DE202011105407U1

DE202011105407U1 - Vorrichtung zur Druckminderung und Stromerzeugung in Rohrleitungen

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Publication number: DE202011105407U1
Application number: DE202011105407U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2011-11-25
Anticipated expiration: 2021-09-08
Also published as: DE102012017448A1

Abstract

Vorrichtung zur Druckminderung und Stromerzeugung in Rohrleitungen dadurch gekennzeichnet, dass – ein Wasserrad in einem Gehäuse in die Hauptwasserleitung eines Gebäudes oder einer Anlage eingesetzt wird und durch den entstehenden Sog bzw. die Kraft der Wasserströmung in eine Drehbewegung versetzt wird, – wobei der Widerstand des Wasserrads zu einer Druckminderung in der Leitung hinter der Anlage führt und der gewünschte Druck am Ausgang der Vorrichtung über die Einstellungen der Leistungsabnahme am Generator bestimmt werden kann, – wobei die erzeugte Drehbewegung mit Hilfe einer wasserdicht gelagerten Welle auf diesen Generator übertragen wird um Strom zu erzeugen, – wobei die Anlage direkt in die Wasserleitung integriert wird, so dass sich das Wasserrad zu jeder Zeit vollständig unter Wasser befindet und das System unter Druck steht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Druckminderung und Stromerzeugung in Rohrleitungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aufgabe bekannter Druckminderer ist es, den Wasserdruck beispielsweise in einem Hauswassersystem in einem definierten Maß zu reduzieren und so auf einem bestimmten Niveau zu halten, unabhängig von mitunter wechselnden Druckverhältnissen in der Versorgungsleitung. Es handelt sich hierbei um ein mechanisches Bauteil bei dem ein zentrales Bauelement eine federbelastete Regelmembran darstellt, die eine Regeldruckkammer verschließt. In der Regel wird die Regelmembran verbunden mit einem Ventilschließkörper zum Öffnen und Schließen einer Ausgangsdruckkammer.
Der Druckminderer ist hierbei unterteilt in die Ausgangsdruckkammer sowie in die Einlassdruckkammer wobei in letzterer der in der Versorgungsleitung herrschende Druck ansteht. Nach Durchfließen des Ventils herrscht dann der entsprechend geregelte Ausgangsdruck, der in die Regeldruckkammer übertragen wird. Durch Drosselung des Ventildurchgangs über die federbelastete Regelmembran wird so der jeweilige Ausgangsdruck immer wieder auf einen Sollwert abgesenkt. Ein Beispiel hierfür ist die Offenbarung der DE 10316274 B3 .
Es ist hierbei Grundsätzlich nachteilig, dass durch die Druckminderer der Leitungsdruck zwar effektiv gemindert wird, die hierbei verbrauchte Energie aber ungenutzt bleibt. Vor diesem Hintergrund war es eine grundsätzliche Überlegung, den Überschuß an Energie im Leitungssystem nutzbar zu machen.
Es ist bekannt die Energie von fließendem Wasser zu nutzen, um über Wasserräder bzw. Turbinen eine Drehbewegung zu erzeugen, die dann von einem Generator aufgenommen wird, der die mechanische Bewegung in elektrischen Strom umwandelt.
Ferner ist bekannt, dass es möglich ist ein solches Wasserrad direkt in eine Leitung zu integrieren. Die DE 20 2008 008 099 U1 offenbart einen Stromerzeuger mit einem Flügelrad, dass in einer Abwasser- oder Regenwasserfallleitung angeordnet ist. Das Flügelrad wird hierbei allerdings lediglich im Falle eines Regenfalls oder einer Abwasserspülung mit Wasser beaufschlagt und bewegt.
Die DE 20 2011 001 806 U1 beschreibt eine spezielle Kugelturbinenanordnung in einer Rohrleitung. Diese soll je nach Bedarf in eine Rohrleitung bewegt werden können, um so Energie zu gewinnen.
Schließlich ist aus der GB 2451632 A bekannt, dass man diese Technik auch in Hauptwasserleitungen einsetzen kann, um die Energie des fließenden Wassers zu nutzen.
Des Weiteren ist allgemein bekannt, dass Wasserräder bzw. Turbinen auch unter Wasser funktionieren.
Dabei ist es jedoch nötig:

– einen geeigneten Ort (Fluss, Bach) für das Kraftwerk zu finden bzw. ihn sogar erst zu schaffen (Stausee)
– den nötigen Druck, der zur Bewegung des Wasserrades/der Turbine führt, erst zu erzeugen indem man eine gewisse Fallhöhe des Wassers nutzt bzw. durch komplizierte Steuerungen in den Leitungen erzeugt
– die Stellung des Wasserrades an den Füllstand der Leitung anzupassen
– eine Steuerung für den Zufluss in das System zu benutzen

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine neue Form der Druckminderung in Rohrleitungen zu schaffen, die gleichzeitig kostengünstig, effektiv und auf ökologische Art und Weise Strom erzeugt.
Neben dem erforderlichen Effekt der Druckminderung kann dies einen Beitrag leisten, schrittweise unabhängig von fossilen Brennstoffen zu werden und die Umwelt zu schonen, indem man vorhandene Energiepotentiale nutzt.
Dieses Problem wird mit der erfindungsgemäßen Anlage zur Druckminderung und Stromerzeugung in Rohrleitungen gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,

– dass das vorhandene Potential der Hauptwasserleitung genutzt wird,
– dass der nötige Druck für den Antrieb des Wasserrades nicht erst erzeugt werden muss,
– dass die Stellung des Wasserrades nicht angepasst werden muss,
– dass keine komplizierte Steuerung der Anlage über Ventile nötig ist,
– dass der entstehende Über-/Unterdruck an den Schaufelrädern die Drehbewegung verursacht,
– dass die Entstehung von Verwirbelungen wie bei rechteckigen Gehäusen unterdrückt wird,
– dass das Kraftwerk in bestehende Leitungen innerhalb kürzester Zeit integriert werden kann,
– dass die Kosten durch die Einfachheit der Erfindung sehr gering gehalten werden können,
– dass die Anlage einfach zu realisieren ist,
– dass keine zusätzlichen Leitungen nötig sind,
– dass keine seperaten Druckminderer mehr nötig sind.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht in der Weiterentwicklung des Wasserrades. Die Weiterentwicklung des Wasserrades ermöglicht es die Kraft des Wassers besser zu nutzen und den Verwirbelungen in der Anlage anzupassen.
Desweiteren sieht eine Bauform vor, die Drehbewegung der Welle nicht direkt auf den Generator zu übertragen, sondern zum Beispiel über einen Keilriemen erst zu übersetzen und damit mehr Strom im Generator zu erzeugen.
Außerdem soll in einer vorteilhaften Ausführung der Effekt der Druckminderung über eine Steuerung exakt reguliert werden können, so dass sich die Vorrichtung immer innerhalb vorgegebener Parameter einreguliert. Hierfür liefern entsprechende Messglieder zur Ermittlung des Leitungsdruckes die Daten, die zur Regelung erforderlich sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen der 1 bis 7 und der zugehörigen Bezugszeichenliste dargestellt, und die Funktionsweise ist in den Schutzansprüchen beschrieben.
Die 1 und 2 zeigen erst den seitlichen Schnitt durch eine Bauform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Druckminderung und Stromerzeugung sowie die Schnittlinie A-A in 2, die den Verlauf der Welle 5 durch das Wasserrad 1 verdeutlicht. Es ist hierbei ersichtlich, dass das erfindungsgemäße Wasserrad 1 in einem flachen Gehäuse gebildet aus den Seitenwänden 8 und dem Boden 4 sowie einem Gehäuseoberteil 2 gebildet wird. Das Wasserrad 1 ist hierbei möglichst spielfrei in dieses Gehäuse eingepasst, wodurch ungewünschte Strömungseffekte minimiert werden können.
Die Welle 5 verläuft hierbei zentral im Wasserrad 1 und ist in speziellen Lagern 9 an den Seitenwänden 8 gelagert. Hierbei ist in der erfindungsgemäßen Bauform eine spezielle Abdichtung umfassend einen Wellendichtring 11 sowie einen Seeger-Ring A und Seeger-Ring B vorgesehen. Das Lager weist hierbei einen abschließendes Lagergehäuse 6 auf.
3 zeigt wiederum eine seitliche Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Druckminderung und Stromerzeugung mit den Wasser-Einlass- und -Auslass-Anschlüssen 3, die zu einer idealen Anströmung des Wasserrades 1 entlang des Ebenen Gehäusebodens 4 führen.

In der Draufsicht 4 ist nochmals die Anordnung der Welle 5 sowie die Anordnung des Gehäuses verdeutlicht. Hierbei ist im Schnitt der 5 eine Ausschnittsvergrößerung X und Y dargestellt, die jeweils die zuvor bereits ausgeführte spezielle Konfiguration der Dichtung der Welle 5 offenbart. Die erfindungsgemäße Anordnung von Wellendichtring 11, Seeger-Ring A 12 und Seeger-Ring B 13 sind in diesen Ausschnittvergrößerungen der 6 und 7 gut zu erkennen. Bezugszeichenliste

Pos.	Benennung
1	Wasserrad
2	Gehäuseoberteil
3	Ein-/Auslass
4	Boden
5	Welle
6	Lagergehäuse
7	Schraube
8	Seitenwand
9	Lager
10	Schraube
11	Wellendichtring
12	Seeger-Ring A
13	Seeger-Ring B
14	Passfeder
15	Scheibe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10316274 B3 [0003]
DE 202008008099 U1 [0006]
DE 202011001806 U1 [0007]
GB 2451632 A [0008]

Claims

Vorrichtung zur Druckminderung und Stromerzeugung in Rohrleitungen dadurch gekennzeichnet, dass – ein Wasserrad in einem Gehäuse in die Hauptwasserleitung eines Gebäudes oder einer Anlage eingesetzt wird und durch den entstehenden Sog bzw. die Kraft der Wasserströmung in eine Drehbewegung versetzt wird, – wobei der Widerstand des Wasserrads zu einer Druckminderung in der Leitung hinter der Anlage führt und der gewünschte Druck am Ausgang der Vorrichtung über die Einstellungen der Leistungsabnahme am Generator bestimmt werden kann, – wobei die erzeugte Drehbewegung mit Hilfe einer wasserdicht gelagerten Welle auf diesen Generator übertragen wird um Strom zu erzeugen, – wobei die Anlage direkt in die Wasserleitung integriert wird, so dass sich das Wasserrad zu jeder Zeit vollständig unter Wasser befindet und das System unter Druck steht.
Vorrichtung zur Druckminderung und Stromerzeugung in Rohrleitungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das Wasserrad mindestens 2 Flügel hat, – die Breite des Wasserrades der Breite des Gehäuses (abzüglich des zur Drehung des Rades notwendigen Spiels) entspricht, – die Befestigung des Rades an der Welle über Kraft-, Reib- oder Formschluss stattfindet, – das Wasserrad aus einem wasserresistenten Material wie z. B. rostfreiem Stahl oder Kunststoff besteht, und – das Wasserrad und dessen Flügel je nach erforderlicher Druckminderung verschiedene Formen aufweisen kann.
Vorrichtung zur Druckminderung und Stromerzeugung in Rohrleitungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die Fixierung der Welle über Seeger-Ringe an den Lagern im Gehäuse bzw. Lagergehäuse stattfindet, und – die Abdichtung und Lagerung der Welle in einem an dem Gehäuse befestigten Lagergehäuse oder direkt im Gehäuse stattfindet, – wobei die Welle aus einem wasserresistenten Material wie z. B. rostfreiem stahl oder Kunststoff besteht
Vorrichtung zur Druckminderung und Stromerzeugung in Rohrleitungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass – der Radius des Gehäuseoberteils (abzüglich des zur Drehung des Rades notwendigen Spiels) dem Durchmesser des Wasserrades, – die Breite des Gehäuses der Breite des Wasserrades (abzüglich des zur Drehung des Rades notwendigen Spiels) – und die Länge des Gehäuses dem Durchmesser des Wasserrades entspricht (abzüglich des zur Drehung des Rades notwendigen Spiels), – das Gehäuse aus einem wasserresistenten Material wie z. B. rostfreiem stahl oder Kunststoff besteht, – und der Boden des Einlass bzw. Auslass für das Wasser parallel auf der selben Höhe wie der Gehäuseboden liegt.
Vorrichtung zur Druckminderung und Stromerzeugung in Rohrleitungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung umfassend das Wasserrad, das Gehäuse und den Generator als eine bauliche Einheit ausgebildet ist.
Vorrichtung zur Druckminderung und Stromerzeugung in Rohrleitungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelung vorgesehen ist, die die Leistungsabnahme am Generator abhängig von den durch Messglieder erfassten Regelparametern des anstehenden Leitungsdrucks vor der Druckminderung und des gewünschten Leitungsdrucks nach der Druckminderung kontinuierlich regelt.
Vorrichtung zur Druckminderung und Stromerzeugung in Rohrleitungen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung mechanische und/oder elektronische Komponenten umfasst.