CH700322A1 - Srtömungsnützungsmultiplikator. - Google Patents

Abstract

Vorrichtung (1) zur Erzeugung von Strom aus fliessendem Wasser mit einer Mehrzahl von im Wesentlichen kettenförmig angeordneten Anströmelementen (6), von welcher Mehrzahl eine Anzahl, wenn in den Strom eingetaucht, ein Lasttrum bildet und eine andere Anzahl derselben Mehrzahl dann oberhalb der Wasseroberfläche verlaufend und ein Rück- oder Leertrum bildet und über Umlenkorgane (2, 3) vor und zurück geleitet werden, wobei an mindestens einem Umlenkorgan Arbeit entnehmbar ist.

Description

  [0001]    Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Stromerzeugung mit Hilfe von strömendem Wasser und betrifft eine Vorrichtung, mit welcher man in irgendwelchem strömenden Wasser Arbeit oder Strom erzeugen kann.

  

[0002]    Es sind eine Vielzahl von Vorrichtungen bekannt, welche die kinetische Energie von fliessendem Wasser in Arbeit umzusetzen fähig sind, zum Beispiel das unterschlächtige Mühlrad. Dabei werden kontrolliert bewegbare Mittel einer Strömung ausgesetzt, durch welche sie angeströmt und wegbewegt werden. Die Dislokationen werden in eine Drehbewegung umgesetzt und als Arbeit an der Achse des Mühlrades abgenommen. Dies ist das allgemeine Prinzip praktisch all diese Vorrichtungen. Bei der unterschlächtig mühlradartigen Vorrichtung taucht eine Schaufel in die Strömung, wird mitgezogen und taucht wieder auf, während eine weitere auf dem Rad angeordnete Schaufel eintaucht und von der Strömung mitgezogen wird. So sind stets ein bis zwei Schaufeln in der Strömung und die andern ausserhalb. Jede eingetauchte Schaufel bringt einen Beitrag zur Energiegewinnung.

   Bei 50 Schaufeln an einem Rad bringen zwei Schaufeln einen Beitrag was rechnerisch 4% ausmacht. Ob nun solch ein Mühlrad 50 oder eine andere Anzahl Schaufeln aufweist und ob eine oder zwei oder drei Schaufeln gleichzeitig eintauchen ist in diesem Beispiel unerheblich; es soll einfach gezeigt werden, dass an der ganzen Vorrichtung nur ein relativ kleiner Anteil an "Energieumesetzungselementen" gleichzeitig aktiv sind.

  

[0003]    Hier weggelassen sind alle Vorrichtungen, bei denen eine Art Schraube oder Propeller die kinetische Strömungsenergie direkt in eine Rotation umsetzen, an deren Achsen Arbeit abgenommen werden kann.

  

[0004]    Die Aufgabe der Erfindung ist, dieses Verhältnis zu verbessern. Genau genommen, wesentlich zu verbessern. Wie das gelöst wird, ist in den Patentansprüchen definiert und anschliessend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert und beschrieben.

  

[0005]    Die Fig. 1 bis 4 zeigen eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung gemäss Erfindung.

  

[0006]    Die Fig. 5 bis 7 zeigen eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung gemäss Erfindung.

  

[0007]    Die Fig. 8 bis 11 zeigen eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung gemäss Erfindung.

  

[0008]    Die Fig. 12 und 13 zeigen eine bevorzugte Ausführungsformen einer Gleithalterung an Anströmelementen, bei denen keine Zugelemente benötigt werden.

  

[0009]    Die Fig. 14 bis 18 zeigen Beispiele verschiedener möglicher Anströmelemente.

  

[0010]    Die Fig. 19 und 20 zeigen eine weitere Ausführungsform mit im Lasttrum zu einer Einheit zusammen gereihten, sich gegenseitig schliessenden Behältern.

  

[0011]    Die Fig. 21 zeigt die Ausführungsform von Fig. 19eingesetzt in einen Kanal und die Fig. 22.1 bis 24.2 zeigen für diese Ausführungsform verschiedene Behälterformen.

  

[0012]    Die Fig. 25 und 26 zeigen eine Unterstützung für das Rücktrum, um damit das Lasttrum zu entlasten.

  

[0013]    Die Fig. 27, 28 und 29zeigen eine weitere Unterstützung für das Rücktrum, um damit das Lasttrum zu entlasten.

  

[0014]    Fig. 30 zeigen eine weitere Unterstützung für das Rücktrum, um damit das Lasttrum zu entlasten und

  

[0015]    Figur 31 zeigt eine Variante eines in einer Kette zusammenfügbaren und auf- und zuklappbaren Behälter zur Verringerung des Eintauchauftriebs.

  

[0016]    Fig. 1 zeigt eine erste Vorrichtung 1 mit einer Vielzahl von Anströmelementen 6, die an einer Führung 51 bzw. 52 entlang geführt werden. Die Führung 51 ist die Führung für das Lasttrum und die Führung 52 ist die Führung für das Rück- oder Leertrum. Die beiden Führungen 51 und 52 sind an einer Plattform 5 angebracht. Die Anströmelemente 6 umlaufen eine erste und eine zweite Umlenkung 2 und 3, einen Eintauch-Umlenkungsrotor 2 und einen Entleer-Umlenkungsrotor 3. Die Anströmelemente 6 sind gefässartig ausgebildet, sie können also Last aufnehmen, in diesen Beispielen ist es Wasser, und diese Last wieder abgeben bzw. das Wasser wieder ausschütten. Die Anströmelemente 6 des Lasttrums sind mindestens teilweise in einen Strom eingetaucht, der hier durch einen Pfeil WF dargestellt ist und zugleich die Strömungsrichtung anzeigt.

   Mit den Stützen 24 wird die Vorrichtung am Boden fixiert. Eine weitere Ausführungsform wird gezeigt, bei der keine Stützen notwendig sind, sondern Schwimmkörper die Vorrichtung in der Strömung halten. Ziffer 8 und 9 zeigen die Laufrichtungen des Leer- und Lasttrums und Ziffer 10 und 11 zeigen den Entleerungs- und Eintauchbereich.

  

[0017]    Fig. 2 und 4 zeigen die beiden Umlenkungen, hier näher bezeichnet als Generatorrad 21 mit einem auf der Generatorwelle 25 aufgesetzten Generator 22 zur Stromerzeugung und mit einer Generatorradverzahnung 23 für den Eingriff an die Anströmelemente 6 und im Gegenspiel als Entleerungsrad 31 mit Entleerungsradverzahnung 33 und mit Entleerungsradwelle 32, auf die natürlich auch eine Generator aufgesetzt werden kann,. Die kettenartig zusammenhängenden Anströmelemente 6 umlaufen so die beiden Umlenkungen einmal als Lasttrum, Pfeil 9, und einmal als Leertrum, Pfeil 8. Während die Anströmelemente 6 des Lasttrums in die Strömung eingetaucht sind, sind die Anströmelemente 6 im Leertrum über der Wasseroberfläche.

  

[0018]    Im Leertrum gemäss Fig. 4erkennt man, dass die in diesem Vorrichtungsabschnitt sich befindenden Anströmelemente 6 eine andere Form haben als im Lasttrum gemäss Fig. 1. Dies deswegen, weil die Anströmelemente 6 in diesem Beispiel, wie in Fig. 3im Schnitt gezeigt, flexible, sackartige Elemente sind, die, wenn durch die Entleerungskulisse 12 hochgepresst, sich grösstenteils entleeren, und so eine geringere Potentialenergie/Potentialarbeit (gegen die Schwerkraft) überwinden müssen. Es wäre nicht sinnvoll die ganz vollen Behälter über die Wasseroberfläche empor zu heben, um sie gefüllt als Leertrum zurück zu führen. Die Entleerung erfolgt, wie gesagt, über die Entleerungskulisse 12, sichtbar in Fig. 2 und die Wieder-Füllung erfolgt über eine Füllkulisse 13, sichtbar in Fig. 4.

   Das ganze Leertrum mit den, hier im Wesentlichen entleerten Behältern erkennt man in Fig. 4.

  

[0019]    Nun zur Funktion der Vorrichtung. Die eingetauchten Anströmelemente im Lasttrum werden von der Strömung in Richtung WL angeströmt und weggetrieben und dies in diesem Beispiel rund vierzehnmal. Damit sind nahezu die Hälfte, also gute 40% der Anströmelemente gleichzeitig aktiv, was eine wesentlich bessere Ausbeute der vorhandenen kinetischen Energie einbringt, als beim oben diskutierten unterschlächtigen Mühlrad. Die im Wesentlichen entleerten Anströmelemente im Leertrum diminuieren den Antriebsteil um die Hebearbeit bei der Entleerung und allfälligen Gleitwiderstand im Leertrum und schliesslich auch die Reibungsenergie der gesamten Vorrichtung. Die Abstände der Anströmelemente zueinander sollen so gross sein, dass die vordere Anströmfläche ausserhalb der an der Rückseite erzeugten Wirbelzone eines strömungsmässig vorderen Anströmelementes zu liegen kommt.

   In Detailfiguren weiter unten werden Einzelheiten und Beispiele, wie die Anströmelemente ausgestaltet werden können und was für ungefähre Strömungseigenschaften sie haben können diskutiert.

  

[0020]    Die Fig. 5 bis 7 zeigen nun eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung gemäss Erfindung. Hier erkennt man auf den ersten Blick, dass zur Bildung des Leertrums die Anströmelemente ausgekippt werden.

  

[0021]    Fig. 5 zeigt eine zweite Vorrichtung 1 mit einer Vielzahl von Anströmelementen 6, die an einer Führung 51 bzw. 52 entlang laufen. Die Führung 51 ist die Führung für das Lasttrum und die Führung 52 ist die Führung für das Leertrum. Die beiden Führungen 51 und 52 sind auch an einer Plattform 5 angebracht. Die Anströmelemente 6 umlaufen eine erste und eine zweite Umlenkung 2 und 3, einen Eintauch-Umlenkungsrotor 2 und einen Entleer-Umlenkungsrotor 3. Die Anströmelemente 6 sind in diesem Beispiel starr gefässartig ausgebildet, um Last aufnehmen werden sie eingetaucht, um Last abzugeben werden sie gekippt. Die Anströmelemente 6 im Lasttrum sind in den Strom eingetaucht, der hier in Richtung Pfeil WF fliesst. Mit den Stützen 24 wird die Vorrichtung am Boden fixiert.

   Die beiden Umlenkungen sind auch als Generatorrad 21 mit einem auf der Generatorwelle 25 aufgesetzten Generator 22 zur Stromerzeugung, mit einer Generatorradverzahnung 23 für den Eingriff an die Anströmelemente 6 und als Entleerungsrad 31 mit Entleerungsradwelle 32, mit einer Entleerungsradverzahnung 33 ausgebildet. Die kettenartig zusammenhängenden Anströmelemente 6 umlaufen die beiden Umlenkungen einmal als Lasttrum, Richtung Pfeil 9, und einmal als Leertrum, Richtung Pfeil 8. Während die Anströmelemente 6 des Lasttrums in die Strömung eingetaucht sind, sind die Anströmelemente 6 im Leertrum ebenfalls über der Wasseroberfläche, aber in gekippter Stellung. Wie bei der ersten Ausführungsform ist so eine geringere Potentialenergie/Potentialarbeit (gegen die Schwerkraft) zu leisten. Die Entleerung erfolgt über eine Entleerungskulisse 12, gut sichtbar in Fig. 7.

   Zum Wiederfüllen müssen Anströmelemente 6 wieder zurück gekippt werden. Dies geschieht über einen Steg oder Rückstellbalken 13.1, an dem die Anströmelemente 6 vorbei ziehen und aus ihrer gekippten Lage in die Fülllage gebracht werden; gut sichtbar in Fig. 6. Das ganze Leertrum mit den, hier nun ganz entleerten Behältern erkennt man in Fig. 5.

  

[0022]    Die Fig. 8 bis 11 zeigen eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung gemäss Erfindung. Hier erkennt man, dass am Leertrum die Anströmelemente sozusagen über Kopf ausgekippt werden.

  

[0023]    Die Fig. 8 zeigt eine Vorrichtung 1 mit einer Vielzahl von Anströmelementen 6, die zwischen den Führungen 51 bzw. 52 entlang laufen. Die ganze Vorrichtung wird in eine Wasseroberfläche WL eingetaucht gezeigt. Die Befestigung der Anströmelemente 6 auf beiden Seiten der Führungen 51 und 52 verhindert das Drehmoment, das bei den ersten beiden Ausführungsformen auf die Befestigungselemente wirkt und so ein leichtes Verkanten dieser in der Führung auslöst. Die Bezeichnungen 51 und 52 wurden beibehalten, benennen aber nicht mehr Leer- und Lasttrum sondern die Führungen. Das Lasttrum ist unter Wasser, das Leertrum über Wasser.

   Bei dieser Ausführungsform hat man die Möglichkeit das Befestigungsmittel für die Anströmelemente 6, hier ein Behältersteg 53 zur Befestigung der Anströmelemente so gross zu wählen, dass die Anströmelemente 6 in Strömungsrichtung versetzt angeordnet werden können, so dass jedes Anströmelement 6 praktisch ungestört angeströmt werden kann. In Fig. 8 erkennt man oberhalb der Wasseroberfläche WL je die Hälfte des Eintauch-Umlenkungsrotors 2 und des Entleer-Umlenkungsrotors 3. Ferner erkennt man das Leertrum 8, das in Pfeilrichtung zwischen den Führungen 51 und 52 läuft. Diese Führungen 51 und 52 sind je an zwei Schwimmkörpern 54 befestigt. Die Umlenkung zum Auftauchen bzw. das Entleerungsrad 31 hat die gleiche Funktion wie bei den beiden vorher besprochenen Ausführungsformen.

   Auf der Gegenseite, in der Umlenkung zum Eintauchen der Anströmelemente 6, dem Generatorrad 21 ist ein oder der Generator 22 angeordnet. Alle diese Figuren haben schematischen Charakter, sodass für die Erklärung der Bau- und Funktionsweise nicht zwingende Bauelemente weggelassen sind; hier sind es bspw. die elektrischen Anschlüsse des Generators, wie dies auch in den vorher diskutierten Figuren so gehalten wird. Die Vorrichtung hat eine hier nicht gezeigte Verankerung, die bewirkt, dass die ganze Einrichtung nicht davonschwimmt und dass sie vor allen Dingen der Strömung Widerstand entgegenbringt.

  

[0024]    Fig. 9 zeigt neben der Überwasseransicht auch noch einen Teil der Vorrichtung, die unter Wasser ist, vor allen Dingen das Lasttrum 9 mit den von der Strömung angetriebenen Anströmelementen 6. Die Wasseroberfläche WL ist soweit zurückgenommen, dass man die eingetauchten Vorrichtungsteile gut sehen kann. Die Fig. 9 zeigt zwei Ausschnitte C und D an den beiden Umlenkungen zum Ein- und Auftauchen, die in den Fig. 10 und 11 detailliert gezeigt sind. So erkennt man in Fig. 10den auf der Welle im Umlenkrad 21 angeordneten Generator 22 bzw. dessen Rotor, dessen Statorgehäuse an der Entleerungsradwelle 32 des Entleerungsrades 31 in Fig. 11 fixiert ist (nicht dargestellt) und so am Mitdrehen mit dem Generatorrotor gehindert ist.

   Durch die versetzten und so der ungehinderten Strömung ausgesetzten Anströmelemente 6, weisen diese einen etwas höheren Wirkungsgrad auf, als jene in einer Reihe hintereinander angeordneten Anströmelemente 6.

  

[0025]    Auf diese Weise gibt es noch einige Möglichkeiten, die Ausführungsformen gemäss Erfindung zu optimieren.

  

[0026]    Die Fig. 12 und 13 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Anströmelemente 6. Ein Anströmelement hat verschiedene Aufgaben zu erfüllen, es soll einzeln befestigbar bzw. einzeln in die Führungen einsetzbar sein, es soll auswechselbar sein, es soll führungsstabil sein, es soll gut führbar sein, es soll auch einen möglichst grossen Strömungswiderstand aufweisen. So zeigt Fig. 12ein Anströmelement 6 in Form eines Behälters 63.1 mit einer Bodenzone 64, einer Versteifung 65, die auf der einen Seite eine daran angeordneten Behälterring 66 und auf der anderen Seite einen hier zylinderförmigen Befestigungsteil 61 aufweist. Der zylinderförmige Befestigungsteil 61 weist eine Länge auf, welche die Abstände der Behälter zueinander bestimmt.

   Diese Anströmelemente werden einzeln in die Führungen 51, 52 eingeschoben, ohne sie miteinander zu verbinden, sodass sie sich berührend in die gewünschte Richtung stossen. Dabei müssen die Führungen auch über die Umlenkungen geführt werden, was hier nicht im Detail gezeigt ist. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass sich die Befestigungsteile unter Last, also wenn sie gestossen werden, gegenseitig stabilisieren und die Wirkung des unvermeidlichen Drehmoments des angeströmten Behälters via Befestigungsteile auf die Führung teilweise abgefangen wird. Die Gesamtlänge wird so gewählt, dass die in Reihe geordneten Behälter ausreichend angeströmt werden können.

  

[0027]    Fig. 13 zeigt eine der Fig. 12 entsprechende Ausführungsform mit zwei zylinderförmigen Befestigungsteilen 61, die über einen Behältersteg 53 verbunden sind und, entsprechend angepasst, im Zusammenhang mit der dritten Ausführungsform der Vorrichtung gemäss Fig. 8verwendet werden kann. In dieser Ausführung fällt das Problem des "unvermeidlichen Drehmoments" praktisch weg.

  

[0028]    Die beiden Fig. 14 und 15 zeigen eine Ausführungsform eines Anströmelements 6, wie es in der ersten Ausführungsform der Vorrichtung gemäss den Fig. 1 bis 4gezeigt ist, nämlich jene, die zum Entleeren von unten her ausgedrückt werden. Sie weist im Behälterbereich 64 die Form eines "Sackes" 63.3 auf, der in Fig. 14 gefüllt und in Fig. 15 entleert dargestellt ist. Man erkennt in Fig. 15, wie der sackartige Behälter 63.3 zu einem Wulst zusammengedrückt ist. Der sackförmige Behälterbereich 63.3 ist mittels eines Behälterrings 66 an der Versteifung 65 befestigt. Das an der Versteifung 65 angeordnete Befestigungsteil 61 ist, wie aus den vorher diskutierten Ausführungen der Anströmelemente 6, mittels Zugverbindungskerben 62 formschlüssig oder nicht formschlüssig am Zugelement des Trums befestigbar.

   Der Behälterbereich 63.3 des Anströmelements 6 wird mittels Anfahren auf die Entleerungskulisse 12 hochgedrückt und so entleert und in dieser hochgedrückten Position entlang dem Leertrum 8 zurück zum Eintauch- und Umlenkungsrotor 2 gefördert, um über die Füllkulisse 13, die es wieder in Sackform bringt, wieder in den Strom einzutauchen, um aufgefüllt zu werden.

  

[0029]    Die Zugverbindungskerbe 62 zum Einhängen in ein Zugseil des Trums oder zur Befestigung an demselben, wird vorteilhafterweise formschlüssig ausgebildet, um ein eventuelles Aushängen oder Ausgleiten bei den Umlenkungen, wo das Befestigungsteil 61 die Führungen verlässt, zu vermeiden. Dies einfach als zusätzliche Sicherheit. Dafür bildet man bspw. am Befestigungsteil 61 zwei schwalbenschwanzförmige Kerben aus, in welche längere oder kürzere Zugseilabschnitte mit dem Schwalbenschwanz-Gegenstück zwischen zwei Behältern jeweils eingeklinkt werden können. Damit ist auch der Abstand zwischen zwei Anströmelementen 6 fix (ähnlich wie bei den Ausführungsformen gemäss Fig. 12 und 13) und die Elemente können sich nicht verschieben.

   Man geht davon aus, dass jeder Behälter so von der Strömung erfasst wird, dass er entweder den Behälter stromaufwärts mitzieht oder den Behälter stromabwärts bremst und so die Distanz zu den Behältern vorne und hinten in der Reihe aufrecht erhält.

  

[0030]    Die Fig. 16 zeigt eine andere Form eines Anströmelements 6, in welchem der Behälterbereich einen kugelförmigen Anteil 63.4 aufweist und die Bodenzone 64 etwas kleiner kugelförmig geformt ist. Der Behälterbereich 63.4 kann in fester sowie weicher Form ausgebildet sein. Beim Anströmen ist der Druckwiderstand dieses kugelförmigen Körpers ca. 90% und hat einen Reibungswiderstand von ca. 10%.

  

[0031]    Fig. 17 zeigt ein weiteres Anströmelement 6, dessen Behälterform zylindrisch 63.2 geformt ist und die Bodenzone 64 flach ausgebildet ist. Beim Anströmen ist der Druckwiderstand dieses runden Körpers auch ca. 90% und der Reibungswiderstand ca. 10%.

  

[0032]    Fig. 18 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Anströmelements 6, bei dem der Behälterbereich kubisch 63.5 geformt ist. Diese flache Anströmfläche des Behälterbereiches 63.5 hat praktisch einen Druckwiderstand von annähernd 100%.

  

[0033]    Die Prozentwerte wurden aus einer allgemeinen Strömungstabelle entnommen und sind nur als ungefähr zu betrachten. Alle diese Formen weisen verschiedene Anström- bzw. Widerstandseigenschaften auf, wobei noch weitere Formen möglich sind, was durch Ausprobieren und Optimieren ermittelt werden kann.

  

[0034]    Fig. 19 zeigt als Prinzipdarstellung eine weitere Ausführungsform der Erfindung, nämlich eine Anordnung der Behälter ähnlich der Ausführungsform gemäss den Fig. 8bis 11, wo die Behälter über Kopf entleert werden. In der weiterentwickelten Ausführungsform bilden die Behälter selber eine Kette. Sie sind über eine drehbare, scharnierartige Verbindung direkt miteinander verbunden. Die Vorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus zwei Halteplatten 55, zwischen denen auf je einer Welle 25 ein Umlenkrad 31 angeordnet ist. Über die beiden Umlenkräder 31 wird die Behälterkette 15 mit den Behältern 6 geführt. Die Behälter 6 sind über Verbindungselemente 7 zug-, stoss- und drehbar verbunden. Zwei Verbindungsstreben 56 sorgen für zusätzliche Stabilität. Ein Pfeil WF zeigt in den beiden Figuren eine gedachte Wasserströmung an.

   Auf der Seite der Entleerung ist auf der Welle 25 ein Generator 22 aufgesetzt, der mit seinem Gehäuse bspw. an den Halteplatten 55 fixiert ist. Die Behälterkette 15 ist im Leertrum "steif" im Lasttrum ist sie durch einen beabsichtigten Auftrieb ebenfalls im Wesentlichen linear fixiert. Davon weiter unten. Diese Vorrichtung ist eine Grundausführung, die durch weitere Massnahmen funktionell erweitert wird.

  

[0035]    Fig. 20 zeigt die Vorrichtung 1 im Längsschnitt. Man erkennt, wie die Wellen 25 mit den Antriebsrädern 31 auf einer Achse 27 drehen, die zwischen den Halteplatten befestigt ist. Fig. 19zeigt schematisch eine Schmierstelle 28 für die Schmierung zwischen Achse und Welle. Die beiden Verbindungsstreben 56 sind über und unter einer gedachten Linie zwischen den beiden Wellen 25 angeordnet, um so eine stabile 4-Punkt Verstrebung zu bilden. Die beiden Pfeile 8 und 9 zeigen die Laufrichtung des Last- und Leertrums und damit die Füll- und Entleerstellen an der Vorrichtung. Mit den weiteren beiden Pfeilen ist mit 2 der Eintauch-Umlenkungsrotor und mit 3 der Entleer-Umlenkungsrotor bezeichnet.

  

[0036]    Der Unterschied zu den vorher diskutierten Ausführungsformen besteht im Wesentlichen im verringerten Abstand der Behälter zueinander. In diesem Beispiel sind sie zu einer Förderkette zusammengefügt und verschliessen sich nach dem Eintauchen und teilweisem Füllen gegenseitig, der Boden des einen dient als Deckel zum andern. Der Füllgrad richtet sich nach dem Wasserstand oder der Eintauchtiefe des Lasttrums. Je nach gegenseitiger Abdichtung der Behälter und gewähltem teilweisem Füllen, entsteht ein Auftrieb durch die Verdrängung im Medium, hier im Wasser, wodurch ein "schwimmendes" Lasttrum entsteht. Der Erfinder beschreibt es metaphorisch als "schwimmenden Baumstamm" (der gebildet und wieder aufgelöst wird) und dessen Energieinhalt.

   Damit hat das Lasttrum, das einerseits am eintauchenden Behälter und andererseits entlang den Wänden angeströmt und damit bewegt wird, auch ein höheres Gewicht und damit eine höhere Trägheit, welche zu einem gleichmässigeren Lauf der Vorrichtung für die Energiegewinnung genützt wird. Die Schwankungen durch Veränderungen in der Anströmung sind durch die Trägheit des Systems nun geringer. Natürlich ist damit das Anlaufen der Vorrichtung zur Aufnahme von Energieträger und auch das Abbremsen der Vorrichtung bspw. durch den Generator braucht mehr Energie, als wenn die Trägheit nicht bestünde.

  

[0037]    Um die Strömungsverhältnisse zu beeinflussen und auch zu kontrollieren, ist die Vorrichtung gemäss Fig. 19 in einen Kanal eingebaut, was Fig. 21 zeigt. Schematisch dargestellt erkennt man einen Kanal 20 von frei wählbarer Länge mit Mitteln 19, bspw. Führungsschlitze, in welchen beidseitig an der Vorrichtung angebrachte Haltevorrichtungen 54, hier sind es vier Schwimmer, verschiebbar fixiert sind. Entweder wird mit einer Feststellvorrichtung 17 die Vorrichtung in Höhe und, falls gewünscht, die Neigung eingestellt und fixiert, was durch die Doppelpfeile angezeigt ist, oder die Schwimmer 54 stellen die Höhe automatisch gemäss dem Wasserspiegel ein. Wie schon oben erwähnt, wird mit der Eintauchhöhe der Füllgrad in den Behältern bestimmt und damit, in gewissen Ausführungen, auch der Auftrieb.

   Die ganze Einrichtung, die Vorrichtung 1 zusammen mit dem Kanal 20 wird in das strömenden Medium platziert.

  

[0038]    Natürlich kann auch die Vorrichtung alleine, ohne Kanal in das strömende Medium gesetzt werden, wenn man auf spezielle Anströmungscharakteristika verzichten will. Ferner können auch mehrere der Vorrichtungen 1 neben und nacheinander in einem Kanal 20 oder ausserhalb platziert werden, um so eine Redundanz und Vervielfachung der Leistung (Energiegewinnung) zu erzielen.

  

[0039]    Einen wesentlichen Beitrag leisten die Ausgestaltungen der Behälter 6, was in den folgenden Fig. 22.1, 23.1, 24.1 bzw. 22.2, 23.2, 24.2gezeigt ist. Als erstes soll das Eintauchen der Behälter erleichtert werden und zwar so, dass der Bodenteil des Behälters 6 beim Eintauchen möglichst wenig Eintauchauftrieb erfährt und so den Lauf der Vorrichtung bremst. Alle drei Varianten sind Behälter, die eine Kette 15 bilden, was durch die Verbindungselemente 7 gezeigt ist. Alle drei Varianten haben das Ziel, den Auftrieb beim Eintauchen möglichst gering zu halten. Dazu wird vorgeschlagen, in den Behälterboden eine Öffnung zum erleichterten Eindringen des Wassers anzubringen, die dann im Lasttrum verschlossen ist. Weitere strömungstechnische Massnahmen, von denen es wohl viele gibt, sind noch dazugefügt.

   So zeigen die Fig. 24.1 und 24.2 eine kontinuierliche Strömungsverengung 59 im Behälterbereich 63, welche sich durch den Behälter 6 hindurchzieht so, dass sich die Strömung in der Verengung beschleunigt und nach der Verengung wieder verlangsamt. Die aneinandergereihten Behälter 6 erfahren auf diese Weise eine Art pulsierende Durchströmung mit schätzungsweise leichter Wirbelbildung. Auch mit dieser Variante kann soweit eingetaucht werden, dass ein Auftrieb des Lasttrums entsteht. Man kann die Strömungsverengung 59 mit schwimmfähigem Material ausgestalten, wodurch der Behälter einen eigenen Auftrieb bekommt.

  

[0040]    Eine weitere Variante zeigen die Fig. 23.1und 23.2, in denen der Behälter 6 lediglich eine Behälterwandöffnung 58, hier bspw. der Behälterboden, aufweist, für das erleichterte Eindringen von Wasser, um so den Eintauchauftrieb zu verkleinern. Hinter dieser Öffnung werden sich Wirbel bilden und so der eindringenden Strömung einen Widerstand entgegen setzen, vermutlich in einem Ausmass, als hätte der Behälterboden keine Öffnung, und würde direkt angeströmt. Damit gewinnt man den Effekt des verminderten Eintauchauftriebs und den Effekt des erhöhten Strömungswiderstandes.

  

[0041]    Eine weitere Variante zeigen die Fig. 22.1und 22.2, bei der im offenen Behälter kein Behälterboden vorgesehen ist, sondern als Deckel mit einem Schwimmer 54.1 ausgestaltet ist. Sobald der Behälter über das Umlenkrad 31 auf der Eintauchseite hinunter schwenkt, öffnet sich der Bodendeckel mit dem Schwimmer 54 und hängt offen am Behälter 6. Beim Eintauchen taucht der Schwimmer in dieser Position zuerst ein und der Behälterboden ist noch offen. Sukzessive beginnt der Deckel mit dem Schwimmer den Behälterboden zu schliessen, doch dann ist der Behälter, ohne einen Eintauchauftrieb zu erzeugen, ebenfalls schon eingetaucht. Beim sich Anschliessen an die vorangegangenen Behälter des Lasttrums füllt er sich mit Wasser und wird vom Deckel des nachfolgenden Behälters schliesslich geschlossen.

   Diese Variante hat bei jedem Füllgrad einen gewissen eigenen Auftrieb, sodass die Höhe der Wasserlinie an der Vorrichtung nur für den Füllgrad eine Rolle spielt.

  

[0042]    Eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung gemäss den Fig. 19 und 21 besteht in der Entlastung des Lasttrums mit Hilfe von Energie, die man ebenfalls dem fliessenden Medium entzieht. Das Leertrum hat für sich eine eigene Trägheit, es muss über die mechanische Teile wie Rollen oder Gleitflächen geführt bzw. gezogen werden, was die am Lasttrum gewonnene Leistung verringert. Die Ausführungsform gemäss den Fig. 25 und 26 versucht dies zu verbessern, in dem einige oder alle der drehbaren Leertrumführungen 51, auf denen die Behälter 6 des Leertrums aufliegen und darüber gleiten mittels Strömungsenergie in die entsprechende Richtung angetrieben werden und so das Leertrum auf dem Weg zur Eintauchstelle unterstützen. Dazu werden an den gewählten Stellen an einer der Halteplatten 55 Leertrumantriebsmittel 50 bspw.

   Pulleys auf einer Welle drehbar befestigt, an denen ein Leertrumantriebsrad 47 angeordnet ist. Dieses Antriebsrad ist bspw. ein Wasserrad, das in seiner Ausführungsform nicht extra beschrieben werden muss.

  

[0043]    Von diesem Leertrumantriebsmittel 50 verlaufen Antriebsriemen 48 zu den, auf dieser Seite speziell angepassten Leertiximführungen 51 und treiben diese in der entsprechenden Drehrichtung an. Die Wasserräder tauchen etwas weniger als zur Hälfte in die Strömung ein und treiben so die Leertrumführungen 51 entsprechend an, sodass sie mindestens mitrollen, auch wenn das Leertrum möglicherweise schneller über die Führungen läuft und noch einen kleinen Anteil an Gleitreibung aufweisen.

  

[0044]    Die Fig. 27 bis 29 zeigen eine weitere Möglichkeit, das Lasttrum zu entlasten. Die Gesamtansicht in Fig. 27 zeigt den Aufbau gemäss Fig. 19bzw. 21 mit dem Unterschied, dass der Leertrumantriebsrad 47 auf der Welle 25 angeordnet ist und dass der Stromgenerator 22 zwischen den Halteplatten 55 platziert und daran fixiert ist. Man erkennt ferner einen Antriebsriemen 48, der über die Leertrumführungen 51 verläuft. Die Leertrumführungen 51 sind zwischen den Halteplatten drehbar gelagert und tragen je einen Pulley 57, über die der Antriebsriemen 48 läuft und jede Leertrumführung separat in die richtige Drehrichtung antreibt. Der in der Figur 28A gezeigte Ausschnitt im Bereich des Leertrumantriebsrades 47 zeigt den Verlauf des Antriebsriemens 48 über das Pulley 57 vergrössert.

   Figur 29zeigt schliesslich einen Längsschnitt durch die gesamte Vorrichtung, in welchem der gesamten Verlauf des Antriebsriemens 48 vom Antriebsrad über die Pulleys und zurück gezeigt ist. Man kann zwischen dem Leertrumantriebsrad 47 und der Welle 25 eine Schlupfkupplung vorsehen, durch welche ein Vorlaufen oder Nachlaufen der Behälterkette ausgeglichen wird. Der Antrieb für das Leertrum kann natürlich auch auf beiden Seiten der Vorrichtung 1 vorgesehen sein.

  

[0045]    Fig. 30 zeigt eine weitere Möglichkeit das Lasttrum zu entlasten. Schematisch im Schnitt gezeichnet erkennt man eine von der Grundeinheit abgeleitete Vorrichtung in einem Kanal 20 befestigt, von dem in Projektion nur die hintere Wand zu sehen ist. Das Leertrum der Behälterkette 15 läuft über einen Leertrumantrieb zur Entlastung des Lasttrums. Die Verbindungen der Behälter in der Behälterkette sind so beschaffen, dass sie eine Vergrösserung und Verringerung das Abstandes zueinander zulassen. Die Leertrumwellen 49, hier vergrössert, dienen als Rolllager für das Leertrum.

   In Richtung des Füllbereichs, also links in der Figur, ist eine Leertrumwelle 49 gegenüber den mittleren vergrössert, sodass ein Anstieg der Behälterkette 15 entsteht und da diese Leertrumwelle mittels eines Leertrumantriebsrads 47, wie in den Fig. 25bis 29 schon dargestellt, angetrieben ist, wird auch der jeweilige Behälterkettenteil sozusagen bergauf geschleppt und so angetrieben. Solche Leertrumantriebe können natürlich an mehreren Stellen an den Leertrumwellen 49, auch links, sowie rechts zur Unterstützung des Antriebs angeordnet sein. Sieht man zusätzlich an der Leertrumwelle 49 auf der Entleerseite einen weiteren Leertrumantrieb vor, so wird das Leertrum von der Entleerseite bergab und an der Eintauchseite bergauf gestossen.

  

[0046]    Fig. 31 zeigt eine Behälterkette anderer Art bei denen die Behälter praktisch keinen Eintauchauftrieb aufweisen, aber der Strömung einen grösseren Widerstand entgegensetzen als bspw. eine Behälterkette mit geschlossenen Behältern. Die Behälter sind über ein scharnierartiges Verbindungsmittel 7 zu einer Kette zusammengefasst und verlaufen im Leertrum zusammengeklappt und werden beim Eintauchen in das Medium geöffnet und dabei im strömenden Medium zu einem Lasttrum gefüllt. Der Abstand zwischen den faltbaren Behältern kann beliebig gewählt werden. Man erkennt in Fig. 31 ein Stück der Behälterkette vor dem Eintauchen auf der Eintauchseite der Vorrichtung. Die Behälterkette 15 verläuft zwischen zwei Leertrumführungen 51, welche die Behälter im eingeklappten Zustand halten.

   In Phase 1 ist der Behälter noch geschlossen, in Phase 2 beginnt der Behälter sich aufzuklappen und in Phase 3 ist er offen und kann befüllt werden. Diese Variante der Behälter fügt sich geschlossen in das Leertrum ein. Zur besseren Illustration sind zwei Behälter separat gezeichnet, einer im halbgeöffneten Zustand, der andere im geöffneten Zustand.

  

[0047]    Der Behälter besteht aus zwei durch ein Verbindungsmittel 7 scharnierende Platten 40, verbunden mit scharnierartig zu Klappbewegung fähigen Seitenklappen 41, die ihrerseits über einen Falz 44 verbunden sind. Der Behälter ist je nach Lage der Platten 40 geschlossen oder teilweise bis ganz geöffnet. Im geschlossenen Zustand erkennt man gut die zusammengeklappten Seitenplatten. Die scharnierartig zu Klappbewegung fähigen Seitenklappen sind hier bei geschlossenem Behälter nach innen geklappt dargestellt. Sie können ebensogut auch nach aussen klappbar konstruiert sein und wie ein Kiel in die Wasseroberfläche eintauchen. Zur Unterstützung des Öffnens des Behälters beim Anströmen durch das Medium, können an den Kanten Spoiler angeformt sein, wodurch die Strömung leichter zwischen die Platten gelangen kann.

  

[0048]    Kurz zusammengefasst besteht die Vorrichtung zur Erzeugung von Strom aus einem fliessende Medium aus einer Mehrzahl von im wesentlichen in Reihe angeordneten Anströmelementen, von welcher Mehrzahl eine Anzahl, wenn in das fliessende Medium eingetaucht, ein Lasttrum bildet und eine andere Anzahl derselben Mehrzahl dann oberhalb der Mediumoberfläche verlaufend ein Rück- oder Leertrum bildet und über Umlenkorgane vor und zurück geleitet werden, wobei an mindestens einem Umlenkorgan Arbeit entnehmbar ist.

  

[0049]    Vorrichtung kann auch mit einer Mehrzahl von im wesentlichen in Reihe angeordneten Anströmelementen, welche Reihe als zusammenhängende Kette ausgebildet ist ausgestaltet sein und von welcher Mehrzahl eine Anzahl, wenn in das fliessende Medium eingetaucht, ein Lasttrum bildet und eine andere Anzahl derselben Mehrzahl dann oberhalb der Mediumoberfläche verlaufend ein Rück- oder Leertrum bildet und über Umlenkorgane vor und zurück geleitet werden, wobei an mindestens einem Umlenkorgan Arbeit entnehmbar ist. Das Leertrum wird in einer bestimmten Ausführungsform zusätzlich vom Mediumstrom unterstützt angetrieben.

  

[0050]    Ein Verfahren zur Gewinnung von Strom aus fliessendem Wasser zeichnet sich dadurch aus, dass eine mit einer Mehrzahl von im wesentlichen aneinander angeordneten Anströmelementen, mit einer Anzahl dieser Mehrzahl in das fliessende Medium eingetaucht wird und so ein Lasttrum gebildet wird und eine andere Anzahl derselben Mehrzahl oberhalb der Mediumoberfläche gehalten wird und so ein Rück-oder Leertrum gebildet wird und die Anströmelemente über Umlenkorgane umlaufend vor und zurück geleitet werden, wobei an mindestens einem Umlenkorgan Arbeit entnommen wird.

  

[0051]    Das Verfahren kann entsprechend erweitert werden, in dem die Vorrichtung oder mehrere davon zur Beeinflussung und Kontrolle der Strömung des Mediums in einen Kanal gesetzt wird oder werden und so eine kombinierte Vorrichtung zusammen mit dem Kanal bilden.

Claims (28)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischem Strom aus einem fliessenden Medium mit einer Mehrzahl von im wesentlichen in Reihe angeordneten Anströmelementen, von welcher Mehrzahl eine Anzahl, wenn in das fliessende Medium eingetaucht, ein Lasttrum bildet und eine andere Anzahl derselben Mehrzahl dann oberhalb der Mediumoberfläche verlaufend ein Rück- oder Leertrum bildet und über Umlenkorgane vor und zurück geleitet werden, wobei an mindestens einem Umlenkorgan Arbeit entnehmbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung entweder schwimmend verankert oder nichtschwimmend fest verankert im fliessenden Wasser anbringbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die schwimmend verankerbare Vorrichtung Schwimmkörper aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die fest verankerbare Vorrichtung Stützen zur Verankerung am Flussboden aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anströmelemente als Behälter ausgestaltet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anströmelemente einseitig oder beidseitig führbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälter der Anströmelemente mit einem Medium beaufschlagbar sind und im Betrieb als Lasttrum mit dem Medium gefüllt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium Wasser ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter aus flexiblem Material besteht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter aus steifem Material besteht.

11. Verfahren zur Gewinnung von elektrischem Strom aus fliessendem Medium, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit einer Mehrzahl von im wesentlichen aneinander angeordneten Anströmelementen, mit einer Anzahl dieser Mehrzahl in das fliessende Medium eingetaucht wird und so ein Lasttrum gebildet wird und eine andere Anzahl derselben Mehrzahl oberhalb der Mediumoberfläche gehalten wird und so ein Rück- oder Leertrum gebildet wird und die Anströmelemente über Umlenkorgane umlaufend vor und zurück geleitet werden, wobei an mindestens einem Umlenkorgan Arbeit entnommen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Rücktrum zusätzlich vom fliessenden Mediumstrom angetrieben wird.

13. Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischem Strom aus einem fliessende Medium mit einer Mehrzahl von im wesentlichen in Reihe angeordneten Anströmelementen, welche Anströmelemente als zusammenhängende Kette ausgebildet ist und von welcher Mehrzahl eine Anzahl, wenn in das fliessende Medium eingetaucht, ein Lasttrum bildet und eine andere Anzahl derselben Mehrzahl dann oberhalb der Mediumoberfläche verlaufend ein Rück- oder Leertrum bildet und über Umlenkorgane vor und zurück geleitet werden, wobei an mindestens einem Umlenkorgan Arbeit entnehmbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anströmelemente Behälter (6) sind, welche beim Eintauchen in das Medium füllbar sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälter (6) so gestaltet sind, dass sie sich in Reihe der Kette gegenseitig abdichten.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälter so ausgestaltet sind, dass sie als Lasttrum eingetaucht im Medium einen Auftrieb erfahren.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftrieb durch teilweises Füllen mit dem strömenden Medium oder durch Schwimmkörper (54.1) bewirkt wird.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälter (6) zur Verringerung des Eintauchauftriebs im Boden mindestens eine Öffnung aufweisen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorrichtung (1) einen Kanal (20) zugeordnet ist, in welchen die Vorrichtung oder mehrere davon eingesetzt wird oder werden und so eine kombinierte Vorrichtung mit dem Kanal bildet.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass an der Vorrichtung (1) Haltevorrichtungen (18) angeordnet sind und dass der Kanal Mittel (19) aufweist, zur Einstellung von Höhe und Neigung der Vorrichtung (1) im Kanal (20).

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (47, 48, 49, 50,57) vorgesehen sind, um das Rücktrum (Pfeil 8) in Gegenrichtung zum Lasttrum (Pfeil 9) anzutreiben.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Leertrumantriebsrad (47) als ein in die Strömung des Mediums eingetauchtes Wasserrad ausgebildet ist, durch welches über die Verbindungsmittel (48,49,50) die Leertrumführungen (51) antreibbar sind.

23. Behälter zu einer der Vorrichtungen gemäss Anspruch 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (7) aufweisen, mittels denen sie zu einer Kette zusammenfügbar sind.

24. Behälter nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel scharnierartige Verbindungselemente (7) sind, durch welche die Behälter zug-, stoss- und drehbar ausgestaltet sind.

25. Behälter nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter eine Behälterwandöffnung (58) aufweist.

26. Behälter nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter eine die Strömung beeinflussende Kontur (59) innen und/oder aussen aufweist.

27. Behälter nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter Klappen mit Schwimmkörpern (59.1) aufweist. Behälter zur Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass er zusammenklappbar ausgestaltet ist

28. Behälter nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass er im wesentlichen aus zwei Platten (40) besteht, die an einem Ende über ein Verbindungsmittel (7) zug-, stoss- und drehbar verbunden sind, an je zwei Seitenenden mit Seitenklappen (41) verbunden sind, die ihrerseits über je einen Falz (44) zum in den Behälter Einklappen oder aus dem Behälter Ausklappen verbunden sind.