DE102013014985B4 - Device for converting buoyancy energy into rotational energy with at least one fluid container filled with a fluid medium - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Umwandlung von Auftriebsenergie in Rotationsenergie mit wenigstens einem, mit einem fluiden Medium gefüllten Fluidbehälter (1), wobei in dem Fluidbehälter (1) mindestens ein, mit zumindest zwei übereinander unterhalb der Fluidfüllhöhe (11) angeordneten Umlenkrollen (4, 5) verbundener, Treibriemen (2) angeordnet ist, wobei dem Fluidbehälter (1) eine Zuführeinrichtung (8) zum Zuführen von Auftriebskörpern (9) zugeordnet ist, und wobei der Treibriemen (2) Aufnahmeelemente (3) zur zumindest zeitweisen Aufnahme der Auftriebskörper (9) aufweist, wobei der Fluidbehälter (1) mindestens ein Strömungsleitelement und mindestens eine Strömungstrennwand (6) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Fluidbehälter (1) mindestens ein strömungsleitendes Zwischendeckenelement (16, 16a) aufweist, das zwischen der Fluidfüllhöhe (11) und der der Fluidfüllhöhe (11) zugewandten Umlenkrolle (4) angeordnet ist und dass das Zwischendeckenelement (16, 16a) mindestens eine Öffnung (17) aufweist.
Device for converting buoyancy energy into rotational energy with at least one fluid container (1) filled with a fluid medium, wherein in the fluid container (1) at least one deflection roller (4, 5) connected to at least two deflection rollers (4, 5) arranged one above the other below the fluid filling height (11), Drive belt (2) is arranged, with the fluid container (1) being assigned a feed device (8) for supplying buoyant bodies (9), and with the drive belt (2) having receiving elements (3) for at least temporarily receiving the buoyant bodies (9), wherein the fluid container (1) has at least one flow guide element and at least one flow partition (6),
characterized,
that the fluid container (1) has at least one flow-guiding intermediate ceiling element (16, 16a) which is arranged between the fluid filling height (11) and the deflection roller (4) facing the fluid filling height (11) and that the intermediate ceiling element (16, 16a) has at least one opening (17).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von Auftriebsenergie in Rotationsenergie mit wenigstens einem mit einem fluiden Medium gefüllten Fluidbehälter, wobei in dem Fluidbehälter mindestens ein, mit zumindest zwei übereinander unterhalb der Fluidfüllhöhe angeordneten Umlenkrollen verbundener Treibriemen angeordnet ist, wobei dem Fluidbehälter eine Zuführeinrichtung zum Zuführen von Auftriebskörpern zugeordnet ist, wobei der Treibriemen Aufnahmeelemente zur zumindest zeitweisen Aufnahme der Auftriebskörper aufweist, und wobei der Fluidbehälter mindestens ein Strömungsleitelement und mindestens eine Strömungstrennwand aufweist.The invention relates to a device for converting buoyancy energy into rotational energy with at least one fluid container filled with a fluid medium, with at least one drive belt connected to at least two deflection rollers arranged one above the other below the fluid filling level being arranged in the fluid container, with the fluid container having a supply device for supplying Is associated with buoyant bodies, wherein the drive belt has receiving elements for at least temporarily receiving the buoyant body, and wherein the fluid container has at least one flow guide element and at least one flow partition.
Vorrichtungen zur Umwandlung der Auftriebsenergie eines in einem fluiden Medium befindlichen Auftriebskörpers in elektrische Energie sind bekannt. Zumeist kommen hierbei Wasser als fluides Medium und Auftriebskörper, die eine geringere durchschnittliche Dichte als das Wasser aufweisen, zur Verwendung. Die beim Aufsteigen der Auftriebskörper freigesetzte Energie wird häufig zunächst in Rotationsenergie umgesetzt. Dazu ist zumeist in dem mit einem Fluid gefüllten Behälter ein Treibriemen angeordnet, der Umlenkrollen umläuft. An dem Treibriemen sind Aufnahmebehälter zur Aufnahme der Auftriebskörper angeordnet. Somit setzen die Auftriebskörper bei ihrem Aufsteigen in Richtung der Fluidfüllhöhe den Treibriemen in Bewegung, der wiederum die von ihm umlaufenden Umlenkrollen in Rotation versetzt. Zur Umwandlung der Rotationsenergie in elektrische Energie können die Umlenkrollen mit einem Generator verbunden sein.Devices for converting the buoyant energy of a buoyant body located in a fluid medium into electrical energy are known. In most cases, water is used as the fluid medium and buoyant bodies, which have a lower average density than water. The energy released when the lifting body rises is often first converted into rotational energy. For this purpose, a drive belt, which runs around deflection rollers, is usually arranged in the container filled with a fluid. Receptacles for receiving the buoyant bodies are arranged on the drive belt. As a result, the buoyant bodies set the drive belt in motion when they rise in the direction of the fluid filling level, which in turn sets the deflection rollers circulating around it in rotation. To convert the rotational energy into electrical energy, the deflection rollers can be connected to a generator.
Beispielsweise ist in der
Weiterhin ist aus der
In der
Weiterhin ist aus der
Bei den bekannten Systemen wird jeweils nur die durch den Auftrieb der Auftriebskörper freigesetzte Energie ausgenutzt. Eine Steigerung des Wirkungsgrades dieser Vorrichtungen durch die Ausnutzung einer in dem mit einem fluiden Medium gefüllten Behältern auftretenden Strömung ist nicht vorgesehen.In the known systems, only the energy released by the buoyancy of the buoyancy body is used. There is no provision for increasing the efficiency of these devices by utilizing a flow occurring in the containers filled with a fluid medium.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung aufzuzeigen, mit der der Wirkungsgrad der Energieumwandlung von Auftriebs- in Rotationsenergie durch das Ausnutzen einer im Fluidbehälter entstehenden Strömung gesteigert werden kann.The invention is based on the object of demonstrating a device of the type mentioned at the outset, with which the efficiency of the energy conversion from buoyancy energy into rotational energy can be increased by utilizing a flow occurring in the fluid container.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.According to the invention, this object is achieved by a device having the features of
Bei einer Vorrichtung zur Umwandlung von Auftriebsenergie in Rotationsenergie mit wenigstens einem mit einem fluiden Medium gefüllten Fluidbehälter, wobei in dem Fluidbehälter mindestens ein mit zumindest zwei übereinander unterhalb der Fluidfüllhöhe angeordneten Umlenkrollen verbundener Treibriemen angeordnet ist, wobei dem Fluidbehälter eine Zuführeinrichtung zum Zuführen von Auftriebskörpern zugeordnet ist, wobei der Treibriemen Aufnahmeelemente zur zumindest zeitweisen Aufnahme der Auftriebskörper aufweist, und wobei der Fluidbehälter mindestens ein Strömungsleitelement und mindestens eine Strömungstrennwand aufweist, ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass der Fluidbehälter mindestens ein strömungsleitendes Zwischendeckenelement aufweist, das zwischen der Fluidfüllhöhe und der der Fluidfüllhöhe zugewandten Umlenkrolle angeordnet ist und dass das Zwischendeckenelement mindestens eine Öffnung aufweist.In a device for converting buoyancy energy into rotational energy with at least one fluid container filled with a fluid medium, at least one drive belt connected to at least two deflection rollers arranged one above the other below the fluid filling level is arranged in the fluid container, wherein the fluid container is assigned a feed device for feeding buoyant bodies , wherein the drive belt has receiving elements for at least temporarily receiving the buoyant bodies, and wherein the fluid container has at least one flow-guiding element and at least one flow partition wall, it is essential to the invention that the fluid container has at least one flow-guiding intermediate cover element, which is arranged between the fluid filling level and the deflection roller facing the fluid filling level and that the false ceiling element has at least one opening.
Der Fluidbehälter ist mit einem fluiden Medium, vorzugsweise Wasser, bis zu einer Fluidfüllhöhe gefüllt. In dem fluiden Medium ist ein Treibriemen angeordnet, der zwei senkrecht übereinander angeordnete Umlenkrollen umläuft. Der Treibriemen kann beispielsweise als Flachriemen, Keilriemen, Zahnriemen, Kettensystem oder Ähnliches ausgeführt sein. Sowohl die Umlenkrollen als auch der Treibriemen befinden sich dabei vollständig unterhalb der Fluidfüllhöhe. An dem Treibriemen sind Aufnahmeelemente angeordnet, die in dem fluiden Medium aufsteigende Auftriebskörper zumindest zeitweise aufnehmen können. Vorzugsweise sind die Auftriebskörper kugelförmig ausgebildet, aber auch andere Ausformungen sind denkbar. Die Auftriebskörper weisen vorzugsweise jeweils eine starre Hülle auf, die beispielsweise aus einem Metall, insbesondere Aluminium, oder einem Kunststoff bestehen kann. Durch die starre Hülle wird eine Kompression des Auftriebskörpers durch den Druck der Fluidsäule verhindert. Damit die durchschnittliche Dichte der Auftriebskörper geringer ist als die des fluiden Mediums, können die Auftriebskörper mit einem Gasgemisch befüllt sein. Alternativ können die Auftriebskörper auch als Luftblasen in dem fluiden Medium oder auch als mit einem anderen Gas oder Gasgemisch gefüllte Blasen ausgebildet sein. Die Aufnahmeelemente an dem Treibriemen können becherförmig ausgebildet sein und eine Aufnahmeöffnung aufweisen, durch die die Auftriebskörper in die Aufnahmeelemente gelangen können. Die Aufnahmeelemente sind so angeordnet, dass die jeweilige Aufnahmeöffnung den aufsteigenden Auftriebskörpern zugewandt ist. Durch die Aufnahme der Auftriebskörper im Bereich der unteren Umlenkrolle werden die Aufnahmeelemente in Richtung der oberen Umlenkrolle bewegt, wobei der Treibriemen in Rotation versetzt wird. Bei der Änderung der Bewegungsrichtung des Treibriemens an der oberen Umlenkrolle verlassen die Auftriebskörper, aufgrund der Neigung der Aufnahmeelemente, durch die Aufnahmeöffnung die Aufnahmeelemente und steigen weiter in Richtung Fluidfüllhöhe des Fluidbehälters auf. Durch den umlaufenden Treibriemen werden die Umlenkrollen in Rotation versetzt. Diese Rotationsenergie kann in elektrische Energie durch beispielsweise eine Verbindung zu einem Generator umgewandelt werden.The fluid container is filled with a fluid medium, preferably water, up to a fluid level. A drive belt is arranged in the fluid medium and runs around two deflection rollers arranged vertically one above the other. The drive belt can be designed, for example, as a flat belt, V-belt, toothed belt, chain system or the like. Both the deflection rollers and the drive belt are located completely below the fluid level. Arranged on the drive belt are receiving elements which can at least temporarily receive buoyant bodies rising in the fluid medium. The buoyancy bodies are preferably spherical in shape, but other shapes are also conceivable. The buoyancy bodies preferably each have a rigid shell, which can consist, for example, of a metal, in particular aluminum, or a plastic. The rigid shell prevents the buoyant body from being compressed by the pressure of the fluid column. So that the average density of the buoyant body is lower than that of the fluid medium, the buoyant bodies can be filled with a gas mixture. Alternatively, the buoyant bodies can also be designed as air bubbles in the fluid medium or as bubbles filled with another gas or gas mixture. The receiving elements on the drive belt can be cup-shaped and have a receiving opening through which the buoyancy bodies can get into the receiving elements. The receiving elements are arranged in such a way that the respective receiving opening faces the ascending buoyancy bodies. By accommodating the buoyancy bodies in the area of the lower deflection roller, the accommodating elements are moved in the direction of the upper deflection roller, with the drive belt being set in rotation. When the direction of movement of the drive belt changes at the upper deflection roller, the buoyancy bodies leave the receiving elements through the receiving opening due to the inclination of the receiving elements and continue to rise in the direction of the fluid filling level of the fluid container. The deflection rollers are set in rotation by the circulating drive belt. This rotational energy can be converted into electrical energy by, for example, connecting to a generator.
Durch das Umlaufen des Treibriemens und der an dem Treibriemen angeordneten Aufnahmeelemente entsteht in dem Fluidbehälter eine Strömung, die auf der Auftriebsseite des Treibriemens in Richtung der Fluidfüllhöhe gerichtet ist und auf der Abtriebsseite in entgegengesetzte Richtung gerichtet ist. Die Strömung ist also entlang der Umlaufrichtung des Treibriemens gerichtet und unterstützt somit aufgrund der Trägheit des Systems dessen Bewegung. Um durch Ausnutzung dieses Effektes einen möglichst hohen Wirkungsgrad der Vorrichtung zu erzielen, ist eine möglichst laminare Strömung ohne Verwirbelungen oder Ähnliches notwendig. Verwirbelungen oder Ähnliches können der Strömung entgegengesetzt wirken und somit die Strömungsenergie herabsetzen. Um die Ausbildung einer möglichst laminaren Strömung zu unterstützen, weist der Fluidbehälter Strömungsleitelemente auf. Strömungsleitelemente können beispielsweise Formteile sein, die in dem Fluidbehälter angeordnet sind oder sie können auch direkt aus den Wänden des Fluidbehälters ausgebildet sein. Durch die Strömungsleitelemente wird die Fluidströmung innerhalb des Fluidbehälters vor allem im Bereich der Umlenkrollen geleitet. Hier geht die Strömung gemäß der Bewegung des Treibriemens von einer Aufwärtsströmung in eine Abwärtsströmung über bzw. andersrum. Hier kann es bei einem eckig ausgeführten Fluidbehälter zu einer verstärkten Bildung von Verwirbelungen kommen. Dies kann durch die Anordnung von Strömungsleitelementen verhindert werden. Die Strömungsleitelemente leiten die Strömung von der Aufwärts- in die Abwärtsbewegung bzw. anders herum durch eine abgerundete, der Strömungsrichtung angeglichene Formgebung. Die Strömungsleitelemente können hierbei durch Formteile gegeben sein, die beispielsweise aus Kunststoff, Metall oder Ähnlichem bestehen. Diese Formteile können in den Fluidbehälter eingefügt werden und beispielsweise durch Verklemmen, Verschrauben, Verkleben oder ähnliche Methoden befestigt werden. Zur Trennung des Aufwärtsstroms und des Abwärtsstroms weist der Fluidbehälter eine Strömungstrennwand auf. Durch diese Trennwand ist eine erhebliche Steigerung der Strömungslaminarität und somit des Wirkungsgrades der Vorrichtung gegeben, da die Trennwand eine klar definierte Grenzfläche zwischen Aufwärtsstrom und Abwärtsstrom bildet. Der Zwischendeckenbereich kann beispielsweise aus zwei Formteilen bestehen, die unterschiedliche Krümmungsradien aufweisen können. Ein Formteil ist dabei in Anlage zu der der Aufwärtsströmung benachbarten Innenwandung des Fluidbehälters gebracht, ein zweites Formteil ist zu der Innenwandung in Anlage gebracht, die der Abwärtsstromseite benachbart ist. Das Formteil an der Aufwärtsstromseite überragt dabei den Mittelpunkt der obersten Umlenkrolle bis in die Abwärtsstromseite hinein, während das Formteil an der Abwärtsstromseite nicht über den Außenradius der Umlenkrolle hinausragt. Zudem weisen die in den Fluidbehälter hineinragenden Enden der Formteile unterschiedliche Abstände zur Fluidfüllhöhe auf. Die durch diese unterschiedlichen Abstände gegebene spaltartige Öffnung zwischen den Formteilen ist dabei ausreichend groß dimensioniert, so dass ein Auftriebskörper durch die Öffnung hindurch treten kann. Passiert also ein Auftriebskörper mit sich führendes Aufnahmeelement die oberste Umlenkrolle, so verlassen die Auftriebskörper das Aufnahmeelement aufgrund der auf sie wirkenden Auftriebskraft und sie treten durch die Öffnung zwischen den Zwischendeckenelementen hindurch. Die Auftriebskörper sammeln sich an der Fluidfüllhöhe des Fluidbehälters an. Durch die Krümmungen der Zwischendeckenelemente ist eine optimale Strömungsleitung am oberen Umlenkpunkt gegeben. Auch der Bereich unterhalb der unteren Umlenkrolle ist durch entsprechend geformte Formteile ausgekleidet, so dass auch hier eine optimale Strömungsleitung gegeben ist. Die Zwischendeckenelemente können auch einteilig aus den Strömungsschalen ausgebildet sein.The circulation of the drive belt and the receiving elements arranged on the drive belt creates a flow in the fluid container which is directed towards the fluid fill level on the buoyancy side of the drive belt and in the opposite direction on the driven side. The flow is therefore directed along the direction of rotation of the drive belt and thus supports its movement due to the inertia of the system. In order to achieve the highest possible efficiency of the device by utilizing this effect, a flow that is as laminar as possible without turbulence or the like is necessary. Turbulence or the like can counteract the flow and thus reduce the flow energy. In order to support the formation of a flow that is as laminar as possible, the fluid container has flow guide elements. Flow guide elements can be molded parts, for example, which are arranged in the fluid container, or they can also be formed directly from the walls of the fluid container. The flow of fluid within the fluid container is guided by the flow guide elements, primarily in the area of the deflection rollers. Here, according to the movement of the drive belt, the flow changes from an upward flow to a downward flow or vice versa. In the case of an angular fluid container, increased formation of turbulence can occur here. This can be prevented by arranging flow guide elements. The flow guide elements direct the flow from the upwards to the downwards movement or vice versa through a rounded shape adapted to the flow direction. The flow-guiding elements can be given by molded parts that are made of plastic, metal or the like, for example. These molded parts can be inserted into the fluid container and attached, for example, by clamping, screwing, gluing or similar methods. The fluid container has a flow partition to separate the upward flow and the downward flow. This dividing wall results in a considerable increase in the flow laminarity and thus in the efficiency of the device, since the dividing wall forms a clearly defined interface between the upward flow and the downward flow. The false ceiling area can consist, for example, of two molded parts that can have different radii of curvature. One molded part is brought into contact with the inner wall of the fluid container which is adjacent to the upward flow, a second molded part is brought into contact with the inner wall which is adjacent to the downstream side. The molded part on the upstream side protrudes beyond the center point of the uppermost deflection roller into the downstream side, while the molded part on the downstream side does not protrude beyond the outer radius of the deflection roller. In addition, the ends of the molded parts protruding into the fluid container are at different distances from the fluid filling level. The gap-like opening between the molded parts created by these different distances is dimensioned sufficiently large so that a buoyant body can pass through the opening. Thus, if a buoyant body carrying a receiving element passes the uppermost deflection roller, the buoyant bodies leave the receiving element due to the buoyancy force acting on them and they pass through the opening between the false ceiling elements. The buoyancy bodies accumulate at the fluid filling height of the fluid container. Due to the curvature of the intermediate ceiling elements, there is an optimal flow line at the upper deflection point. The area below the lower deflection roller is also lined with appropriately shaped molded parts, so that there is also optimal flow guidance here. The false ceiling elements can also be made in one piece from the flow shells.
In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung weist mindestens ein Aufnahmeelement einen zumindest abschnittsweise konischen Verlauf auf. Die becherförmig ausgebildeten Aufnahmeelemente haben jeweils eine Aufnahmeöffnung durch die die Auftriebskörper aufgenommen werden können. Die Aufnahmeelemente sind so an den Treibriemen angeordnet, dass die Aufnahmeöffnungen den aufsteigenden Auftriebskörpern zugewandt sind. Von der Aufnahmeöffnung ausgehend, können die Aufnahmeelemente zylindrisch geformt sein. Der zylindrische Abschnitt kann von einem konischen Abschnitt gefolgt sein. Der konische Abschnitt bildet den Abschluss des Aufnahmeelementes und ist somit der den Strömungswiderstand bestimmende Abschnitt des Aufnahmeelementes in einem fluiden Medium. Durch den konischen Verlauf ist ein reduzierter Strömungswiderstand der Aufnahmeelemente im Vergleich zu einfach zylindrischen Aufnahmeelementen bei der Bewegung durch das fluide Medium gegeben. Hieraus resultiert eine Steigerung der Gesamteffizienz der Vorrichtung. Weiterhin sind auch andere Formgebungen der Aufnahmeelemente zur Reduzierung des Strömungswiderstands möglich.In a preferred embodiment of the invention, at least one receiving element has a conical course, at least in sections. The cup-shaped receiving elements each have a receiving opening through which the buoyancy bodies can be received. The receiving elements are arranged on the drive belt in such a way that the receiving openings face the ascending buoyancy bodies. Starting from the receiving opening, the receiving elements can have a cylindrical shape. The cylindrical section may be followed by a conical section. The conical section forms the end of the receiving element and is thus the section of the receiving element that determines the flow resistance in a fluid medium. Due to the conical course, there is reduced flow resistance of the receiving elements compared to simply cylindrical receiving elements when moving through the fluid medium. This results in an increase in the overall efficiency of the device. Furthermore, other shapes of the receiving elements are also possible to reduce the flow resistance.
In einer konstruktiven Weiterbildung der Erfindung ist mindestens ein Strömungsleitelement als mindestens eine Strömungsschale ausgebildet, die zumindest abschnittsweise die Aufnahmeelement umgibt. Zur weiteren Optimierung der Strömungsleitung kann in dem Fluidbehälter ein Tragegestell entlang des Treibriemens angeordnet sein, an dem vorzugsweise mehrere Strömungsschalen angeordnet sind. Die Strömungsschalen können beispielsweise in Form von Rinnen ausgebildet sein, deren eine Längskante in Anlage zu der Innenwandung des Fluidbehälters steht und deren andere Längskante in Anlage zu dem Tragegestell gebracht ist. An der Seite der Aufwärtsströmung und der Seite der Abwärtsströmung sind jeweils zwei einander gegenüber angeordnete Strömungsschalen angeordnet. Diese Strömungsschalen umfassen beidseitig Abschnitte des Treibriemens und die Aufnahmeelemente. Vorzugsweise sind die Aufnahmeelemente in ihrem Querschnitt kreisrund ausgeführt. Um mögliche Verwirbelungen zu unterdrücken, sind die Strömungsschalen in ihrem Querschnitt abschnittsweise an diese kreisrunde Form der Aufnahmeelemente angeglichen. Die Strömungsschalen umgeben dabei die Aufnahmeelemente so, dass zwischen der äußeren Wandung der Aufnahmeelemente und der inneren Wandung der Strömungsschalen ein mit dem fluiden Medium gefüllter Spalt gegeben ist. Die Größe dieses Spaltes kann je nach Strömungsgeschwindigkeit optimal angepasst werden.In a structural development of the invention, at least one flow guide element is designed as at least one flow shell, which at least partially surrounds the receiving element. To further optimize the flow line, a support frame can be arranged along the drive belt in the fluid container, on which a number of flow shells are preferably arranged. The flow shells can be designed, for example, in the form of channels, one longitudinal edge of which is in contact with the inner wall of the fluid container and the other longitudinal edge is brought into contact with the support frame. On the side of the upward flow and the side of the downward flow, two oppositely arranged flow shells are arranged. These flow shells include sections of the drive belt and the receiving elements on both sides. The receiving elements are preferably circular in their cross section. In order to suppress possible turbulence, the cross-section of the flow shells is adapted in sections to this circular shape of the receiving elements. The flow shells surround the receiving elements in such a way that there is a gap filled with the fluid medium between the outer wall of the receiving elements and the inner wall of the flow shells. The size of this gap can be optimally adjusted depending on the flow rate.
In einer alternativen Ausführung der Erfindung ist mindestens ein Strömungsleitelement als ein Abschnitt der Fluidbehälterwandung ausgebildet und umgibt den Treibriemen und die Aufnahmeelemente. Anstelle der dem Treibriemen und den Aufnahmeelementen zugeordneten separaten Strömungsschalen können die Strömungsschalen auch als Abschnitt der Fluidbehälterwandung ausgebildet sein. Hierzu weist die Wandung eine entsprechende Formgebung auf. Das Anordnen separater Strömungsleitelemente ist dann nicht notwendig.In an alternative embodiment of the invention, at least one flow guide element is designed as a section of the fluid container wall and surrounds the drive belt and the receiving elements. Instead of the separate flow shells assigned to the drive belt and the receiving elements, the flow shells can also be designed as a section of the fluid container wall. For this purpose, the wall has a corresponding shape. The arrangement of separate flow guide elements is then not necessary.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Strömungstrennwand zwischen den Umlenkrollen angeordnet. Durch die Anordnung der Strömungstrennwand zwischen den Umlenkrollen ist eine optimale Trennung der Aufwärtsströmung von der Abwärtsströmung gegeben. Eine Behinderung der beweglichen Teile, wie des Treibriemens oder der Auftriebskörper, durch die Trennwand ist somit verhindert.In an advantageous embodiment of the invention, the flow partition is arranged between the deflection rollers. The arrangement of the flow partition wall between the deflection rollers ensures optimum separation of the upward flow from the downward flow. This prevents the moving parts, such as the drive belt or the buoyancy body, from being obstructed by the partition wall.
In einer konstruktiven Weiterbildung der Erfindung sind zwei Seitenkanten der Strömungstrennwand zur Wandung des Fluidbehälters in Anlage gebracht. Dadurch, dass die Strömungstrennwand den Fluidbehälter bis zu den Wandungen teilt, sind Verwirbelungen im Randbereich der Strömungstrennwand minimiert.In a structural development of the invention, two side edges of the flow partition wall are brought into contact with the wall of the fluid container. The fact that the flow partition wall the fluid container up to the walls divides, turbulences in the edge area of the flow partition are minimized.
In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist dem Fluidbehälter eine Rückführleitung für Auftriebskörper zugeordnet und die Rückführleitung weist mindestens zwei Öffnungen auf, wobei eine Öffnung oberhalb der Fluidfüllhöhe in dem Fluidbehälter angeordnet ist und eine andere Öffnung mit der Zuführeinrichtung verbunden ist. Die Rückführleitung ist vorzugsweise rohrförmig ausgeführt und seitlich neben dem Fluidbehälter angeordnet. Der oberhalb der Fluidfüllhöhe angeordnete Abschnitt der Rückführleitung weist ein leichtes Gefälle in Richtung der Fluidfüllhöhe auf. Durch dieses Gefälle ist verhindert, dass das fluide Medium in die Rückführleitung eintreten kann und sich der Fluidbehälter somit im Verlauf der Zeit entleert. Nach diesem kurzen, ein Gefälle aufweisenden Abschnitt führt die Rückführleitung parallel zur Behälterwandung in Richtung des Fluidbehälterbodens. Vorzugsweise ist unter dem Behälterboden eine Zuführeinrichtung für Auftriebskörper in den Fluidbehälter angeordnet und die Rückführleitung ist mit dieser verbunden. Durch die Rückführleitung und die Zuführeinrichtung ist somit ein Kreislauf der Auftriebskörper gegeben.In a preferred embodiment of the invention, the fluid container is assigned a return line for buoyancy bodies and the return line has at least two openings, one opening being arranged above the fluid filling level in the fluid container and another opening being connected to the feed device. The return line is preferably tubular and is arranged laterally next to the fluid container. The section of the return line arranged above the fluid filling level has a slight gradient in the direction of the fluid filling level. This gradient prevents the fluid medium from entering the return line and the fluid container from being emptied over time. After this short section, which has a gradient, the return line runs parallel to the container wall in the direction of the fluid container bottom. A supply device for buoyancy bodies into the fluid container is preferably arranged under the container floor and the return line is connected to this. A circuit of the buoyancy bodies is thus provided by the return line and the feed device.
In einer konstruktiven Weiterbildung der Erfindung weist die Rückführleitung ein Abtropfsieb auf, das an der der Fluidfüllhöhe zugeordneten Öffnung angeordnet ist. Das Abtropfsieb ist dabei so oberhalb der Fluidfüllhöhe angeordnet, dass die Auftriebskörper, die in die Rückführleitung gelangen, über das Abtropfsieb rollen müssen und hier einen Teil des aufgesammelten fluiden Mediums abgeben. Dadurch ist sichergestellt, dass durch die mit dem fluiden Medium benetzten Auftriebskörper kein großer Anteil des Mediums aus dem Fluidbehälter entfernt wird.In a structural development of the invention, the return line has a draining sieve, which is arranged at the opening associated with the fluid filling level. The drip sieve is arranged above the fluid filling level in such a way that the buoyancy bodies that get into the return line have to roll over the drip sieve and release part of the collected fluid medium here. This ensures that the buoyant body wetted with the fluid medium does not remove a large proportion of the medium from the fluid container.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die der Fluidhöhe zugewandte Öffnung der Rückführleitung trichterförmig ausgebildet. Durch die trichterförmige Ausbildung ist eine geordnete Rückführung der Auftriebskörper gewährleistet.In an advantageous development of the invention, the opening of the return line facing the fluid level is designed in the shape of a funnel. Due to the funnel-shaped design, an orderly return of the buoyancy body is guaranteed.
In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist mindestens einer Umlenkrolle eine Energieumwandlungseinrichtung zugeordnet. Diese Energieumwandlungseinrichtung kann beispielsweise ein Generator sein, durch den Rotationsenergie in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Die Auftriebsenergie, die von den Auftriebskörpern freigesetzt wird, kann also in Rotationsenergie umgesetzt werden, die wiederum in elektrische Energie umgewandelt wird.In an advantageous embodiment of the invention, an energy conversion device is assigned to at least one deflection roller. This energy conversion device can be a generator, for example, which can be used to convert rotational energy into electrical energy. The buoyancy energy that is released by the buoyancy bodies can therefore be converted into rotational energy, which in turn is converted into electrical energy.
In einer konstruktiven Weiterbildung der Erfindung weist der Fluidbehälter mindestens eine Zuführöffnung auf und die Aufnahmeelemente weisen Aufnahmeöffnungen auf, die zumindest zeitweise im Lot oberhalb mindestens einer Zufuhröffnung angeordnet sind. Die Zufuhröffnung für die Auftriebskörper ist im Boden des Fluidbehälters angeordnet und ist direkt mit der Zufuhreinrichtung der Auftriebskörper verbunden. Durch die Anordnung der Zufuhröffnung im Lot unterhalb der Aufnahmeöffnungen der Aufnahmeelemente ist sichergestellt, dass die Auftriebskörper in die Aufnahmeelemente gelangen und nicht beispielsweise seitlich an den Aufnahmeelementen vorbei aufsteigen.In a structural development of the invention, the fluid container has at least one supply opening and the receiving elements have receiving openings which are at least temporarily arranged vertically above at least one supply opening. The supply opening for the buoyant bodies is arranged in the bottom of the fluid container and is directly connected to the supply device for the buoyant bodies. The arrangement of the feed opening vertically below the receiving openings of the receiving elements ensures that the buoyant bodies reach the receiving elements and do not, for example, rise laterally past the receiving elements.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Die schematischen Darstellungen zeigen in
-
1 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer geschnittenen Ansicht, -
2 eine teilgeschnittene Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, -
3 eine Teilansicht der Rückführleitung und des Abtropfsiebes, -
4 eine Querschnittsansicht der Rückführleitung und des Abtropfsiebes.
-
1 the device according to the invention in a sectional view, -
2 a partially sectioned top view of the device according to the invention, -
3 a partial view of the return line and the drip sieve, -
4 Figure 12 is a cross-sectional view of the return line and strainer.
Die Vorrichtung weist im Wesentlichen einen Fluidbehälter 1, einen Treibriemen 2 mit Aufnahmeelementen 3, zwei Umlenkrollen 4, 5, eine Trennwand 6, eine Rückführleitung 7 und eine Zuführeinrichtung 8 für Auftriebskörper 9 auf. Unterhalb des Fluidbehälters 1 ist eine Zuführeinrichtung 8 angeordnet, durch die die Auftriebskörper 9 in das Innere des Fluidbehälters 1 gelangen. Dazu weist der Boden des Fluidbehälters 1 eine Zufuhröffnung 10 auf. Die aufsteigenden Auftriebskörper 9 werden zeitweise von den Aufnahmeelementen 3 aufgenommen, die an einem Treibriemen 2 angeordnet sind. Die Aufnahmeelemente 3 sind becherförmig ausgebildet und weisen einen zylindrischen Abschnitt und einen konisch verlaufenden Abschnitt auf. Zur Aufnahme der Auftriebskörper weisen die Aufnahmeelemente eine Aufnahmeöffnung auf. Durch die Aufnahme der Auftriebskörper 9 wird der Treibriemen 2 in Richtung der Fluidfüllhöhe 11 angetrieben. Die Seite des Treibriemens 2 an der die Aufnahmeelemente 3 Auftriebskörper 9 mit sich führen, wird als Auftriebsseite 12 bezeichnet. Entsprechend wird die Seite mit leeren Aufnahmeelementen 3 als Abtriebsseite 13 bezeichnet. Der Treibriemen 2 umläuft zwei senkrecht übereinander angeordnete Umlenkrollen 4, 5. Am Umlenkpunkt der oberen Umlenkrolle 4 verlassen die Auftriebskörper 9 durch die sich ändernde Orientierung der Aufnahmebehälter 3 die Aufnahmebehälter 3 durch die Aufnahmeöffnung und steigen in Richtung Fluidfüllhöhe 11 auf. Die Auftriebskörper 9 sammeln sich an der Fluidfüllhöhe 11 an, wo sie bei Ansammlung entsprechend vieler Auftriebskörper 9 durch gegenseitiges Stoßen in die Rückführleitung 7 befördert werden. Die mit dem fluiden Medium benetzten Auftriebskörper 9 passieren bei der Beförderung in die Rückführleitung 7 durch die Öffnung 26 ein Abtropfsieb 14, über dem das fluide Medium abtropfen kann. Die benetzten Auftriebskörper 9 tragen somit weniger zur Entleerung des Fluidbehälters 1 bei. Hierzu weist die Rückführleitung 7, die röhrenförmig ausgebildet ist, an dem der Fluidfüllhöhe 11 zugeordneten Abschnitt 15 eine Steigung auf, so dass das fluide Medium nicht ins Innere der Rückführleitung 7 gelangen kann. Neben der Energie, die durch den Auftrieb der Auftriebskörper 9 freigesetzt wird, wird in dem vorliegenden System auch die Strömungsenergie ausgenutzt, die durch das Umlaufen des Treibriemens 2 in dem fluiden Medium entsteht. Hierzu weist der Fluidbehälter 1 Strömungsschalen auf, die den Treibriemen 2 und die Aufnahmebehälter 3 teilweise umgeben. Durch diese Strömungsschalen wird auch ein Zwischendeckenbereich 16, 16a gebildet, der zwischen der obersten Umlenkrolle 4 und der Fluidfüllhöhe 11 angeordnet ist. Die Wölbung des Zwischendeckenbereichs 16 ist der durch die Aufnahmeelemente 3 bei Umlauf um die Umlenkrolle 4 beschriebenen Wölbung angepasst. Zwischen den Strömungsschalen besteht ein Versatz, so dass eine spaltförmige Öffnung 17 zwischen den Strömungsschalen gegeben ist. Diese Öffnung 17 ist so dimensioniert, dass ein Auftriebselement 9 durch die Öffnung 17 hindurchtreten kann. Der Bodenbereich 18, 18a des Fluidbehälters ist ebenfalls durch die Strömungsschalen ausgebildet und an die Wölbung der an der Umlenkrolle 5 durch die Aufnahmeelemente 3 beschriebene Wölbung angepasst. Somit ist die Strömung innerhalb des Fluidbehälters 1 durch die strömungsleitenden Elemente optimal unterstützt. Die Anzahl der Verwirbelungen, die der Strömung entgegenwirken können ist minimiert. Zur Umwandlung der Auftriebsenergie weist mindestens eine Umlenkrolle eine Verbindung zu einem Generator auf. Die Auftriebsenergie wird also über den Treibriemen 2 und die Umlenkrollen 4, 5 in Rotationsenergie umgewandelt und entsprechend wird die Rotationsenergie in elektrische Energie gewandelt.The device essentially has a
In
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Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.All of the features mentioned in the above description and in the claims can be combined in any selection with the features of the independent claim. The disclosure of the invention is therefore not limited to the combinations of features described or claimed, rather all combinations of features that make sense within the scope of the invention are to be regarded as disclosed.
Claims (11)
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-
2013
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