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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige Vorrichtung zur Energiegewinnung.
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Aufgrund
immer knapper werdender Energieressourcen, insbesondere fossiler
Brennstoffe, wie beispielsweise Erdöl und Erdgas, werden alternative
Energiegewinnungsmethoden immer wichtiger. Die bisher bekannten
alternativen Energiegewinnungsmethoden haben jedoch diverse Nachteile.
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Die
derzeit wichtigste alternative Energiequelle ist die Atomkraft.
Diese Energiegewinnungsmethode ist allerdings bekanntermaßen mit
Gefahren verbunden, weshalb ein Ausstieg aus der Kernenergie in
Deutschland bereits vorgesehen ist.
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Geringe
Mengen des Energiebedarfs werden durch Windkraftwerke gedeckt. Diese
Kraftwerke haben jedoch den Nachteil, dass sie auf Wind angewiesen
sind. Bei Windstille kann deshalb keine Energie gewonnen werden.
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Ferner
sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen zur Gewinnung von elektrischer
Energie aus potentieller Energie bekannt. Insbesondere bei der Nutzung
von Wasserkraft wird Energie aus dem natürlichen Kreislauf der Verdampfung
und des Aufsteigens von Wasser, der Kondensation mit anschließendem Niederschlag
und der daraus resultierenden Erhöhung potentieller Energie des
Wassers genutzt. Die derartig gewonnene potentielle Energie resultiert mittelbar
aus der Sonnenenergie, mit deren Hilfe das Wasser verdampft und
durch die Thermik nach oben transportiert wird. Nachteilig an einer
derartigen mittelbaren Nutzung der Sonnenenergie sind vor allem die
notwendigen geographischen und geologischen Vorraussetzungen sowie
der enorme Flächenverbrauch
durch die benötigten
Wasserspeicher.
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Ferner
existiert die direkte Nutzung der Sonnenenergie beispielsweise durch
Photovoltaikanlagen (Solarzellen) oder Sonnenkollektoren. Nachteilig an
dieser Nutzungsform ist vor allem die Abhängigkeit von einer möglichst
hohen Sonnenscheindauer, wodurch diese Form der Nutzung der Sonnenenergie nur
in entsprechend geeigneten Klimazonen sinnvoll ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur Energiegewinnung zur Verfügung
zu stellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Ferner wird die genannte Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen
des Anspruchs 13 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Energiegewinnung ist völlig
gefahrlos und unabhängig von äußeren Bedingungen,
wie beispielsweise Wind. Zudem ist die Energiegewinnungsmethode
mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung
absolut umweltfreundlich. Energie wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
im Wesentlichen durch die im Wesentlichen vertikalen Bewegungen
eines Bewegungselements gewonnen, indem die Bewegungsenergie des mindestens
einen Bewegungsele ments über
ein Energiewandlungselement in nutzbare Energie, insbesondere elektrische
Energie, umgewandelt wird.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung treibt
das mindestens eine Bewegungselement in der Regel eine Welle an,
die wiederum vorzugsweise einen Generator oder Verbraucher antreibt.
Vorzugsweise wird die Welle durch ein Seil, welches mit dem Bewegungselement
verbunden ist, angetrieben.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
weist diese zwei, über
ein Verbindungsmittel, vorzugsweise über ein Seil miteinander verbundene
Bewegungselemente auf, welche im Medium durch Dichte- bzw. Masseänderung
abwechselnd aufsteigen bzw. absinken und zwar derart, dass das eine
Bewegungselement aufsteigt wenn das andere absinkt und umgekehrt,
wobei durch die entgegengesetzt gerichteten Bewegungen vorzugsweise
eine Welle über
das Verbindungsmittel angetrieben wird. Bei dieser bevorzugten Variante
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
kommt es durch das Zusammenspiel von zwei Bewegungselementen zu
einer besonders günstigen
Energieausbeute. Die entgegengesetzt gerichteten Kräfte (Auftrieb
bzw. Abtrieb) potenzieren sich gegenseitig, indem sie über das
Verbindungsmittel auch auf das jeweils andere Bewegungselement übertragen
werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bewegt sich das mindestens eine Bewegungselement größtenteils
in einer Flüssigkeit,
vorzugsweise in Wasser. Eine Dichtezunahme bzw. -abnahme des Bewegungselements erfolgt
mit Vorteil durch Wasseraufnahme bzw. Luftaufnahme (Wasserabgabe).
Mit Vorteil ist das Wasser über
eine Regelvorrichtung, vorzugsweise ein Ventil, insbesondere Magnetventil,
mit ausreichender Öffnung
in das mindestens eine Bewegungselement einlassbar, wobei vorzugsweise
ein zweites Ventil vorhanden ist, über das bei Wassereinlass im
Bewegungselement vorhandene Luft entweichen kann. Mit Vorteil ist
an dem mindestens einen Bewegungselement ein Pressluftbehälter vorgesehen,
durch welchen Luft zur Dichteerniedrigung in das Bewegungselement,
vorzugsweise über
ein Ventil einblasbar ist. Durch die genannte bevorzugte Ausführungsform, bei
der eine Dichteänderung
des mindestens einen Bewegungselements durch Aufnahme bzw. Abgabe von
Wasser erfolgt, kann Energie auf einfache Art und Weise, völlig gefahrlos
und absolut umweltfreundlich gewonnen werden. In der Regel ist das Fluten
bzw. Anblasen des mindestens einen Bewegungselements steuerbar,
vorzugsweise fernsteuerbar. Mit Vorteil erfolgt das Fluten bzw.
Anblasen des mindestens einen Bewegungselements automatisch, sodass
keine Bedienung durch eine Bedienperson von Nöten ist. Mit Vorteil bewegt
sich das mindestens eine Bewegungselement in einem natürlichen
Gewässer,
insbesondere einem See oder Meer. Je tiefer das Gewässer ist
und je größer die
Strecken sind, die das mindestens eine Bewegungselement beim Absinken
bzw. Auftauchen zurücklegt,
desto mehr Energie kann pro Bewegungseinheit gewonnen werden. In
der Regel ist das mindestens eine Bewegungselement aus Metall oder
Beton, insbesondere in Kugelform gefertigt.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Energiegewinnung bewegen sich die Bewegungselemente in der Luft
und sind als Ballone ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform
erfolgt eine Dichtezunahme in der Regel durch Gasabgabe, insbesondere
Luftabgabe, und eine Dichteabnahme durch Gas- bzw. Luftaufnahme,
vorzugsweise durch Erwärmung
durch Sonnenenergie.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Energiegewinnung
unter Nutzbarmachung der Auftriebs- und Schwerkraft mit mindestens einem
Bewegungselement, dessen Dichte und/oder Masse reversibel verändert wird,
sodass es in einem Medium abwechselnd aufsteigt bzw. absinkt, wobei die
Bewegung des Bewegungselements über
mindestens ein Energiewandlungselement in nutzbare Energie, insbesondere
elektrische Energie, umgewandelt wird.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen und den Unteransprüchen. Hierbei
können
die einzelnen Merkmale jeweils für
sich allein oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1A bis 1C:
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
unter Ausnutzung von Auftrieb und Abtrieb im Wasser;
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2:
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
unter Ausnutzung des Auftriebs und Abtriebs in der Luft.
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1A bis 1C zeigen
eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 mit
zwei Metallkugeln 2a, 2b, die als Bewegungselemente
wirken. Die beiden Metallkugeln 2a, 2b sind über ein
Seil 3 miteinander verbunden. Das Seil 3 läuft über eine
obere Rolle 4, welche eine Welle 5 antreibt. Das
Seil 3 läuft
ferner über eine
untere Rolle 6, welche am Grund 7 des Gewässers angeordnet
ist. Die obere Rolle 4 ist außerhalb des Wassers 8 angeordnet.
Das Gewässer
hat im vorliegenden Fall eine Tiefe von 100 m, wobei die beiden
Rollen 4 und 6 etwa 103 m voneinander entfernt
sind.
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In 1A ist
die Situation dargestellt, bei der die Metallkugel 2a an
der Oberfläche
des Gewässers angekommen
ist und die Kugel 2b sich in der Nähe des Gewässergrundes 7 befindet.
In dieser Situation, bei der die Kugel 2a im Wesentlichen
mit Luft und die Kugel 2b im Wesentlichen mit Wasser gefüllt ist,
wird in der Kugel 2a ein Ventil 9 geöffnet, wodurch
Wasser in die Kugel 2a strömen kann. Gleichzeitig entweicht Luft
aus dem Inneren der Kugel durch das Ventil 10 nach außen (siehe
Strömungspfeile).
Zur gleichen Zeit wird in die Kugel 2b aus einem, an der
Kugel angeordneten Pressluftbehälter 11 über das
Ventil 12 Luft in die Kugel 2b geblasen. Gleichzeitig
strömt
das in der Kugel enthaltene Wasser aus dem Ventil 10 aus
der Kugel. Die genannten Ventile in den beiden Kugeln sowie der
Pressluftbehälter 11 werden
automatisch gesteuert.
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Durch
das Einströmen
von Wasser in die Kugel 2a erhöht sich deren mittlere Dichte
sowie die Masse in einem solchen Ausmaß, dass die Kugel 2a ihrer
Schwerkraft folgend nach unten in Richtung auf den Gewässergrund
sinkt. Im Gegensatz dazu wird die mittlere Dichte der Kugel 2b durch
das Einblasen von Luft und das Entweichen von Wasser erniedrigt, so
dass diese Kugel durch den Auftrieb nach oben steigt. Dieser Vorgang
ist in 1B dargestellt. Durch die vertikalen
Bewegungen der Metallkugeln 2a und 2b wird die
Rolle und damit die mit der Rolle 4 gekoppelte Welle 5 in
eine rotierende Bewegung (nach links; siehe Pfeilrichtung) bewegt.
Die Welle 5 treibt ihrerseits einen Generator an, durch
welchen aus der Bewegung der Welle 5 elektrische Energie gewonnen
wird.
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Kommt
die Metallkugel 2b an der Wasseroberfläche und die Metallkugel 2a am
Gewässergrund an,
so wird zum einen Wasser in die Kugel 2b über das
Ventil 9 eingelassen, wodurch gleichzeitig Luft aus dem
Ventil 10 aus der Kugel 2b gepresst wird. Zeitgleich
wird über
den Pressluftbehälter 11 Luft
in die Kugel 2a gepumpt, so dass sich die Bewegungsrichtungen
der beiden Kugeln umkehren (Kugel 2a steigt, Kugel 2b sinkt).
Dadurch kommt es zu einer Rotation der Rolle 4 und damit
der Welle 5 in entgegengesetzte Richtung nach rechts. Dieser
Vorgang wird beliebig oft wiederholt.
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Das
dargestellte Prinzip ist im großen
Maßstab
aus der U-Boot-Technik bekannt (Fluten bzw. Anblasen). Die Steuerung
der Ventile 9, 10 und 12, welche allesamt
Magnetventile sind, erfolgt automatisch. Die einzige Energie, die
bei der vorliegenden Vorrichtung 1 benötigt wird, ist die Energie,
die zum Öffnen
und Schließen
der Ventile sowie zur Erzeugung der Pressluft benötigt wird.
Die verbrauchte Energie beträgt
jedoch nur einen Bruchteil von dem, was durch die erfindungsgemäße Anlage 1 gewonnen
wird.
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Die
Kugeln 2a und 2b sind im vorliegenden Fall aus
Gusseisen. Es versteht sich, dass auch andere Materialien, wie beispielsweise
Kunst stoff, Beton etc. verwendet werden können. Bei der Wahl des Materials
sowie der Wandstärke
der Kugeln muss lediglich darauf geachtet werden, dass beim Einbringen
von Luft die mittlere Dichte der Kugel so verringert werden kann,
dass ein Auftrieb der Kugel im Wasser erfolgt. Die untere Rolle 6 kann
theoretisch auch weggelassen werden. Die untere Rolle 6 ist
jedoch vorteilhaft, da die gesamte Vorrichtung durch diese Rolle
stabilisiert wird.
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Je
größer die
Strecke ist, welche die Kugeln bei einem Bewegungsdurchgang (Abtauchen
bzw. Auftauchen) zurücklegen
können,
desto höher
ist die Energieausbeute.
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2 zeigt
eine weitere Vorrichtung 13, welche nicht unter Wasser,
sondern an der Luft funktioniert. Bei dieser Vorrichtung sind zwei
Ballone 14a, 14b über ein Seil 15, welches
um die rotierende Rolle 16 läuft, miteinander verbunden.
Die Rolle 16 treibt wiederum die Welle 17 an.
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Auch
bei dieser Vorrichtung 13 werden Auftriebs- bzw. Schwerkräfte der
beiden Ballone 14a, 14b ausgenutzt. In der vorliegenden
Darstellung ist der Ballon 14a prall mit Gas gefüllt, wobei
der Ballon 14b nur mit wenig Gas gefüllt ist. Durch den stärkeren Auftrieb
des Ballons 14a nimmt dieser eine höhere Position ein als der Ballon 14b.
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Nun
wird Gas aus dem Ballon 14a abgelassen und gleichzeitig
Gas in den Ballon 14b eingebracht. Dadurch steigt die mittlere
Dichte des Ballons 14a und sinkt gleichzeitig im Ballon 14b.
Dadurch wird erreicht, dass der Ballon 14a absteigt, der
Ballon 14b jedoch nach oben steigt. Durch diese entgegengesetzt
gerichteten vertikalen Bewegungen wird die Welle 17 über das
Seil 15 angetrieben. Sobald der Ballon 14b eine
maximale Höhe
erreicht hat, entweicht wiederum aus diesem Ballon Luft, wobei in den
Ballon 14a wieder Luft eingebracht wird. Dadurch sinkt
wiederum Ballon 14b und Ballon 14a steigt. Dadurch
wird die Welle 17 in die entgegengesetzte Richtung bewegt.
Dieser Vorgang wird beliebig oft wiederholt.
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Das
verwendete Gas kann beispielsweise Luft sein, wobei das Einströmen von
Luft beispielsweise durch Einwirkung von Sonnenenergie, durch welche
der Ballon stark erwärmt
wird, erfolgen kann.