DE2740872A1 - Vorrichtung zur nutzbarmachung der kinetischen energie, insbesondere aus der wellenbewegung oder dem anschwellen von wassermassen - Google Patents
Vorrichtung zur nutzbarmachung der kinetischen energie, insbesondere aus der wellenbewegung oder dem anschwellen von wassermassenInfo
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Description
O 80 P 21
"Vorrichtung zur Nutzbarmachung der kinetischen
Energie, insbesondere aus der Wellenbewegung oder dem Anschwellen von Wassermassen"
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Vorrichtungen enthalten üblicherweise wenigstens
einen Auftriebskörper im Bereich der Wasseroberfläche, welcher in solcher Weise verankert ist, daß er sich frei ohne Begrenzung
in Verbindung mit der Wellenbewegung und im wesentlichen vertikal bewegen kann. Verbunden mit dem Auftriebskörper
hat die Vorrichtung wenigstens eine sich der Wasserströmung entgegenstellende und energieaufnehmende Einrichtung
mit schraubenähnlichen Antriebselementen, Flügelrädern oder Rotoren.
Bekannte Vorrichtungen zur Ausnutzung der kinetischen Energie
der Wellenbewegung von Wasser haben einen nur sehr geringen Wirkungsgrad, da relativ geringe Strömungsgeschwindigkeiten
auftreten. Wenn größere Energiemengen nutzbar gemacht werden sollen, muß die Vorrichtung erhebliche Dimensionen mit den
entsprechenden hohen Investitionskosten und schwieriger Handhabung haben.
Eine nicht unbeachtliche Verbesserung des Wirkungsgrades kann dadurch erreicht werden, daß das Antriebssystem mit Einlaß-
und Auslaßtrichtern vom Venturi-Typ ausgestattet ist, welcher eine Geschwindigkeitszunahme bei dem Querschnitt der Antriebseinrichtung
hervorruft. Solche Vorrichtungen können eine Verbesserung der Leistung um den Faktor 5 bis 10 erzielen, aber
die gewonnene Leistung pro Flächeneinheit ist immer noch zu
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gering unter Berücksichtigung der Konstruktionskosten, so daß sie deswegen nur in speziellen Fällen Anwendung finden können
und von geringerer Bedeutung sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, bei welcher eine beachtliche
Druckdifferenz in dem Teil der Vorrichtung erzielt wird, wo die Antriebselemente sitzen, wodurch eine erhebliche
Beschleunigung der Wasserströmung durch die Antriebselemente und an den Antriebselementen vorbei zur Verbesserung des
Wirkungsgrades erzielt wird.
Diese Aufgabe wird mit den Maßnahmen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
Das Beschleunigungsrohr führt eine oszillierende Bewegung in vertikaler Richtung aus. Die Wassersäule, die in dem Beschleunigungsrohr
eingeschlossen ist, wird dann von dem Rohr bei seiner Bewegung entsprechend dem Widerstand, der von dem Antriebselement
und gegebenenfalls der Verengung des Rohrquerschnittes geger den Durchfluß ausgeübt wird, getragen. Wenn beispielsweise das
Beschleunigungsrohr mit den Antriebselementen aufwärts beschleunigt wird, tritt ein überdruck unter der Wassersäule, die über
den Antriebselementen liegt, und ein Unterdruck über der Wassersäule, die unter den Antriebselementen liegt, auf. Die Gesamtheit
dieser Drucke liefert die Antriebskraft für die Antriebselemente. Die Druckdifferenz ^P beträgt dann:
Δ P -fl a,
J*= Dichte des Wassers,
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COPY
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1 = Gesamtlänge des Beschleunigungsrohres und a = Beschleunigung der Wassersäule ist.
Für eine Welle mit einer Höhe von 2m beträgt die maximale
Beschleunigung etwa 1m/s . Bei einem Rohr mit einer Länge von etwa 25m tritt eine Druckdifferenz von 2500 N/m auf. Dies
entspricht einer üblichen Wasserturbinenanlage mit einer Fallhöhe von 2,5m. Ein Antriebselement, welches in ähnlicher Weise
im freien Wasser auf- und aboszilliert nutzt lediglich den dynamischen Druck aus, welcher bei Wellen mit einer Höhe von
2m maximal nur 500 N/m beträgt. Dies entspricht einer Fallhöhe von nur 0,05m. Hieraus ergibt sich, daß ein Beschleunigungsrohr mit brauchbaren Dimensionen in der Lage ist, die Leistung
um einen Faktor 50 bezüglich einer gegebenen Turbinengröße zu erhöhen. Umgekehrt ausgedrückt kann der Turbinendurchmesser auf
1/7 für die gleiche Leistung reduziert werden.
Den Antriebselementen bei der Vorrichtung nach der Erfindung können geringere Dimensionen als bisher gegeben werden, wodurch
der konstruktive Aufbau der Vorrichtung vereinfacht und die Konstruktionskosten gleichzeitig reduziert werden können. Die
von einer vorgegebenen Größe der Antriebselemente gelieferte Leistung wird gegenüber bekannten Vorrichtungen erheblich erhöht
.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung. Dabei bilden alle
beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden
Erfindung.
Es zeigen:
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Pig. 1 Schematisch perspektivisch eine Vorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 2 schematisch einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung gemäß Fig. 1 entsprechend der Schnittebene A-A,
Fig. 3 Ausschnittsweise einen Längsschnitt des Beschleunigungsrohres
einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
Fig. M ausschnittsweise einen Längsschnitt eines Beschleunigungsrohres
einer weiteren Ausführungsform der erf indun g3gemäßen Vorrichtung.
Die Hauptbestandteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 1 sind zwei Beschleunigungsrohre:· 1 und ein Auftriebskörper
2, die jeweils an einem Rahmen 3 befestigt sind, welcher seinerseits an einer Verankerung 1 befestigt ist. Der Auftriebskörper
2 ist so bemessen,und die Länge der Beschleunigungsrohre
1 so eingerichtet, daß die oberen Enden der Rohre unter der Wasseroberfläche 6 liegen.
Gemäß der Schnittdarstellung von Fig. 2 sind Mittel 7 mit Antriebselementen
oder Antriebsrädern 8 und einem Generator 9, jeweils angeordnet in einem Rohr 1, vorgesehen. Die Mittel 7
liegen in einer Verengung oder Einschnürung 10 des jeweiligen Beschleunigungsrohres 1 und an den oberen Enden der Rohre 1,
um für Wartung und Reparatur einfacher zugänglich zu sein. Die Rotationsrichtungen der Antriebselemente 8 beider Einrichtungen
7 sind so getroffen, daß die gesamte Vorrichtung nicht um ihre eigene vertikale Achse im Wasser rotiert.
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Das jeweilige Beschleunigungsrohr 11, 21 der Fig. 3 und M ist im wesentlichen zylindrisch und hat im Vergleich zu
seinem Durchmesser eine beachtliche Länge. In den Rohren 11, 21 ist konzentrisch mit der Achse des jeweiligen Rohres ein
Rotor oder Antriebsrad 12, 22 angeordnet, deren Rotationsachsen mit der Rohrachse zusammenfallen. Das jeweilige Rohr
11, 21 bildet somit eine Art Turbinengehäuse, welches an beiden Enden offen ist. Der Rotor ist mit Profilstücken 13,
13'i 23, 23' versehen, die sich jeweils von ihm aus gesehen
nach oben und nach unten erstrecken und die die Wasserströmung durch das jeweilige Rohr 11, 21 verengen. Gemäß Fig. 3 sind
beide Verengungsprofilstücke 13, 13' fest an dem Rohr 11 angebracht
und bilden gleichzeitig ein Gehäuse für ein oder mehrere elektrische Generatoren 1*4, der bzw. die an die Rotorwelle
15, welche in Lagern 16, 17 rotiert, gekoppelt ist bzw. sind. Nach der Ausfuhrungsform von Fig. Ί ist das untere Verengungsprofilstück
23 starr mit dem Rohr 21 verbunden und enthält ein Lager 26 für das untere Ende der Rotorwelle 25. Das
obere Profilstück 23' ist entweder fest oder drehbar mit der Rotorwelle 25 über ein Lager 27 verbunden und rotiert mit der
Welle oder bleibt stationär. Der Generator, der mit der Welle 25 gekoppelt ist, ist nach Fig. Ί in dem Auftriebskörper an
der Wasseroberfläche angeordnet und daher auf der Zeichnung nicht zu sehen. Das Antriebselement oder der Rotor 12, 22 ist
so ausgestaltet, daß seine Blätter 8, 28 durch das Wasser umgestellt werden, wenn letzteres seine Bewegungsrichtung relativ
zu dem Rotor ändert. Diese Umstellung ist mit Hilfe gestrichelter Linien der Blätter 18·, 28' veranschaulicht.
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L e e r s e i t e
Claims (9)
- MERTENSAH2 7 A O 8 7 2 PATENTANWALT6000 Frankfurt/M, den 9-9.1977 0 80 P 24 K/DeKaj-Ragnar Loqvist Regnbags vagen 1IO773 00 Fagersta/SchwedenManfred Wallace Gustafson Malmvägen 6 G773 00 Fagersta/SchwedenSven Anders Noren Klövervägen 3l6l 36 Bromma/Schweden"Vorrichtung zur Nutzbarmachung der kinetischen Energie, insbesondere aus der Wellenbewegung oder dem Anschwellen von Wassermassen"Patentansprüche :Vorrichtung zur Ausnutzung der kinetischen Energie, insbesondere aus der Wellenbewegung oder dem Anschwellen von Wassermassen, mit einem Auftriebskörper und wenigstens einem energie-809812/0752274087?MERTENS & KEIL·PATENTANWÄLTE- 2 - O 80 P 24aufnehmenden Mittel, welches mit diesem verbunden ist und Antriebselemente, wie Flügelrad, Rotor, Turbinenrad oder dergleichen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebselemente in einem länglichen, im wesentlichen vertikalen Beschleunigungsrohr angeordnet sind, welches an beiden Enden offen ist, mit dem Auftriebskörper verbunden ist und der Wellenbewegung des Wassers folgt, wodurch eine Druckdifferenz um die Antriebselemente erzielt wird.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die die Antriebselemente enthaltenden Mittel in einer Verengung des Beschleunigungsrohres so angeordnet sind, daß die Strömungsgeschwindigkeit an den Antriebselementen vorbei erhöht wird.
- 3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebselemente in unmittelbarer Nachbarschaft der oberen öffnung des Beschleunigungsrohres angeordnet sind.
- 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Beschleunigungsrohres unter der Wasseroberfläche liegt.
- 5· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennze i chnet, daß das Verhältnis zwischen den Durchmessern der Verengung und des Beschleunigungsrohres zwischen 1:1,25 und 1:2,5 liegt.
- 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der 090977809812/0752MERTENS A KEPATENTANWÄLTE- 3 - O 80 P 24Länge des Beschleunigungsrohres und seinem Durchmesser zwischen 5:1 und 20:1 liegt.
- 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter des Rotors so gestaltet sind, daß sie selbsttätig von dem Wasser zurückgestellt werden, wenn dieses seine Rotationsrichtung relativ zu dem Rotor ändert.
- 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verengung mit Hilfe von zwei Profilstücken getroffen ist, die starr an dem Beschleunigungsrohr befestigt sind und ein Gehäuse für ein oder mehrere Elektrizitätsgeneratoren bilden, die an den Rotorschaft gekoppelt sind.
- 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verengung mit Hilfe von zwei Profilstücken getroffen ist, von denen eines starr an dem Rotorgehäuse befestigt ist und ein Lager zur Aufnahme der Rotorwelle enthält, während das andere starr mit der Rotorwelle verbunden ist und mit dieser rotiert.809812/0752
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