar insbesondere zur direkten Erzeugung von elektrischer, thermischer und kinetischer Energie, sowie zur Trennung molekularer Bestandteile der Medien, insbesondere zur Produktion von Wasserstoff.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Diese und andere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie einer Ausführungsalternative, die nicht einschränkende Beispiele darstellen und in welchen auf die folgenden Zeichnungen Bezug genommen wird.

Es zeigen: Figur 1: Aufbau der Anlage und ihre Funktionsweise

1. Zuführeinheit für Medium mit Verdichter (Fig.1/1)

2. Düsenelement (Fig.l/Il)

3. Magneteinheit (Fig.l/Ill)

4. Elektrische Speichereinheit (Fig.l/IV)

5. Elektroimpulsgenerator (Fig.l/V)

6. Elektrodeneinheit (Fig.l/Vl)

7. Gasentnahmeeinheit (Fig.l/Vll)

8. Abnahmeeinheit für elektrische Energie (Fig.l/Vlll)

9. Generatoreinheit (Fig.l/IX - IXa und IXb)

10. Generatoreinheit - Turbine (Fig.l/IXa)

11. Generatoreinheit - Generator (Fig.1/IXb)

12. Wärmetauscher/Kondensator (Fig.l/X) 13. Austritteinheit für Restmedium (Fig.l/Xl)

Konnektoren:

Konnektor A (Verbindung elektr. Speichereinheit und Elektroimputsgenerator) Konnektor Bl (Verbindung Abnahmeeinheit für elektrische Energie und elektrische Speichereinheit)

Konnektor B2 (Verbindung Generatoreinheit und elektrische Speichereinheit)

Figur 2: Magnetische und elektrische Beeinflussung des Mediums

1. Strömungskanal (Fig.2/1)

2. Magneteinheit (Fig.2/11 )

3. Elektroimputsgenerator (Fig.2/111)

4. Elektrodeneinheit (Ftg.2/IV)

Figur 3: Ausfürungsbeispiel

1. Elektrische Speichereinheit (Fig.3/1)

2. Elektroimpulsgenerator (Fig.3/11)

3. Wasserzufuhreinheit (Fig.3/ill - lila bis lllc)

4. Wasserzufuhreinheit - Wasserzuführungskanal (Fig.3/Illa)

5. Wasserzufuhreinheit - Steuer-/Regeleinheit ( Ffg.3/1 IIb)

6. Wasserzufuhreinheit - Wasserkanal (Flg.3/11 Ic)

7. Luftzufuhreinheit (Fig.3/IV - IVa bis IVd )

8. Luftzufuhreinheit - Luftzuführungskanal (Fig.3/IVa)

9. Luftzufuhreinheit - Luftaufbereitungseinheit (Fig.3/IVb)

10. Luftzufuhreinheit - Steuer-/Regeleinheit (Fig.3/iVc)

11. Luftzufuhreinheit - Luftkanal (Fig.3/IVd)

12. Luft-Wasser-Verwirbelungseinheit (Fig.3/V)

13. Luft-Wasser-Verwirbelungseinheit - Mischbehälter (Fig.3/Va)

14. Luft-Wasser-Verwirbelungseinheit - Antriebseinheit (Fig.3/Vb)

15. Energiewandler (Fig.3/Vl)

16. Energiewandler - Düsenelement (Fig.3/Vll) 17. Energiewandler - agneteinheit (Fig.3/Vlll)

18. Energiewandler - Elektrodeneinheit (Fig.3/IX)

19. Energiewandler - Gasentnahmeeinheit (Fig.3/X)

20. Energiewandler - Abnahmeeinheit für elektrische Energie (Fig.3/Xl)

21. Energiewandler - Turbine (Fig.3/Xlla)

22. Energiewandler - Generator (Fig.3/Xllb)

23. Energiewandler - Wärmetauscher/Kondensator (Fig.3/Xlll)

24. Austritteinheit für Restmedium (Fig.3/XIV)

Konnektoren:

Konnektor AI (Verbindung elektr. Speichereinheit und Elektroimpulsgenerator) Konnektor A2 (Verbindung elektrische Speichereinheit und Antriebseinheit) Konnektor Bl (Verbindung Abnahmeeinheit für elektrische Energie und

elektrische Speichereinheit)

Konnektor B2 (Verbindung Generatoreinheit und elektrische Speichereinheit) Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Zu Prozessbeginn wird ein spezifisches Luft-Wassergemisch, welches vorzugsweise über Sättigungsgrade von 50-100% verfügt und sich idealerweise in einem ionisiertem bzw. teilionisierten Zustand befindet, als Volumenstrom ( V - Fig.l, ) dem System zugeführt. Dies erfolgt über eine hier nicht näher beschriebene, dem Stand der Technik entsprechende, integrierte oder externe Fördereinheit/Verdichter, in der Skizze (Figur 1) dargestellt als Zuführeinheit für das Medium mit Verdichter, mit Zuführung [Fig.1/1].

Das strömende Medium wird zunächst in dem sich stetig verjüngenden Strömungskanal im Düsenelement [Fig.1/11] stark beschleunigt und erreicht hohe Strömungsgeschwindigkeiten, vorzugsweise nahe der Schallgeschwindigkeit und auch darüber hinaus, bei stark reduziertem statischem Druck (Unterdruck), vorzugsweise mit p < 500 mbar absolut. Bei diesem Prozess beginnen Medienbestandteile zu kavitieren. Dabei werden Kavitationseffekte erzeugt und molekulare Verbindungen aufgebrochen auf und es bildet sich Plasma. Dieser Prozess führt ausserdem zu einer „kalten" Trennung der molekularen Bestandteile des Mediums, insbesondere von Wasserstoff-, Sauerstoff- und Stickstoffatomen in Luft-Wasser-Gemischen.

Das so behandelte ionisierte Gasgemisch (Plasma) wird durch die Magneteinheit [Fig.l/Ill; Fig.2/11] geleitet, wobei sich durch das spezifische Magnetfeld [vgl. Fig.2] Ionen und Elektronen bündeln und ausrichten.

In der unmittelbar folgenden Elektrodeneinheit [Fig.l/Vl; Fig.2/IV] wird das Gasgemisch intensiven hochfrequent pulsierenden, vom Elektroimpulsgenerator [Fig.l/V; Fig.2/Ill] erzeugten, Hochspannungsentladungen, vorzugsweise mit U > 20 kV, ausgesetzt. Dabei erfolgen weitere Zerstörungen der ursprünglichen molekularen Bindungen.

Die Magneteinheit sowie die Elektrodeneinheit sind jeweils optional und dienen je der Verstärkung des Effekts und einer Optimierung der Zerlegung und Ausrichtung des Medienstroms. Durch Einfluss der von der Magneteinheit [Fig.l/Ill; Fig.2/11] erzeugten gerichteten magnetischen Felder sowie der elektrischen Entladungen an den Elektroden [Fig.l/Vl; Fig.2/IV] kommt es dabei zur fortgesetzten Aufspaltung des Mediums und Ausrichtung seiner Bestandteile sowie zur weiteren Ladungstrennung (freie Elektronen/Ionen) und damit zu verstärkter Plasmabildung.

Optional kann der Medienstrom vor oder nach dem Düsenelement durch weitere Magnet- bzw. Elektrodeneinheiten geleitet werden, um den Effekt zu verstärken und das Ergebnis zu optimieren.

Nach diesem Prozess befindet sich das Medium weitestgehend in einem hochionisierten Zustand (Plasma) und enthält in Abhängigkeit der Wassermenge / des Wasseranteils des Mediums u.a. positiv geladene Wasserstoffatome/-ionen in grosser Menge. Diese positiv geladenen Wasserstoffatome werden optional über eine kathodisch orientierte Gasentnahmeeinheit [Fig.l/Vll] gesammelt und nutzbar abgeführt. Das übrige hochionisierte Medium (Plasma) fällt nach einer sprunghaften Erweiterung des Querschnitts des Strömungskanals in der optionalen Abnahmeeinheit für elektrische Energie [Fig.l/VIll], nunmehr langsamer strömend und unter höherem Druck stehend, unter Bildung massiver pulsierender elektromagnetischer Felder in einen nichtionisierten Zustand zurück.

In der Abnahmeeinheit für elektrische Energie [Fig.l/VIll] befinden sich spulenartige Wicklungen, die geeignet sind, die entstehenden elektromagnetischen Felder optional mittels Induktion in einen nutzbaren elektrischen Spulenstrom umzuwandeln. Dieser elektrische Nutzstrom wird über einen geeigneten hier nicht näher beschriebenen dem Stand der Technik entsprechenden Wandler/Regler der elektrischen Speichereinheit [Fig.l/IV] zugeführt.

Die beim Austritt aus der Abnahmeeinheit für elektrische Energie [Fig.l/VIll] vorhandene kinetische Energie des Mediums wird in der Turbine [Fig.l/IXa] der optionalen Generator-Einheit [Fig.1/IXa-IXb] in Wellenleistung gewandelt, die zum Antrieb des Generators [Fig.l/IXb] dient. Die gewonnene elektrische Leistung des Generators [Fig.l/IXb] wird über einen geeigneten, hier nicht näher beschriebenen, Wandler/Regler ebenfalls der elektrischen Speichereinheit [Fig.l/IV] zugeführt.

Die thermische Restenergie des Medienstroms kann optional in einem atmosphärisch offenen Wärmetauscher/Kondensator [Fig.l/X] auskondensiert werden, wobei die Wärmemenge bspw. einer thermodynamischen Nutzung zugeführt werden kann.

Das übrige Medium wird als Volumenstrom {V - Fig.l, V ₂ ) über die Austritteinheit für Restmedium [Fig.l/Xl] aus dem System herausgeleitet.

Die überschüssige gewonnene elektrische Arbeit steht in der elektrischen Speichereinheit [Fig.l/IV] zur Abnahme und externen Nutzung zur Verfügung. Der Gesamtprozess wird mittels einer übergeordneten Steuer-/Regeleinheit kontrolliert.

Die erzeugte elektrische Energie, die über die Elektrische Speichereinheit [Fig.l/IV] nutzbar gemacht wird, kann wiederum optional zur Versorgung des allfälligen Bedarfs an elektrischer Energie innerhalb des Systems, insbesondere den Elektroimpulsgenerator [Fig.l/V] sowie Steuer-/Regeleinheiten, verwendet werden, so dass dann neben denn geeigneten Medienstrom keine weitere externe Energie mehr in das System gespeist werden muss und dieses insoweit dann autark läuft. Ausführungsvariante:

Mittels der im Folgenden beschriebenen Ausführungsvariante, die in Figur 3 dargestellt ist, kann die Effektivität durch eine spezifische Vorbehandlung des Mediums gesteigert werden.

Das System wird initial durch eine Stromquelle [Fig.3/1], beispielsweise Batterie oder Netzanschluss, gestartet.

Die Antriebseinheit [Fig.3/Vb] der Luft-Wasser-Verwirbelungseinheit [Fig.3/V] wird durch einen Motor mit hohen Drehzahlen angetrieben.

Mittels der Luftzufuhreinheit (Fig.3/IVa bis IVb) wird Luft in das System eingebracht. Über den Luftkanal [Fig.3/IVc] gelangt Luft in die Luft-Wasser-Verwirbelungseinheit [Fig.3/V]; optional wird die Luft zuvor über den Luftzuführungskanal [Fig.3/IVa] durch eine Luftaufbereitungseinheit [Fig.3/IVb] geleitet und vorbehandelt bevor sie der Luft-Wasser-Verwirbelungseinheit [Fig.3/V] zugeführt wird. Dabei kann die Luft in der Luftaufbereitungseinheit [Fig.l/IVb] zur Optimierung des Prozesses mit spezifischen elektrischen Impulsen des Elektroimpulsgenerators [Fig.3/11] vorbehandelt werden; durch die Vorbehandlung wird die Effektivität des Systems verstärkt.

Mittels der Wasserzufuhreinheit [Fig.3/Illa bis lllc] wird Wasser i das System eingebracht. Über den Wasserzuführungskanal [Fig.3/Illa] gelangt Luft in die Luft- Wasser-Verwirbelungseinheit [Fig.3/V].

Über die Steuer-/Regeleinheiten [Fig.3/Illb und IVc] werden Luft- und Wasserzufuhr und das spezifische Mischungsverhältnis gesteuert/geregelt und dann über den Luftkanal [Fig.3/IVd] und den Wasserkanal [Fig.3/Illc] in die Luft-Wasser- Verwirbelungseinheit [Fig.3/V] geführt. Je nach Anwendungsart und Ausführung kann das System sowohl mit Luft, wobei deren immanente Feuchtigkeit genutzt wird, als auch mit einem spezifischen Luft-Wasser-Gemisch betrieben werden. Die Wasserzufuhreinheit ist optional. In der Antriebseinheit [Fig.3/Vb] befindet sich eine Scheibe oder alternativ ein Flügelrad. Aufgrund der hohen Drehzahlen der vom Motor angetriebenen Scheibe bzw. des Flügelrades der Antriebseinheit [Fig.3/Vb] wird im Mischbehälter [Fig.3/Va] ein sich schnell drehender Luftwirbel erzeugt. Im Mischbehälter [Fig.l/Va] wird daraufhin die wirbelnde Luft optional zunehmend bei Zuführung von Wasser mit Wasser angereichert (Erhöhung des Feuchtigkeitsgrades).

Im oberen Teil der Luft-Wasser-Verwirbelungseinheit [Fig.3/V] kommt es zu einem massiven Druckabfall im Luft-Wasser-Wirbel. Die hohe Geschwindigkeit des Mediums in Verbindung mit dem niedrigen absoluten Druck (Unterdruck) erzeugt erste Kavitationseffekte und physikalischen Veränderungen des Mediums (insbesondere lonisierung/Plasmabildung).

Diese Veränderungen auf molekularer/atomarer Ebene werden begleitet von Strömen freier Elektronen.

Von der Antriebseinheit [Ftg.3/Vb] wird das Medium in die Energiewandlereinheit [Fig.3/Vl] gefördert. Dort wird das strömende Medium zunächst in dem sich stetig verjüngenden Strömungskanal im Düsenelement [Fig.3/Vll] stark beschleunigt und erreicht hohe Strömungsgeschwindigkeiten, nahe der Schallgeschwindigkeit und auch darüber hinaus, bei stark reduziertem statischem Druck (Unterdruck). Bei dem Prozess beginnen Medienbestandteile zu kavitieren. Das so behandelte ionisierte Gasgemisch (Plasma) wird durch die Magneteinheit [Fig.3/Vlll; Fig.2/11] geleitet, wobei sich durch das spezifische Magnetfeld [vgl. Fig.2] Ionen und Elektronen bündeln und ausrichten. In der unmittelbar folgenden Elektrodeneinheit [Fig.3/IX; Fig.2/tV] wird das Gasgemisch intensiven hochfrequent pulsierenden, vom Elektroimpulsgenerator [Fig.3/11; F ig.2/111 ] erzeugten, Entladungen ausgesetzt. Dabei erfolgen weitere Zerstörungen der ursprünglichen molekularen Bindungen. Die Magneteinheit sowie die Elektrodeneinheit sind jeweils optional und dienen je der Verstärkung des Effekts und einer Optimierung der Zerlegung und Ausrichtung des Medienstroms. Durch Einfluss der von der Magneteinheit [Fig.3/Vlll; Fig.2/1!] erzeugten gerichteten magnetischen Felder sowie der elektrischen Entladungen an den Elektroden [Fig.3/IX; Fig.2/IV] kommt es dabei zur fortgesetzten Aufspaltung des Mediums und Ausrichtung seiner Bestandteile sowie zur weiteren Ladungstrennung (freie Elektronen/Ionen) und somit zu verstärkter Plasmabildung.

Optional kann der Medienstrom (weitgehend Plasma) vor oder nach dem Düsenelement durch weitere Magnet- bzw. Elektrodeneinheiten geleitet werden, um den Effekt zu verstärken und das Ergebnis zu optimieren. Nach diesem Prozess befindet sich das Medium weitestgehend in einem hochionisierten Zustand (Plasma) und enthält in Abhängigkeit der Wassermenge / des Wasseranteils des Mediums u.a. positiv geladene Wasserstoffatome/-ionen in grosser Menge. Diese positiv geladenen Wasserstoffatome werden optional über eine kathodisch orientierte Gasentnahmeeinheit [Fig.3/Xj gesammelt und nutzbar abgeführt.

Das übrige hochionisierte Medium fällt nach einer sprunghaften Erweiterung des Querschnitts des Strömungskanals in der optionalen Abnahmeeinheit für elektrische Energie [Fig.3/Xl], nunmehr langsamer strömend und unter höherem Druck stehend, unter Bildung massiver pulsierender elektromagnetischer Felder in einen nichtionisierten Zustand zurück.

In der Abnahmeeinheit für elektrische Energie [Fig.3/Xl] befinden sich spulenartige Wicklungen, die geeignet sind, die entstehenden elektromagnetischen Felder optional mittels Induktion in einen nutzbaren elektrischen Spulenstrom umzuwandeln. Dieser elektrische Nutzstrom wird über einen geeigneten, hier nicht näher beschriebenen, Wandler/Regler der elektrischen Speichereinheit [Fig.3/1] zugeführt. Die vorhandene kinetische Energie des Mediums wird in der Turbine [Fig.3/Xlla] der optionalen Generator-Einheit [Fig.3/Xlla, XI 1 b] in Wellenleistung gewandelt, die zum Antrieb des Generators [Fig.3/Xilb] dient. Die gewonnene elektrische Leistung des Generators [Fig.3/Xl lb] wird über einen geeigneten, hier nicht näher beschriebenen, Wandler/Regler ebenfalls der elektrischen Speichereinheit [Fig.3/1] zugeführt. Die thermische Restenergie des Medienstroms kann optional in einem atmosphärisch offenen Wärmetauscher/Kondensator [Fig.3/Xlll] auskondensiert werden, wobei die Wärmemenge bspw. einer thermodynamischen Nutzung zugeführt werden kann.

Das übrige Medium wird als Volumenstrom (V - Fig.3, V) über die Austritteinheit für Restmedium [Fig.3/XIV] aus dem System herausgeleitet. Die überschüssige gewonnene elektrische Energie steht in der elektrischen Speichereinheit [Fig.3/1] zur Abnahme und externen Nutzung zur Verfügung. Der Gesamtprozess wird mittels einer übergeordneten Steuer-/Regeleinheit kontrolliert.

Die erzeugte elektrische Energie, die über die Elektrische Speichereinheit [Fig.3/1] nutzbar gemacht wird, kann wiederum optional zur Versorgung des allfälligen Bedarfs an elektrischer Energie innerhalb des Systems, insbesondere für die Antriebseinheit [Fig.3/Vb], den Elektroimpulsgenerator [Fig.3/11] sowie Steuer-/Regeleinheiten, verwendet werden, so dass dann neben dem Luft-Wassergemisch/Medium keine weitere externe Energie mehr in das System gespeist werden muss und dieses insoweit dann autark läuft.

Die über die Austritteinheit für Restmedium [Fig.3/XIV] aus dem System geleiteten Reste des Mediums, welche im Prozess nicht verbraucht worden und noch nutzbar sind, können gegebenenfalls als Teil des spezifischen Luft- Wassergemischs, welches über die Luft-/Wasserzuführeinheiten [Fig.3/111, IV] in das System eingeleitet wird, dem Prozess wieder mit zugeführt werden.