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Dokumentenidentifikation DE112004002934T5 09.08.2007
Titel Verfahren zur Umwandlung von Gravitationskraft in Nutzarbeit
Anmelder Teplenkov, Nikolay Nikolaevich, Moskau, RU
Erfinder Teplenkov, Nikolay Nikolaevich, Moskau, RU;
Teplenkov, Aleksey Nikolaevich, Moskau, RU;
Orleanskaya, Tatiyana Viktorovna, Moskau, RU
Vertreter Dendorfer & Herrmann Patentanwälte Partnerschaft, 80335 München
DE-Aktenzeichen 112004002934
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, EP, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, OA, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, AP, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, EA, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM
WO-Anmeldetag 21.09.2004
PCT-Aktenzeichen PCT/RU2004/000369
WO-Veröffentlichungsnummer 2006033592
WO-Veröffentlichungsdatum 30.03.2006
Date of publication of WO application in German translation 09.08.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.08.2007
IPC-Hauptklasse F03G 3/00(2006.01)A, F, I, 20070514, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Umwandlung von Gravitationskraft in mechanische Energie, insbesondere das Emporheben einer Flüssigkeit auf eine Höhe h und die Verwendung der auf der Höhe h wirkenden Gravitationskraft.

Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem Flüssigkeit auf eine Höhe h emporgehoben wird und die auf das Wasser wirkende Gravitationskraft in mechanische Energie umgewandelt wird; siehe US-Patent 4,514,977, F04F10/00 vom 07.05.1985. Das bekannte Verfahren wird mit Hilfe einer Vakuumeinrichtung verwirklicht, die ein Grundvolumen einer Arbeitsflüssigkeit u und einen damit verbundenen Behälter enthält, der sich in der Höhe h über dem Niveau des Grundvolumens befindet. Das Verfahren umfasst ein Auffüllen des Behälters mit der Flüssigkeit bis zur Höhe h aus dem Grundvolumen unter Einwirkung des Vakuums, Auslass und Hinabströmen der Flüssigkeit, die über potenzielle Energie verfügt, welche für die Nutzarbeit verwendet wird, und Abfluss der Flüssigkeit in das Grundvolumen zur weiteren Verwendung. Vakuum wird mit Hilfe einer Vakuumpumpe erzeugt, für deren Arbeit die Energie verwendet werden soll. Ferner kann die Energie der ausströmenden Flüssigkeit genutzt werden. Das Verfahren kann zu großen Verlusten und Energieverwendungen führen.

Die Aufgabe, auf welche die vorgeschlagene technische Lösung gerichtet ist, besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens, bei dem Flüssigkeit auf die Höhe h angehoben wird, ohne die angegebenen Nachteile. Die Lösung dieser Aufgabe erzielt das technische Ergebnis, dass die für das Anheben der Arbeitsflüssigkeit verwendete Energie zurückgeführt und zu weiterer Arbeit verwendet wird, was zur Minimierung des Energieverbrauchs führt. Das vorgeschlagene Verfahren erlaubt es auch, den Wirkungsgrad der Energieumwandlung zu erhöhen.

Diese und andere technische Ergebnisse werden mit dem vorgeschlagenen Verfahren der Umwandlung von Gravitationskraft in Nutzarbeit erzielt. Das Verfahren wird mit Hilfe einer Einrichtung verwirklicht, die eine Rohrleitung enthält, die mit einem Ende in die Arbeitsflüssigkeit eintaucht und mit dem anderem Ende mit einem Speicherbehälter verbunden ist, der über dem Niveau der Arbeitsflüssigkeit liegt. Man füllt das System unter Einwirkung von Vakuum mit der Arbeitsflüssigkeit auf und lässt die Arbeitsflüssigkeit auf einen Turbogenerator ausströmen, durch welchen die Energie umgewandelt wird, und zwar in Nutzarbeit. Gemäß dem Verfahren versetzt man den Speicherbehälter nach der Auffüllung mit der Arbeitsflüssigkeit in eine Rotationsbewegung bis zu einer Drehgeschwindigkeit, bei der der Druck der Arbeitsflüssigkeit auf die Wandungen des Speicherbehälters höher als der Luftdruck ist. Man lässt die Arbeitsflüssigkeit aus dem Speicherbehälter ausströmen, wobei die Arbeitsflüssigkeit einen zusätzlichen Turbogenerator, dessen Achse mit der Achse der Rotationsbewegung des Behälters übereinstimmt, in Rotationsbewegung versetzt, und verwendet die umgewandelte Energie der Rotationsbewegung des Turbogenerators für die Rotationsbewegung des Behälters.

Die hinabströmende Flüssigkeit dient mittels eines zusätzlichen Turbogenerators zum Leisten der Nutzarbeit.

Das technische Ergebnis besteht in der Rückgabe eines Teiles der für das Emporheben der Arbeitsflüssigkeit verwendeten Energie und ihrer Verwendung zum Leisten der Nutzarbeit. In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens bringt man die Arbeitsflüssigkeit vor dem Auffüllen des Systems in dem Grundvolumen unter. Nach der Umwandlung der Energie in die Nutzarbeit lässt man die Flüssigkeit zur weiteren Verwendung zurück in das Grundvolumen abfließen, so dass ein geschlossener Kreislauf gebildet wird. In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung lässt man die Flüssigkeit aus dem Speicherbehälter aus Ausströmelementen ausströmen, die sich an den Wandungen des Speicherbehälters befinden, und zwar an Stellen, die maximal von der Rotationsachse des Speicherbehälters entfernt sind. Als Ausströmelemente kann man Überdruckventile verwenden. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird die Rotationsenergie des zusätzlichen Turbogenerators, der sich auf dem Niveau des Speicherbehälters befindet, für die Rotationsbewegung des Speicherbehälters verwendet, und zwar mittels eines Getriebes, das an mindestens einen Motor und ein Rotationssystem des Speicherbehälters angeschlossen ist.

In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Ausströmen der Arbeitsflüssigkeit aus dem Speicherbehälter in Richtung der Rotationsbewegung des Speicherbehälters an einer Berührungslinie zum Rotationskreis; dabei addiert sich die Geschwindigkeit der Arbeitsflüssigkeit im Speicherbehälter bei der Rotationsbewegung in horizontaler Ebene mit der linearen Geschwindigkeit der Arbeitsflüssigkeit, die aus dem Speicherbehälter ausströmt.

Im weiteren wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung dargestellt, in welcher die bevorzugte Ausgestaltung der Einrichtung für die Verwirklichung des angemeldeten Verfahrens dargestellt ist. Die Einrichtung, die das angemeldete Verfahren realisiert, besteht aus einem T-artigen Vakuumsystem, welches das auf den Stützen 2 vertikal aufgestellte Rohr 1 umfasst, das mit einem Ende in das Grundvolumen 3 mit der Arbeitsflüssigkeit eintaucht. An dem oberen Ende des Rohrs 1 ist der Speicherbehälter 4 angeordnet, der zum Beispiel in Form einer Scheibe mit symmetrisch auf dem Aussenkreis befindlichen Überdruckventilen 5 hergestellt ist.

Im oberen Teil des Rohres 1 sind Übertragungsglieder 6, 6.1 und ein Rotationslager 7 angeordnet. Das Übertragungsglied 6 ist mit dem Speicherbehälter 4 verbunden und steht an einer Seite mit einem Hilfsmotor 8 mit Getriebe und an der anderen Seite mit einem zusätzlichen Turbogenerator in Kontakt, der einen Synchronmotor 9, ein Automatiksystem 9.1, einen Konstantstromgenerator 9.2 und das Übertragungsglied 6.1, angeschlossen an eine Turbine 10 mit einer Schaufel 11 an einem inneren Teil und radial näher zur Mitte liegenden Öffnungen 12, aufweist. Unter der Turbine 10 befindet sich stationär ein zweites Grundvolumen 13 zum Sammeln der Arbeitsflüssigkeit, die aus den Öffnungen 12 abfließt, auf dessen Boden sich eine Öffnung mit einem Rohr 14 befindet, das mit einem Nutzenergieverbraucher 15, beispielsweise einer Turbine, verbunden ist.

Innerhalb der Turbine 1 befindet sich ein vertikal angeordnetes zweites Rohr 16 kleineren Durchmessers, das mit einem unteren Ende an ein Vakuumsystem 17 angeschlossen ist, und dessen oberer Teil weist eine Öffnung 18 auf und ist an einem Rotationslager 19 angebracht. Im oberen Teil des Rohrs ist ein Sensor 20 zur Kontrolle der Menge der Arbeitsflüssigkeit angeordnet. Die Arbeitsflüssigkeit fließt aus den Öffnungen 12 ab, und zwar bis zu dem Boden mit der Öffnung mit dem Rohr 14, das mit dem Nutzenergieverbraucher 15, zum Beispiel der Turbine, verbunden ist. Innerhalb der Turbine 1 befindet sich das vertikal aufgestellte zweite Rohr 16 kleineren Durchmessers, das mit dem unteren Ende an das Vakuumsystem 17 angeschlossen ist, und dessen oberer Teil, der die Öffnung 18 aufweist, ist an dem Rotationslager 19 angebracht. Im oberen Teil des Rohres befindet sich der Sensor 20 zur Kontrolle und Einstellung der Arbeitsflüssigkeit.

Diese Konstruktion wurde in der Praxis aufgebaut, aber das angemeldete Verfahren ist nicht auf die dargestellte Konstruktion der Vakuumeinrichtung beschränkt.

Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren saugt das Vakuumsystem 17 Luft aus dem Rohr 1 durch Öffnungen im oberen Teil des Rohres 18 ab. Die Arbeitsflüssigkeit aus dem Grundvolumen 3 steigt unter der Einwirkung des Vakuums durch das Rohr 1 bis zur Höhe h nach oben, wo der Speicherbehälter 4 angeordnet ist, und füllt diesen aus. Der Sensor 20 arbeitet, um das Niveau der Arbeitsflüssigkeit zu steuern, indem er das Vakuumsystem 17 ausschaltet und den Motor 8 mit dem Getriebe einschaltet, um den mit der Arbeitsflüssigkeit gefüllten Behälter 4 rotieren zu lassen.

Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass, wenn der Behälter 4 mit dem Rohr 1 in Rotationsbewegung versetzt wird, die Bildung des Vakuums im System unterstützt wird. Je nach dem Maß der Zunahme der Umdrehungsgeschwindigkeit des Rohres 1 vergrößern sich die kinetische Energie der Arbeitsflüssigkeit und die Kraft ihres Zentrifugaldruckes auf die internen Wandungen am Kreisabschnitt des Behälters 4, und zwar dort, wo sich an den maximal von der Rotationsachse entfernten Stellen die Überdruckventile 5 befinden. Wenn die Kraft des Zentrifugaldruckes der Arbeitsflüssigkeit auf die Wände des Behälters größer als der Luftdruck wird, öffnen sich die Überdruckventile 5 und lassen die Arbeitsflüssigkeit aus dem Behälter 4 auf den zusätzlichen Turbogenerator (die Schaufel 11 der Turbine 10, angeordnet in einer Achse mit dem Behälter 4 und dementsprechend mit der Rotationsachse) ausströmen.

Der andere Turbogenerator funktioniert auf folgende Weise:

Die Rotationsbewegung der Turbine 10 wird durch das Übertragungsglied 6.1 auf den Konstantstromgenerator 9.2 übermittelt, der Elektroenergie zu erzeugen beginnt, die ihrerseits dem Automatiksystem 9.1 zugeführt wird. Damit werden die Drehbewegungen der Vakuumeinrichtung und der Turbine festgelegt und unterstützt, und zwar nach Kriterien der optimalen Zweckmäßigkeit und des maximalen Koeffizienten der Leistungsabgabe der Turbine sowie der Umwandlung des konstanten Stromes in einen nicht-konstanten Strom mit einer vorgegebenen eingestellten Frequenz. Diese nicht-konstante Spannung wird an den Arbeitssynchronmotor 9 angelegt, der die Vakuumeinrichtung 1 mit der vorgegebenen beständigen Geschwindigkeit antreibt.

In der eingestellten Betriebsweise sorgt der Startsynchronmotor 8 mit Getriebe für die Drehbewegung der Vakuumeinrichtung mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit, indem er aus dem Netz nur so viel Elektroleistung verbraucht, wie sie zum Ausgleich von Reibungsverlusten erforderlich ist.

Unter der Turbine 10 befindet sich das zweite Grundvolumen 13, und zwar in der Höhe h stationär. In dem zweiten Grundvolumen 13 wird die aus der Turbine ausströmende Arbeitsflüssigkeit gesammelt, die durch die Öffnung und in dem Rohr 14 aus der Höhe h unter Einwirkung der Gravitationskraft hinabfällt und die Nutzarbeit im Aufnehmer 15, zum Beispiel der Wasserturbine, ausführt. Dann fließt die Arbeitsflüssigkeit in das Grundvolumen ab, von wo sie wiederum in das Rohr 1 der Vakuumeinrichtung geliefert wird. Der Vorgang läuft ununterbrochen ab.

Das vorgeschlagene Verfahren basiert auf den Fundamentalgebieten der klassischen Physik: Luftdruck, Zentrifugalkraft, Gravitationskraft.

Die Arbeitsflüssigkeit wird aus dem Grundvolumen 3 mit Hilfe von Vakuum auf die Höhe h gehoben, und falls man sie aus dem Vakuumsystem auf dieser Höhe entfernt, dann ist ihre potentielle Energie Wpot = mgh.

Die Entfernung der Flüssigkeit wird mit Hilfe der Drehbewegung des Systems mit derjenigen Winkelgeschwindigkeit, bei der die Zentrifugalkraft einen Druck der Arbeitsflüssigkeit auf die inneren Wandungen des Speicherbehälters 4 hervorruft, der größer als der Luftdruck ist, hervorgerufen, damit die Arbeitsflüssigkeit aus dem Speicherbehälter von der Höhe h abfließen kann. Auf diese Weise bewegt sich die Arbeitsflüssigkeit durch das sich drehende System von unten nach oben und strömt in der Höhe h hinaus und strömt dann hinab, indem die Potentialenergie in die Nutzarbeit umgewandelt wird und Verluste ausgeglichen werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Flüssigkeit wiederum nach oben gehoben, und der Vorgang wird ununterbrochen ausgeführt.

Die Flüssigkeit, die aus dem Behälter in der Höhe h ausströmt, verfügt nicht nur über potentielle Energie, sondern auch über kinetische Energie Wkin = mv2/2. Diese kinetische Energie betrifft die Umdrehung des Behälters und das Ausströmen der Arbeitsflüssigkeit bei einer Winkelgeschwindigkeit, bei der der Druck der Arbeitsflüssigkeit auf die von der Umdrehungsachse gleich weit entfernten Behälterwandungen größer als der Außenluftdruck ist.

Auf diese Weise wird die Arbeit, die für das Emporheben der Arbeitsflüssigkeit im Behälter aufgewendet wurde, nach dem Ausströmen aus dem System für die Drehbewegung des Systems und das Emporheben der neu geförderten Flüssigkeit aus dem Grundvolumen verwendet. Die Reibungsverluste werden durch die potentielle Energie ausgeglichen, und die restliche potentielle Energie wird für die Nutzarbeit verwendet. Das Verfahren ermöglicht es, bei seinem Einsatz den Energieverbrauch zur maximalen Energieerzeugung, die für die Nutzarbeit verwendet wird, zu minimieren.

ZUSAMMENFASSUNG

Die vorliegende technische Lösung betrifft das Gebiet der Umwandlung von Gravitationskraft in mechanische Energie, insbesondere das Emporheben einer Flüssigkeit auf eine Höhe h und die Verwendung der auf der Höhe h wirkenden Gravitationskraft. Das Verfahren wird mit Hilfe der Einrichtung verwirklicht, die eine Rohrleitung (1) aufweist, deren eines Ende in eine Arbeitsflüssigkeit (3) eintaucht und deren anderes Ende mit einem Speicherbehälter (4) verbunden ist, der über dem Niveau der Arbeitsflüssigkeit liegt. Man füllt das System unter Einwirkung von Vakuum mit der Arbeitsflüssigkeit und lässt die Arbeitsflüssigkeit auf einen Turbogenerator (11) ausströmen, durch welchen die Energie umgewandelt wird, und zwar in Nutzarbeit. Man versetzt den Speicherbehälter (4) in eine Rotationsbewegung bis zu einer Winkelgeschwindigkeit, bei der der Druck der Arbeitsflüssigkeit auf die Wandungen des Speicherbehälters höher als der Luftdruck ist. Man lässt die Arbeitsflüssigkeit aus dem Speicherbehälter (4) ausströmen, wobei die Arbeitsflüssigkeit einen zusätzlichen Turbogenerator (11), dessen Achse mit der Achse der Rotationsbewegung zusammenfällt, in Rotationsbewegung versetzt, und man verwendet die umgewandelte Energie der Rotationsbewegung des Turbogenerators (11) für die Rotationsbewegung des Behälters (4). Die hinabströmende Flüssigkeit dient mittels des zusätzlichen Turbogenerators zum Leisten der Nutzarbeit. Das technische Ergebnis besteht in der Rückgabe eines Teiles der für das Emporheben der Arbeitsflüssigkeit verwendeten Energie und ihrer Verwendung zum Leisten der Nutzarbeit.


Anspruch[de]
Verfahren zur Umwandlung von Gravitationskraft in Nutzarbeit, ausgeführt mittels einer Einrichtung, die eine Rohrleitung enthält, die mit einem Ende in eine Arbeitsflüsigkeit eintaucht und mit dem anderen Ende an einen Speicherbehälter angeschlossen ist, der über dem Niveau der Arbeitsflüssigkeit liegt, wobei die genannte Einrichtung mit der Arbeitsflüssigkeit gefüllt wird und dann für ein Strömen der Arbeitsflüssigkeit unter Vakuumeinwirkung auf einen Turbogenerator gesorgt wird, durch den die Energie in die Nutzarbeit umgewandelt wird, wobei der Speicherbehälter nach seiner Auffüllung mit der Arbeitsflüssigkeit in eine rotierende Bewegung bis zu einer Drehgeschwindigkeit gebracht wird, bei der der Druck der Arbeitsflüssigkeit auf die Wandungen des Speicherbehälters größer als der Aussenluftdruck ist und die Arbeitsflüssigkeit aus dem Speicherbehälter ausströmt, und die Arbeitsflüssigkeit einen anderen Turbogenerator in Umdrehung bringt, der auf einer Achse mit der Drehachse des Behälters angeordnet ist, und umgewandelte Energie von der Drehung des Turbogenerators verwendet wird, um den Behälter rotieren zu lassen, und die hinabströmende Flüssigkeit durch den Turbogenerator in die Nutzarbeit umgewandelt wird. Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich die Arbeitsflüssigkeit vor dem Füllen des Systems in dem Grundvolumen befindet. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Flüssigkeit nach der Umwandlung der Energie in die Nutzarbeit in das Grundvolumen abfließt, so dass sie einen geschlossenen Kreislauf bildet. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei die Flüssigkeit aus dem Speichersystem aus Ausströmventilen, die an den Wänden des Speicherbehälters auf den von seiner Umdrehungsachse maximal entfernten Stellen angeordnet sind, ausströmt. Verfahren nach Anspruch 4, wobei Überdruckventile als Ausströmventile verwendet werden. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 oder Anspruch 3 oder Anspruch 5, wobei die Rotationsenergie der Turbine, die in einer Achse mit der Achse des Speicherbehälters angeordnet ist, zum Drehantrieb des Speicherbehälters verwendet wird, und zwar mittels eines Übertragungsmechanismus, der mindestens einen Motor und ein Getriebe aufweist, die mit dem Drehsystem des Behälters in Wirkverbindung stehen. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Arbeitsflüssigkeit aus dem Speicherbehälter in Richtung seiner Drehbewegung an der Berührungslinie zum Rotationskreis ausströmt, wobei sich die Geschwindigkeit der Arbeitsflüssigkeit im Speichersystem bei dessen Rotationsbewegung in der waagrechten Ebene mit der linearen Geschwindigkeit der Arbeitsflüssigkeit, die aus dem Speicherbehälter ausströmt, addiert.






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