DE202008015093U1

DE202008015093U1 - Strömungsführung für eine Wasserkraftmaschine

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Publication number: DE202008015093U1
Application number: DE202008015093U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-11-12
Filing date: 2008-11-14
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2018-11-15

Abstract

Wasserkraftmaschine mit einem unterschlächtig in einem strömenden Gewässer positionierten Wasserrad, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserrad (11) in einem in ein strömendes Gewässer (17) eintauchbaren Strömungskanal (18) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wasserkraftmaschine mit einem unterschlächtig in einem strömenden Gewässer positionierten Wasserrad.
Derartige Wasserkraftmaschinen sind lange als Wassermühlen bekannt und wurden auch als sog. Schiffsmühlen auf strömenden Gewässern eingesetzt. Schiffsmühlen haben den Vorteil, dass sie sich problemlos an schwankende Wasserstände des jeweiligen Gewässers anpassen. Nachteilig dabei ist jedoch, dass sie nur mit einem unterschlächtigen Wasserrad in einem strömenden Gewässer positioniert werden können, und unterschlächtige Wasserräder den schlechtesten aller Wirkungsgrade haben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Wirkungsgrad einer Wasserkraftmaschine mit einem unterschlächtigen Wasserrad der eingangs beschriebenen Art zu verbessern.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Maßnahmen gemäß dem Anspruch 1, insbesondere dadurch, dass das Wasserrad in einem in ein strömendes Gewässer eintauchbaren Strömungskanal angeordnet ist.
Durch diese Maßnahmen wird eine Wasserkraftmaschine geschaffen, bei dem das seitlich vorbei fließenden Gewässers von dem Wasserrad ferngehalten wird und das in den Strömungskanal eingeflossene Wasser weder seitlich noch nach unten ausweichen kann. Die kinetische Energie der eingeströmten Wassermenge bleibt dadurch komplett erhalten und kann unbeeinflusst auf das Wasserrad wirken.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Strömungskanal schwimmfähig und seine Eintauchtiefe variabel ist.
Durch diese Maßnahmen kann die Anströmung des Wassers an die jeweiligen Gegebenheiten des fließenden Gewässers optimal angepasst werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Strömungskanal mit Schwimmtanks versehen ist, wobei die Schwimmtanks durch Fluten oder Lenzen getrimmt werden können. Das Fluten oder Lenzen kann bei den einzelnen Schwimmtanks dabei unabhängig von einander erfolgen.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist es vorgesehen, dass den Seitenflächen des Strömungskanals mehrere nebeneinander angeordnete Schwimmtanks zugeordnet sind, die zum Trimmen unabhängig von einander geflutet und gelenzt werden können.
Durch diese Maßnahmen kann die Eintauchtiefe des Strömungskanals an die jeweiligen Gegebenheiten des Gewässers angepasst werden.
Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben; es zeigt:
1 die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Wasserkraftmaschine, mit einem Wasserrad, das in einem Strömungskanal angeordnet ist, der sich in einem strömenden Gewässer befindet;
2 die Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Wasserkraftmaschine gemäß 1, mit seitlich angebrachten, einen Auftrieb erzeugenden Schwimmtanks;
3 die Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Wasserkraftmaschine gemäß den 1 und 2.
Die in den 1, 2 und 3 dargestellte erfindungsgemäße Wasserkraftmaschine 10 besteht im Wesentlichen aus einem Wasserrad 11, das mit einer mittigen Radwelle 12 in Radlagern 13 gelagert ist. Das Wasserrad 11 weist radial verlaufende Radspeichen 14 auf, die radial außen in Radschaufeln 15 übergehen.
Das Wasserrad 11 ist unterschlächtig ausgebildet, so dass es nur unterhalb seiner Radwelle 12 von der Strömung 16 eines fließenden Gewässers 17 erfasst wird.
Zur Verbesserung der Anströmung durch die Strömung 16 des fließenden Gewässers 17, ist das Wasserrad 11 in einem Strömungskanal 18 angeordnet. Der Strömungskanal 18 ist, wie die 2 zeigt, im Querschnitt im Wesentlichen rechteckig ausgebildet.
Er besteht aus zwei einander gegenüberliegenden, in Einbaulage im Wesentlichen vertikal verlaufenden Seitenflächen 19, zwischen denen eine im Wesentlichen horizontal verlaufende Bodenfläche 20 angeordnet ist. Die Bodenfläche 20 ist an beiden Seiten mit den Seitenflächen 19 verbunden.
Wie die 3 zeigt, schließt die Bodenfläche 20 im Bereich des Kanaleingangs 21 mit den Seitenflächen 19 bündig ab. Den Seitenflächen 19 sind seitliche, einen Auftrieb erzeugende Schwimmtanks 23 zugeordnet. Die Schwimmtanks 23 können lösbar mit den Seitenflächen 19 verbunden sein und zumindest teilweise mit Wasser gefüllt werden. Die Schwimmtanks 23 können je nach gewünschter und erforderlicher Eintauchtiefe 24 des Strömungskanals 18 geflutet oder gelenzt werden. Die Anzahl und das Volumen der Schwimmtanks 23 sind variabel und können dem jeweils erforderlichen maximalen Auftrieb angepasst werden. Bei einer anderen Ausführung sind die Seitenflächen 19 doppelwandig mit integrierten Schwimmtank 23 ausgebildet.
Das Wasser wird von dem Wasserrad 11 quasi gestaut, da die Umfangsgeschwindigkeit des Wasserrads 11 an seinem radial äußeren Radumfang 26 nur ca. 50% der Strömungsgeschwindigkeit des vorbei fließenden Gewässers 17 beträgt.
Um gegen die Strömung gerichtete Verwirbelungen des am Ende des Strömungskanals 18 vorbei fließen den Gewässers 17 zu vermeiden, enden die Schwimmtanks 23 unmittelbar hinter dem Wasserrad 11, wobei die Seitenflächen 21 mit seitlichen Absätzen 25 nach außen zurücktreten. Im Bereich des Kanalausgangs 22 stehen die Bodenfläche 20 und die Seitenflächen 19 dadurch in Längsrichtung über die Schwimmtanks 23 über.
Das Wasser in dem Strömungskanal 18 kann sich durch die Absätze 25 unmittelbar hinter dem Wasserrad 11 seitlich ausbreiten und seine Strömungsgeschwindigkeit schneller an die Strömungsgeschwindigkeit des vorbei fließenden Gewässers 17 anpassen. Ein Rückstau wird dadurch vermieden, zumindest aber minimiert und der Wirkungsgrad des unterschlächtigen Wasserrades 11 verbessert.
Der Strömungskanal 18 soll möglichst breit sein. Wenn es die geographischen Gegebenheiten erlauben, können in einem Strömungskanal 18 auch mehrere Wasserräder 11 nebeneinander angeordnet werden. Diese mehreren Wasserräder 11 können beispielsweise kardanisch miteinander verbunden werden.
An der Radwelle 12 kann die von dem strömenden Gewässer 17 auf das Wasserrad 11 übertragene kinetische Energie als Bewegungsenergie abgenommen werden. Diese Bewegungsenergie kann beispielsweise mittels eines nicht dargestellten Generators in elektrische Energie umgewandelt werden.

10: Wasserkraftmaschine
11: Wasserrad
12: Radwelle
13: Radlager
14: Radspeiche
15: Radschaufel
16: Strömung
17: Gewässer
18: Strömungskanal
19: Seitenfläche
20: Bodenfläche
21: Kanaleingang
22: Kanalausgang
23: Schwimmtank
24: Eintauchtiefe
25: Absatz
26: Radumfang

Claims

Wasserkraftmaschine mit einem unterschlächtig in einem strömenden Gewässer positionierten Wasserrad, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserrad (11) in einem in ein strömendes Gewässer (17) eintauchbaren Strömungskanal (18) angeordnet ist.
Wasserkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (18) schwimmfähig ist.
Wasserkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintauchtiefe (24) des Strömungskanals (18) variabel ist.
Wasserkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (18) mit Schwimmtanks (23) versehen ist.
Wasserkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmtanks (23) des Strömungskanals (18) trimmbar sind.
Wasserkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (18) im Querschnitt im Wesentlichen rechteckig ausgebildet ist.
Wasserkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (18) zwei einander gegenüberliegende, im Wesentlichen vertikal verlaufende Seitenflächen (19) aufweist, die mit einer zwi schen ihnen im Wesentlichen horizontal verlaufenden Bodenfläche (20) verbunden sind.
Wasserkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Seitenflächen (19) des Strömungskanals (18) einen Auftrieb erzeugende Schwimmtanks (23) zugeordnet sind.
Wasserkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmtanks (23) lösbar mit den Seitenflächen (19) seitlich zugeordnet sind.
Wasserkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl und das Volumen der mit den Seitenflächen (19) seitlich zugeordneten Schwimmtanks (23) variabel sind.
Wasserkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen (19) des Strömungskanals (18) doppelwandig und als Schwimmtanks (23) ausgebildet sind.
Wasserkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen (19) des Strömungskanals (18) aus mehreren nebeneinander angeordneten Schwimmtanks (23) bestehen.
Wasserkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmtanks (23) des Strömungskanals (18) zum Trimmen unabhängig von einander geflutet und gelenzt werden können.
Wasserkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen (21) des Strömungskanals (18) mit seitlichen Absätzen (25) nach außen zurücktretend ausgebildet sind.
Wasserkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenfläche (20) des Strömungskanals (18) zum Kanalausgang (22) hin über die Schwimmtanks (23) hinaus verlängert ist.
Wasserkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strömungskanal (18) mehrere Wasserräder (11) nebeneinander angeordnet sind.
Wasserkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strömungskanal (18) mehreren Wasserräder (11) nebeneinander angeordnet und kardanisch miteinander verbunden sind.