DE2828491A1

DE2828491A1 - Naturkraftwerk

Info

Publication number: DE2828491A1
Application number: DE19782828491
Authority: DE
Inventors: Jack Evans Thompson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-06-29
Filing date: 1978-06-29
Publication date: 1980-01-17
Also published as: DE2828491C2

Description

Naturkraftwerk
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung sowie Einrichtungen zur Erzeugung nutzbringender elektrischer Energie aus großen Strömungsmengen, die mit relativ geringer Geschwindigkeit fließen, beispielsweise aus Gezeitenströmungen oder Meeresströmungen oder vo-m Wind. Die Erfindung bezieht sich auch auf solche geringen Strömungen großer Mengen, die von Wasser verursacht werden, das hinter Wehren aufgestaut ist, sowie a-uf Vorrichtungen, die langsam vom Wind angetrieben werden.
Es gibt viele Vorschläge, wie die Gezeiten genutzt werden.
können, um elektrische Energie zu erzeugen. Jedoch sind die meisten Vorschläge entweder nicht durchführbar, ökologisch nicht vertretbar oder würden so teuer werden, daß sie für die Praxis unbrauchbar sind.
Das Problem bei Gezeitenströmungen oder Meeresströmungen liegt darin, daß obgleich unermeßliche Wassermengen in Bewegung versetzt werden, die nutzbaren Geschwindigkeiten der Bewegung zu gering sind. Zumeist liegen sie in der Größenordnung von fünf und nur selten von zehn Knoten. Gezeiten- oder Ozeanströmungen sind deswegen zu langsam, um herkömmliche Turbinen zur Erzeugung von Elektrizität direkt zu betreiben.
Außerdem sind die verfügbaren Fallhöhen des Wassers für die Turbinen zu gering. Folglich sind die Wasserströmungsgeschwindigkeiten außerordentlich gering im Vergleich zu den Strömungsgeschwindigkeiten, wie sie in den wirtschaftlich arbeitenden Wasserkraftwerken in der Praxis liegen. Es ist schon vorgeschlagen und praktiziert worden, auch Gezeitenwasser an Wehren aufzustauen. Diese arbeiten nur in der Zeit zwischen Flut und Ebbe für die Elektrizitätserzeugung, wenn das hinter den Wehren aufgestaute Wasser durch Turbinen mit genügender Falihöhe freigegeben wird. Für niedrige Fallhöhen werden besondere, sehr viel pol ige Generatoren benötigt.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine Wasserströmung mit hoher Geschwindigkeit verfügbar zu machen, die ausreicht, einenelektrischen Generator bei relativ hohen Drehzahlen zu betreiben. Hierbei soll jedoch diese Fließgeschwindigkeit von einer Strömung mit niedriger Geschwindigkeit abgeleitet werden, entweder von einer Gezeitenströmung, einer Meeresströmung, der Strömung als Ergebnis einer Flut hinter einem Wehr oder dem Wind.
Die Lösung dieser Aufgabe wird mit der vorliegenden Erfindung Im wesentlichen mit den in den Ansprüchen angegebenen Merkmalen erzielt.
Mit der Erfindung wird ein Weg für eine wirtschaftliche Erzeugung von Elektrizität aufgèzeigt. Die so erzeugte L lektrlzität kann beispielsweise direkt für die Elektrolyse von Wasser verwendet werden, um Wasserstoff als chemischen Brennstoff verfügbar zu machen.
Es sind bereits Vorschläge zur Nutzbarmachung der Kraft von Wellen und Gezeiten gemacht worden, bei denen die in diesen Bewegungen steckende Energie zur Betätigung von Kolbenpumpen und d-amit zum Anheben einer Arbeitsflüssigkeit, gewöhnlich des betreffenden Meer oder Seewassers, in ein höher gelegenes Reser--voir, verwendet wird, um so ein Wassergefäl le entstehen zu lassen, dessen potentielle Energie dann zum Erzeugen von ElektrizTtät genutzt werden kann.
Gegenüber diesen Vorschlägen zeichnet sich die vorliegende Erfindung dadurch aus, daß sie eine natürliche, im wesentlichen hori2ontale Strömung mit verhältnismäßig niedriger Geschwindigkeit einer natürlichen Flüssigkeit zum Antrieb von Drehvorrichtungen, wie beispielsweise einer Archimedischen Schraube, benutzt, um Arbeitsflüssigkeit zu einem Strömungsverstärker zu fördern, ohne daß in der Arbeitsflüssigkelt ein Gefälle gebildet wird, so daß die relativ langsame -Bewegung eine großen Menge der natürlichen Flüssigkeit direkt und ohne Erzeugung eines Gefäl-les in eine steuerbare, jedoch viel schnellere Strömung einer relativ kleinen Menge der ArbeitsflüssigkeiJ umgewandelt wird, welche dann zur Erzeugung von Elektrizität verwendet werden kann.
Die Arbeitsflüssigkeit kann sich in einem geschlossenen System befinden, oder es ka-nn ein offenes System verwendet werden, in welchem die natürliche Flüssigkeit, beispielsweise See- (Meer-) oder Flußwasser zugleich die Arbeitsflüssigkeit ist. In jedem Fall wird die geringe Strömungsgeschwindigkeit der natürlichen Flüssigkeit, beispielsweise Meer- oder Flußwasser oder die Luft zum-Pumpen von relativ kleinen Mengen eines Arbeitsmediums in einem Rohrsystem benutzt, welches zu einer Verengung führt, wo sich eine Strömung mit hoher Geschwindigkeit einstellt und wobei diese hohe Geschwindigkeit zum Antrieb einer Turbine, eines Peltonrades oder anderen Vorrichtungen zurn Antrieb eines Generators zum Zwecke der Erzeugung von t;lektrizitAt dient.
So kann die vorliegende Erfindung dazu beriuizt werden, aus Windkraft, Flußströmung, Ebbe (im Gegensatz zu Flut) obgleich es auch möglich ist, von derjenigen Strömung Gebrauch zu machen, die durch Eintangen des Fl utwassers hinter Wehren entsteht, um auf diese Weise aus Meeresströmungen Elektrizität zu erzeugen.
Es liegt auf der Hand, daß, wenn der Wasserströmung Energie entzogen wird, nur ein Teil der gesamten vorhandenen Energie entzogen werden kann. Andernfalls würde die Strömung aufhören.
Deshalb ist es nicht nötig, da beispielsweise die Gezeitenströmung so unermeßlich ist und die zu entziehende Energiemenge nur ein kleiner Teil davon ist, daß der Wirkungsgrad der vorliegenden Vorrichtung hoch ist. Folglich ist die Konstruktion der Ausrüstung auf der Seite mit dem niedrigen Druck nicht kritisch und kann leichtgewichtig gemacht werden. Sie kann aus verschiedenen Materialien mit großen Toleranzen hergestellt werden und erfordert keine speziel le Qual tikationen. Im Falle von Flußströmung oder Meeresströmung könnte Elektrizität über 24 Stunden pro Tag erzeugt werden und im Falle von Gezeitenströmung würde, da die Zeit des Fluthochstandes und der maximalen Strömung sich fortschreitend längs den Küsten verändert, ein großer Teil der gesamten installierten Kapazität fortwährend tlektrizität erzeugen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteil der vorliegenden erfindung ergeben sich aus der nachfolgeanden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen Es zeigen: Fig. 1 die Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie aus cr Gezeitenströmung, Fig. 2 einen schematischen Schnitt entlang der Linie ll-ll in Fig. 1 und Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Abänderung der Vorrichtung aus den Figuren 1 und 2.
In den Figuren 1 und 2 ist die Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus der Gezeltenströmung dargestellt, wie sie an jedem geeigneten Ort entlang der Küste installiert werden kann, in einer Meeresströmung oder in einem Flußbett. Die Vorrichtung weist zwei mit Wasser gefüllte Rohre 1 und 2 auf, die sozusagen einen Sekundärkreis bilden und die auf Pfeilern 3 über dem Grund des sich bewegenden Wassers ruhen. Es wird zwar nicht ausgeschlossen, daß die Vorrichtung auch unmittelbar auf dem Meeresboden angeordnet werden könnte, doch es erschelnt sinnvol 1er, die Anordnung auf Pfeilern aufzusetzen und fest gegen Bewegungen des Meeresbodens zu verankern, und die Anordnung selbst etwas über den Meeresboden zu erheben. Außerdem Tst es auf diese Art weniger wahrscheinlich, daß die Vorrichtung durch sich auf dem Meeresboden mitbewegte Stelne zerstört oder durch Sand verstopft werden kann, der durch den Gezeltenfluß bewegt wird Die Rohre 1 und 2 sind an lhren In der Darstellung der Figur 1 linken Enden abgedichtet und sind durch mehrere Querkammern 4 miteinander verbunden, In der jeweils eine Antriebsvorrlchtung 5 in der Art einer Archimedischen Schraube angeordnet ist, die auf einer horizontalen Welle 6 sitzt. Nachfolgend wird nur keine der Kammern 4 Im Detail beschrleben. Es ist zu erkennen, daß die Antrlebsvorrichtung das Wasser entweder Vom Rohr 1 zum Rohr 2 oder vom Rohr 2 zum Rohr 1 fördern wird. Dies hängt von der Drehrichtung ab. Die Welle 6 erstreckt sich Uber dle Kammer 4 hinaus und bis in eine für niedrige Drehzahlen ausgelegte Antriebselnhelt 7, welche aus einer Anzahl von Drehflügeln besteht, die gemelnsam auf der Welle 6 befestigt sind Die Drehflügel können von einem Strömungsführungsrohr 8 umgeben werden. Der vom dlcken Pfeil 9 marklerte Gezeitenfluß treibt die Einhelt 7 zum Drehen in die eine oder andere Richtung an. Dadurch fördert die Antriebsvorrichtung 5 Wasser von einem Rohr zum anderen (von 1 zu 2 oder von 2 zu 1).
Die Rohre 1 und 2 führen zu einem Hosenstück oder Verbindungsrohr 10, in welchem sich ein Strömungsableitungsventil 11 befindet, das verhindern soll, daß Wasser, das durch ein Rohr 1 oder 2 fließt, in das andere Rohr überläuft. Das Rohr 10 führt zu einer Verengung 12, wo die Strömung des Wassers zunimmt, so daß das Wasser mit höherer Geschwindigkeit in eine Antriebskammer 14 hineinfließt. Diese Antriebskammer entspricht einem herkömmlichen hydroelektrischen Generator. Sie enthält Antriebsvorrichtungen, die so angeordnet sind, daß sie einen Generator 15 antrelben können. Ein Auslaßrohr 16 aus der Antriebskammer 15 führt zu zwei Rücklaufrohren 17 und 18, von denen das Rohr 17 zum Rohr 1 zurückführt und das Rohr 18 zum Rohr 2. Die Einlässe zu den Rohren 17 und 18 werden von Ventilen 19 bzw. 20 gesteuert.
Zum Betrieb der oben beschriebenen Vorrichtung sei angenommen, daß der Gezeitenfluß in die Richtung der dem Pfeil 9 benachbarten kleinen Pfeile in Fig. 1 verläuft und daß diese Strömung die Einheit 7 antriebt. Die Antriebsvorrlchtung 5 pumpt dann Wasser vom Rohr 1 zum Rohr 2. Die Ventile 11 und 20 befinden sich In der in Figur 1 eingezeichneten Stellung. Das Ventil 11 lenkt die Strömung vom Rohr 2 in die Verengung 12. Das Ventil 20 verhindert eine Rückströmung durch das Rücklaufrohr 18. Das von allen Antriebsvorrlchtungen 5 in allen Kammern 4 beschleunigte Wasser fließt so vom Rohr 2 durch die Verengung 12, um die Antriebes vorrichtung 14 und den Generator 15 anzutreiben und kehrt über das Rücklaufrohr 17 zum Rohr 1 zurück. Wenn sich die Tide ändert, wird die Drehrichtung der Elnheit 7 umgekehrt und die Ventile 11, 19 und 20 werden umgeschaltet. Nun wird Wasser vom Rohr 2 zum Rohr 1 beschleunigt, fließt zur Verengung 12 und über das Rohr 18 zum Rohr 2 zurück.
Wie zuvor schon erwähnt, gibt es mehrere Querkammern 4, von denen jede mit einer Antriebseinheit 7 mit niedriger Geschwindigkeit und Antriebsvorrichtung 5 verbunden ist. Für jedes besondere Rohrsystem wird eine mögliche Höchstanzahl von Kammern 4 gewählt. Nach Wunsch kann das System aus Rohren 1 und 2 und Querkammern 4 vervielfältigt und so angeordnet werden, daß alle in das Verbindungsrohr 10 führen, so daß nur ein Generator 15 für mehrere Rohrsysteme benötigt werden würde.
Die auf die Antriebsvorrichtungen 5, die Antriebseinheiten 7 und die Rohre 1 und 2, welche eine verhältnismäßig große lichte Weite haben, wirkenden Drücke, sind vcrhältnismäßig gering Folglich ist der Aufbau dieser Einrichtung nicht kritisch und sie können in leichter Ausführung aus rohen Materialien, mit einem Minimum an Toleranzanforderungen bei niedrigen Kosten hergestellt werden. Selbst wenn einige der Antriebsvorrichtungen 5 und der Antriebseinheiten 7 Schaden nehmen würden, würde die Vorrichtung noch zufriedenstellend weiterarbeiten, wenn auch mit niedrigerem Wirkungsgrad, vorausgesetzt, daß die Rohre 1 und 2 abgedichtet bleiben.
Die schraubenartige Antriebsvorrichtung 5 kann aus ganz dünnwandigem Material hergestellt werden und ist vorzugsweise mit elne friktionsfreien Mantel ausgestattet, der für eine gute Abdichtung auf der Innenfläche der Kammer 4 sorgt.
In Abänderung könnten die Antriebsvorrichtungen 5 in einem Rohr angebracht werden, wobei die Kante der Archimedischen Schraube an der Innenfläche des Rohrs abgedichtet würde. Eine solche Schraube würde noch Flüssigkeit vorwärts treiben, wenn sie sich in einer Flüssigkeit dreht. Das Problem der Abdichtung ist Jerillg, da die Abdichtung nur ein kreisförmiger Ring zu sein traucht und keine Spirale, wobei sich der kreisförmige Ring zwischen der Außenseite des Rohrs und der Innenseite der Kammer 4 befindet.
Anstelle einer Antr i ebvorri chtuntj mi t Artrh imedischer Schraube wäre es möglich, eine Anzahl von Ventilatorfächerförmigen F 1 üge 1 -rädern zu verwenden, die in ein Rohr- mit einer ringförmigen Abdichtung zwischen der Außenseite des Fächer rohrs und der Innenseite der Kammer 4 eingepaßt sind. Jedoch wird angenommen, daß die ventilatorförmige Antriebsvorrichtung nicht so wirksam ist, wie die Archimedische Schraube. Das Steigmaß und der Durchmesser der Archimedischen Schraube lassen sich im Verhältnis zur Gezeitenfl ußgeschwindigkeit und dem Durchmesser der Drehflügel 7 gut anpassen.
Wenn die Vorrichung im Meerwasser installiert wird, könnte sich Meerwasserbewuchs, wie beispielsweise Entenmuscheln störend bemerkbar machen. Es wird angenommen, daß nian dayegen mit umkehrbarer Elektrolyse vorgehen könnte. Das Rohrsystem müßte abwechselnd in einen elektrischen Kreis eingeschaltet werden, mit einer Stange, die als Kathode bzw. als Anode wirkt, zur Anode oder Kathode gemacht werden müßte. Dies würde sehr wahrscheinlich nur in Zeitabständen nötig sein, viel leicht wöchentlich oder monatlich und würde von din Meerwasserbedi ngungen abhängen, die in dem Gebiet vorherrschen, wo das Rohrsystem installiert wäre.
Wenn die Rohre 1 und 2 lang genug sind und genügend Querkammern 4 vorhanden sind, ist es möglich, eine Generatoranordnung an jedem Ende der Rohre vorzusehen und die Rohre 1 und 2, die in Fig. 1 (am linken Ende) abgedichtet dargestellt sind, könnten symmetrisch zu einem weiteren System von Verbindungsrohr, Verengung, Antriebsvorrichtungskammer und Rücklaufrohren geführt werden.
Die Vorrichtung kann in ihrem geschiossenen system ständig eine Füllung, das heißt auf Dauer dasselbe Wasser im Rohrsystem benutzen, man könnte, um die Korrosion herabzusetzen, das Rohrsystem mit Frischwasser oder jeder anderen geeigneten Flüssigkeit füllen. Im Innern des Systems braucht also nicht Meereswdsser benutzt zu weiden, wenn die Vorrichtung im Meer installiert wird.
Vor dem Einbau läßt sich die Vorrichtung an Land montieren. Mit Luft gefüllt, wäre sie schwimmtähig und könnte so zum Einsatzort transportiert werden. An Ort und Stelle würde sie mit dem Innensystem geflutet und damit untergetaucht werden. Das Einf-ließenlassen von frischem Wasser kann aus Tanks aus einem Hilfsschiff erfolgen und aus der Vorrichtung würde zugleich die Luft entweichen.
Die Vorrichtung kann erst mit dem Rumpf eines Hilfsschiffes und noch durch Trossen verbunden sein. Man würde sie dann an den Winschen, mit Trossen aufhängen und unter- Kontrolle absenken, bis die genaue Höhe über dem Meeresboden erreicht wäre.
Rund um den Umfang der Vorrichtung lassen sich Pfeiler anbringen, in deren Führungen die Vorrichtung läuft, so daß sie senkrecht nach unten sinken könnten, bis zur- Berührung mit dem Meeresboden.
Dies könnte ferngesteuert oder mit Hilfe von Tauchern bewerkstelligt werden. Die Pfeiler würden in ihrer Stellung festgelegt werden, nachdem sie mit dem Boden Berührung haben, so daß die Vorrichtung auf den Pfeilern ruhen würde, wobei sich ihre Unterfläche frei über dem Meeresboden befände. Eingesickertes Salzwasser in den Rohren könnte jederzeit von einem Versorgungsschiff durch Einfüllen von frischem Wasser in die Rohre entfernt werden.
Wie zuvor schon abgehandelt, liegt der Grund dafür, die Vorrichlung auf Pfeiler zu setzen, der in, eiri Ausspülen des Meeresbodens durch die Strömung, die zwischen der Unterfläche der Vorrichtung und dem Meeresboden entstehen würde, zu vermeiden, und außerdem ist es auf diese Art weniger wahrscheinlich, daß die Vorrichtung von Steinen beschädigt oder angetrieben und von Sand verstopft wird.
Die Installierung einer solchen Vorrichtung würde den zusätzlichen Vorteil bieten, daß das betreffende Gebiet sogar weiter als Fischgründe benutzt werden könnte. Schiffe könnten die Vorrichtung ohnehin ungehindert überqueren. Nur das Fischen selbst müßte an der Stelle der Vorrichtung untersagl- werden, da verständlicherweise in diesem Bereich keine Netze oder Leinen verwendet werden könnten.
Selbst bei Beschädigung eines Teiles der Vorrichtung könnte sie in den meisten Fällen noch mit einem geringeren Wirkungsgrad weiterarbeiten.
Reparaturen könnten entweder auf dem Meeresgrund durch Taucher ausgeführt werden, oder die Vorrichtung könnte durch bloßes Einpumpen von Luft in die Vorrichtung vom Meeresboden angehoben werden.
Im Falle eines Innensystems nit Frischwusser im geschlossenen Kreis lauf könnte Luft ohne jegliche zusätzliche Maßnahmen direkt eingepumpt werden. Bei offenen Systemen, wie sie nachstehend anhand von Figur 3 noch beschrieben werden müßte vor- dem Füllen mit Luft eine Abdichtung des offenes Systems erfolgen.
Hierfür könnten jedoch von vorn herein konstruktive Vorkehrungen getroffen werden.
Die Form der Einheit wäre derart, daß Luft ör-tlich in den Generatorabschnitt gepumpt werden könnte, daiiiit der Generator von Luft und nicht von Wasser umgeben, gewartet werden könnte, rnit den sich offensiciltlich d;j raus ergebenden Vorteilen. Der Generatorabschnitt könnte durch eine Luftschleuse von oben her nur für diesen Abschnitt zugäng ich gemacht werden, wenn es erforderlich ist.
lii vielen Fällen lassen sich in tiefem Wasser mehrere Einheiten übereinander anordnen. Gleich welche Tiefe oder sonstigen örtlichen Bedingungen angetroffen werden, lassen sich immer Hilfsmittel an der Vorrichtung anbringen, um die Strömungsgeschwindigkeit durch die Vorrichtung hindurch durch Reduzieren des Bereiches für das ankommende Wasser zu vergrößern und damit die Strömungsgeschwindigkeit durch die verfügbaren Öffnungen zu verstärke.
Selbstverständlich kann dies nur in einem gewissen Ausmaß durchgeführt werden. Umso mehr jedoch die Strömungsgeschwindigkeit durch örtliche Veränderung der Bedingungen verstärkt werden kann, desto kleiner ist die Anzahl der zu instal 1 ierenden Einheiten pro erzeugtem Megawatt. Unter Berücksichtigung örtlicher Bedingungen könnte eine Anzahl vori Vorrichtungen so angeordnet werden, daß sie von selbst eine Turbulenz oder einen Strudel erzeugen und damit würde die Kraft eines viel yrößeren Wasservolumens verfügbar gemacht werden, als die die unmittelbar in Beziehung ir Vorrichtung selbst steht. Die Beschleunigung der Wassermengen durch künstliche Mittel (Beeinflussung) ist beispielsweise durch die Erzeugung eines in Drehbewegung versetzten Wasserflusses denkbar.
Cs ist bekannt, daß Strudel sich unter geeigneten Bedingungen selbst unter Wasser erzeugen und daß die Wasserströmungsgeschwindikeit hierbei beträchtlich erhöht wird. Folglich ist unter solchen Bedingungen mehr umsetzbare Energie vorhanden.
Dasselbe Phänomen ist bei Tornados und Hurrikanen anzutreffen, bei denen 5 i ch d i e L u f t rri i t hoher Geschwindigkeit zu drehen beginnt. Jedoch wird es Jahre dauern, bis man solche Naturereignisse so gezielt erzeugen kann, daß sie ausschließlich nutzbar gemacht werden können.
Wenn auch die vorliegende Vorrichtung immer dasselbe Wasser im Rohrsystem verwenden kann, so daß zur Herabsetzung der Korrosion es möglich ist, die Rohre mit Frischwasser oder mit jeder anderen Flüssigkeit als Meereswasser zu füllen.
Dennoch kann auch mit Meereswasser im inneren System der Vorrichtung gearbeitet werden. Diese Vorrichtung würde in einem "Schwimmkörper" eingebaut und dann zu einem Ort abgeschleppt werden, wo genügend Strömungsfluß vorhanden wäre. Das kann dri an beliebiger Stelle im Meer sein. Dort würde der Schwimmkörper getaucht und mit Seilen am Meeresboden verankert werden, um ihn am Ort zu halten, um so durch ihn Energie nutzbar machen zu können.
Bei der ungeheuren Weite des Meeres könnte ihm weit mehr Energie entzogen werden, als jedem anderen Madium. Die entzogene Energie würde in der unendlichen Weite von der dem Mechanismus umgebenden Mengen sich kaum bemerkbar mdcht-n.
Bei der Annahme, daß es 100 PS braucht, um Wasser durch ein Rohr mit rL 1 einem Querschnitt von 0,8 m² bei einer Geschwindigkeit von 9 km/h zu pumpen, kann eine Vorstellung Volt der herausziehbaren Energie dann gewonnen werden, wenn angenommen wird, daß in eIner Meeresströmung Billionen Ionnen von Wasser in jeder Sekunde an einer bestimmten Stelle vorbeifließen.
Infolge der geringen Anforderungen an den Wirkungsgrad, kann die Vorrichtung aus jedem geeigneten Metall oder glasfaserverstärktem Kunststoff aus Beton oder jedem neuen Material, was für diesen Zweck entwickelt werden könnte, bestehen.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Vorrichtung läßt sich auch zum Erzeugen von Elektrizität aus Windkraft vr'rwenden. In diesem Falle wird die Vorrichtung auf dem Land angeordnet und die für niedrige Geschwindigkeit ausgelegte Antriebseinheit 7 wird durch einen Luftpropeller oder ein Windrad ersetzt.
Da jedoch ein Windrand nicht so wechselnden Winden wie Wasser an den Küsten den Gezeiten ausgesetzt ist, fällt die Umkehrung der Strömung und das Rücklaufrohr 18 und die Ventile 19 und 20 fort, sowie das Ventil 11, da das Rohr 2 direkt in die Verengung 12 führen kann.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Vorrichtung kann auch im Wasser mit einem Wehr verbunden werden, und die Niedriggeschwindigkeits-Antriebseinheiten können in den Öffnungen des Wehres eingesetzt werden. In diesem Falle würde der Gezeitenfluß in hohem Maße durch die strömungsführenden Rohre 8 verstärkt werden, so daß nur eine kleinere Anzahl von Einheiten und Antriebsvorrichtungen zur Erzeugung einer gegebenen Menge Energie erforderlich wäre.
Bei einer weiteren Abänderung der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Vorrichtung erstreckt sich die Welle 6 durch die Kammer 4 hindurch und zu derselben Welle sitzt auf der anderen Seite eine weitere Antriebseinheit, wie es in gestrichelten Linien links in Fig. 2 dargestellt ist. Durch diese ~Vorrichtung würde das Drehmoment an der scliraubenförmlgen Antriebs vorrichtung erhöht werden und die Antriebsvorrichtung könnte besser- stabilisiert werden.
Wie zuvor ausgeführt, ist das strömungsführende Rohr 8 nicht notwendigerweise vorzusehen, jedoch kann es je nach den örtlichen Bedingungen rwünsch t ein, das Rohr mit einer großen tunnelförmigen Mündung an je dem Ende auszurüsten, so daß das Wasser durch dieses Rohr noch beschleunigt wird. Große Sorgfalt sollte dul die Konfiguration dtr äußerlichen Ausbildung des Rohrs 8 verwendet werden, um unerwünschte Turbulenzen zu verhindern, welche auf die Gezeitenströmung einwir-ken oder zu einer Aus-Spülung des Meeresbodens führen könnten.
In ciner Ausgestaltung könnte die Innenseite des .-trömungsführenden Rohrs 8 mit einer Anzahl von schraubenförmig angeordneten Leitschaufeln ausgerüstet werden, um dem durch das Rohr fließenden Wasser eine Drehbewegung zu zerteilen, und so die Drehung der Propeller der Antriebseinheit 7 zu unterstützen. In diesem Falle wäre es möglich, das Steigmaß der Propellerflügel steiler zu stellen, so daß sie dem Wasserfluß weniger Widerstand bieten würden, ihm jedoch ein größeres Drehmoment mit weniger Turbulenz und daher weniger Energieverlusten auf aufeinanderfolgende Propeller durch das durch die vor ihnen liegenden Propeller bildende Hindernis entnehmen.
Bei einer weiteren Abänderung der Vorrichtung, die in Fig. 3 dargestellt ist, liegt ein oftenes System vor. Dieses System kann beispielsweise mit einem Rahmenwerk gelenkig verbunden sein, das an luftgefüllten Tanks, die leicht als Warribojen dienen könnten, hängt. Die Tanks weisen herabhängende Arme auf, welche mit Kolbenstangen von Kolben verbunden sind, die in auf dem Meeresboden angeordneten Zylindern angeordnet sind, wobei der Hub der Zylinder derart bemessen ist, daß er sich dem vollen Gezeitenstand anpaßt. Die Zylinder weisen FlügelvenXile auf, die die Verbindungen mit dem Meer und mit einem Rohr 40 steuern und das Ganze ist derart angeordnet, daß beim Fallen eines Lufttanks Wasser in den Zylinder über den Kolben hineingezogen wird und wenn der Lufttank angehoben wird, Wasser in das Rohr 40 gedrängt wird, in welchem die Strömung zur Verengung hinläuft. Durch dieses Hilfsmittel wird Im Rohr nicht nur durch Ebbe und Flut zusätzliche Strömung erzeugt, sondern auch durch die Wellenwirkung oder den Seegang.
In Fig. 3 Ist eine vereinfachte Ausführungsform dieser Art der Vorrichtung dargestellt, bei der das Meerwasser nicht nur den langsam fließenden Strom darstellt, sondern auch als Arbeitsmedlum verwendet wird. Bei dieser Ausführungsform führt ein einfaches Rohr 40 zu einer Verengung 12, welche zu einer Antriebskammer 14 führt, die mit einem Generator 15 verbunden Ist.
Wiederum Ist eine Anzahl von Querkammern 21 mit dem Rohr 40 verbunden. Es werden lediglich zwei solche Kammern dargestellt, wovon bei der einen der Betrieb beim Gezeitenstrom in die eine Richtung und bei der anderen der Betrieb beim Gezeitenstrom i-n die andere Richtung dargestelit wird. Jede Kammer enthält eine Antriebsvorrichtung 5, die auf einer horizontalen Welle angeordnet ist. Diese wird von einer langsam laufenden Antriebseinheit 7 angetrieben, wie es auch bei den Vorrichtungen gemäß Fig. 1 und 2 der Fall ist. An einem Ende führt jede Kammer durch eine Verbindung 22 in ein Rohr 23, welches direkt vom Meer in das Rohr 40 übergeht. Es sind Ventile 24 und 25 vorgesehen. Das Ventil 24 dient dazu, den Fluß vom Meer in die Verbindung 22 zuzulassen oder abzusperren, und das Ventil 25 ermöglicht oder verhindert den Fluß von der Verbindung 22 oder dem Rohr 23 in das Rohr 40. Am anderen Ende tührt jede Kammer durch eine weitere Verbindung 26 in ein Rohr 27, das ebenfalls direkt vom Meer Zugang zum Rohr 40 verschafft. Es sind Ventile 28 und 29 vorgesehen, wobei das Ventil 28 dazu dient, den Fluß vom Meer in die Verbindung 26 zuzulassen oder abzusperren und das Ventil 29 ermöglicht oder verhindert den Fluß in das Rohr 27.
Beim Betrieb der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung sind die Ventile 24, 25, 28, und 29, die mit jeder Kammer verbunden sind, wenn der Gezeitenstrom in die eine Richtung verläuft, wie sie links dargestellt ist, so angeordnet, daß Wasser von der Antriebsvorrichtung 5 gepumpt wird und durch die Verbindung 26 In die Kammer 21 und durch die Verbindung 22 und das Rohr 23 herausfließt und in das Rohr 40 hinein. Wenn sich jedoch die Gezeitenströmung umkehrt, wie es rechts dargestellt ist, werden alle Ventile umgeschaltet, se daß das Wasser nun in jede Kammer durch das Rohr 23 und die Verlilndung 22 in die Kammer 21 fließt und aus ihr heraus durch dii' Verbindung 26 und das Rohr 27 In das Rohr 40. Dadurch ist die Strömunqsrichtung im Rohr 40 immer die gleiche in welcher Richtung audi immer die Gezeitenströmung veriäuftt Bei dieser Vorrichtung wird Meereswasser als Arbeitsfl üssigkelt verwendet und das Wasser- wird durch ein Auslaßrohr 30 Ins Meer zurück abgelassen, nachdem es zur Erzeugung vor Elektrizität verwendet worden ist.
Die Ventile 24, 25, 28 und 29 sind so aufgebaut, daß sie entsprechend der Strömungsrichtung ihre geeigneten Stellungen einnehmen.
Es ist anzumerken, daß die in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellte Vorrichtung täglich über eine viel längere Zeit betrieben werden kann, als dies bei üblichen Wehr-Gezeiten-Kraftwerken möglich ist und da sich die Uhrzeit der Gezeiten ändert, wird immer ein großer Teil der gesamten installierten Kapazltät Elektrizität erzeugen.
Es steht außer Frage, daß die abgegebene Leistung einer solchen Vorrichtung nicht-mit der abgegebenen Leistung eines modernen Dampf-, hydroelektrischen oder Atomkraftwerkes verglichen werden könnte. Jedoch spricht dafür, daß rund um die Küsten des Landes eine große Anzahl von Vorrichtungen installiert werden könnten und diese in einem Verbundnetz zusammengeschlossen werden könnten. Die Vorrichtung erfordert nur geringen Kapitaleinsatz und benötigt über einen langen Zeitraum wenlg Wartung und Aufmerksamkeit. Da außerdem die Vorrichtung oder ein großer Teil von ihr untergetaucht arbeitet, sollte aus der Sicht der Umweltschützer nichts gegen sie einzuwenden sein. Da für den Betrieb der Vorrichtung kein Brennstoff benötigt wird, tritt keine Verschmutzung auf. Außerdem könnte die Vorrichtung zur Nutzbarmachung von Meeresströmungen wie beispielsweise des Golfstroms, des Labradorstroms oder des Humboldstroms Verwendung finden, und könnte auf diese Art über 24 Stunden am Tag Elektrizität liefern. Ebenfalls könnte die Vorrichtung zur Nutzbarmachung von Fl ußströmungen, insbesondere Dämmen verwendet werden, wo sie für die Befriedigung von örtlichem Bedarf an Elektrizität, besonders an entfernt legenden Orte oder für örtliche Anforderungen spezieller Art wie beispielsweise für Krankenhäuser oder Verkehrsampel n verwendet werden könnte.
Bei einer noch anderen Ausführungsform der Vorrichtung können die Querkammern und die niedrig laufendes Antriebseinheiten mit einer Reihe von Rückhaltebecken oder Schleusen verbunden werden, in denen beirn Auflaufen der Flut Wasser zurückgenalten werden kann und durch Zwischenverbi ndungen zwischen den Becken könnte die Vorrichtung so betrieben werden, daß unabhängig vom Gezeitenstand immer eine Wasserströmung von einem zu einem anderen Becken vorhanden wäre, um eine Wasserströmung im einen oder anderin der Rohre 1 tirid 2 zu verursachen. Diese Abänderung ist jedem ini Hinblick auf eine Umweltbeeinflussung nicht so attraktiv.
L e e r s e i t e

Claims

Naturkraftwerk Patentansprüche: 0 Verfahren zur Ausnutzung eines Medi umsflusses in der Natur, wobei eine natUrl iche, im wesentlichen horizontale Strömung mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit verwendet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß diese niedrig fließende Strömung Drehvorrichtungen mit im wesentlichen horizontaler Achse antreibt, die so angeordnet sind, daß sie direkt auf ein Arbeitsmedlum einwirken und das Arbeitsmedium ohne die Bildung eines Gefälles durch ei.n Rohr (1, 2, 40) zu einem Fließverstärker (12) In Form einer Verengung drängen, wodurch die Strömung des Arbeitsmediums ausreicht, um Vorrichtungen (14) zur Erzeugung (15) von Elektrizität anzutreiben.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Arbeitsmedium gegenüber dem natürlichen Medium unterschiedlich ist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, d a d u r c h g e k s n n -z e i c h n e t , daß das Arbe i tsmed i um Frischwasser und das natürliche Medium Meeres-, Flußwasser oder Luft ist.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Arbeitsflüssigkeit dieselbe ist wie die natürliche Flüssigkeit, wobei beide Flüssigkeiten Meeres- oder Flußwasser sind.
5. Verfahren zur Erzeugung von Elektrizität, wobei ein Flüssigkeitsfluß durch das Verfahren gemäß einem oder mehreren der voraufgegangenen Ansprüche verstärkt wird, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Strömung der Arbeitsflüssigkeit zum Antrieb von Vorrichtungen zur Erzeugung von Elektrizität verwendet wird.
6. Vorrichtung zur Verstärkung eines FlüssigkeitsQlussesgemäß einem oder mehreren der voraufgehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Rohrsystem (1, 2, 40) in einen Strömungsverstärker in Form einer Verengung (12) in diesem Rohrsystem (1, 2, 40) überleitet, wobei angetriebene Vorrichtungen (14)- hinter dem Strömungsverstärker (12) durch die Strömung einer Arbeitsflüssigkeit in dem Strömungsverstärker und zum Antrieb von Vorrichtungen (15) zur Erzeugung von Elektrizität vorgesehen sind, daß ferner Drehvorrichtungen (7), die um eine horizontale Welle (6) drehbar sind, mit dem Rohrsystem (1, 2, 40) verbunden sind, um Arbeitsflüssigkeit ohne Bildung eines Gefälles zum Strömunsverstärker (12) zu drängen und Vorrichtungen schließlich, daß von einer natürlichen im wesentlichen horizontal verlaufenden Strömung mit niedriger Geschwindigkeit eines natürlichen Mediums die Drehvorrichtungen (7) antreit,en.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, d a d u r c h 9 e -k e n n z e i c h n e t , da(3 das Rohrsystem (1, 2) aus einem geschlossenen System besteht, das mit Arbeitsflüssigkeit gefüllt oder füllbar ist.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, d a d u r c h 9 e -k e n n z e i c h n e t , daß das Rohrsystem zwui Rohre (1, 2) aufweist, von denen zumindest eines zum Strömungsverstärker (12)- führt, wobei die beiden Rohre (1, 2) durch eine Anzahl von Kammern (4) querverbunden sind, von denen jede eine Drehvorrichtung (7, 5) aufnimmt und wobei Vorrichtungen (17, 18) vorhanden sind, um die Arbeitsflüssigkeit vom Strömungsverstärker (12) zum einen oder anderen Rohr (1, 2) zurückfließen zu lassen.
9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, d a d u r c h g e -k. e n n z e i c h n e t , daß von jedem Rohr (1, 2) je nach wechselnder Strömung der natürlichen Flüssigkeit über eine von einem Ventil (11) umschaltbare Zuleitung eine gemeinsame Verbindung (10) zu dem Strömungsverstärker (12) führt, an den sich Rücklaufrohre (17, 18) anschließen, die vom Fl ußverstärker (12, 14) zurück zu jedem Rohr (1, 2) führen, und wobei weitere Ventile (19, 20) zur Steuerung der Strömung der Arbeitsflüsslgkeit vorgesehen sind, so daß, wenn die Drehvorrichtung (7, 5) Arbeitsflüssigkeit vom ersten Rohr (1) zum zweiten (2) drängt, die Arbeitsflüssig -keit gezwungen wird, vom zweiten Rohr (2) durch den Strömungsverstärker (12) und zurück durch ein erstes RUcklaufrohr (18) zum ersten Rohr (1) zu fließen und so daß, wenn die Drehvorrichtung Arbeltsflüssigkelt vom zweiten Rohr (2) zum ersten drängt als ein Ergebnis des Rlchtunyswechsels der Strömung der natürlichen Flüssigkeit, die ArbeitsflüssigkeIt gezwungen wird; vom ersten Rohr (1) durch den Strömungsverstärker (12) zu fließen und zurück durch ein zweites Rücklaufrohr (17) zum zweiten Rohr (2).
10. Vorrichtung gemäß Ansprüchen 8 oder 9, d a d u r s h g e k e n n z e 1 c h n e t , daß die beiden Rohre (1, 2) an jedem Ende mit einem Strömungsverstärker (12) und Rücklaufvorrlchtungen (17, 18) verbunden sind.
11. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Vorrichtung für den Gebrauch von natürlicher Flüssigkeit als Arbeitsflüssigkeit bestimmt ist.
12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Vorrichtung ein geschlossenes Rohr (40) aufweist, das an einem Ende mit dem Strömungsverstärker (12) verbunden ist, wobei Pumpenkammern (21) die Drehvorrichtungen (5, 7) enthalten und Rohre (22) jedes Ende einer jeden Pumpenkammer (21) mit dem geschlossenen Rohr (40) und der natürlichen Flüssigkeit über Ventile (24, 25, 29) so verbunden ist, daß die natürliche Flüssigkeit, welchen Weg sie auch immer fließt, in eine oder die andere Richtung durch die Pumpenkammern (21) und geeignete Rohre (22, 23, 27) in das geschlossene Rohr (40) gedrängt wird, während die natürliche Flüssigkeit in die Pumpenkammern (21) fließen kann.
13. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 12, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Drehvorrichtungen (5, 7) eine Antriebsvorrichtung in der Art einer Archimedischen Schraube aufweisen.
14. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, d a d u r c h 9 e -k e n n z e i c h n e t , daß die Antriebsvorrichtung (5) an der Innenseite eines Rohres (4, 21) abgedichtet ist, welches in einer zylindrischen Kammer sitzt.
15. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüch! 6 bis 14, d a d u r c h 9 e k e n n z e i c h n e t daß die von der natürlichen Flüssigkeit antreihbaren Vorrichtungen (7) einen oder mehrere Propeller aufweisen, welche auf einer Welle (6) gemeinsam mit der Drehvorrichtung (5) befestigt sind.
16. Vorrichtung gemäß Anspruch 13 oder 14 und 15, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Welle sich durch eine oder mehrere Kammern (8) erstreckt, die die Drehvorrichtung (7) enthält und einen oder mehrere Propeller an jedem Ende aufweist.
17. Vorrichtung gemäß Anspruch 15 oder 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der oder die Propeller von strömungsführenden Rohren umgeben ist oder sind.
1&. Vorrichtung gemäß Anspruch 17, d a d u r c h 9 e -k e n n z e i c h n e t , daß die Innenseite eines jeden strömungsführenden Rohrs mit einer Anzahl von schraubenförmig sich erstreckenden Flügeln ausgestattet ist.
19. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der voraufgehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die von dem natürlichen Medium antreibbaren Vorrichtungen Luftpropeller aufweisen, die so angeordnet sind, daß sich die ganze Vorrichtung in den Win-d stellen kann.
20. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der voraufgehenden Ansprüche1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß dienatürl iche Flüssigkeit aus Meereswasser besteht, wobei oben auf der Vorrichtung ein Rahmenwerk befestigt ist, welches angelenkte Arme trägt, die mit Auftrlebstanks mit herunterhängenden Armen verbunden sind, welche mit Kolbenstangen von Kolben verbunden sind, die in mit Ventilvorrichtungen ausgestatteten Zylindern angeordnet sind, und zwar derart, daß ein Tank, wenn er infolge von Ebbe oder Wellenwirkung absinkt, Wasser in den Zylinder über den Kolben gezogen wird und wenn sich der Tank anhebt, das Wasser in das Rohrsystem (1, 40) gedrängt wird.
21. Einrichtung gemäß einem oder mehreren der voraufgehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die von der Strömung der natürlichen Flüssigkeit antreibbaren Vorrichtungen mit einer Reihe von Becken verbunden sind, von denen sich zumindest in einigen bei auflaufender Flut Wasser ansammeln kann, wobei Zwischenverbindungen zwischen den Becken derart betrieben werden können, daß unabhängig vom Gezeitenstand von einem Becken zum anderen Wasser fließen kann, um die Vorrichtungen zu betreiben.
22. Verfahren nach einem oder mehreren der voraufgehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß bei Anwendung in natürlichen Wasserströmungen Einrichtungen zur Erzeugung von Turbulenzen oder Strudel vor den Einlaßöffnungen vorgesehen werden.