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                  Thermoelektrischer Generator (Skizze)

                           Dem Elektroauto gehört die Zukunft!                  

                         

                             The electric car of the future!                            

Für die Zukunft Luxus PKW mit Thermogenerator und Wasserstoff als Brennstoff, Null Gramm CO2 pro Kilometer. 

Oder als Hybrid durch die Nutzung der über 60% Wärmeverluste von Kolbenmotoren.    Man muss es nur wollen ! 

Der Heizwert (kcal/kg) von zehn Liter Benzin ist 100.000 Kilokalorien = 116,4 Kilowatt.  

10 Liter (kcal/kg)  Wasserstoff  350 Kilowatt.

34,9 Kilowatt (30%) werden in Kraft umgesetzt (Benzin) und 81,5 Kilowatt gehen in Wärme (60-68%)

und Reibungsverluste verloren. Die tatsächliche Leistung an der Antriebsachse ist noch geringer.

Der Brennwert von 2 kg Holzpellets enspricht 1 Liter Diesel oder Benzin.

 

Kleine Rechnung beim Benzin Tanken.

Zum Preis von 100 Euro wird vollgetankt für einen Weg von A nach B.

Tatsächlich werden nur 30% von 100 Euro als treibende Energie umgesetzt.

70 Euro von einhundert gehen ungenutzt als Wärme verloren.

Die Thermovoltaik bietet eine effiziente Hybridtechnologie mit hohem Wirkungsgrad.

  

Small gasoline bill at refuelling.
For the price of 100 euros is for a full path from A to B.
In fact, only 30% of 100 euro as driving energy.
70 Euro from one hundred are lost as heat.

The Thermovoltaik offers an efficient hybrid technology with high efficiency.

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Brennwert und Heizwert von Wasserstoff

Bei der Verbrennung (Oxidation) von wasserstoffhaltigen Verbindungen wird Wasser gebildet. Aus thermodynamischer Sicht kann

dieses Produktwasser (unabhängig von der Temperatur) flüssig oder gasförmig anfallen. Je nachdem wird die Reaktionsenthalpie

(Verbrennungswärme) dann als Brennwert (früher "oberer" Heizwert) oder Heizwert (früher "unterer" Heizwert) bezeichnet.

Die Energiedifferenz von Brenn- und Heizwert entspricht der Verdampfungsenthalpie (bzw. Kondensationsenthalpie) von Wasser.

Beim Brennwert fällt Wasser flüssig an, daher ist die Verdampfungsenthalpie enthalten und der Brennwert ist vom Betrag her größer als der Heizwert.

 

Heizwert: H₂ + 1/2 O₂ -> H₂O_(g)   DH = -241,8 kJ/mol

 

MJ		kWh
10,79 MJ/Nm3		3,00 kWh/Nm3
120,00 MJ/kg		33,33 kWh/kg

 

Brennwert: H₂ + 1/2 O₂ -> H₂O_(l)   DH = -285,8 kJ/mol

 

MJ		kWh
12,75 MJ/Nm3		3,54 kWh/Nm3
141,85 MJ/kg		39,40 kWh/kg

 

 

Flüssiger Wasserstoff (LH2 = engl. liquid hydrogen) lässt sich in stationären und mobilen Tanks, die durch spezielle

Isolierungen eine Abdampfrate von unter 0,05% erreichen können, speichern. Diese Tanks werden auch Kryotanks oder

Kryospeicher genannt (griech. kryos = kalt). Zwar liegt die volumenspezifische Speicherdichte bei 2,13 kWh/l (ca. 4,5 kWh/kg),

doch der Wasserstoff muß dafür zunächst auf -253°C verflüssigt werden.

Zur Herstellung – etwa aus Wasser oder Kohlenwasserstoff – gibt es heute eine Reihe unterschiedlichster Verfahren.

Zu den wichtigsten gehört die Gewinnung aus Erdgas. Eine wirklich schadstofffreie Mobilität ist jedoch nur möglich,

wenn Wasserstoff mithilfe regenerativer Energiequellen wie Wasser-, Wind- und Solarkraft oder aus Biomasse gewonnen wird.

In zahlreichen Forschungsprojekten arbeitet die Automobilindustrie in Kooperation mit der chemischen Industrie und den

Mineralölgesellschaften seit Jahren an der Entwicklung praxistauglicher Fahrzeuge sowie an Betankungskonzepten.

11.04.2003 - BMW und General Motors/Opel haben ein offenes Konsortium gegründet, das auf die Entwicklung einer "standardisierten

automobilgerechten Flüssigwasserstoff-Kupplung" zielt. Und um dem gesamten Projekt, das eine für alle einheitliche Lösung anstrebt,

von Anfang an eine möglichst breite Basis zu verschaffen, laden beide Partner andere Automobilhersteller und Zulieferer ein, hier ihren

Beitrag zu leisten. "Wir wollen den Fortschritt bei der Speicherung und der Verteilung von flüssigem Wasserstoff als Kraftstoff der Zukunft

beschleunigen", erklärt Larry Burns, General Motors Vice President für Forschung, Entwicklung und Planung.

Komprimierter und flüssiger Wasserstoff könnten laut Burns mit "vielversprechendem Potenzial" in Wasserstoff-Fahrzeugen genutzt werden.

Ferner biete flüssiger Wasserstoff Vorteile bezüglich der Kraftstoffverteilung sowie der Reichweite der Fahrzeuge. Konkret werde sich die

Zusammenarbeit nach Angaben von Christoph Huss, Leiter der Wissenschafts- und Verkehrspolitik der BMW Group, darauf konzentrieren,

globale Standards zu schaffen, Spezifikationen für Zulieferer zu erstellen und die technisch beste und kostengünstigste Lösung zu finden.

"Wir gehen langfristig von einem flächendeckenden Netzwerk von 10.000 Wasserstoff-Tankstellen in Deutschland aus", verrät Huss.

"Doch schon heute müssen wir die Erarbeitung von Standards angehen, damit die Kunden nicht mit verschiedenen Systemen konfrontiert werden."

So sei die Normierung der Tankkupplung eine absolute Notwendigkeit. Nach seinem Dafürhalten bietet Flüssigwasserstoff die zweckmäßigste

Möglichkeit, Wasserstoff zu transportieren, bevor eine Infrastruktur von Wasserstoff-Pipelines vorhanden ist. Der Zusammenschluss werde nun

dazu beitragen, die Wasserstoff-Infrastruktur schneller voran zu bringen.

Bereits um das Jahr 2010 wollen GM/Opel und BMW nach eigenen Angaben in der Lage sein, "erschwingliche und begeisternde Wasserstoff-Fahrzeuge"

verkaufen zu können. Und um dieses Ziel zu erreichen, müssten sich beide Unternehmen auf die Speicherung und den Umgang mit der Technologie

konzentrieren. Dabei lehnt sich die zu entwickelnde Flüssigwasserstoff-Kupplung an den Richtlinienentwurf des European Integrated Hydrogen Project

(EIHP) an. Den entstehenden ECE-Richtlinien für Wasserstoff-betriebene Fahrzeuge (Economic Commission of Europe der Vereinten Nationen)

liegen diese Entwürfe des EIHP zugrunde. Auch nach Ansicht von Dr. Udo Winter, Chefingenieur für automobile Brennstoffzellen-Anwendungen bei

GM Fuel Cell Activities, wird sich Wasserstoff nur mit Kooperationen bei der Entwicklung und der Standardisierung von Wasserstoff- und

Brennstoffzellen-Technologien sowie dem Aufbau von Partnerschaften mit der Zuliefererindustrie schnell weltweit als Kraftstoff der Zukunft durchsetzen.

 

Der Nernstsche Apparat zur Verflüssigung von Wasserstoff

Nach dem Helium ist Wasserstoff das am schwersten zu verflüssigende Gas; seine Siedetemperatur bei

Atmosphärendruck liegt bei -252,6°, also kaum mehr als 20° über dem absoluten Nullpunkt.

Durch bloße Kompression läßt er sich nicht verflüssigen, das Gas muß vielmehr vorgekühlt werden,

was heute nicht mehr schwierig ist, seitdem flüssige Luft zu billigem Preis käuflich ist. - Das Prinzip der

Wasserstoff-Verflüssigungsapparate ist folgendes: Komprimiertes Wasserstoffgas (auf 70 - 150 Atmosphären),

wie es käuflich zu haben ist, wird durch flüssige Luft gekühlt, die bei -195° siedet. Läßt man nun den gekühlten,

komprimierten Wasserstoff sich ausdehnen, so kühlt er sich weiter ab und die so entstandene tiefere Kälte

verwendet man von neuem zum Abkühlen des komprimierten Wasserstoffs. Schließlich gelangt man so zu

einer so niedern Temperatur, daß sich der Wasserstoff verflüssigt. - Bisher waren die dazu verwendeten Apparate

sehr kompliziert. In neuster Zeit hat jedoch Geh. Rat Nernst einen relativ einfachen, kompendiösen Apparat

konstruiert, mit dem sich auch kleinere Mengen flüssigen Wasserstoffs herstellen lassen und bei dem es möglich ist,

gleich in dem Apparat selbst, ohne umzufüllen, mit dem flüssigen Wasserstoff zu experimentieren. Zu diesem

Zweck ist die eigentliche Verflüssigungskammer luftdicht verschlossen und in einem besonderen Vakuumgefäß

sammelt sich der verflüssigte Wasserstoff.

 

CRYOPLANE - ein Weg zur Nutzung umweltfreundlicher Energie in der Luftfahrt des 21. Jahrhunderts Mit Wasserstoff in die Luft: Um praktische Erfahrungen zu gewinnen, wird eine Fairchild-Dornier 328 als Erprobungsträger eingesetzt. Die Erkenntnisse aus dem Cryroplane-Projekt können dann für die Airbus-Flugzeuge genutzt werden.

 

   

       ..............Hohe Effizienz mit flüssingem Wasserstoff für die Erärmung und Kühlung von Add-Thermogeneratoren

        .............. Wasserstoff gewonnen aus Wasser durch Elektrolyse oder als Abfallprodukt aus der Industrie

      ................High efficiency with hydrogen liquid for heating and cooling add thermal generators

     ..................   ...Hydrogen extracted from water through electrolysis or as a waste product from the industry

Energiewirtschaftlich Wasserstoff gewinnen durch Elektrolyse von Wasser

Diese Form der Umwandlung von Wasser zu Wasserstoff wurde erstmals um 1800 vom deutschen Chemiker Johann Wilhelm Ritter nachgewiesen,

und ist wahrscheinlich auf lange Sicht die einzige sinnvolle Variante, da kein CO₂ freigesetzt wird. Als Beispiel dafür gilt besonders die alkalische Elektrolyse,

die durch niedrige Strompreise und häufige Kombination mit Wasserkraftwerken vor allem in Norwegen und Island genutzt wird.

 Die Reaktion findet in einem mit leitfähigem Elektrolyten (Salze, Säuren, Basen) gefüllten Gefäß statt, in dem sich zwei Elektroden befinden,

 die mit Gleichstrom betrieben werden. Der Herstellungsprozess läuft dabei in zwei Teilreaktionen ab.

• Kathode:       

• Anode:          

An der Anode werden im Prinzip Elektronen abgegeben und von der Kathode wieder aufgenommen. Diese zwei Teilprozesse ergeben zusammengefasst

eine Gesamtreaktion, bei der der „Spaltungsprozess“ sichtbar wird, das heißt, dass Wasser in seine zwei Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt wird.

• Gesamtreaktion:      

Das Verfahren hat den Vorteil, dass der erzeugte reine Sauerstoff abgefangen und energiewirtschaftlich sinnvoll verwendet werden kann und nicht einfach an

die Luft abgegeben wird. Wegen des geringen Wirkungsgrades von nur etwa 57 % wird nur rund ein Prozent des weltweiten Wasserstoffs aus der

Elektrolyse von Wasser hergestellt. Jedoch haben Wissenschaftler des MIT nach einem Bericht der EETimes vor kurzem einen Katalysator entwickelt,

 der die Effizienz der Elektrolyse von Wasser auf nahezu 100% steigern soll.

  

Economically hydrogen win energy by electrolysis of water

This form of conversion of water to hydrogen was first introduced in 1800 by the German chemist Johann Wilhelm Ritter proven, and is probably

due to long view the only sensible option, since no CO2 is released. As an example of this is particularly the alkaline electrolysis,

 by the low electricity prices and frequent combination with hydropower, especially used in Norway and Iceland.

 The reaction takes place in a conductive electrolyte (salts, acids, bases) filled vessel, in which two electrodes

are to be operated with DC. The production process runs in two partial reactions.


Cathode:       

Anode:          

At the anode electrons are in principle deliwred by the cathode and resumed. These two processes together an overall reaction,

where the splitting process is visible, which means that water is being split into its two components hydrogen and oxygen.

Overall reaction:        

The procedure has the advantage that the generated pure oxygen can be used and will not be delivered to the air.

Due to the low efficiency of only about 57% is only about one percent of the global hydrogen from electrolysis of water. However,

Scientists at MIT according to a report by the EETimes recently developed a catalytic converter able to icrease the efficiency of the

electrolysis of water to almost 100%.

 

  

32 Thermozellen liefern 2,464 Volt und 100.000 Ampere, die Leistung 246,4 Kilowatt. 

Mit einem Hochstromwechselricher über einen Transformator stehen 3 X 380 Volt am Ausgang.

Die Kontaktfläche des kühlen Teils  muss um ein vielfaches grösser sein als die des erwärmten,

um die Menge der freien Elektronen im Stromkreislauf aufnehmen zu können.  

 

                                       

 

 

                              

         

              

                 

Der bürstenlose Gleichstrommotor ( brushless direct current = BLDC).

Diese Bezeichnung des zu den EC-Motoren (electronically commutated), elektronisch umgepolten,

daher bürstenlosen) zu zählenden Elektromotors, ist etwas irreführend,

da es sich um einen Synchron-Motor handelt, bei dem mit Hilfe einer elektronischen und somit

verschleissfreien Steuerschaltung ein künstlicher Drehstrom in der gewünschten Drehrichtung auf die

Elektromagneten des Stators gegeben wird, damit das so erzeugte rotierende Drehfeld den aus

Permanentmagneten bestehenden Rotor in Bewegung setzt, genauer: vor sich herschiebt.

Die Drehzahl des auch Permanentmagnet-Synchron-Motor (= PSM) genannten Elektromotors

ist ausschliesslich von der Geschwindigkeit abhängig, mit der die Steuer-Elektronik von Statorpol

zu Statorpol die elektrische Energie weiterleitet (obwohl sich mit zunehmender Belastung die

Phasenlage zwischen Stator- und Rotormagnetfeld verschiebt, weshalb durch die Steuer-Elektronik

diesem Effekt mit Hilfe aufwendiger Sensorik gegengesteuert werden muss). Damit wird für ein

Automobil das Drive-by-wire-Konzept der Fahrzeugsteuerung in idealer Weise unterstützt.

PSM sind äusserst robust und zuverlässig, weil nur wenige mechanische Teile und seit langem bewährte

elektronische Bauteile Verwendung finden. Sie besitzen ein hohes Drehmoment, (Drehmoment ist die Kraft,

die um einen Punkt wirkt, z.B. Lager des Rotors) einen grossen nutzbaren Drehzahlbereich und

einen sehr hohen Wirkungsgrad. Außerdem sind sie vergleichsweise laufruhig, weil ausschliesslich

Drehbewegungen ausgeführt werden. Allerdings ist ihre Ansteuerung aufgrund der notwendigen

Sensorik und Elektronik besonders aufwendig.

Der Hochstromwechselrichter (HSWR) ist eine neuartige Steuereinheit ohne aufwendige Elektronik für ein

multipol Kommutatormotor mit 15% höheren Wirkungsgrad als herkömmliche Gleichstrommotoren.

Bedingt durch die niedrige Gleichspannung und extrem hohen Stromwerten von leistungsfähigen

Thermoelementen oder Add-Thermogeneratoren ist die Ansteuerung im vergleich einfacher

und wesentlich preisgünstiger als die bekannte Steuer-Elektronik.

Elektromotoren, die zum Antrieb von Elektroautos verwendet werden, geben bei niedrigen

Drehzahlen das höchste Drehmoment ab, das aber nach Erreichen der höchsten Leistung

kontinuierlich abfällt. Daher benötigt ein solchermaßen ausgestattetes Elektroauto keine

Kupplung. Dagegen wird die höchste Leistung bereits bei relativ geringen Drehzahlen erreicht und

konstant über einen weiten Drehzahlbereich beibehalten. Leistungabgabe ist die mechanische Leistung,

die der Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs zur Verfügung stellt. Das Produkt aus Drehzahl und Drehmoment

ergibt die mechanische Leistung.

                            

    

 

     Das erste praktisch erprobte Element mit einer Fläche von 10 mm² (~100 Ampere) ist vor

     ca. einhundert Jahren gelungen.  

     Eine Elementenfläche von 10.000 mm²  (100 mm x 100 mm) würde mit 0,3A/mm²  3000 Ampere

     liefern, die Thermoelementenindustrie befasst sich jedoch nicht mit diesem Thema. 

     Das Problem ist die Entnahme dieser Stromdichte im Stromkreislauf. 

     Das Fliegen zum Mond ist einfacher.

 

               ****

     The first element practically tested with an area of 10 mm ² (~ 100 amperes) has succeeded

     approximately 100 years ago.

     One element surface of 10,000 mm ² (100 mm x 100 mm) consistent with 0.3 A / mm ²

     would deliver 3000 amps, the industry of thermocouples does  not deal with this subject.

     The problem is the removal of these power density in the current cycle.  

     Flying to the moon is easier.

  

 

 

Grundwertreihe für das Thermopaar Type E,  NiCu-NiCr

Werte über 0°C in Millivolt:

  50°C      3,047                     

100°C      6,317

150°C      9,787

200°C    13,419

250°C    17,178

300°C     21,033

350°C     24,961

400°C     28,943

450°C     32,960

500°C     36,999

550°C     41,045

600°C     45,085

650°C     49,109

700°C     53,110

750°C     57,083

800°C     61,022

850°C     64,924

900°C     68,783

Maximalwerte zwischen -200°C und 900°C  77,607 mV,  0,077 Volt