Die emissionsfreien Drohnenantriebe
Die Kombination von Wärmepumpe, Temperatur-Druck-Konverter und Hydraulikpumpe ergibt einen sehr leichten Antrieb, der für eine Hochleistungsdrohne nur etwa 60 kg wiegt und weder Treibstoff braucht noch CO2 ausstößt.
Dieser Antrieb kann jeden Verbrennungsmotor oder Elektromotor ersetzen. Er kann entsprechend der benötigten Leistung von 2 kW (Aufklärungsdrohne) bis 300 kW (Angriffsdrohne) skaliert werden.
Die Herstellungskosten des Antriebs für eine Hochleistungsdrohne werden in der Größenordnung von etwa 500 bis 700 Euro liegen. Die gesamte Drohne wird etwa 50.000 € kosten. Die Reichweite liegt bei > 10.000 km. Das ist absolut konkurrenzlos.
Beschreibung Standard Antrieb:
Die hier vorgestellte Erfindung beschreibt eine modifizierte Ammoniak-Luft-Wärmepumpe zur Erzeugung mechanischer Energie aus dem Energiegehalt der Umgebungsluft zum Antrieb von Drohnen. Sie unterscheidet sich von herkömmlichen Luft-Ammoniak-Wärmepumpen durch folgende Modifikationen:
Ein Luft-Ammoniak -Wärmetauscher wird vom Fahrtwind durchströmt und gibt dabei einen kleinen Teil der in der Luft enthaltenen Wärmeenergie an das verdampfende Ammoniak ab. Bei einem Eintrittsquerschnitt in den Motorraum von3 m² bedeutet dies bei einer Geschwindigkeit von 500 km/h (140 m/s) 420 m³ Luft/s, Gewicht etwa 500 kg. Wird diese Luft dabei um 5° C abgekühlt, sind das etwa 500 kJ die der Luft pro Sekunde entzogen werden. Das entspricht 500 kW.
2. In einer nachgeschalteten Kolbenpumpe wird der Ammoniakgasstrom in einen Kondensator-Wärmetauscher gedrückt und darin auf 1/10 seines Volumens verdichtet. Dabei erhöht sich die Temperatur des Ammoniakgases auf etwa 75° C bei 37 bar Druck.
3.Auf der Sekundärseite dieses Gegenstrom- Wärmetauschers wird durch einen Flüssig-Ammoniak-Kreislauf das 75° heiße Ammoniakgas im Primärkreislauf auf etwa 0° C abgekühlt und kondensiert, so dass es wieder in den Luft-Ammoniak-Wärmetauscher eingespritzt werden kann.
4.Im Sekundärkreislauf erhöht sich dadurch der Druck des flüssigen Ammoniaks auf etwa 37 bar, bei einer Temperatur von 75° C. Über ein Rückschlagventil am Ausgang des Wärmetauschers strömt das flüssige Ammoniak in eine spezielle Ammoniak-Hydraulikturbine, wo durch die Belastung mit dem Antrieb der Ammoniakgaspumpe und einer Hydraulikpumpe (Hydrauliköl) der Druck auf etwa 4,3 bar bei 0° C reduziert wird.
5.Die Hydraulikpumpe speist einen Hydraulikkreislauf (Hydrauliköl) mit 2 Hydraulikturbinen, einen für jeden Propeller.
Es handelt sich bei diesem System nicht um eine Wärmekraftmaschine, sondern einen Fluidantrieb, ähnlich einem Laufwasserkraftwerk, bei dem der Kondensator -Wärmetauscher als Druckerzeuger (Temperatur-Druck-Konverter, kurz T-P Konverter) für die Ammoniakturbine dient.
Ein direkter Antrieb mit dem heißen Ammoniakgas funktioniert nicht (siehe Carnot).
Um optimal zu funktionieren, bedarf es zusätzlich am Eingang und Ausgang des T-P Konverters für das flüssige Ammoniak jeweils eines Rückschlagventils, sowie im Flüssigammoniakteil des T-P Konverters einer positiven Rückkopplung um um die Druckdifferenz zwischen dem heißen Ammoniak (37 bar) am Ausgang und dem kalten Ammoniak (4,3 bar) am Eingang auszugleichen. Dies geschieht durch die Erzeugung eines statischen Gegendrucks mittels Strömungsventilen. Diese lenken einen Teil des Fluids vom heißen Ausgang des flüssigen Ammoniaks zurück und speisen ihn wieder ein in Richtung des heißen Ausgangs. Dies kompensiert die hohe Druckdifferenz, die sonst ein Einströmen des kalten Ammoniaks behindern würde. Es sind mehrere solcher Ventile in Reihenschaltung erforderlich, um die Druckdifferenz zu kompensieren. Je nach Fluidmenge sind mehrere solche Reihenschaltungen parallel erforderlich, um die erforderliche Kontaktfläche für die Wärmeübertragung vom Primärkreislauf zu erreichen.
Wie bei einem Verbrennungsmotor braucht dieser Antrieb Fremdenergie zum Start.
Mittels einer Batterie werden Heizwiderstände um die Leitung zwischen dem Rückschlagventil am heißen Ausgang des T-P Konverters und dem Turbineneingang erhitzt, um den Anfangsdruck im flüssigen Ammoniak für den Start zu erzeugen. Zum Start übernimmt ein Ventilator die Aufgabe des Fahrtwinds, er wird über einen Drucksensor eingeschaltet, wenn kein Fahrtwind detektiert wird.
Die Vorteile:
Kein Kraftstoff erforderlich, keine Antriebsbatterie, keine Emissionen, weniger Lärm. Keine Abhängigkeit von ausländischen Lieferanten.