DE102018003241A1 - Apparatus and method for generating usable energy - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von nutzbarer Energie mit einer Einrichtung zum Erhöhen einer potentiellen Energie eines Fluids und mit einer Einrichtung zum Umwandeln von kinetischer Energie in nutzbare Energie, insbesondere in mechanische oder elektrische Energie, wobei ein schwerkraftbetriebenes Verdrängerkolbenteil mit einem durch sein Eigengewicht aus einer Ausgangslage heraus sinkbaren Sinkkörper, wobei das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil zu einem Auftriebskörper umschaltbar ist, so dass das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil mittels hierauf wirkende Fluidauftriebskräfte wieder in Richtung der Ausgangslage verlagerbar ist. The invention relates to a device for generating usable energy with a device for increasing a potential energy of a fluid and with a device for converting kinetic energy into usable energy, in particular into mechanical or electrical energy, wherein a gravity driven Verdrängerkolbenteil with a by its own weight an initial position sink sinkable sinker, wherein the gravity-driven Verdrängerkolbenteil is switchable to a buoyant body, so that the gravity-driven Verdrängerkolbenteil is displaceable by means acting thereon fluid buoyancy forces back towards the starting position.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von nutzbarer Energie mit einer Einrichtung zum Erhöhen einer potentiellen Energie eines Fluids und mit einer Einrichtung zum Umwandeln von kinetischer Energie in nutzbare Energie, insbesondere in mechanische oder elektrische Energie.The invention relates to a device for generating usable energy with a device for increasing a potential energy of a fluid and with a device for converting kinetic energy into usable energy, in particular into mechanical or electrical energy.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Erzeugen von nutzbarer Energie, bei welchem ein Fluid von einem niedrigeren Höhenniveau auf ein höheres Höhenniveau gebracht wird, so dass dem Fluid eine höhere potentielle Energie innewohnt, welche anschließend in kinetische Energie und in nutzbare Energie, insbesondere in mechanische und/oder elektrische Energie, umgewandelt wird.The invention further relates to a method for generating usable energy, in which a fluid is brought from a lower height level to a higher height level, so that the fluid has a higher potential energy, which then in kinetic energy and usable energy, in particular in mechanical and / or electrical energy is converted.
Gattungsgemäße Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik etwa als Pumpspeicherkraftwerke bekannt, bei welchen Wasser mittels einer Pumpeneinrichtung von einem niedrigeren Höhenniveau mit einer potentiellen Ausgangsenergie auf ein höheres Höhenniveau gebracht wird, wodurch dem Wasser dann eine höhere potentielle Energie innewohnt. Das hochgepumpte Wasser ist somit auf dem höheren Höhenniveau zwischengespeichert, wobei die diesbezügliche höhere potentielle Energie bei Bedarf in kinetische Energie umgewandelt werden kann, wenn das Wasser wieder auf ein niedrigeres Höhenniveau zurückgeführt wird. Die hierbei gewonnene kinetische Energie kann somit in für den Menschen nutzbare Energie umgewandelt werden, insbesondere in mechanische oder elektrische Energie. Dieser Stand der Technik hat jedoch den Nachteil, dass hierfür in der Regel große Speicherbecken oder dergleichen erforderlich sind, mit welchen das Wasser auf dem höheren Höhenniveau zwischen zu speichern.Generic devices are known from the prior art as pumped storage power plants, in which water is brought by means of a pumping device from a lower height level with a potential output energy to a higher height level, which then the water inherent in a higher potential energy. The pumped-up water is thus cached at the higher level, and the higher potential energy involved can be converted into kinetic energy when needed, as the water is returned to a lower level. The kinetic energy thus obtained can thus be converted into usable energy for humans, in particular in mechanical or electrical energy. However, this prior art has the disadvantage that this usually large reservoirs or the like are required with which to store the water at the higher height level between.
Darüber hinaus sind auch noch andere Wasserkraftwerke bekannt, welche etwa als Fließgewässer-, Wellenkraft-, Gezeitenströmungs-Kraftwerke oder dergleichen ausgestaltet sein können.In addition, other hydroelectric power plants are known, which may be designed as a river, wave power, tidal current power plants or the like.
Nachteilig bei einer derartigen regenerativen Stromerzeugung sind jedoch die relativ großen und aufwendigen Bauweisen solcher Wasserkraftwerke, welche oftmals mit tiefeingreifenden baulichen Maßnahmen in die Natur einhergehen.The disadvantage of such a regenerative power generation, however, are the relatively large and expensive construction of such hydroelectric power plants, which often go hand in hand with deep-going construction measures in nature.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gattungsgemäße Vorrichtungen weiterzuentwickeln, um insbesondere die vorgenannten Nachteile bei Erzeugung von nutzbarer bzw. regenerativer Energie zu überwinden.The invention has for its object to further develop generic devices, in particular to overcome the aforementioned disadvantages in the production of usable or regenerative energy.
Die Aufgabe der Erfindung wird von einer Vorrichtung zum Erzeugen von nutzbarer Energie mit einer Einrichtung zum Erhöhen einer potentiellen Energie eines Fluids und mit einer Einrichtung zum Umwandeln von kinetischer Energie in nutzbare Energie, insbesondere in mechanische oder elektrische Energie, gelöst, wobei sich die Vorrichtung durch ein schwerkraftbetriebenes Verdrängerkolbenteil mit einem durch sein Eigengewicht aus einer Ausgangslage heraus sinkbaren Sinkkörper auszeichnet, wobei das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil zu einem Auftriebskörper umschaltbar ist, so dass das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil mittels hierauf wirkende Fluidauftriebskräfte wieder in Richtung der Ausgangslage verlagerbar ist.The object of the invention is achieved by a device for generating usable energy with a device for increasing a potential energy of a fluid and with a device for converting kinetic energy into usable energy, in particular into mechanical or electrical energy, wherein the device passes through a gravity driven Verdrängerkolbenteil with a sinkable by its own weight from a starting position sink body, wherein the gravity-driven Verdrängerkolbenteil is switchable to a buoyancy body, so that the gravity-driven Verdrängerkolbenteil is displaceable by means acting thereon fluid buoyancy forces back towards the starting position.
Vorteilhafterweise ist durch die vorliegende Vorrichtung eine konstruktiv äußerst einfache und nahezu überall einsetzbare Möglichkeit geschaffen, für den Menschen nutzbare Energie zu erzeugen, und zwar allein mittels der vorhandenen Schwerkraft, also regenerativ.Advantageously, created by the present device is a structurally extremely simple and almost everywhere usable possibility to generate usable energy for humans, and only by means of the existing gravity, so regenerative.
Insbesondere gelingt vorliegend somit eine sehr vorteilhafte regenerative Stromerzeugung.In particular, in the present case, therefore, a very advantageous regenerative power generation is possible.
Dies liegt im Wesentlichen an dem schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteil, da hiermit ausschließlich durch die auf das Verdrängerkolbenteil wirkende Schwerkraft eine potentielle Energieerhöhung des Fluids bewerkstelligt wird, welche anschließend zum Antreiben der Einrichtung zum Umwandeln von kinetischer Energie in nutzbare Energie genutzt werden kann. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass durch einfaches Absinken des einerseits als Sinkkörper konzipierten Verdrängerkolbenteils im direkten Gegenzug das Fluid auf ein höheres Höhenniveau gebracht wird.This is essentially due to the gravity-driven positive displacement piston part, as this will only effect potential energy increase of the fluid by the force of gravity acting on the positive displacement piston part, which can then be used to drive the kinetic energy conversion device into usable energy. In other words, this means that the fluid is brought to a higher height level by simply lowering the one hand designed as a sinker Verdrängerkolbenteils in direct return.
Folglich wird hierbei die dem schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteil anfänglich innewohnende potentielle Energie durch dessen schwerkraftinitiiertes Absinken dazu genutzt, die potentielle Energie des Fluid zu erhöhen, und zwar vorzugsweise in direktem Gegenzug.Thus, the potential energy initially inherent in the gravity driven displacer part is utilized by its gravitationally initiated descent to increase the potential energy of the fluid, preferably in direct return.
Damit ist die der Erfindung zugrundliegende Idee beschrieben.Thus, the idea underlying the invention is described.
Ferner ist der Sinkkörper bzw. das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil zugleich bevorzugt als schaltbarer Auftriebskörper konzipiert. Auch hierin ist ein weiterer wesentlicher Clou der Erfindung zu sehen.Furthermore, the sinking body or the gravity-driven displacement piston part is at the same time preferably designed as a switchable buoyant body. Again, another important feature of the invention is to be seen.
Gerade diese Kombination erlaubt es, die Vorrichtung derart zu betreiben, dass mit Hilfe der Schwerkraft für den Menschen nutzbare Energie erzeugt werden kann.It is this combination in particular that makes it possible to operate the device in such a way that energy which can be used by man for human energy can be generated by means of gravity.
Das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil kann zum Schalten bzw. Umschalten zwischen dem Sinkkörper und dem Auftriebskörper als Umschalteinrichtung beispielsweise einen manipulierbaren Evakuierungsraum umfassen.The gravity-driven Verdrängerkolbenteil can be used for switching or switching between the sinker and the buoyant body as Switching, for example, include a manipulated evacuation space.
Dieser manipulierbare Evakuierungsraum ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass aus ihn heraus ein Fluid evakuiert werden kann, so dass das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil an Masse verliert und hierdurch von einem ursprünglichen Sinkkörper zu einem Auftriebskörper umschaltbar ist.This manipulatable evacuation space is preferably configured such that a fluid can be evacuated out of it so that the gravity-driven displacement piston part loses its mass and can thus be switched from an original sinking body to a buoyancy body.
Der manipulierbare Evakuierungsraum kann hierbei bevorzugt mit einem Expansionsraum eines Expansionselements des schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteils wirkverbindbar sein, wobei mit dem Expansionselement ein Dichtungselement realisiert ist, um eine Dichtung zwischen dem schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteil und dem Zylinderteil etablieren zu können.The manipulatable evacuation space may in this case preferably be operatively connected to an expansion space of an expansion element of the gravity-driven displacement piston part, with the expansion element a sealing element being realized in order to be able to establish a seal between the gravity-driven displacement piston part and the cylinder part.
Ein Überdruck innerhalb eines solchen Expansionselement kann bevorzugt in Abhängigkeit von Reibungseffekten zwischen dem Expansionselement und dem Zylinderteil der Vorrichtung eingestellt werden.An overpressure within such an expansion element may preferably be adjusted in dependence on frictional effects between the expansion element and the cylinder part of the device.
Kumulativ oder alternativ kann der Überdruck in Abhängigkeit von Dichtungseffekten zwischen dem Expansionselement und dem Zylinderteil der Vorrichtung eingestellt werden.Cumulatively or alternatively, the overpressure can be adjusted depending on sealing effects between the expansion element and the cylinder part of the device.
Beispielsweise kann zwischen dem Evakuierungsraum und dem Expansionsraum des dichtenden Expansionselements Druckluft oder dergleichen hin und her ausgetauscht werden, je nachdem, ob das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil in einem Schwerkraftbetriebszustand (Druckluft in dem Expansionsraum) oder in einem Auftriebsbetriebszustand (Druckluft in dem Evakuierungsraum) betrieben werden soll.For example, compressed air or the like may be exchanged between the evacuation space and the expansion space of the sealing expansion member, depending on whether the gravity-driven Verdrängerkolbenteil in a gravity mode (compressed air in the expansion space) or in a buoyancy mode (compressed air in the evacuation space) to be operated.
Die Einrichtung zum Erhöhen einer potentiellen Energie eines Fluids kann im Wesentlichen durch das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil realisiert sein, der in einem geeigneten Zylinderteil bewegliche gelagert ist.The means for increasing a potential energy of a fluid may be substantially realized by the gravity-driven Verdrängerkolbenteil which is movably mounted in a suitable cylinder part.
Die Einrichtung zum Umwandeln von kinetischer Energie in nutzbare Energie ist beispielsweise durch einen Generator konstruktiv simpel bereitgestellt.The device for converting kinetic energy into usable energy is provided structurally simple, for example, by a generator.
Das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil weist vorliegend einen Verdrängerhub zwischen einem oberen Totpunkt (Ausganglage) und einem unteren Totpunkt auf, wobei der Verdrängerhub in entgegengesetzter Richtung einem Auftriebshub entspricht.In the present case, the gravity-operated displacement piston part has a displacement stroke between a top dead center (initial position) and a bottom dead center, wherein the displacement stroke corresponds in the opposite direction to a lift stroke.
Es versteht sich, dass das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil unterschiedlichst ausgestaltet sein kann, damit im Sinne der Erfindung Energie gewonnen werden kann.It is understood that the gravity-driven Verdrängerkolbenteil can be designed differently, so that energy can be obtained in the context of the invention.
Hierbei kann das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil sowohl einen in dem Fluid sinkbaren Sinkkörper als auch einen in dem Fluid aufsteigenden Auftriebskörper verkörpern, sei es in einem einzigen Bauteil, oder aber aus mehreren Bauteilen zusammengesetzt.In this case, the gravity-driven displacement piston part can embody both a sinkable body sinkable in the fluid and a buoyant body ascending in the fluid, be it in a single component or composed of several components.
Bei geeigneter Ausgestaltung kann das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil, der Sinkkörper und der Auftriebskörper sehr kompakt als ein einziges, mehrfunktionales Bauteil ausgeführt sein, also einteilig.In a suitable embodiment, the gravity-driven Verdrängerkolbenteil, the sinker and the buoyant body can be made very compact as a single, multi-functional component, so one-piece.
Konstruktiv einfach lässt sich das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil sehr kompakt realisieren, wenn das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil einen Dichte manipulierbaren Grundkörper aufweist. Hierdurch kann ein Umschalten zwischen einem Sinkkörper und einem Auftriebskörper konstruktiv einfach gelöst werden.In terms of design, the gravity-driven displacement piston part can be realized in a very compact manner if the gravity-operated displacement piston part has a density-manipulatable basic body. In this way, a switch between a sinker and a buoyancy body can be solved structurally simple.
Alternativ kann das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil mehrteilig zusammengesetzt sein.Alternatively, the gravity-driven Verdrängerkolbenteil be composed of several parts.
Gedacht sei hierbei daran, dass das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil etwa ein Scheibenelement oder dergleichen umfasst, mittels welchem der eigentliche Fluidverdrängungsprozess erfolgt.It should be remembered that the gravity-driven Verdrängerkolbenteil comprises approximately a disc element or the like, by means of which the actual fluid displacement process takes place.
Das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil kann ferner einen zusätzlichen Sinkkörper aufweisen, mittels welchem die zum Sinken des schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteils erforderliche Gewichtsmasse eingebracht werden kann. Der Sinkkörper kann dann in geeigneter Weise an dem Scheibenelement oder dergleichen befestigt sein.The gravity-driven Verdrängerkolbenteil may further comprise an additional sink body, by means of which the weight mass required for sinking the gravity-driven Verdrängerkolbenteils can be introduced. The sinker may then be suitably secured to the disc member or the like.
Des Weiteren kann das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil einen zusätzlichen Auftriebskörper aufweisen, welcher insbesondere in Wechselwirkung mit dem Fluid den erforderlichen Auftrieb an dem schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteil erzeugen kann.Furthermore, the gravity-driven displacement piston part can have an additional buoyancy body which, in particular in interaction with the fluid, can generate the required lift on the gravity-driven displacement piston part.
Es versteht sich, dass entweder der Sinkkörper oder der Auftriebskörper aktivierbar sein kann, um das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil im Sinne der Erfindung antreiben zu können. Es ist alternativ aber auch möglich, dass sowohl der Sinkkörper als auch der Auftriebskörper entsprechend aktivierbar sind, um die erforderlichen Effekte zu ermöglichen.It is understood that either the sinker or the buoyant body can be activated in order to drive the gravity driven Verdrängerkolbenteil according to the invention can. Alternatively, it is also possible that both the sinker and the buoyant body are activated accordingly to allow the required effects.
Es versteht sich, dass das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil auch aus einer Kombination hieraus bereitstellen lässt. It will be appreciated that the gravity operated displacer piston member may also be provided from a combination thereof.
Auf weitere unterschiedliche Konstruktionen des schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteils wird später noch genauer eingegangen werden.Further different constructions of the gravity-driven positive displacement piston part will be discussed in more detail later.
Jedenfalls wird die potentielle Energie des Fluids anschließend in kinetische Energie umgewandelt und hierbei direkt die Einrichtung zum Umwandeln von kinetischer Energie in nutzbare Energie angetrieben.In any event, the potential energy of the fluid is subsequently converted to kinetic energy, directly driving the means for converting kinetic energy into usable energy.
An dieser Stelle sei noch erwähnt, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung der Ausdruck „insbesondere“ immer so zu verstehen sei, dass mit diesem Ausdruck ein optionales, bevorzugtes Merkmal eingeleitet wird. Der Ausdruck ist nicht als „und zwar“ und nicht als „nämlich“ oder dergleichen zu verstehen.It should be noted that in the context of the present patent application, the expression "in particular" should always be understood to mean that this expression introduces an optional, preferred feature. The term is not to be understood as "and" and not as "namely" or the like.
Ferner sei darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und unbestimmte Zahlenangaben wie „ein...“, „zwei...“ usw. im Regelfall als mindestens-Angaben zu verstehen sein sollen, also als „mindestens ein...“, „mindestens zwei...“ usw., sofern sich nicht etwa aus dem Kontext oder dem konkreten Text einer bestimmten Stelle ergibt, dass etwa dort nur „genau ein...“, „genau zwei...“ usw. gemeint sein soll.Furthermore, it should be noted that in the context of the present patent application indefinite articles and indefinite figures such as "a ...", "two ...", etc. should be understood as a rule as at least-information, ie as "at least one. .. "," at least two ... ", etc., unless it is clear from the context or the specific text of a particular passage that there is only" exactly one ... "," exactly two ... ", etc should be meant.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil in einem mit dem Fluid zumindest teilweise befüllten Zylinderteil vertikal beweglich angeordnet ist, wobei das Zylinderteil mittels des Verdrängerkolbenteils in einen Fluidverdrängerbereich und in einen Fluidrücklaufbereich unterteilt ist.A preferred embodiment provides that the gravity-driven Verdrängerkolbenteil is arranged vertically movable in a cylinder part at least partially filled with the fluid, the cylinder part is divided by the Verdrängerkolbenteils in a Fluidverdrängerbereich and in a fluid return area.
Durch diese vertikale Beweglichkeit kann das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil optimal mithilfe der Schwerkraft einerseits und durch Auftriebskräfte andererseits angetrieben werden.By this vertical mobility, the gravity-driven Verdrängerkolbenteil can be optimally driven by gravity on the one hand and by buoyancy forces on the other hand.
Insofern ist das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil sowohl als ein Sinkkörper als auch als ein Auftriebskörper konzipiert.In this respect, the gravity-driven Verdrängerkolbenteil is designed both as a sinker and as a buoyancy body.
Das Zylinderteil kann hierbei unterschiedlichst ausgebildet sein. Es kann einen kreisrunden, ovalen, eckigen Körper oder dergleichen aufweisen. Oder offen oder geschlossen ausgebildet sein.The cylinder part can be designed differently. It may have a circular, oval, angular body or the like. Or be open or closed.
Bevorzugt sollte die Längsachse des Zylinderteils senkrecht, also vertikal, ausgerichtet angeordnet sein, damit sich das schwerkraftbetriebe Verdrängerkolbenteil optimal in dem Zylinderteil auf und ab bewegen kann.Preferably, the longitudinal axis of the cylinder part should be arranged perpendicularly, ie vertically, aligned, so that the gravitational force displacement piston part can move optimally up and down in the cylinder part.
Vorteilhafterweise ist die Zylinderform bzw. der Querschnitt des Zylinderteils in Abhängigkeit der Bauteilform des schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteils, oder vice versa, gewählt.Advantageously, the cylindrical shape or the cross section of the cylinder part is selected depending on the component shape of the gravity-driven Verdrängerkolbenteils, or vice versa.
Jedenfalls unterteilt das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil den Zylinderteil in eine Verdrängerseite bzw. Druckseite bzw. Ablaufseite (Fluidverdrängerbereich) und in eine Zulaufseite bzw. Rücklaufseite (Fluidrücklaufbereich).In any case, the gravity-driven Verdrängerkolbenteil divides the cylinder part in a Verdrängerseite or discharge side (Fluidverdrängerbereich) and in an inlet side and the return side (fluid return area).
Es versteht sich, dass das Fluid mittels der hier vorgeschlagenen Vorrichtung unterschiedlichst von dem Fluidverdrängerbereich auf ein höheres Höhenniveau gebracht werden kann. Beispielsweise kann das Fluid nach dem Antreiben einer Einrichtung zum Umwandeln von kinetischer Energie in nutzbare Energie in die Umgebung abgeleitet werden. Der Fluidverdrängerbereich könnte hierbei wieder mit neuem Fluid befüllt werden.It is understood that the fluid can be brought by means of the device proposed here very different from the Fluidverdrängerbereich to a higher height level. For example, after driving a means to convert kinetic energy into usable energy, the fluid can be diverted into the environment. The Fluidverdrängerbereich this could be filled again with new fluid.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Fluidverdrängerbereich und der Fluidrücklaufbereich fluidisch miteinander wirkverbunden sind, so dass ein aus dem Fluidverdrängerbereich verdrängtes Fluid in den Fluidrücklaufbereich geleitet und somit letztendlich wieder in das Zylinderteil zurückgeleitet werden kann. Hierdurch kann die Vorrichtung besonders ökologisch betrieben werden, da das Fluid mehrfach verwendbar ist, bevorzugt im Sinne eines geschlossenen Kreislaufs, insbesondere zwischen dem Fluidverdrängerbereich und dem Fluidrücklaufbereich.It is particularly expedient if the fluid displacer region and the fluid return region are fluidically connected to one another so that a fluid displaced from the fluid displacer region can be guided into the fluid return region and thus ultimately returned to the cylinder part. In this way, the device can be operated particularly ecologically, since the fluid is reusable, preferably in the sense of a closed circuit, in particular between the Fluidverdrängerbereich and the fluid return area.
Ferner kann das Fluid aus dem Fluidverdrängerbereich heraus baulich mit sehr geringen Aufwand auf ein erforderliches höheres Höhenniveau gebracht werden, wenn die Vorrichtung bzw. das Zylinderteil wenigstens ein Steigrohr umfasst, welches mit dem Zylinderteil derart fluidisch wirkverbunden ist, dass das in dem Zylinderteil befindliche Fluid mittels des schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteils zumindest teilweise in das wenigstens eine Steigrohr hinein und bis auf ein höheres potentielles Energieniveau verdrängbar ist, wobei die hierbei gewonnene potentielle Energie des Fluids in kinetische Energie umwandelbar ist, um die Einrichtung zum Umwandeln von kinetischer Energie in nutzbare Energie anzutreiben.Furthermore, the fluid can be brought out of the Fluidverdrängerbereich structurally with very little effort to a required higher height level, if the device or the cylinder part comprises at least one riser, which is fluidly operatively connected to the cylinder part such that the fluid located in the cylinder part means at least partially displaceable into the at least one riser and up to a higher potential energy level, the potential energy of the fluid thereby obtained being convertible to kinetic energy to drive the means for converting kinetic energy into usable energy.
Bevorzugt ist die untere Öffnung des Steigrohrs im unteren Bereich des Zylinderteils derart angeordnet, dass das Steigrohr fluidisch mit einem Innenraum, insbesondere mit dem Fluidverdrängerbereich, des Zylinderteils wirkverbunden ist.Preferably, the lower opening of the riser pipe is arranged in the lower region of the cylinder part such that the riser pipe is operatively connected to an interior space, in particular to the fluid displacement area, of the cylinder part.
Hierdurch kann das mittels des schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteils aus dem Zylinderteil heraus verdrängte Fluid baulich einfach durch die untere Öffnung, also die Eingangsöffnung des Steigrohrs, hindurch in das Steigrohr hinein und auf ein höheres Höhenniveau verdrängt werden.As a result, the fluid displaced out of the cylinder part by means of the gravity-driven displacer piston part can be structurally simply passed through the lower opening, that is to say the inlet opening of the Riser, through into the riser into and displaced to a higher height level.
Die obere Öffnung - Ausgangsöffnung - des Steigrohrs ist hingegen zweckmäßigerweise oberhalb des schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteils angeordnet und ragt bevorzugt bis über das Zylinderteil der Vorrichtung hinaus, um so eine ausreichende Förderhöhe für das Fluid zu gewinnen.The upper opening - outlet opening - of the riser, however, is conveniently located above the gravity driven Verdrängerkolbenteils and preferably protrudes beyond the cylinder part of the device, so as to obtain a sufficient head for the fluid.
Vorteilhafterweise ist die Förderhöhe des Steigrohrs in Abhängigkeit von dem Gewicht des schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteils gewählt, wodurch gewährleistet ist, dass das Fluid mithilfe des schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteils betriebssicher aus der oberen Öffnung des Steigrohrs heraus verdrängt werden kann.Advantageously, the delivery height of the riser is selected in dependence on the weight of the gravity-driven Verdrängerkolbenteils, thereby ensuring that the fluid can be reliably displaced using the gravity-driven Verdrängerkolbenteils from the upper opening of the riser out.
Es versteht sich, dass das vorliegende Steigrohr unterschiedlichst ausgebildet sein kann.It is understood that the present riser can be formed very different.
Um die Reibung zwischen dem Fluid und der Innenseite des Steigrohrs möglichst gering zu halten, ist es vorteilhaft, wenn die Innenseite besonders glatt ausgebildet ist.In order to keep the friction between the fluid and the inside of the riser as low as possible, it is advantageous if the inside is designed to be particularly smooth.
Die Innenseite kann kumulativ oder alternativ auch eine reibungsreduzierende Beschichtung oder dergleichen aufweisen, oder das Material des Steigrohrs ist entsprechend ausgewählt.The inside may cumulatively or alternatively also have a friction-reducing coating or the like, or the material of the riser is selected accordingly.
Eine Beschichtung kann beispielsweise mit Teflon oder ähnlichem erfolgen.A coating can be done for example with Teflon or the like.
Vorteilhafterweise ist das an der vorliegenden Vorrichtung eingesetzte Fluid auf die Beschichtung der Innenseite oder auf das Material des Steigrohrs abgestimmt.Advantageously, the fluid used in the present device is matched to the coating on the inside or on the material of the riser.
Ferner können mehrere Steigrohre vorgesehen sein, welche umfangsverteilt um das Zylinderteil herum an der Vorrichtung angeordnet sind.Furthermore, a plurality of riser pipes may be provided, which are arranged circumferentially distributed around the cylinder part on the device.
Um mit dem Fluid genügend potentielle Energie zum Betreiben der Einrichtung zum Umwandeln von kinetischer Energie in nutzbare Energie bereitstellen zu können, ist die obere Öffnung des Steigrohrs vorzugsweise oberhalb des Zylinderteils bzw. des Fluidrücklaufbereichs angeordnet.In order to be able to provide enough potential energy with the fluid to operate the device for converting kinetic energy into usable energy, the upper opening of the riser pipe is preferably arranged above the cylinder part or the fluid return region.
Insbesondere eine Antriebseinheit der Einrichtung zum Umwandeln von kinetischer Energie in nutzbare Energie kann baulich sehr gut und effektiv mit einer dem Fluid innewohnenden kinetischen Energie betrieben werden, wenn die obere Öffnung des Steigrohrs und/oder das höhere Höhenniveau des Fluids mit einem Höhenabstand von dem oberen Totpunkt des schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteils angeordnet ist, wobei dieser Höhenabstand größer ist als der Verdrängerhub der vorliegenden Vorrichtung, insbesondere der Einrichtung zum Erhöhen einer potentiellen Energie eines Fluids bzw. des schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteils.In particular, a drive unit of the means for converting kinetic energy into usable energy can be structurally very well and effectively operated with a kinetic energy inherent in the fluid when the upper opening of the riser and / or the higher height level of the fluid is at a height distance from top dead center of the gravity-driven Verdrängerkolbenteils, this height distance is greater than the Verdrängerhub the present device, in particular the means for increasing a potential energy of a fluid or the gravity-driven Verdrängerkolbenteils.
Die Vorrichtung lässt sich besonders effektiv betreiben, wenn der Höhenabstand mehr als das 1,5-fache oder das 2-fache des Verdrängerhubs beträgt.The device can be operated particularly effectively when the height distance is more than 1.5 times or twice the displacement stroke.
Eine weitere sehr gute Ausführungsvariante sieht vor, dass die Einrichtung zum Umwandeln von kinetischer Energie in nutzbare Energie zwischen der oberen Öffnung des Steigrohrs und dem schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteil wirksam angeordnet ist, so dass das aus der oberen Öffnung des Steigrohrs herausströmende Fluid bevorzugt direkt zum Antreiben der Einrichtung zum Umwandeln von kinetischer Energie in nutzbare Energie bzw. zum Antreiben der Antriebseinheit hiervon verwendet werden kann.Another very good embodiment provides that the means for converting kinetic energy into usable energy between the upper opening of the riser and the gravity-driven Verdrängerkolbenteil is effectively arranged, so that the flowing out of the upper opening of the riser fluid preferably directly to drive the device can be used for converting kinetic energy into usable energy or for driving the drive unit thereof.
Wie eingangs bereits beschrieben, ist es vorteilhaft, wenn das Verdrängerkolbenteil dazu eingerichtet ist, zwischen einem schwerkraftbetriebenen Sinkkörper zum Sinken des Verdrängerkolbenteils in dem Fluid und einem Auftriebskörper zum Steigen umschaltbar zu sein.As already described above, it is advantageous if the displacement piston part is set up to be switchable between a gravity-driven sink body for sinking the displacement piston part in the fluid and a buoyancy body for ascending.
Bevorzugt ist das Verdrängerkolbenteil dazu eingerichtet, dass der Sinkkörper allein aufgrund seines Eigengewichts in dem Fluid nach unten sinken kann.Preferably, the positive displacement piston part is set up so that the sinker can sink downwards due to its own weight in the fluid alone.
Ein im Sinne der Erfindung schaltbares Verdrängerkolbenteil kann hierbei auf sehr verschiedene Weise bereitgestellt werden, wenn das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil eine schaltbare Einrichtung zum Verhindern oder Ermöglichen eines Fluidflusses durch das Verdrängerkolbenteil hindurch und/oder an dem Verdrängerkolbenteil vorbei umfasst.A positive displacement piston part switchable according to the invention can in this case be provided in a very different way if the gravity driven displacement piston part comprises a switchable device for preventing or allowing fluid flow through the displacement piston part and / or past the displacement piston part.
Eine derartige schaltbare Einrichtung kann baulich unterschiedlichst realisiert werden.Such a switchable device can be realized structurally different.
Eine diesbezügliche vorteilhafte Ausführungsvariante kann eventuell derart ausgestaltet sein, dass das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil einen veränderbaren Außendurchmesser aufweist. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil in seinem Schwerkraftbetriebszustand, also wenn das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil mithilfe seines Eigengewichts aufgrund der Schwerkraft in dem Fluid nach unten sinkt, an seinem Umfang mit dem Zylinderteil einerseits ausreichend dichtend wechselwirkt.A related advantageous embodiment variant may possibly be configured such that the gravity-driven displacement piston part has a variable outer diameter. In this way, it can be ensured that the gravity-driven displacement piston part, in its gravity operating state, that is, when the gravity-driven displacement piston part, due to its own weight, sinks downwards in the fluid due to gravity, interacts on its circumference with the cylinder part with sufficient sealing effect.
In einem sehr einfachen Fall, kann der veränderbare Außendurchmesser durch ein zumindest partiell aufblasbares schwerkraftbetriebenes Verdrängerkolbenteil realisiert sein.In a very simple case, the variable outer diameter can be replaced by an at least partially inflatable gravity driven Verdrängerkolbenteil be realized.
Der hierfür erforderliche Überdruck kann in Abhängigkeit von einem Reibungseffekt zwischen dem schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteil und dem Zylinderteil gewählt werden.The excess pressure required for this purpose can be selected as a function of a frictional effect between the gravity-driven displacement piston part and the cylinder part.
Der Begriff „ausreichend dichtend“ bedeutet im Sinne der Erfindung, dass der Fluidverdrängerbereich mittels des schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteils gegenüber dem Fluidrücklaufbereich räumlich derart getrennt ist, dass das Fluid durch das wenigstens eine Steigrohr hinein bis auf ein gewünschtes höheres Höhenniveau verdrängt werden kann.The term "sufficiently sealing" in the sense of the invention means that the fluid displacer area is spatially separated from the fluid return area by means of the gravity-driven displacement piston part so that the fluid can be displaced through the at least one riser into a desired higher height level.
Andererseits kann mit einem entsprechend reduzierten Außendurchmesser auch ein reduzierter Umfang des schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteils und somit ein Spalt zwischen dem schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteil und dem Zylinderteil erzielt werden, wodurch in einem Auftriebsbetriebszustand des schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteils der Fluidverdrängerbereich und der Fluidrücklaufbereich räumlich und fluidisch miteinander verbunden werden können.On the other hand, with a correspondingly reduced outer diameter, a reduced circumference of the gravity-driven Verdrängerkolbenteils and thus a gap between the gravity-driven Verdrängerkolbenteil and the cylinder part can be achieved, whereby in a buoyancy operating state of the gravity-driven Verdrängerkolbenteils the Fluidverdrängerbereich and the fluid return area can be spatially and fluidly interconnected.
Mittels des veränderbaren Außendurchmessers ist das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil also zwischen einem Sinkkörper zu einem Auftriebskörper umschaltbar.By means of the variable outer diameter, the gravity-driven displacement piston part can therefore be switched between a sinker body and a buoyant body.
Kumulativ oder alternativ kann das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil einen schließbaren und öffenbaren Fluiddurchlass aufweisen, um den Fluidverdrängerbereich von dem Fluidrücklaufbereich räumlich hinreichend zu trennen oder beide miteinander zu verbinden.Cumulatively or alternatively, the gravity-driven displacer member may include a closable and openable fluid passage for spatially isolating or both interconnecting the fluid displacer portion from the fluid return portion.
Auch mittels des schließbaren und öffenbaren Fluiddurchlasses ist das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil zwischen einem Sinkkörper zu einem Auftriebskörper umschaltbar.Also by means of the closable and openable fluid passage, the gravity-driven Verdrängerkolbenteil is switchable between a sink body to a buoyant body.
Kumulativ oder alternativ kann das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil zumindest bereichsweise für das Fluid semipermeabel ausgestaltet sein. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass das Fluid während des Schwerkraftbetriebszustands von dem Fluidverdrängerbereich durch das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil hindurch nicht in den Fluidrücklaufbereich gelangen kann, im Auftriebsbetriebszustand umgekehrt aber schon.Cumulatively or alternatively, the gravity-driven Verdrängerkolbenteil be designed at least partially for the fluid semipermeable. In this way it can be ensured that the fluid can not get into the fluid return region from the fluid displacement region through the gravity-driven displacement piston part during the gravity operating state, but vice versa in the buoyancy operating state.
Im Allgemeinen ist vorliegend darauf zu achten, dass die Reibung zwischen dem schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteil und dem Zylinderteil optimiert ist, so dass eine schwerkraftinitiierte bzw. auftriebskräfteinitiierte Bewegung des schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteils gegenüber dem Zylinderteil durch möglichst geringe Reibungseffekte eingebremst wird.In general, care should be taken in the present case that the friction between the gravity-driven Verdrängerkolbenteil and the cylinder part is optimized, so that a gravitational initiated or buoyancy-induced movement of the gravity-driven Verdrängerkolbenteils is braked against the cylinder part by the lowest possible friction effects.
Es versteht sich, dass es eine Reihe an konstruktiven Möglichkeiten gibt, um solche Reibungseffekte signifikant zu reduzieren, beispielsweise durch besonders glatte Oberflächen der miteinander reibenden Bauteiloberflächen.It is understood that there are a number of design possibilities to significantly reduce such friction effects, for example, by means of particularly smooth surfaces of the component surfaces rubbing against each other.
Derartige glatte Oberflächen können beispielsweise polierte oder beschichtete Oberflächen sein. Gedacht sei hierbei an eine Teflon beschichtete Oberfläche oder dergleichen.Such smooth surfaces may be, for example, polished or coated surfaces. It is intended to a Teflon coated surface or the like.
Vorteilhaftweise können gattungsgemäße Beschichtungen sowohl an dem schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteil als auch an dem Zylinderteil, oder eben nur an einem dieser Bauteile, vorgesehen sein.Advantageously, generic coatings can be provided both on the gravity-driven displacement piston part and on the cylinder part, or just on one of these components.
Bevorzugt kann aber auch ein geringer Spalt zwischen der Umfangsfläche des schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteils und der Innenseite des Zylinderteils vorhanden sein, um Reibungseffekte zu reduzieren.Preferably, however, a small gap between the peripheral surface of the gravity-driven Verdrängerkolbenteils and the inside of the cylinder part may be present in order to reduce friction effects.
Dieser geringe Spalt beträgt beispielsweise mehr als 0,1 mm oder 0,5 mm, wodurch zum einen ein ausreichend großer Abstand zur Verfügung gestellt ist, um kritische Reibungseffekte zu vermeiden. Zum anderen können Leckageverluste von dem Fluidverdrängerbereich zu dem Fluidrücklaufbereich hin gut beherrscht werden.This small gap, for example, more than 0.1 mm or 0.5 mm, whereby on the one hand a sufficiently large distance is provided to avoid critical friction effects. On the other hand, leakage losses from the fluid displacement area to the fluid return area can be well controlled.
Bevorzugt beträgt der geringe Spalt weniger als 1 mm, um zu negativ wirkende Leckageverluste zwischen dem Fluidverdrängerbereich und dem Fluidrücklaufbereich möglichst auszuschließen.Preferably, the small gap is less than 1 mm in order to rule out any negative leakage losses between the Fluidverdrängerbereich and the fluid return area as possible.
Vorteilhafterweise kann der Betrag des geringen Spalts in Abhängigkeit von dem Außendurchmesser des schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteils und/oder von der mit dem Steigrohr erzielbaren Förderhöhe gewählt sein, wodurch besonders gut aufeinander abgestimmte Bedingen erreicht werden können.Advantageously, the amount of the small gap depending on the outer diameter of the gravity-driven Verdrängerkolbenteils and / or be selected from the achievable with the riser head, whereby particularly well matched conditions can be achieved.
Um das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil geordnet gegenüber dem Zylinderteil bewegen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung eine Führungseinrichtung umfasst, mittels welcher das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil an dem Zylinderteil beweglich gelagert ist.In order to be able to move the gravity-operated displacement piston part in an ordered manner relative to the cylinder part, it is advantageous if the device comprises a guide device by means of which the gravity-driven displacement piston part is movably mounted on the cylinder part.
Eine derartige Führungseinrichtung kann hierbei ein Schienensystem umfassen, bei welchem das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil etwa als Schlitten an Schienenelementen des Zylinderteils gelagert ist.Such a guide device may in this case comprise a rail system in which the gravity-driven displacement piston part is mounted approximately as a slide on rail elements of the cylinder part.
Oder die Führungseinrichtung weist Rollen- oder Kugelelemente auf, mittels welchen sich das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil zumindest partiell an der Innenseite des Zylinderteils abstützen kann. Or the guide device has roller or ball elements, by means of which the gravity-driven Verdrängerkolbenteil can be at least partially supported on the inside of the cylinder part.
Vorteilhafterweise kann das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil an seinem Außenumfang bauchig ausgebildet sein, so dass eine Dichtungsfläche zwischen dem und dem Zylinderteil möglichst nur linienförmig ausgestaltet ist, wobei sich diese linienförmige Dichtungsfläche in Umfangsrichtung einer äußeren Mantelfläche des schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteils erstreckt.Advantageously, the gravity-driven Verdrängerkolbenteil may be formed bulbous on its outer circumference, so that a sealing surface between the cylinder and the part is designed as possible only line-shaped, with this line-shaped sealing surface extends in the circumferential direction of an outer circumferential surface of the gravity-driven Verdrängerkolbenteils.
Durch die vorliegend derart eingerichtete Vorrichtung gelingt trotz einiger Reibungswiderstände ein effektiver Betrieb.By the presently furnished device succeeds despite some frictional resistance, an effective operation.
Gemäß der Erfindung einsetzbare spezifisch ausgerüstete Vorrichtungen können unabhängig voneinander die vorliegende Aufgabe vorteilhaft lösen, nämlich:Independently equipped devices which can be used according to the invention can, independently of one another, advantageously achieve the present object, namely:
Eine Vorrichtung zum Erzeugen von nutzbarer Energie mit einem Zylinderteil, welches ein Fluid umfasst, mit einem Verdrängerkolbenteil, welches in dem Zylinderteil durch die Schwerkraft antreibbar angeordnet ist, mit wenigstens einem Steigrohr, welches mit dem Zylinderteil derart fluidisch wirkverbunden ist, dass das sich in dem Zylinderteil befindliche Fluid zumindest teilweise in das Steigrohr hinein auf ein höheres potentielles Energieniveau verdrängbar ist, und mit einem Generator, mittels welchem die potentielle Energie des Fluids in kinetische Energie umwandelbar ist, wobei das Verdrängerkolbenteil einen aktivierbaren Auftriebskörper umfasst, um in dem Fluid entgegen der Schwerkraft aufzusteigen.A device for generating usable energy with a cylinder part, which comprises a fluid, with a Verdrängerkolbenteil which is arranged drivable in the cylinder part by gravity, with at least one riser, which is fluidly operatively connected to the cylinder part, that in the Cylinder part is displaceable at least partially into the riser into a higher potential energy level, and with a generator by means of which the potential energy of the fluid is convertible into kinetic energy, wherein the Verdrängerkolbenteil comprises an activatable buoyant body in the fluid against gravity ascend.
Allein durch einen als aktivierbaren Auftriebskörper ausgestaltetes Verdrängerkolbenteil kann eine gattungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft weiterentwickelt werden, so dass diese Merkmalskombination bereits ohne die übrigen Merkmale der Erfindung vorteilhaft ist.A generic device can advantageously be further developed by a displacer piston part designed as activatable buoyant body alone, so that this feature combination is already advantageous without the other features of the invention.
Eine Vorrichtung zum Erzeugen von nutzbarer Energie mit einem Zylinderteil, welches ein Fluid umfasst, mit einem Verdrängerkolbenteil, welches in dem Zylinderteil durch die Schwerkraft antreibbar angeordnet ist, mit wenigstens einem Steigrohr, welches mit dem Zylinderteil derart fluidisch wirkverbunden ist, dass das sich in dem Zylinderteil befindliche Fluid zumindest teilweise in das Steigrohr hinein auf ein höheres potentielles Energieniveau verdrängbar ist, und mit einem Generator, mittels welchem die potentielle Energie des Fluids in kinetische Energie umwandelbar ist, wobei das Verdrängerkolbenteil einen veränderbaren Durchmesser aufweist.A device for generating usable energy with a cylinder part, which comprises a fluid, with a Verdrängerkolbenteil which is arranged drivable in the cylinder part by gravity, with at least one riser, which is fluidly operatively connected to the cylinder part, that in the Cylinder part fluid is at least partially displaced into the riser into a higher potential energy level, and with a generator by means of which the potential energy of the fluid is converted into kinetic energy, wherein the Verdrängerkolbenteil has a variable diameter.
Beispielsweise ist das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil hierzu schlicht aufblasbar ausgestaltet, zumindest partiell.For example, the gravity-driven Verdrängerkolbenteil this is simply designed inflatable, at least partially.
Allein durch einen mit einem veränderbaren Außendurchmesser ausgestaltetes Verdrängerkolbenteil kann eine gattungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft weiterentwickelt werden, so dass diese Merkmalskombination bereits ohne die übrigen Merkmale der Erfindung vorteilhaft ist.A generic device can advantageously be further developed by a displacer piston part designed with a variable outer diameter alone, so that this feature combination is already advantageous without the other features of the invention.
Vorrichtung zum Erzeugen von nutzbarer Energie mit einem Zylinderteil, welches ein Fluid umfasst, mit einem Verdrängerkolbenteil, welches in dem Zylinderteil durch die Schwerkraft antreibbar angeordnet ist, mit wenigstens einem Steigrohr, welches mit dem Zylinderteil derart fluidisch wirkverbunden ist, dass das sich in dem Zylinderteil befindliche Fluid zumindest teilweise in das Steigrohr hinein auf ein höheres potentielles Energieniveau verdrängbar ist, und mit einem Generator, mittels welchem die potentielle Energie des Fluids in kinetische Energie umwandelbar ist, wobei das Verdrängerkolbenteil einen fluiddurchlässig aktivierbaren Körper aufweist.Device for generating usable energy with a cylinder part, which comprises a fluid, with a Verdrängerkolbenteil which is arranged drivable in the cylinder part by gravity, with at least one riser, which is fluidly operatively connected to the cylinder part, that in the cylinder part located fluid can be displaced at least partially into the riser to a higher potential energy level, and with a generator by means of which the potential energy of the fluid is converted into kinetic energy, wherein the Verdrängerkolbenteil has a fluid-permeable activated body.
Allein durch ein fluiddurchlässig aktivierbaren Verdrängerkolbenteil kann eine gattungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft weiterentwickelt werden, so dass diese Merkmalskombination bereits ohne die übrigen Merkmale der Erfindung vorteilhaft ist.Just by a fluid-permeable activatable positive displacement piston part, a generic device can advantageously be further developed, so that this combination of features is already without the other features of the invention is advantageous.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch von einem Verfahren zum Erzeugen von nutzbarer Energie gelöst, bei welchem ein Fluid von einem niedrigeren Höhenniveau (Ausgangslageniveau) auf ein höheres Höhenniveau (höheres Lageniveau) gebracht wird, so dass dem Fluid eine höhere potentielle Energie innewohnt, welche anschließend in kinetische Energie und in nutzbare Energie, insbesondere in mechanische und/oder elektrische Energie, umgewandelt wird, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dass das Fluid zumindest teilweise mittels eines in diesem Fluid aufgrund der Schwerkraft sinkenden Sinkkörpers auf ein höheres Höhenniveau gebracht wird, um eine Einrichtung zum Erzeugen von nutzbarer Energie aus kinetischer Energie anzutreiben, wobei der Sinkkörper nach dem Absinken aus seiner ursprünglichen Ausgangslage heraus mittels von dem Fluid auf den Sinkkörper wirkenden Auftriebskräfte wieder in Richtung Ausgangslage des Sinkkörpers verlagert wird.The object of the invention is also achieved by a method for generating usable energy in which a fluid is brought from a lower level (initial level) to a higher level (higher level), so that the fluid has a higher potential energy, which subsequently in kinetic energy and in usable energy, in particular in mechanical and / or electrical energy is converted, wherein the method is characterized in that the fluid is at least partially brought to a higher height level by means of a sinking in this fluid due to gravity sinking to drive a device for generating usable energy from kinetic energy, wherein the sinking body is displaced after descending from its original starting position out by means of the buoyancy of the fluid acting on the sinking buoyancy forces back towards the initial position of the sinker.
Mittels dieses Verfahrens kann allein durch Ausnutzung der Schwerkraft und durch Ausnutzung von Auftriebskräften für den Menschen nutzbare Energie erzeugt werden.By means of this method, usable energy can be generated solely by utilizing gravity and by utilizing buoyancy forces for human beings.
Bei einer alternativen Lösung könnte das Fluid auch nur als Auftriebshilfsmittel für den schwerkraftbetriebenen Sinkkörper eingesetzt werden. Hierbei kann dann dieser schwerkraftbetriebene Sinkkörper direkt mechanisch mit einer Einrichtung zum Umwandeln von kinetischer Energie in nutzbare Energie, insbesondere in mechanische oder elektrische Energie, wirkverbindbar sein, so dass diese Einrichtung zum Umwandeln von kinetischer Energie in nutzbare Energie von dem schwerkraftbetriebenen Sinkkörper auch unter Umgehung einer Einrichtung zum Erhöhen einer potentiellen Energie eines Fluids antreibbar ist. Hierzu ist der schwerkraftbetriebene Sinkkörper mit einer Antriebseinheit der Einrichtung zum Umwandeln von kinetischer Energie in nutzbare Energie mechanisch wirkverbunden, wenn der schwerkraftbetriebene Sinkkörper in dem Fluid nach unten sinkt. Vor, während oder nach dem Umschalten des schwerkraftbetriebene Sinkkörpers in einen Auftriebskörper kann die mechanische Wirkverbindung zwischen der Antriebseinheit und dem schwerkraftbetriebenen Sinkkörper beispielsweise gelöst werden und der schwerkraftbetriebene Sinkkörper steigt aufgrund der auf ihn wirkenden Auftriebskräfte wieder nach oben usw.In an alternative solution, the fluid could also be used only as a buoyancy aid for the gravity-driven sinker. In this case, this gravitational sinking body can then be directly mechanically operatively connected to a device for converting kinetic energy into usable energy, in particular into mechanical or electrical energy, so that this device for converting kinetic energy into usable energy from the gravity-driven sinker also bypasses a Device for increasing a potential energy of a fluid is drivable. For this purpose, the gravity-driven sinker is mechanically operatively connected to a drive unit of the means for converting kinetic energy into usable energy when the gravity-driven sinker sinks downwardly in the fluid. Before, during or after the switching of the gravity-driven sinking body into a buoyant body, the mechanical operative connection between the drive unit and the gravity-driven sinker can be released, for example, and the gravity-driven sinker rises again due to the buoyancy forces acting on it.
Vorteilhafterweise wird vorliegend der Sinkkörper in geeigneter Weise in einen Auftriebskörper umgeschaltet.Advantageously, in the present case, the sink body is switched over in a suitable manner into a buoyant body.
Zweckmäßigerweise weist zur einfachen Umsetzung des vorliegenden Verfahrens eine Einrichtung zum Erhöhen der potentiellen Energie somit einen schwerkraftbetriebenen Sinkkörper auf, welcher bevorzugt zu einem Auftriebskörper schaltbar ist, wobei mittels des Sinkkörpers jedoch ein Fluid zumindest teilweise auf eine höhere potentielle Energie bringbar ist, um die Einrichtung zum Umwandeln von kinetischer Energie in nutzbare Energie anzutreiben.Expediently, for the simple implementation of the present method, a device for increasing the potential energy thus has a gravitational sinking body, which is preferably switchable to a buoyant body, wherein by means of the sinker, however, a fluid at least partially to a higher potential energy can be brought to the device for Turning kinetic energy into usable energy.
Ein Umschalten des Sinkkörpers kann dadurch gelingen, dass der Sinkkörper beispielsweise seinen Außendurchmesser derart verändert, dass eine Wechselwirkung gegenüber einem Zylinderteil manipuliert werden kann.A switching over of the sinking body can be achieved by the sinker, for example, changing its outside diameter such that an interaction with respect to a cylinder part can be manipulated.
Ein derart veränderbarer Außendurchmesser kann zum Beispiel durch einen aufblasbaren Sinkkörper realisiert werden, welcher hinsichtlich seines mit einem Zylinderteil wechselwirkbaren Außendurchmessers veränderbar ist.Such a variable outer diameter can be realized for example by an inflatable sink body, which is variable with respect to its interacting with a cylinder part outer diameter.
Vorteilhafterweise wird der aufblasbare Sinkkörper oder ein entsprechend ausgestaltetes schwerkraftbetriebenes Verdrängerkolbenteil mit einem Überdruck aufgeblasen, welcher in Abhängigkeit von einer Reibung gegenüber dem Zylinderteil gewählt ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil bzw. ein diesbezüglicher Sinkkörper allein aufgrund des Schwerkrafteinflusses bzw. von Auftriebskräften vertikal innerhalb des Zylinderteils der vorliegenden Vorrichtung bewegbar ist.Advantageously, the inflatable sinker or a suitably designed gravity driven Verdrängerkolbenteil is inflated with an overpressure, which is selected in dependence on a friction with respect to the cylinder part. This makes it possible to ensure that the gravity-driven displacement piston part or a sinking body in this respect is movable vertically within the cylinder part of the present device solely on account of the influence of gravity or buoyancy forces.
Kumulativ oder alternativ kann der Sinkkörper mittels Dichteänderung in einen Auftriebskörper transformiert werden.Cumulatively or alternatively, the sinking body can be transformed by means of density change into a buoyant body.
Jedenfalls ist es vorliegend besonders vorteilhaft, wenn durch schwerkraftbedingtes Absinken des Sinkkörpers Arbeit an einer Einrichtung zum Erzeugen von nutzbarer Energie aus kinetischer Energie verrichtet wird, da das Verfahren hierbei besonders effektiv betrieben werden kann.In any case, it is presently particularly advantageous if work is performed on a device for generating usable energy from kinetic energy by gravitational lowering of the sinking body, since the method can be operated particularly effectively.
Außerdem ist es zweckmäßig, dass nutzbare Energie erzeugt wird, wenn der schwerkraftbetriebene Sinkkörper schwerkraftbedingt nach unten sinkt.In addition, it is expedient that usable energy is generated when the gravity-driven sinking body decreases due to gravity down.
Um etwaige Energieverluste an der vorliegenden Vorrichtung so gering wie möglich zu halten, ist es zweckmäßig, wenn dies mit einem Energiekreislauf betrieben wird, in welchem ein schwerkraftbedingtes Absinken des Sinkkörpers eine potentielle Energieerhöhung des Fluids bewirkt, wobei die potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt wird, so dass mittels der kinetischen Energie eine Einrichtung zum Umwandeln von kinetischer Energie in nutzbare Energie angetrieben werden kann.In order to minimize any energy losses in the present device, it is expedient if this is operated with an energy cycle in which a gravitational sinking of the sinker causes a potential increase in energy of the fluid, wherein the potential energy is converted into kinetic energy, such that by means of the kinetic energy a means for converting kinetic energy into usable energy can be driven.
Wie eingangs bereits beschrieben, ist der Sinkkörper zweckmäßigerweise als Verdrängerkolbenteil ausgestaltet.As already described, the sinker is expediently configured as a displacement piston part.
Somit sieht eine einfach umzusetzende Verfahrensvariante vor, dass das Fluid mittels eines schwerkraftbetriebenen, in einem Zylinderteil angeordneten Verdrängerkolbenteils in wenigstens ein Steigrohr hinein verdrängt und hierbei auf ein gegenüber dem Ausgangslageniveau höheres Lageniveau gebracht wird, wobei die dem auf das höhere Lageniveau gebrachte Fluid innewohnende potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt wird, wobei mittels der kinetischen Energie eine Einrichtung zum Umwandeln von kinetischer Energie in mechanische oder elektrische Energie angetrieben wird.Thus, an easily implemented method variant provides that the fluid is displaced into at least one riser by means of a gravity-driven displacer part arranged in a cylinder part and brought to a higher level than the initial layer level, the potential energy inherent in the fluid being at the higher level is converted into kinetic energy, wherein means of the kinetic energy means for converting kinetic energy into mechanical or electrical energy is driven.
Das Verdrängerkolbenteil ist dazu eingerichtet, von einem Sinkkörper in einen Auftriebskörper oder vice versa schaltbar zu sein.The displacer piston part is adapted to be switchable from a sinker into a buoyant body or vice versa.
Vorteilhafterweise verfügt das Verdrängerkolbenteil über einen aktivierbaren Auftriebskörper, um in dem Fluid entgegen der Schwerkraft aufsteigen zu können.Advantageously, the positive displacement piston part has an activatable buoyant body in order to be able to ascend in the fluid against gravity.
Die Einrichtung zum Umwandeln von kinetischer Energie in für den Menschen nutzbare Energie, insbesondere in mechanische oder elektrische Energie, kann einen Generator umfassen, mittels welchem die kinetische Energie entsprechend umwandelbar ist.The device for converting kinetic energy into human-usable energy, in particular into mechanical or electrical energy, may comprise a generator by means of which the kinetic energy can be correspondingly converted.
Vorteilhafterweise kann mittels der vorliegenden Vorrichtung und des vorliegenden Verfahrens insbesondere auf Speicherbecken, stehende Gewässer, Fließgewässer, Wellenkräfte, Gezeitenströmungen oder dergleichen verzichtet werden kann. Advantageously, by means of the present device and the present method, it is possible in particular to dispense with reservoirs, stagnant waters, flowing waters, wave forces, tidal currents or the like.
Im Sinne der Erfindung werden mittels der ortsunabhängig stets vorhandenen Schwerkraft potentielle Energie bzw. kinetische Energie bereitgestellt, welche in nutzbare Energie umgewandelt werden können.For the purposes of the invention, potential energy or kinetic energy, which can be converted into usable energy, is provided by means of gravity, which is always present independently of the location.
Je nach Größe der Vorrichtung können unterschiedliche Leistungsabgaben realisiert werden, wobei diese unterschiedlichen Leistungsabgaben in Abhängigkeit von der Wechselwirkung zwischen Schwerkraftswirkung und Auftriebswirkung stehen.Depending on the size of the device, different power outputs can be realized, these different power outputs depending on the interaction between gravity effect and buoyancy effect.
Die vorliegende Vorrichtung ist vorteilhafterweise nahezu überall und jederzeit emissionsfrei einsetzbar, insbesondere unabhängig von zur Verfügung stehender Wind- bzw. Sonnenenergie, also 24 Stunden an jedem Tag.The present device is advantageously almost everywhere and at any time emission-free applicable, in particular independent of available wind or solar energy, ie 24 hours every day.
Vorteilhafterweise kann eine Erzeugung von elektrischer Energie unmittelbar an einem Verbraucherort erfolgen, so dass aufwendige Netzanlagen, Umspannwerke mit teils störanfälligen Transformatoren oder dergleichen entfallen können.Advantageously, a generation of electrical energy can be carried out directly at a consumer location, so that expensive network systems, substations with partly interference-prone transformers or the like can be omitted.
Auch oftmals aufwendige Genehmigungsverfahren, wie etwa bei Wind- oder Wasserkraftanlagen, können durch die vorliegende Vorrichtung vermieden werden.Also often consuming approval procedures, such as in wind or hydroelectric plants, can be avoided by the present device.
Über den modularen Aufbau kann beispielsweise eine elektrische Leistung von ca. 0,5 KW bis über 350 KW abgedeckt werden.By way of example, the modular design makes it possible to cover an electrical power of approximately 0.5 KW to over 350 KW.
Es versteht sich, dass Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um die vorliegend erzielbaren Vorteile und Effekte entsprechend kumuliert umsetzen zu können.It is understood that features of the solutions described above or in the claims can optionally also be combined in order to implement the presently achievable advantages and effects in a cumulative manner.
Vorliegend ist insofern nicht auszuschließen, dass ein besonders effektiver Betrieb der vorliegenden Vorrichtung durch eine Kombination einer Vielzahl der hier beschriebenen Merkmale erzielbar ist.In the present case, it can not be ruled out that a particularly effective operation of the present device can be achieved by a combination of a multiplicity of the features described here.
Weitere Merkmale, Effekte und Vorteile vorliegender Erfindung werden anhand anliegender Zeichnung und nachfolgender Beschreibung erläutert, in welchen beispielhaft eine Auswahl an Ausführungsbeispielen der vorliegenden Vorrichtung dargestellt und beschrieben ist.Other features, effects, and advantages of the present invention will become apparent from the accompanying drawings and the description that follows, in which is shown and described by way of example a selection of embodiments of the present device.
Komponenten, welche in den einzelnen Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sein, wobei die Komponenten nicht in allen Figuren beziffert und erläutert sein müssen.Components which in the individual figures at least substantially coincide with respect to their function may in this case be identified by the same reference symbols, the components not having to be numbered and explained in all the figures.
In der Zeichnung zeigen:
-
1 schematisch eine Ansicht einer Vorrichtung zum Erzeugen von nutzbarer Energie mit einem schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteil mit einem Sinkkörper, wobei der schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteil in einen Auftriebskörper umschaltbar ist; -
2 schematisch eine Ansicht der in der1 gezeigten Vorrichtung mit einem schwerkraftbetriebenen und Außendurchmesser manipulierbaren Verdrängerkolbenteil; -
3 schematisch eine Ansicht der in der1 gezeigten Vorrichtung mit einem alternativen schwerkraftbetriebenen und Außendurchmesser manipulierbaren Verdrängerkolbenteil; und -
4 schematisch eine Ansicht der in der1 gezeigten Vorrichtung mit einem alternativen schwerkraftbetriebenen und schaltbar fluiddurchlässigen Verdrängerkolbenteil.
-
1 1 schematically shows a view of a device for generating usable energy with a gravity-driven displacement piston part with a sink body, wherein the gravity-driven displacement piston part is switchable into a buoyancy body; -
2 schematically a view of the in the1 shown device with a gravity-driven and outer diameter manipulatable Verdrängerkolbenteil; -
3 schematically a view of the in the1 shown device with an alternative gravity-driven and outer diameter manipulatable Verdrängerkolbenteil; and -
4 schematically a view of the in the1 shown device with an alternative gravity-driven and switchable fluid-permeable Verdrängerkolbenteil.
Die in den
Hierzu weist die Vorrichtung
Das Fluid
Die Einrichtung
Das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil
Das Zylinderteil
Während der Fluidverdrängerbereich
Aufgrund der Tatsache, dass das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil
Im Kopfbereich
Die obere Ausgangslage
In einem Fußbereich
Dementsprechend ist die untere Endlage
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Fußbereich
Das Zylinderteil
Insofern besitzt das auf das höhere Höhenniveau
Von diesem höheren Höhenniveau
Die Antriebseinheit
Durch das zusätzliche Gewicht des wieder in den Fluidrücklaufbereich
Durch die hier beschriebene Konstruktion ist hinsichtlich des Fluids
Die Vorrichtung
In diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Höhenabstand
Das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil
Das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil
Diese Funktionsumschaltung kann technisch auf unterschiedliche Weise erfolgen, wie beispielsweise auch noch mit den in den weiteren
Das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil
Das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil
Hierbei verbleibt ein geringer Spalt
Der geringe Spalt
Gemäß der in der
Die Funktionsumschaltung des schwerkraftbetriebenen Verdrängerkolbenteils
Dadurch ist der ursprüngliche Sinkkörper
In der oberen Ausgangslage
Die Einrichtung
Gemäß der Darstellung nach der
Der wesentliche Unterschied besteht aber darin, dass das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil
Diese schaltbare Einrichtung
Insofern kann das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil
In der unteren Endlage
Wird nun zusätzlich das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil
Wieder in der oberen Ausgangslage
Das Auffalten des Membranelements
Beispielsweise kann hierfür Druckluft aus dem Evakuierungsraum
Insofern kann hierbei die Druckluft des Evakuierungsraums
Im Auftriebsbetriebszustand
Durch den Druckluftverlust kollabiert der aufpumpbare Dichtring
Insofern ist das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil
Gemäß der Darstellung nach der
Der wesentliche Unterschied besteht aber darin, dass das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil
Die alternative schaltbare Einrichtung
Im Sinne der Erfindung stellt das Blasebalgelement
Insofern kann etwa Druckluft zwischen dem Evakuierungsraum
Das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteils
Es versteht sich, dass das Blasebalgelement
Besonders einfach und kostengünstig kann ein derartiges Blasebalgelement
Insofern ist das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil
Gemäß der Darstellung nach der
Der wesentliche Unterschied besteht aber darin, dass das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil
Die alternative schaltbare Einrichtung
Für den Auftriebsbetriebszustand
Insofern ist das schwerkraftbetriebene Verdrängerkolbenteil
An dieser Stelle sei explizit darauf hingewiesen, dass Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen und/oder Figuren beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um erläuterte Merkmale, Effekte und Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen bzw. erzielen zu können.It should be explicitly pointed out at this point that features of the solutions described above and / or in the claims and / or figures can optionally also be combined in order to be able to implement or achieve cumulatively explained features, effects and advantages.
Es versteht sich, dass es sich bei den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen lediglich um erste Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt. Insofern beschränkt sich die Ausgestaltung der Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele.It goes without saying that the exemplary embodiments explained above are only first embodiments of the device according to the invention. In this respect, the embodiment of the invention is not limited to these embodiments.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination miteinander gegenüber dem Stand der Technik neu sind.All disclosed in the application documents features are claimed as essential to the invention, provided that they are new to each other individually or in combination with respect to the prior art.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Vorrichtung zum Erzeugen von nutzbarer EnergieDevice for generating usable energy
- 22
- Einrichtung zum Erhöhen einer potentiellen Energie eines FluidsDevice for increasing a potential energy of a fluid
- 33
- Fluidfluid
- 44
- Einrichtung zum Umwandeln von kinetischer Energie in nutzbare EnergieDevice for converting kinetic energy into usable energy
- 55
- schwerkraftbetriebenes VerdrängerkolbenteilGravity-driven displacement piston part
- 66
- Zylinderteilcylinder part
- 77
- Längsachselongitudinal axis
- 88th
- Außendurchmesserouter diameter
- 1010
- FluidverdrängerbereichFluidverdrängerbereich
- 1111
- FluidrücklaufbereichFluid return region
- 1515
- Kopfbereichhead area
- 1616
- Ausgangslagestarting position
- 1717
- Kopfbereichhead area
- 1818
- SchwerkraftbetriebszustandGravity mode
- 1919
- Hubwegstroke
- 2121
- Fußbereichfooter
- 2222
- Endlageend position
- 2323
- AuftriebsbetriebszustandLift mode
- 2525
- Bodenbereichfloor area
- 2626
- Oberseitetop
- 2727
- Eingangsöffnungenentry ports
- 2828
- Steigrohrerisers
- 2929
- Förderwegconveying
- 3030
- niedrigeres Höhenniveaulower height level
- 3131
- höheres Höhenniveauhigher height level
- 3232
- Ausgangsöffnungoutput port
- 3434
- Antriebseinheitdrive unit
- 3535
- Höhenabstandheight distance
- 4040
- Sinkkörpersinkers
- 4141
- Auftriebskörperbuoyancy
- 4343
- Außenumfangouter periphery
- 4444
- GleitelementeSliding elements
- 4545
- Innenseiteinside
- 4747
- geringer Spaltsmall gap
- 4848
- Evakuierungsraumevacuation space
- 5050
- schaltbare EinrichtungSwitchable device
- 5151
- Membranelementmembrane element
- 5252
- Expansionselement bzw. DichtringExpansion element or sealing ring
- 5555
- Expansionselement bzw. BlasebalgelementExpansion element or bellows
- 5656
- umlaufende Dichtlippecircumferential sealing lip
- 6060
-
schließbarer und öffenbarer Fluiddurchlass 60
closable and
openable fluid passage 60 - GG
- Schwerkraftgravity
Claims (10)
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