DE102004020802A1

DE102004020802A1 - Anordnung mit einer vom strömenden Wasser rotierend antreibbaren Einrichtung

Info

Publication number: DE102004020802A1
Application number: DE102004020802A
Authority: DE
Inventors: Erich Kumpf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-04-16
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2005-10-27
Also published as: WO2005100779A1

Abstract

Eine in strömende Binnengewässer oder Meeresgewässer einbringbare und dort festlegbare Anordnung (10) ist mit einer vom strömenden Wasser rotierend antreibbaren Einrichtung (11) versehen, die ein umlaufend gehaltenes endloses Förderband (12) aufweist, das bewegliche Anströmelemente (17) besitzt, die sich am in Strömungsrichtung laufenden Förderbandturm (15) öffnen und am gegen die Strömungsrichtung laufenden Förderbandtrum (16) schließen. Eine derartige Anordnung ist zur Umwandlung der Energie des strömenden Wassers in mechanische oder elektrische Energie an einer Vielzahl von Orten an Binnengewässern oder Meeresgewässern und bei der Beseitigung von Gewässerverschmutzungen einschließlich Ölverschmutzungen sowie bei der Umlenkung von Küstengebiete gefährdenden Meeresströmungen einsetzbar.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine in strömende Binnengewässer oder Meeresgewässer einbringbare und dort festlegbare Anordnung mit einer vom strömenden Wasser rotierend antreibbaren Einrichtung.

In Binnengewässern sind derartige Anordnungen beispielsweise als Turbinenräder bekannt, die der Umwandlung der Strömungsenergie in entweder mechanische Energie oder elektrische Energie dienen. In Meeresgewässern sind derartige Anordnungen in Form von Gezeiten-Kraftwerken oder in Form von unter der Meeresoberfläche angeordneten Propellerflügeln, vergleichbar mit Windanlagen, bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer derartigen Anordnung die vom strömenden Wasser rotierend antreibbare Einrichtung in der Weise auszugestalten, dass sie nicht nur zur Energieumwandlung, sondern auch für weitere Anwendungen in Binnen- und Meeresgewässern einsetzbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer derartigen Anordnung die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist nicht nur eine Anordnung erreicht, die zur Umwandlung der Einergie des strömenden Wassers in mechanische oder elektrische Energie in wesentlich vielfältigerer und einfacherer Weise an einer Vielzahl von Orten an Binnengewässern oder Meeresgewässern einsetzbar ist, sondern auch solche Anordnungen, die bei der Beseitigung von Gewässerverschmutzungen einschl. Ölverschmutzungen sowie bei der Umlenkung von beispielsweise Küstengebiete gefährdende schädliche Meeresströmungen einsetzbar ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Förderelementes ergeben sich aus den Merkmalen des Anspruchs 2 bzw. 3.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anströmelemente an der Förderkette oder am Förderseil bzw. am Förderband ergeben sich aus den Merkmalen des Anspruchs 4 bzw. 5, wonach jeweils eine einfach herzustellende konstruktive Ausgestaltung der beweglichen Anströmelemente erreicht ist. Die Flügel werden in Anströmrichtung aufgestellt und die flexiblen Taschen werden in Anströmrichtung gefüllt und bilden jeweils die Antriebselemente, während sie sich entgegen der Anströmrichtung anlegen bzw. flach falten und so einen äußerst geringen Widerstand gegen die Strömung bilden. Eine Optimierung hierzu ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 6.

In vorteilhafter Weise sind die Merkmale nach Anspruch 3 vorgesehen, wobei der Abstand der Walzen und deren Längen nahezu beliebig sein können.

Sind die Merkmale nach Anspruch 8 und/oder 9 vorgesehen, ist die Anordnung bzw. deren Einrichtung für alle vorgenannten Anwendungen einsetzbar.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Merkmale nach Anspruch 10 und/oder 11 vorgesehen, was bedeutet, dass eine sehr einfache Möglichkeit für den Einsatz als Anordnung zur Energieumwandlung gegeben ist. Dies deshalb, weil das Einbringen und Halten einer derartigen Anordnung in horizontaler Position wesentlich weniger aufwendig ist, als dies bei vertikaler Positionierung der Fall ist.

Sind die Merkmale nach Anspruch 12 vorgesehen, kann die Einrichtung entsprechend einer sich ändernden Strömungsrichtung durch Verschwenken nachfolgen und sich in die jeweilige Richtung stellen, was beim Einsatz in Gebieten von Vorteil ist, in denen sich die Richtung der Strömung mit den Gezeiten ändert.

Weitere Ausgestaltungen zur Energiewandlung ergeben sich nach den Merkmalen des Anspruchs 13 und/oder 14. Gegenüber den sog. Ölsperren, die in Binnengewässer einbringbare statische Anordnungen sind, ist mit den Merkmalen nach Anspruch 15 und ggf. dem Anspruch 16 und/oder 17 und/oder 18 ein einfaches Abnehmen bzw. Abschöpfen der oberflächigen Gewässerverschmutzung erreicht. Dies kann sowohl in Binnengewässern als auch auf dem offenen Meer in einfacher Weise durchgeführt werden.

Mit den Merkmalen nach Anspruch 19 und/oder 20 ist ein teilweises Umlenken von Strömungen zu erreichen, was beispielsweise für gefährdete Küstenregionen insbesondere auch bei schweren Stürmen von Vorteil ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung hinsichtlich aller vorgenannter Anwendungen ergibt sich durch die Merkmale nach Anspruch 21, so dass eine flächenmäßige Anwendung sowohl in der Breite als auch in der Tiefe erreicht ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert ist.
Es zeigen:
1A und 1B in Draufsicht bzw. Seitenansicht eine rotierend antreibbare Einrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2A, 2B und 2C eine Draufsicht, eine Seitenansicht bzw. einen Querschnitt einer rotierend antreibbaren Einrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 in schematischer Darstellung mehrere in einem Fluss vorgesehene Anordnungen unter Verwendung einer Variante zur in 1 dargestellten Einrichtung zur Energieumwandlung.
4 eine zur Beseitigung von Gewässerverschmutzungen in einem Fluss vorgesehene Anordnung unter Verwendung einer Einrichtung nach 2,
5 eine der 4 entsprechende Darstellung, jedoch zur Beseitigung von Verschmutzungen auf dem Meer und unter Verwendung von zwei gegengerichteten Anordnungen, und
6 in schematischer Darstellung eine Vielzahl von in einer Küstenregion vorgesehenen Anordnungen zur Umlenkung von Meeresströmungen unter Verwendung einer Einrichtung nach 2.
Die in den 1 und 2 konstruktiv dargestellten Anordnungen 10 bzw. 110 dienen, wie sich aus den 3 bis 6 ergibt, dazu, in strömende Binnengewässer oder Meeresgewässer eingebracht und dort statisch oder bewegbar festgelegt zu werden, so dass ihre entsprechend ausgestaltete Einrichtung 11 bzw. 111 aufgrund der herrschenden Strömung rotierend angetrieben wird, um so entweder Strömungsenergie umzuwandeln oder Wasseroberflächenverschmutzungen zu einem Sammelabsaugbereich zu leiten oder Strömungen abzulenken bzw. umzuleiten.
Die Einrichtung 11 der Anordnung 10 nach den 1A und 1B besitzt als Förderelement ein Förderband 12, das beispielsweise aus einem zugfesten Kunststoffgewebe oder einem anderen geeigneten Material ist und das um zwei im Abstand angeordnete Walzen 13, 14 umgelenkt und zu einem Endlosband verbunden ist. Die Walzen 13 und 14 sind in nicht im einzelnen dargestellter Weise über eine ortsfeste Achse oder auf einer ortsfest gehaltene Welle drehbar gelagert. Der Abstand der Walzen 13 und 14 und damit die Länge der einzelnen Trums 15, 16 des Förderbands 12 sowie die Breite des Förderbands 12 können nahezu beliebig gestaltet sein.
Das Förderband 12 besitzt an seiner Außenseite Taschen 17, die derart flexibel sind, dass sie sich entweder aufstellen oder auf das Förderband 12 einfalten können. Die Taschen 17 sind in aufgefaltetem Zustand im Längsschnitt beispielsweise dreieckförmig, d.h. sie sind an ihrem einen querverlaufenden Ende 19 in Querrichtung am Förderband 12 befestigt und besitzen an ihrem demgegenüber abgewandten Querende eine Öffnung 18. Die in Längsrichtung verlaufenden Seiten 21, 22 der Taschen 17 können geschlossen oder offen sein. Die Taschen 17 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel in gleichmäßigem Abstand hintereinander und rundum längs des Förderbandes 12 und an diesem befestigt. Es versteht sich, dass es auch möglich ist, bei breiteren Förderbändern 12 mehrere umlaufende Reihen von Taschen 17 vorzusehen, wobei diese Taschenreihen entweder in Querrichtung miteinander fluchtend oder gegeneinander versetzt sein können. Auch können mehrere Förderbänder nebeneinander mit oder ohne Abstand vorgesehen sein.
Wird eine derartige Einrichtung 11 horizontal, d.h. mit der Fläche des Förderbandes 12 parallel zur Wasseroberfläche in ein Gewässer gelegt, das in Richtung des Pfeiles A strömt, wird die Einrichtung 11 in Richtung des Pfeiles B umlaufend angetrieben. Voraussetzung hierfür ist, dass die Einrichtung 11 in dem Gewässer festgelegt ist. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass die in Strömungsrichtung A vordere Walze 14 ortsfest gehalten ist, so dass das Förderband 12 sich in Strömungsrichtung A erstreckt. Die Einrichtung 11 ist so ausgebildet, dass sie in dem Gewässer schwimmt, bzw. floatet derart, dass der obere Trum 15 knapp unter Wasseroberfläche sich befindet. Die Taschen 17 sind gegen die Strömungsrichtung A hin auffaltbar bzw. öffnenbar.
Auf diese Weise wird die Wasserströmung die Taschen 17 öffnen und, da die Taschen als Anströmelemente dienen, den Trum 15 in Richtung des Pfeiles A bewegen. Nach der Umlenkung an der Walze 13 werden sich am Rücktrum 16, der sich entgegen der Strömungsrichtung A bewegt, die Taschen leeren und an das Förderband 12 dicht anlegen, so dass der Rücktrum 16 sich ohne wesentlichen Strömungswiderstand zurückbewegt.
Diese umlaufende Bewegung B des Förderbandes 12 wird zur Energieumwandlung in der Weise genutzt, dass mindestens eine der Walzen 13, 14 der Anordnung 10 entweder mit einer mechanische Arbeit verrichtenden Vorrichtung oder mit einem elektrische Energie erzeugenden Generator in nicht dargestellter Weise verbunden wird.
Die in den Teilfiguren 2 dargestellte Anordnung 110 ist mit einer Einrichtung 111 versehen, die in ähnlicher Weise wie die Einrichtung 11 ausgestaltet ist. Hierbei ist als Förderelement ebenfalls ein Förderband 112 vorgesehen, das mit in Längsrichtung verlaufenden Zugbändern 126, 127 und 128 derart vernäht ist, dass das Förderband 112 eine Mäanderform bzw. eine Zickzackform besitzt. Diese Mäander- bzw. Zickzackform schafft von der Außenseite des Förderbands 112 her zugängige Taschen 117, die querrandseitig offen sind. Auch dieses Förderband 112 ist über beabstandete Walzen 113 und 114 umgelenkt. Darüber hinaus ist das Förderband 112 gemäß 2C an ihrer einen Längsseite mit einer Senkbleileine 129 versehen und an ihrer anderen Längsseite bzw. einem Bereich zwischen Längsseite und Mitte mit einem oder mehreren Auftriebselementen 131 versehen. Auf diese Weise ist es möglich, eine derartige Einrichtung 111 in vertikaler Position in ein Gewässer zu stellen, wobei beide Walzen 113 in dieser Position gehalten sind.
Wird die Einrichtung 111 in der in 2 angedeuteten Lage zur Strömungsrichtung A' in ein Gewässer gestellt, wird das Förderband 112 durch Eingriff der Strömung in die Taschen 117 in Richtung des Pfeiles B' umlaufende angetrieben, wobei sich am inneren Trum 116 entgegen der Strömungsrichtung A' die Mäander- bzw. Zickzackform und damit die Taschen 117 einfalten.
Die Einrichtung 111 ist dabei vorzugsweise derart in das Gewässer senkrecht gestellt, dass sie eine spitzwinklige Position zur Strömungsrichtung A' einnimmt. Dies bedeutet, dass beide Umlenkwalzen 113, 114 festgehalten werden müssen. Auch diese Anordnung 110 bzw. deren Einrichtung 111 kann zur Energieumwandlung, beispielsweise zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt werden.
Ein Beispiel einer Umwandlung von Strömungsenergie im Gewässer in elektrische Energie ist in 3 dargestellt, in der bei einer Anordnung 110' das Förderband 112' über drei etwa in einem Dreieck angeordnete Walzen 113', 114' und 114'' umläuft. Dabei erstreckt sich der Trum 115' des Förderbandes 112' zwischen den Walzen 113' und 114' etwa in Richtung der Strömung A'', während die Walze 114'' nahe der Walze 114' derart angeordnet ist, dass sich ein Trum 116' des Förderbandes 112' ergibt, der gegenüber der Strömungsrichtung A' spitzwinklig geneigt und damit der Antriebstrum zum Umlauf in Richtung B'' ist. Auf diese Weise können in einem Binnengewässer ohne Behinderung der Schifffahrt eine oder mehrerer solcher Anordnungen 110' uferseitig plaziert werden.
Wird die Anordnung 10, 110, 110' nur an einem Umlenkende der Einrichtung 11, 111, 111' ortsfest und schwenkbar gehalten, so kann sie sich in Strömungsrichtung ausrichten, so dass sie für den Einsatz in Gezeiten-Kraftwerken geeignet ist.
Gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Förderelement als ein oder mehrere parallele Förderketten oder -seile, die um entsprechende Rollen oder dergleichen umlaufen, ausgebildet. Die Anströmelemente sind dabei Flügel, die an dem oder den Förderketten, -seilen oder dergleichen aufstellbar und anlegbar gehalten sind, wobei ihr Aufstellwinkel in geeigneter Weise begrenzt wird.
Die 4 und 5 zeigen die Anwendung der Anordnung 110 bzw. Einrichtung 111 nach den Teilfiguren 2 zur Verwendung bei der Beseitigung von Gewässerverschmutzungen, beispielsweise Ölverschmutzungen, nach einer Tankerhavarie.
Bei der Anordnung 110 gemäß 4 befindet sich die Einrichtung 111 in einem spitzen Winkel zur Strömungsrichtung A und quert beispielsweise den Fluss in dieser schrägen Ausrichtung. Im Bereich der in Strömungsrichtung A hinteren Walze 114 ist eine Absauganlage 136 vorgesehen, die einen Trichter 137 aufweist, der zumindest wasseroberflächenseitig die Umlenkwalze 114 umgibt. Der Trichter 137 ist mit einem Absaugschlauch 138 verbunden, der zu einer nicht dargestellten Pumpe führt.
Durch die Positionierung der Anordnung 110 schräg zur Strömungsrichtung A wird die Einrichtung 111 in Richtung des Pfeiles B umlaufend bewegt, wodurch das verschmutzte Oberflächenwasser bis zu einer bestimmten Tiefe aus der Strömungsrichtung A in die Richtung B umgelenkt und in den Trichter 37 der Absauganlage 36 geleitet wird. Da dies nicht als staatische Sperre sondern mit Hilfe einer Umlenkbewegung erfolgt, gelangt ein nur geringer Anteil verschmutzten Wassers unter die Einrichtung 111 und an dieser vorbei.
5 ist eine Variante der Beseitigung von Gewässerverschmutzungen derart, dass zwei Anordnung 110 und 110', die identisch sind, gegeneinander bzw. spiegelbildlich angeordnet sind. Mit anderen Worten, die beiden Einrichtungen 111 und 111' sind gegeneinander und jeweils spitzwinklig zur Strömungsrichtung A' gerichtet derart, dass sie in Richtung B bzw. B' umlaufen und das verschmutzte Oberflächenwasser Trichterartig zur Absauganlage 136' bzw. deren Trichter 137' führen, aus welchem der Absaugschlauch 138' führt.
Bei dieser Darstellung ist angedeutet, dass die der Absauganlage 136' abgewandten Enden (Walzen 113, 113') von Schiffen 139, 139'' in Position gehalten sind. Es versteht sich, dass die Schiffe 139, 139' auch dazu vorgesehen sein können, längs der Meereswasseroberfläche gegen die Strömung bewegt zu werden. Der Absaugschlauch 138' kann auch von einem Begleitschiff aufgenommen werden.
6 zeigt die Anwendung der Anordnung 110 zur Umlenkung bzw. Ablenkung von Meeresströmen vor einer gefährdeten Küste 141. Hierbei sind eine Vielzahl von Anordnungen 110 unter verschiedenen spitzen Winkeln zur Strömungsrichtung A positioniert, um das Auftreffen der Strömung auf die Küste 141 zu mildern, und damit Ab- bzw. Ausspülungen zu minimieren.
Gemäß 6 sind mehrere Anordnungen 110 in Reihe hintereinander und mehrere Reihen solcher Anordnungen 110 im Abstand parallel zueinander angeordnet.
Wenn auch bei den Anwendungsbeispielen der 4 bis 6 die Ausgestaltung der Einrichtung 111 nach den Teilfiguren 2 dargestellt ist, versteht es sich, dass hierfür auch die Einrichtung 11 nach den Teilfiguren 1 Verwendung finden kann.

Claims

In strömende Binnengewässer oder Meeresgewässer einbringbare und dort festlegbare Anordnung (10, 110) mit einer vom strömenden Wasser rotierend antreibbaren Einrichtung (11, 111), dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (11, 111) ein umlaufend gehaltenes endloses Förderelement (12, 112) aufweist, das bewegliche Anströmelemente (17, 117) besitzt, die sich am in Strömungsrichtung laufenden Förderelementtrum (15, 115) öffnen bzw. aufstellen und am gegen die Strömungsrichtung laufenden Förderelementtrum (16, 116) schließen bzw. anlegen.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement (12, 112) durch mindestens ein, vorzugsweise durch zwei oder mehrere im Abstand gehaltene Förderketten, -seile oder dergleichen gebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement (12, 112) durch mindestens ein Förderband gebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegbaren Anströmelemente (17, 117) durch an der oder den Förderketten, -seilen oder dergleichen angelenkte Flügel gebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegbaren Anströmelemente durch flexible Taschen (17) am Förderband (12) oder durch eine flexible Taschen (117) bildende Mäander- bzw. Zickzackform des Förderbandes (112) gebildet sind.
Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufstellwinkel der Anströmelemente gegenüber dem Förderelement begrenzt ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement (12, 112) um mindestens zwei beabstandete Walzen (13, 14; 113, 114) umläuft.
Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (11, 111) in vertikal stehender Position des Förderelementes (12, 112) in Strömungsrichtung oder in einem spitzen Winkel zur Strömungsrichtung des Gewässers angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement (12, 112) vollständig untergetaucht oder mit einem Teilbereich aus der Wasseroberfläche hervorragend gehalten ist.
Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (11, 111) in horizontal liegender Position des Förderelementes (12, 112) in Strömungsrichtung des Gewässers angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement (12, 112) im Bereich der Oberfläche oder in einigem Abstand unter der Wasseroberfläche gehalten ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das um mindestens zwei beabstandete Walzen (13, 14; 113, 114) umlaufende Förderelement (12, 112) im Bereich einer der und um eine der Walzen hin und herbewegbar gehalten ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen elektrischen Generator aufweist, dessen Antriebswelle mit einer der rotierenden Walzen (13, 14; 113, 114) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung mit in Form eines Dreiecks angeordneten Walzen (113, 114) versehen ist.
Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der stromabwärtigen Umlenkung der winklig zur Strömungsrichtung angeordneten Einrichtung (11, 111) eine Absauganlage (136) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Absauganlage (136) einen Absaugtrichter (137) aufweist, der die stromabwärtige Umlenkung der Einrichtung (11, 111) zumindest im Bereich der Gewässeroberfläche umgibt.
Anordnung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Einrichtungen (11, 111) spitzwinklig zueinander und einander gegengerichtet angeordnet sind und in die selbe Ansauganlage (136) münden.
Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Absauganlage (136) an einem Schiff vorgesehen oder mit einem Schiff verbunden ist.
Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Einrichtungen (11, 111) in Strömungsrichtung als Reihe hintereinander und unter verschiedenen Winkeln zur Strömungsrichtung angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Reihen von Einrichtungen (11, 111) parallel zueinander angeordnet sind.
Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Einrichtung (11, 111) hintereinander und/oder nebeneinander und/oder untereinander vorgesehen sind.