AT403946B

AT403946B - Wasserkraftwerk

Info

Publication number: AT403946B
Application number: AT0222787A
Authority: AT
Original assignee: Norbert Guenter
Priority date: 1987-09-03
Filing date: 1987-09-03
Publication date: 1998-06-25
Also published as: ATA222787A

Description

Die Erfindung betrifft ein Wasserkraftwerk mit einem Auffangbehälter mit einer Bodenplatte und Seitenwänden, wobei wenigstens eine Seitenwand eine um ein Gelenk schwenkbar gelagerte Klappe aufweist, die in Richtung zum Behälterinneren verschwenkbar ist, und wobei der Behälter mit einer Wasserturbine verbunden ist, weiche einen Generator antreibt.

Die gattungsbildende US 3 644 052 A offenbart ein Wasserkraftwerk mit einem Auffangbehälter, dem ein Schaufelrad mit einem Generator zugeordnet 1St. Am Auffangbehälter sind In Richtung zum Behälterinneren verschwenkbar gelagerte Platten angeordnet. Diese Anlage ist im Bereich des Strandes angeordnet und entsprechend der Neigung des Bodens am Strand geneigt. Das Schaufelrad wird von den vom Meer hereinkommenden Wellen überströmt und von ins Meer zurückströmenden Wassermassen unterströmt und auf diese Weise angetrieben.

Eine in der GB 2 196 697 A offenbartes Wasserkraftwerk weist eine Klappe auf, die um eine horizontale Achse schwenkbar gelagert 1St. und die das Antriebselement für eine Pumpe bildet, weiche Wasser in einen mit Druckluft gefüllten Speicherbehälter pumpt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemässes Wasserkraftwerk zur Verfügung zu stellen, dass möglichst einfach aufgebaut und direkt im Wasser angeordnet ist, um von den jeweiligen Gegebenheiten am Festland unabhängig in Meeresgebieten mit hoher ausnutzbarer Wellenengerie angeordnet zu werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass der Auffangbehälter als Speicherbehälter ausgebildet, im Wasser angeordnet und mit dem See- oder Meeresboden verbunden ist und dass die Klappe um ein Gelenk mit einer horizontalen Achse im Bereich der Bodenplatte gelagert ist.

Die Vorteile, die sich beim erfindungsgemässen Wasserkraftwerk gegenüber der Anlage gemäss der US 3 644 052 A und der GB 2 196 697 A ergeben sind, dass das erfindungsgemässe Wasserkraftwerk völlig unabhängig von den jeweiligen Gegebenheiten am Strand angeordnet werden kann, da es direkt im Wasser angeordnet und somit vom Strand entfernt ist, wodurch auch ein Einsatz im Bereich von Steilküsten mit sehr starker Brandung möglich ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Es zeigen die Fig. 1 bis 3 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemässen Wasserkraftwerkes, wobei Fig. 1 eine Draufsicht, Fig. 2 eine Vorderansicht und Fig. 3 eine Seitenansicht des Wasserkraftwerks ist, Fig. 4 bis 6 eine zweite Ausführungsform eines Wasserkraftwerks, das im wesentlichen dem Wasserkraftwerk der Fig. 1 bis 3 entspricht, wobei allerdings ein sogenannter Vorverdichter vorgesehen ist, und die Fig. 7 bis 9 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Wasserkraftwerkes in Drauf-, Vorderund Seitenansicht mit einer Einrichtung zum Steuern des Abflusses des Wassers aus dem Wasserkraftwerk zur Turbine.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Wasserkraftwerk dargestellt, das einen Speicherbehälter mit einer Bodenplatte 4 und zwei keilförmig aufeinander zu laufenden Seltenwänden 5 aufweist. An dem Ende des Speicherbehälters, an dem die Seitenwände 5 näher aneinander enden, ist schematisch eine Wasserturbine 2 und ein elektrischer Generator 1 eingezeichnet.

An der der Wasserturbine 2 und dem elektrischen Generator 1 gegenüberliegenden Seite des Speicherbehälters Ist eine Klappe 8 angeordnet, die um eine in Betriebslage horizontale Achse 13 an der Bodenplatte 8 zum Behälterinneren hin verschwenkbar gelagert ist. Das Schwenken der Klappe 8 nach aussen wird durch Anschlagplatten 10 verhindert, an welchen die Klappe 8 im geschlossenen Zustand von innen anliegt. Der Eckbereich zwischen den Seitenwänden 5 und den Anschlagplatten 10 ist als Hohlraum 7 ausgeführt, der mit Schaumstoff gefüllt ist. Die den Hohlraum 7 zum Behälterinneren abschliessende Dichtungsplatte 7'dient gleichzeitig zum seitlichen Abdichten der Klappe 8.

Unter der Bodenplatte 4 sind Schwimmkörper 14 angebracht, die z. B. aus Schaumstoffplatten mit einer Ummantelung aus Stahlblech oder Kunststoff hergestellt sein können.

Um das erfindungsgemässe Wasserkraftwerk am Meeres- oder Seeboden zu befestigen, sind drei Ankerseil oder-ketten 6 vorgesehen, wobei zwei an den vorderen Ecken (unter der Klappe 8) und eine im Bereich des hinteren Endes (unter der Wasserturbine 2) des Speicherbehälters befestigt sind. Die drei Ankerseile oder Ketten 6 sind an einem Ringdrehhaken 11 befestigt, der wiederum über ein Ankerseil oder eine Ankerkette 12 mit dem Meeresboden verbunden ist.

Im Betrieb überrollen die Wellen die Klappe 8, die dabei zum Behälterinneren hin verschwenkt wird.

Durch Schwimmkörper 9 am oberen freien Rand der Klappe 8 wird sichergestellt, dass sich der obere Rand der Klappe 8 immer in einer vorgegebenen Hohe bezüglich des Wasserspiegels im Speicherbehälter befindet und somit ein Austreten von Wasser aus dem Speicherbehälter verhindert wird.

Durch geeignete Dimensionierung der Schwimmkörper 14 kann die Höhe des Überwassers im Speicherbehälter, d. h. die Höhe des Wasserspiegels, innerhalb des Speicherbehälters gegenüber dem umgebenden Wasserspiegel vorgegeben werden, wodurch auch der Druck im Turbinendruckrohr der Wasserturbine 2 vorgegeben werden kann.

In den Fig. 4 bis 6 ist eine weiterentwickelte Ausführungsform des erfindungsgemässen Wasserkraftwerkes dargestellt, bei der in Strömungsrichtung gesehen vor der Klappe 8 ein sogenannter Vorverdichter angeordnet ist.

Dieser besteht aus über die Klappe 8 hinaus verlängerten Seitenwänden 18 und einer ebensolchen Verlängerung 16 der Bodenplatte 4. Die Verlängerung 16 kann dabei im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die Bodenplatte 4 liegen, oder gegenüber dieser etwas nach unten abgewinkelt sein.

Durch diesen Vorverdichter werden auch Wassermassen der Wellen eingefangen, die sonst am Wasserkraftwerk vorbeiströmen bzw. an die Anschlagplatten 10 anschlagen und somit die gesamte Konstruktion nur unnötig mechanisch belasten würden. Durch den Vorverdichter können daher sowohl grössere Wassermassen zur Energiegewinnung genutzt werden, als auch diese durch eine Verringerung des Querschnittes beim Einlaufen beschleunigt werden, wodurch sich bei im Vergleich zur Ausführungsform gemäss Fig. 1 bis 3 gleicher Wellenhöhe eine grössere Überwasserhöhe im Speicherbehälter erzielen lässt.

Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 4 bis 6 sind an der Aussenseite der Klappe 8, d. h. an der den einlaufenden Wellen zugekehrten Seite, Leitplatten 15 befestigt, die einerseits verhindern, dass die Klappe 8 nach aussen klappt, und anderseits ein kontrolliertes Einströmen des Wassers in den Speicherbehälter möglichst ohne Wirbelbildungen und Druckverluste ermöglichen.

Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 4 bis 6 befinden sich ausser den Schwimmkörpern 14 an den Aussenseiten der Seitenwände 5 an den oberen Rändern noch Zusatzschwimmkörper 3. Durch diese Zusatzschwimmkörper 3 ist es möglich, die Höhe des Überwassers im Speicherbehälter zu erhöhen, wenn sich der Speicherbehälter so weit abgesenkt hat, dass die Zusatzschwimmkörper 3 den Wasserspiegel berühren. Dadurch Ist eine Erhöhung des Druckes im Druckwasserrohr der Wasserturbine 2 und somit eine Leistungssteigerung möglich.

Die in den Fig. 7 bis 9 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Wasserkraftwerkes unterscheidet sich von der in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Ausführungsform einerseits durch eine rechteckige und nicht trapezförmige Grundfläche und anderseits durch die Anordnung der Wasserturbine 17a und des Generators 17 unter dem Boden 4 des Speicherbehälters. Die Wasserturbine 17a und der elektrische Generator 17 sind in einem Turbinendruckrohr 21 angeordnet, das an der Bodenplatte 4 anschliesst und über eine Sperrscheibe 22 gegenüber dem Speicherbehälter verschliessbar ist, wobei durch Sperrscheibendichtungen 24 die Dichtheit gewährleistet ist.

Die Sperrscheibe 22 ist über eine Z-förmige Steuerstange 27 mit einer Kolbenstange 29 eines Druckzylinders 37 für die hydraulische Steuerung des Öffnens bzw. Schliessens der Sperrscheibe 22 verbunden. Der Druckzylinder 37 ist über ein Schwenklager 32 am Boden 4 befestigt und schliesst die Klappe 22, wenn ein minimaler Überwasserspiegel im Speicherbehälter unterschritten bzw. ein maximaler Überwasserspiegel im Speicherbehälter überschritten wird.

Das in den Fig. 7 bis 9 dargestellte Wasserkraftwerk ist analog dem in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Wasserkraftwerk mit einem Vorverdichter ausgeführt, kann aber, wie die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Ausführungsform auch ohne Vorverdichter ausgeführt sein.

Durch die erwähnte Steuerung der Sperrscheibe kann das Wasserkraftwerk auch bei niedrigerem Wellengang betrieben werden, da die Turbine und der Generator nur dann in Betrieb genommen werden, wenn ein vorgegebener, maximaler Überwasserspiegel überschritten wird, bzw. das Wasserkraftwerk abgeschaltet wird, wenn ein minimaler Überwasserspiegel unterschritten wird. Um diese Steuerung durchzuführen, ist einerseits ein Einströmventil 34 vorgesehen, durch das bewirkt wird, dass ab einem bestimmten Überwasserspiegel die hydraulische Sperrscheibe 22 geöffnet wird und anderseits ein Ausströmventil 35, durch dessen Vermittlung die Sperrscheibe 22 geschlossen wird, wenn der minimale Überwasserspiegel unterschritten wird.

Das erfindungsgemässe Wasserkraftwerk muss nicht wie bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen über Ankerseil oder Ketten 6, 12 mit dem Meeresgrund oder Seegrund verbunden sein, sondern bei geringeren Wassertiefen kann dieses ähnlich einem Aufzug auch über eine, zwei oder mehrere Schienen vertikal geführt mit dem Boden verbunden sein. Ausführungsformen mit mehr als einer Schiene, bei denen sich der Speicherbehälter nicht mehr drehen kann, können z. B. in solchen (Meeres-) Gebieten installiert sein, in denen die Wellen vorwiegend immer aus einer Richtung kommen. Allerdings kann bei solchen schienengeführten Speicherbehältern auch eine zweite Klappe zweckmässig sein, die eine zweite Seitenwand ganz oder teilweise ersetzt, um auch Wellen aus einer zweiten Richtung in den Speicherbehälter einleiten zu können.

Bel z. B. zwei im rechten Winkel zueinander befindlichen, gleich hohen Klappen 8 müsste eine der Klappen 8 mindestens um das Mass ihrer eigenen Höhe in ihrer Länge an dem Ende, das der anderen Klappe 8 benachbart ist, kürzer bzw. von letzterer beabstandet sein.

Bei zwei gegenüberliegenden Klappen 8 könnten die Seitenwände 5 zugleich auch die seitlichen Dichtungsplatten 7'sein.

Bei einer vertikalen Führung mit nur einer einzigen Schiene kann der Speicherbehälter um diese Schiene drehbar gelagert sein, so dass nur eine einzige Klappe erforderlich ist. Ein am Boden des Speicherbehälters befestigtes Rohr, in dem diese Schiene geführt ist, dürfte dann allerdings nicht in der Mitte der Bodenplatte 4 angeordnet sein, sondern müsste aussermittig näher der Klappe 8 angeordnet sein, damit sich der Speicherbehälter bedingt durch die aufprallenden Wellen immer mit der Klappe 8 gegen die Bewegungsrichtung der Wellen ausrichtet.

Bei Speicherbehältern mit nicht trapezförmigem, sondern quadratischem oder rechteckigem Grundriss ist von Vorteil, wenn im Speicherbehälter Beruhigungsgitter angeordnet sind, die bevorzugt parallel zur Klappe 8 ausgerichtet sind.

Claims

Patentansprüche 1. Wasserkraftwerk mit einem Auffangbehälter mit einer Bodenplatte (4) und Seitenwänden (5), wobei wenigstens eine Seitenwand (5) eine um ein Gelenk (13) schwenkbar gelagerte Klappe (8) aufweist, die in Richtung zum Behälterinneren verschwenkbar ist, und wobei der Behälter mit einer Wasserturbine verbunden ist, welche einen Generator antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Auffangbehälter als Speicherbehälter ausgebildet, im Wasser angeordnet und mit dem See- oder Meeresboden verbunden ist und dass die Klappe (8) um ein Gelenk (13) mit einer horizontalen Achse im Bereich der Bodenplatte (4) gelagert ist.
2. Wasserkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter im Bereich seiner Bodenplatte (4) Schwimmkörper (14) aufweist.
3. Wasserkraftwerk, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter im Bereich des oberen Randes der Aussenseite der Seitenwände (5) Zusatzschwimmkörper (3) aufweist.
4. Wasserkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Klappe (8) am dem Gelenk (13) gegenüberliegenden, oberen Rand Schwimmkörper (9) vorgesehen sind.
5. Wasserkraftwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmkör- per (3, 9, 14) aus geschäumtem Kunststoff bestehen, der vorzugsweise mit Aluminiumplatten umman- telt ist.
6. Wasserkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Turbinen- druckrohr (21) der Wasserturbine (17a) an der Bodenplatte (4) angeschlossen ist.
7. Wasserkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserturbf- ne (2) unmittelbar an einer Seitenwand (5) angeschlossen ist.
8. Wasserkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zu beiden Seiten der Klappe (8) in einer Ebene normal zur Achse des Gelenkes (13) Dichtungsplatten (7') vorgesehen sind.
9. Wasserkraftwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsplatten (7') mit den Seitenwänden (5) einen Hohlraum (7) einschliessen, der mit geschäumtem Kunststoff gefüllt ist.
10. Wasserkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass, wie an sich bekannt, die Bodenplatte (4) im Bereich vor der Klappe (8) eine Verlängerung (16) aufweist, dass die Seitenwände (5) im Bereich vor der Klappe (8) Verlängerungen (18) aufweisen, weiche mit der Verlängerung (16) der Bodenplatte (4) fest verbunden sind, und dass der Abstand zwischen den Verlängerungen (18) der Seitenwände (5) in Richtung von der Klappe (8) weg zunimmt. <Desc/Clms Page number 4>
11. Wasserkraftwerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerung (16) der Boden- platte (4) gegenüber der Ebene der Bodenplatte (4) vom Gelenk (13) der Klappe (8) weg im Winkel nach unten geneigt ist.
12. Wasserkraftwerk nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (8) an der dem Innenraum des Speicherbehälters gegenüberliegenden Seite Leitplatten (15) aufweist, welche sich im geschlossenen Zustand der Klappe (8) etwa vertikal erstrecken und sich auf der Verlängerung (16) der Bodenplatte (4) abstützen.
13. Wasserkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Spe ! cherbe- hälter über ein vorzugsweise selbstschwimmendes Seil (6,12) oder eine selbstschwimmende Ankerket- te (6,12) über ein drehbares Gelenk (11) oder über Stützen fest mit dem Meeresboden verbunden ist.
14. Wasserkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Spe ! cherbe- hälter über eine Führung mit wenigstens einer vertikal ausgerichteten Führungsschiene verbunden ist, welche am Meeresboden befestigt ist, und dass an der Bodenplatte (4) des Speicherbehälters ein Führungsrohr befestigt 1St. durch welches die Führungsschiene geführt ist.
15. Wasserkraftwerk nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Führung etwa in der Mitte der Bodenplatte (4) befindet.
16. Wasserkraftwerk nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass an mehreren Seitenwän- den (5) Klappen (8) vorgesehen sind.
17. Wasserkraftwerk nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass an zwei benachbarten Seitenwän- den (5) oder an zwei einander gegenüberliegenden Seitenwänden (5) des Speicherbehälters Klappen (8) vorgesehen sind.
18. Wasserkraftwerk nach nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der Wasserturbine (16a) in Verbindung stehende Turbinendruckrohr (21) durch eine drehbar gelagerte Sperrscheibe (22) am Boden (4) des Speicherbehälters verschliessbar ist, welche über einen Hydraulik- zylinder (29,37) betätigbar ist.