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Dokumentenidentifikation DE19521226A1 25.01.1996
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Fördern von Wasser sowie Verwendung einer Formgedächtnislegierung
Anmelder Gümpel, Paul, Prof. Dr., 78351 Bodman-Ludwigshafen, DE
Erfinder Gümpel, Paul, Prof. Dr., 78351 Bodman-Ludwigshafen, DE
Vertreter Hiebsch und Kollegen, 78224 Singen
DE-Anmeldedatum 14.06.1995
DE-Aktenzeichen 19521226
Offenlegungstag 25.01.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.01.1996
IPC-Hauptklasse F03G 7/00
IPC-Nebenklasse F03G 7/06   F03G 6/00   F04B 17/00   C22C 9/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Fördern von Wasser, insbesondere von Grundwasser. Sie erfaßt zudem Verwendungen eines Elementes aus einer Formgedächtnislegierung.

Mit sog. Formgedächtnis- (Shape-Memory) Legierungen ist die Möglichkeit gegeben, Wärmeenergie direkt in mechanische Energie umzuwandeln. Wird eine Formgedächtnislegierung bei Temperaturen unterhalb einer bestimmten kritischen Temperatur bleibend verformt, so kann sie sich bei der Erwärmung über diese kritische Temperatur an ihre ursprüngliche Gestalt erinnern und diese wieder annehmen.

Bekannt ist die Verwendung von Drähten und/oder Federn aus Formgedächtnislegierungen mit Zweiweg-Effekt, die abwechselnd in kaltes und warmes Wasser tauchen. Durch die Längenänderung der Drähte wird ein rotierender Antrieb in Bewegung gesetzt. Derartige Antriebseinheiten - deren Einsatz mit beispielsweise bis 10&sup8; Umwandlungszyklen in Dauerprüfung getestet worden ist - können eine mechanische Energie um 1000 W abgeben.

In Kenntnis dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, jenes oben beschriebene Prinzip nicht nur zur Energiegewinnung, sondern direkt zum Fördern von Wasser, vor allem Grundwasser, einzusetzen; bekanntlich ist Grundwasser auch in warmen Ländern relativ kühl und kann unter Ausnutzung der Sonneneinstrahlung mit geringem technischem Aufwand schnell erwärmt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre nach dem unabhängigen Patentanspruch, die Unteransprüche geben günstige Weiterbildungen an.

Erfindungsgemäß wird das Wasser bzw. Grundwasser mittels einer Antriebseinheit aus einer Formgedächtnislegierung unter Ausnutzung der mechanischen Energiegewinnung über die Temperaturdifferenz von gefördertem Grundwasser und Oberflächenwasser gehoben.

Die Antriebseinheit betreibt eine Fördereinheit für Grundwasser, das entweder zur Trinkwasserförderung und/oder zum Betrieb von Bewässerungsanlangen eingesetzt werden kann. Der Betrieb der Fördereinheit benötigt lediglich eine geringe Temperaturdifferenz, die Förderleistung einer einfachen Pumpe läßt sich bei einer mechanischen Leistung an der Antriebswelle von 500 W mit ~80 L/min bei 10 m Förderhöhe und 100% Wirkungsgrad angeben. Die Erwärmung derartiger Wassermengen über Sonneneinstrahlung erfolgt in einem einfachen Wärmetauscher, wobei nur die zum Betrieb der Antriebseinheit notwendigen Flüssigkeitsmengen erwärmt werden.

Alternativ kann zusätzlich elektrische Energie gewonnen werden, die bei einer solchen - energetisch völlig autonomen - Einheit für zusätzliche Aufgaben benutzt werden kann.

Von besonderer Bedeutung ist die Verwendung eines Elementes aus einer Formgedächtnislegierung nach den Maßgaben des Patentanspruches 10 oder 11.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1: das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Förderanlage;

Fig. 2: ein Schrägsicht auf ein beispielhaftes Detail der Fig. 1.

Bei einer Förderanlage 10 zum Fördern von Grundwasser treibt eine Antriebseinheit 12 über eine Antriebswelle 14 eine Fördereinheit 16 an.

Von dem bei 18 angedeuteten kalten Grundwasserstrom führen Teilströme 19, 20 zum einen zur Antriebseinheit 12 sowie zum anderen zu einem Wärmetauscher 22, der erwärmtes Wasser 24 jener Antriebseinheit 12 aufgibt.

Die Förderanlage 10 weist nach Fig. 2 an der Antriebswelle 14 zwei miteinander gekoppelte Antriebsscheiben 26, 28 unterschiedlicher Durchmesser d, e für eine Spiralfeder 30 auf. Diese ist um einen Teil des Umfanges - eines Umfangswinkels unter 180° - der größeren Antriebsscheibe 26 gelegt und führt von dieser mit zwei Abschnitten 31a, 31b eines Außentrums 31 zu Förderscheiben 34, 36, welche sie in einem Winkel von etwa 180° umfangen, um als einander bei 33 kreuzende Abschnitte 32a, 32b eines Innentrums 32 die kleinere Antriebsscheibe 28 zu umfangen. Diese Spiralfeder 30 - beispielsweise aus NiTi - ist mit einem sog. Form- Gedächtnis-Effekt ausgerüstet, ändert also ihre Form unter Temperatureinfluß.

Die in Fig. 2 rechte Förderscheibe 34 dreht sich an einer Welle 35 eines Kaltwasserbehälters 38, wohingegen die andere Umlenkscheibe 36 an einer Welle 37 eines Warmwasserbehälters 40 gelagert ist.

Die Wellen 35, 37 stehen in einem - in Fig. 2 horizontalen - Abstand i voneinander sowie gemeinsam in einem - vertikalen - Abstand h zur Antriebswelle 14.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Fördern von Wasser, insbesondere Grundwasser, mit einer ein Element aus einer Formgedächtnislegierung enthaltenden Antriebseinheit, bei dem mittels Temperaturdifferenz zwischen dem Wasser und einem anderen Förderstrom mechanische Energie erzeugt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Temperaturdifferenz angeregte Element aus einer Formgedächtnislegierung einer Pumpeneinheit zugeschaltet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bestehende Temperaturdifferenz zwischen dem Grundwasser und einem Oberflächenwasser eingesetzt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Grundwasser und einem erwärmten Zusatzstrom eingesetzt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen in situ solar erwärmten Förderstrom.
  6. 6. Vorrichtung mit einer ein Element aus einer Formgedächtnislegierung enthaltenden Antriebseinheit zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der voraufgehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebseinheit (12) eine Fördereinheit (16) für das Wasser (18) zugeordnet und dieses mit einem Teilstrom (19) zum Element (30) aus einer Formgedächtnislegierung der Antriebseinheit geführt ist, wobei letztere an einen zweiten Förderstrom (24) mit zum Wasser, insbesondere Grundwasser, unterschiedlicher Temperatur angeschlossen ist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Förderstrom (24) aus Oberflächenwasser besteht.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Förderstrom (24) von einem an das Grundwasser (18) angeschlossenen Wärmetauscher (22) ausgeht.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (22) an eine Energiequelle angeschlossen ist, bevorzugt an Solarzellen.
  10. 10. Verwendung eines Elementes aus einer Formgedächtnislegierung zum Fördern von Grundwasser.
  11. 11. Verwendung eines Elementes aus einer Formgedächtnislegierung zum Betreiben einer Klimaanlage.






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