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BEREICH DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Positionieren und Höhenverstellen einer tauchenden Turbinen-Generator-Einheit zum Erzeugen elektrischer Energie aus Strömungsenergie. Ferner betrifft die Erfindung ein Strömungskraftwerk mit einer Vorrichtung zum Positionieren und Höhenverstellen und einer Turbinen-Generator-Einheit.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Aus der
WO 2004/022968 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der ein Generator mit einer Turbine an einem Gewässergrund angeordnet ist zum Erzeugen elektrischer Energie. Hierbei wird die Turbine aufgrund der Strömung des Gewässers in Rotation versetzt und der mit der Turbine über eine Nabe verbundene Generator erzeugt aus der Rotationsbewegung der Turbine in bekannter Weise elektrische Energie. Die Vorrichtung wird mit Hilfe einer unbeweglichen drei-schenkligen Befestigungsvorrichtung am Gewässergrund befestigt, welche dafür vorgesehen ist, ein Kippen oder Wanken der Vorrichtung aufgrund der Strömung zu verhindern. Die Befestigungsvorrichtung ist am Gewässergrund verankert, um eine Bewegung der gesamten Vorrichtung zu verhindern.
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Aufgrund der Befestigung der gesamten Vorrichtung am Gewässergrund sind Wartungs- oder Reparaturarbeiten der Turbinen-Generator-Einheit kostenaufwending Unterwasser durchzuführen. Ferner erschwert die Strömung die vom Wartungs- und Reparaturpersonal durchzuführenden Arbeiten, da die Gefahr des Abtreibens von Personen und Werkzeug gegeben ist. Überdies kann die von der Strömung erzeugte Aufwirbelung des Gewässers die Sicht bei den Wartungs- oder Reparaturarbeiten stark beeinträchtigt.
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Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die zuvor bezeichneten Nachteile zu verhindern. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche die Wartungs- und Reparaturarbeiten an einer tauchenden Turbinen-Generator-Einheit kostengünstig ermöglicht ohne Qualitätsverluste bei der durchzuführenden Arbeit hinnehmen zu müssen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Positionieren und Höhenverstellen einer tauchenden Turbinen-Generator-Einheit zum Erzeugen elektrischer Energie aus Strömungsenergie in einem Gewässe mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch ein Strömungskraftwerk mit einer Vorrichtung zum Positionieren und Höhenverstellen und einer Turbinen-Generator-Einheit zum Erzeugen elektrischer Energie aus Strömungsenergie in einem Gewässere mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 11. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich insbesondere aus den an die unabhängigen Ansprüche anschließenden Unteransprüche.
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Eine Turbinen-Generator-Einheit umfasst eine Turbine, die über z.B. eine Welle oder eine Nabe mit einem Generator verdrehsicher verbunden ist und der Generator bei der Rotation der Turbine in der Lage ist, elektrischen Strom zu erzeugen. Unter einer Turbine wird eine Strömungsmaschine verstanden, die eine Strömungsenergie zum Beispiel eines Gewässers in Rotationsenergie umsetzt. Diese Rotationsenergie wird dann von dem Generator in Antriebsenergie umgewandelt. Unter einem Gewässer ist sowohl ein Meer als auch ein Binnengewässer anzusehen, wobei es für die Vorrichtung von Vorteil wäre, wenn in dem Gewässer eine Strömung, regelmäßig oder unregelmäßig, vorhanden ist, die die Turbine der Turbinen-Generator-Einheit antreiben kann, um Strom zu erzeugen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Positionieren und Höhenverstellen einer tauchenden Turbinen-Generator-Einheit umfasst Mittel zum Höhenverstellen der tauchenden Turbinen-Generator-Einheit, die dazu eingerichtet sind, sowohl die gesamte Vorrichtung zum Positionieren und Höhenverstellen als auch die gesamte Turbinen-Generator-Einheit in einer ersten Position vollständig unterhalb der Wasseroberfläche zu positionieren. In einer zweiten Position können die Mittel der Turbinen-Generator-Einheit derart positioniert sein, dass die Turbinen-Generator-Einheit zumindest teilweise, insbesondere vollständig aus dem Gewässer herausragt. In der zweiten Position ist es vorteilhaft, wenn die zu wartenden oder zu reparierenden Teile der Turbinen-Generator-Einheit oberhalb der Wasseroberfläche sind, sodass dem Wartungs- oder Reparaturpersonal ein einfacher Zugang zu diesen Teilen ermöglicht wird ohne die Verwendung einer Taucherausrüstung oder Ähnlichem. Vorzugsweise ist in der zweiten Position eine Schleuse an der Turbinen-Generator-Einheit für das Wartungs- oder Reparaturpersonal von oberhalb der Wasseroberfläche zugänglich, die es dem Wartungs- oder Reparaturpersonal dann ermöglicht, die defekten oder zu wartenden Teile im Inneren der Turbinen-Generator-Einheit zu reparieren oder zu warten.
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Unter einer Höhenverstellung wird eine Veränderung des Abstandes der Turbinen-Generator-Einheit zum Gewässergrund verstanden, welche im Wesentlichen einer vertikalen Bewegung der Turbinen-Generator-Einheit relativ zum nivellierten Gewässergrund entspricht. Es ist jedoch vorrichtungsbedingt oder strömungsbedingt nicht ausgeschlossen, dass eine derartige Bewegung auch in einem Winkel zwischen 60 Grad und 120 Grad zum nivellierten Gewässergrund erfolgt.
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Mittel zum Höhenverstellen können einen oder mehrere Hohlkörper umfassen, die dazu eingerichtet sind, an oder in der Vorrichtung zum Positionieren und Höhenverstellen und/oder an oder in der Turbinen-Generator-Einheit angeordnet zu sein, um eine Höhenverstellung zu ermöglichen. Der Auftrieb kann durch das die Turbinen-Generator-Einheit umgebende wasserdichte Gehäuse selber erzeugt werden, welches derart zu dimensionieren ist, dass die Auftriebskräfte größer als das Gesamtgewicht des Gehäuses samt Turbinen-Generator-Einheit sind. Ferner kann der Auftrieb mit einem Auftriebsmittel erzeugen werden, welches in den Hohlkörper gepumpt oder eingeführt wird. Das Auftriebsmittel kann Luft oder ein anderes Medium sein, solange es leichter als Wasser ist und einen Auftrieb erzeugen kann. Bevorzugt wird Pressluft aus einer Pressluftvorrichtung zum Befüllen des Hohlkörpers verwendet. Der Hohlkörper sollte hermetisch gegenüber der Umgebung bzw. dem Gewässer abgedichtet sein, um ein Eindringen von Wasser zu verhindern.
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Vorteilhafterweise umfassen die Mittel zum Höhenverstellen mindestens einen Gelenkarm, der an einem Ende mit der Turbinen-Generator-Einheit verbunden ist, insbesondere gelenkig, und an dem anderen Ende am Gewässergrund verankert ist. Durch eine Bewegung des Gelenkarms relativ zur Turbinen-Generator-Einheit und/oder zum Gewässergrund kann eine Höhenverstellung der Turbinen-Generator-Einheit ermöglicht werden.
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Die Mittel zum Höhenverstellen können mehrere Gelenkarme umfassen, die über Gelenke miteinander verbunden sind, wobei an einem Ende der Gelenkarme die Turbinen-Generator-Einheit angeordnet ist, insbesondere gelenkig oder starr, und an dem anderen Ende der Gelenkarme eine Verankerung am Gewässergrund vorhanden ist. Vorteilhafterweise sind die Gelenkarme derart miteinander verbunden, dass die Gelenkarme eine vertikale Bewegung der Turbinen-Generator-Einheit gegenüber dem Gewässergrund ermöglichen.
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In einem noch weiteren Ausführungsbeispiel weisen die Mittel zum Höhenverstellen zwei Gelenkarme auf, die parallel zueinander angeordnet sind. Die jeweiligen Enden der parallel zueinander angeordneten Gelenkarme werden mit zwei weiteren Gelenkarmen verbunden, sodass sich eine Parallelogramm-Anordnung bildet. An einem Verbindungspunkt zweier Gelenkarme kann ein Gelenk angeordnet sein. An einem Ende der Gelenkarme kann die Turbinen-Generator-Einheit angeordnet sein und an dem anderen Ende der Gelenkarme kann eine Verankerung am Gewässergrund vorhanden sein. Hierbei ist von Vorteil, dass sich durch die jeweils parallel angeordneten Gelenkarme eine stabile und verwindungssteife Konstruktion ergibt, die eine geführte vertikale Bewegung der Turbinen-Generator-Einheit ermöglicht. Bevorzugt befindet sich in einem oder mehreren Gelenkarmen ein oder mehrere Hohlkörper oder die Gelenkarme sind hohl ausgebildet, wobei die Hohlkörper bzw. die hohl ausgebildeten Gelenkarme mit Auftriebsmittel gefüllt werden können, um eine resultierende Vertikalbewegung der Turbinen-Generator-Einheit zu ermöglichen. Bevorzugt erstreckt sich der Hohlkörper über einen Teil oder über den ganzen Gelenkarm. Jedoch muss der Gelenkarm trotz dem innenliegenden Hohlkörper eine ausreichende Stabilität aufweisen, um eine Torsion oder ein Biegen des Gelenkarms verhindern zu können. Der Hohlkörper kann aber auch an oder auf dem Gelenkarm angeordnet sein inform eines hermetisch abgedichteten Behälters.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel weisen die Mittel zum Höhenverstellen mindestens zwei Gelenkarme auf, die über ein Gelenk miteinander verbunden sind und die beiden Gelenkarme ferner über eine hydraulische oder pneumatische Vorrichtung gekoppelt sind. Diese hydraulische oder pneumatische Vorrichtung kann sich kontrahieren oder extrahieren, was zu einem Zusammenziehen oder Auseinanderdrücken der beiden Gelenkarme führt. Diese Bewegung resultiert in einer Höhenverstellung der Turbinen-Generator-Einheit, die an einem Ende der Gelenkarme angeordnet ist, während das andere Ende der Gelenkarme am Gewässergrund verankert sein kann.
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Bevorzugt sind als Mittel zum Höhenverstellen ein Seil oder eine Kette, das bzw. die an der Turbinen-Generator-Einheit befestigt ist und die Turbinen-Generator-Einheit somit frei schwimmend im Gewässer vorliegt. Vorteilhaft ist hierbei ein Leitwerk, insbesondere ein verstellbares Leitwerk an der Turbinen-Generator-Einheit angeordnet, das die auf die Turbinen-Generator-Einheit ausgeübten Kräfte, insbesondere Axialkräfte, reduziert und der Turbinen-Generator-Einheit ermöglicht, in der Strömung zu schwimmen. Ferner umfassen die Mittel zum Höhenverstellen einen Hohlkörper, der in oder an der Turbinen-Generator-Einheit angeordnet ist, um einen Auftrieb mittels Auftriebsmittel erzeugen zu können. Somit kann die Turbinen-Generator-Einheit geführt an dem Seil oder der Kette in der Höhe verstellt werden.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfassen die Mittel zum Höhenverstellen mindestens zwei Ketten oder Seile, die jeweils an einem Ende an unterschiedlichen Positionen am Gewässergrund verankert sind und am anderen Ende mit der Turbinen-Generator-Einheit verbunden sind, insbesondere gelenkig. Hierbei kann die Höhe oder die Position der Turbinen-Generator-Einheit dadurch verändert werden, dass die Länge eines oder beider Ketten oder Seile verändert wird. Bevorzugt wird die kürzere der beiden Ketten oder Seile in der Länge verändert, wodurch die Höhe der Turbinen-Generator-Einheit zum Gewässergrund veränderbar ist. Es ist von Vorteil, wenn die Turbinen-Generator-Einheit mit drei Ketten oder Seilen am Gewässergrund verankert wird, um somit die Höhe und/oder Position der Turbinen-Generator-Einheit besser einstellen zu können. Bevorzugt kann jede Kette oder jedes Seil in ihrer Länge verändert werden. Zur Veränderung der Ketten- oder Seillänge kann an der Turbinen-Generator-Einheit und/oder an dem jeweiligen Verankerungspunkt eine entsprechende Auf- und Abroll-Vorrichtung bzw. eine Winde angeordnet sein.
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Wie in dem oben genannten Ausführungsbeispiel beschrieben, können die Mittel zum Höhenverstellen ein Hohlkörper oder ein hohler Gelenkarm sein, welcher mit einem Auftriebsmittel befüllt oder entleert werden kann. Die Mittel zum Höhenverstellen können auch der Gelenkarm selbst sein, der mit Hilfe einer hydraulischen oder pneumatischen Vorrichtung gegenüber den anderen Elementen in Position verändert werden kann. Ferner können Mittel zum Höhenverstellen aber auch ein oder mehrere Seile oder Ketten sein, die durch die Veränderung der Länge eine Höhenverstellung der anderen an dem Seil oder der Kette angebrachten Elemente bewirken kann. Im Sinne der Erfindung sind aber auch Kombinationen der voran genannten Mittel zum Höhenverstellen in jeder beliebigen Art, solange dadurch eine Höhenveränderung einer an dem Mittel zum Höhenverstellen angebrachten Turbinen-Generator-Einheit ermöglicht wird. Ferner können die Mittel zum Höhenverstellen auch dazu vorgesehen sein, die Turbinen-Generator-Einheit in einer bestimmten Position zu halten, sodass die Turbinen-Generator-Einheit optimal in der Strömung angeordnet ist, um elektrische Energie erzeugen zu können.
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Vorteilhafterweise befindet sich am Gewässergrund eine oder mehrere Verankerungs-Vorrichtungen, an der die Mittel zum Höhenverstellen befestigt sind. Die Verankerungs-Vorrichtung kann derart ausgebildet sein, dass die Verankerungs-Vorrichtung eine Rotation der Mittel zum Höhenverstellen ermöglicht, sodass bei einer Strömungsänderung entsprechend eine Rotation der Turbinen-Generator-Einheit in die Strömung oder mit der Strömung möglich ist.
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Die Turbinen-Generator-Einheit umfasst einen Generator, der mit einer Turbine über eine Welle oder eine Nabe verbunden ist. Zum Erzeugen elektrischer Energie wird die Turbine von der Strömung in dem Gewässer in Rotation versetzt und treibt damit den Generator an. Vorzugsweise sind die Turbinenschaufeln der Turbine verstellbar, um die Leistung der Turbine zu variieren oder die Turbine zu Wartungszwecken stillzulegen. Die Turbine kann in einer Korstdüse eingehaust sein, um Verletzungen von Wasserlebewesen zu verhindern und um die Leistungsdichte zu erhöhen. Bevorzugt ist die Turbine helixförmig ausgebildet.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Turbinen-Generator-Einheit zwei oder mehrere Turbinen auf, die über eine oder zwei Wellen mit dem Generator direkt oder über ein Zwischengetriebe verbunden sind und im Gleichlauf oder gegenläufig betrieben werden können. Das Zwischengetriebe kann eine vorbestimmte Übersetzung aufweisen, die die Leistung des Generators und damit der zu erzeugenden elektrischen Energie erhöht bzw. verbessert. Der Generator ist vorzugsweise permanent erregt. Die Ableitung der elektrischen Energie erfolgt vorzugsweise durch ein Unterseekabel zum Stromnetz.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Strömungskraftwerk mit einer Vorrichtung zum Höhenverstellen und Positionieren, wie vorangehend beschrieben, und einer Turbinen-Generator-Einheit zum Erzeugen elektrischer Energie aus der Strömungsenergie eines Gewässers. Vorzugsweise weist das Strömungskraftwerk ein Gehäuse auf, in der die Turbinen-Generator-Einheit angeordnet oder gelagert ist, wobei das Gehäuse einen Mast aufweisen kann, der sich vom Mittelpunkt des Gehäuses in Richtung Gewässergrund erstreckt. An dem Mast sind Mittel zum Höhenverstellen wie zum Beispiel ein oder mehrere Gelenkarme, Seile oder Ketten angeordnet, welche das Gehäuse in Position halten und/oder höhenverstellen können. Die Anordnung des Masts am Mittelpunkt des Gehäuses bewirkt, dass eine selbständige Ausrichtung des Gehäuses zur Strömung gewährleistet werden kann.
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Das Gehäuse kann wasserdicht und/oder frei schwimmend sein. Ferner kann in dem Gehäuse Überdruck herrschen zur Vermeidung von Eindringen des Wassers. Dieser Überdruck kann durch die selbe Pumpe bzw. Pressluft erzeugt werden, die auch zum Einpumpen von Luft oder Auftriebsmittel in einen der Hohlkörper zum Erzeugen von Auftrieb verwendet wird. Zur Gewährleistung der Funktionsfähigkeit der elektrischen Systeme in oder an dem Gehäuse, insbesondere bei Stromausfall, kann das Gehäuse eine Energiepufferspeichervorrichtung oder einen Akkumulator aufweisen, der vorzugsweise von dem Generator aufgeladen wird. Ferner kann das Gehäuse jegliche Steuer- und Antriebs- oder sonstigen Einheiten wie zum Beispiel Hydraulikpumpen, Steuerventile, Ventilsteuerung, Antriebsmotoren, Pressluft, Frequenzumformer oder Wärmetauscher einhausen, insbesondere wasserdicht. Sämtliche zu steuernden oder regelnden Systeme können fernsteuerbar ausgeführt sein.
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Das Gehäuse selbst oder das Gehäuse zusammen mit der Vorrichtung zum Positionieren und Höhenverstellen kann drehbar gelagert sein, um auf wechselnde Strömungsrichtungen reagieren zu können. Die drehbare Lagerung kann auch an der Verankerung am Gewässergrund angeordnet sein. Vorzugsweise weist das Gehäuse ein Leitwerk, besonders bevorzugt ein verstellbares Leitwerk auf, um die Axialkräfte, die aufgrund der Strömung auf das Gehäuse einwirken, reduzieren zu können und das Gehäuse in der Strömung auszurichten. Um dem Wartungspersonal den Zugang zu den im Gehäuse eingehausten Systemen zu ermöglichen, kann das Gehäuse eine Schleuse aufweisen, durch die der Zugang in das Gehäuseinnere unter- und/oder oberhalb der Wasseroberfläche gewährleistet werden kann.
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Um die im Inneren des Gehäuses entstehende Wärme abzuführen, kann das Gehäuse Kühlrippen oder einen Wärmetauscher aufweisen, der in der Lage ist, die im Inneren des Gehäuses erzeugte Wärme mit dem das Gehäuse umgebende Wasser des Gewässers auszutauschen. Die Kühlrippen sind vorzugsweise an der Gehäuseaußenwand angeordnet und können aus Propellerbronze G-10U Al 10 Ni bestehen. Zur Wärmeabfuhr aus dem Generator kann die Welle zur Turbine hohl ausgebildet sein, um Wasser durch die hohle Welle zu leiten zum Abkühlen des Generators.
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Das Strömungskraftwerk ist vorzugsweise in einer Tiefe positioniert bzw. befindet sich in der zweiten Position in einer Tiefe, in der die Schifffahrt nicht behindert wird, um Kollisionen auszuschließen. Bevorzugt befindet sich das Strömungskraftwerk in einer Tiefe zwischen 15 m und 40 m, insbesondere 20 m, wobei tiefer angeordnete Strömungskraftwerke nicht ausgeschlossen sind.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren erläutert. An den Ausführungsbeispielen offenbar werdende Merkmale bilden je einzeln und in jeder Merkmalskombination die Gegenstände der Ansprüche und auch die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen vorteilhaft weiter.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Turbinen-Generator-Einheit, die über Gelenkarme an einer Verankerung am Gewässergrund befestigt ist, wobei die Turbinen-Generator-Einheit unterhalb der Wasseroberfläche positioniert ist;
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2 zeigt die in 1 dargestellte Turbinen-Generator-Einheit in einer Position, in der die Turbinen-Generator-Einheit aus dem Gewässer herausragt;
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3 zeigt eine Turbinen-Generator-Einheit mit zwei Turbinen, die über eine Kette mit einer Gewässergrundverankerung verbunden ist und freischwimmend vorliegt;
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4 zeigt die in 3 gezeigte Turbinen-Generator-Einheit, wobei die Turbinen-Generator-Einheit lediglich eine Turbine aufweist, jedoch dieser mit dem Generator über ein Zwischengetriebe verbunden ist;
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5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Turbinen-Generator-Einheit mit der Vorrichtung zum Positionieren und Höhenverstellen;
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6 zeigt die in 5 dargestellte Turbinen-Generator-Einheit in getauchtem Zustand;
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7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Turbinen-Generator-Einheit mit Seilen oder Ketten als Mittel zum Höhenverstellen;
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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1 zeigt eine Turbinen-Generator-Einheit 2, die über eine Vorrichtung zum Positionieren und Höhenverstellen 1 bzw. über Gelenkarme 10a, 10b, 10c, 10d mit einer Verankerungs-Vorrichtung 3 verbunden ist, die am Gewässergrund 4 verankert ist. Die Turbinen-Generator-Einheit 2 weist eine Turbine 41 auf, die mit einem Generator verbunden ist (nicht dargestellt), der in dem Gehäuse 40 angeordnet ist. Die Gelenkarme 10a, 10c und 10b, 10d sind jeweils parallel zueinander ausgerichtet, wobei die Gelenkarme 10a, 10b, 10c, 10d zusammen im Wesentlichen eine Parallelogramm-Anordnung bilden. Einer der Gelenkarme 10d ist fest mit der Verankerungs-Vorrichtung 3 verbunden und der parallel zu diesem Gelenkarm 10d angeordnete Gelenkarm 10b ist fest mit dem Gehäuse 40 verbunden. Beide Gelenkarme 10b, 10d sind im Wesentlichen senkrecht zum nivellierten Gewässergrund ausgerichtet, sodass bei einer Höhenverstellung lediglich eine Veränderung der Ausrichtung der anderen beiden, parallel zueinander ausgerichteten Gelenkarme 10a, 10c erfolgt.
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Die Gelenkarme 10a, 10b, 10c, 10d sind über Gelenke 11a, 11b, 11c, 11d miteinander verbunden. Diese sich daraus ergebende Kinematik ermöglicht der Turbinen-Generator-Einheit 2 sich von einer ersten Position unterhalb der Wasseroberfläche 5 (1) sich in eine zweite Position oberhalb der Wasseroberfläche (5) (2) zu bewegen, wobei in der ersten Position die Gelenkarme 10a, 10b, 10c, 10d, die Turbinen-Generator-Einheit 2 und die Verankerungs-Vorrichtung 3 vollständig unterhalb der Wasseroberfläche vorliegen.
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In der in 2 visualisierten, zweiten Position ragt die Turbinen-Generator-Einheit 2 vollständig aus dem Wasser des Gewässers heraus, wobei ein Teil der Gelenkarme 10a, 10b, 10c, 10d aus dem Gewässer herausragt und ein Teil der Gelenkarme 10a, 10b, 10c, 10d unterhalb der Wasseroberfläche sind.
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Diese Hubbewegung von der ersten Position in die zweite Position wird durch Hohlkörper 20a, 20b bewirkt, welche zum Höhenverstellen der Turbinen-Generator-Einheit 2 mit Pressluft aus einer Kammer 21 befüllt werden. Um die Turbinen-Generator-Einheit 2 wieder absinken zu lassen, kann die Luft aus den Hohlkörpern 20a, 20b über die Ventile 25a, 25b, die entsprechend an einem Ende des Hohlkörpers 20a, 20b angeordnet sind, entweichen, wodurch der Auftrieb reduziert wird und die Turbinen-Generator-Einheit 2 wieder absinkt.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Turbinen-Generator-Einheit 2 über ein Seil oder eine Kette 30 mit der Verankerungs-Vorrichtung 3 verbunden, die am Gewässergrund 4 befestigt ist, wodurch sich eine frei schwimmende Turbinen-Generator-Einheit 2 ergibt. Die Turbinen-Generator-Einheit 2 weist zwei Turbinen 41, 51 auf, die an gegenüberliegenden Seiten der Turbinen-Generator-Einheit 2 angeordnet sind und über eine Nabe jeweils mit dem Generator 45 (in 4 und 5 von den Kühlrippen 46 verdeckt) verbunden sind zum Erzeugen elektrischer Energie. Die Turbinen 41, 51 sind jeweils durch eine Kortdüse 49a, 49b eingehaust, die zum Schutz von im Gewässer schwimmenden Lebewesen vorgesehen ist.
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Die Turbinen-Generator-Einheit 2 ist in ein Gehäuse 40 eingehaust, in dem weitere Komponenten angeordnet sind. Das Gehäuse 40 umfasst einen Hohlkörper 20, der mit einem Auftriebsmittel befüllt und entleert werden kann, um eine Höhenverstellung des Gehäuses 40 und der Turbinen-Generator-Einheit 2 zu bewirken. Das Befüllen und Entleeren des Hohlkörpers 20 kann auch zur horizontalen Stabilisierung und Tarierung bei wechselnden Strömungen verwendet werden. Ferner umfasst das Gehäuse 40 an der dem Gewässergrund 4 zugewandten Seite eine Schleuse 48, durch die Wartungs- oder Reparaturpersonal in das Gehäuse 40 eintreten können. Die Schleuse 48 ist derart ausgebildet, dass ein Eintreten des Wartungs- oder Reparaturpersonals sowohl Unterwasser als auch oberhalb der Wasseroberfläche erfolgen kann.
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An dem Gehäuse 40 ist ein statisches Leitwerk 44 angebracht, das zur horizontalen Stabilisierung und Ausrichtung in der Strömung vorgesehen ist. Dieses Leitwerk 44 umfasst mindestens zwei dreieckige, fest am Gehäuse 40 montierte Flossen, die sternförmig von der Gehäusemittellängsachse, die sich von einer Turbine 41 zur anderen Turbine 51 erstreckt, abragen. Ferner kann das Gehäuse 40 ein verstellbares Leitwerk 42 aufweisen, das zur Reduzierung der Axialkräfte dient, die aufgrund der Strömung auf das Gehäuse 40 einwirken. Das verstellbare Leitwerk 42 ist am Umfang des Gehäuses 40 angeordnet und weist verstellbare Flossen auf, die beliebig gedreht werden können, um das Gehäuse 40 in der Strömung auszurichten. Auf der Höhe des Generators 45 weist das Gehäuse Kühlrippen 46 auf, die am Gehäuseumfang angeordnet sind. Die Kühlrippen 46 sind dazu vorgesehen, eine möglichst große Wärmeaustauschoberfläche aufzuweisen, damit ein guter Wärmeaustausch mit der im Inneren des Gehäuses 40 entstandenen Wärme erfolgen kann. Die Anordnung der Kühlrippen 46 in der Nähe des Generators 45 (in 4 und 5 von den Kühlrippen 46 verdeckt) ist deswegen sinnvoll, da der Generator 45 im Betrieb viel Wärme erzeugt, die abgeführt werden muss, da ansonsten eine Überhitzung erfolgen kann, welche zu Störungen und Ausfällen der im Gehäuse eingehausten Komponenten und Systemen führen kann. Ferner erzeugen auch die Lagerungen von rotierenden Teilen im Gehäuse und andere Systeme wie zum Beispiel Steuereinheiten Wärme, die über die Kühlrippen 46 abgeführt werden kann. Eine entsprechende Wärmeaustauschvorrichtung ist im Inneren des Gehäuses 40 angeordnet (nicht dargestellt).
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Zur Fixierung der Kette 30 an dem Gehäuse 40 ist ein Mast 47 vorgesehen, der mittig an der Unterseite oder am Mittelpunkt des Gehäuses 40 angeordnet ist. Dadurch ist das Gehäuse 40 dazu eingerichtet, sich selbständig zur Strömung auszurichten. Der Mast 47 sollte stabil ausgebildet sein, um den hohen Strömungskräften, die Unterwasser herrschen können, standzuhalten.
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Die in 4 dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich lediglich dadurch von der in 3 visualisierten Vorrichtung, dass die in 4 dargestellte Turbinen-Generator-Einheit 2 nur eine Turbine 41 aufweist, welche über ein Zwischengetriebe 43 mit dem Generator verbunden ist. Die anderen mit Bezugszeichen bezeichneten Komponenten und Vorrichtungen entsprechen den in 3 mit Bezugszeichen bezeichneten Komponenten und Vorrichtungen.
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5 und 6 zeigen ein noch weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Mast 47, der mittig an der Unterseite am Gehäuse 40 befestigt ist, ist über drei Gelenkarme 10e, 10f, 10g mit der Verankerungs-Vorrichtung 3 verbunden, wobei die Verbindung über Gelenke 11e, 11f, 11g erfolgt. Der am weitesten von dem Gehäuse entfernte Gelenkarm 10e ist fest mit der Verankerungs-Vorrichtung 3 verbunden. Zwischen zwei Gelenkarmen 10e, 10f und 10f, 10g und zwischen einem Gelenkarm 10g und dem Mast 47 sind längenverstellbare Hydraulikmodule 12a, 12b, 12c angeordnet. Ein Ende eines jeden Hydraulikmoduls 12a, 12b, 12c ist an einem der Gelenkarme 10e, 10f, 10g angeordnet und das andere Ende an dem benachbarten Gelenkarm 10e, 10f, 10g bzw. dem Masten 47 angeordnet. Durch eine Längenverstellung des Hydraulikmoduls 12a, 12b, 12c werden die beiden benachbarten Gelenkarme 10e, 10f, 10g bzw. der Mast 47 zusammengezogen oder auseinander gedrückt, wodurch die Gelenkarme 10e, 10f, 10g jeweils um das dazwischenliegende Gelenk 11e, 11f, 11g rotieren, wodurch sich eine Höhenverstellung der Turbinen-Generator-Einheit 2 ergibt.
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5 zeigt die gesamte Vorrichtung kurz bevor die Turbinen-Generator-Einheit 2 vollständig aus dem Gewässer hervorragt. 6 zeigt dieselbe Vorrichtung, wie in 5 visualisiert, jedoch in einer Position, in der sich die Turbinen-Generator-Einheit 2 und die Gelenkarme 10e, 10f, 10g vollständig unterhalb der Wasseroberfläche befinden.
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7 zeigt ein noch weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hierbei sind drei Ketten oder Seile 30a, 30b, 30c, die an unterschiedlich positionierten Verankerungs-Vorrichtungen 3a, 3b, 3c befestigt sind, mit der Turbinen-Generator-Einheit 2 bzw. dem Gehäuse 40, der die Turbinen-Generator-Einheit 2 einhaust, verbunden. Die Turbinen-Generator-Einheit 2 weist eine Turbine 41 auf, die der Turbinen-Generator-Einheit 2 aus 4 entspricht. Die Verankerungs-Vorrichtungen 3a, 3b, 3c sind in Draufsicht in einer Dreiecksformation angeordnet, um eine entsprechende stabile Positionierung der Turbinen-Generator-Einheit 2 in der Strömung zu ermöglichen. Durch eine Längenverstellung einer der Ketten 30a, 30b, 30c kann eine Höhenverstellung der Turbinen-Generator-Einheit 2 bewirkt werden, solange das Gehäuse 40 derart ausgestaltet ist, dass es aufgrund einer Auftriebskraft zur Wasseroberfläche aufsteigen will. Eine Auftriebskraft kann sich aus einem Hohlkörper ergeben, der in oder an dem Gehäuse 40 angeordnet ist und wie oben beschrieben mit einem Auftriebsmittel befüllt und wieder entleert werden kann.
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Wenn zum Beispiel die Länge der kürzesten Kette 30a aus 7 verlängert wird und die anderen beiden Ketten 30b, 30c in der Länge unverändert verbleiben, bewegt sich die Turbinen-Generator-Einheit 2 in Richtung des Pfeils F zur Wasseroberfläche hin. Mit diesem Prinzip kann je nach Länge der Ketten 30a, 30b, 30c die Turbinen-Generator-Einheit 2 und das Gehäuse 40 derart positioniert werden, das sie aus dem Wasser herausrage. Die Vorrichtung (nicht dargestellt) zum Längenverstellen der Kette 30a, 30b, 30c kann an dem Gehäuse aber auch an den jeweiligen Verankerungs-Vorrichtungen 3a, 3b, 3c angeordnet sein und fernsteuerbar sein.
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Das Gehäuse 40 und die Komponenten, die in dem Gehäuse 40 eingehaust sind oder an dem Gehäuse 40 angebracht sind, werden lediglich in dem Ausführungsbeispiel in den 3 und 4 detailliert beschrieben. Das Gehäuse 40, das ebenfalls in dem anderen Ausführungsbeispiel der 1, 2, 5 bis 7 beschrieben wird, kann ebenfalls dieselben Komponenten aufweisen, wie in dem Ausführungsbeispiel in 3 und 4 detailliert beschrieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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