AT528122B1 - Strömungskraftwerk - Google Patents

Abstract

Strömungskraftwerk (1) zur Anordnung in strömenden Gewässern, mit einem Gehäuse (2) welches eine Einlauföffnung (3) und eine Auslauföffnung (4) aufweist, wobei zwischen Einlauföffnung (3) und Auslauföffnung (4) eine mit einem Generator (6) verbundene Turbine (5) angeordnet ist, und mit einem stromaufwärts der Einlauföffnung (3) angeordneten Einlaufschutz (7), welcher eine mit dem Gehäuse (2) verbundene Haltevorrichtung (8) und daran befestigte Schutzelemente (9) aufweist, welche stromabwärts in einem spitzen Winkel (α) zu einer Längsachse (A) des Gehäuses (2) orientierte Stangen (9a) mit einem an der Haltevorrichtung (8) stabil montierten Befestigungsende (10) und einem außerhalb des Gehäuses (2) angeordneten freien Ende (11) sind, wobei ein Abstand (D1) vom Befestigungsende (10) zum freien Ende (11) größer ist als ein Abstand (D2) vom Befestigungsende (10) zu einem die Einlauföffnung (3) umgebenden äußeren Rand (12) des Gehäuses (2), wobei die Stangen (9a) in einem Winkel (α) zwischen 30° und 80° zur Längsachse (A) des Gehäuses (2) angeordnet sind und das Gehäuse (2) zwischen der Einlauföffnung (3) und der Auslauföffnung (4) einen Diffusor (14) aufweist.

Description

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Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Strömungskraftwerk zur Anordnung in strömenden Gewässern, mit einem Gehäuse welches eine Einlauföffnung und stromabwärts der Einlauföffnung eine Auslauföffnung aufweist, wobei im Gehäuse zwischen der Einlauföffnung und der Auslauföffnung eine Turbine angeordnet ist, welche mit einem Generator verbunden ist, und mit einem stromaufwärts der Einlauföffnung angeordneten Einlaufschutz, welcher eine mit dem Gehäuse verbundene Haltevorrichtung und an der Haltevorrichtung befestigte Schutzelemente aufweist, wobei die Schutzelemente stromabwärts in einem spitzen Winkel zu einer Längsachse des Gehäuses orientierte Stangen mit einem an der Haltevorrichtung stabil montierten Befestigungsende und einem außerhalb des Gehäuses angeordneten freien Ende sind, wobei ein Abstand vom Befestigungsende zum freien Ende größer ist als ein Abstand vom Befestigungsende zu einem die Einlauföffnung umgebenden äußeren Rand des Gehäuses.

[0002] Strömungskraftwerke nutzen die Strömung von Wasser zur Erzeugung elektrischer Energie. Hierfür werden die Strömungskraftwerke in das strömende Wasser, beispielsweise in einen Fluss, eingebracht und im Flussbett verankert. Durch das strömende Wasser werden eine Turbine des Strömungskraftwerks und ein damit verbundener elektrischer Generator angetrieben, welcher elektrischen Strom erzeugt. Der erzeugte Strom kann über elektrische Leitungen an eine Position außerhalb des Gewässers weitergeleitet werden.

[0003] Um die Turbine und den Generator vor mit dem Gewässer mitgeführtem Treibgut zu schützen, ist bekannter Weise ein Einlaufschutz vorgesehen, welche ein Eindringen des Treibguts in das Strömungskraftwerk verhindert. Der Einlaufschutz ist im Allgemeinen durch Gitter oder Stäbe gebildet, welche mit einem Gehäuse des Strömungskraftwerks verbunden sind.

[0004] Die EP 1 747 373 B1 offenbart eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie in frei fließenden Gewässern. Ein Einlaufrechen erstreckt sich von einem senkrecht stehenden Schwimmkörper an der stromaufwärtigen Seite der Vorrichtung zu seitlichen Einlaufkanten eines Gehäuses der Vorrichtung. Der Einlaufrechen ist aus V-förmig angeordneten Profilen zusammengesetzt, die sich in waagrechter Richtung übereinander vom Schwimmkörper zu den Einlaufkanten hin erstrecken.

[0005] Die EP 3 312 412 B1 betrifft eine Freistromturbine mit einem rohrförmigen Turbinenmantel, welcher eine durch eine Einlaufkante begrenzte Einströmöffnung aufweist. Stromaufwärts der Einströmöffnung ist ein Leitapparat vorgesehen, der aus mehreren Leitschaufeln besteht. Die Vorderkanten der Leitschaufeln erstrecken sich im Wesentlichen entlang eines Kegelmantels von einer Spitze bis zur Einlaufkante, um Treibgut über die Leitschaufeln abzuleiten.

[0006] Die CH 684430 A5 betrifft eine Anordnung mit einer Wasserturbine zur Gewinnung elektrischer Energie. Die Turbine ist in einem Gehäuse mit einer Wassereintrittsöffnung und einer Wasseraustrittsöffnung eingesetzt. Zum Schutz vor Steinen und Geröll ist die Wassereintrittsöffnung durch ein Gitter überspannt. Das Gitter kann in einer senkrecht zur Drehachse der Turbine stehenden Ebene liegen oder, um heranrollendes Geröll abzuweisen, eine konische Gestalt haben und aus horizontal liegenden Stäben bestehen.

[0007] Die DE 10 2008 054 361 A1 offenbart eine an einem Gewässergrund stehende oder im Wasser schwimmende Energieerzeugungseinheit mit einem Einlaufgehäuse, dem eine Auffangvorrichtung zur Verhinderung von Fremdkörpereintritten vorgeordnet ist. Die Auffangvorrichtung kann ein Rechen sein oder aus pyramidenförmig angeordneten und am Einlaufgehäuse befestigten Streben bestehen.

[0008] Die EP 4 123 159 A1 offenbart ein Strömungskraftwerk mit einem Strömungsgenerator und einer Rechenvorrichtung. Die Rechenvorrichtung ist stromaufwärts vor einem Strömungseinlass des Strömungsgenerators angeordnet und schützt den Strömungsgenerator vor festen Fremdkörpern. Die Rechenvorrichtung kann mehrere Gitterelemente aufweisen, welche sich entlang der Strömungsrichtung von einem ersten Körper zu einem zweiten Körper erstrecken. Insbesondere können die mehreren Gitterelemente jeweils mit einem ersten Ende am ersten Körper

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und mit einem zweiten Ende am zweiten Körper befestigt sein. Gemeinsam mit dem ersten und zweiten Körper können die Gitterelemente einen Hohlraum umgeben.

[0009] Die AT 527327 B1 offenbart eine Freistromturbinenanlage, mit einem Durchströmgehäuse, welches eine Zulauföffnung und eine Ablauföffnung aufweist. Im Durchströmgehäuse sind mit einem Generator verbundene Turbinenlaufräder angeordnet. Stromaufwärts des Durchströmgehäuses ist eine mit dem Durchströmgehäuse fest verbundene Halterung mit einem Hauptarm vorgesehen. Entlang des Hauptarms und an beiden Seiten davon sind mehrere Ablenkstäbe eines Rechens befestigt, welche sich alle von ihrem Befestigungsort an der Halterung ausschließlich stromabwärts in Richtung des Durchströmgehäuses erstrecken. Die Ablenkstäbe erstrecken sich alle nach radial außen und führen von der Halterung ausgehend an der Zulauföffnung auBerhalb vorbei, wobei die Ablenkstäbe vom Durchströmgehäuse beabstandet sind.

[0010] Nachteilig an den bekannten Rechen- oder Gittervorrichtungen ist, dass sich das Treibgut zwischen den Gitterstäben und an der Einlaufkante verfangen kann und hierdurch die Wasserströmung durch die Turbine behindert. Das Treibgut muss daraufhin mit entsprechendem Zeitaufwand manuell entfernt werden.

[0011] Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Strömungskraftwerks der eingangs genannten Art, welches die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermeidet oder zumindest verringert. Das Strömungskraftwerk soll möglichst zuverlässig ein Ansammeln von Treibgut, welches die Strömung des Wassers über die Turbine behindern und somit die Effizienz des Strömungskraftwerks reduzieren würde, am Einlaufschutz oder an der Einlauföffnung vermeiden. Zudem soll das Strömungskraftwerk möglichst zuverlässig, wartungsarm und kostengünstig ausgebildet sein.

[0012] Hierfür sieht die Erfindung ein Strömungskraftwerk wie in Anspruch 1 definiert vor. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0013] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Stangen in einem Winkel zwischen 30° und 80° zur Längsachse des Gehäuses angeordnet sind und das Gehäuse zwischen der Einlauföffnung und der Auslauföffnung einen Diffusor aufweist. Das Strömungskraftwerk ist somit zur Anordnung in strömenden Gewässern vorgesehen, um angetrieben durch das strömende Wasser elektrischen Strom zu produzieren. Das Gewässer kann natürlichen Ursprung aufweisen und insbesondere ein frei fließendes Gewässer wie ein Fluss sein oder ein künstlich erzeugter Flüssigkeitsstrom sein. Das Strömungskraftwerk weist ein Gehäuse mit einer Einlauföffnung und einer Auslauföffnung stromabwärts der Einlauföffnung auf. Das strömende Wasser tritt durch die Einlauföffnung in das Gehäuse ein und durch die Auslauföffnung aus dem Gehäuse wieder aus. Bevorzugt sind die Einlauföffnung und/oder die Auslauföffnung rund, insbesondere kreisrund ausgebildet. Im Gehäuse, zwischen der Einlauföffnung und der Auslauföffnung, ist eine Turbine angeordnet, welche mit einem Generator verbunden ist. Die Turbine weist bevorzugt Turbinenschaufeln auf, auf welche das strömende Wasser wirkt, wodurch eine mit den Turbinenschaufeln verbundene Ausgangswelle der Turbine in Drehung versetzt wird. Die Turbine treibt, insbesondere über die Ausgangswelle, den Generator an, welcher elektrischen Strom erzeugt. Für eine effiziente Stromerzeugung ist die Turbine und bevorzugt auch die Einlauföffnung in einem Betriebszustand des Strömungskraftwerks möglichst vollständig im strömenden Gewässer, d.h. unterhalb einer Wasseroberfläche, angeordnet. Das Strömungskraftwerk weist zudem einen stromaufwärts der Einlauföffnung angeordneten Einlaufschutz auf. Der Einlaufschutz schützt die Einlauföffnung vor jenem Treibgut, welches durch den Einlaufschutz vorgegebene Mindestabmessungen aufweist. Beispielsweise kann der Einlaufschutz mitgeschwemmte Baumstämme, Äste oder allgemein Pflanzenteile, sowie auch Müll, wie Kunststoffteile, Kunststofffolien, Verpackungsmaterial usw. an einem Durchtritt durch die Einlauföffnung hindern. Derartiges Treibgut würde nicht nur ein Einströmen von Wasser in das Gehäuse beeinträchtigen, es könnte sich auch an der Turbine oder am Generator verfangen und deren Drehung behindern. Der Einlaufschutz weist eine mit dem Gehäuse verbundene Haltevorrichtung und an der Haltevorrichtung befestigte Schutzelemente auf. Die Haltevorrichtung ist bevorzugt hinreichend fest und bruchsicher ausge-

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bildet, um einem Aufprall von Treibgut möglichst unbeschadet zu widerstehen. Auch die an der Haltevorrichtung befestigten Schutzelemente hindern großvolumiges Treibgut am Eintritt in das Gehäuse.

[0014] Damit sich das Treibgut nicht am Einlaufschutz oder am Rand der Einlauföffnung festsetzen kann ist vorgesehen, dass die Schutzelemente Stangen sind, die stromabwärts betrachtet in einem spitzen Winkel zu einer Längsachse des Gehäuses orientiert sind. Die Längsachse verläuft im Wesentlichen durch einen Mittelpunkt der Einlauföffnung und durch einen Mittelpunkt der Auslauföffnung. Die Stangen weisen ein an der Haltevorrichtung stabil montiertes Befestigungsende und ein außerhalb des Gehäuses angeordnetes freies Ende auf. Die Stangen verlaufen somit von der stromaufwärts der Einlauföffnung vorgesehenen Haltevorrichtung stromabwärts in Richtung zum Gehäuse. Das stabil montierte Befestigungsende ist starr und somit besonders zuverlässig und wartungsarm mit der Haltevorrichtung verbunden. Das außerhalb des Gehäuses angeordnete freie Ende, welches nicht mit dem Gehäuse verbunden ist, ermöglicht, dass das an den Stangen anliegende oder darin verfangene Treibgut entlang der Stangen über das freie Ende durch die Wasserströmung abgestreift wird. Da das freie Ende außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, kann das Treibgut nach dem Abstreifen an der Einlauföffnung vorbeigeleitet werden. Um einen Eintritt von abgestreiftem Treibgut durch die Einlauföffnung in das Gehäuse hinein noch zuverlässiger verhindern zu können, ist vorgesehen, dass ein Abstand vom Befestigungsende zum freien Ende größer ist als ein Abstand vom Befestigungsende zu einem die Einlauföffnung umgebenden äußeren Rand des Gehäuses. Somit erstrecken sich die Stangen über den die Einlauföffnung umgebenden äußeren Rand des Gehäuses hinaus, d.h. die Stangen erstrecken sich stromabwärts bis hinter die Einlauföffnung.

[0015] Das Strömungskraftwerk kann wegen der stabilen d.h. starren Befestigung des Befestigungsendes und wegen des außerhalb des Gehäuses angeordneten freien Endes besonders wartungsarm hergestellt werden. Die Erstreckung der Stangen über die Einlauföffnung hinaus schützt die Turbine und den Generator zusätzlich vor Treibgut.

[0016] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Stangen in einem Winkel zwischen 30° und 80° zur Längsachse des Gehäuses angeordnet sind. Der Winkel kann während der Verwendung des Strömungskraftwerks auf Grund der elastischen Eigenschaften der Stangen variieren. Der Wert des Winkels ist daher bevorzugt in einem unbelasteten Zustand der Stangen, beispielsweise außerhalb des Gewässers, definiert. Ein großer Wert innerhalb dieses Winkelbereichs ermöglicht eine kurze Bauform des Strömungskraftwerks, erhöht jedoch auch den Widerstand beim Aufprall von Treibgut. Demgegenüber kann mit einem kleinen Wert innerhalb dieses Winkelbereichs das Treibgut mit geringem Widerstand an den Stangen abgleiten.

[0017] Um die Effizienz des Strömungskraftwerks zu erhöhen, weist das Gehäuse zwischen der Einlauföffnung und der Auslauföffnung einen Diffusor auf. Der Diffusor ist so ausgebildet, dass er die Strömungsgeschwindigkeit auf Höhe der Turbine und somit die Energieausbeute steigert und das Wasser effizient (möglichst ohne Verwirbelungen, ohne Rückströmung und ohne Strömungsabriss) durch das Strömungskraftwerk leitet. Der Diffusor ist entsprechend auszulegen, dass er die entstehenden Drücke unbeschadet aufnehmen kann.

[0018] Wenn im Verlauf der Beschreibung auf Orts- und Richtungsangaben wie „oben“, „unten, „vorne“, „hinten“, „stromaufwärts“, „stromabwärts“ oder „seitlich“ Bezug genommen wird, so beziehen sich diese Angaben auf einen bestimmungsgemäßen Verwendungszustand des Strömungskraftwerks. Im bestimmungsgemäßen Verwendungszustand ist das Strömungskraftwerk insbesondere in einer im Wesentlichen horizontal verlaufenden oder leicht abfallenden Wasserströmung, bspw. in einem Fluss, angeordnet. Der Begriff „vertikal“ bedeutet in Richtung der Schwerkraft, von „oben“ nach „unten“, oder umgekehrt. Wenn das Strömungskraftwerk in einer abweichenden Lage verwendet werden soll, sind die Orts- und Richtungsangaben entsprechend zu übertragen.

[0019] Wenn zwei benachbarte Stangen in einem Abstand zwischen 10 cm und 40 cm, bevorzugt zwischen 20 cm und 30 cm, zueinander angeordnet sind, können großvolumiges Treibgut ebenso wie sich im Wasser befindende Personen vom Innenraum des Gehäuses ferngehalten werden.

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Mehrere Stangen können bereits in einem unbelasteten Zustand mit unterschiedlichen Abständen zueinander angeordnet sein. Zudem kann bereits im unbelasteten Zustand der Abstand zwischen zwei benachbarten Stangen in Längsrichtung der Stangen variieren. Weiters kann der Abstand zwischen den Stangen in Folge der auf die Stangen einwirkenden Wasserströmung zeitlich variieren. Beispielsweise kann der Abstand zwischen zwei benachbarten Stangen in Strömungsrichtung zunehmen, damit in Strömungsrichtung mitgeschwemmtes Treibgut nicht zwischen Stangen mit kleiner werdendem Abstand zueinander eingeklemmt wird.

[0020] Um ein Ablösen von Treibgut von den Stangen zu begünstigen kann vorgesehen sein, dass die Stangen wendelförmig ausgebildet sind. Die Wendelform hat unterschiedliche Winkel zwischen der Stangenoberfläche und der Wasserströmung zur Folge, wodurch die Wasserströmung zumindest an einigen Positionen entlang der Stange das Treibgut einfacher und rascher ablösen kann. Die wendelförmigen Stangen können insbesondere zumindest eine Windung aufweisen.

[0021] Das Ablösen von Treibgut von den Stangen kann zudem dadurch begünstigt werden, dass die Stangen aus Federstahl oder aus einem Material mit einem Elastizitätsmodul im Bereich zwischen 170 kN/mm? und 250 kN/mm? gebildet sind. Die derart ausgebildeten Stangen sind hinreichend elastisch, um im Verwendungszustand des Strömungskraftwerks, d.h. in der Wasserströmung, zu schwingen. Dabei kann insbesondere schweres Treibgut wie Äste oder Baumstämme beim Aufprall auf die Stangen diese in Schwingung versetzen, wodurch an den Stangen bereits anhaftendes Treibgut abgeschüttelt werden kann. Die elastische Eigenschaft der Stangen ermöglicht daher eine Selbstreinigung des Einlaufschutzes.

[0022] Besonders günstig ist es, wenn die Stangen zwischen einer unbelasteten Ruheposition und einer Lastposition elastisch schwingend ausgebildet sind und eine dem Gehäuse nächstgelegene Position auf den Stangen in der Ruheposition zumindest doppelt so weit vom Gehäuse entfernt ist wie in der Lastposition. Gemäß dieser Ausführungsform können die Stangen daher im Betrieb um eine Ruheposition schwingen, welche die Stangen auch außerhalb der Wasserströmung einnehmen würden. Die Lastposition wird durch den Druck der Wasserströmung oder des Treibguts auf die Stangen eingenommen. Das Treibgut löst sich umso zuverlässiger von den Stangen, je größer die Amplitude der Schwingung ist. Daher ist es günstig, wenn die Auslenkung der Stangen derart ausgeprägt ist, dass die dem Gehäuse nächstgelegene Position auf den Stangen in der Ruheposition zumindest doppelt so weit vom Gehäuse entfernt ist wie in der Lastposition. Der Abstand zwischen der dem Gehäuse nächstgelegenen Position auf der Stange und dem Gehäuse ist auf jenen Punkt am Gehäuse bezogen, der der Stange am nächsten liegt.

[0023] Besonders bevorzugt sind die Stangen hinreichend elastisch ausgebildet und mit einem Abstand in der Ruheposition zum Gehäuse montiert, dass zumindest eine Stange in der Lastposition mit der dem Gehäuse nächstgelegenen Position am Gehäuse anliegt. Auf diese Weise kann die schwingende Stange gegen das Gehäuse schlagen, wodurch die Stange zusätzlich in Vibration versetzt wird und das an der Stange anhaftende Treibgut abgeschüttelt wird.

[0024] Die Schwingung der Stange kann zudem begünstigt werden, indem die nächstgelegene Position vom freien Ende beabstandet ist. Somit kann das freie Ende der Stangen in der Lastposition im Vergleich zur Ruheposition um einen noch größeren Abstand versetzt werden und insbesondere stärker vibrieren.

[0025] Für die Konstruktion des Einlaufschutzes ist es von Vorteil, wenn die Haltevorrichtung zumindest einen Längskörper aufweist und zumindest zwei Befestigungsenden voneinander beabstandet entlang des zumindest einen Längskörpers montiert sind. Der zumindest eine von der Einlauföffnung beabstandete Längskörper kann zumindest teilweise symmetrisch zur Längsachse des Gehäuses angeordnet sein. Der Längskörper kann geradlinig oder zumindest teilweise gekrümmt ausgebildet sein. Wenn ein einziger Längskörper vorgesehen ist, kann dieser an einer Position auf der Längsachse des Gehäuses angeordnet sein. Der Längskörper ist insbesondere in einem von 0° abweichenden Winkel, beispielsweise in einem Winkel im Bereich von 30° bis 90°, zur Längsachse des Gehäuses angeordnet. Der Längskörper kann zwei Enden aufweisen und die beiden Enden können mit dem Gehäuse verbunden sein. Wegen der Längserstreckung

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des Längskörpers kann die im Betrieb des Strömungskraftwerks auf die Stangen wirkende Kraft, im Vergleich zu einer ringförmigen Haltevorrichtung, mit schwächer und daher kostengünstiger konstruierten Komponenten auf die Haltevorrichtung und von dieser auf das Gehäuse übertragen werden. Zumindest zwei Befestigungsenden können in gleichen oder unterschiedlichen Abständen voneinander am zumindest einen Längskörper angeordnet sein.

[0026] Hinsichtlich der Konstruktion des Einlaufschutzes ist es günstig, wenn die Stangen einen Durchmesser im Bereich zwischen 10 mm und 30 mm, bevorzugt zwischen 15 mm und 25 mm, insbesondere von etwa 20 mm und/oder eine Länge im Bereich zwischen 0,5 m und 10 m, bevorzugt zwischen 0,5 m und 2 m aufweisen. Stangen mit diesen Abmessungen können die Turbine und den Generator im Gehäuse auch vor schwerem Treibgut wie Baumstämmen wirksam schützen. In jedem Fall ist die Länge der Stangen ausreichend groß zu wählen, dass die EinlaufÖffnung von der Stangenkonstruktion, von den Lücken zwischen den Stangen abgesehen, in Richtung der Längsachse des Gehäuses betrachtet vollständig bedeckt ist. Wenn die Stangen im Querschnitt eckig ausgebildet sind, ist der Durchmesser der Stangen der Hüllkreisdurchmesser der Stangen. Die Länge der Stangen wird zwischen dem Befestigungsende und dem freien Ende gemessen.

[0027] Wenn die Stangen im Querschnitt rund, insbesondere kreisrund, ausgebildet sind, d.h. die Stangen im Wesentlichen frei von Kanten sind, kann das Treibgut schwerer an den Stangen anhaften und allfälliges bereits anhaftendes Treibgut einfacher durch die Wasserströmung abgelöst werden.

[0028] Weiters kann vorgesehen sein, dass die Stangen im Bereich des freien Endes gebogen sind. Der Bereich des freien Endes kann sich beispielsweise entlang maximal 20%, insbesondere entlang maximal 10% der Längserstreckung der Stange vom freien Ende ausgehend erstrecken. Insbesondere können die Stangen in Bezug auf das Gehäuse nach außen, d.h. vom Gehäuse weg, gebogen sein. Zudem kann vorgesehen sein, dass der Durchmesser der Stangen im Bereich des freien Endes kontinuierlich abnimmt, beispielsweise um zumindest 30%, insbesondere um zumindest 50%, bis zum freien Ende abnimmt.

[0029] Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Gehäuse mit einem Schwimmkörper verbunden sein. Der Schwimmkörper ist bevorzugt in einem oberen Bereich des Strömungskraftwerks vorgesehen und verleiht dem Strömungskraftwerk Auftrieb im Wasser. Insbesondere kann der Schwimmkörper als gasgefüllter Hohlkörper ausgebildet sein. Der Schwimmkörper kann mit einer Einstellvorrichtung verbunden sein, um den Auftrieb im Wasser einstellen zu können.

[0030] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten, nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch weiter erläutert. Es zeigen:

[0031] Fig. 1 ein Strömungskraftwerk gemäß der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht; [0032] Fig. 2 das Strömungskraftwerk aus Fig. 1 in einer Ansicht von oben;

[0033] Fig. 3 das Strömungskraftwerk aus Fig. 1 in einer Seitenansicht;

[0034] Fig. 4 das Strömungskraftwerk aus Fig. 1 in einer Ansicht in Strömungsrichtung;

[0035] Fig. 5 eine wendelförmig ausgebildete Stange des Einlaufschutzes des Strömungskraftwerks aus Fig. 1; und

[0036] Fig. 6 eine gebogene Stange des Einlaufschutzes des Strömungskraftwerks aus Fig. 1.

[0037] Es sei darauf hingewiesen, dass die Figuren 1 bis 6 nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt sind. Zudem sind zwecks Vereinfachung nicht alle Komponenten des Strömungskraftwerks in allen Figuren dargestellt.

[0038] Fig. 1 zeigt ein Strömungskraftwerk 1 zur Anordnung in strömenden Gewässern G. Im dargestellten Beispiel weist das Gewässer G eine Strömungsrichtung $S auf. Das Strömungskraftwerk 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches eine Einlauföffnung 3 und stromabwärts der Einlauföffnung 3, d.h. in Strömungsrichtung S nach der Einlauföffnung 3, eine Auslauföffnung 4 aufweist. Im Gehäuse 2 ist zwischen der Einlauföffnung 3 und der Auslauföffnung 4 eine Turbine 5 ange-

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ordnet, welche mit einem Generator 6 verbunden ist. Der Generator 6 kann zwischen der EinlaufÖffnung 3 und der Auslauföffnung 4 angeordnet sein oder wie in Fig. 1 dargestellt in Strömungsrichtung S vor der Einlauföffnung 3 montiert und insbesondere am Gehäuse 2 befestigt sein. Somit kann das strömende Wasser, oder eine andere strömende Flüssigkeit, durch die EinlaufÖffnung 3 in den vom Gehäuse 2 umgebenen Innenraum des Strömungskraftwerks 1 eintreten, die in diesem Innenraum angeordnete Turbine 5 in Drehung versetzen und durch die Auslauföffnung 4 wieder aus dem Strömungskraftwerk 1 austreten. Die drehende Turbine 5 treibt den elektrischen Generator 6 an, welcher elektrischen Strom erzeugt. Über in den Figuren nicht dargestellte, mit dem Generator 6 verbundene elektrische Leitungen kann der erzeugte Strom weitergeleitet werden. Das Gehäuse 2 weist zwischen der Einlauföffnung 3 und der Auslauföffnung 4 einen Diffusor 14 auf. Zudem kann das Gehäuse 2 mit einem Schwimmkörper 15 verbunden sein. Um einerseits die Turbine 5 vor Treibgut zu schützen und andererseits Personen vor einer Verletzung durch die drehende Turbine 5 zu bewahren, weist das Strömungskraftwerk 1 stromaufwärts der Einlauföffnung 3 einen Einlaufschutz 7 auf. Der Einlaufschutz 7 weist eine mit dem Gehäuse 2 verbundene Haltevorrichtung 8 und an der Haltevorrichtung 8 befestigte Schutzelemente 9 auf. Die Haltevorrichtung 8 ist bevorzugt starr mit dem Gehäuse 2 verbunden. Die Schutzelemente 9 sind ausgebildet, um Treibgut, Personen und größere Tiere vor einem Eintritt in das Gehäuse 2 zu schützen.

[0039] Damit das Gewässer G möglichst ungehindert über die Turbine 5 strömen kann und auf das Strömungskraftwerk 1 auftreffendes Treibgut möglichst ohne Beschädigung des Strömungskraftwerks 1 abgeleitet werden kann, sind die Schutzelemente 9 stromabwärts in einem spitzen Winkel a zu einer Längsachse A des Gehäuses 2 orientierte Stangen 9a. Die Stangen 9a können im Querschnitt rund, insbesondere kreisrund, ausgebildet sein. Eine Konstruktion des Strömungskraftwerks 1, welche im Betrieb des Strömungskraftwerks 1 Schäden daran möglichst verhindert und den Wartungsaufwand soweit wie möglich reduziert, ist besonders wesentlich, da Reparaturen und Wartungstätigkeiten am Strömungskraftwerk 1 mit hohem Aufwand verbunden sind. Entweder muss die Tätigkeit im Wasser durchgeführt werden oder das Strömungskraftwerk 1 wird aus dem Wasser gehoben und an Land repariert. Daher ist es auch besonders wesentlich, dass die Stangen 9a nicht nur robust ausgebildet sind, um dem Aufprall von Treibgut zu widerstehen, sondern auch möglichst stabil und wartungsarm montiert sind. Hierfür ist vorgesehen, dass die Stangen 9a ein Befestigungsende 10 und ein freies Ende 11 aufweisen, wobei das Befestigungsende 10 stabil an der Haltevorrichtung 8 montiert ist und das freie Ende 11 außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet ist. Die stabile, d.h. starre, Befestigung des Befestigungsendes 10 an der Haltevorrichtung 8 ist besonders zuverlässig und störungsfrei. Wartungs- und Reparaturarbeiten an einer Befestigungsvorrichtung zwischen der Stange 9a und der Haltevorrichtung 8 können hierdurch vermieden oder reduziert werden. Die Stangen 9a können dauerhaft mit der Haltevorrichtung 8 verbunden, beispielsweise verschweißt sein. Alternativ können die Stangen 9a lösbar mit der Haltevorrichtung 8 verbunden sein, um einen Austausch beschädigter Stangen 9a gegen unbeschädigte Stangen 9a zu erleichtern. Beispielsweise können die Stangen 9a mit der Haltevorrichtung 8 verschraubt sein, und/oder verklemmt sein und/oder in einer Aufnahmevorrichtung der Haltevorrichtung 8 eingesetzt sein. Zwischen dem freien Ende 11 und dem Gehäuse 2 verbleibt im Wesentlichen ein Freiraum ohne Komponenten des Strömungskraftwerks 1. Das freie Ende 11 begünstigt ein Abstreifen von an den Stangen 9a anhaftendem Treibgut durch die Wasserströmung. Somit ist der Einlaufschutz 7 selbstreinigend ausgebildet.

[0040] Die Stangen 9a können einen Durchmesser D (siehe Fig. 5 und 6) im Bereich zwischen 10 mm und 30 mm, bevorzugt zwischen 15 mm und 25 mm, insbesondere von etwa 20 mm und/oder eine Länge L im Bereich zwischen 0,5 m und 10 m, bevorzugt zwischen 0,5 m und 2 m aufweisen. Beispielsweise kann der Einlaufschutz 7 zumindest 5 Stangen 9a, insbesondere zwischen 10 Stangen 9a und 50 Stangen 9a aufweisen.

[0041] In den Fig. 1 und 2 ist weiters deutlich erkennbar, dass ein Abstand D1 vom Befestigungsende 10 zum freien Ende 11 größer ist als ein Abstand D2 vom Befestigungsende 10 zu einem die Einlauföffnung 3 umgebenden äußeren Rand 12 des Gehäuses 2. Beispielsweise ist der Abstand D1 vom Befestigungsende 10 zum freien Ende 11 zwischen 5 cm und 30 cm größer als der

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Abstand D2 vom Befestigungsende 10 zum äußeren Rand 12. Auf diese Weise kann ein Eindringen von Treibgut in das Innere des Gehäuses 2 besonders zuverlässig verhindert werden. Zudem wird von den Stangen 9a abgestreiftes oder abgeschütteltes Treibgut zuverlässig an der EinlaufÖffnung 3 vorbeigeführt. Indem das freie Ende 11 zumindest zeitweise vom Gehäuse 2, insbesondere vom äußeren Rand 12 des Gehäuses 2, beabstandet ist, kann sich kein Treibgut, welches von der Wasserströmung die Stangen 9a entlang geleitet wird, zwischen den Stangen 9a und dem äußeren Rand 12 des Gehäuses 2 verfangen und hierdurch die Einlauföffnung 3 zumindest teilweise verschließen.

[0042] In Fig. 2 ist deutlich zu erkennen, dass die Stangen 9a stromabwärts in einem spitzen Winkel a zur Längsachse A des Gehäuses 2 orientiert sind. Somit ist in Strömungsrichtung S betrachtet das freie Ende 11 weiter vorne als das Befestigungsende 10 angeordnet. Der Winkel a zwischen den Stangen 9a und der Längsachse A des Gehäuses 2 beträgt zwischen 30° und 80°.

[0043] Die Fig. 1, 3 und 4 zeigen weiteres, dass die Stangen 9a voneinander beabstandet sein können. Dabei können zwei benachbarte Stangen 9a in einem Abstand zwischen 10 cm und 40 cm, bevorzugt zwischen 20 cm und 30 cm, zueinander angeordnet sein. Insbesondere können mehrere oder alle Stangen 9a derart angeordnet sein, dass zueinander benachbarte Stangen 9a im Abstand zwischen 10 cm und 40 cm, bevorzugt zwischen 20 cm und 30 cm, angeordnet sind. Zumindest zwei Stangen 9a können parallel zueinander ausgerichtet sein. Zumindest zwei andere Stangen 9a können in einem Winkel ungleich 0 Grad, d.h. nicht parallel, zueinander ausgerichtet sein.

[0044] In Fig. 2 ist zudem erkennbar, dass die Stangen 9a zwischen einer unbelasteten Ruheposition RP und einer Lastposition LP elastisch schwingend ausgebildet sein können. Zudem ist erkennbar, dass eine dem Gehäuse 2 nächstgelegene Position NP auf den Stangen 9a in der Ruheposition RP zumindest doppelt so weit vom Gehäuse 2 entfernt sein kann wie in der Lastposition LP. In Fig. 2 ist die Stange 9a in der Lastposition LP strichliert dargestellt und die nächstgelegene Position NP ist beispielhaft an der Stange 9a in der Ruheposition RP durch einen verdickten Punkt symbolisiert. Beispielsweise kann die dem Gehäuse 2 nächstgelegene Position NP auf den Stangen 9a in der Ruheposition RP zwischen 5 cm und 15 cm vom Gehäuse 2 entfernt sein, insbesondere vom die Einlauföffnung 3 umgebenden äußeren Rand 12 des Gehäuses 2 entfernt sein. Wenn die Stangen 9a schwingend ausgebildet sein sollen, sind diese bevorzugt aus Federstahl oder aus einem Material mit einem Elastizitätsmodul im Bereich zwischen 170 kN/mm? und 250 kN/mm? gebildet. Zumindest eine Stange 9a kann derart ausgebildet sein, dass diese unter den zu erwartenden oder vorherrschenden Strömungsbedingungen in der Lastposition LP mit der dem Gehäuse 2 nächstgelegenen Position NP zumindest zeitweise am Gehäuse 2 anliegt. Diese Anlage am Gehäuse 2 ist in Fig. 2 nicht dargestellt, kann jedoch von einem Fachmann einfach nachvollzogen werden.

[0045] Am Beispiel gemäß Fig. 2 ist zudem erkennbar, dass die nächstgelegene Position NP vom freien Ende 11 beabstandet sein kann, d.h. vom freien Ende 11 in Richtung zum Befestigungsende 10 versetzt sein kann. Beispielsweise kann die nächstgelegene Position NP zwischen 5 cm und 30 cm vom freien Ende 11 beabstandet sein. Hierdurch kann das freie Ende 11 noch besser schwingen und Treibgut abschütteln, wenn die Stange 9a an der dem Gehäuse 2 nächstgelegenen Position NP gegen das Gehäuse 2 schlägt.

[0046] Gemäß den in den Fig. 1 und 3 dargestellten Beispielen kann die Haltevorrichtung 8 zumindest einen Längskörper 13 aufweisen und zumindest zwei Befestigungsenden 10 können voneinander beabstandet entlang des zumindest einen Längskörpers 13 montiert sein. In den Beispielen gemäß Fig. 1 und 3 sind zwei Längskörper 13 vorgesehen. Die Längskörper 13 können beispielsweise als Profilstäbe oder Rohre ausgebildet sein. Die Haltevorrichtung 8 kann zudem einen Hüllkörper 16 aufweisen, in welchem bevorzugt der Generator 6 aufgenommen ist. Die Längskörper 13 können entlang einer Linie angeordnet und mit den einander zugewandten Enden mit dem Hüllkörper 16 verbunden, insbesondere darauf abgestützt sein. Zumindest eine Stange 9a kann am Hüllkörper 16 befestigt sein.

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[0047] Fig. 4 zeigt das Strömungskraftwerk 1 in einer Ansicht in Strömungsrichtung S.

[0048] Fig. 5 zeigt beispielhaft eine Stange 9a, welche wendelförmig ausgebildet ist. Hierfür kann die Stange 9a um ihre Längsachse zumindest abschnittsweise verdreht sein. Zumindest eine oder alle Stangen 9a können wendelförmig ausgebildet sein.

[0049] Fig. 6 zeigt beispielhaft eine Stange 9a, welche als gebogene Stange 9b ausgebildet ist. Zumindest eine oder alle Stangen 9a können als gebogene Stange 9b ausgebildet sein.

[0050] Ein Prototyp des Strömungskraftwerks 1 weist beispielsweise eine Länge von 11,3 m, eine maximale Breite am Diffusor 14 von 5,5 m und eine maximale Höhe von 3,4 m und ein Gewicht von 9300 kg auf. Das Gehäuse 2 kann aus Stahl gefertigt sein.

Claims (11)

A ‚hes AT 528 122 B1 2025-10-15 Ss N Patentansprüche

1. Strömungskraftwerk (1) zur Anordnung in strömenden Gewässern, mit einem Gehäuse (2) welches eine Einlauföffnung (3) und stromabwärts der Einlauföffnung (3) eine Auslauföffnung (4) aufweist, wobei im Gehäuse (2) zwischen der Einlauföffnung (3) und der AuslaufÖffnung (4) eine Turbine (5) angeordnet ist, welche mit einem Generator (6) verbunden ist, und mit einem stromaufwärts der Einlauföffnung (3) angeordneten Einlaufschutz (7), welcher eine mit dem Gehäuse (2) verbundene Haltevorrichtung (8) und an der Haltevorrichtung (8) befestigte Schutzelemente (9) aufweist, wobei die Schutzelemente (9) stromabwärts in einem spitzen Winkel (a) zu einer Längsachse (A) des Gehäuses (2) orientierte Stangen (9a) mit einem an der Haltevorrichtung (8) stabil montierten Befestigungsende (10) und einem außerhalb des Gehäuses (2) angeordneten freien Ende (11) sind, wobei ein Abstand (D1) vom Befestigungsende (10) zum freien Ende (11) größer ist als ein Abstand (D2) vom Befestigungsende (10) zu einem die Einlauföffnung (3) umgebenden äußeren Rand (12) des Gehäuses (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Stangen (9a) in einem Winkel (a) zwischen 30° und 80° zur Längsachse (A) des Gehäuses (2) angeordnet sind und das Gehäuse (2) zwischen der Einlauföffnung (3) und der Auslauföffnung (4) einen Diffusor (14) aufweist.

2. Strömungskraftwerk (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte Stangen (9a) in einem Abstand zwischen 10 cm und 40 cm, bevorzugt zwischen 20 cm und 30 cm, zueinander angeordnet sind.

3. Strömungskraftwerk (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stangen (9a) wendelförmig ausgebildet sind.

4. Strömungskraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stangen (9a) aus Federstahl oder aus einem Material mit einem Elastizitätsmodul im Bereich zwischen 170 kN/mm? und 250 kN/mm? gebildet sind.

5. Strömungskraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stangen (9a) zwischen einer unbelasteten Ruheposition (RP) und einer Lastposition (LP) elastisch schwingend ausgebildet sind und eine dem Gehäuse (2) nächstgelegene Position (NP) auf den Stangen (9a) in der Ruheposition (RP) zumindest doppelt so weit vom Gehäuse (2) entfernt ist wie in der Lastposition (LP).

6. Strömungskraftwerk (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Stange (9a) in der Lastposition (LP) mit der dem Gehäuse (2) nächstgelegenen Position (NP) am Gehäuse (2) anliegt.

7. Strömungskraftwerk (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die nächstgelegene Position (NP) vom freien Ende (11) beabstandet ist.

8. Strömungskraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (8) zumindest einen Längskörper (13) aufweist und zumindest zwei Befestigungsenden (10) voneinander beabstandet entlang des zumindest einen Längskörpers (13) montiert sind.

9. Strömungskraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stangen (9a) einen Durchmesser (D) im Bereich zwischen 10 mm und 30 mm, bevorzugt zwischen 15 mm und 25 mm, insbesondere von etwa 20 mm und/oder eine Länge (L) im Bereich zwischen 0,5 m und 10 m, bevorzugt zwischen 0,5 m und 2 m aufweisen.

10. Strömungskraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stangen (9a) im Querschnitt rund, insbesondere kreisrund, ausgebildet sind.

11. Strömungskraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) mit einem Schwimmkörper (15) verbunden ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen