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Die Erfindung betrifft ein Kleinkraftwerk, welches mit Wasserkraft angetrieben wird. Besondere Vorteile ergeben sich, wenn es sich um diskontinuierliche Wassermengen handelt, die über große Höhen herabstürzen könnten und zum Energieabbau baulich gefasst werden müssen. Bevorzugte Anwendungen sind Wasserfälle und Regenabläufe mehrstöckiger Häuser und großer Hallen. Vorteile ergeben sich auch im Zusammenwirken mit Solaranlagen, da diese während Regenereignissen nur mit reduzierter Leistung arbeiten und das Wasserkleinkraftwerk hier ausgleichend wirkt, außerdem können in solchen Fällen die elektrischen Einrichtungen mitbenutzt werden.
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Wasserkleinkraftwerke sind im Stand der Technik in einer Vielzahl bekannt. Die
EP 1 673 535 B1 beschreibt eine als Durchflussanlage konzipierte Kleinwasserkraftanlage zur Stromerzeugung aus kleinen Energiepotenzialen. Sie besteht aus einem oder mehreren paarweise in Fließrichtung eines Gewässers angeordneten Linearsystems mit Trögen, die mit Wasser gefüllt werden und eine schräge Ebene hinabgleiten. Hierbei werden sie durch einen Lineargenerator gebremst, welcher elektrische Energie erzeugt. Am unteren Ende der schrägen Ebene werden die Tröge ausgeleert und leer mittels eines Seilzuges zurück zum Ausgangspunkt gefördert. Das Gefälle kann zwischen 0,5 bis 1 % betragen, Hauptanwendung sind Abläufe von Kläranlagen.
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Aus der
DE 41 12 730 C2 ist eine Vorrichtung mit einem Schaufelrad oder einem Flügelrad bekannt, aus
CH 692 392 A5 eine Vorrichtung mit Turbine und Generator, die
DE 41 38 601 A1 zeigt in Wasser entlang einer Schifffahrtsrinne eintauchende und an einer Kette befestigte Behälter, die mit einer Umlenkrolle aus dem Wasser gehoben und leer über der Wasseroberfläche zurückgeführt werden. In der oberen Umlenkrolle kann ein Generator angeordnet werden.
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Alle diese technischen Lösungen arbeiten mit großen Fließwassermengen, deren wechselnde Strömungsgeschwindigkeit dem System aufgeprägt ist und wobei die Fallhöhe nur gering ist. Das erschwert die Einbindung bzw. Synchronisation der Generatoren in ein übliches Wechselstromnetz mit konstanter Frequenz und Spannung.
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Demgegenüber gibt es Pumpspeicherkraftwerke und Wasserkraftwerke hinter Sperrwerken, bei denen große Wassermengen und/oder große Höhenunterschiede zur Energieerzeugung genutzt werden. Diese Großbauwerke nutzen Druckröhren und Turbinen, wie z.B. Peltonturbinen, was für Wassertiere problematisch ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher, eine Anlage zur Energieerzeugung bereitzustellen, die die Nachteile der bekannten Anlagen nicht mehr aufweist und Wasserquellen nutzt, welche bislang nicht zur energetischen Nutzung herangezogen werden konnten.
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Die vorliegende Erfindung nutzt hierfür Regenwasser der Dachentwässerung oder Wasser aus Wasserfällen, kann aber auch für Wasser aus anderen ähnlichen Quellen genutzt werden. Technisch umfasst sie einen Wassereinlauf, eine Wassereinfüllvorrichtung für Behälter, ein umlaufendes Transportsystem für eine Vielzahl von Behältern zu deren Transport von einer erhöhten Ausgangsposition zu einer niedrigeren Endposition, eine Wasserausgießvorrichtung, und einen an das umlaufende Transportsystem angeschlossenen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie.
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Die Behälter im umlaufende Transportsystem werden hierbei freischwebend an Seilen, Gurten oder Ketten geführt, wobei diese Seile, Gurte oder Ketten ihrerseits in Führungen oder in Stützbauwerken geführt werden. In einer Variante wird das umlaufende Transportsystem durch ein Becherwerk gebildet. In einer alternativen Ausführungsform wird das umlaufende Transportsystem als Seilbahn oder als Lift gebildet. Die Behälter sind entweder Becher oder Taschen oder Gondeln, die an ihrer Unterseite eine Zugvorrichtung für ihre Entleerung oder eine Kippvorrichtung um mindestens 90 Grad aufweisen. Eine solche Kippvorrichtung setzt eine Drehbarkeit um eine horizontale Achse voraus, die in solchen Fällen ebenfalls vorzusehen ist.
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In einer weiteren Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Wassereinfüllvorrichtung ein Überlaufsystem aufweist, welches bei vollständig befüllten Behältern den jeweils darunter befindlichen Behälter mit dem Wasser befüllt, welches aus dem darüber befindlichen Behälter überläuft. Dies dient dem Anlaufen der Vorrichtung bei einsetzendem Regen und der Überwindung der Anfangsreibung, indem auf der wasserführenden Seite das Gewicht erhöht wird.
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Der Generator ist im Allgemeinen bei üblichen Dachabmessungen klein, typische Größen sind die in Elektrofahrädern, sogenannten Pedelecs, verwendeten Zusatzantriebe, auch die hierfür typischen Getriebe und Regelungen sind einfach einsetzbar. Typische Bauformen können auch für das umlaufende Transportsystem aus dem Fahrradzubehör übernommen werden, beispielsweise die Kette und die kettenführenden Ritzel. Die Becher können günstige Formteile sein, die in vorhandene Regenfallabläufe passend eingesetzt werden und außen wieder nach oben geführt werden. Dies hat den Vorteil, dass das System in vorhandene Regenwassernutzungsanlagen leicht integriert und nachgerüstet werden kann.
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Selbstverständlich kann es auch für einen Reversierbetrieb ausgerüstet werden und zum Einsatz kommen, wenn das Dach begrünt worden ist und während einer Trockenphase aus einer Zisterne mit Wasser versorgt werden soll.
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Durch ein Getriebe kann eine konstante Geschwindigkeit des umlaufenden Transportsystems erreicht werden, was eine Synchronisation eines Generators in einem vorhandenen Stromnetz erleichtert.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von 2 Figuren näher erläutert.
- 1 zeigt eine Ausführungsform für einen Regenablauf.
- 2 zeigt eine Ausführungsform für einen Wasserfall.
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1 zeigt einen Regenablauf mit einer Deckenstütze 1, einem Zahnrad 2 als oberer Umlenkung des umlaufenden Transportsystems, welches von der Kette 3 in einer Behälterführung 17 geführt wird. An der Kette 3 sind einzelne Kettenglieder mit Behälterhalterungen 4 versehen, an denen die Behälter 5 fixiert sind. Von der Auffangfläche 8, die z.B. ein begrüntes Flachdach mit einer Drainage oder ein Schrägdach mit einer Solaranlage sein kann, läuft Wasser über die Wasserführung 9 in das Regenrohr 13, weitere Abflussrohranschlüsse 10 können in verschiedenen Höhen an das Regenrohr 13 angeschlossen sein.
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Wenn der Regen einsetzt, läuft Wasser zunächst in den obersten Behälter. Sofern sich das umlaufende Transportsystem durch das Gewicht noch nicht in Bewegung setzt, was wegen der Anfangsreibung und der Position der Behälter häufig der Fall ist, läuft das Wasser aus dem obersten Behälter über in das Überlaufrohr 6 und in den nächsten darunter liegenden Behälter, so dass auch dieser gefüllt wird. Mit dieser Starthilfe läuft das umlaufende Transportsystem an.
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Am unteren Ende befindet sich die Auffangwanne 11, in die das Regenwasser abläuft, von dort gelangt es in die Ablauföffnung 12, optional von dort in eine Brauchwasserzisterne. Die untere Umlenkung ist als Kettenspanner 14 mit einer Notbremse 18 ausgeführt, verbunden ist die Umlenkung über ein Übersetzungsgetriebe 15 und den Riemen 19 mit dem Generator 7, den es antreibt. Im Schaltschrank 16 findet eine elektrische Umformung und eine Einspeisung ins Netz statt. Typische Leistungen für Dächer liegen bei 50 bis 500 Watt, je nach Dachfläche und Dachhöhe, pro Jahr sind 10 bis 100 kWh pro Dach gewinnbar. Bei Millionen von Dächern summiert sich das.
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2 zeigt eine Ausführungsform mit einer Seilbahntechnik, die Wasser eines Wasserfalls abführen kann. Wasserfälle mögen an einigen Stellen schöne Naturschauspiele sein, herabstürzende Wassermassen können jedoch auch große Schäden anrichten und sind daher nicht immer erwünscht. Sie werden dann mittels Druckrohren eingefasst und abgeleitet. Diese Energie kann jedoch ebenfalls genutzt werden, indem statt eines Kettenantriebs eine typische Seilbahntechnik verwendet wird. Hierbei werden Tragseile und Antriebseile verwendet.
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Die Seile werden am oberen Ende durch die Halterung 23 gespannt und die Seile werden durch einen oder mehrere Seilmasten 20 gehalten. Das Antriebsseil 3, an dem die Behälter 5 mittels der Behälterhalterungen 4 befestigt sind, wird durch die Seilrolle 2 geführt. Gleichzeitig sind die Behälter auch an den Halteseilen befestigt, die die Gewichtskräfte aufnehmen, während das Antriebsseil die Zugkräfte aufnehmen muss. Die Seile werden dabei möglichst knapp über dem Gelände geführt, um Wartungsarbeiten zu erleichtern und Kosten möglichst gering zu halten.
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Oben befindet sich eine Wasserführung 22 für den Wassereinlass in die Behälter 5, die gefüllten Behälter gleiten herab, die Umwandlung der Zugkräfte in elektrische Energie findet unten statt, alternativ könnte sie auch am oberen Ende erfolgen.
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Unten wird das Wasser in eine Auffangwanne 11 und nachfolgend in die Ablauföffnung 12 abgelassen. Der Generator 7 wird über das Übersetzungsgetriebe 15, welches mit einer Notbremse 18 ausgestattet ist, angetrieben, im Schaltschrank 16 wird elektrischer Strom ins Netz eingespeist.
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Aufgrund der mehrfach größeren Wassermengen und der meist deutlich höheren Fallhöhe können auf diese Weise deutlich größere Leistungen erreicht werden, typische Leistungen liegen im höheren kW-Bereich, wobei allein in Deutschland über hundert Wasserfälle genutzt werden könnten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Deckenstütze
- 2
- Zahnrad
- 3
- Kette / Seil
- 4
- Behälterhalterung
- 5
- Behälter
- 6
- Überlaufrohr
- 7
- Generator
- 8
- Auffangfläche
- 9
- Wasserführung
- 10
- Abflussrohranschlüsse
- 11
- Auffangwanne
- 12
- Ablauföffnung
- 13
- Regenrohr
- 14
- Ketten- /Seilspanner
- 15
- Übersetzungsgetriebe
- 16
- Schaltschrank
- 17
- Behälterführung
- 18
- Notbremse
- 19
- Riemen
- 20
- Seilmast
- 21
- Seilrolle
- 22
- Wasserführung
- 23
- Halterung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1673535 B1 [0002]
- DE 4112730 C2 [0003]
- CH 692392 A5 [0003]
- DE 4138601 A1 [0003]
